【转帖】摇蚊虫资料及水厂治理

水中摇蚊幼虫大量擎生的生态学因素
作为水生态系统中重要的组成部分，摇蚊幼虫等一些底栖生物是某些经济鱼类的饵料生物，而且其群落结构与水体环境有着密切的关系。影响水生生物的生态因子通常分为非生物和生物两大类，前者是指温度、相对湿度及光照等气候因素和食物、营养以及物理、化学条件等;而后者则是指在同一环境中生物间的相互关系，主要是种间关系。因此我国南方地区水源水中摇蚊幼虫大量孽生的原因可以从非生物因子和生物因子两个方面来进行分析。
1.2.1.1生物因子的影响在淡水生物群落中的生物可以分为生产者、消费者和分解者三类。这三类生物种群在彼此相互作用过程中，形成了错综复杂的种间关系，主要包括种间的积极关系和消极关系。其中，以竞争与捕食关系最为普遍。竞争是指两种生物争夺某一生存条件的现象如食物和空间的争夺。正是通过竞争，一部分生物的生态位得以扩大以致发展成为水体中的优势种类，而有些则成为劣势种类被驱逐或消灭。捕食关系指生物群落中上级营养者对下级营养者通过食物链的摄取行为。从群落角度而言，捕食的结果降低了被捕食种群的增长率，这有利于防止该种群在群落中的过度繁殖。而当某一种群被捕食的压力减弱甚至消失时就有可能使其生态位得以扩展，进而发展成优势种属甚至出现大量的孽生现象。
摇蚊幼虫在饮用水水源中大量孽生的原因，可以利用食物链关系进行分析。在水体中存在着两条典型的食物链关系[l3]:（l)牧食食物链:浮游植物一浮游动物一水体鱼类;(2)碎屑食物链:死亡有机物一细菌、底栖动物一浮游动物一水体鱼类。这两条食物链彼此交错进而形成食物网。水体中的氮、磷等营养物质正是在这两条食物链及其所形成的食物网中进行着传递与循环，而水体中的动植物也正是靠彼此间的捕食关系与生存竞争压力来实现水体各物种间生物量、种群密度上的合理配比，从而达到水体宏观上的动态平衡与稳定。当处于水体中某一营养级上的物种由于人为的或某种因素的影响出现异常时，就有可能使得水体中的食物链乃至食物网遭到破坏，进而打破水体中原有的生态平衡。根据生态学关系理论，摇蚊幼虫种群是初级消费者，次级生产力，在同一营养层次中占有很大份额。一般摇蚊幼虫的数量占淡水湖中底栖无脊椎动物的半数以上，其生物量约占底栖动物总量的70-80% ,在群落与环境的能量流动和物质循环中起着相当重要的作用，它的上下营养级的变动都可能对其产生很大的影响使之出现异常。
近年来，水体中外界营养物质如氮、磷等大量输入，引起水体的富营养化导致藻类大量繁殖和有机物含量增加，即出现了下级营养过剩的情况。这为底栖动物提供了丰富的饵料，使得它们的摄食竞争压力大大降低，为其生存和发展提供了广阔的空间。在水体富营养严重时常可发现大量的摇蚊幼虫，这主要归因于摇蚊幼虫能耐受由于有机物大量被分解而造成的低氧甚至缺氧环境，而其它底栖动物在这种环境下往往受到抑制甚至死亡，使得摇蚊幼虫在竞争中占优势地位。随着富营养化日益加剧，太湖中一些不耐污染的种类消失，底栖动物的组成已主要是耐污的摇蚊幼虫;安徽太平湖水库底栖动物的种类数也在8年中由27种减少到20种左右，总的趋势是多样性减少，耐污种类增多，摇蚊幼虫个体密度和生物量均有明显增加，增长率5 ～18倍不等 .湖北梁子湖水系中，在中营养型湖泊中中国长足摇蚊、异腹鳃摇蚊，只占底栖动物总数的9.3 %，而富营养型湖泊中大红德永摇蚊、中国长足摇蚊却占底栖动物总数量的85.7%。由此可见，城市水源水摇蚊幼虫污染的日益严重正是水体富营养所造成的直接后果。
