（市政工程专业论文）地表水源中小型水生动物孳生与灭活实验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 地表水源中小型水生动物孳生与灭活实验研究 专业：市政工程 硕士生：陈千皎 导师：黄廷林教授 摘要 近年来由于生态环境持续恶化，地表水体受到了严重污染，水蚯蚓、 虫等耐污种类小型水生动物数量猛增，导致以这类水体作为供水水源时 物污染城市供水系统的问题。 水蚤、摇蚊幼 出现了水生动 本课题对西安市地表水源中的生物孳生进行了近2 年的研究，确定出颤蚓、摇蚊幼 虫和枝角类水蚤为本地区最主要的水生污染种类。通过实验室人工培养发现，颤蚓的茧 内发育阶段为l o 1 4 d ，未成熟阶段为3 7 4 5 d ，成熟阶段为5 l o d ，整个发育过程历 时5 2 6 9 d 。水蚤一个世代最短时间为6d ；摇蚊一个世代最短时间3 0 d ，幼虫阶段约占 5 6 的时间。颤蚓对弱酸、弱碱耐受力较差，但对溶解氧要求不高。水蚤能适应较大范 围内温度、溶解氧和p h 值的变化。 比较了5 种氧化剂对颤蚓的杀灭效能。各药剂灭活颤蚓的性能顺序为：二氧化氯= 液氯 臭氧 高锰酸钾 过氧化氢。延长接触时间有助于提高化学氧化剂的灭活效果。高 锰酸钾对颤蚓的作用受接触时间影响较大。3 种试剂对水体d h 值变化的适应性强弱顺 序为：二氧化氯 液氯 高锰酸钾。加大投药量可使颤蚓灭活效果明显增强。二氧化氯在 2 5 ，液氯在2 6 ，高锰酸钾在3 0 。c 达到各自最高的灭活效率。液氯、二氧化氯和高 锰酸钾的灭活对于水质的变化均有一定的适应性。液氯和二氧化氯均可对水中的颤蚓幼 虫达到较好的灭活效果。二氧化氯对颤蚓实现完全灭活的c t 值( 浓度c 与接触时 间丁的乘积) 为2 5 0 m g m i n l 。初步探讨了不同化学试剂对颤蚓的灭活机理。 研究了5 种氧化剂对水蚤的不同杀灭效能。结果表明，各药剂对水蚤灭活效果顺序 为：臭氧 二氧化氯 液氯，高锰酸钾 过氧化氢。除过氧化氢外，延长接触时间有助于提 高化学氧化剂的灭活能力。实验证明，二氧化氯对水蚤的灭活几乎不受水中酸碱度的影 响，而液氯与高锰酸钾受水中p h 的变化影响较大。总体说来，不论采用何种氧化剂，随 着有机物浓度的升高，水蚤灭活率都降低。臭氧对水蚤的灭活过程符合1 级反应动力学。 关键词：颤蚓；水蚤；灭活；氧化 论文类型：应用基础 西安建筑科技大学硕士论文 s t u d i e so ne x c e s s i v ep r o p a g a t i o na n di n a c t i v a t i o ne x p e r i m e n t o fs m a l la q u a t i ca n i m a l si ns u r f a c ew a t e rr e s o u r c e s s p e c i a l t y ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g m e c a n d i d a t e ：c h e nq i a n ji a o s u p e r v i s o r ：p r o f h u a n gt i n g l i n a b s t r a c t d u et ot h ed e t e r i o r a t i o no fe c o l o g y ，s u r f a c ew a t e ri nc h i n ah a sb e e nb a d l y p o l l u t e di nr e c e n ty e a r s t h e nt o l e r a n c es p e c i e ss u c ha sl i m n o d r i l u s ，w a t e r 7 e aa n d c h i r o n o m i dl a r v a ea r ep r o p a g a t i n go u to fc o n t r o li nt h ep o l l u t e ds u r f a c ew a t e r w h i l e t h i sk i n do fw a t e ri su s e da ss o u r c e sf o rt h ed r i n k i n gw a t e r ，t h e s es m a l la n i m a l sc a ng e t i n t ot h ew a t e rs u p p l ys y s t e m sa n dl e a dt os e v e r ep o l l u t i o n i tw a sf o u n dt h a tt h ed o m i n a n to r g a n i s m si nt h es u r f a c ew a t e rr e s o u r c e si nx i a n w e r et u b 咖x ，c l a d o c e r aa n dc h i r o n o m i dl a r v a e t h r o u g ha r t i f i c i a lb