化学药剂对淡水壳菜的灭杀研究

李 荣， 贾霞珍， 胡建坤， 苏 晓， 马 凯

(1.天津水务集团有限公司，天津300042；2.天津市自来水集团有限公司，天津300040)

淡水壳菜是一种淡水贻贝，学名沼蛤，壳质坚硬，以鳃被动滤食水中有机碎屑、细菌、藻类(绿藻、裸藻)及原生动物[1]，繁殖能力和生命力极强，在水中靠分泌的足丝紧紧固着在硬物表面并彼此牵连成网络盘状结构，形成非常稠密、层层堆叠的群体[2]，属于南方地区比较常见的典型入侵性底栖动物[3]。淡水壳菜一旦入侵原水供水系统，在适宜的条件下会大量生长、繁殖、附着，密度可高达10 000～100 000个/m2，同时对附着表面产生污损、腐蚀[4]，减小过流面积，造成管道输水能力降低，电耗增加[5]。淡水壳菜进入水厂，一般会粘附在管路、接缝、阀门、泵体及设施构筑物上，会造成机泵停转、水厂格栅堵塞等问题[6]，影响输水管线正常运行和水厂正常生产，严重时甚至会引起供水安全事故。

天津市自来水供水系统在使用长江水原水前，从未发现过淡水壳菜。使用长江水原水后，2017年夏天在某水厂出现了淡水壳菜堵塞管道的情况，导致脉冲澄清池无法正常运行；2018年底在天津某水库吸水池发现了大量淡水壳菜，说明淡水壳菜是外来物种，且很大程度上来自长江水[7]。淡水壳菜的卵夹带在水中，一旦条件适合，立马生长繁殖，给水厂的稳定运行带来隐患。淡水壳菜代谢还会导致水中氨氮含量升高并产生嗅味物质，引起水厂氯投加量的增大和工艺参数的改变，给生产运行带来不稳定因素和安全隐患，开展淡水壳菜的防治就显得非常必要和重要。

化学药剂对于淡水壳菜的灭杀具有时间短、见效快的特点，但受水体安全的要求，药剂种类的选择和投加量的确定是重点研究内容。为此，笔者分别考察了次氯酸钠、氯胺和高锰酸钾这3种药剂对淡水壳菜的灭杀效果，以期为实际水体灭杀淡水壳菜提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

淡水壳菜：实验所用的淡水壳菜取自天津某水库出水口格栅上，选取成团生长的活体，装入盛有原水的5 L塑料桶中并带回实验室。用流动的原水稀疏地静养在有机玻璃水槽中2 d后，进行灭杀实验。

次氯酸钠、硫酸铵和高锰酸钾均为分析纯，用纯水配置成需要的质量浓度，通过蠕动泵加入到盛有淡水壳菜和原水的装置中。

1.2 实验装置与方法

实验装置是一套流水培养装置，包括1个容积为7 L且有进、出水口和加药口的有机玻璃容器以及1个4 L的棕色玻璃储药瓶，两者之间用软管加蠕动泵连接，装置进、出水和药剂流速可调节，如图1所示。

图1 实验装置示意Fig.1 Schematic diagram of experimental device

选取100个壳长为10～15 mm的健康活体淡水壳菜(成贝期)放入该装置中，通入原水。通过调节进出水流速稳定控制装置中水量为5 L，根据设定的药剂浓度，确定药剂的配置浓度和投加流量。同时，设置对照组，对照组装置中只进出原水，不加药。实验在夏季开展，水温在25～27 ℃。

每天观察并记录实验组和对照组淡水壳菜的死亡情况，不定时测定水中药剂的浓度，保证其在预定的浓度范围内。

淡水壳菜死亡判断方法[8]：双壳已完全弹开显示出有明显死亡迹象的，则判断为死亡；对于开小口的，用解剖针等较尖锐的东西刺激开壳处，如果没有反应，将其放回原水中放置24 h后仍无闭壳反应的，则判断为死亡。

2 结果与分析

2.1 次氯酸钠对淡水壳菜的灭杀效果

调整进水流量和加药量，控制水中次氯酸钠的质量浓度分别为1～2、2～3和6～8 mg/L，每天记录淡水壳菜的死亡情况，淡水壳菜的死亡率达到90%以上时，停止实验，结果如图2所示。

图2 次氯酸钠对淡水壳菜的灭杀效果Fig.2 Inactivation effect of sodium hypochlorite on Limnoperna fortunei

由图2可知，对照组在试验期间只有1～2个死亡个体，死亡率极低。水中次氯酸钠含量为1～2 mg/L时，淡水壳菜在第2 d开始死亡，第3 d死亡率为60%，之后死亡速率开始降低，直到第8 d达到91%；次氯酸钠浓度在2～3 mg/L时，淡水壳菜第2 d开始死亡，前期死亡率较低，第3 d才达到20%，之后开始增加，到第5 d为80%，到第8 d达到96%；次氯酸钠浓度在6～8 mg/L时，淡水壳菜第3 d开始死亡，死亡速率变化平缓，直到第8 d达到93%。