长期以几来人类在肆意对自然资源开发利用时，对其再生与可持续发展未给予重视，造成了资源日益枯竭的恶性后果。在我国的许多水库、湖泊中，因人为的捕渔影响使得许多水体中出现了贫鱼、无鱼的情况，当上级营养者遭到破坏时，由于捕食关系的影响，摇蚊幼虫的生存压力得到了极大的缓解，脱离了上级捕食者的制约在下级营养物质充足的条件下(由于水体富营养化导致藻类大量繁殖、有机物含量高，为其提供丰富的营养)，势必造成其大量繁殖，这一点已逐步为国内外学者所证实。以图1-1和图1-2所示为例，选取无鱼对照池1#，主养缝鱼池2#，主养罗非鱼池3#和主养草鱼池4#对池内底栖动物生物量进行对比试验。池塘内底栖动物的数量和生物量的主要组成是摇蚊幼虫，占总量比例多在95～99.8%，摇蚊幼虫密度和生物量从大到小的顺序是1#>3#﹥2#﹥4#，无鱼对照池摇蚊幼虫丰度显著大于养鱼池，其平均生物量是养鱼池的13.6倍【16]。傅相明等对平原型水库的调查发现，水库无鱼的围栏区内7月中旬摇蚊幼虫达到 9.5g/m2，而有鱼的围栏区内摇蚊幼虫的生物量仅0. 5g/m2，显然鱼类的存在影响了底栖动物的现存量和群落结构。以上研究证明鱼类的减少乃至灭绝成为摇蚊幼虫迅猛增长的动力。
由此可以说，正是由于水体富营养化导致底栖动物多样性的降低，使摇蚊幼虫有了更大的生存空间;同时传统的淡水渔业养殖模式使其生存压力得到了进一步的缓解，更加助长了摇蚊幼虫的生长繁殖势头。
1.2.1.2非生物因子的影响摇蚊幼虫的生长繁殖，不仅受到生物因子的影响，非生物因子的影响也很重要。在非生物因子中，温度不仅影响水生昆虫的生长发育，而且也影响它的新陈代谢速度，因而温度是对水生昆虫影响最为显著的环境因子。一般认为，蚊类幼虫的适宜温区为10-35℃。研究表明，在食物和其它环境条件适宜的条件下，在一定的温度范围内，升高温度可加快摇蚊幼虫的生长发育速度，缩短周转率。Menzie等在实验室不同温度下培养林间环足摇蚊(Cricotopssy sylvestrs)时发现该种在15℃时完成幼虫发育需28d，而在22℃仅需l Od。其他的一些室内研究也有同样或相似的发现。在野外同样的情况也被发现，如Rosenberg等发现一些摇纹幼虫在夏季温暖的季节中生长非常迅速，有时可完成一代甚至更多，而到寒冷的月份完全停止生长。
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，溶氧明显成为它们的限制因子。研究表明，体色血红色的摇蚊幼虫比非红色幼虫耐缺氧，甚至在无氧条件下也能生存30～120d。这是因为幼虫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。Harni sch等发现羽摇蚊（Tendipesplumosus)在无氧情况下，其生活环境的水中，有机酸的种类数和总量大量士曾加[23]
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。研究表明，湖泊与水库等水体底质中的有机质含量决定了摇蚊幼虫的种类组成和数量[[24]，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[[25]。底质有机物含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关系，而底质有机物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。
上述分析表明，我国南方地区持续高温为水源水中摇蚊幼虫的生长繁殖提供了合适的气候条件，而水体富营养化化程度的日益严重则为摇蚊幼虫的大量孽生创造了理想的水质环境。

给水处理系统中摇蚊幼虫污染现状及原因
近年来，摇蚊幼虫已在许多城市水源，特别是水库、湖泊类水源水中出现。水源水中摇蚊幼虫随输送过程进入给水处理系统，在水处理系统中繁殖、孽生[[26.27]，并且能够穿透水厂石英砂滤层，进入管网，从而对水质的感官指标造成严重影响。尽管目前并没有被证实摇蚊幼虫会威胁到公众健康[[28]，但是大多数人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。英国的艾塞克斯城(Essex)，美国的洛厄尔城Lowell )、
塔科马市仁Tokama )，都相继发生过比较严重的摇蚊幼虫污染事件[[29.30]。美国水协曾向各州饮用水管理机构分派相关调查表，评估美国的摇蚊幼虫污染状况，结果6个州存在摇蚊幼虫对饮用水的污染。国内自1996年起至今，广东、四川、江苏、浙江等地，都相继发生过给水处理系统比较严重的摇蚊幼虫污染事件。
