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高扬 研究员 宁夏银川兴庆区畜牧水产中心 2014年5月16日
表面活性剂一词来自英语surface active agent的缩合词。凡加入少量而能显著降低液体表面张力的物质，统称为表面活性剂。它们的表面活性是对某特定的液体而言的，在通常情况下则指水。 表面活性剂一端是非极性的碳氢链（烃基），与水的亲和力极小，常称疏水基；另一端则是极性基团（如—OH、—COOH、—NH2、—SO3H等），与水有很大的亲和力，故称亲水基，总称“双亲分子”（亲油亲水分子）。为了达到稳定, 表面活性剂溶于水时，可以采取两种方式：
1、在液面形成单分子膜
将亲水基留在水中而将疏水基伸向空气，以减小排斥，而疏水基与水分子间的斥力相当于使表面的水分子受到一个向外的推力，抵消表面水分子原来受到的向内的拉力，亦即使水的表面张力降低。在油-水系统中，表面活性剂分子会被吸附在油-水两相的界面上，而将极性基团插入水中，非极性部分则进入油中，在界面定向排列。这在油-水相之间产生拉力，使油-水的界面张力降低。这一性质对表面活性剂的广泛应用有重要的影响。
2、形成“胶束”
表面活性剂按极性基团的解离性质分类为：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂。
一、消毒剂
表面活性剂在消毒领域的应用研究, 近几年的发展速度很快, 获准上市的相关产品的种类与数量在不断增加。水产养殖中主要表现在：直接使用具有杀菌作用的表面活性剂, 而且不断推出新的品种；在传统消毒药物中加入表面活性剂来改进、提高消毒效果, 达到增效目的。
1、直接杀菌
主要有两种表面活性剂, 即阳离子表面活性剂中的如季铵盐类消毒剂以及两性表面活性剂中的汰垢(Tego) 类消毒剂。
（1）季铵盐类消毒剂
季铵盐是一类阳离子表面活性剂，具有优异的亲水性、吸附性和表面活性。它的杀菌机理一般是这样认为的：细菌表面的细胞壁带负电荷，季铵盐类化合物中带正电荷的有机阳离子可被带负电荷的细菌选择性吸附，通过渗透和扩散作用，穿过表面进入细胞膜，从而阻碍细胞膜的半渗透作用，并进一步穿入细胞内部，使细胞酶钝化，不能产生蛋白质酶，从而使蛋白质变性达到杀死细菌细胞的作用。季铵型表面活性剂的杀菌机制主要通过正离子头基吸附在负电荷的细菌表面，改变细菌细胞壁的通透性来完成的。
作为消毒剂的季铵盐类,一般有一个碳链长达8～18的烷基, 碳链短于或长于此范围者, 杀菌能力差。在此范围内，杀菌剂的分子量越小，杀菌活性越弱，反之分子量越高，杀菌活性越强。常用的季铵盐类消毒剂, 主要有: 新洁尔灭（苯扎溴铵）(化学名称为十二烷基二甲基苄基溴化铵) 、洁尔灭或122 7（苯扎氯胺）(十二烷基二甲基苄基氯化铵)以及它们的复合产品。
虽然季铵盐杀菌剂具有很好的杀菌性能，但是如果长期单一的使用该类药剂，容易产生抗药性，需不断增加用药量。在增加经济成本的同时，由于用药量的增加，其毒性也不容忽视，因而限制了该类产品的使用。
双链季铵盐表面活性剂包含两个或两个以上的疏水基团和亲水基团，与单季铵型表面活性剂相比，一方面，表现为更大的表面活性，尤其是由于分子中有两个带正电荷的N ，更有利于杀菌剂分子在细菌表面的吸附，从而改变细胞壁的渗透性，使菌体破裂；杀菌剂吸附到菌体表面后，有利于疏水基与亲水基分别深入菌体细胞的类脂层与蛋白层，导致酶失去活性。并且增加它们的水溶性, 即使在水质硬度较大的情况下也呈现出相当好的溶解性, 表现出很好的稳定性，耐高温也更好。另一方面，在链桥中引入S、N等原子，协同作用，使双季铵盐类化合物具有更强的抗菌性能和更低的毒性。
季铵盐类消毒剂有一些不同于其他消毒剂的优缺点，在生产上要根据实际情况科学用药，方能取得良好效果。
