韓厚偉，王先平，張黎黎，劉 豪，胡佳平，王順奎，于凱松，江 鑫, 趙麗麗，邵 偉，王振洋

( 山東東方海洋科技股份有限公司，山東 煙臺 264003 )

二氧化氯消毒對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的影響評價

韓厚偉，王先平，張黎黎，劉 豪，胡佳平，王順奎，于凱松，江 鑫, 趙麗麗，邵 偉，王振洋

( 山東東方海洋科技股份有限公司，山東 煙臺 264003 )

使用質(zhì)量濃度1 mg/L的二氧化氯對循環(huán)水養(yǎng)殖池進行月1次、分2 d進行的直接潑灑消毒試驗，從殺菌效果、對生物膜的損害程度及對養(yǎng)殖魚體生活狀態(tài)的影響3個方面進行二氧化氯消毒對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的影響評價。在第一次消毒前及消毒后24 h時，第二次消毒前(即第一次消毒后48 h時)及第二次消毒后24 h時分別進行水樣采集，測定養(yǎng)殖水體的異養(yǎng)菌總數(shù)變化，結(jié)果顯示，第一次消毒后24 h時水體的異養(yǎng)菌總數(shù)較消毒前有極顯著降低(P<0.01)，而48 h時降低不顯著(P>0.05)，第二次消毒后亦變化不顯著(P>0.05)。同時分析了消毒前后2個月內(nèi)的養(yǎng)殖水體氨氮、亞硝酸鹽氮含量的變化情況，以間接評價二氧化氯對循環(huán)系統(tǒng)生物膜的損害性大小。結(jié)果顯示，在消毒工作完成后7 d時水體氨氮、亞硝酸鹽含量有明顯上升，分別由消毒前的1.0 mg/L、0.30 mg/L升至1.25 mg/L、0.36 mg/L的水平，持續(xù)約10 d才開始降低恢復。在消毒前后觀察魚體生長狀態(tài)及攝食量結(jié)果顯示，水體消毒對魚體狀態(tài)及攝食量無明顯影響(P>0.05)。研究表明，在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中質(zhì)量濃度為1 mg/L的二氧化氯消毒可極顯著降低異養(yǎng)菌總數(shù)，對魚體生長狀態(tài)及攝食量無明顯影響，但對生物膜有輕微的損害作用，在養(yǎng)殖生產(chǎn)中應規(guī)范使用。

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)；二氧化氯；消毒效果評價

二氧化氯是一種殺菌效果好、低殘留的的消毒劑，在食品消毒及水處理方面已經(jīng)獲得了廣泛的應用[1-4]，除了在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中應用廣泛外[5]，對水產(chǎn)養(yǎng)殖動物致病菌的殺滅試驗也有較多報道[6-7]；何義進等[6]對二氧化氯控制歐洲鰻致病菌的試驗中發(fā)現(xiàn)，二氧化氯可有效殺滅愛德華氏菌(Edwardsiellatarda)、嗜水氣單胞菌(Aeromonashydrophila)和柱狀屈橈桿菌(Flexibactercolumnaris)，殺滅效率均超90%，且能有效改善養(yǎng)殖水體水質(zhì)狀況；艾曉輝等[7]發(fā)現(xiàn)質(zhì)量濃度為1.56～25.00 mg/L的二氧化氯溶液對嗜水氣單胞菌、魚害黏球菌(Myxococcuspiscicola)、腸型點狀產(chǎn)氣單胞菌(Aeromonaspunctataf.intedtinalis)等7種常見魚類致病菌在30 min 內(nèi)可達到100%的殺滅效果，且對鰱魚(Hypophthalmichthysmolitrix)、草魚(Ctenopharyngodonidella)等水產(chǎn)養(yǎng)殖動物安全。

盡管二氧化氯殺菌效果較好，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)上得到了廣泛應用，但作為一種強氧化劑在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中使用，存在巨大風險，可能會對生物氧化系統(tǒng)造成損害，為養(yǎng)殖生產(chǎn)帶來極大的不確定性，因此，在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中使用二氧化氯消毒水體的影響大小仍需試驗研究確定。本研究所在養(yǎng)殖場區(qū)日常消毒的二氧化氯質(zhì)量濃度為1 mg/L，月消毒1次，分2 d(隔天)進行，無隔離直接潑灑養(yǎng)殖池水體，消毒期間系統(tǒng)正常運行。本研究在養(yǎng)殖車間應用二氧化氯消毒水體期間，通過測定養(yǎng)殖水體異養(yǎng)菌總數(shù)、水質(zhì)指標及魚體生長攝食狀態(tài)，評價二氧化氯消毒水體的影響好壞，為工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖輔助消毒劑的使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

