一種超高壓自容式海底充油電纜絕緣油的毒性研究

岑貞錦 趙剛 張宇鑫

【摘要】本文分析了超高壓海底電纜絕緣油的成分，并通過海纜絕緣油對小鼠的急性經(jīng)口毒性實(shí)驗(yàn)和海纜絕緣油對費(fèi)氏弧菌、牟氏角毛藻、鹵蟲、蒙古裸腹溞、凡納濱對蝦、裸項(xiàng)櫛鰕虎魚的水生生物毒性實(shí)驗(yàn)，對海纜絕緣油毒性進(jìn)行分析和研究，得出海纜絕緣油的毒性情況。

【關(guān)鍵詞】超高壓；海底電纜；絕緣油；毒性

海南聯(lián)網(wǎng)工程跨越瓊州海峽，選用了技術(shù)成熟、有豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的超高壓500kV自容式單芯海底充油電纜，是世界上單根最長的海底電纜。瓊州海峽是連接海南和廣東最便捷的海上通道，也是通向我國內(nèi)地和世界各地的主要海上通道，該海域海洋活動和漁業(yè)生產(chǎn)活動繁忙，過往船只拋錨拖錨、漁業(yè)生產(chǎn)和海洋工程施工等均可能會對海底電纜產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致電纜破裂或者斷裂而發(fā)生溢油。溢油發(fā)生后，由于該類絕緣油的溶解性較弱，油類有一部分附著在海底沉積物中，部分在水體中向上擴(kuò)散，最終以油膜的形式在海表面漂浮，在風(fēng)及海流作用下油膜隨之漂移，與此同時(shí)，油膜還將不斷向四周擴(kuò)展，使油膜面積不斷擴(kuò)大。絕緣油膜掃過對海洋生物成體、幼體和浮游生物等都將產(chǎn)生影響。因此，對這種超高壓自容式海底充油電纜絕緣油的毒性是個值得研究的課題。

1.海底電纜絕緣油成分分析

海南聯(lián)網(wǎng)工程海底電纜的電纜中心油管直徑30mm，主絕緣厚度為28.5mm，主絕緣外面有鎧裝層、鉛護(hù)套層等多種保護(hù)層。油管內(nèi)充滿海纜絕緣油以保持電纜對海水的正壓。海纜絕緣油是無氣味、不溶于水的透明液體，由直鏈烷基苯構(gòu)成，主要成分為十碳烷基苯各種異構(gòu)體，十一碳烷基苯各種異構(gòu)體，十二碳烷基苯各種異構(gòu)體和十三碳烷基苯各種異構(gòu)體（相對百分含量分別為9.04%， 31.66%， 30.18%， 29.14%）。

2.海纜絕緣油對小鼠的急性經(jīng)口毒性分析

評測海纜絕緣油油對人體的安全性，可大致包括急性毒性，亞急性毒性，慢性毒性，致畸性（胚胎毒性），對皮膚或粘膜刺激性和眼睛刺激性等一些指標(biāo)。海纜絕緣油主要用于海纜保護(hù)，并非人體直接接觸使用，人體安全性毒性研究以小白鼠急性經(jīng)口毒性實(shí)驗(yàn)參考。

實(shí)驗(yàn)動物：SPF級KM小鼠40只，雌、雄各半，體重約18～22g，購自廣州中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心，小鼠飼養(yǎng)在專用動物房內(nèi)（溫度：20～26℃，濕度：40-70%）。動物飼養(yǎng)按照嚙齒類接收、適應(yīng)及檢疫操作規(guī)程（VET-003）和實(shí)驗(yàn)動物飼料、墊料和飲水的質(zhì)量控制操作規(guī)程（LA-ADM006，LA-ADM007，LA-ADM008）的規(guī)定進(jìn)行。適應(yīng)3天時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)過程：

1）量取1mL海纜絕緣油，應(yīng)用電子秤測出樣品密度為：0.9g/mL，采用原液灌胃經(jīng)口給藥。5000mg/kg體重海纜油給藥體積為5.56mL/kg體重。