r e e d i n gi nt h el a b ， h a b i t sa n df e a t u r e so ft h e s ew o r m sw e r ef o u n d i nf a v o r a b l ec o n d i t i o n ，t u b y e xn e e d s 5 2 - 6 9 df o rf u l l yd e v e l o p m e n t ，w h i c hi n v o l v e st h r e ep h a s e s t h ed e v e l o p m e n ti n c o c o o nn e e d s1 0 - 1 4 d ，a n dt h ey o u t hp h a s el a s t s3 7 4 5 d ，a n dm o r e5 - 1 0 dw a sn e e d e d f o rt h ed e v e l o p m e n ti nm a t u r i t yp h a s e t h eg r o w t ho fc l a d o c e r an e e d sa tl e a s t6 d a g e n e r a t i o no fc h i r o n o m i dl a s t sa tl e a s t3 0 di nt h el a b ，a n dt h el a r v as t a g ec o v e r sa b o u t 2 5 d c l a d o c e r ac o u l da d a p tq u i t ew e l lt ot h ec h a n g eo ft e m p e r a t u r e ，d i s s o l v e do x y g e n a sw e l la s p hv a l u e t u b 咖xc a ne n d u r el o wc o n t e n t o fd i s s o l v e do x y g e n ，b u ti t c o u l d n ts u r v i v ei nt h ew e a ka c i d i t ya n dw e a kb a s i c i t ys o l u t i o n s ac o m p a r i s i o nw a sm a d eo nt h ei n a c t i v a t i o ne f f i c i e n c yo ft u b f e xk i l l e db yf i v e o x i d a n t s t h es e q u e n c eo fk i l l i n gr a t ef o rd i f f e r e n tc h e m i c a la g e n t sw a s ：c h l o r i n e d i o x i d e m i q u i dc h l o r i n e o z o n e p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e h y d r o g e np e r o x i d e t h e e x t e n s i o no fc o n t a c tt i m ec o n t r i b u t e st ot h ee x a l t a t i o no fo x i d a n t s e f f e c tt ot h ew o r m s ， a n dt h ei n a c t i v a t i o ne f f i c i e n c yo fp o t a s s i u mp e r m a n g a n a t ew a si n t e n s i v e l ya f f e c t e db y c o n t a c tt i m e t h es e q u e n c eo fa d a p t i v ec a p a c i t yt op hv a l u ef r o mh i g ht ol o w r e s p e c t i v e l yw a sc h l o r i n ed i o x i d e ，l i q u i dc h l o r i n e ，p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e a ta b o u t 2 5 ，c h l o r i n ed i o x i d er e a c h e di t so p t i m a li n a c t i v a t i o n ，w h i l et h eo p t i m a lt e m p e r a t u r e i i 西安建筑科技大学硕：l 二沦文 o fi n a c t i v a t i o nf o rl i q u i dc h l o r i n ea n dp o t a s s i u mp e r m a n g a n a t ew e r e2 6 a n d3 0 r e s p e c t