有机胍用作海生物抑制剂的性能评价
Performance evaluation of organic guanidine as marine organisms’ inhibitor
收稿日期: 2022-03-20
Received: 2022-03-20
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潘旭东, 左鹏, 杨喻, 康宏磊.
PAN Xudong.
有机胍类化合物的杀菌性能优异,且兼具良好的环境友好性、稳定性,因此近些年来广泛应用于日化、水产的消毒杀菌,但在海生物抑制领域少有探讨。市面上的有机胍类产品主要包括聚六亚甲基胍、十二烷基胍等,其杀菌机理:有机胍聚合物分子的官能团呈正电性,而水中的细菌、病毒细胞多携带负电荷,有机胍吸附于微生物表面后抑制了细菌、病毒的分裂,使其丧失繁殖能力,从而起到抑制杀菌的作用。
为探讨有机胍在海生物控制领域应用的可能性,笔者对有机胍的海生物抑制性能和生物毒理效应进行了评价。
1 有机胍对污损海生物抑制性能评价
为考察有机胍杀菌剂对污损海生物的抑制性能,在某海水直冷电厂对比现有试剂进行了中试评价实验。
1.1 实验材料
有机胍杀菌剂:主要成分为聚六亚甲基盐酸胍复配物(质量分数25%),自有产品;聚季铵盐(质量分数40%):该电厂所使用的海生物抑制剂取自现场加药间;漂液(NaClO,有效氯>10%):工业品,取自现场加药间;污损海生物:海蛤,取自某海水直冷电厂取水口的旋转滤网;新鲜海水:取自海水提升泵。
1.2 实验设备
海生物监测箱(10 L)、增氧机、循环水泵、移液枪、pH计等。
1.3 实验方法
将一定数量(100只)海蛤置于海生物监测箱中(装水10 L),加入一定浓度的不同试剂,并维持48 h,药剂接触期间每24 h更换一次新鲜水,药剂浓度不变;药剂接触结束后的观察期间(48 h之后),每24 h更换一次新鲜海水(药剂投加浓度和接触时间模拟现场实际投加方式制定)。整个过程保持增氧机鼓泡增氧和循环水泵循环状态,同时做不加药的空白对照实验。
实验期间,持续记录海蛤的生存状态,并统计累积死亡率。通过观察海蛤的足丝状态,计算抑制率,评价海生物杀生剂的抑制效果。抑制率的计算公式如下:
抑制率(%)=(空白中出足丝个体数-试样中出足丝个体数)/试样个体总数×100%。
实验编组情况见表1。
表1 实验编组情况
Table 1
序号 | 药剂 | 加药质量浓度/(mg·L-1) |
---|---|---|
1 | 空白 | 0 |
2 | NaClO | 10 |
3 | 聚季铵盐 | 10 |
4 | 有机胍+聚季铵盐 | 5+5 |
5 | 有机胍 | 10 |
6 | NaClO+聚季铵盐 | 5+5 |
7 | NaClO+有机胍 | 5+5 |
1.4 实验结果
1.4.1 海生物杀生剂对海蛤的杀灭率情况统计
海生物杀生剂对海蛤的杀灭情况见图1。
图1
由图1可知,药剂接触48 h后,海蛤的死亡率开始明显上升,72~96 h间达到峰值,其中有机胍单独使用的编组(5#)杀灭率最高42%,其次为有机胍与次氯酸钠配合使用的编组(7#)38%,两组均优于聚季铵盐和次氯酸钠配合使用(6#)的杀灭率25%。
1.4.2 海生物杀生剂的抑制率实验结果
海生物杀生剂的抑制率实验结果见图2。
图2
由图2可知,各实验编组在投加药剂后6~24 h,绝大部分个体处于闭合惰性状态,但仍有活体爬痕出现;48 h后,绝大部分个体处于闭合惰性状态,基本无爬痕出现,出足丝情况也减少;72 h后,基本无个体出足丝情况。实验结果表明:48 h后,各编组试剂对海蛤的抑制率均达到92%以上,而有机胍盐对海蛤的抑制率达到95%以上,优于其他实验编组。
2 有机胍对海洋生物的影响评价实验
在一定实验浓度下检测有机胍杀菌剂对海生物毒理效应,以判断使用有机胍后对海洋生物的影响。
2.1 实验材料
试剂:有机胍杀菌剂,主要成分为聚六亚甲基盐酸胍复配物(质量分数25%),自有产品。
受试生物:菲律宾帘蛤(Ruditapes philippinarum),双壳贝类营滤食性生活,代谢率低,对海洋环境中污染物有很强富集作用,常被作为海洋环境污染的指示生物。
实验用水:采自天津渤海湾,盐度为(3±0.01)%,pH为7.88,经沉淀和筛绢过滤分别去除过量的泥沙和大个体生物。
2.2 实验设备
采用饲养缸(400 mm×450 mm×300 mm的玻璃缸),每缸设置独立的通氧装置。