二氧化氯泡騰片(青島中仁藥業(yè)有限公司)，有效成分8%；3M Petrifilm菌落總數(shù)測試片(3M中國有限公司)。試驗地點在山東東方海洋科技股份有限公司開發(fā)區(qū)分公司，選擇某封閉式循環(huán)水大西洋鮭成魚養(yǎng)殖系統(tǒng)一套(圖1)，系統(tǒng)含池體6個，每池水體90 m3，系統(tǒng)存池量40 300余尾，養(yǎng)殖密度12.25 kg/m3，魚體均質(zhì)量(229.83±23.39) g。養(yǎng)殖系統(tǒng)采用自動投喂系統(tǒng)進行投喂，投喂率設定為1%，并根據(jù)實際攝食情況隨時調(diào)整。水體消毒和水樣采集期間養(yǎng)殖系統(tǒng)正常運行，紫外燈5組正常開啟，臭氧3.5 L/min。系統(tǒng)循環(huán)量450～500 m3/h， pH 7.0，水溫(15±0.2) ℃，溶解氧(12.94±1.70) mg/L。

圖1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程

1.2 試驗方法

1.2.1 異養(yǎng)菌總數(shù)測定

消毒效果評價工作于2015年1月份進行，耗時4 d(1月8日—1月11日)，分別于第一次消毒前(1月8日)、消毒后24 h(1月9日)及第二次消毒前 (1月10日)、消毒后24 h(1月11日)以水樣采集器采集養(yǎng)殖池中層水樣，各養(yǎng)殖池均取樣3個，迅速帶回實驗室進行細菌數(shù)測定。根據(jù)試驗條件和實際生產(chǎn)應用，異養(yǎng)菌總數(shù)測定采用3M Petrifilm測試片法，具體操作方法參照文獻[7]進行。吸取1 mL水樣添加于盛有9 mL無菌海水的試管中，反復吹吸混勻，再吸取1 mL稀釋水樣至另一盛有無菌海水的試管中，吹吸混勻，按1∶10、1∶100梯度稀釋；分別取200 μL滴在3M試紙上，每個梯度2個平行，靜置數(shù)秒后以壓板壓平，28 ℃靜置培養(yǎng)。

1.2.2 水質(zhì)指標測定

水質(zhì)指標數(shù)據(jù)采用水質(zhì)化驗室的日常監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中，氨氮的測定采用納氏試劑分光光度法，亞硝酸鹽氮的測定采用重氮耦合分光光度法，具體操作依照《海水水質(zhì)標準》(GB 3097—1997)執(zhí)行。

1.2.3 魚體狀態(tài)的觀察及攝食量的調(diào)整

消毒前后密切觀察魚體狀態(tài)，包括魚體游動狀態(tài)、攝食積極性等，做好記錄；根據(jù)攝食積極性及有無殘餌白便情況，調(diào)整投餌量，記錄。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

(1)菌落人工計數(shù):以計數(shù)器輔助統(tǒng)計3M試紙上的紅色菌落數(shù)，記錄成表，細菌總數(shù)處于30～300間最為合適。

(2)統(tǒng)計方法：

①若只有1個稀釋度的細菌含量計數(shù)值位于此范圍，則以此計數(shù)值乘以相應稀釋倍數(shù)。

②若有2個稀釋度的細菌含量計數(shù)值位于此范圍，則根據(jù)下式計算:

式中，N為樣品中菌落數(shù)，∑C為測試片上(含適宜范圍菌落數(shù)的測試片)菌落數(shù)之和，n1為第1個適宜稀釋度測試片數(shù)，n2為第2個適宜稀釋度測試片數(shù),d為稀釋因子(第一稀釋度)。

(3)試驗數(shù)據(jù)以3個平行組數(shù)據(jù)的平均值表示，用SPSS軟件進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 二氧化氯消毒后養(yǎng)殖水體異養(yǎng)菌總數(shù)的變化

第一次消毒后各養(yǎng)殖池水的異養(yǎng)菌總數(shù)均有極顯著降低，而二次消毒后變化不顯著。消毒前，各養(yǎng)殖池水的異養(yǎng)菌總數(shù)存在差異，但整體均處于104cfu/mL以上，6號池最高，為(1.0×105±6.3×103) cfu/mL。消毒后24 h，除6號池外，其余池體的細菌總數(shù)均降低至103cfu/mL，約2000 cfu/mL，降低幅度高達85%～97%，變化極顯著(P<0.01)。至第二次消毒前(即第一次消毒后48 h)，細菌總數(shù)較前者變化不顯著(P>0.05)，二次消毒后24 h，部分池體的細菌數(shù)下降，下降幅度32%～61%，低于第一次消毒，而部分池體細菌數(shù)反而上升，變化不顯著(P>0.05)(圖2)。