i v e l y o n l yw h e nt h ec t v a l u er e a c h e d2 5 0 m g m i n l c o u l dc h l o r i n ed i o x i d e k i l la l lt h et u b 归工t h o r o u g h l y c h l o r i n ed i o x i d e ，l i q u i dc h l o r i n ea n d p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t ec o u l da d a p tt o t h ec h a n g eo fo r g a n i cc o n t e n ti nw a t e rt os o m ee x t e n t b o t hc h l o r i n ed i o x i d ea n dl i q u i dc h l o r i n ec o u l dk i l lt h ey o u n gt u b f e xw e l l d i f f e r e n t o x i d a n t sh a v ed i f f e r e n ti n a c t i v a t i o nm e c h a n i s m s ac o m p a r i s i o nw a sm a d eo nt h ei n a c t i v a t i o ne f f i c i e n c yo fc l a d o c e r ak i l l e db y f i v eo x i d a n t s t h es e q u e n c eo ft h ec h e m i c a la g e n t s k i l l i n gr a t eo nc l a d o c e r af r o m h i g ht o l o wr e s p e c t i v e l yw a so z o n e ，c h l o r i n ed i o x i d e ，l i q u i dc h l o r i n e ，p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e a n dh y d r o g e np e r o x i d e e x c e p th y d r o g e np e r o x i d e ，t h ee x t e n s i o no f c o n t a c tt i m ec o u l dc o n t r i b u t et ot h ee x a l t a t i o no fo x i d a n t s k i l l i n ge f f e c tt ot h ea n i m a l s i tw a ss h o w e db yo u re x p e r i m e n tt h a tp hv a l u ee x e r t e dl e s si n f l u e n c eo nt h e i n a c t i v a t i o no f c h l o r i n ed i o x i d et h a no nt h ei n a c t i v a t i o no fl i q u i dc h l o r i n ea n d p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e a saw h o l e ，w i t ht h er i s i n go fc o n c e n t r a t i o no fo r g a n i c m a t t e r si nt h ew a t e r ，t h ei n a c t i v a t i o ne f f i c i e n c yo fc l a d o e e r ak i l l e db ya n yk i n do f o x i d a n tw o u l dg od o w n ，b e c a u s eo r g a n i cm a t t e r sc o m s u m e dp a r to ft h eo x i d a n t t h e k i l l i n gp r o c e s so fo z o n et oc l a d o c e r af o l l o w saf i r s t o r d e rm o d e k e yw o r d s ：t u b i r e x ；c l a d o c e r a ；i n a c t i v a t i o n ；o x i d a t i o n i i 声明 本人郑重声明我所里交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切榻关责任。 论文作者签名：再，寺迹 日期：。