摇蚊幼虫在管网水中的出现可归纳为以下几个原因:
(1)水体的富营养化为摇蚊幼虫提供了良好的生存环境，导致其数量急剧增加。据调查表明，在富营养化程度较高的水库、湖泊、池塘等静水水域中，摇蚊幼虫的含量丰富，而在江河等流水水域中，由于富营养化程度较低且水体更新较快，摇蚊幼虫的数量较少。湖泊类水源水中较高的摇蚊幼虫含量，势必造成在水处理过程中部分摇蚊幼虫可以穿透滤池，在常规的消毒过程中灭活率不高，而且灭活后的残骸仍残留在饮用水中。摇蚊幼虫在管网中
继续繁衍，并同部分被灭活的残骸一起进入用户的饮用水中，影响感官指标，给用户带来不快以至恐慌。
(2)常规的水处理工艺难以有效地去除水体中的摇蚊幼虫。实践证明，初孵的第1龄期摇蚊幼虫营浮游生活，水源水中游动性强的第1龄期幼虫具有一定穿透滤池的能力，常规的混凝、沉淀和过滤截留作用只能对其部分地去除。所以必须在过滤工艺之前对摇蚊幼虫进行灭活或降低其活性，以到达使其在后续的工艺中被完全去除的目的。采用预氯化工艺的水厂对摇蚊幼虫的去除效果仍不能满足出厂水水质指标的要求，这说明氯对第1龄期摇蚊幼虫的氧化灭活效能较低，需要寻求更为有效的氧化剂来代替液氯。
(3)初孵的第1龄期摇蚊幼虫具趋光性，经过3-6d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。而沉淀池中水流平缓，池壁表面粗糙，易于沉积矾花和淤泥，为摇蚊幼虫的筑巢提供了有利的环境条件。
因此从保证饮用水水质的角度出发，寻求一种安全、有效的去除工艺，确保在滤后水中检测不到摇蚊幼虫的存在，可以说是安全饮用水技术面临的一个新课题。
3国内外研究现状
3.1摇蚊幼虫生态学研究
世界各国，特别是欧美和日本，对摇蚊科昆虫的研究十分重视。国际昆虫学会自1966年起，曾专门成立研究组，对其形态学、生物学、生态学等方面进行研究[[32.33] o Olive:对摇蚊科昆虫的生物学进行了综述，认为摇蚊种类繁多，分布广泛[[32] o pinde:认为摇蚊幼虫多数种类以水底的腐殖质、藻类和细菌为食。有关环境因子对摇蚊生长繁殖影响的研究则主要以温度对幼虫影响的研究为主。在国内，对摇蚊科昆虫的研究起步比较晚，研究以分类方面的工作为主[[34.35]。目前关于摇蚊生态学的研究主要集中在摇蚊幼虫作为水体污染的指示生物和生态毒理学这两个方面。
1.3.1.1指示生物摇蚊幼虫的一些种类对水质的变化，如营养盐、重金属、pH值和溶解氧等极为敏感，另有些种类则适应有机污染、重金属类毒物污染。利用其种类敏感和耐污染特性，反映水质的变化和污染程度，可以将其作为水体污染的主要指示生物[[36.37]。国外多年前已经使用摇蚊幼虫的分布格局来作为湖泊营养状态和污染程度的指标。Lindeman发现红色摇蚊能耐低浓度溶氧，而Harnisch发现羽摇蚊（Tendipes phrmosus)等在无氧情况下，其生活环境的水中，有机酸的种类数和总量大量增加。由摇蚊幼虫分布所判断的污染情况与溶氧及有机物耗氧量是一致的。故据此将湖泊分为不同的营养级。1988年岩熊敏夫在调查了日本23个不同营养状况的湖泊后指出，羽摇蚊和大红德永摇蚊是富营养湖泊的指示种[[42]。大量研究表明，摇蚊种类的丰富和多样性是随水体中重金属的浓度增加而减少的[[43-45]，而湖泊水质的改善常伴随摇蚊种类多样性的增加【46]。近年来，国内学者先后在洞庭湖、长春南湖、太平湖水库和辽宁大伙房水库等地用摇蚊幼虫的种类组成及数量来划
分、评价水体的营养类型，均取得了较为满意的结果[[47-51]。熊金林等调查湖北省严家湖的结果表明，由于严家湖受工业废水污染，属富营养型湖泊，其大红德永摇蚊年平均密度为1155 ind./m2，在冬季密度高达4200 ind./m2。因此也可将大红德永摇蚊作为工业废水引起水质变化的指示生物【‘’]。而赵文等对盐碱池塘底栖动物的主要优势种羽摇蚊幼虫生物量及其季节变动进行了研究，指出盐度高而富于变化的盐水生态系统的特点限制了摇蚊幼虫数量【16]王俊才于1990年至1995年间对辽宁省的浑河、苏子河、社河及太子河进行了系统调查，探讨了辽宁省主要河流摇蚊幼虫的分布情况及其与水体质量间的关系，为我国利用生物学方法掌握水环境质量状况奠定了基础。不同水质水体中摇蚊幼虫的分布规律见表1-1 [52] o
