本方案涉及水生生物侵入治理領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于侵入水電站冷卻水管道水生物的高壓脈沖電場(chǎng)（PEF）24小時(shí)連續(xù)滅殺方法。

目前，全球已知的能侵入附著和腐蝕的水生生物達(dá)4000余種，我們稱之為污損生物,我國(guó)已記錄的附著型污損生物約600種,主要包括:水虱、水螅、外肛動(dòng)物、苔蟲、龍介蟲、海鞘、藤壺、田螺、蚌、淡水殼菜以及藻類等。

我們以危害較大，非常典型的淡水殼菜為例進(jìn)行說明，當(dāng)然其他污損生物也會(huì)在不同程度上破壞水電站機(jī)組冷卻管道系統(tǒng)和輸水建筑物。

首先我們簡(jiǎn)單了解淡水殼菜的生物學(xué)特性：

淡水殼菜是我們?nèi)粘Ｖ械耐ㄋ捉蟹?。它的學(xué)名叫沼蛤、貽貝，根據(jù)生物學(xué)上具體分類，屬于：動(dòng)物界-軟體動(dòng)物門-雙殼綱-貽貝目-貽貝科-沼蛤?qū)?沼蛤。淡水殼菜雌雄異體，少量為雌雄同體，體外受精，生長(zhǎng)發(fā)育經(jīng)歷幼蟲、稚貝和成貝三個(gè)階段，幼蟲階段，浮游在水體中，生物體長(zhǎng)100~500微米。稚貝和成貝階段固著生長(zhǎng)，以纖毛運(yùn)動(dòng)攝取水中的浮游生物和有機(jī)碎屑等為生。成貝階段殼長(zhǎng)可達(dá)20~30毫米，外形近似三角形，殼質(zhì)薄而堅(jiān)硬，靠分泌的足絲附著或固著生活。淡水殼菜利用其足絲附著于堅(jiān)硬基質(zhì)如混凝土、石塊、金屬等表面以及木船和鐵殼船的水下部分、工業(yè)用水或自來水原水管道內(nèi)，靠濾食水中的浮游生物和 有機(jī)碎屑生長(zhǎng)。淡水殼菜是群棲性的動(dòng)物，往往形成非常稠密乃至層層堆疊的群體，生長(zhǎng)厚度可達(dá)3～125px，密度達(dá)87000個(gè)每平方米。

根據(jù)淡水殼菜的生活習(xí)性，總結(jié)各水電站或者輸水建筑物中淡水殼菜所引發(fā)的問題，基本可分為三大類：一類是淡水殼菜會(huì)堵塞原水輸水管道，淡水殼菜的大量生長(zhǎng)，減小了管道的過流面積，增大管道糙率，甚至堵塞管道，降低輸水效率。比如：淡水殼菜通常在管壁、縫隙等處多個(gè)體稠密群聚簇生，使得有效管徑縮減，糙率增大，輸水能力大大降低，進(jìn)而增大輸水建筑物的輸水能耗，增大工程運(yùn)行成本，同時(shí)嚴(yán)重影響供水調(diào)度，限制優(yōu)化調(diào)度空間，是輸水工程的一個(gè)難題。又比如：在水電站機(jī)組各冷卻系統(tǒng)的閥門、水泵、濾水器等流速較低的設(shè)備內(nèi)部、管道內(nèi)部附著，降低設(shè)備使用壽命，影響輸水效率，甚至造成堵塞，嚴(yán)重影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)?shù)畾げ嗽谶M(jìn)水口攔污柵、閘門、疊梁門、水輪機(jī)蝸殼內(nèi)壁等金屬結(jié)構(gòu)表面附著，會(huì)造成結(jié)構(gòu)表面腐蝕，影響金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，若淡水殼菜大量附著于閘門，將影響閘門正常啟閉，給電站運(yùn)行帶來安全隱患。升船機(jī)沉廂池墻壁、機(jī)組進(jìn)水口攔污柵柵條、進(jìn)水口事故門充水小門、主軸密封濾水器、發(fā)電機(jī)空冷器、推力外循環(huán)冷卻器、水輪機(jī)蝸殼內(nèi)壁、主變冷卻器及其供水管道內(nèi)均附著有大量淡水殼菜。

淡水殼菜污損問題主要與抽水蓄能電站封閉式的運(yùn)行方式有關(guān)。在淡水殼菜的繁殖期，水流攜帶幼蟲進(jìn)入機(jī)組水道系統(tǒng)，為淡水殼菜的遷移和入侵提供了通道和介質(zhì)，使得淡水殼菜在電站工程內(nèi)涉水設(shè)備中廣泛傳播和污損附著。由于幼蟲個(gè)體微小，隨水流自由遷移，可以到達(dá)工程內(nèi)任意狹小的水流空間，即使直徑只有數(shù)厘米的電站冷卻水管系統(tǒng)也不能幸免。