2.2 二氧化氯消毒后養(yǎng)殖水體各水質(zhì)指標的變化

水體消毒前后的水質(zhì)數(shù)據(jù)(2015年1月3日—2015年2月4日)顯示在消毒前，水體氨氮質(zhì)量濃度穩(wěn)定于約1.0 mg/L，亞硝酸鹽氮約0.30 mg/L。水體消毒后約7 d各水質(zhì)指標開始有明顯上升，氨氮質(zhì)量濃度、亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度分別增至高于1.25 mg/L和0.36 mg/L的水平且持續(xù)10 d，最高值分別為1.49 mg/L和0.51 mg/L，經(jīng)過約10 d的短暫升高后，又恢復至試驗前的水平(圖3)。

2.3 二氧化氯消毒對大西洋鮭狀態(tài)及攝食量的影響

消毒后，除暫時關閉循環(huán)水進出口時造成魚體游動發(fā)生混亂外，正常開啟進出水后魚體很快恢復正常游動狀態(tài)，無不良狀況發(fā)生，也無死亡發(fā)生，水面清潔，無白色泡沫漂浮。觀察糞便收集器無殘餌及白便情況發(fā)生，每池每日投餌量穩(wěn)定于14 kg，攝食正常，無進食下降的現(xiàn)象出現(xiàn)。

圖2 各養(yǎng)殖池不同消毒時間的水體異養(yǎng)菌總數(shù)注：a,b表示同一養(yǎng)殖池的不同采樣時間的異養(yǎng)菌數(shù)之間的比較.

圖3 二氧化氯水體消毒前后養(yǎng)殖池水氨氮、亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度的變化注：黑色虛框指示消毒的日期范圍，紅色虛框指示水質(zhì)指標明顯升高的日期范圍.

3 討 論

3.1 二氧化氯殺菌效率

二氧化氯作為水產(chǎn)養(yǎng)殖水體廣泛使用的消毒劑，有著獨特的優(yōu)勢，具有高效強力、快速持久、廣譜滅菌、無毒無刺激安全的優(yōu)點[2-3]其作用原理通過氧化作用對細菌細胞壁有較強的吸附和穿透能力，從而有效的破壞細菌內(nèi)含巰基的酶，快速控制微生物蛋白質(zhì)的合成[9]。常用消毒劑中，相同時間內(nèi)達到效果所需的二氧化氯質(zhì)量濃度最低，對殺滅異養(yǎng)菌所需的二氧化氯質(zhì)量濃度僅為氯氣的1/2[10]；殺菌效果快，0.5 min接觸時間可殺滅99%以上的異養(yǎng)菌[9]，能很好地控制異養(yǎng)菌[11-12]。施慧等[10]在對5種常用消毒劑的殺菌效果比較研究中發(fā)現(xiàn)，在滅菌海水中二氧化氯對哈維氏弧菌(Vibrioharveyi)的殺滅效果最好，最低殺滅劑量僅為0.98 mg/L，低于聚維酮碘的31.25 mg/L、雙季銨碘的15.63 mg/L以及二溴海因和三氯異氰脲酸的3.93 mg/L。王泳儀等[9]比較二氧化氯與次氯酸鈉對異養(yǎng)菌的殺滅效率試驗中發(fā)現(xiàn)，在投藥量為0.5 mg/L時，二氧化氯殺菌率達90%，而次氯酸鈉僅為47%。劉艷娟等[13]研究了二氧化氯消毒中水化學需氧量與二氧化氯最小投加量的定量關系及確保二氧化氯持續(xù)消毒能力的剩余劑量中發(fā)現(xiàn)，為保證二氧化氯的持續(xù)消毒能力，消毒30 min水樣的剩余二氧化氯質(zhì)量質(zhì)量濃度不能低于0.10 mg/L。本研究在循環(huán)水養(yǎng)殖水體的消毒試驗中發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖水體經(jīng)二氧化氯第一次處理24 h后的殺菌效率高達85%～97%，二次處理后的殺菌效率略低，各養(yǎng)殖池間有較大差別，但兩次消毒的總體殺菌效率均超過了90%，說明了二氧化氯在短時間內(nèi)對循環(huán)水體的異養(yǎng)菌實現(xiàn)了快速殺滅。

