（市政工程专业论文）供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究.pdf

硕士学位论文 摘要 结合南方某水厂生产，对影响水厂除蚤效果的因素进行了调研。调研结果表 明，水蚤的活性是影响沉淀池去除效果的关键因素，水蚤活体在沉淀池中可以自 由活动而无法有效去除；水蚤死体则可以自然沉降，且易于和矾花相结合而加速 其沉淀，然而由于其密度和水接近，所以在生产中仍然有部分水蚤死体在其他因 素的干扰下难以沉降。实践表明水蚤可以穿透砂滤池，当水蚤在滤层中孳生的时 候，砂滤池出水中水蚤的密度将难以控制。炭滤池可以为水蚤的生长提供适合的 环境，如果控制不好，水蚤就会在炭滤池中大量孳生，造成出厂水中水蚤密度急 剧增加。 选择合适的灭活水蚤的药剂是控制出厂水中水蚤密度首要问题。通过对水蚤 加药处理后其死亡过程的观察，建立了水处理中水蚤死亡评估标准，并在此基础 上进行化学药剂灭活水蚤的试验。试验主要对氯、二氧化氯、氯氨、食盐、氨水、 臭氧等药剂的灭活水蚤效能进行了探讨。试验表明，所选化学药剂均可以达到灭 活水蚤的目的。投加浓度是影响化学药剂灭活效果的主要因素，灭活水蚤所需时 间随着投加浓度的增加而减小。除了氨水要求在碱性条件下才能起到灭活作用 外，其他药剂在p h 值为6 0 8 o 之间时，灭活效果影响均不受大的影响。对于 特定的水厂，应该结合实际情况选择合适的灭活水蚤药剂以及投加点、投加量。 对于该水厂，在不改变现有工艺的条件下，选用氯作为灭活水蚤的药剂。在原水 泵站以及回收水池中分别投加1 0 m g l 左右的氯。 生产中发生砂滤池孳生水蚤的情况时，可以采用加氯反冲洗的方式予以解 决，对于该厂，滤池出水中余氯控制在1 o m g l 。一旦炭滤池中孳生水蚤，应停 池并采用高浓度的食盐水浸泡以将其中的水蚤灭活，继而对滤池反冲洗，待其中 的水蚤冲洗干净且氯离子含量符合水质标准后方可继续使用，该厂投加量为 1 5 9 l 。 关键词：水蚤；灭活；孳生；氯；盐 供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究 a b s t r a c t a c c o r d i n gt o t h e o p e r a t i o np r o c e s si naw a t e rp l a n t i ns o u t h e r n c h i n a ， i n v e s t i g a t e t h ef a c t o r s a f f 色c t i n g f e m o v a l e f f i c i e n c y o f d a p h n i a e x p e r i l n e n t s d e m o n s t r a t et h a tt h ea c t i v i t yo fd a p h n i ai st h ek e yf a c t o ra f 托c t i n gt h er e m o v a l e f f i c i e n c yi nt h es e d i m e n t a t i o nt a n k t h el i v i n gb o d i e sc o u l d n tb er e m o v e db e c a u s e t h e yc a nm o v ef r e e l yi nt h et a n k m e a n w h i l et h ed e a do n e sc a ns e t t l ea u t o m a t i c a l l y ， t h e ya r ea p tt oc o m b i n ew i t hn o c sa n da c c e l e r a t es e t t l i n gv e l o c i t y h o w e v e r ，t h e d e n s i t yo fd a p h n i aa p p r o a c ht ot h ew a t e r ，s o m ed e a db o d i e ss t i l lc o u l d n ts e t t l ef o r i n t e r f e r e n c eo fo t h e rf e a s o n s d a p h n i ac a np e n e t r a t et h ef i l t e rd e p e n d so nt h e i n f l u e n tw a t e rd e n s i t ) ，m o r e o v e f ，t h e ym a yb r e e di nt h ef i l t e ra n dc a u s et h es a n d f i l t e re f n u e n td a p h n i ad e n s i t yo u