表1-1摇蚊幼虫分布及其与水质的关系
Table 1一1 Distribution of Cbironomidae larvae and its relation to `eater quality
水质类型 优势种群
I, 1I类 寡角摇蚊亚科、长足摇蚊亚科及其它亚科的稀有种
ⅲ类 直突摇蚊亚科和摇蚊亚科的种类
ⅳ类 前突摇蚊、环足摇蚊、水摇蚊、多足摇蚊、二叉摇蚊属
V类 双线环足摇蚊、三带环足摇蚊及羽摇蚊
超V类 无摇蚊分布

1.3.1.2生态毒理学研究摇蚊幼虫是底栖动物的代表，可以检测各种沉淀物中的毒性，同时摇蚊幼虫试验周期短，一般一次慢性试验约须30d，比用鱼类作试验节省时间和经费，所以摇蚊幼虫可以作为毒性试验的生物材料[[53]近二十年来，国外加强了摇蚊幼虫在水生态毒理学中的应用研究，已在遗传毒理学、急性毒性和慢性毒性检测等方面作了大量工作。主要包括以下几个方面:
(1)由于低浓度污染物长时间作用会造成摇蚊幼虫畸形，摇蚊幼虫逐渐成为检测污染物的遗传毒理学效应的理想试验生物[[54]。大量的研究表明，重金属中福、铜、铅和锌都能显著增加摇蚊幼虫口器畸形发生率【54-57]。最近研究证实，一些内分泌干扰物象壬基酚、DDT和邻苯二甲酸酷同样能够引起摇蚊幼虫口器的畸形[56-59] o Matthew等人在进行了摇蚊幼虫仁Chironomllsrlparllls)的部分生活周期试验后，指出壬基酚和双酚A在浓度为10 ng/L时会显著增加摇蚊幼虫口器的畸形发生率【60] o Vermeulen等认为摇蚊幼虫口器畸形主要是由于其蜕皮阶段口器遭到破坏而引起的[[61]。人们试图得到污染物浓度与摇蚊幼虫畸形率的关系式，但只有少数学者取得了成功。
(2)摇蚊幼虫在生物检测中的应用，主要是急性毒性检测o Khangarot和Ray测定了伸展摇蚊（Chironomlls tentca is)对10种金属的敏感性，其中银离子对摇蚊幼虫的毒性最强，而镍离子的毒性最弱[[62] o Craig等进行了钙离子浓度对摇蚊幼虫吸收福离子的影响试验，探讨了摇蚊幼虫对福离子的吸收机理，认为摇蚊幼虫是通过钙吸收通道来吸收福离子的[[63]。国外大量研究集中在利用摇蚊幼虫测定有机污染物对环境的毒性作用，Bleeker等研究了7种硝基多环芳烃（NPAHs)对1龄摇蚊幼虫的急性毒性(96h)，结果表明，随硝基多环芳烃化合物中苯环的数量增加对摇蚊幼虫的毒性也增强[[64] o Crane等进行了4龄摇蚊幼虫暴露在甲基嚓咤硫磷杀虫剂中，甲基嚓咤硫磷浓度为50nc,/c,时，在48h内幼虫全部死亡，并且其体内乙酞胆碱酷酶活性显著降低[[65] o Callaghan等也证明了摇蚊幼虫体内的乙酞胆碱酷酶活性能够受到甲基Pa;硫磷和毒死蟀两种杀虫剂的明显抑制[[66'67] o Maenpaa等研究表明，碘苯睛、灭草松、二甲戊乐灵等三种除草剂中，碘苯睛对摇蚊幼虫的毒性最强，并且具有更强的生物积累毒性[[6s]。近年来，有报道表明阿特拉津仁一种除草剂)和有机磷杀虫剂的结合能够显著增强有机磷杀虫剂对摇蚊幼虫的毒性[[69-71] o Anderson和Zhu证实了这一结论，他们发现阿特拉津在1000 [ c,/L浓度时(48h)对摇蚊幼虫毒性不显著，但是当浓度分别为1[c,/L, 10[c,/L和100[c,/L时，阿特拉津与乐果、异吸磷和乙拌磷同时作用时，能够显著增加每一种有机磷杀虫剂的毒性，作者认为主要由于这种结合作用能够明显降低摇蚊幼虫的乙酞胆碱酷酶活性[[72]。在澳大利亚新南威尔士州，90%的稻田秧苗受到摇蚊幼虫破坏。针
对这一问题，Stevens等发现氟虫睛相对于有机磷杀虫剂具有更强的毒性效果，对4龄幼虫的LC5。为0.43 mg/L。而微生物杀虫剂苏云金杆菌以色列亚种、B. t. i.)对4龄幼虫的LC5。为0.46mg/L (48h)，他们还研究了B. t. 7.的晶体毒素蛋白对摇蚊幼虫的毒性效果【73-75]。从20世纪90年代中期开始，我国的一些学者也加强了这方面的研究，主要集中在丙烯睛、乙睛、硫氰酸钠和有机锡化合物等的毒性试验研究[76•77]。