2）進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，取6只SPF級KM小鼠，雌雄各半，分兩籠飼養(yǎng)，給藥前禁食16h，給藥后禁食3h；20mL/kg體重進(jìn)行經(jīng)口給藥，給藥后48h 內(nèi)均出現(xiàn)嚴(yán)重立毛情況，48h 后立毛情況消失，連續(xù)觀察14天，動物未出現(xiàn)死亡。

3）實(shí)施正式實(shí)驗(yàn)，經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)證明，海纜油毒性較低，本實(shí)驗(yàn)采用最大限量法，即用20只動物（雌、雄各半），采用5.56 mL/kg體重劑量將海纜油原液經(jīng)口灌胃1次；給藥前禁食16h，給藥后禁食3h。根據(jù)“化學(xué)品毒性鑒定技術(shù)規(guī)范”附錄1-A，嚙齒類動物中毒表現(xiàn)觀察項(xiàng)目表的觀察指標(biāo)進(jìn)行觀察并記錄，觀察期為14d。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：受試期間所有動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)及軀體運(yùn)動、自主神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、胃腸系統(tǒng)、生殖泌尿系統(tǒng)、黏膜、眼等未觀察到異常。觀察期內(nèi)動物無死亡。受試期間，在給藥后約2.5h，所有動物均出現(xiàn)立毛，給藥24h 后還剩兩只動物出現(xiàn)少許立毛情況，其余動物未見異常。采用最大限量法計(jì)算LD50，海纜絕緣油對小鼠的經(jīng)口急性毒性劑量>5000mg/kg，即5.56 mL/kg體重。

3.評估海纜絕緣油的水生毒性

海纜油的水生毒性是評估其水生態(tài)安全性的重要指標(biāo)。為了較全面的評估海纜油對水生生物潛在的毒害作用，選取6種占據(jù)不同生態(tài)位的水生生物（代表食物鏈的生產(chǎn)者、消費(fèi)者及分解者）作為試驗(yàn)對象，通過具體的實(shí)驗(yàn)來初步評價(jià)海纜絕緣油對水生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)驗(yàn)動物：

1）使用費(fèi)氏弧菌（NRRLB-11177）LCK491凍干粉、菌粉活化液、NaOH溶液等制作發(fā)光細(xì)菌；

2）采用處于指數(shù)生長期的，在連續(xù)光照，光照強(qiáng)度為3500 lx左右，溫度為26℃～27℃條件下培養(yǎng)的牟氏角毛藻作為藻類實(shí)驗(yàn)動物；

3）鹵蟲隸屬于節(jié)肢動物門、甲殼綱、無甲目、鹵蟲科、鹵蟲屬，取適量鹵蟲卵，加入稀釋水，水溫25℃、光照2000lx、充氧孵化20h～24h，采用同一批次鹵蟲無節(jié)幼體作為實(shí)驗(yàn)生物；

4）取適量的懷卵蒙古裸腹溞在水溫22℃～ 27℃，鹽度26～30、自然光照條件下單獨(dú)培養(yǎng)，收集蒙古裸腹溞Ⅰ齡幼體作為實(shí)驗(yàn)生物；

5）凡納濱對蝦仔蝦在實(shí)驗(yàn)室馴養(yǎng)時(shí)間不少于3天，馴養(yǎng)期間飼喂鹵蟲無節(jié)幼體。選用活力好、體色透明、大小一致的仔蝦用于試驗(yàn)；

6）裸項(xiàng)櫛鰕虎魚6日齡仔魚。

實(shí)驗(yàn)過程：由于海纜絕緣油在自然條件下很難溶于水，因此本文另外采用半數(shù)效應(yīng)載荷作為海纜絕緣油在水中生物毒性的判定指標(biāo)。并采用載荷率來衡量海纜絕緣油與水的量化關(guān)系。

表1 海纜絕緣油生物毒性試驗(yàn)方法與判定終點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)生物 持續(xù)時(shí)間 判定終點(diǎn) 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

