水处理工艺中摇蚊幼虫污染防治技术的进展

水处理工艺中摇蚊幼虫污染防治技术的研究进展

摘要：摇蚊幼虫(红虫)难以被常规的水处理工艺有效地去除，成为又一困扰水厂正常生产运行的水处理问题。本文首先介绍了摇蚊幼虫的生活习性及其在水处理工艺中的分布规律，然后对其生理特性与环境因子之间的关系进行了论述；并就近年来采用物理法、化学法和生物法防治水处理工艺中摇蚊幼虫污染的研究进展、现状和局限性进行了较为系统的分析，展望了摇蚊幼虫污染防治技术的研究前景,指出目前控制饮用水中摇蚊幼虫污染必须将水源水质水控制、污染治理与净水工艺处理结合起来，优化水处理工艺和强化水源水体保护是根本保障。

关键字：水处理摇蚊幼虫防治AReviewonPreventionsofChironomuslarvaPollutioninWaterTreatmentSystemAbstract:Inalltheproblemsinwatersupply,theremoveofChironomuslarva(redworm)fromdrinkingwaterhasbecomeoneofthemostimportant,anditisverydifficulttoeffectivelyremovebyconventionalmethods.Soinordertodealwiththeproblem,boththelivinghabitanddistributionofChironomuslarvainthewatertreatmentsystemandthemethodsinremovingChironomuslarvaatpresentwereintroducedinthisarticle.Meanwhile,therelationshipbetweenitsphysiologicalcharacteristicandenvironmentalfactorswasdemonstrated.Alsotheresearchstatus、advantageandlimitationofdifferentmethodsintheremoveofChironomuslarvawereanalyzedsystematicallyandsomescientifictendencieswereprospected.Itwassuggestedthatenhancingthemanagementtotherawwaterandoptimizingthedrinkingwatertreatmentprocesseswerethefeasiblewaystoeffectivelycontrolthepollution.Keyword:watertreatment;chironomuslarva;prevention摇蚊幼虫（红虫）大量孳生是由于水体污染导致的富营养化而变得日益突出的困扰供水界的新问题。摇蚊幼虫的抗氧化性较强，常规水处理的消毒工艺难以将其有效地杀灭，使得在我国一些大中城市的水厂清水池乃至管网水中都曾发现过摇蚊幼虫。在我国南方一些城市，由于气候具有常年温暖潮湿的特征，适于昆虫繁殖，问题更加突出。摇蚊幼虫不仅给用户带来了不良的感官影响，引起用户对水质信心的下降与恐慌，更为重要的是摇蚊幼虫还是人类多种传染疾病的传播媒介，对居民的饮用水安全带来极大的威胁。1.摇蚊幼虫的生活习性及分布摇蚊分属昆虫双翅目摇蚊科[1]，由于身体内含有血红蛋白而成红色。