（市政工程专业论文）仙女虫生长繁殖规律及其在净水工艺中的去除.pdf

删煳匙炒 g r o w t ha n dr e p r o d u c t i o nl a wo fn a i d i d a ea n di t sr e m o v e li n - w a t e rp u r t i l c a t l o nd r o c e s s b y c h e nh l l i b e f n a n h u au n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g m u n i c i p a le n g i n e e r i n g c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rz h a o l i p i n g ，d o c e n tn i e x i a o b a o a p r i l ，2 0 1 1 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：话、巷 日期：劫j j 年岁月巩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时 授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到中国学位论文全文数据库，并 通过网络向社会公众提供信息服务。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密d 。 ( 请在以上相应方框内打“) 作者签名。 砾慧 日期：知j j 年皇月z 弘日 导师签名： 摘要 水体的富营养化可以导致蠕虫在水源水体中过度孳生，当蠕虫随源水进入净 水工艺后，将引发供水水质的水生生物和微生物安全风险。与此同时，蠕虫还可 能在净水工艺内进行二次繁殖，进一步加剧污染风险，其中0 3 b a c 内由于微生 物丰富，溶解氧水平较高，污染现象尤以严重。基于此，本文先对净水工艺中蠕 虫的分布规律与污染类型进行了调查与分析，再深入研究了蠕虫中优势种属仙女 虫的生活习性，繁殖规律及其在净水工艺中的去除。旨在为净水工艺中仙女虫污 染预测弓控制提供理论基础与技术支持。实验结果如下： ( 1 ) 笔架山水厂中检出的优势种属为仙女虫、线虫和摇蚊幼虫。线虫以源水输 入的外源型污染为主，仙女虫和摇蚊幼虫则以二次繁殖引起的内源型污染为主。 仙女虫污染爆发位置在b a c 滤池，摇蚊幼虫则在沉淀池。 ( 2 ) 炭滤池更适合仙女虫的生长。以炭滤池反冲洗水中杂质作为食物培养仙女 虫，其数量增加了1 5 倍，而以沉淀池底泥作为食物时，仙女虫数量未见增加。 仙女虫的迁移方式有三种：泥内迁移，附着迁移，浮游迁移。温度、溶解氧和氧 化剂都对仙女虫的迁移特性有一定的影响。温度为2 0 ( 2 时，仙女虫浮游迁移率最 高，为1 8 5 ；溶解氧水平为8 m g l 时，仙女虫的随机浮游迁移率最高；氧化剂 浓度为0 1 m g l 和0 2 m g l 时，促进仙女虫的浮游迁移，迁移率分别为3 3 和 3 2 。 ( 3 ) 生命周期表法适用于仙女虫生长繁殖规律的研究。温度和溶解氧越高，繁 殖速率越快。2 3 时，仙女虫即可实现快速裂殖增长，种群倍增时间r 为 6 5 6 4 - 0 9 1 d ；1 6 时种群倍增时间t 显著增加，为2 4 4 6 4 - 4 4 5 d ；高溶解氧水平适 合仙女虫的快速生长，溶解氧为8 m g l 时，种群倍增时间f 最短，为4 9 7 + 0 1 6 d 。 b a c 滤池模拟实验中仙女虫种群倍增时间t 为1 2 6 0 + 0 4 2 d ，种群数量呈明显增长 态势。 ( 4 ) 混沉过程对仙女虫去除效果很好，基本上都可以实现1 0 0 的去除；在实 验条件下，砂滤池对仙女虫有1 0 0 的截留灭活效果；b a c 滤池对仙女虫具有较 好的拦截效果，实验期间仙女虫的穿透率不超过4 ；采用v 型滤池气水联合反 冲洗对仙女虫去除效果较好，接近8 0 。 