由于抽水蓄能電站內(nèi)部的水溫、流速等條件對(duì)于淡水殼菜的附著成長(zhǎng)十分有利，淡水殼菜浮游幼蟲階段隨水流進(jìn)入抽水蓄能電站的水工建筑物內(nèi)，隨著其生長(zhǎng)發(fā)育，逐漸開始分泌足絲附著在物體上，憑借過濾水流帶來的藻類懸浮碎屑等進(jìn)食并不斷長(zhǎng)大，大量生長(zhǎng)、高密附著，形成“生物污損”災(zāi)害，不僅對(duì)水工建筑物表面造成腐蝕、破壞，降低工程的使用壽命，還會(huì)堵塞小直徑管道，尤其是電站冷卻水輸送管道，甚至造成機(jī)組關(guān)閉，威脅工程的正常運(yùn)行。

第二類是淡水殼菜會(huì)破壞輸水建筑物混凝土面和腐蝕老化金屬管道部件。大量生長(zhǎng)并附著于輸水建筑物混凝土過水面，對(duì)輸水工程過水混凝土面的生物侵蝕作用是淡水殼菜、泥沙、藻類、細(xì)菌真菌等構(gòu)成的微生態(tài)體系的復(fù)合作用所致。淡水殼菜的蛋白足絲通過氫鍵或配位鍵與底材連接,從而形成4~8N的抗拔力，足絲侵入混凝土表層內(nèi)部,其分泌物代謝乙酸、丙酸和丙三醇等有機(jī)酸腐蝕水泥砂漿,加速混凝土內(nèi)壁碳化和粉化使碎石粗骨料露出、脫落,讓鋼筋保護(hù)層厚度逐漸變小,從而降低水工建筑物的使用年限,危害性極大。當(dāng)?shù)畾げ嗽诹鞯老到y(tǒng)的通氣孔、尾水支洞等混凝土表面附著，能腐蝕混凝土表面保護(hù)層，破壞表層砂漿、 致使混凝土剝落、形成坑洼，在高速水流的沖擊下，易形成沖坑，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行和生產(chǎn)運(yùn)行。當(dāng)?shù)畾げ饲秩胱憬z附著金屬管道部件的內(nèi)壁后分泌出的有機(jī)酸等會(huì)腐蝕機(jī)組，造成金屬部件腐蝕和老化。

第三類是淡水殼菜會(huì)惡化水質(zhì)。淡水殼菜呼吸消耗水中的溶解氧，代謝過程中排泄氨氮和營(yíng)養(yǎng)鹽，引起水質(zhì)惡化。機(jī)組內(nèi)淡水殼菜死亡后散發(fā)惡臭造成水質(zhì)惡化，影響機(jī)組的檢修工作。

目前在實(shí)際生產(chǎn)中，常用的預(yù)防和控制沼蛤在輸水管道內(nèi)壁滋生的方法主要有物理清除、化學(xué)藥劑殺滅、生物控制、生態(tài)水力學(xué)滅殺等。

（1）物理方法：包括離水干燥、高鹽度水或高溫水浸泡噴淋、人工或機(jī)器直接刮除、紫外線照射、超聲波處理、施加電流電壓、調(diào)節(jié)水流速等。這些方法常用于引水隧道中沼蛤污損的處理中，然而都不能根治沼蛤滋生，且需要重復(fù)進(jìn)行、成本高昂。對(duì)附著在工程物體表面的成貝進(jìn)行清除的過程還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)表面造成一定程度的損傷，影響到工程的使用壽命且刮除后存在構(gòu)筑物表面粗糙度增大的問題，若不采取其他措施，反而更利于下一周期淡水殼菜的附著生長(zhǎng)，導(dǎo)致后續(xù)更高的附著密度。

（2）涂料防護(hù)法：主要從預(yù)防沼蛤附著考慮，思路較為合理。常用的辦法是在水工建筑物表面涂覆防護(hù)涂料，以提高物體表面的光滑度，減少沼蛤的附著量，或者在涂料中添加殺蟲劑，對(duì)沼蛤進(jìn)行殺滅。采用某些具有較低表面自由能的接觸面的建筑材料，如聚四氟乙烯、硅樹脂、銅制材料、黃銅制材料、鍍鋅的鋼等，能夠降低沼蛤的附著力。同時(shí)某些防貝涂料釋放重金屬降低接觸面的表面自由能，抑制酪氨酸酶的活性，改變足絲的不溶性等，能有效地防治沼蛤的附著。但這些涂料經(jīng)常因?yàn)榫哂卸拘?、污染水體而不能廣泛推廣應(yīng)用。

（3）化學(xué)方法：已在研究中嘗試使用過的滅殺沼蛤的藥劑近 40 種，包括氯、雙氧水、石灰、硫酸銅、鉀鹽、氧化銅、鋅鹽、臭氧和各種殺貝劑等。但對(duì)于大流量的輸水系統(tǒng)，化學(xué)方法成本較高，不具有實(shí)用性，且有害化學(xué)藥劑的使用將對(duì)電廠水庫系統(tǒng)造成環(huán)境污染和生態(tài)破壞。根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)研究表面，能夠用于滅殺淡水殼菜的藥劑近40種，包括氯、雙氧水、石灰、硫酸銅、鉀鹽、氧化銅、次氯酸鈉和各種殺貝劑等。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，氯的殺滅效果最明顯，次氯酸鈉能夠溶解淡水殼菜足絲。但淡水殼菜在惡劣環(huán)境下?lián)碛虚]殼自我保護(hù)的本能，需投放大量藥劑才能保障滅殺率，在實(shí)際投放中對(duì)藥劑的投放量難以有效掌控。且化學(xué)藥品會(huì)與金屬、混凝土等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成二次產(chǎn)物，大量的藥劑及二次產(chǎn)物流入水中會(huì)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)帶來不可控的影響，造成生態(tài)污染等環(huán)境事件。