to fc o n t r 0 1 t h eg a cf i l t e rc a n p r o v i d eaf a v o r a b l e e n v i r o n m e n tf o rd a p h n i a ，s oi m p f o p e ro p e f a t i o nm a yl e a dt ol a r g e l yb r e e do f d a p h n i a ， a n dt h ee f n u e n td a p h n i ac o n c e n t r a t i o nw o u l di n c f e a s ed r a m a t i c a l l y s e l e c t i n gas u i t a b l ei n a c t i v a t i o nc h e m i c a li st h ep r i m a r yp r o b l e mr e g a r d i n gt o r e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no fd a p h n i ai nt h et a pw a t e r w eh a v ee s t a b l i s h e dac r i t e r i o n w h i c hi sa p p l i e di nw a t e rp l a n tt oe v a l u a t et h ed a p h n i ad e a do rn o t b a s e do nt h i s c r i t e r i o n ，w eh a v ed i s c u s s e dt h ei n a c t i v a t i o ne f f c c t so fc h e m i c a ls u c ha sc h l o r i n e ， c h l o r i n ed i o x i d e ，c h l o r a m i n e s ，s a l i n e ，a m m o n i aa n do z o n eo nt h ed a p h n i a e x p e r i m e n t sd e m o n s t r a t et h a t a l lt h e s ec h e m i c a l sc a ns u c c e s s f u l l yi n a c t i v a t e d a p h n i a d o s a g e ，c o n t a c tt i m e ，a n do r g a n i cc o n c e n t r a t i o no fr a ww a t e ra r et h ek e y f a c t o r sa f f e c t i n gi n a c t i v a t i o ne f f i c i e n c y e x c e p ta m m o n i an e e dt of h n c t i o nw i t hb a s i c ， o t h e rc h e m i c a l sc a nf u n c t i o n w e l lu n d e rp hb e t w e e n6t o8 w es h o u l dc h o o s e s u i t a b l ec h e m i c a l ， d o s i n gp o i n t ， a n dd o s a g ea c c o r d i n gt o s p e c i f i c s i t u a t i o no f d i f f e r e n tw a t e rp l a n t s a c c o r d i n gt h ep l a n ts i t u a t i o n ，a d o p tc h l o r i d ea st h ed a p h n i a i n a c t i v a t i o nc h e m i c a l ，d o s ec h l o r i d ei nt h ei n f l u e n tp u m ps t a t i o na b o v e1 0 m g l ， a n dt h es a m et or e c l a i mp o n d w h e nt h ed a p h n i ab r e e di nt h es a n df i l t e r ，b a c k w a s ht h ef 订t e rw i t hc h l o r i n e s o l u t i o n ，k e e pt h ee f n u e n tr e s i d u a lc h l o r i d ea b o v e1 0m g l o n c et h