关键词：净水工艺；仙女虫：污染类型；生活习性；繁殖规律；拦截效果 a bs t r a c t e u t r o p h i c a t i o nc a nc a u s ee x c e s s i v er e p r o d u c t i o no fw o r mi nw a t e r , w h e nt h e w o r me n t e rt h ep u r i f i c a t i o np r o c e s sw i t ht h es o u r c ew a t e r , i tw i l lc a u s ea q u a t i ca n d m i c r o b i o l o g i c a lr i s k so fw a t e rq u a l i t y a tt h es a m et i m e ，t h ew o r mm a yc a r r yo u t s e c o n dr e p r o d u c t i o nw i t h i nt h ew a t e rp u r i f i c a t i o np r o c e s s ，a g g r a v a t i n gt h er i s ko f c o n t a m i n a t i o n ，b e c a u s em i c r o o r g a n i s m sa r er i c ha n dd i s s o l v e do x y g e nl e v e li sh i g h i n0 3 b a c ，p o l l u t i o ni sp a r t i c u l a r l ys e r i o u si ni t b a s e do nt h i s ，t h i sa r t i c l ef i r s t i n v e s t i g a t e da n da n a l y s i s e dt h ed i s t r i b u t i o na n dp o l l u t i o nt y p eo fw o r mi np u r i f i c a t i o n p r o c e s s ，t h e nr e s e a r c h e do nt h em i g r a t i o nm o d ea n dr e p r o d u c t i v el a wo fn a i d i d a e w h i c hi sd o m i n a n ts p e c i e si nw o r n l ，a n dt h ei n t e r c e p t i o ne f f e c to fw a t e rp u r i f i c a t i o n p r o c e s st on a i d i d a e i ta i m e dt op r o v i d et h et h e o r e t i c a lb a s i sa n dt e c h n i c a ls u p p o r tt o p r e d i c t i o na n dc o n t r o ln a i d i d a ep o l l u t i o ni nw a t e rp u r i f i c a t i o np r o c e s s t h em a j o r r e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ed o m i n a n ts p e c i e sd e t e c t e do u ti nb i ji a s h a nw a t e r w o r k sw e r en a i d i d a e ， n e m a t o d e ，c h i r o n o m i dl a r v a ea n da e o l o s o m a n e m a t o d ew a se x t e mp o l l u t i o n ， n a i d i d a ea n dc h i r o n o m i dl a r v a ew e r ee n d o g e n o u sp o l l u t i o nc a u s i n gb ys e c o n d r e p r o d u c t i o n n a i d i d a ep o l l u t i o nh a p p e n e di nb a cf i l t e r , b u tc h i r o n o m i dl a r v a ei n s e d i m e n t a t i o nt a n k ( 2 ) b a cf i l t e rw a sm o r es u i t a b l ef o r t h eg r o w t ho f n a i d i d a e n a i d i d a ef e e d e db y i m p u r i t i e si nb a cf i l t e rb a c k w a s hw a t e r , t h e i rn u m b e ri n c r e a s e db y 1 5t i m e s ，b u t n a i d i d a ef e e