①化学性质稳定作用时间长，这对无增氧机、池塘水流动性差的情况特别适合。（如含氯消毒剂，作用时间极短，水位高的时候，底层水和底质．基本无法消毒，而这些区域又是最需要消毒的地方）。季铵盐类消毒剂由于作用时间长，即使在相对静止的水体中，亦可通过扩散作用使部分药物到达底层。
②高pH值条件下效果好，季铵盐类消毒剂，在pH=3时效果很差。在pH值8～10时，效果最好。这特别适合盐碱池塘水体消毒，也适合生石灰调节水质后的水体消毒。(很多消毒剂如含氯消毒剂、含碘消毒剂等都不宜和生石灰同用)。
③易被各种物体表面所吸附：季铵盐类消毒剂在某些物质表面，其浓度可数倍于水体。因此，对饲料台、池塘底部等容易藏污垢的地方有很好的吸附消毒作用。对鱼类体表也有很好的吸附作用，特别是养殖鱼类创伤面的病变部位容易吸附。但有水葫芦、浮萍的水中，这些水生植物会影响其消毒效果。
(2) 汰垢(Tego) 类消毒剂, 即为一系列氨基酸型两性表面活性剂, 其特点是毒性比阳离子型的要小。汰垢类消毒剂对化脓球菌、肠道杆菌等及真菌都有很好的杀灭作用。但对细菌芽孢无杀灭作用，杀菌作用不受有机物影响, 但可被肥皂与其他阴离子表面活性剂所中和。汰垢有多种产品,国外已广泛使用, 国内也有少量引进。
2、协同杀菌作用
大量上市的含氯复方消毒剂, 多为次氯酸钠等含氯消毒剂中加入阴离子表面活性剂, 如加入十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等，可显著提高消毒剂杀菌效果。
有机溶剂(磷酸三丁酯) 与非离子表面活性剂(Triton X - 100 , Tween 80) 联合应用, 具有良好的杀菌、灭活病毒的作用, 其作用机理主要通过溶解微生物的细胞膜上的脂类物质, 使细胞膜破裂而实现杀灭作用, 而且不破坏任何蛋白质的性质。
戊二醛复方消毒剂中多使用季铵盐类消毒剂作为增效剂, 如单独使用戊二醛消毒, 需质量分数为2 %戊二醛作用20 min～40 min , 如果加入质量分数为012 %阳离子表面活性剂, 则戊二醛的使用剂量可下降50 %左右。戊二醛的长期毒性较大, 其剂量的下降则可提高使用的安全性。
二、增氧剂
1、提高氧气在水中的溶解度
传统增氧剂往往是过碳酸钠、过氧化钙、过碳酰胺等过氧化合物，存在放氧量低、作用时间短。而某些表面活性剂具有良好的增氧作用，如用双子基椰油甜菜碱类能抑制水体中厌氧微生物的过度繁殖，并快速降低水体与空气的界面张力，让空气中的氧大量导入水体中，使溶解氧由1毫克/升的低溶氧水平达到4～5.5毫克/升的高水平。
表面活性剂的增氧原理：在养殖水体中加入表面活性剂后，能使养殖水体中氧的饱和溶解度增大。根据水合物形成理论和双膜理论，由于氧气在水中的溶解度很小，所以在水体中水－氧合物一般首先在气－液界面形成，然后慢慢从气相向液相扩散。在含有表面活性剂的水体中，由于表面活性剂的增溶作用，水溶液中形成的表面活性剂胶束中溶解有大量的氧气，这样在表面活性剂水溶液中水－氧合物的形成不仅可以在气－液界面发生，也同时可以在水体内部发生，降低了水－氧合物形成时间，提高了氧在水体中的溶解度。
2、加快氧溶解于水体中的速度
表面活性剂在水体中具有良好的起泡作用。由于泡沫是气体分散与液体中的分散体系，气体是分散相，液体是分散介子。含表面活性剂的水体在风、水流、水生动物游动等作用下会产生许多气泡，由于表面活性剂分子能够吸附在气一一液界面上，定向排列形成一层坚固的膜使气泡保持稳定，同时表面活水体性剂具有分散性可使气泡均匀分散于液体中。在水体的扰动时产生泡沫的过程中，使得大量含有丰富氧的空气泡进入水体，加快氧在水体中的溶解，从而使水体溶氧达到一个较高的水平。