摇蚊的生活史经过卵—幼虫—蛹—成虫四个阶段。有的两年只有一个世代，有的一年却有七个世代，但大多数每年有两个世代，第一个在春季（5~6月），第二个在夏季（8~9月）。摇蚊的卵产于水面，卵块内有300~700个卵。初孵的摇蚊幼虫具趋光性，经过3~6天浮游生活后，转入底栖生活，利用藻类、腐屑、细沙、淤泥、唾液腺所分泌丝状物筑巢，多数种类筑成两头开口的管型巢。随着幼虫转入底栖，幼虫由趋光性改为背光性。幼虫经四次蜕皮后进入蛹阶段，每蜕皮1次，体色加深，从淡红色、鲜红色、深红色至变成黑褐色的蛹。幼虫的食性，除了环足摇蚊属Cricotopus中某些专吃植物的种类外，其余种类可分肉食性与杂食性两大类。肉食性种类以甲壳类、寡毛类和其他摇蚊幼虫为食。而杂食性则以细菌、藻类、水生植物和小动物为食。幼虫的摄食方式有：粘食、滤食、沉食、采食和捕食几种[2]。摇蚊分布很广，其幼虫几乎在任何水域中均可见到，它们适应性亦强，如在海拔3200余米的青海湖、海拔4000多米的西藏阿里班公湖附近均有分布。在阿塞拜疆，一年积雪达8个月之久的哈里湖，也有羽摇蚊的栖息。大多数种类幼虫生活在淡水中，但也有在盐份很高的水体中生活的，如盐生摇蚊T.gr.salinarius，它不但在氯离子浓度较高的青海湖中生存，也能在碱性苏打型的水体中生存[2]。2影响摇蚊生长繁殖的主要环境因素环境因子对摇蚊生长繁殖的影响作用是一个十分复杂的论题，表现为不仅因子众多，加之在不同的底栖环境中因子有不同的影响作用，因此至今尚未有一个较全面的理解,一般文献中探讨的内容主要从以下几个方面来进行阐述。2.1温度在食物和其他环境条件适宜的条件下,升高温度可加快摇蚊的生长发育速度,缩短周转率[3]。温度与世代时间呈负相关性，摇蚊完成一个世代的时间随温度的变化情况如图1[4]。2.2溶氧许多深水湖泊或其他遭受有机污染的水体中底质环境的溶氧常处于相对较低水平，这对于生活在这种环境中的底栖动物来说，溶氧明显地成为它们的限制因子。Kitagawa认为，决定摇蚊幼虫分布的主要因素是湖体底部的溶解氧含量[5]。也有研究发现，含氧量与摇蚊羽化成虫数量呈负相关，即含氧量增高时羽化成虫数量却减少[6]。有研究认为，摇蚊幼虫的呼吸是通过体壁从水中交换气体的。体色血红色的幼虫体内含有血红蛋白，它比非红色幼虫耐缺氧，甚至在无氧条件下也能生存30~120天。这是体内营养物质不经氧化分解成乳酸或脂肪酸，以释放能量维持生命[2]。2.3pH值pH值也是影响摇蚊幼虫生长的环境因素之一。摇蚊的多数种类能生存于pH为6～8的水域，个别种类如Cacerbiphilus能生活在pH为1.4的极酸性水域中[2]。在实际的水厂生产中，水的pH值一般都控制在7.0~8.0，是摇蚊幼虫生长的最佳pH值范围，为摇蚊幼虫的孳生提供了良好的水质环境。2.4底质无论在湖泊还是河流,底质的特性与组成都是一个影响摇蚊幼虫的重要环境因子。摇蚊幼虫能够直接利用有机物，可以认为，水体中摇蚊幼虫的分布在很大程度上由底质中的有机物含量所决定，而有机物的含量在一定程度上反映了水体的富营养化状态和污染水平。Lundbeak的研究成果认为:湖泊与水库水体中底质中的有机质含量决定了摇蚊幼虫的种类组成和数量[7]。据刘建康等的资料，武汉东湖腐泥底质中摇蚊幼虫密度和生物量大于沙泥等其他底质[8]。所以有机物耗氧量的年平均值与底栖动物生物量之间存在非常显著的正相关。