化學(xué)藥劑對(duì)淡水殼菜的滅殺研究

李 榮， 賈霞珍， 胡建坤， 蘇 曉， 馬 凱

(1.天津水務(wù)集團(tuán)有限公司，天津300042；2.天津市自來水集團(tuán)有限公司，天津300040)

淡水殼菜是一種淡水貽貝，學(xué)名沼蛤，殼質(zhì)堅(jiān)硬，以鰓被動(dòng)濾食水中有機(jī)碎屑、細(xì)菌、藻類(綠藻、裸藻)及原生動(dòng)物[1]，繁殖能力和生命力極強(qiáng)，在水中靠分泌的足絲緊緊固著在硬物表面并彼此牽連成網(wǎng)絡(luò)盤狀結(jié)構(gòu)，形成非常稠密、層層堆疊的群體[2]，屬于南方地區(qū)比較常見的典型入侵性底棲動(dòng)物[3]。淡水殼菜一旦入侵原水供水系統(tǒng)，在適宜的條件下會(huì)大量生長、繁殖、附著，密度可高達(dá)10 000～100 000個(gè)/m2，同時(shí)對(duì)附著表面產(chǎn)生污損、腐蝕[4]，減小過流面積，造成管道輸水能力降低，電耗增加[5]。淡水殼菜進(jìn)入水廠，一般會(huì)粘附在管路、接縫、閥門、泵體及設(shè)施構(gòu)筑物上，會(huì)造成機(jī)泵停轉(zhuǎn)、水廠格柵堵塞等問題[6]，影響輸水管線正常運(yùn)行和水廠正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸸┧踩鹿省?/p>

天津市自來水供水系統(tǒng)在使用長江水原水前，從未發(fā)現(xiàn)過淡水殼菜。使用長江水原水后，2017年夏天在某水廠出現(xiàn)了淡水殼菜堵塞管道的情況，導(dǎo)致脈沖澄清池?zé)o法正常運(yùn)行；2018年底在天津某水庫吸水池發(fā)現(xiàn)了大量淡水殼菜，說明淡水殼菜是外來物種，且很大程度上來自長江水[7]。淡水殼菜的卵夾帶在水中，一旦條件適合，立馬生長繁殖，給水廠的穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。淡水殼菜代謝還會(huì)導(dǎo)致水中氨氮含量升高并產(chǎn)生嗅味物質(zhì)，引起水廠氯投加量的增大和工藝參數(shù)的改變，給生產(chǎn)運(yùn)行帶來不穩(wěn)定因素和安全隱患，開展淡水殼菜的防治就顯得非常必要和重要。

化學(xué)藥劑對(duì)于淡水殼菜的滅殺具有時(shí)間短、見效快的特點(diǎn)，但受水體安全的要求，藥劑種類的選擇和投加量的確定是重點(diǎn)研究內(nèi)容。為此，筆者分別考察了次氯酸鈉、氯胺和高錳酸鉀這3種藥劑對(duì)淡水殼菜的滅殺效果，以期為實(shí)際水體滅殺淡水殼菜提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

淡水殼菜：實(shí)驗(yàn)所用的淡水殼菜取自天津某水庫出水口格柵上，選取成團(tuán)生長的活體，裝入盛有原水的5 L塑料桶中并帶回實(shí)驗(yàn)室。用流動(dòng)的原水稀疏地靜養(yǎng)在有機(jī)玻璃水槽中2 d后，進(jìn)行滅殺實(shí)驗(yàn)。

次氯酸鈉、硫酸銨和高錳酸鉀均為分析純，用純水配置成需要的質(zhì)量濃度，通過蠕動(dòng)泵加入到盛有淡水殼菜和原水的裝置中。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

實(shí)驗(yàn)裝置是一套流水培養(yǎng)裝置，包括1個(gè)容積為7 L且有進(jìn)、出水口和加藥口的有機(jī)玻璃容器以及1個(gè)4 L的棕色玻璃儲(chǔ)藥瓶，兩者之間用軟管加蠕動(dòng)泵連接，裝置進(jìn)、出水和藥劑流速可調(diào)節(jié)，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意Fig.1 Schematic diagram of experimental device

選取100個(gè)殼長為10～15 mm的健康活體淡水殼菜(成貝期)放入該裝置中，通入原水。通過調(diào)節(jié)進(jìn)出水流速穩(wěn)定控制裝置中水量為5 L，根據(jù)設(shè)定的藥劑濃度，確定藥劑的配置濃度和投加流量。同時(shí)，設(shè)置對(duì)照組，對(duì)照組裝置中只進(jìn)出原水，不加藥。實(shí)驗(yàn)在夏季開展，水溫在25～27 ℃。