2.3 实验条件
温度为18~23 ℃(室温),pH为7.5~8.5,光照周期(L∶D)=12 h∶12 h,光照强度为3 000~10 000 Lx,实验持续时间为96 h。
2.4 实验方法
2.4.1 贝类的驯化
实验所用的菲律宾帘蛤清洗干净后按照实验条件进行驯化5 d。驯养密度:每缸80只,每天更换新鲜海水,温度(18±1) ℃,盐度(3±0.01)%,pH为7.5~8.0,溶氧≥60%,光照周期(L∶D)=12 h∶12 h,光照强度为3 000 Lx。实验开始前24 h停止喂食。选择健康、反应灵敏的蛤仔随机分组,实验个体长为(2.5±0.2) cm。
2.4.2 梯度设计
实验设计6个梯度(10 mg/L、25 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、空白对照组),每个实验浓度设置3个平行。将驯化后帘蛤分成6组,每组60只,暴露于不同浓度的杀生剂样品水溶液中96 h,持续鼓泡通氧,实验过程不投饵,每天换水50%。在5 h、24 h、48 h、72 h和96 h时分别记录菲律宾帘蛤的状态和死亡数,确定实验96 h菲律宾帘蛤死亡50%的样品浓度,用96 h-LC50表示。
2.4.3 贝类的死亡判定
帘蛤拿出后,轻微触碰后两侧壳体不能马上闭合,斧足异常伸展于体外,外套膜萎缩。
2.5 实验结果
有机胍使用浓度对贝类死亡率影响见图3。
图3
图3
有机胍使用浓度对贝类死亡率影响
Fig. 3
Effect of organic guanidine concentration on shellfish mortality
由图3可知,在试剂质量浓度<100 mg/L的处理组,24 h蛤仔活动与对照组一样,无明显异常,斧足伸缩自如,水管喷水较活跃。24 h后个别蛤仔进出水管较少伸出,滤食活动基本停止,死亡率逐渐升高。
运用SPSS25.0分析得出在有机胍杀菌剂暴露下菲律宾帘蛤的96 h-LC50为76.17 mg/L,其95%可信区间为43.63~108.71 mg/L。有机胍杀菌剂浓度与菲律宾帘蛤96 h的回归曲线y=-196.467x-22.06。
3 结果与讨论
(1)有机胍杀菌剂在使用质量浓度为10 mg/L时对海蛤的杀灭率为45%,同时抑制率达到95%以上,对比现场使用的聚季铵盐类和次氯酸钠杀生剂,效果更优。
(2)生物毒性实验结果表明:菲律宾帘蛤在质量浓度为10 mg/L有机胍杀菌剂的海水中暴露24 h死亡率为0,其96 h-LC50为76.17 mg/L,而有机胍的使用质量浓度仅为10 mg/L,排放后经扩散及降解浓度持续降低,且停留时间较短。因此,有机胍用作海生物抑制剂对自然海域生物影响较小。
综上,有机胍杀菌剂对污损海生物具有良好的抑制性能,同时对海域环境影响较小,可以用于海水冷却系统的污损海生物控制。
参考文献
我国海水冷却技术的应用现状及发展应对策略
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Application-status and developing countermeasures of seawater cooling technology in China
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海水直流冷却水系统金属腐蚀、污损生物附着及其对策
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Analysis of and countermeasures on the corrosion and biofouling deposit in the seawater once-through cooling system
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海水循环冷却系统海生物污染的控制
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Control of marine creature fouling in sea water circulating cooling system
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