摇蚊幼虫生态学特征及其在水处理过程中去除技术研究

摘要

水体富营养化使得摇蚊幼虫在水库、湖泊类水源中大量孳生繁殖，直接导致其可以在给水处理系统中出现。1龄摇蚊幼虫具有较强的游动性，可以穿透滤池进入到清水池中，由于常规的水处理消毒工艺对其难以有效地灭活，在我国一些大中城市的管网水中都曾发现过摇蚊幼虫。尽管目前不能证实摇蚊幼虫会威胁到公众健康，但是人们常常把这些生物的存在和饮用水不卫生联系起来，引起他们对水质信心的下降。
　　本研究旨在通过两条途径来解决给水处理系统中摇蚊幼虫的威胁：一是研究摇蚊幼虫的生理生态学特性，为摇蚊幼虫的预测预报提供基础数据，以指导水厂在其暴发期间采取应急措施；另一条途径则是从改进与强化水处理工艺入手，研究行之有效的水处理工艺技术，达到使其被有效去除的目的。
　　深圳水源水和给水处理系统中的摇蚊优势种属为花翅摇蚊。在18、22、26、30和34℃五个恒定温度下，研究了温度对花翅摇蚊的生长发育、存活及繁殖的影响。在试验温度范围内，花翅摇蚊各虫态发育历期随温度升高而逐渐缩短，发育速率与温度呈正比关系，并得出各虫态发育速率与温度的5个回归关系式，可用于花翅摇蚊发生期的有效积温预测。花翅摇蚊的世代发育起点温度和有效积温分别为6.68℃和742.97d·℃。26℃时世代存活率、成虫繁殖力和种群增长指数均高于其它温度处理。在5个温度条件下，内禀增长力（rm）和周限增长速率（λ）均随温度的升高而增大,至34℃时最大，分别为0.175和1.191。净增殖率（R0）在26℃时最大，其与温度呈二次抛物线关系。平均世代周期（T）和种群数量加倍时间（t）均随温度的升高而缩短，至34℃最短，分别为24.53d和3.96d。花翅摇蚊对温度较敏感，30～34℃为其种群增长的最适温区。根据有效积温推算，花翅摇蚊在深圳地区一年发生8个世代，5～10月为其多发期，这与深圳地区夏秋季多发的动态相吻合。除温度外，湿度和光照周期等环境因子对花翅摇蚊的成虫繁殖力均具有显著影响。在一定范围内，随湿度升高每雌产卵量逐渐增大，在85％RH下每雌产卵量达到最大值，而后呈下降趋势。每雌产卵量与光照周期呈抛物线关系，并在光照12h时达到最高。以上结果为分析摇蚊种群动态规律提供了参考依据。
　　三种化学氧化剂中，二氧化氯对摇蚊不同龄期幼虫的毒力最高，臭氧次之，液氯最低；25℃时二氧化氯、臭氧和液氯对4龄幼虫的24h半致死浓度哈尔滨工业大学工学博士学位论文（LC50）分别为0.41mg/L、2.16mg/L和3.01mg/L。化学氧化剂对摇蚊幼虫的毒力随幼虫龄期的增长而降低，1龄幼虫对化学氧化剂最敏感，其中二氧化氯对4龄幼虫的的LC50是1龄幼虫的1.78倍。化学氧化剂的毒力在一定范围内符合正温度系数规律，二氧化氯对4龄幼虫的毒力在15～30℃范围内增加了2.16倍。
　　通过扫描电镜和透射电镜观察，综合分析了氧化剂对摇蚊幼虫表皮和肌肉细胞超微结构的影响。结果表明，处理后的摇蚊幼虫表皮由于真皮细胞结构被破坏导致板层结构消失，真皮细胞层与内表皮层相分离。真皮细胞的损害表现为核仁变形、染色质固缩；线粒体内嵴减少、解体、空泡化；内质网减少，小池扩张、囊泡化，表面核糖体数量减少。中毒的肌肉细胞内核仁变形；线粒体内嵴溶解，空泡化严重。
　　针对原水中存在的1龄摇蚊幼虫，研究了化学预氧化剂，包括二氧化氯、氯、臭氧等，对1龄幼虫的灭活效果，并对原水中1龄摇蚊幼虫经预氧化、混凝沉淀后的去除效果进行了考察。与其它两种氧化剂相比，二氧化氯对原水中摇蚊幼虫具有更好的灭活作用，在1.5 mg/L二氧化氯投量下接触30min能够达到100%的灭活率。pH值在5.5～8范围内对二氧化氯的灭活效果不会产生影响，但温度在一定范围内的升高能够提高二氧化氯的灭活效果。二氧化氯投加量0.8mg/L，二氧化氯预氧化与混凝沉淀工艺的协同作用可以完全去除水中生物活性降低的1龄幼虫。
　　二氧化氯预氧化的中试结果表明：二氧化氯预氧化可以有效地灭活水中的1龄幼虫，并与混凝、沉淀工艺相结合，能够保证对1龄幼虫的彻底去除，在1.0mg/L的投加量下，沉后水中就检测不到摇蚊幼虫的存在。Ames试验进一步表明，采用二氧化氯作为预氧化剂可明显降低饮用水的致突变性。

目录

摇蚊幼虫生态学特征及其在水处理过程中去除技术研究

ECOLOGICAL CHARACTERISTICS OF CHIRONOMID LARVAE AND STUDY ON ITS REMOVAL IN WATER TREATMENT PROCESS

摘要

Abstract

Contents

第1 章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 水中摇蚊幼虫污染问题

1.3 国内外研究现状

1.4 课题研究意义和研究内容

第2 章 试验材料与方法

2.1 试验方法

2.2 试验仪器及分析方法

2.3 本章小结

第3 章 花翅摇蚊的生物学特性分析

3.1 摇蚊幼虫种属鉴定

3.2 花翅摇蚊的生物学特性分析

3.3 本章小结

第4 章 环境因子对花翅摇蚊生长繁殖的影响

4.1 温度对花翅摇蚊生长繁殖的影响

4.2 湿度和光照周期对成虫繁殖力的影响

4.3 摇蚊幼虫孳生的气候因素分析

4.4 本章小结

第5 章 化学氧化剂对摇蚊幼虫的毒效试验及其形态影响

5.1 常见氧化剂灭活原理

5.2 氧化剂对摇蚊幼虫毒效的小试研究

5.3 二氧化氯对摇蚊幼虫毒效的中试研究

5.4 氧化剂致摇蚊幼虫形态学改变的研究

5.5 本章小结

第6 章 化学预氧化灭活与去除1 龄幼虫的小试研究

6.1 化学预氧化灭活试验

6.2 预氧化与混凝沉淀工艺的协同去除效果

6.3 本章小结

第7 章 二氧化氯预氧化去除1 龄幼虫的中试研究

7.1 过滤工艺的去除效果

7.2 混凝沉淀和过滤工艺的联合去除效果

7.3 预氧化与常规水处理工艺的协同去除效果

7.4 水质安全性评价

7.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文及发明专利

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致谢

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