二氧化氯消毒对循环水养殖系统的影响评价

韩厚伟，王先平，张黎黎，刘 豪，胡佳平，王顺奎，于凯松，江 鑫, 赵丽丽，邵 伟，王振洋

( 山东东方海洋科技股份有限公司，山东 烟台 264003 )

二氧化氯消毒对循环水养殖系统的影响评价

韩厚伟，王先平，张黎黎，刘 豪，胡佳平，王顺奎，于凯松，江 鑫, 赵丽丽，邵 伟，王振洋

( 山东东方海洋科技股份有限公司，山东 烟台 264003 )

使用质量浓度1 mg/L的二氧化氯对循环水养殖池进行月1次、分2 d进行的直接泼洒消毒试验，从杀菌效果、对生物膜的损害程度及对养殖鱼体生活状态的影响3个方面进行二氧化氯消毒对循环水养殖系统的影响评价。在第一次消毒前及消毒后24 h时，第二次消毒前(即第一次消毒后48 h时)及第二次消毒后24 h时分别进行水样采集，测定养殖水体的异养菌总数变化，结果显示，第一次消毒后24 h时水体的异养菌总数较消毒前有极显著降低(P<0.01)，而48 h时降低不显著(P>0.05)，第二次消毒后亦变化不显著(P>0.05)。同时分析了消毒前后2个月内的养殖水体氨氮、亚硝酸盐氮含量的变化情况，以间接评价二氧化氯对循环系统生物膜的损害性大小。结果显示，在消毒工作完成后7 d时水体氨氮、亚硝酸盐含量有明显上升，分别由消毒前的1.0 mg/L、0.30 mg/L升至1.25 mg/L、0.36 mg/L的水平，持续约10 d才开始降低恢复。在消毒前后观察鱼体生长状态及摄食量结果显示，水体消毒对鱼体状态及摄食量无明显影响(P>0.05)。研究表明，在循环水养殖系统中质量浓度为1 mg/L的二氧化氯消毒可极显著降低异养菌总数，对鱼体生长状态及摄食量无明显影响，但对生物膜有轻微的损害作用，在养殖生产中应规范使用。

循环水养殖系统；二氧化氯；消毒效果评价

二氧化氯是一种杀菌效果好、低残留的的消毒剂，在食品消毒及水处理方面已经获得了广泛的应用[1-4]，除了在畜牧养殖业中应用广泛外[5]，对水产养殖动物致病菌的杀灭试验也有较多报道[6-7]；何义进等[6]对二氧化氯控制欧洲鳗致病菌的试验中发现，二氧化氯可有效杀灭爱德华氏菌(Edwardsiellatarda)、嗜水气单胞菌(Aeromonashydrophila)和柱状屈桡杆菌(Flexibactercolumnaris)，杀灭效率均超90%，且能有效改善养殖水体水质状况；艾晓辉等[7]发现质量浓度为1.56～25.00 mg/L的二氧化氯溶液对嗜水气单胞菌、鱼害黏球菌(Myxococcuspiscicola)、肠型点状产气单胞菌(Aeromonaspunctataf.intedtinalis)等7种常见鱼类致病菌在30 min 内可达到100%的杀灭效果，且对鲢鱼(Hypophthalmichthysmolitrix)、草鱼(Ctenopharyngodonidella)等水产养殖动物安全。

尽管二氧化氯杀菌效果较好，在水产养殖业上得到了广泛应用，但作为一种强氧化剂在循环水养殖系统中使用，存在巨大风险，可能会对生物氧化系统造成损害，为养殖生产带来极大的不确定性，因此，在循环水养殖系统中使用二氧化氯消毒水体的影响大小仍需试验研究确定。本研究所在养殖场区日常消毒的二氧化氯质量浓度为1 mg/L，月消毒1次，分2 d(隔天)进行，无隔离直接泼洒养殖池水体，消毒期间系统正常运行。本研究在养殖车间应用二氧化氯消毒水体期间，通过测定养殖水体异养菌总数、水质指标及鱼体生长摄食状态，评价二氧化氯消毒水体的影响好坏，为工厂化循环水养殖辅助消毒剂的使用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