淡水壳菜的死亡率并没有呈现出随着药剂浓度增大而升高的变化，这和淡水壳菜在恶劣环境中具有闭壳保护的行为有关[9]。在水中次氯酸钠浓度较低时，刺激性较小，尚未引起淡水壳菜的闭壳，而淡水壳菜却受到了次氯酸钠的伤害，因此前期死亡率较高。这与刘丽君等[9]的研究结果类似，即淡水壳菜在低浓度(0.5 mg/L)含氯水体中，闭壳的耐受极限为3 d，超过该时间其将被迫打开双壳补充养分。水中次氯酸钠浓度的增加会引起淡水壳菜的闭壳保护，但它自身需要呼吸和摄取营养，当自身营养物质消耗殆尽而不得不开壳时，就会接触到次氯酸钠，导致后期的死亡率升高。当水中的次氯酸钠浓度较高时，淡水壳菜从接触开始开启闭壳保护，只要呼吸就会受到次氯酸钠的伤害，因此，此时淡水壳菜的死亡率变化平缓，达到相等死亡率的时间与低浓度次氯酸钠时相同。这说明，淡水壳菜的死亡率与药剂的浓度关系不大，而与淡水壳菜的闭壳保护时间有关。

2.2 氯胺对淡水壳菜的灭杀效果

次氯酸钠和硫酸铵的质量比为4 ∶1，配置成一定浓度的氯胺溶液，通过控制加药量使水中总氯浓度分别为1～1.4和1.5～2.0 mg/L，每天记录淡水壳菜的死亡情况，淡水壳菜的死亡率达到90%以上时停止实验，结果如图3所示。

图3 氯胺对淡水壳菜的灭杀效果Fig.3 Inactivation effect of chloramines on Limnoperna fortunei

由图3可知，对照组在试验期间只有1～2个死亡个体，死亡率极低。总氯含量为1～1.4 mg/L时，淡水壳菜第2 d开始死亡，第3 d死亡率为65%，第5 d死亡率可达98%。总氯含量为1.5～2.0 mg/L时，淡水壳菜第2 d开始死亡，第3，5和7 d的死亡率分别为35%，78%和99%。可见，水中低浓度的氯胺对淡水壳菜没有太大的刺激，淡水壳菜开壳活动(实验期间观察)，但该浓度的氯胺氧化性强，对淡水壳菜有较大的杀伤力[10]，在实验的第5 d就达到98%的死亡率。提高氯胺浓度，淡水壳菜的同期死亡率反而小于低浓度，分析认为这是因为高浓度的氯胺会导致淡水壳菜的闭壳(实验期间观察)，进而导致淡水壳菜同期死亡率变低，直到第7 d才达到99%。因此，也无必要开展更高浓度的氯胺实验。

2.3 高锰酸钾对淡水壳菜的灭杀效果

用高锰酸钾配置成一定浓度的溶液，通过调节加药流量控制水中高锰酸钾浓度分别为0.5～1.0和1.0～1.5 mg/L，每天记录淡水壳菜的死亡情况，淡水壳菜的死亡率达到90%以上时停止实验，结果如图4所示。

图4 高锰酸钾对淡水壳菜的灭杀效果Fig.4 Inactivation effect of potassium permanganate on Limnoperna fortunei

由图4可知，对照组在试验期间只有1～2个死亡个体，死亡率极低。淡水壳菜在水中高锰酸钾含量为0.5～1.0 mg/L时，第2 d开始死亡，第4 d死亡率可到84%，随后死亡率变化平缓，直到第7 d达到96%。高锰酸钾含量为1.0～1.5 mg/L时，淡水壳菜第3 d开始死亡，第4 d死亡率达到64%，直到第7 d死亡率达到94%，该浓度下的水呈现淡粉色。淡水壳菜的死亡率并没有随着水中高锰酸钾浓度的增加而升高，在0.5～1.0 mg/L时反而更高，这也跟淡水壳菜的闭壳保护有关[1]。当水中高锰酸钾浓度大于1 mg/L时，水体呈现品红色，对于饮用水感官特性有严重影响[11]，所以没有开展更高浓度实验的必要。

综合实验结果可以看出，使用3种不同的化学药剂灭杀淡水壳菜，从药剂的高效利用及水质保证角度考虑，灭杀效果分别是氯胺(1～1.4 mg/L)>高锰酸钾(0.5～1.0 mg/L)>次氯酸钠(1～2 mg/L)。这与不同药剂在水中的分散性及穿透生物膜的能力有关。氯胺作用的主要成分一氯胺在水中衰减慢，分散性好，穿透生物膜能力强，与其他氧化剂相比，对淡水壳菜的灭杀效果较好[12]。在实际水厂生产中不同药剂都有各自的优缺点，氯胺的氧化性强，氯化消毒副产物低，但稳定性差，需要现场配制，且浓度不能精准控制；高锰酸钾氧化性强，除藻效果好，但水中浓度过高会使水中Mn2+含量增大，出水色度增加；次氯酸钠能与水任意比例互溶，使投加量较为准确。在灭杀淡水壳菜的过程中，还能溶解足丝，降低附着能力，使其更容易被水冲刷下来[13]。在实际应用中，需要根据具体情况进行相应的选择。

3 结论

① 化学药剂灭杀淡水壳菜的效果并不是浓度越高越好，每种药剂都存在最适宜的浓度范围。

② 3种药剂对淡水壳菜均具有一定的灭杀作用，在一定的浓度范围内，灭杀效果依次是氯胺>高锰酸钾>次氯酸钠。从经济性和消毒安全考虑，不同化学药剂在夏季对淡水壳菜的最佳灭杀浓度分别为：氯氨比为1 ∶4时水中总氯浓度为1～1.4 mg/L，高锰酸钾浓度为0.5～1.0 mg/L；次氯酸钠浓度为1～2 mg/L。

③ 要达到一定的淡水壳菜灭杀效果，水中药剂需要连续投加，且时间需保持7 d以上。