3摇蚊幼虫在水处理流程中的发生与分布规律天然水体污染程度的加重，直接导致底栖动物多样性明显降低，而适应富营养水体的摇蚊类水生昆虫在水体中却占优势地位，在水体富营养严重时常可发现大量的摇蚊科幼虫。摇蚊幼虫在水厂中的产生经由两个方面，一方面摇蚊在水源的地表水体水面产卵并在水中繁殖，大量的摇蚊幼虫及虫卵个体随着水流进入水处理系统，通过挂网实验发现进入水厂的原水中含有大量的摇蚊虫卵及低龄的幼虫；另一方面，摇蚊成虫在水处理流程中的沉淀池等敞开水面产卵并在水中繁殖。这两个形成因素协同作用，使得摇蚊幼虫污染问题很难通过单一的办法来解决。摇蚊幼虫孳生要有理想的筑巢场所，观察发现在水处理工艺中平流沉淀池由于只有四壁可以适合幼虫的筑巢，所以摇蚊幼虫污染现象比较轻微；而对于斜板（斜管）沉淀池，由于斜板（斜管）表面粗糙，易于沉积矾花淤泥，因而摇蚊幼虫可以在斜板（斜管）上及沉淀池的池底利用絮凝体、泥土等筑巢，以水中的藻类、有机物为食，并羽化为摇蚊成虫；摇蚊成虫在沉淀池池壁上产卵，卵孵化成幼虫后，一些幼虫沉入池底生长，一些就随水流进入滤池。由于刚孵化的幼虫直径仅80μm，对常规的滤池有可能穿透并进入清水池，就可能在清水池内进行二次繁殖或直接进入管网(如图2所示)[9]。图2摇蚊幼虫在水处理工艺中的污染途径4摇蚊幼虫污染防治技术国内自1996年起至今，在上海、广州、北京和宁波等地城市供水系统发生了摇蚊幼虫污染事件[10]，引起了水处理工作者的关注，一些研究者对摇蚊幼虫污染防治技术进行了研究，主要包括如下几个方面。4.1物理防治物理防治是利用机械方法，以及声、光、电、温度等条件，捕杀、诱杀或驱除害虫。近年来，在这方面研究得较多的是光电诱杀，利用蚊虫的趋光性，用一定波长的灯光，将害虫诱来，再用灯外的高压电去杀，或用机电动力将蚊虫吸入网内。抑制摇蚊成虫产卵，从而可以达到控制摇蚊幼虫数量的目的。由于水池池壁是摇蚊栖息、产卵的主要场所。在沉淀池面上架装喷雾装置来隔断摇蚊成虫交配后到水面上产卵的途径，同时迫使羽化不久的成虫翅被打湿而不能飞起、交配，基本上能达到杜绝摇蚊在水池池壁上产卵的目的[11]。代田昭彦指出[12]，摇蚊产卵大体与成虫形成蚊柱的时间一致，光强在300lx以上摇蚊就不再产卵。400W橘黄色探照灯较为合适，该光源光束集中，穿透力强，当光强超过300lx时，光照能从很大程度上抑制摇蚊产卵，但还不能彻底根除[11]。超声波对大龄摇蚊幼虫杀灭率随着溶解氧浓度的提高和超声波幅射时间的延长而上升；而且超声波与二氧化氯、液氯之间存在着明显的协同增效效应，且余氯的效果要优于二氧化氯，这可能与大龄摇蚊幼虫身体构造有关[13]。由于水厂的原水中含有大量的摇蚊虫卵及低龄的幼虫，造成了摇蚊幼虫在水处理工艺中富集，使物理方法不能从根本上抑制摇蚊幼虫在水厂中的孳生，所以物理方法只能作为一种辅助手段来使用。4.2化学防治化学药剂对生物的灭活作用主要是由于生物接触药剂后其体内的蛋白酶遭到破坏，不能参与氧化还原系统的活动，代谢机能发生障碍而引起的[14]。化学药剂可通过吸附、渗透作用或直接破坏生物体壁的结构而进入到生物体中。药剂氧化性能的高低导致其在摇蚊幼虫灭活率方面的差异，需要有强氧化能力的化学药剂、并且有足够的作用时间，才能对其进行有效灭活。John.C.Hoff与EdwinE.Geldreich对大肠杆菌和病原体的灭活试验研究表明，几种氧化剂的氧化能力由高到低依次为：O3>ClO2>Cl2>NH2Cl，可见二氧化氯和臭氧的氧化能力高于氯气。