d e db ys e d i m e n ti ns e d i m e n t a t i o nt a n k ，n oi n c r e a s ei nt h en u m b e ro f n a i d i d a e t h e r ew e r et h r e et y p e so fm i g r a t i o nm o d e so fn a i d i d a e ：b e n t h i c ，a t t a c h m e n t a n dd r i f t t e m p e r a t u r e ，d i s s o l v e do x y g e na n do x i d a n th a dc e r t a i ni n f l u e n c eo n m i g r a t i o nm o d e so fn a i d i d a e w h e nt e m p e r a t u r ew a s2 0 c ，t h ep r o p o r t i o no fd r i f t i n g n a i d i d a ew a st h eh i g h e s t ，18 5 t h er a t eo fr a n d o md r i f t i n gn a i d i d a ew a st h eh i g h e s t u n d e r8 m g l w h e no x i d a n tc o n c e n t r a t i o nw a s0 1m g la n d0 2 m g l ，i tw i l l p r o m o t en a i d i d a et od r i f t ，t h er a t ew a s3 3 a n d3 2 ( 3 ) l i f ec y c l et a b l em e t h o dw a ss u i tt or e s e a r c ht h eg r o w t ha n dr e p r o d u c t i o n l a wo fn a i d i d a e t h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r ea n dd i s s o l v e do x y g e n ，t h ef a s t e rt h e p r o p a g a t i o nr a t e w h e nt e m p e r a t u r e w a s2 3 ，n a i d i d a ec a np r o p a g a t i o nf a s t ， d o u b l i n gt i m ei s6 5 6 士0 9 1 d ，b u ti n c r e a s e da l o ta t1 6 c ，2 4 4 6 4 - 4 4 5 d h i g hl e v e lo f d i s s o l v e do x y g e nw a ss u i tf o rn a i d i d a e sr a p i dg r o w t h w h e nd i s s o l v e do x y g e nw a s 8 m g l ，t h ed o u b l i n gt i m eo fn a i d i d a ew a st h es h o r t e s t ，4 9 74 - 0 16 d d o u b l i n gt i m e o f n a i d i d a ei ns i m u l a t i o ne x p e r i m e n to fb a cf i l t e rw a s12 6 04 - 0 4 2 d ，p o p u l a t i o n g r o w t hw a so b v i o u s ( 4 ) t h ep r o c e s so fc o a g u l a t i n gs e d i m e n t a t i o nc a nr e m o v en a i d i d a eo b v i o u s l y ， t h er a t ec a i ln e a r l ya c h i e v e10 0 s a n df i l t e rc a ni n a c t i v a t en a i d i d a eb y10 0 u n d e r t h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s b a cf i t e rh a dg o o di n t e r c e p t i o ne f f