3.2 生物膜損傷和養(yǎng)殖水體水質(zhì)變化

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的關鍵技術(shù)是養(yǎng)殖廢水的處理和再利用，養(yǎng)殖系統(tǒng)水處理的核心單元是生物膜[14]， 生物膜法處理養(yǎng)殖廢水具有產(chǎn)生污泥少、抗沖擊、負荷能力強、運行消耗少等特點，在循環(huán)水養(yǎng)殖水處理系統(tǒng)上得到較為廣泛的應用[15-17]。它是用細菌將氨氮轉(zhuǎn)化為沒有毒性的硝態(tài)氮，同時分解有機物[18]。在二氧化氯對水體細菌有較好殺滅效果的同時，可能會對生物膜上的硝化菌群有損害作用。本試驗對消毒前后的水質(zhì)指標進行了跟蹤測定，結(jié)果顯示在消毒后7 d，氨氮質(zhì)量濃度和亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度均有明顯上升，持續(xù)10 d后才恢復至原先水平，由此間接證明該試驗質(zhì)量濃度的二氧化氯可一定程度上殺滅生物膜上的硝化細菌，或破壞了正常的菌群結(jié)構(gòu)，導致生物膜的除氨效率下降。對于消毒7 d后各水質(zhì)指標才開始上升，可解釋為二氧化氯在對生物膜實現(xiàn)破壞作用后，生物膜除氨效率下降，氨氮、亞硝酸鹽氮的升高需要時間的積累，才造成時間上的滯后。

因此，使用質(zhì)量濃度1 mg/L的二氧化氯對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)進行水體消毒，雖然可以有效降低養(yǎng)殖水體細菌數(shù)，但對生物膜系統(tǒng)的損害作用也應引起注意，對于正常生產(chǎn)的系統(tǒng)，該水體消毒工作應謹慎進行。該試驗結(jié)果為循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)二氧化氯消毒工作的改進與優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)參考。

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EvaluationofEffectofChlorineDioxideDisinfectioninaRecirculatingAquacultureSystem(RAS)

HAN Houwei，WANG Xianping，ZHANG Lili,LIU Hao, HU Jiaping， WANG Shunkui，YU Kaisong，JIANG Xin，ZHAO Lili，SHAO Wei, WANG Zhenyang

( Shandong Oriental Ocean Sci-Tech Co., Ltd，Yantai 264003，China )

The effect of chlorine dioxide(ClO2) disinfection in a recirculating aquaculture system (RAS) was evaluated to direct the disinfection work in daily production practice. The ClO2disinfection work was carried out in 2 successive days once a month using at a dose of 1 mg/L. To evaluate the disinfection effect, the perniciousness to biological film and the effect on state of fishes′ life after using ClO2were analyzed. Firstly, water sampling was conducted before the first and second disinfection, and 24 h after disinfection, respectively. Heterotrophic bacteria (HB) population detection of each water sample showed that HB had a significant decrease 24 h after the first disinfection(P<0.01), without significant dfference at 48 h(P>0.05), and then the second disinfection had no significant change(P>0.05). Meanwhile, the change in the concentrations NH4-N and NO2-N in the water during the final and initial 2 months of ClO2disinfection was also monitored to indirectly evaluate the perniciousness of ClO2to the biological film in RAS. The results showed that NH4-N and NO2-N concentration increased from 1.0 mg/L,0.30 mg/L 7 days after the disinfection to 1.25 mg/L,0.36 mg/L, for 10 days and then reduced to the normal level. The ClO2disinfection indicated that there was no harm to the fish behavor and daily feeding. The findings indicate that ClO2disinfection at a dose of 1 mg/L in RAS could significantly decrease the heterotrophic bacterial (HB) populations, with no harm to the fish behavor and daily feeding, but cause a slight damage to the biological film, so it should be used carefully.

recirculating aquaculture system (RAS); chlorine dioxide(ClO2); disinfection effect evaluation

10.16378/j.cnki.1003-1111.2016.06.020

S912

A

1003-1111(2016)06-0718-05

2015-10-15；

2016-02-03.

國家國際科技合作專項項目(2014DFA31030)；山東省自主創(chuàng)新及成果轉(zhuǎn)化專項項目(2014ZZCX06204).

韓厚偉(1981—)，男，工程師；研究方向：水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)學. E-mail：hanhouwei@163.com. 通訊作者：江鑫(1982—)，男，工程師，在職博士后；研究方向：海洋生態(tài)學. E-mail：516956183@qq.com.