但是由于臭氧在水体中的分解速度较快很难保证较长时间的持续灭活能力[15]，所以尽管它的氧化能力比二氧化氯强，但由于有效灭活作用的接触时间短使得它达到100％灭活率时的投药量高于二氧化氯。无论是二氧化氯、液氯还是过氧化氢、臭氧，只要保证在一定的投加量（表1）以上，都能在较短时间内将摇蚊幼虫杀灭。在几种药剂的对比中，现场发生二氧化氯的杀虫能力最强，适宜的投加量很低[11]。表1各种氧化剂对摇蚊幼虫的杀灭能力氧化剂名称稳定性液态二氧化化氯现场发生二氧化氯氯液氯过氧化氢臭氧致死量（mg/LL）1055030010MichaelK.Alexander曾采用美国卡尔岗公司生产的絮凝剂和浓度为35％的过氧化氢溶液进行针对摇蚊幼虫的短期和长期杀灭实验，得出了短期半致死浓度均为112mg/L，长期半致死浓度分别为13mg/L和51mg/L[16]。叶劲[10]进行了过氧化氢、次氯酸钠、高锰酸钾、石灰水等化学药剂喷洒和浸泡杀灭实验。结果表明：喷洒5%浓度的过氧化氢效果最佳，能在短时间内杀死摇蚊幼虫，而过氧化氢、次氯酸钠的浸泡杀灭效果较佳。在成都市某水厂快滤池的生产实验表明，过氧化氢实际浓度为0.23％（有效浓度），浸泡时间2h，杀灭摇蚊幼虫效果显著。液氯是水处理工艺中最常用的化学氧化剂，但是摇蚊幼虫的生物体对不良环境会产生一定的抗性，若连续提高投氯量会使摇蚊幼虫对氯产生较强的抗性，所以可以采用间歇提高前加氯量的方法，使摇蚊幼虫未来得及产生抗性前毒杀它们，这样效果较显著，且节约了氯耗。但摇蚊的虫卵对水中余氯有较强的抵抗力，2mg/L的余氯量对之并无影响，在自来水中虫卵孵化率可达95%以上[17]。深圳水司的实践表明，采用一定浓度的液氯浸泡沉淀池，可以长时间抑制摇蚊幼虫的发生与孳生。但是由于液氯浸池的时间长达24h，影响了水厂的正常供水，所以这种方法可以在摇蚊幼虫大规模爆发时采用。在不影响水厂正常生产的情况下，在沉淀池中投加化学氧化剂，可以利用摇蚊幼虫在凝絮体中筑巢的生理特点，往往使灭活率较高。但是该方法既增加了生产成本，又由于加大氧化剂的投量而加剧了副产物的生成，给出厂水的水质安全造成新的问题。4.3微生物防治微生物防治害虫是生物防治的一个重要组成部分。特定微生物能直接杀死害虫，不污染环境。目前国内外尚无微生物杀虫剂用于饮用水的报道。1987年后期美国印第安那州的洛厄尔城发生了城市供水系统摇蚊幼虫污染。洛厄尔城实施了清洗消毒等处理措施，但是没有取得明显的效果。他们曾尝试利用苏云金杆菌以色列变种(以下简称Bti)来治理，但提案被印第安那州政府否决，首先是因为Bti尚未被批准应用在饮用水中，其次是因为在相关法规上，不允许在饮用水中投加杀虫剂。最后他们采用Cat-flocLs食品级聚合物来治理，其作用是作为水絮凝剂去除摇蚊幼虫所需的食物—硫化细菌和铁细菌[16]。4.4环境防治环境防治是通过环境改造以防止或减少害虫的孳生繁殖。环境防治是对昆虫生态学的实际应用，它是根据害虫生物学的特点，对害虫生活环境治理，使之不利于害虫的生长、繁殖，而达到防治害虫的目的。摇蚊幼虫以水中的有机物碎屑、细菌及藻类为食[10]。强化混凝，通过投加聚丙烯酰胺助凝，控制待滤水浊度小于3NTU，可以提高原水中有机物和藻类等的去除率，减少幼虫的食物来源，使其生活环境质量下降，降低幼虫的生存机率；针对摇蚊幼虫可在沉淀池底泥中越冬生活的特点，增加冬季和秋季的大强度清洗工作，可以除去底泥中存在的摇蚊幼虫，抑制其再度生长繁殖；加强滤池管理，保证滤池的正常运行，滤池池壁要勤洗刷，对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，同样可以减少摇蚊幼虫的滋生机率[9]。