本方案涉及水生生物侵入治理領域，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（PEF）24小時連續滅殺方法。

目前，全球已知的能侵入附著和腐蝕的水生生物達4000余種，我們稱之為污損生物,我國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行說明，當然其他污損生物也會在不同程度上破壞水電站機組冷卻管道系統和輸水建筑物。

首先我們簡單了解淡水殼菜的生物學特性：

淡水殼菜是我們日常中的通俗叫法。它的學名叫沼蛤、貽貝，根據生物學上具體分類，屬于：動物界-軟體動物門-雙殼綱-貽貝目-貽貝科-沼蛤屬-沼蛤。淡水殼菜雌雄異體，少量為雌雄同體，體外受精，生長發育經歷幼蟲、稚貝和成貝三個階段，幼蟲階段，浮游在水體中，生物體長100~500微米。稚貝和成貝階段固著生長，以纖毛運動攝取水中的浮游生物和有機碎屑等為生。成貝階段殼長可達20~30毫米，外形近似三角形，殼質薄而堅硬，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硬基質如混凝土、石塊、金屬等表面以及木船和鐵殼船的水下部分、工業用水或自來水原水管道內，靠濾食水中的浮游生物和 有機碎屑生長。淡水殼菜是群棲性的動物，往往形成非常稠密乃至層層堆疊的群體，生長厚度可達3～125px，密度達87000個每平方米。

根據淡水殼菜的生活習性，總結各水電站或者輸水建筑物中淡水殼菜所引發的問題，基本可分為三大類：一類是淡水殼菜會堵塞原水輸水管道，淡水殼菜的大量生長，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，進而增大輸水建筑物的輸水能耗，增大工程運行成本，同時嚴重影響供水調度，限制優化調度空間，是輸水工程的一個難題。又比如：在水電站機組各冷卻系統的閥門、水泵、濾水器等流速較低的設備內部、管道內部附著，降低設備使用壽命，影響輸水效率，甚至造成堵塞，嚴重影響機組穩定運行。當淡水殼菜在進水口攔污柵、閘門、疊梁門、水輪機蝸殼內壁等金屬結構表面附著，會造成結構表面腐蝕，影響金屬結構強度，若淡水殼菜大量附著于閘門，將影響閘門正常啟閉，給電站運行帶來安全隱患。升船機沉廂池墻壁、機組進水口攔污柵柵條、進水口事故門充水小門、主軸密封濾水器、發電機空冷器、推力外循環冷卻器、水輪機蝸殼內壁、主變冷卻器及其供水管道內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行方式有關。在淡水殼菜的繁殖期，水流攜帶幼蟲進入機組水道系統，為淡水殼菜的遷移和入侵提供了通道和介質，使得淡水殼菜在電站工程內涉水設備中廣泛傳播和污損附著。由于幼蟲個體微小，隨水流自由遷移，可以到達工程內任意狹小的水流空間，即使直徑只有數厘米的電站冷卻水管系統也不能幸免。

由于抽水蓄能電站內部的水溫、流速等條件對于淡水殼菜的附著成長十分有利，淡水殼菜浮游幼蟲階段隨水流進入抽水蓄能電站的水工建筑物內，隨著其生長發育，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食并不斷長大，大量生長、高密附著，形成“生物污損”災害，不僅對水工建筑物表面造成腐蝕、破壞，降低工程的使用壽命，還會堵塞小直徑管道，尤其是電站冷卻水輸送管道，甚至造成機組關閉，威脅工程的正常運行。

第二類是淡水殼菜會破壞輸水建筑物混凝土面和腐蝕老化金屬管道部件。大量生長并附著于輸水建筑物混凝土過水面，對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、細菌真菌等構成的微生態體系的復合作用所致。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部,其分泌物代謝乙酸、丙酸和丙三醇等有機酸腐蝕水泥砂漿,加速混凝土內壁碳化和粉化使碎石粗骨料露出、脫落,讓鋼筋保護層厚度逐漸變小,從而降低水工建筑物的使用年限,危害性極大。當淡水殼菜在流道系統的通氣孔、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，嚴重影響機組運行和生產運行。當淡水殼菜侵入足絲附著金屬管道部件的內壁后分泌出的有機酸等會腐蝕機組，造成金屬部件腐蝕和老化。