e c t ，t h ep e n e t r a t i o n o f n a i d i d a eb e l o w4 d u r i n ge x p e r i m e n t u s i n gvf i l t e rw i t ha i r - w a t e rb a c k w a s h i n g c a nr e m o v en a i d i d a en e a r l y8 0 k e yw o r d s ：w a t e rp u r i f i c a t i o np r o c e s s ；n a i d i d a e ；p o l l u t i o nt y p e ；l i v i n gh a b i t ； r e p r o d u c t i v el a w ；i n t e r c e p t i o ne f f e c t i i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论 1 1 研究背景i 1 1 1 我国水体富营养化现状一l 1 1 2 水源水体中仙女虫污染问题一2 1 1 3 净水工艺中仙女虫污染问题2 1 2 国内外研究现状及存在的问题3 1 2 1 净水工艺中蠕虫污染。3 1 2 2 仙女虫的生活习性一4 1 2 3 仙女虫的繁殖规律5 1 2 4 净水工艺对仙女虫的拦截作用一8 1 3 课题的研究内容与研究意义9 1 3 1 课题来源一9 1 3 2 课题的研究意义9 1 3 3 课题的研究内容9 第二章净水工艺中蠕虫的分布规律与污染类型 2 1 材料与方法1 l 2 1 1 取样点的设置及取样方法l l 2 1 2 蠕虫计数方法1 2 2 2 净水工艺中的蠕虫种属1 2 2 3 源水和净水单元出水中蠕虫的分布1 3 2 4 生产废水中蠕虫的分布1 5 2 5 净水工艺中蠕虫分布规律1 7 2 6 蠕虫污染类型分析l8 2 7 本章小结18 第三章仙女虫的生活习性 3 1 材料与方法2 0 3 1 1 实验材料2 0 3 1 2 实验装置2 0 3 1 3 实验方法2 0 3 2 仙女虫的摄食选择性一2 2 3 3 温度对仙女虫迁移运动的影响2 2 3 4 溶解氧对仙女虫迁移运动的影响2 3 3 5 氧化剂对仙女虫迁移运动影响2 4 3 6 本章小结2 5 第四章仙女虫的繁殖规律及其影响因素 4 1 材料与方法2 6 4 1 1 实验仪器。2 6 4 1 2 实验方法一2 6 4 1 3 数据分析2 7 4 2 仙女虫的繁殖方式2 7 4 3 温度对仙女虫生长繁殖的影响2 8 4 3 1 仙女虫的特征存活率曲线和生殖率曲线2 8 4 3 2 仙女虫的繁殖生物学参数3 0 4 4 溶解氧对仙女虫生长繁殖的影响31 4 4 1 仙女虫的特征存活率曲线和生殖率曲线3 1 4 4 2 仙女虫的繁殖生物学参数3 3 4 5b a c 滤池中仙女虫的二次繁殖3 3 4 6 本章小结3 4 第五章净水工艺对仙女虫的拦截作用 5 1 材料与方法3 5 5 1 1 实验装置3 5 5 1 2 实验方法3 6 5 2 混沉过程对仙女虫的拦截效果3 7 5 3 砂滤池对仙女虫的拦截效果3 8 5 4b a c 滤池对仙女虫的拦截效果4 1 5 5 本章小结4 3 第六章结论与建议 6 1 结论4 4 6 2 ：建议4 5 参考文献4 6 蜀cj 射51 附录a ( 攻读学位期间发表论文目录) 5 2 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 我国水体富营养化现状 水体富营养化是指湖泊、水库、河流以及河流入海口水体中营养物质( 一般 指氮和磷) 过量从而引起水体植物( 如藻类及大型植物) 的大量繁殖。水体出现 富营养化时，在外界环境适宜的条件下，水中的藻类以及其它水生生物异常繁殖， 导致发生红色、褐色或者绿色的“水华”现象。一般认为水体处于富营养状态的指 标是：水体中总氮大于0 2 o 3 m g l ，总磷含量大于0 0 2 m g l ，生化需氧最大于 1 0 m g l t l 】。 2 0 0 9 年中国环境状况公报【：】表明：全国地表水污染依然较重。长江、黄河、 珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系总体为轻度污染。2 0 3 条河流4 0 8 个 地表水国控监测断面中，i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为 5 7 3 、2 4 3 和1 8 4 。主要污染指标为高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮。 