(3)目前，摇蚊幼虫的慢性毒性试验研究中主要以孵化率、生长率和羽化率为指标。Kosalwat和Knic,ht的试验表明，0.1 ^-0.5mc,/L的铜不影响细长摇蚊虫卵的孵化，幼体在孵化开始的55h后孵出[[55] o powlesland和Georc,e用溪流摇蚊进行了30d试验以测定镍的慢性毒性，结果表明，25mc,/L的镍对孵化率几乎没有影响，但对摇蚊幼虫的生长则具有明显的抑制[['s] o Oetken等对发洪水前后的易北河取样，进行了对摇蚊幼虫28d毒性测试，结果表明，发洪水后摇蚊成虫的出现率更高，主要由于洪水后毒性物质的稀释作用所造成的【79]。
Krhl等证实壬基酚不会影响到摇蚊幼虫的羽化率、性比和繁殖能力[[so]，但双酚A和乙炔雌二醇这两种内分泌干扰物却能够影响摇蚊的羽化时间和羽化率，而双酚A的影响更为显著。在二者浓度为lmc,几时，摇蚊幼虫的蜕皮延迟、体重减少[[60.81] 0 20世纪90年代初，国外学者提出了用摇蚊幼虫10d亚慢性生长抑制试验来评价沉淀物的生态毒性[[82.83] o Kzrouna-Renier和Zehr的试验表明，在10d的生测周期内，1.0m} /L的铜离子浓度可造成摇蚊幼虫的全部死亡，0. 5 mc,/L的铜浓度可显著减少幼虫的体重[[s4]。近年来，农用杀虫剂、除草剂、抗抑郁药品以及持久性有机污染物仁POPS)对摇蚊幼虫慢性毒性试验成为该领域的研究热点[[ss-ss]。如Hwang,等进行的10d亚慢性生长抑制试验表明，六氯联苯对摇蚊幼虫的LC5。为2.3 8mmol/k-，并且摇蚊体内六氯联苯残留量随着六氯联苯暴露浓度提高而增加，但体重并没有受到影响[[85] o Brooks等研究了抗抑郁药氟西汀对摇蚊幼虫的10d亚慢性毒性效果，结果表明，氟西汀的LC5o为15.2mg,/kg。
各国学者的研究成果对我们从生态学的角度出发，研究摇蚊幼虫大量孽生的生态学原因，并由此入手寻求问题解决的合理途径都提供了有益的借鉴。

2给水处理系统中摇蚊幼虫污染防治技术
1.3.2.1物理防治卢靖华等研究了超声波对大龄摇蚊幼虫的杀灭效果，发现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[[89]。由于超声波技术在实际应用中存在一定的难度，所以物理方法只能作为一种辅助手段来使用。
1.3.2.2化学防治20世纪70年代英国曾用除虫菊酷杀灭给水处理系统中出现的摇蚊幼虫，除虫菊酷当时被认为是无毒无害的杀虫剂，但90年代之后研究发现除虫菊酷对人的神经系统有一定的损伤[[29] o Alexande:曾采用浓度为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LC50。为112mg/L，长期LC50。为51mg/L[29]。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[[31]
1.3.2.3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。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。他们曾尝试利用苏云金杆菌以色列变种(B.t.i.)来治理，但提案被印第安那州政府否决，首先是因为B. t. l.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[[30]。雷萍等测定了B. t. l.对4个龄期摇蚊幼虫的毒效，结果表明B. t. l对1,2, 3, 4龄幼虫的LC50 (24h)分别为8.2, 15.2, 24.7和3 8.6mg/L,龄期越小，对B. t. l.的敏感性越高[[90]。在饮用水中投加杀虫剂的方法对人体存在潜在的威胁，目前国内外尚无微生物杀虫剂用于饮用水的报道。