第三類是淡水殼菜會惡化水質。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養鹽，引起水質惡化。機組內淡水殼菜死亡后散發惡臭造成水質惡化，影響機組的檢修工作。

目前在實際生產中，常用的預防和控制沼蛤在輸水管道內壁滋生的方法主要有物理清除、化學藥劑殺滅、生物控制、生態水力學滅殺等。

（1）物理方法：包括離水干燥、高鹽度水或高溫水浸泡噴淋、人工或機器直接刮除、紫外線照射、超聲波處理、施加電流電壓、調節水流速等。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，且需要重復進行、成本高昂。對附著在工程物體表面的成貝進行清除的過程還會對結構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，導致后續更高的附著密度。

（2）涂料防護法：主要從預防沼蛤附著考慮，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，對沼蛤進行殺滅。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。但這些涂料經常因為具有毒性、污染水體而不能廣泛推廣應用。

（3）化學方法：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。但對于大流量的輸水系統，化學方法成本較高，不具有實用性，且有害化學藥劑的使用將對電廠水庫系統造成環境污染和生態破壞。根據現有的實驗研究表面，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。根據實際應用經驗，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境下擁有閉殼自我保護的本能，需投放大量藥劑才能保障滅殺率，在實際投放中對藥劑的投放量難以有效掌控。且化學藥品會與金屬、混凝土等發生化學反應形成二次產物，大量的藥劑及二次產物流入水中會對區域生態系統帶來不可控的影響，造成生態污染等環境事件。

（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。此方法通過競爭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，進一步減少成貝數量。投放魚苗也有利于保護庫區環境，改善庫區水質。生物防治的優點是有利于環境保護，同時產生經濟效益，缺陷是不能像物理、化學方法一樣立竿見影，需要一定的時間才能見效。此方法生態效益高、但需要時間長，僅適合流動性較小的水庫。

（5）生態水力學法：包括生物附著滅殺法、生物沉降滅殺法、孔板湍流滅殺法，是清華大學近十年來研發的沼蛤防治方法。生物附著滅殺法利用沼蛤幼蟲主動附著物體的生物特性，修建生物附著池，在附著池內安裝有利于沼蛤幼蟲附著、成長的附著排，為沼蛤幼蟲創造良好的附著生長條件。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，進而降低沼蛤對工程的污損風險。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生的湍流將幼蟲殺死，效果良好，但如果水體中有雜質時，往往會堵塞孔板，影響滅殺裝置的正常運行。

研究經驗表明：成貝階段的沼蛤有貝殼保護，具有一定的環境耐受力、加之繁殖力強，一旦進入水利工程通常很難清除；而幼蟲階段的沼蛤自我防護能力差，是防治滅殺的好時機，但其個體微小且數量眾多，采用上述方法徹底滅殺也非易事。

高壓脈沖電場（PEF）24小時連續滅殺系統，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（PEF）殺死生物的機理：

電穿孔的機理：生物細胞的細胞膜兩表面帶有極性相反的帶正電荷和負電荷的自由電荷，在強電場作用下,細胞膜表面不斷堆積電荷,從而誘導產生橫跨膜電勢,當橫跨膜電勢大于臨界電勢時,細胞膜破裂形成不可逆電穿孔現象，造成細胞死亡，從而殺死生物。

生物的種類和其細胞的大小（細菌直徑一般零點幾微米，原生生物細胞直徑一般幾十~幾百微米）決定了電穿孔所需電場強度的大小，單位時間處理量決定了所需功率的大小。

在電場強度和功率滿足的條件下，不可逆電穿孔現象的發生時間非常短，幾微秒內就可以發生；反之，電場強度和功率不夠，無論循環處理多長時間都不可能殺死細胞。

基于以上高壓脈沖電場（PEF）殺死生物的機理，我公司的脈沖電場管道式成套系統設備可以24小時連續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，對現有普通管道稍加改造即可投入使用，投資成本小。且對輸水管道的大流量和大流速，影響極小。