其中，珠江、长江水质良好，松花江、淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染， 海河为重度污染。2 6 个国控重点湖泊( 水库) 中，满足类水质的1 个，占3 9 ； 类的5 个，占1 9 2 ；i v 类的6 个，占2 3 1 ；v 类的5 个，占1 9 2 ；劣v 类 的9 个，占3 4 6 。主要污染指标为总氮和总磷。营养状态为藿度富营养的1 个， 占3 8 ；中度富营养的2 个，占7 7 ；轻度富营养的8 个，占3 0 8 ；其他均为 中营养，占5 7 7 。 水体富营养化危害极大【，1 ：1 、影响水质。水华现象严重的地方，阳光入射深 度变浅，导致下层藻类死亡、腐烂、分解，消耗水体中大量的溶解氧，甚至可能 使水体呈现厌氧状态，进而加速水体沉积物中营养物质的释放，形成富营养水体 的恶性循环；混凝沉淀时投加的絮凝剂可能导致藻类细胞破裂，使胞内藻毒素进 入水中，藻毒素不能通过常规水处理工艺去除，需增加新的工艺( 如：活性炭吸 附，臭氧氧化) 。2 、影响水厂的正常运行。常规水处理工艺( 混凝一沉淀一过滤) 处理含藻源水时，沉淀池对藻类的去除效果不佳，影响砂滤池的正常运行，表现 为运行周期缩短，反冲洗频繁，而且不容易冲洗干净，必须加大反冲洗强度，耗 水量大大增加。3 、影响管网和管网水质。净水工艺未能去除的藻类进入管网，成 为管网中微生物繁殖的基质，可能在管网中生长出线虫等较大的生物。还可能堵 塞水表、水龙头，减少管网使用年限。 1 1 2 水源水体中仙女虫污染问题 作为水生生态系统中的重要组成部分，仙女虫等一些蠕虫类无脊椎动物( 以 下简称蠕虫) 是经济鱼类的饵料生物，其群落结构与水环境有着密切的关系。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，这为蠕虫提供了丰富的饵料，使得它们的摄食竞 争力大大降低，为其生存和发展提供了广阔的空间i 1 。在水体富营养严重时常可 发现大量的仙女虫，这主要归因于仙女虫能耐受由于有机物大量分解而造成的低 氧甚至缺氧环境，而其它蠕虫在这种环境下往往受到抑制甚至死亡，使得仙女虫 在竞争中占优势地位。 另外，随着传统的淡水渔业养殖模式的发展，我困的许多水库、湖泊中，蠕 染，有必要对蠕虫的分布规律、污染类型、生活习性及繁殖规律等进行系统研究， 探明污染爆发的原因，进而研发出高效，经济的蠕虫污染控制措施。 1 2 国内外研究现状及存在的问题 国外于上世纪8 0 年代末期开始净水工艺中的蠕虫风险控制技术的研究，取得 了一定成果。国内是近几年才开展这方面的研究工作，尚未形成系统的研究成果， 特别是在0 3 b a c - e 艺条件下的蠕虫风险控制技术研究方面还处于起步阶段。 1 2 1 净水工艺中蠕虫污染 早在上世纪六七十年代，人们就曾注意到供水系统有蠕虫存在 8 1 1 9 1 ，但当时认 为蠕虫是随源水进入的，并且主要发生在雨季1 1 0 l ，t o m b a s t 1 就研究发现，非雨 季自来水中线虫的密度在0 2 6 i n d l 以下，当降雨量达到9 3 e m 时，其密度上升 至3 9 5 i n d l 。最早发现蠕虫可在净水工艺中大量滋生是在慢滤池中，此时，蠕虫 污染风险才引起人们的重视1 2 1 。后来，“混凝沉淀过滤消毒”常规处理工艺普遍 应用，除摇蚊幼虫外，其他蠕虫污染都得到有效控制，只在供水管网中偶有检出。 但随着深度水处理技术，尤其是0 3 一b a c ，在净水工艺中开始应用，蠕虫污染风 险日益严重。 目前在净水工艺中经常被检出的蠕虫包括线虫、仙女虫、颓体虫、颤蚓及摇 蚊幼虫，检出位置有沉淀池1 1 3 1 、砂滤池 1 4 1 1 1 s 1 和b a c 滤池1 1 s 1 1 1 ，】。根据有关学者的研 究结果可知，沉淀池中主要是摇蚊幼虫污染，b a c 滤池中蠕虫分布种类和数量都 较其他净水单元多。汉口水务集团在沉淀池中发现有摇蚊幼虫出现，数量达到2 4 个l 。s e h r e i b e r i m 通过对德国3 个水厂的b a c 滤池的检测发现，滤池中存在线虫 和寡毛虫，最大密度分别为7 0 i n d m 3 和2 4i n d m 3 。李小伟f 1 9 j 通过现场中试研究得 到，活性炭柱出水中仙女虫和线虫的密度分别为2 0 0 i n d m 3 和1 6 0 i n d m j ，并且仙 女虫污染发生在柱状炭炭柱，线虫污染发生在破碎炭炭柱。 蠕虫在净水工艺中的分布存在一定的规律性，研究最多的是季节性分布规律， 如深圳水厂中线虫在b a c 滤池中一般在4 6 月份期间密度最大【2 0 1 。