（4）生物防治：鯉魚、青魚、魴魚等生活在水體中下層，可直接吞食淡水殼菜或者幼蟲的魚類。此方法通過競(jìng)爭(zhēng)獲取水中浮游藻類植物，降低淡水殼菜食物豐度，上述魚類還能捕食淡水殼菜的幼蟲，進(jìn)一步減少成貝數(shù)量。投放魚苗也有利于保護(hù)庫區(qū)環(huán)境，改善庫區(qū)水質(zhì)。生物防治的優(yōu)點(diǎn)是有利于環(huán)境保護(hù)，同時(shí)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，缺陷是不能像物理、化學(xué)方法一樣立竿見影，需要一定的時(shí)間才能見效。此方法生態(tài)效益高、但需要時(shí)間長(zhǎng)，僅適合流動(dòng)性較小的水庫。

（5）生態(tài)水力學(xué)法：包括生物附著滅殺法、生物沉降滅殺法、孔板湍流滅殺法，是清華大學(xué)近十年來研發(fā)的沼蛤防治方法。生物附著滅殺法利用沼蛤幼蟲主動(dòng)附著物體的生物特性，修建生物附著池，在附著池內(nèi)安裝有利于沼蛤幼蟲附著、成長(zhǎng)的附著排，為沼蛤幼蟲創(chuàng)造良好的附著生長(zhǎng)條件。通過附著排引誘沼蛤幼蟲大量附著，減少供水水體中幼蟲密度，進(jìn)而降低沼蛤?qū)こ痰奈蹞p風(fēng)險(xiǎn)。生物沉降滅殺法利用沉降滅殺池，池中保持緩慢的水體流速，利用幼蟲的自身重量，自然沉到池底淤泥層后窒息死亡。這種方法雖然有效，但由于幼蟲的沉降速度十分緩慢，因此沉降池需要占用較大的平面空間。孔板湍流滅殺法利用水流通過孔板產(chǎn)生的湍流將幼蟲殺死，效果良好，但如果水體中有雜質(zhì)時(shí)，往往會(huì)堵塞孔板，影響滅殺裝置的正常運(yùn)行。

研究經(jīng)驗(yàn)表明：成貝階段的沼蛤有貝殼保護(hù)，具有一定的環(huán)境耐受力、加之繁殖力強(qiáng)，一旦進(jìn)入水利工程通常很難清除；而幼蟲階段的沼蛤自我防護(hù)能力差，是防治滅殺的好時(shí)機(jī)，但其個(gè)體微小且數(shù)量眾多，采用上述方法徹底滅殺也非易事。

高壓脈沖電場(chǎng)（PEF）24小時(shí)連續(xù)滅殺系統(tǒng)，安裝到輸水管道的取水口處能非常好的徹底殺滅幼蟲。

高壓脈沖電場(chǎng)（PEF）殺死生物的機(jī)理：

電穿孔的機(jī)理：生物細(xì)胞的細(xì)胞膜兩表面帶有極性相反的帶正電荷和負(fù)電荷的自由電荷，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,細(xì)胞膜表面不斷堆積電荷,從而誘導(dǎo)產(chǎn)生橫跨膜電勢(shì),當(dāng)橫跨膜電勢(shì)大于臨界電勢(shì)時(shí),細(xì)胞膜破裂形成不可逆電穿孔現(xiàn)象，造成細(xì)胞死亡，從而殺死生物。

生物的種類和其細(xì)胞的大?。?xì)菌直徑一般零點(diǎn)幾微米，原生生物細(xì)胞直徑一般幾十~幾百微米）決定了電穿孔所需電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，單位時(shí)間處理量決定了所需功率的大小。

在電場(chǎng)強(qiáng)度和功率滿足的條件下，不可逆電穿孔現(xiàn)象的發(fā)生時(shí)間非常短，幾微秒內(nèi)就可以發(fā)生；反之，電場(chǎng)強(qiáng)度和功率不夠，無論循環(huán)處理多長(zhǎng)時(shí)間都不可能殺死細(xì)胞。

基于以上高壓脈沖電場(chǎng)（PEF）殺死生物的機(jī)理，我公司的脈沖電場(chǎng)管道式成套系統(tǒng)設(shè)備可以24小時(shí)連續(xù)徹底殺滅水生生物的幼蟲，殺滅效果立竿見影，一次性投入，不需要重復(fù)使用任何有毒藥劑，也不需要使用昂貴的帶有涂層的管道，對(duì)現(xiàn)有普通管道稍加改造即可投入使用，投資成本小。且對(duì)輸水管道的大流量和大流速，影響極小。