占占_ 7 5 关于论文使用授权的说明 本入完全了勰琵安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定r 即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布 论文的全都或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后 论文作者签名：两、导迹 注：请将此页刚在论文酋页。 参。f f 西安建筑科技大学硕士论文 1 绪论 1 1概述 阳光、空气和水是人类生存的要素。当人们步入现代文明的2 1 世纪时，生命之 源一水，却向我们发出了警报：生活生产污水肆意排放，农田非点源径流污染严重， 地表水质持续恶化，水体富营养化，藻类及水中耐污生物孳生，饮用水水质安全受 到了严峻地挑战。而诚如联合国现任秘书长安南在2 0 0 1 年“世界水日”致词时所说， 获得安全饮水是人类的基本需求和基本人权。污染过的水损害了人们的身体健康和 社会健康，是对人类尊严的侮辱。实际上，缺乏安全的水供给导致了发展中国家8 0 的疾病与死亡。为了获得清洁、健康和安全的饮用水，我们必须采取有效的措施 来捍卫自己的这一权利。 我国同其他国家一样，同样存在着供水安全性问题，其中包括水生动物污染带 来的安全性问题。近几年在许多大城市供水系统中发现肉眼可见水生动物【l 。】，主要 种类有：水蚤、水蚯蚓和摇蚊幼虫。水蚤属于浮游动物，包括枝角类、桡足类和轮 虫类：水蚯蚓，俗称“线虫”包括颤蚓和水丝蚓等属于终生底栖动物；摇蚊幼虫， 俗称“红虫”属于阶段性底栖动物。由于水处理工艺欠妥、管理不善以及这些水生 动物耐药性强等原因，使它们易于进入清水池和供水管网，甚至出现在居民饮用水 中。饮用水中出现这样的生物，在任何国家的水质标准中都是不能容许的，而且还 会引起人们用水恐慌心理，造成一系列的社会问题。 西安市城市供水水源以地表水为主，曲江、南郊水厂和黑河水库建成后，城市供水水 质得到了有效改善。但是，以水库水为水源普遍存在藻类繁殖和小型水生动物孳生问题。 在曲江水厂就曾发现过小型水生动物孳生的现象。另外，据报道2 0 0 4 年2 月8 日在西安 市蓝田县居民饮用水中出现白色线状虫，经鉴定为摇蚊幼虫h 5 】；另外在2 0 0 5 年1 月，蓝 田县自来水厂内发现大量红褐色线虫，后经调查确定为颤蚓。 为了解决饮用水生物污染的问题，我们对西安地区的供水水源中的水生动物进行近2 年的实验研究，先后多次到西安市曲江水厂和蓝田县自来水厂取样，鉴别出主要的生物种 类，并在实验室进行人工模拟培养，在掌握其生态特性和生长繁殖规律的基础上，研究确 定了针对此类生物的高效、安全、经济的灭活技术。 1 2 课题研究背景 如今水环境恶化所引发的一系列问题波及到了地球的每一个角落。生活污水， 西安建筑科技大学硕士论文 工农业废水以及径流污水携带着大量的污染物进入地表水体，并使之不堪重荷，原 有的水体生态系统失去平衡，富营养化现象屡见不鲜，并随即表现为藻类过量繁殖， 耐污种类如水蚯蚓、水蚤、摇蚊幼虫等数量猛增。当这种受污染的地表水体被作为 饮用水源时，不可避免会对用水安全造成威胁。 根据资料，国内外均有关于供水系统中出现小型水生动物污染的报道，具体情 况如下表所示： 表11 国外出现的水生动物污染状况 t a b l e 11 a q u a t i ca n i m a lp o l l u t i o ni nf o r e i g nd r i n k i n g - w a t e rw o r k s 城市时间水生物种类 发现地点 艾塞克斯城( 英国) 1 6 】2 0 世纪7 0 年代初摇蚊幼虫蓄水池、管网末端 洛厄尔城( 美国) 1 6 1 1 9 8 7 在 摇蚊幼虫供水系统 塔科马市( 美国) 1 7 1 1 9 9 3 正 摇蚊幼虫蓄水池、管网末端 一食品厂( 美国) 1 8 摇蚊幼虫供水系统 表1 2国内出现的水生动物污染状况 t a b l e 1 2a q u a t i ca n i m a lp o l l u t i o ni nd o m e s t i cd r i n k i n g w a t e rw o r k s 城市时问水生物种类发现地点 深圳市1 9 1 2 0 0 3 焦 摇蚊幼虫沉淀池、砂滤池 厂+ 州市【10 2 0 0 0 年 摇蚊幼虫二次供水水箱 成都市 2 0 0 1 生 摇蚊幼虫沉淀池、调蓄池 宁波市1 2 1 1 9 9 6 定 摇蚊幼虫管网末端 江苏吴江市 1 3 】 1 9 9 8 - 2 0 0 0 笠 摇蚊幼虫二次供水水箱 上海曹路镇1 1 4 1 2 0 0 4 矩 摇蚊幼虫清水库、管网末端 湖南株洲1 1 5 】 2 0 0 4 庄 摇蚊幼虫、颤蚓管网末端 陕西蓝田县1 4 , 5 】 2 0 0 2 2 0 0 5 芷 摇蚊幼虫、颤蚓滤池、管网末端 天津市 2 0 0 4 在颤蚓管网末端 乌鲁木齐市”】 2 0 0 4 年颤蚓管网末端 哈尔滨市宾县”7 1 1 9 9 5 - 2 0 0 4 年 剑水蚤管网末端 吉林省四平市”8 】 2 0 0 1 芷 水蚤管网 吉林省舒兰市”l2 0 0 4 年剑水蚤管网末端 石家庄市1 2 0 】2 0 0 4 年剑水蚤配水井、滤池 西安建筑科技大学硕士论文 1 3供水系统中产生水生动物的原因 131 饮用水水源污染 近年来随着全球性水环境有机污染的加剧，地表水体水质恶化，富营养化现象 普遍，藻类的大量繁殖。