c a s t a l d e l l i 等 1 6 1 的研究则发现炭滤池中的无脊椎动物在9 1 0 月份期间污染最严重；其次，蠕 虫在活性炭滤池内的纵向分布也存在一定的规律性，调查发现蠕虫主要分布在炭 层溶解氧浓度较大的中上层，随着炭层深度的增加，蠕虫密度越低t 5 1 。 净水工艺中蠕虫污染分布与净水工艺各个环节都关系密切。源水的预氧化， 混凝剂的投加种类和投加量，消毒剂的投加种类和投加量，沉淀池的类氆，深度 处理中的工艺类型等都会对蠕虫在净水工艺中的分布规律造成很大的影响。如蠕 虫有逃避外来刺激的能力，预氧化可以迫使他们寻找新的避难所，降低他们在工 艺间的迁移1 2 1 1 ，平流式沉淀池的水力运行条件稳定，较斜板沉淀池更适合蠕虫的 3 生长，但是蠕虫由于絮凝体夹裹作用进入排泥区后，斜板不利于蠕虫再迁移至清 水区。目前应用较多的深度处理工艺为0 3 一b a c 工艺，该工艺对蠕虫分布影响见 1 1 3 。 在广州、深圳等沿海地区的水厂中均已发现净水单元有不同程度的蠕虫污染， 深圳还接到了用户的投诉意见。但现有研究成果只局限于根据蠕虫的来源将蠕虫 的污染类型划分为外源污染和内源污染两类，未有关于净水工艺中蠕虫的分布规 律和污染类型的系统报道。 1 2 2 仙女虫的生活习性 仙女虫属水栖动物。匍匐爬行或依靠体表刚毛自由生活于淡水中。国内 外对仙女虫生活习性的研究主要包括其摄食选择性与迁移特性。 有研究表明仙女虫的主要摄食对象是生长在石头或水生植物上面的绿 藻和硅藻，其能摄食的藻类的长度不能超过l9 6 1 x m ，最大体积为2 4 xl0 3 i l m 3 【2 2 1 。 s t r e i tb t 2 3 1 用1 4 c 标记的藻类喂养仙女虫发现，l9 下仙女虫的摄食率为每小 时o 7 9 1 上g c ，且仙女虫对硅藻消化良好，绿藻贝i j 不然，但仙女虫摄食更多的 绿藻。 迁移是包括蠕虫在内的大多数底栖动物扩大其种群分布范围的一种最 简单有效的方式，通过迁移，有助于底栖动物寻找适宜的微生境和食物源， 避免种群过分拥挤而造成的食物短缺以及捕食者的捕食，使底栖动物扩散和 定殖到新的环境中去1 2 4 1 。仙女虫的迁移运动是导致净水工艺中仙女虫污染的 直接原因。d r e w e se ta 1 研究发现仙女虫由于有刚毛可以在水体中自由游动，且 刚毛摆动速率快( 6 1 2 周s ) ，一些仙女虫在生命周期的部分时段表现出非常强的 游泳能力，游动速度可达1 0 - 2 5 m m s t 2 5 j 。 仙女虫的迁移运动与底质的关系密切。一方面受底质中食物的影响，蠕虫 的多样性和丰度随着栖息地中有机碎屑的增加而增加，在淤泥和粘土的底质中， 有机质的含量丰富、颗粒较小，蠕虫生物量高，但有机质过于丰富反而导致环境 缺氧，蠕虫的丰度将明显下降。一方面受底质的性质影响。l e a r n e rm a 1 2 6 1 等研究 表明：仙女虫在水域中的分布很广泛，但在底质中含石头、砂、陶土、煤渣等较 多，结构比较松散的水域中仙女虫分布更广泛，是淤泥基质中仙女虫数量的1 0 一- 2 0 倍，数量最高可达到2 0 0 0 0 0 i n d m 2 。其主要原因是该环境能为仙女虫提供溶解 氧保障。底泥基质下，仙女虫的垂直生存高度不高于6 c m 。 仙女虫的迁移运动还与水体中温度与溶解氧条件有关。仙女虫随季节变化在 水体中的分布不同 2 7 1 ，夏季从底质底层迁移至表层甚至上覆水中，冬季则反之。 c o l l a d 等1 2 8 】发现水深、季节变化对寡毛虫的分布影响较大，仙女虫和颤蚓在溶解 氧相对较高的沿岸浅水区的密度要远高于深水区。b e a u d e te ta l t o 的研究也发现仙 4 女虫由于具有趋氧性，主要分布在炭层溶解氧浓度较大的上层，随着炭层深度的 增加，蠕虫密度逐渐减小。 目前国内外关于仙女虫的摄食选择性的研究都集中于其对各种类型藻类的选 择，未有与净水工艺特点相结合的研究报道；且对仙女虫的迁移特性的影响因素 的研究也甚少，且影响效果不甚明了。 1 2 3 仙女虫的繁殖规律 环境条件适宜时，蠕虫可在水源水体和净水工艺中大量繁殖，对于前者，当 蠕虫种群密度超过水体容纳能力后，可发生大规模迁移引起水厂蠕虫外源型污染； 后者则直接导致蠕虫的内源型污染。 作为水体中广泛分布的无脊椎底栖生物，蠕虫是优质的水产饵料之一，国内 外在蠕虫的生长繁殖方面开展了大量的研究工作，研究内容涉及到温度、水质等 环境条件对其生长繁殖的影响，种群结构与次级生产力以及种群动力学模型等。 1 2 3 1 水源水体中仙女虫的生长繁殖 仙女虫的生长繁殖首先受自身繁殖特性影响，仙女虫既町进行无性繁殖，又 可进行有性繁殖。食物源优越，环境条件好时进行无性繁殖【：。】，当遇到恶劣的条 件时( 冬天) 【，0 1 ，则转为有性繁殖，但无性繁殖速度远比有性繁殖快。