二氧化氯泡腾片(青岛中仁药业有限公司)，有效成分8%；3M Petrifilm菌落总数测试片(3M中国有限公司)。试验地点在山东东方海洋科技股份有限公司开发区分公司，选择某封闭式循环水大西洋鲑成鱼养殖系统一套(图1)，系统含池体6个，每池水体90 m3，系统存池量40 300余尾，养殖密度12.25 kg/m3，鱼体均质量(229.83±23.39) g。养殖系统采用自动投喂系统进行投喂，投喂率设定为1%，并根据实际摄食情况随时调整。水体消毒和水样采集期间养殖系统正常运行，紫外灯5组正常开启，臭氧3.5 L/min。系统循环量450～500 m3/h， pH 7.0，水温(15±0.2) ℃，溶解氧(12.94±1.70) mg/L。

图1 循环水养殖系统工艺流程

1.2 试验方法

1.2.1 异养菌总数测定

消毒效果评价工作于2015年1月份进行，耗时4 d(1月8日—1月11日)，分别于第一次消毒前(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)以水样采集器采集养殖池中层水样，各养殖池均取样3个，迅速带回实验室进行细菌数测定。根据试验条件和实际生产应用，异养菌总数测定采用3M Petrifilm测试片法，具体操作方法参照文献[7]进行。吸取1 mL水样添加于盛有9 mL无菌海水的试管中，反复吹吸混匀，再吸取1 mL稀释水样至另一盛有无菌海水的试管中，吹吸混匀，按1∶10、1∶100梯度稀释；分别取200 μL滴在3M试纸上，每个梯度2个平行，静置数秒后以压板压平，28 ℃静置培养。

1.2.2 水质指标测定

水质指标数据采用水质化验室的日常监测数据。其中，氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法，亚硝酸盐氮的测定采用重氮耦合分光光度法，具体操作依照《海水水质标准》(GB 3097—1997)执行。

1.2.3 鱼体状态的观察及摄食量的调整

消毒前后密切观察鱼体状态，包括鱼体游动状态、摄食积极性等，做好记录；根据摄食积极性及有无残饵白便情况，调整投饵量，记录。

1.2.4 数据处理

(1)菌落人工计数:以计数器辅助统计3M试纸上的红色菌落数，记录成表，细菌总数处于30～300间最为合适。

(2)统计方法：

①若只有1个稀释度的细菌含量计数值位于此范围，则以此计数值乘以相应稀释倍数。

②若有2个稀释度的细菌含量计数值位于此范围，则根据下式计算:

式中，N为样品中菌落数，∑C为测试片上(含适宜范围菌落数的测试片)菌落数之和，n1为第1个适宜稀释度测试片数，n2为第2个适宜稀释度测试片数,d为稀释因子(第一稀释度)。

(3)试验数据以3个平行组数据的平均值表示，用SPSS软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 二氧化氯消毒后养殖水体异养菌总数的变化

第一次消毒后各养殖池水的异养菌总数均有极显著降低，而二次消毒后变化不显著。消毒前，各养殖池水的异养菌总数存在差异，但整体均处于104cfu/mL以上，6号池最高，为(1.0×105±6.3×103) cfu/mL。消毒后24 h，除6号池外，其余池体的细菌总数均降低至103cfu/mL，约2000 cfu/mL，降低幅度高达85%～97%，变化极显著(P<0.01)。至第二次消毒前(即第一次消毒后48 h)，细菌总数较前者变化不显著(P>0.05)，二次消毒后24 h，部分池体的细菌数下降，下降幅度32%～61%，低于第一次消毒，而部分池体细菌数反而上升，变化不显著(P>0.05)(图2)。

2.2 二氧化氯消毒后养殖水体各水质指标的变化

水体消毒前后的水质数据(2015年1月3日—2015年2月4日)显示在消毒前，水体氨氮质量浓度稳定于约1.0 mg/L，亚硝酸盐氮约0.30 mg/L。水体消毒后约7 d各水质指标开始有明显上升，氨氮质量浓度、亚硝酸盐氮质量浓度分别增至高于1.25 mg/L和0.36 mg/L的水平且持续10 d，最高值分别为1.49 mg/L和0.51 mg/L，经过约10 d的短暂升高后，又恢复至试验前的水平(图3)。

2.3 二氧化氯消毒对大西洋鲑状态及摄食量的影响

消毒后，除暂时关闭循环水进出口时造成鱼体游动发生混乱外，正常开启进出水后鱼体很快恢复正常游动状态，无不良状况发生，也无死亡发生，水面清洁，无白色泡沫漂浮。观察粪便收集器无残饵及白便情况发生，每池每日投饵量稳定于14 kg，摄食正常，无进食下降的现象出现。

图2 各养殖池不同消毒时间的水体异养菌总数注：a,b表示同一养殖池的不同采样时间的异养菌数之间的比较.