費(fèi)氏弧菌 30min EC50 NOEC ISO 11348-3-2007

牟氏角毛藻 96hr EC50 NOEC GB/T 21805-2008

鹵蟲 96hr EC50 NOEC GB/T 18420.2-2009

蒙古裸腹溞 72hr EC50 NOEC GB/T 18420.2-2009

凡納濱對蝦 96hr EC50 NOEC GB/T 18420.2-2009

裸項(xiàng)櫛蝦虎魚 96hr EC50 NOEC GB/T 18420.2-2009

所有試驗(yàn)均設(shè)1個對照組和5個濃度組，發(fā)光細(xì)菌試驗(yàn)中5個濃度組的濃度分別為3.12%、6.25%、12.5%、25%、50%；牟氏角毛藻試驗(yàn)的5個濃度組濃度分別為0.39%、1.56%、6.25%、25%、100%；其余生物的毒性試驗(yàn)均按6.25%、12.5%、25%、50%、100%的濃度系列進(jìn)行。

表2 海纜絕緣油生物載荷率總表

實(shí)驗(yàn)生物 載荷率（mg/L）

濃度1 濃度2 濃度3 濃度4 濃度5

費(fèi)氏弧菌 25625 51250 102500 205000 410000

牟氏角毛藻 1172 4688 18750 75000 300000

鹵蟲 12500 25000 50000 100000 200000

蒙古裸腹溞 2.5 5.0 10.0 20.0 40.0

凡納濱對蝦 6250 12500 25000 50000 100000

裸項(xiàng)櫛鰕虎魚 37500 75000 150000 300000 600000

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：表3為本次評估實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6種實(shí)驗(yàn)生物中，海纜絕緣油對牟氏角毛藻、凡納濱對蝦和裸項(xiàng)櫛鰕虎魚等3種生物未表現(xiàn)出毒性影響，在50%飽和溶解濃度下未對費(fèi)氏弧菌產(chǎn)生明顯的的發(fā)光抑制作用。相較于上述4種生物，海纜絕緣油對另外兩種小型甲殼類生物則表現(xiàn)出明顯的毒性效應(yīng)，對鹵蟲的96h LC50值為7.07%，NOEC值為6.25%；對蒙古裸腹溞的72h LC50值為29.75%，NOEC值為12.5%；可見，海纜絕緣油對鹵蟲的毒性要略高于蒙古裸腹溞。

表3 海纜絕緣油生物毒性評估試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)表

實(shí)驗(yàn)生物 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 LC50/EC50 LOEC NOEC

海纜絕緣油（9.04% C10， 31.66% C11， 30.18% C12， 29.14% C13）

費(fèi)氏弧菌 30min EC50>50% >50% >50%

牟氏角毛藻 96hr EC50> 100% >100% >100%

鹵蟲 96hr LC50=17.07% 12.5% 6.25%

蒙古裸腹溞 72hr LC50=29.75% 25.0% 12.5%

凡納濱對蝦 96hr LC50>100% >100% >100%

裸項(xiàng)櫛鰕虎魚 96hr LC50>100% >100% >100%

4.結(jié)論

1）海纜絕緣油對小鼠的經(jīng)口急性毒性劑量>5000 mg/kg，即5.56 mL/kg 體重。小鼠給藥后均出現(xiàn)立毛，給藥后24h后恢復(fù)，14d內(nèi)未出現(xiàn)死亡。通過14天小鼠急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)，海纜絕緣油按工業(yè)化學(xué)品毒性分級屬無急性毒性，按食品安全的毒性劑量分級為相對無毒。

2）海纜絕緣油對海洋生物的效應(yīng)濃度值介于飽和溶解濃度的17.07%～100%，對發(fā)光細(xì)菌、海洋微藻、魚類、對蝦等生物的毒性影響甚微，對鹵蟲和溞類等小型甲殼類生物表現(xiàn)出一定的毒性。水體中海纜絕緣油濃度在飽和溶解濃度的6.25%以下時(shí)，不會對實(shí)驗(yàn)生物的存活產(chǎn)生明顯可見的毒性影響。海纜絕緣油對枝角類的毒性影響較大，屬于重毒。海纜絕緣油對發(fā)光細(xì)菌、海洋微藻、魚類、對蝦、鹵蟲等生物的毒性影響較小，其載荷率指標(biāo)均遠(yuǎn)高于10000mg/L。