j u g e tj 等 【3 l 】和l a d l e t 3 0 j 等分别采用瞬时增长速率法( i n s t a n t a n e o u sg r o w t hr a t e s ) 研究了仙女 虫和颗体虫的无性繁殖，得到仙女虫和颓体虫的平均瞬时增长速率分别为0 1 4 4 和0 3 7 。 仙女虫的生长繁殖除与自身遗传因素有关外，还与温度、溶解氧、悬浮物、 光照等因素有关。温度不仅影响仙女虫的生长发育，而且也影响它的新陈代谢速 度，因此温度是影响蠕虫生长繁殖最显著的因素。为延续种群生存，仙女虫的生 长繁殖能力对不同的温度便显出不同的适应机制，温度较低时仙女虫表现出较强 的存活能力，同时减小分裂生殖以降低能量消耗，而高温时则快速生长，繁殖能 力也较强。l a u r ac 3 2 1 的研究发现仙女虫的种群数量在夏季无性繁殖占主导地位时 达到最大值，冬末或春初无性繁殖停止，开始出现性成熟体，占种群总数量的 1 0 一- 1 6 ，但有性繁殖的时间很短，一般在3 0 - 4 5 天左右。j u g e tj t 3 t l 等研究发现 仙女虫的日增长率与平均繁殖温度的关系为：y = o 0 0 9 e o j l 2 x ( r = 0 9 8 ) 。l o c h h e a d g 【，1 在研究温度对仙女虫科三个种属的影响的时候也发现，温度越高，倍增时间 越短。 水体中如果长时间的缺氧，蠕虫类底栖动物将完全消失；底栖动物的多样性 与水体中总氮总磷浓度均呈负相关，水体富营养化导致底栖动物有些种类消失， 而耐污种属的生物量增加，如东湖底栖动物从6 0 年代的1 1 3 种降低至l j 9 0 年代的6 7 种，其中毛翅目和软体动物种类的消失更甚，而霍甫水丝蚓的密度呈现快速增长 5 的趋势；悬浮物浓度与底栖动物生物量呈负相关关系，因为悬浮物浓度高的水域 悬浮颗粒阻碍了光照，从而使水体的初级生产力降低，影响了大型底栖动物的生 长 3 4 1 。k a n g j i e hl & s h a o p i ny o 在研究有机物对台湾某城市水域中水生生物的数 量与分布的影响时发现r p i ( 河川污染指数) 与水生生物数量有很好的相关性 ( r = 0 5 8 ，p 0 0 5 ) 。 尽管国内外关于蠕虫类无脊椎动物的生长繁殖研究成果丰富，但对于给水厂 净水工艺中蠕虫污染风险预测和控制而言，其重点应是蠕虫的内禀增长力、种群 倍增时间和世代周期等种群年龄特征生物学参数，特别是不同温度和d o 条件下 的种群年龄特征生物学参数的研究，国内外开展还不多。 1 2 3 2 净水工艺中仙女虫的二次繁殖 当蠕虫或者其虫卵源水随进入净水工艺中后，其中的一部分可以被净水单元 拦截，被拦截的蠕虫及虫卵不等于已经去除，其有在净水单元内繁殖的可能，被 称为二次繁殖。 根据国外水质报道研究发现，蠕虫污染的爆发主要发生在供水管网中，净水 工艺中极少有蠕虫污染爆发，因而关于净水工艺中蠕虫二次繁殖方面的研究报道 也鲜有。目前只有关于r h i n e 河畔几个水厂的g a c 滤池中无脊椎动物生长情况的 报道，经过检测发现，滤池运行时间越长，其中的无脊椎动物越多，且夏秋季节 蠕虫密度大于冬季【l i 】。 国内由于源水污染严重，观察到净水工艺中蠕虫繁殖现象明显。目前研究较 多的是摇蚊幼虫。摇蚊幼虫可整个在净水工艺中大量繁殖【 1 ，且可在沉淀池大量 产g g 3 6 1 。0 3 b a c 工艺能为蠕虫提供了比常规水处理工艺更适宜的生长条件，具体 原因见1 1 3 ，因此，活性炭滤池中蠕虫的二次繁殖现象较其他单元更明显。李小 伟等 3 7 1 采用干池方法去除b a c 滤池中水生生物时发现干池前后线虫和寡毛类的数 量分别增加了6 倍和2 6 4 倍，说明这两中水生生物耐污能力和生命力都很强，二次 繁殖明显。刘丽君等 3 s l 对深圳两水厂中无脊椎动物调查发现进水中无脊椎动物含 量为1 7 - 9 8 3 个m 3 ，破碎炭出水的无脊椎动物密度为4 4 6 3 个m 3 ，柱状炭出水的 密度为5 6 1 0 个m 3 ，分别比进水提高了6 5 倍和8 2 倍。说明炭柱中发生了显著的无脊 椎动物孳生和繁殖现象。 目前只观察到蠕虫在净水工艺中的二次繁殖现象，且定量化描述还未有报道。 1 2 3 3 种群结构 种群结构是研究种群内处于不同发育期的个体组成和分布格局。蠕虫类无脊 椎动物是水资源管理的重要部分，水体发生变化时，直接影响它们的生长、发育、 繁衍。水体中的某些种类存在与否常能反映水体的质量状况，使其成为水体质量 的天然监测者。因此研究其地理分布、栖息产所、所需水质条件能为评价水体水 6 质提供依据，还能预示环境条件的变化。 摇蚊幼虫的某些种类对水质的变化极为敏感，如重金属、营养盐和溶解氧等， 还有些种类则能在有机污染、重金属污染的水环境中生存。