为各种以藻类和有机碎屑等为食的小型水生动物如水蚤、 颤蚓、水丝蚓以及摇蚊幼虫带来了丰富的饵料，与此同时人们的过量捕鱼又减少了 这些动物的生存压力，使其在没有竞争的有利条件下数量猛增1 2 “。 132 常规水处理工艺的局限性 实践证明常规水处理工艺难以有效去除水体中的浮游和底栖动物。这些小动物 有的具备较强的游动性，有的具备很强的伸缩性，都能一定程度上穿透滤池，而常 规的混凝、沉淀和过滤截留作用只能将它们部分地去除，对于某些生命力强的个体 无能为力。常规的消毒也无法保证将滤后水中的生物进行彻底地灭活，因此一些小 型生物连同虫卵就进入了清水池。当环境适宜时，虫卵可以在清水池内生长孵化； 另外，清水池密闭不好时，摇蚊会钻进其中进行产卵，卵或幼虫通过泵房进入输配 水管网，继而到达用户。 随着科技的飞速发展，人工合成有机物的种类越来越多，水源受不同程度的污 染，常规水处理工艺不能彻底去除这些有机物，这为水生动物提供了营养成分。除 此之外，当水中氮、磷元素含量增加时，造成水厂构筑物内藻类等生长旺盛，易吸 引水厂周围的摇蚊在构筑物中产卵生长繁殖。 水厂运行时间较长后，构筑物死角及死水区容易成为水生动物尤其是摇蚊幼虫 筑巢的场所。 1 33 输配水系统中的二次污染 有的输配水管网使用年限较长时出现锈蚀严重，甚至爆裂暗漏现象，一旦遇到 低水压或意外停水，管外污染物及虫卵极易被吸到管中。在配水管网中，水中某些 有机物、无机物会发生复杂的分解或化合作用，水和管内壁的材质亦会发生化学作 用，细菌在管网中再度繁殖，从而在管道内形成生物膜2 ”，为水生物二次繁殖提供 了条件【1 8 】。另外，城市多使用二次供水水池与水箱，设计不合理、管理不严以及清 洗消毒不规范时，变为摇蚊幼虫等小型生物孳生提供了温床。 1 4 国内外研究动态 目前，控制净水工艺中水生物的方法和措施主要包括：物理法、化学法、微生 物剂和生态控制法。 西安建筑科技大学硕士论文 141物理法 1 ) 紫外线法 紫外线在波长2 0 0 2 8 0 n m 处，特别是2 5 4 n m 附近对微生物有杀灭作用 2 3 1 。一 般认为生物体内的核酸吸收了紫外线光子的能量后发生变性，导致键和链发生断裂、 股间交联和形成光化产物等，从而改变了d n a 的生物活性，引起生物体新陈代谢障 碍，丧失了繁殖能力 2 4 1 。紫外线保持一定的照射时问后，生物细胞膜的渗透力和细 胞内酶的作用发生变化，最终导致生物死亡。实验研究表明 2 5 1 ，紫外照射剂量达 1 0 m j c m 。时，摇蚊的虫卵不9 呼化；照射剂量达3 0 m j c m 2 时，1 、2 龄期幼虫死亡率 达1 0 0 。 2 ) 超声波 超声波指频率高于2 0 k h z 的声波，具有杀菌消毒的作用。超声波对大龄摇蚊幼 虫杀灭实验表明【2 ，幼虫的死亡率随溶氧浓度的增高和超声波幅射时间的延长而上 升；超声波与二氧化氯、液氯之间存在协同增效效应，且液氯的效果要优于二氧化 氯。希博格的水厂认为用超声波技术( 作用时间几分钟) 来杀灭、去除蚤类是可取的 方法【27 1 。 3 ) 其他 定期清理水处理构筑物，彻底破坏底栖动物的生长环境。通过高压水龙头以及 人工对沉淀池、滤池、清水池和管网进行高强度清洗 6 , 9 , 2 8 1 ；对滤池勤洗刷，气水反 冲洗滤池的池底水区要经常排空，以保持池体的清洁，减少幼虫孳生的机率2 8 l ；美 国一食品加工厂每月定期用8 9 。c 的水反冲洗整个水处理系统，效果很好【”l 。 强化水处理工艺，保证水生动物的去除率，如采用强化混凝，投加聚丙烯酰胺 助凝，控制待滤水浊度 1 1 与 p h 3 的蒸馏水中1 0 r a i n 全部死亡，在p h 分别为1 0 、4 、5 的溶液中2 h 后部分死亡， 其余活动较缓，2 0 h 后全部死亡。 西安建筑科技大学硕二i _ 论文 在实验室培养过程中，颤蚓可以在p h 值为7 1 7 8 m g l 。1 去氯自来水中( 经4 8 h 持续曝气的自来水) 中生存良好。 ( 4 ) 溶解氧颤蚂i 可以在低氧的条件下生存，因为它们血浆中的血红蛋白很容易与氧 结合而进行氧的传递，使其甚至能在无氧的条件下生存一段时间。为了更易于获得 氧，它们常将身体的后端伸出淤泥之外，以便更有效地进行呼吸作用。 在实验室培养过程中，颤蚓可以在溶解氧( d o ) 4 1 n 7o m g l 。1 去氯自来水中( 经 4 8 h 小时持续曝气的自来水) 中生存良好。但在夏季7 、8 月份由于温度高，水中溶 解氧含量较低，蚓常离开盘底聚集成团块状于水面。水质极易变坏，发臭。如不及 时换水便会造成大量虫体死亡，死亡虫体变成白色，泡胀状，有腥臭气味。未死亡 颤蚓同死亡虫体依然聚结成团，如不及时清理死亡虫体，则会引起整团颤蚓的集体 死亡。可见，水中必须保持一定的溶解氧才能使得颤蚓正常生长。 2 4 12 颤蚓的实验室培养研究 为了进一步观察颤蚓的生活习性并贮备蚓源用于后续的灭活实验，我们开展了 实验室颤蚓的快速培养研究。并根据已掌握的颤蚓的形态特征及其生活习性、环境 因子影响等生物学特性，确定了最适宜颤蚓生长的自然条件，并将其应用于实验室 的快速培养研究。 ( 1 ) 颤蚓培养的研究现状由于颤蚓是一种非常好的鱼类饵料，所以是广大农村地区 水产养殖对象在苗种阶段的优质饵料。钟永平【4 4 i 曾对其人工养殖技术进行了介绍。 另外由于其在污水自净和水质污染监测中的重要地位【6 “，国内外许多学者都对 其进行了观察和培养研究。k o s i o r e k l 6 5 1 对正颤蚓在2 4 。c 水温的蚓茧内发育及性成熟 期间的生长发育进行了实验室饲养研究，p a o l e t t i “】采用k o s i o r e k 的方法研究了水温 与正颤蚓的产茧，蚓茧的孵化时 间，胚胎死亡率和生长速度的关 系。李仁熙 6 2 , 6 3 在借鉴了国外学 者的研究基础上，研究了当地正 颤蚓在15 、2 0 和2 5 水温的 生长发育及繁殖过程及其与水温 的关系。 ( 2 ) 实验室培养从蓝田县自来水 厂取回原水( 灞河水) 和构筑物 底泥，用4 0 目标准筛分离出颤蚓 等小型水生动物，挑选出成熟的 图2 2 颤蚓的蚓茧( 8 0 倍显微摄影) 颤蚓一具备明显的环带，体长在 f i g 2 2t h ec o c o o no f t u b i f e x ( m i c r o g r a p ho f 8 0 t i m e s ) 西安建筑科技大学硕士论文 3 0 5 0 m m 的颤蚓进行单独培养。将它们放于培养瓷盘中，以松软的木屑作为基质， 培养水样采用去氯自来水，水温在2 3 2 5 ，水面高出基质1 0 r a m 。其中d o 为 4 1 70 m g l ，p h 值为7 1 7 8 m g l - 1 。喂以腐烂的落叶和碾碎的新鲜莴苣。每天 换水一次，换水量为盘中水的一半，水温与瓷盘中相同。蚓每天适量喂食一次帕“。 经过段时问的培养，发现了新生蚓茧，见图2 2 。蚓茧为淡橙色，略带透明状， 呈椭球形，两端略尖，长约2 3 m m ，内有卵粒2 1 0 个，卵粒呈褐色。 图2 3 颤蚓的茧内发育全过程( 8 0 倍显微摄影) f i g 2 3t h ew h o l eg r o w t hc o u r s eo ft u b i f e x ( m i c r o g r a p ho f8 0t i m e s ) 从培养成虫的瓷盘中挑选出蚓茧，放入培养皿中单独培养，培养方法同上。经过 7 - 1 4 d ，卵粒发育成幼虫，纷纷从卵茧一侧游离出来。整个茧内发育情况如图2 3 所示。 图2 4 幼虫( 8 0 倍显微摄影) f i g2 4 y o u n gt u b i f e x ( m i c r 0 2 r a d ho f8 0t i m e s ) 图2 5 成虫 f i g 2 5 m a t u r et u b i f e x 西安建筑科技大学硕士论文 刚孵出的幼蚓仅有3 m m 左右，身体直径不足0 2 r a m ，伸缩活动敏捷，或漂浮在水面 或沉于皿底，肉眼难辨，体色较浅，略；滞红褐色见图2 4 f5 ”。其形态与成熟颤蚓相比并无 明显的差别，属于直接发育。经过3 0 3 7 d 左右的生长，幼蚓出现了环带，标志着发育为 成熟个体，成虫及其生殖环带的形态如图2 5 和2 6 所示。 颤蚓的发育可以划分为蚓茧内发 育、未成熟阶段和成熟3 个阶段【6 “。蚓 茧内发育阶段是从蚓茧产出到幼蚓自蚓 茧内孵出的胚胎发育过程，未成熟阶段 是从幼蚓孵出到蚓体出现环带的生长发 育过程。成熟阶段是从蚓体出现环带到 第一个蚓茧产出的发育过程。在实验室 培养条件下( 水温2 3 2 5 ，d o 41 70 m g l 。1 ) ，茧内发育为1 0 1 4 d ， 未成熟阶段为3 7 4 5 d ，成熟阶段为图2 6 成熟颤蚓的生殖环带( 显微摄影) 5 l o d ，整个发育过程历时5 2 6 9 d 。 f i g 2 6 c l i t e l l u mo f m a t u r et u b i f e x ( m i c r o g r a p h ) 24 2 水蚤 西安地区所发现的水蚤优势种类为节肢动物门( a r t h r o p o d a ) 甲壳纲( c r u s t a c e a ) 鳃足亚纲( b r a n c h i o p o d a ) 双甲目( d i p l o s t r a c a ) 枝角亚目( c l a d o c e r a ) 。枝角类的 主要形态特征有以下5 个：体短，左右侧扁，分节不明显；有两瓣透明的介壳 披包在外；头部有显著的黑色复眼，并带有水晶体；第二触角发达，枝角状， 为浮游和滤食的主要器官。第二触角双肢型，并有羽状刚毛。内外肢节数以及游泳 刚毛的排列因种类而异，是分类的重要根据之一；直接发育，无变态( 薄皮蚤除 外) 。我们在水厂发现的枝角类水蚤一般体长约1 n 2 m m ，在水中跳跃，活动敏捷”1 ( 图2 7 - 2 8 ) 。 