特别是在没有光照的夜晚表面活性剂对水体中溶氧的提高具有明显的效果，如果此时有增氧机的搅拌，加上上下水层的对流，使得水体不至于底部和生物的大量耗氧而急剧缺氧，从而防止养殖对象的泛塘。
3、表面活性剂影响水密度
表面活性剂分子在水体的表面上富集，亲油基朝向空气，而亲水基插入水相，这样由原来水和空气形成的界面逐渐由表面话性剂的亲油基和空气形成的界面所替代，水的表面张力降低，空气更易进入水体。
由于形成胶束使得表层水体的密度增加，高于下层水，在表面活性剂的分散作用下形成上下水体循环将空气带入池底。特别是在白天，由于浮游植物的光合作用而使养殖水体补偿深度以上的水层中的氧达到过饱和，而补偿深度以下水层特别是底部水层的氧由于生物呼吸、有机物氧化等的耗氧而导致氧含量过低甚至无氧。将表面活性剂在白天泼洒进入养殖水体中后，表面活性剂开始分布于养殖水体上层，这使得养殖水体上层的密度增大，将带动上层富氧水向下层水体运动，将使整个养殖水体的上下层发生对流，加大底层水体的氧含量，减少下层水质和底质的恶化。
4、除水面油膜增加溶氧
在高密度养殖水体中，平时投入大量饲料被水生动物消化后排泄大量废物，经过微生物分解，浮游生物新陈代谢等多种因素在水体表面形成油膜阻隔了空气与水体接触，增大了水体的表面张力。而表面活性剂可以使油膜逐渐卷缩成油珠被水流拖离、滚动、集中至下风口处。表面活性剂用量较大时可使其乳化、以微粒形态悬浮于水体中，可消除油膜。水体表面张力减少，使得空气中的氧更容易进行水体中，加快氧在水体中的溶解，同时透明度增加使藻类光合作用增强，从而增加水体中氧的含量。
三、絮凝剂
常规水质改良剂中，我们往往会使用到大量的絮凝剂，如硫酸铝钾、硫酸铝、聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)等，存在用量大、效果不稳定、形成二次污染等弊端。目前聚二乙基二甲基氯化氨、聚氨、聚丙烯酸钠和丙烯酰胺等高分子表面活性剂已在逐步替代上述传统净水剂。目前广泛采用的高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺系列的产品，聚丙烯酰胺是一种线性的水溶性共聚物，改性后制得的阳离子聚丙烯酰胺为固体粉末，易溶于水，有很强的吸湿和絮凝作用，属线性高分子表面活性剂，带有正电荷，可使悬浮的有机胶体和有机化合物有效絮凝。
其絮凝机理为：长链高分子与污水中固体颗粒表面(一般呈负电性如粘土)发生多点吸附；高分子链很长，可以同时吸附在几个固体颗粒上使它们桥联在一起；吸附了几个固体颗粒的长链分子，相互还可通过共同吸附固体颗粒或互相缠绕而彼此桥联在一起，形成絮凝团块(或团粒)。
四、不良水化学指标的处理
养殖过程中往往会出现溶解氧偏低，氨氮、亚硝酸盐超标，pH值不正常等问题。溶解氧偏低可以投放糖酯类表面活性剂； pH值低于7时可使用棕榈季铵盐来刺激芽孢类生物快速裂殖生长或使用藻类生长素——月桂酸镁益藻而提高池水pH值；硫化氢或亚硝酸盐超标时可使用双子基椰油甜菜碱类增氧剂，增加水中溶解氧，特别是底部的溶解氧，以利于有机物氧化分解。
现代养殖过程中需要消除水体、底部的有毒成份，如重金属离子、消毒杀虫灭藻药的残毒、生物代谢产物的毒素等。用解毒性烷基氨基酸(每千克用3～4亩，用水稀释l00倍后全池泼洒)对药品的残毒或其他有害物质毒素具有良好的降解作用。
五、底质改良
由低聚甘露糖和辛桂基氨基酸组成改底片，修复池中的黑污泥，对清除塘底有害菌特别是弧菌的生长繁殖源特别有效，增强底质自净功能，修复养殖池塘健康的生态环境，促进微生态循环；自下而上，先改善底质，再调爽水质，清源正本，爽活水体；预防、消除底质发热、底质腐败；消除氨氮、硫化氢等有害物质。
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