每天觀察并記錄實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組淡水殼菜的死亡情況，不定時(shí)測(cè)定水中藥劑的濃度，保證其在預(yù)定的濃度范圍內(nèi)。

淡水殼菜死亡判斷方法[8]：雙殼已完全彈開顯示出有明顯死亡跡象的，則判斷為死亡；對(duì)于開小口的，用解剖針等較尖銳的東西刺激開殼處，如果沒有反應(yīng)，將其放回原水中放置24 h后仍無閉殼反應(yīng)的，則判斷為死亡。

2 結(jié)果與分析

2.1 次氯酸鈉對(duì)淡水殼菜的滅殺效果

調(diào)整進(jìn)水流量和加藥量，控制水中次氯酸鈉的質(zhì)量濃度分別為1～2、2～3和6～8 mg/L，每天記錄淡水殼菜的死亡情況，淡水殼菜的死亡率達(dá)到90%以上時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 次氯酸鈉對(duì)淡水殼菜的滅殺效果Fig.2 Inactivation effect of sodium hypochlorite on Limnoperna fortunei

由圖2可知，對(duì)照組在試驗(yàn)期間只有1～2個(gè)死亡個(gè)體，死亡率極低。水中次氯酸鈉含量為1～2 mg/L時(shí)，淡水殼菜在第2 d開始死亡，第3 d死亡率為60%，之后死亡速率開始降低，直到第8 d達(dá)到91%；次氯酸鈉濃度在2～3 mg/L時(shí)，淡水殼菜第2 d開始死亡，前期死亡率較低，第3 d才達(dá)到20%，之后開始增加，到第5 d為80%，到第8 d達(dá)到96%；次氯酸鈉濃度在6～8 mg/L時(shí)，淡水殼菜第3 d開始死亡，死亡速率變化平緩，直到第8 d達(dá)到93%。

淡水殼菜的死亡率并沒有呈現(xiàn)出隨著藥劑濃度增大而升高的變化，這和淡水殼菜在惡劣環(huán)境中具有閉殼保護(hù)的行為有關(guān)[9]。在水中次氯酸鈉濃度較低時(shí)，刺激性較小，尚未引起淡水殼菜的閉殼，而淡水殼菜卻受到了次氯酸鈉的傷害，因此前期死亡率較高。這與劉麗君等[9]的研究結(jié)果類似，即淡水殼菜在低濃度(0.5 mg/L)含氯水體中，閉殼的耐受極限為3 d，超過該時(shí)間其將被迫打開雙殼補(bǔ)充養(yǎng)分。水中次氯酸鈉濃度的增加會(huì)引起淡水殼菜的閉殼保護(hù)，但它自身需要呼吸和攝取營養(yǎng)，當(dāng)自身營養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡而不得不開殼時(shí)，就會(huì)接觸到次氯酸鈉，導(dǎo)致后期的死亡率升高。當(dāng)水中的次氯酸鈉濃度較高時(shí)，淡水殼菜從接觸開始開啟閉殼保護(hù)，只要呼吸就會(huì)受到次氯酸鈉的傷害，因此，此時(shí)淡水殼菜的死亡率變化平緩，達(dá)到相等死亡率的時(shí)間與低濃度次氯酸鈉時(shí)相同。這說明，淡水殼菜的死亡率與藥劑的濃度關(guān)系不大，而與淡水殼菜的閉殼保護(hù)時(shí)間有關(guān)。

2.2 氯胺對(duì)淡水殼菜的滅殺效果

次氯酸鈉和硫酸銨的質(zhì)量比為4 ∶1，配置成一定濃度的氯胺溶液，通過控制加藥量使水中總氯濃度分別為1～1.4和1.5～2.0 mg/L，每天記錄淡水殼菜的死亡情況，淡水殼菜的死亡率達(dá)到90%以上時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 氯胺對(duì)淡水殼菜的滅殺效果Fig.3 Inactivation effect of chloramines on Limnoperna fortunei