图2 7 水蚤( 8 0 倍显微摄影) f i g 2 7c l a d o c e r a ( m i c r o g r a p ho f8 0t i m e s ) 图2 8 水蚤( 8 0 倍显微摄影) f i g 2 8c l a d o c e r a ( m i c r o g r a p ho f8 0t i m e s ) 西安建筑科技大学硕士论文 水蚤以酵母菌、细菌、单细胞藻类、原生动物以及有机碎届等为食，不同种类 食物的营养价值多不相同，其中，酵母菌、大肠杆菌和藻类中小球藻营养价值最高， 有机碎屑也因附有大量的细菌亦较高。取食时，枝角类利用胸肢上的滤器滤得食物， 不能选择性滤食营养价值高的食物。由于枝角类壳瓣左右两部分腹缘问的裂缝以及 腹缘上的刚毛、刺与褶片等附属物都能阻止大的颗粒进入壳瓣内，所以一般认为枝 角类所能滤食的颗粒大小为1 17um 。 几乎所有的枝角类都直接发育，只有透明薄皮蚤是间接发育。无论是何种发育 形式，枝角类的幼体经过一段时间发育并脱皮( 壳) 数次后方才变为成体，每脱一 次皮( 壳) 便为一龄，前后两次脱壳直接的时期成为龄期( d u r a t o no f i n s t a r ) 。 枝角类有两种生殖方式：孤雌生殖( 单性生殖) 和两性生殖，在通常情况下， 以孤雌生殖为主，所产出的卵不需要受精就能产出新的一代。而当环境条件恶化时， 便进行两性生殖，种群中不仅有雌体，还出现雄体。两者交配、受精产生休眠卵 ( r e s t i n ge g g ) ，又称冬卵，这种卵离开母体后，在外界暂时停止发育，直到适合的 环境条件下，再继续发育，萌发出雌性幼蚤，长大后就成了下一个周期的第一代孤 雌生殖的雌体。休眠卵对于种的延续有重大的生物学意义，它能抵抗寒冷、干燥等 不良环境，同时休眠卵借助于风的作用，有助于种的散布，是枝角类广生性的原因。 2 4 21 影响枝角类水蚤生活习性的主要环境因素 水温、食物、光线、p h 值、溶解氧等环境因子，对于枝角类的分布状况、种类 组成、代谢、生殖、发育等都有着直接影响。 ( 1 ) 水温水温是影响枝角类生殖量( 每胎的卵数) 的一个重要外界因子。大型蚤长 期处在3 5 的水温下，就停止产卵，如果水温升到6 1 0 又重新产卵。而继续上 升到3 0 又停止产卵。蚤状蚤在1 5 2 5 之间生殖量最高，过高或过低的水温均可 使生殖量下降。培养于l5 和3 0 的透明蚤，食物基本相同，但产卵量却分别为 4 7 个和1 3 个。 温度还影响到枝角类的龄期。一般说来，温度愈高，龄期愈短，蜕皮频率愈快， 如15 透明蚤的幼龄期和成龄期分别为4 7 2 5 h 和7 7 4 2 h ；而在3 0 时，却分别仅 为1 9 5 0 h 和3 8 5 0 h 。 幼蚤到成体所需的发育时间随环境因子而变，特别与温度关系最为密切，高温能 提早性成熟，而低温可推迟性成熟。 枝角类的寿命亦和温度关系十分密切，温度高寿命短，温度低寿命长。 ( 2 ) 食物量在富营养化程度较高的湖泊、水库、池塘等静水水域中，含有大量藻类、 有机质和细菌等，枝角类可以得到丰富的饵料，数量较多，平均每立方米水中一般 为1 00 0 0 个，有时可高达1 0 00 0 0 个；而一般江河等流水水域中，由于富营养化程 西安建筑科技大学硕士论文 度低且水体更新较快，枝角类种类和数量都比较贫乏，平均每立方米水中仅有l 】0 0 个。 影响枝角类生殖量的因子很多，但是食物主要因素。一般说来富营养型水体中 枝角类生殖量大于贫营养型水体，但也不尽然。出于饥饿状态的枝角类完全不排卵， 即使卵已排入孵育囊中，也可能由于食物不足而重新吸收。 ( 3 ) 光线枝角类表现出明显的垂直分布现象，某些种类具有驱光性，光线的刺激可 以引起它们在昼夜间的垂直移动现象，即白天多在水域的下层，而傍晚与夜问又集 中到水的上层。所以说，在一定深度的水层中，枝角类的种类和数量都在经常地变 化。 ( 4 ) p h 值p h 值对于枝角类的代谢生殖与发育等生命活动都有密切关系，多数种类在 p h 值为6 5 8 5 之间均可生活。有的种类仅时宜于酸性水域中，如圆形盘肠蚤发育 的最适p h 值为5 0 ：但一般来说大多数枝角类有一个适宜范围，如大型蚤在p h 为 6 1 0 范围内均有分布，但p h 8 7 9 9 对该种的生存最为有利。 ( 5 ) 溶解性气体自然条件下，水体中的溶解氧不足通常伴随着游离二氧化碳的积累 和p h 值的降低，因此这几个因素同时起作用时，对枝角类的生存有着一定的作用。 枝角类水蚤生命力较强，对溶解氧变化具备一定的适应能力，这是因为水蚤体内血 液中含有血红素，其含量的多少与栖居水域的溶氧量成正比。另外水中溶解氧还会 影响枝角类的生殖量。 24 2 2 枝角类水蚤的实验室培养 在实验室培养用的是粪土培养液【6 ”，周期性地添加补充酵母。培养液的制法是 将5 9 干的羊粪肥、2 5 9 的花园土和1 l 的去氯自来水混合，在室内( 温度15 0 1 9 8 ) 静置两天后，用孔径为0 2 0 m m 的分选筛粗滤，使一些较细的土壤粒子透过筛眼。 将滤过液放置1 0 天后，取上清液并弃去沉淀物。最终的培养液是将l 份的滤过液与 8 份去氯自来水混合调配而成。 在单体养殖时，在玻璃瓶中注入1 0 0 m l 的培养液，每瓶放入一只水蚤，每隔一 天加入含有l m g 干活性酵母的水悬浮液l m l 。集体养殖时，取5 l 的水族箱，注入 3 l 的培养液，同时每隔一天加入3 0 m g 的干活性酵母的水悬浮液。