图3 二氧化氯水体消毒前后养殖池水氨氮、亚硝酸盐氮质量浓度的变化注：黑色虚框指示消毒的日期范围，红色虚框指示水质指标明显升高的日期范围.

3 讨 论

3.1 二氧化氯杀菌效率

二氧化氯作为水产养殖水体广泛使用的消毒剂，有着独特的优势，具有高效强力、快速持久、广谱灭菌、无毒无刺激安全的优点[2-3]其作用原理通过氧化作用对细菌细胞壁有较强的吸附和穿透能力，从而有效的破坏细菌内含巯基的酶，快速控制微生物蛋白质的合成[9]。常用消毒剂中，相同时间内达到效果所需的二氧化氯质量浓度最低，对杀灭异养菌所需的二氧化氯质量浓度仅为氯气的1/2[10]；杀菌效果快，0.5 min接触时间可杀灭99%以上的异养菌[9]，能很好地控制异养菌[11-12]。施慧等[10]在对5种常用消毒剂的杀菌效果比较研究中发现，在灭菌海水中二氧化氯对哈维氏弧菌(Vibrioharveyi)的杀灭效果最好，最低杀灭剂量仅为0.98 mg/L，低于聚维酮碘的31.25 mg/L、双季铵碘的15.63 mg/L以及二溴海因和三氯异氰脲酸的3.93 mg/L。王泳仪等[9]比较二氧化氯与次氯酸钠对异养菌的杀灭效率试验中发现，在投药量为0.5 mg/L时，二氧化氯杀菌率达90%，而次氯酸钠仅为47%。刘艳娟等[13]研究了二氧化氯消毒中水化学需氧量与二氧化氯最小投加量的定量关系及确保二氧化氯持续消毒能力的剩余剂量中发现，为保证二氧化氯的持续消毒能力，消毒30 min水样的剩余二氧化氯质量质量浓度不能低于0.10 mg/L。本研究在循环水养殖水体的消毒试验中发现养殖水体经二氧化氯第一次处理24 h后的杀菌效率高达85%～97%，二次处理后的杀菌效率略低，各养殖池间有较大差别，但两次消毒的总体杀菌效率均超过了90%，说明了二氧化氯在短时间内对循环水体的异养菌实现了快速杀灭。

3.2 生物膜损伤和养殖水体水质变化

循环水养殖系统的关键技术是养殖废水的处理和再利用，养殖系统水处理的核心单元是生物膜[14]， 生物膜法处理养殖废水具有产生污泥少、抗冲击、负荷能力强、运行消耗少等特点，在循环水养殖水处理系统上得到较为广泛的应用[15-17]。它是用细菌将氨氮转化为没有毒性的硝态氮，同时分解有机物[18]。在二氧化氯对水体细菌有较好杀灭效果的同时，可能会对生物膜上的硝化菌群有损害作用。本试验对消毒前后的水质指标进行了跟踪测定，结果显示在消毒后7 d，氨氮质量浓度和亚硝酸盐氮质量浓度均有明显上升，持续10 d后才恢复至原先水平，由此间接证明该试验质量浓度的二氧化氯可一定程度上杀灭生物膜上的硝化细菌，或破坏了正常的菌群结构，导致生物膜的除氨效率下降。对于消毒7 d后各水质指标才开始上升，可解释为二氧化氯在对生物膜实现破坏作用后，生物膜除氨效率下降，氨氮、亚硝酸盐氮的升高需要时间的积累，才造成时间上的滞后。

因此，使用质量浓度1 mg/L的二氧化氯对循环水养殖系统进行水体消毒，虽然可以有效降低养殖水体细菌数，但对生物膜系统的损害作用也应引起注意，对于正常生产的系统，该水体消毒工作应谨慎进行。该试验结果为循环水养殖系统二氧化氯消毒工作的改进与优化提供了数据参考。

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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.

国家国际科技合作专项项目(2014DFA31030)；山东省自主创新及成果转化专项项目(2014ZZCX06204).

韩厚伟(1981—)，男，工程师；研究方向：水产养殖生态学. E-mail：hanhouwei@163.com. 通讯作者：江鑫(1982—)，男，工程师，在职博士后；研究方向：海洋生态学. E-mail：516956183@qq.com.