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孽生进行卓有成效的控制。而从水处理的角度对摇蚊幼虫进行去除的研究却未见报道，且缺乏系统的理论研究。
3.3化学预氧化技术
文献调研表明，目前尚缺乏从水处理的角度对摇蚊幼虫进行去除的系统研究。对水处理工艺中水生生物的研究也较少，且主要集中于挠足类浮游动物的研究。Mitcham在对枝角类和挠足类的灭活试验中发现，氯胺对挠足类浮游动物的灭活比氯更为有效，而氯对枝角类则表现出更为显著的灭活效能[91]。崔福义等系统研究了水处理常用几种化学氧化剂对剑水蚤的灭活效果，结果表明二氧化氯在较低的投药量（1.Omg/L)下就可以达到 100%的灭活[92]。在采用预投二氧化氯的除蚤工艺中，二氧化氯预氧化与水处理澄清过程的协同作用将会进一步提高除蚤的效果[[93]
化学预氧化易于与常规水处理工艺结合，简单灵活，使用方便。常用的氧化剂包括氯、二氧化氯、高锰酸钾及其复合剂、臭氧等。目前关于化学预氧化技术研究主要集中在除微污染、除藻、消毒、改善常规工艺的处理效果及其对水质安全性的影响等几个方面。
(1)预氯化是应用最早的和目前应用最广的预氧化工艺，它对去除原水中的藻类、控制微生物在管道或构筑物中的生长以及提高混凝效果降低混凝剂投量有一定的作用。大量的研究证明，液氯消毒会产生对人体有害的具有致突变作用的三卤甲烷和卤乙酸如三氯甲烷、一嗅二氯甲烷等，对饮用水的安全存在潜在的威胁，并且预氯化不能有效杀灭隐抱子虫及其抱囊，所以其他高效预氧化剂逐渐受到青睐。
(2)高锰酸钾及其复合剂氧化性相对较弱，但利用高锰酸钾的氧化性可将水中溶解性的Fe2＋、Mn2十氧化为固相Fe2十、Mn 4十，进而通过沉淀、过滤等工艺去除。高锰酸钾的氧化性能可以提高藻类灭活率，同时还原生成的二氧化锰会沉积在藻细胞表面提高藻细胞比重，改善其沉降性能，通过强化混凝作用进一步提高藻类去除率[[96.97]。与其它预氧化剂相比，高锰酸钾灭活微生物的能力较弱，但作为预氯化的替代消毒剂可以达到控制水中色度、臭味等目的，从而降低氯的投加量，控制氧化副产物生成。研究发现，高锰酸钾氧化破坏水中氯化消毒副产物前质，从而降低后氯化过程中消毒副产物生成量，高锰酸钾氧化及其二氧化锰吸附是消毒副产物生成量降低的主要原因[[96]
(3)臭氧氧化能力强，预臭氧化可去除原水中无机物质，如锌、镍、铜、锅、铬等重金属和铁、锰等，并且臭氧能够很快与芳香族有机物反应，因此对腐殖质有非常强的氧化作用，臭氧通过对腐殖质分子的氧化，降低了消毒副产物前质，减少了色度和UV254吸光度。尽管臭氧很容易去除腐殖质，但是在正常的预臭氧投量下，腐殖质经臭氧氧化后生成的醛类和梭酸类物质不易被臭氧进一步氧化，不能被彻底矿化而在水中积聚下来，因此水中的CODMn。去除率非常小，而TOC基本不会降低。相对于氯气，臭氧对微生物具有更显著的杀灭效果，尤其是灭活具有很强抗氯性的隐抱子虫及其抱囊[98.99]。臭氧可杀死或抑制藻的活性，使藻类容易在后续的混凝和过滤工艺中去除。并且在一定条件下臭氧还可以有效去除某些藻毒素，Rositano等报道，在藻毒素含量为20ng/L时，只要保证接触5min后存在残余臭氧，即可将LR和LA型藻毒素100%去除。目前采用预臭氧代替预氯化可以有效减少氯化消毒副产物的观点已被各国学者所公认。但随着现代分析检测技术和卫生毒理学研究的发展，臭氧在水处理中产生的副产物的危害也逐渐被认识和重视，其中最为关心的是嗅酸盐和可生物同化有机碳(AOC)o嗅酸盐是含嗅离子的原水在臭氧化过程中产生的致癌物质，世界卫生组织《饮用水水质标准》规定出厂水中嗅酸盐浓度小于2 5ug/L。研究表明，当原水中嗅离子浓度为90ug/L时，在臭氧投加量为2.0mg/L条件下，随反应时间延长，嗅酸盐生成量都低于检测限。所以对于我国绝大多数水厂不存在嗅酸盐超标的风险。臭氧应用的另一个局限性是AOC问题，臭氧化会提高水中AOC浓度，有的增加2倍以上，由于AOC中包括了许多易生物降解的化合物（如乙醇、浚酸和甲醛等)，为微生物提供了生成基质，这时即使水中余氯量较多，也会出现大肠杆菌超标的现象。