培养开始后，不 用再换培养液，只需偶尔加水，以补充因蒸发或因分离幼虫过程中损失的水分。 水蚤其生活史包括：卵，幼虫和成虫。成虫只有在不良环境中形成休眠卵为两 性生殖，其余多为单性生殖。雌性水蚤将卵产在孵育囊中，幼虫孵化后由母体产出。 幼虫多为雌性，直接发育。在成长过程中平均每两天蜕一次皮，7 l o d 后开始产卵。 水蚤生长的最适温度是15 2 5 。在实验室条件下，第一批幼虫出现后，18 时约1 0 d 出现第二批幼虫；2 0 下为7 d 左右：2 5 下时间更短，每3 4 d 便可释放 西安建筑科技大学硕士论文 出幼虫；在高于3 0 和低于6 的情况下基本无幼虫出现。每一批有十几只幼虫。 成虫2 0 下能存活5 0 d 以上，而2 5 时约4 0 d 。水蚤能在较大范围内适应温度的变 化，在4 低温下放置2 4 h 后，回到室温中能正常活动。 实验室中，观察到水蚤在p h 为4 和1 0 的溶液中能存活较长时间，在p h 至3 与 p h 兰1 l 溶液中不能存活。 24 3 摇蚊幼虫 我们常说的红虫指摇蚊幼虫，属昆虫纲双翅目摇蚊 科。摇蚊的生活史经卵、幼虫、蛹、成虫四个阶段。除成 虫外，其余阶段均在水中生活。幼虫营底栖生活，其生物 量约占底栖动物总量的7 0 8 0 1 6 ”。外部形态一般为圆柱 体，氏2 3 0 m m ，体分头、胸、腹三部分，头上具有眼点、 触角，由于身体内含有血红素而成红色，见图2 9 。 摇蚊的生活史经历卵、幼虫、蛹、成虫四个阶段。幼 虫阶段共经历三次脱皮，体色在蜕皮后发生变化，从淡红 色、鲜红色至深红色；蛹呈黑褐色，其阶段很短，仅几小 时，最多2 3 d 即羽化为成虫。摇蚊不同种类差异很大， 图2 9 摇蚊幼虫 有的两年一个世代，有的一年有七个世代，大多数每年有 f i g 2 9 c h i r o n o r n i d1 a r v a e 两个世代，第一个在春季( 5 6 月) ，第二个在夏季( 8 9 月) 。摇蚊幼虫为杂食性，主要摄取细菌、藻类、胶菌团和有机碎屑等。摇蚊幼虫卵 在水中的孵化时间主要受水温的影响，l 2 d 即可孵化，温度越高，卵粒孵化时间越 短；而幼虫从孵出至化蛹所需的时间由水质及水温决定【4 5 46 1 。 摇蚊幼虫能耐缺氧，有些甚至在无氧条件下也能生存3 0 1 2 0 d 。冬季在水底越 冬，生活期数月至一年【4 ”。 在实验室条件下，摇蚊的生长史中，一个世代( 卵到成虫) 最短可达3 0 d ，幼虫占的 时间最长，约2 3 2 7 d 。 2 5本章小结 本章对供水系统出现的水生动物进行了总体介绍，调查了西安市地区水生动物 孳生的现状，并依据线虫、水蚤等孳生的原因，从理论上提出了具体解决措施。对 西安市供水系统中出现的3 种典型水生动物一颤蚓、水蚤和摇蚊幼虫的生态学特征 分别研究，并进行了实验室人工模拟培养，以掌握它们的时空分布规律、生态特性、 生长繁殖规律并为后续的灭活实验提供活体材料。 西安建筑科技大学硕士论文 3 颤蚓灭活实验研究 31 水处理常见氧化剂及其特点 311 氯 氯预氧化和氯消毒是大多数水厂采用的方法，具有高效、快速、广谱、经济等 优点。美国自来水厂中约有9 45 采用氯消毒，据估计我国9 9 5 以上自来水厂采用 氯消毒 2 3 1 。 氯是一种强氧化物质，分子式为c 1 2 ，分子量7 0 9 1 ，常温常压下为黄绿色气体， 较空气重2 5 倍，具有强烈的刺激性和氯臭味。当加压至6 7 个大气压时可液化， 体积缩小4 5 7 倍，可灌入钢瓶中贮存，故又称液氯。氯较水重i 5 倍，将氯置于大 气中，立即变成气体，将氯通入水中得到氯水。 氯的作用机理是当氯溶于水后迅速发生分解反应，生成次氯酸和盐酸： c 1 2 + h 2 0j h o c i + h c l 次氯酸h o c l 又进一步离解： h o c i + o h - - + h 2 0 + c i o 。 由反应式可以看出，h o c i 中的氯为+ 1 价，这是从c 1 2 中带+ 1 价的氯来的( c 1 2 可表示为c l + c i 一) ，说明在整个反应中，既未丧失也未得到电子，即未产生氧化还原 反应，c 1 2 的氧化能力完全在h o c l 中保留下来【6 ”，c 1 2 主要通过h o c i 起作用。 h o c i 是一种较强的氧化剂7 0 。2 1 ，能迅速穿透微生物的细胞壁，使蛋白质、r n a 和d n a 等物质释出；进入微生物体后，与细胞的原生质化合，氧化原浆蛋白的活性 基因，破坏细胞的代谢机能，最终导致微生物死亡。另外，h o c l 为中性小分子，能 扩散到带负电的细菌表面。h o c l 性质很不稳定，容易放出新生态氧 o 】，新生态氧 与铵盐、硫化氢、氧化亚铁、亚硝酸盐以及有机物腐败后产生的物质相结合，对水 中有机物和一些无机物等起氧化作用，从而抑制了依靠这些物质为营养的大部分微 生物的生长。o c l 虽亦具有杀菌能力，但难于接近带负电的细菌表面，杀菌能力远 比h o c l 差。因此，一般认为次氯酸具有主要的灭菌作用。根据对大肠埃希氏菌的 实验，h o c l 的杀菌效率比o c l 一高8 0 至1 0 0 倍【7 1 1 。 h o c i 的含量主要取决定p h 值得高低，p h 值越低