可利用其种类对环境 的敏感性和耐污特性，判断水质的变化和污染程度。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。1 9 8 8 年，岩熊敏夫1 3 9 l 在对 日本2 3 个不同营养状况的湖泊进行调查后指出，羽摇蚊和大红德永摇蚊是富营养 湖泊的指示种。 任淑智i 4 0 l 在研究北京地区河流中大型底栖无脊椎动物与水质的关系时发现底 栖无脊椎动物群落结构同河流水质的变化是一致的，底栖无脊椎动物在水质的生 物学评价方面是很有用的指示生物；大型底栖无脊椎动物的种类多样性指数与水 中溶解氧呈正相关关系，且相关显著( p o 0 5 ) ，与水中c o d 、b o d 无相关关系； 在清洁的水体中，动物种类数随季节变化，而污染地区种类变化不大。 1 2 3 4 次级生产力 次级生产力指动物和异养微生物通过生长繁殖而增加的生物量【引】。次级生产 力可以用湿藿、干重、无灰分干重、碳含量、氮含量或能量含量等来表示。 考虑到水厂蠕虫外源璎污染主要是由于种群密度或生物量超过水体最大容纳 能力引起，而蠕虫的次级生产力能够综合反应栖息环境对生长繁殖的影响，因此 就蠕虫污染爆发预测而占，可以采用次级生产力的变化来反应水源水体中蠕虫的 繁殖规律。 由于体长频率法、减员累积法、a l l e n 曲线法1 4 2 1 和瞬时增长率法等次级生产力 直接测算方法存在耗时长、成本高等问题，b r a y 法【4 3 l 、p l a n t e d o w n i n g t 4 4 l 模型和 t u m b i o l o 模型【4 5 】等经验公式被广泛用于水体大型无脊椎动物次级生产力估算，但 多数经验公式往往涉及到的环境变量仅有温度，导致模型的相关系数较低【4 6 】，因 此不少研究者对经验公式的应用持审慎态度。现在一般采用p b 系数法( 年均生产 量为年均生物量与p b 系数的乘积) 来估算特定种群或环境条件相似水体中底栖 动物的生产力。虽然p b 系数具有相对稳定性，但般只限于在相同或类似的生 境下，在不同的生境中由于受到的各种理化因子( 特别是温度) 作用，p b 系数可能 表现出较大的变异性，因此在使用时应考虑到环境因子对它的影响，否则结果将 出现较大的误差。按照w i n b e r 9 1 4 ，】的估测，水栖寡毛类和水生昆虫( 摇蚊) 的最小 p b 系数分别为3 2 、2 5 ，腹足类的p b 系数为1 5 9 2 0 。但也有一些极端的例 子，例如美国s a t i l l a 河【4 8 】许多种摇蚊的p b 系数超过1 0 0 ，一些生活史较长的软 体动物的p b 系数仅为0 1 o 2 。 1 2 3 5 种群动力学模型 种群动力学模型是描述种群与环境，种群与种群之间相互竞争、相互作用的 7 动力学关系的数学模型，可用于描述、预测以至调节和控制物种的发展过程与发 展趋势。这个模型的应用，将促使人们进一步了解自然。它已成为人们开发资源， 合理使用资源和保护环境工作中的一种有用工具 4 9 1 。 种群动力学模型是大自然生态的数量化微缩。微缩的实现，利于人们观察这 个生态系统的未来变化及制订相应调控措施，该方法可应用于资源的数量化管理， 环境评估与管理及灾变生态学。 1 2 4 净水工艺对仙女虫的拦截作用 净水工艺中仙女虫污染类型根据来源不同，可以分为外源性污染和内源性污 染。外源性污染是指由于环境污染引起水体富营养化，使得水体中仙女虫等蠕虫 类无脊椎动物大量繁殖，当蠕虫种群密度超过水体容纳能力时，温度、湿度及光 照等环境条件变化可能导致蠕虫大规模迁移，并随源水进入水厂，引起水厂蠕虫 污染爆发。内源性污染是指净水工艺中的水质、水力学等环境条件为蠕虫的二次 繁殖提供了可能，可以导致蠕虫污染爆发。 净水工艺中混凝沉淀、砂滤和炭滤等操作单元均对蠕虫有一定的拦截效果。 目前未有关于净水工艺对仙女虫的拦截的研究，但可借鉴颤蚓与摇蚊幼虫的相关 研究结果。李伟在研究净水工艺对颤蚓的拦截效果时发现：混凝对颤蚓具有一定 的拦截效果，且拦截效果与混凝条件有关，实验条件下，混凝时间的延长有助于 提高拦截效果；搅拌强度越低，混凝对颤蚓的拦截效果越好；砂滤池对颤蚓的拦 截效果非常好，在9 0 左右 s o l 。蠕虫的浮游能力越弱，净水工艺对它们的拦截效 果越好，尤其是在混凝沉淀单元。 “净水工艺对蠕虫的拦截 与“胶体、悬浮物等常规污染物拦截即为去除 不同，被拦截的蠕虫还可能利用拦截的源水中藻类、悬浮物进行二次繁殖，引起 蠕虫内源污染爆发，增加了从净水工艺角度出发进行蠕虫风险控制研究的难度。 国外由于蠕虫污染主要发生在供水管网中，对净水工艺中蠕虫污染研究较少，国 内也只开展过相关的初步研究，孙兴滨1 5 1 1 通过实验室中试实验研究发现，混凝沉 淀对1 龄期摇蚊