(4)二氧化氯用于饮用水净化的最初目的是除臭，二氧化氯能够成功地控制霉味、鱼腥味以及放线菌带来的异味。二氧化氯预氧化可从一定程度上破坏原水中的胶体、氧化分解有机物和藻类，减少他们对絮凝过程的干扰，在一定程度上提高常规处理工艺对污染物质去除效果。还可将水中溶解的还原态铁、锰氧化，对去除铁和锰很有效，同时对于硫化物、氰化物和亚硝酸盐也有一定的氧化去除效果。有学者认为，二氧化氯在水中能迅速分解成多种氧化物，它们组合在一起产生氧化能力极强的自由基，可以与碳碳双键作用，并从一定程度上破坏苯环结构，对引起色度的含有碳碳双键或苯环的物质（如腐殖质)具有很好的去除能力。二氧化氯对绝大多数细菌和病原微生物均有很好的灭活效果，尤其是对隐抱子虫及其抱囊和乙肝、脊髓灰质炎等病毒，且不易产生抗药性。二氧化氯能非常有效地控制藻类的生长，不仅能对藻类进行有效杀灭，而且也会使残存的藻类失去繁殖能力。由于二氧化氯不能和天然有机物中的非饱和键反应，显著降低了氯化或嗅代有机副产物的生成量，甚至能使三卤甲烷前体被二氧化氯氧化分解，从而保持水中三卤甲烷处于较低浓度，普遍认为其处理水的安全性高于氯消毒工艺。但人们更多地把注意力集中到其无机副产物上来，研究指出，二氧化氯及其副产物亚氯酸盐会对动物产生一定的生物学负效应。根据世界卫生组织（WHO)报道，亚氯酸盐可导致高铁血红蛋白和溶血性贫血，因此美国环保局（USEPA)和世界卫生组织(WHO)对此都有严格规定。

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.Omg/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。
关键词摇蚊幼虫;生长繁殖;氧化剂;灭活;去除 水体污染是指进入水体中的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底
含量和水体的环境容量，从而导致水体水的物理和化学性质发生变化，使水
体固有的生态系统和水体功能受到破坏【‘]。水污染的主要原因是生活污水、
工业废水不经过处理直接排入河流，以及农药，固体、气体废物的任意排放
[2]。据全球环境监测系统水质监测项目表明，全球大约有10%的监测河流受
到污染，BOD值超过6.5111g/L。两项最重要的营养物指标，氮和磷在网络测
定的水中也高于天然值。生活水源水受到污染，在我国具有普遍性，目前全
国有四分之一的人口在饮用不符合卫生标准的水，水污染已经成为中国最主
要的环境问题。
2005年5月25日由国家环境保护总局局务会议审议通过并予公布的
2004年《中国环境状况公报》中的淡水环境公报表明[[3]，全国工业和城镇生
活废水排放总量为482.4亿吨，比上年增加4.8，其中，工业废水的排放量
为221.1亿吨，比上年增加4;城镇生活污水排放量261.3亿吨，比上年增
加5.5。废水中化学需氧量(COD)排放总量为1339.2万吨，其中，工业
废水中COD排放量509.7万吨;城镇生活污水中COD排放量829.5万吨;
氨氮排放量为133.0万吨，其中，工业废水中氨氮排放量为42.2万吨，生活
污水中氨氮排放量为90.8万吨。
2004年在我国七大水系重点监测的412个断面中，只有41.8%的断面满
足1 -111类水质要求， 30.3%的断面属IV , V类水质，而属于劣V类水质的
断面占到了27.9。七大水系总体水质与去年基本持平，珠江、长江水质较
好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河水质差。主要污染指标为氨
氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类。七大水系的121个省界断面
中，1 -111类、IV - V类和劣V类水质的断面比例分别为:36.3 % , 33.9