由圖3可知，對(duì)照組在試驗(yàn)期間只有1～2個(gè)死亡個(gè)體，死亡率極低?？偮群繛?～1.4 mg/L時(shí)，淡水殼菜第2 d開始死亡，第3 d死亡率為65%，第5 d死亡率可達(dá)98%?？偮群繛?.5～2.0 mg/L時(shí)，淡水殼菜第2 d開始死亡，第3，5和7 d的死亡率分別為35%，78%和99%?？梢?，水中低濃度的氯胺對(duì)淡水殼菜沒有太大的刺激，淡水殼菜開殼活動(dòng)(實(shí)驗(yàn)期間觀察)，但該濃度的氯胺氧化性強(qiáng)，對(duì)淡水殼菜有較大的殺傷力[10]，在實(shí)驗(yàn)的第5 d就達(dá)到98%的死亡率。提高氯胺濃度，淡水殼菜的同期死亡率反而小于低濃度，分析認(rèn)為這是因?yàn)楦邼舛鹊穆劝窌?huì)導(dǎo)致淡水殼菜的閉殼(實(shí)驗(yàn)期間觀察)，進(jìn)而導(dǎo)致淡水殼菜同期死亡率變低，直到第7 d才達(dá)到99%。因此，也無必要開展更高濃度的氯胺實(shí)驗(yàn)。

2.3 高錳酸鉀對(duì)淡水殼菜的滅殺效果

用高錳酸鉀配置成一定濃度的溶液，通過調(diào)節(jié)加藥流量控制水中高錳酸鉀濃度分別為0.5～1.0和1.0～1.5 mg/L，每天記錄淡水殼菜的死亡情況，淡水殼菜的死亡率達(dá)到90%以上時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 高錳酸鉀對(duì)淡水殼菜的滅殺效果Fig.4 Inactivation effect of potassium permanganate on Limnoperna fortunei

由圖4可知，對(duì)照組在試驗(yàn)期間只有1～2個(gè)死亡個(gè)體，死亡率極低。淡水殼菜在水中高錳酸鉀含量為0.5～1.0 mg/L時(shí)，第2 d開始死亡，第4 d死亡率可到84%，隨后死亡率變化平緩，直到第7 d達(dá)到96%。高錳酸鉀含量為1.0～1.5 mg/L時(shí)，淡水殼菜第3 d開始死亡，第4 d死亡率達(dá)到64%，直到第7 d死亡率達(dá)到94%，該濃度下的水呈現(xiàn)淡粉色。淡水殼菜的死亡率并沒有隨著水中高錳酸鉀濃度的增加而升高，在0.5～1.0 mg/L時(shí)反而更高，這也跟淡水殼菜的閉殼保護(hù)有關(guān)[1]。當(dāng)水中高錳酸鉀濃度大于1 mg/L時(shí)，水體呈現(xiàn)品紅色，對(duì)于飲用水感官特性有嚴(yán)重影響[11]，所以沒有開展更高濃度實(shí)驗(yàn)的必要。

綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，使用3種不同的化學(xué)藥劑滅殺淡水殼菜，從藥劑的高效利用及水質(zhì)保證角度考慮，滅殺效果分別是氯胺(1～1.4 mg/L)>高錳酸鉀(0.5～1.0 mg/L)>次氯酸鈉(1～2 mg/L)。這與不同藥劑在水中的分散性及穿透生物膜的能力有關(guān)。氯胺作用的主要成分一氯胺在水中衰減慢，分散性好，穿透生物膜能力強(qiáng)，與其他氧化劑相比，對(duì)淡水殼菜的滅殺效果較好[12]。在實(shí)際水廠生產(chǎn)中不同藥劑都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，氯胺的氧化性強(qiáng)，氯化消毒副產(chǎn)物低，但穩(wěn)定性差，需要現(xiàn)場(chǎng)配制，且濃度不能精準(zhǔn)控制；高錳酸鉀氧化性強(qiáng)，除藻效果好，但水中濃度過高會(huì)使水中Mn2+含量增大，出水色度增加；次氯酸鈉能與水任意比例互溶，使投加量較為準(zhǔn)確。在滅殺淡水殼菜的過程中，還能溶解足絲，降低附著能力，使其更容易被水沖刷下來[13]。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的選擇。

3 結(jié)論

① 化學(xué)藥劑滅殺淡水殼菜的效果并不是濃度越高越好，每種藥劑都存在最適宜的濃度范圍。

② 3種藥劑對(duì)淡水殼菜均具有一定的滅殺作用，在一定的濃度范圍內(nèi)，滅殺效果依次是氯胺>高錳酸鉀>次氯酸鈉。從經(jīng)濟(jì)性和消毒安全考慮，不同化學(xué)藥劑在夏季對(duì)淡水殼菜的最佳滅殺濃度分別為：氯氨比為1 ∶4時(shí)水中總氯濃度為1～1.4 mg/L，高錳酸鉀濃度為0.5～1.0 mg/L；次氯酸鈉濃度為1～2 mg/L。

③ 要達(dá)到一定的淡水殼菜滅殺效果，水中藥劑需要連續(xù)投加，且時(shí)間需保持7 d以上。