4.5生物操纵技术“生物操纵”技术其内容就是利用生态系统食物链摄取原理和生物的相生相克关系,通过改变水体的生物群落结构来达到改善水质恢复生态平衡的目的[18]。摇蚊幼虫是多数经济鱼类的优良天然饵料，在浮游阶段时，可被不少幼鱼摄取；当转入底栖时，则是底层鱼类鲤、鲫、青鱼等的良好铒料。鱼类属于水生生态系统中食物网的顶级消费者，放养大型不同食性的鱼类，势必影响鱼类的群落结构，并对其他生物群落,特别对饵料生物群落产生极大的影响，进而影响整个生态系统的结构和功能[19]。所以利用生物种群间的捕食关系，从生态学的角度入手，可以通过生物操纵技术来抑制摇蚊幼虫的滋生。周令等人[11]对原水前加氯的情况下沉淀池养鱼的可行性进行了试验研究，试验鱼种采用鲫鱼鱼苗。结果表明：(1)沉淀水余氯＜1.0mg/L，鱼苗在沉淀水中生长良好，没有出现不适应症状；(2)鱼喜食摇蚊幼虫特别是老龄红虫，有利于灭蚊和控制红虫数量；(3)几种鱼类配合放养，使鱼在沉淀池中呈立体分布，有利于消灭不同生活习性的各发育阶段的摇蚊幼虫；(4)放养鱼苗的沉淀池出水浊度及氨氮含量与未放养鱼沉淀池出水相差不大，说明鱼的正常活动及其排泄物不会影响沉淀效果。沉淀池养鱼由于可操作性差，有一定的局限性，但此方法可在水源中使用以控制原水中的摇蚊幼虫及虫卵。在水体中实施以生态治理为目的的鱼类放养，其放养的生物量应远低于以提高鱼产量为目标的水体渔业养殖中的高密度放养量。在微型生态系统中鱼类放养实验表明，在放养生物量为30g/m3的条件下，水体中的氮、磷等营养物质得到了一定程度的去除，有机物的指标下降、溶解氧的浓度有所提高，浮游植物藻类尤其是蓝、绿藻的生物量也被控制在较低的水平，有效地控制和缓解了水体富营养化的进程。“生物操纵”技术可以在水体生态治理中发挥重要作用，这也是解决水处理工艺中摇蚊幼虫污染问题的重要途径之一。总之，单凭某一种物理、化学或生物的方法还不能对城市给水处理过程中摇蚊幼虫的孳生进行卓有成效的控制，必须各种方法兼用，互相渗透，多级设防，多层屏障，贯穿于整个净水厂净水工艺系统中。5研究展望水处理过程中摇蚊幼虫污染问题的研究，目前仍处于探索阶段，今后应从以下几个方面进行深入研究，以期早日实现摇蚊幼虫污染防治的系统化，确保饮用水的安全。5.1进行传统制水工艺的各净水单元对摇蚊幼虫去除的特性研究，了解摇蚊幼虫在工艺中的孳生规律及机理，以指导水厂在其暴发期间采取强化工艺或应急措施。5.2进行摇蚊幼虫在饮用水深度处理工艺(如紫外—臭氧氧化、膜滤、臭氧—生物活性炭等)中的去除规律及机理研究，为水厂采用深度处理工艺去除摇蚊幼虫污染提供理论指导。5.3从生态学角度出发，研究摇蚊幼虫、鱼类、营养物质水平之间的关系，建立有效的生物控制方法。水处理工艺中摇蚊幼虫污染控制是一项复杂的系统工程，应结合污染的实际状况采取适当的措施，把水源水富营养化控制与净水处理工艺有机地结合起来。从长远来看，强化水源水体的保护与管理，对已被污染的水源采取有效方法治理，是解决饮用水摇蚊幼虫污染乃至水体富营养化的根本措施。参考文献[1]王俊才,鞠复华.摇蚊幼虫的水生态研究进展[J].辽宁城乡环境科技.1998,18(3):83-84.

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