和29.8。污染较重的为海河和淮河水系的省界断面。海河水系属重度污染，
劣V类水质的断面比例为56.7，与上年相比水质无明显变化;辽河水系属
哈尔滨工业大学工学博士学位论文
中度污染，I -III类、IV - V类和劣V类水质的断面比例分别为:32.4% ,
29.7%和37.9，与上年相比总体水质好转;淮河水系属中度污染，I -111
类、IV - V类和劣V类水质的断面比例分别为19.8 % , 47.6%和32.6，部
分支流污染仍严重，与上年相比水质无明显变化;黄河水系属中度污染，I一
III类、IV - V类和劣V类水质的断面比例分别为36.4%, 34.1%和29.5 Yo ,
支流污染较重，与上年相比水质无明显变化;松花江水系属中度污染，I一
III类、IV - V类和劣V类水质的断面比例分别为21.9%, 53.7%和24.4 Yo ,
与上年相比总体水质变差;长江水系属轻度污染，I -111类、IV - V类和劣
V类水质的断面比例分别为72.1 % , 18.3%和9.6，与上年相比水质无明显
变化，长江省界断面水质保持良好;珠江水系总体水质良好，I -111类、W.,,
V类和劣V类水质的断面比例分别为78.8%, 15.1%和6.1，与上年相比水
质基本持平。2004年度七大水系污染程度由重到轻依次为:海河、辽河、淮
河、黄河、松花江、长江、珠江。
水环境状况公告表明，2004年监测的27个重点湖库中，11类水质的湖
库2个，III类水质的湖库5个，IV类水质的湖库4个，V类水质湖库6个，
劣V类水质湖库10个。其中“三湖”仁太湖、巢湖、滇池)水质因总氮和总磷
浓度高而均为劣V类。2004年太湖湖体高锰酸盐指数达III类水质要求，总磷
达IV类水质要求，但由于总氮污染突出，湖体水质仍属劣V类。在监测的21
个点位中，属IV类、V类和劣V类水质的点位比例分别为19.0%, 23.9%和
57.1，无I -111类水体。主要污染指标为总氮。湖区中五里湖、梅梁湖污
染明显重于湖心和东部沿岸区。全湖平均营养状态指数为61.4，处于中度富
营养状态。与上年相比，从点位水质类别比例分析，太湖水质有所改善，劣
V类点位所占比例比去年减少14.3个百分点。从富营养化程度分析，湖体营
养状态指数有所上升。滇池属重度污染，其中草海污染程度重于外海，外海
高锰酸盐指数达到III类水质要求。富营养化评价表明，草海处于重度富营养
状态，外海处于中度富营养状态。与上年相比，滇池草海各项污染指标变化
不大，外海由劣V类变为V类，水质改善。巢湖湖体为劣V类水质。高锰酸
盐指数达III类水质要求，总氮、总磷严重超标。巢湖西半湖污染程度明显重
于东半湖。富营养化评价表明，巢湖西半湖处于中度富营养状态，东半湖处
于轻度富营养状态，全湖平均为中度富营养。与上年相比，巢湖水质无明显
变化。其它9个大型淡水湖泊中，兴凯湖水质为11类，洱海和博斯腾湖水质
为III类，镜泊湖水质为IV类，洞庭湖水质为V类，番区阳湖、达责湖、洪泽湖
和南四湖水质为劣V类。各湖的主要污染指标是总氮、总磷和高锰酸盐指数
第1章绪论
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2004年监测统计的10个大型水库中，石门水库水质为11类，密云水库、
千岛湖和董铺水库水质为III类，于桥水库、丹江口水库和松花湖水质为W类，
大伙房水库和嵘山水库水质为V类，门楼水库水质为劣V类。主要污染指标
是总氮。
2004年，全国187个城市中，与上年相比，地下水污染减轻的有39个，
污染加重的52个，水质稳定的96个。主要城市和地区的地下水水质受人为
活动影响较大，硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、氯化物等组分的含量普遍升高。
2004年全国192个主要城市中，与上年相比，地下水水位呈上升趋势仁变化
幅度大于0.5m)的有53个城市，水位呈下降趋势的有61个城市，水位保持
基本平衡的有78个城市。