ed a p h n i ab r e e d i nt h eg a c f i l t e r ，s t o pt h eg a cf i l t e r ，a n di m m e f s et h eb e dw i t hh i g hs t f e n g t ho f s a l i n ew a t e ri no r d e rt oi n a c t i v a t ed a p h n i a b a c k w a s ht h ef i l t e ru n t i ln od a p h n i ai n e f n u e n ta n dt h er e s i d u a lc h l o r i d em e e tt h ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r d s k e yw o r d s ： d a p h n i a ； l n a c t i v a t i o n ；b r e e d ； c h l o r i n e ； s a l t 硕士学位论文 插图索引 图1 1 剑水蚤形态图2 图1 2 猛水蚤形态图3 图1 3 研究技术路线6 图2 1 南方某水厂工艺简图7 图2 2 无附着的桡足类8 图2 3 桡足类活体体表的絮体8 图2 4 枝角类活体体表的絮体8 图2 5 水蚤死体成为矾花的一部分8 图2 6 南方某水厂沉淀池对水蚤的去除情况9 图2 7 南方某水厂砂滤池对水蚤的去除情况一1 0 图2 8 南方某水厂砂滤池对水蚤的去除情况1 0 图2 9 南方某水厂回收水池中水蚤密度调查1 1 图3 1 水蚤和矾花的相互作用1 3 图3 2 大涌中试基地砂滤柱1 5 图3 3 水蚤在不同粒径组合下的穿透率一1 6 图3 4 不同水蚤密度的穿透率一1 7 图3 5 不同水蚤密度的穿透个数1 7 图3 6 滤料的理想排列方式一1 8 图3 7 滤料可能形成的空隙1 8 图3 8 滤料的排列方式1 8 图4 1 氯对桡足类幼体和成体的灭活对比一2 5 图4 2p h 值对氯灭活桡足类的影响( 有效氯浓度2 0 m l ) 2 6 图4 3 氯对桡足类的灭活2 6 图4 4p h 值对氯灭活枝角类的影响( 有效氯浓度2 o m l ) 2 7 图4 5 氯对枝角类的灭活一2 8 图4 6p h 值对二氧化氯灭活桡足类的影响( 二氧化氯浓度为1 o m g l ) 2 9 图4 7 二氧化氯对桡足类的灭活2 9 图4 8p h 值对二氧化氯灭活枝角类的影响( 二氧化氯浓度为1 0 m g l ) 3 0 图4 9 二氧化氯对枝角类的灭活3 0 图4 1 0p h 值对氯氨灭活桡足类的影响( 有效氯浓度2 5 m g l ) 3 1 图4 1 1 氯和氨的质量比为2 ：1 时，氯氨对桡足类的灭活3 2 图4 1 2 氯和氨的质量比为3 ：1 时，氯氨对桡足类的灭活3 2 供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究 图4 图4 图4 图4 氯和氨的质量比为4 ：1 时，氯氨对桡足类的灭活3 3 氯和氨投加比对桡足类灭活的影响3 3 p h 值对氯氨灭活枝角类的影响( 有效氯浓度2 5 m l ) 3 4 氯和氨的质量比为2 ：1 时，氯氨对枝角类的灭活3 4 图4 1 7 氯和氨的质量比为3 ：1 时，氯氨对枝角类的灭活3 5 图4 1 8 氯和氨的质量比为4 ：1 时，氯氨对枝角类的灭活3 5 图4 1 9 氯和氨投加比对枝角类灭活的影响3 5 图4 2 0p h 值对食盐灭活桡足类的影响( 食盐浓度为1 0 9 l ) 3 6 图4 2 1 食盐对桡足类的灭活3 7 图4 2 2p h 值对食盐灭活枝角类的影响( 食盐浓度为5 9 l ) 3 7 图4 2 3 食盐对枝角类的灭活3 8 图4 2 4p h 值对氨水灭活桡足类的影响3 9 图4 2 5 氨水对桡足类的灭活3 9 图4 2 6 氨水对枝角类的灭活4 0 图4 2 7 臭氧自然放置和搅拌的情况下的损耗4 1 图4 2 8 臭氧在灭活试验浓度范围内的损耗一4 1 图4 2 9 臭氧对桡足类的灭活效果4 2 图4 3 0 臭氧对枝角类的灭活效果4 2 图4 - 3 1 氯对天然原水中桡足类浮游生物的灭活效果4 3 图4 3 2 二氧化氯对天然原水中桡足类浮游生物的灭活效果4 3 图4 3 3 氯氨对天然原水中桡足类浮游生物的灭活效果4 3 图4 3 4 食盐对天然原水中桡足类浮游生物的灭活效果4 4 图4 3 5 氨对天然原水中桡足类浮游生物的灭活效果4 4 图4 3 6 臭氧对天然原水中桡足类浮游生物的灭活效果4 4 图5 1 水厂沿程水蚤密度变化情况4 9 硕士学位论文 附表索引 表3 1 混凝试验1 3 表3 2 不同粒径截留效果一1 5 表3 3 不同水蚤密度截留效果1 6 表5 1 水厂沿程水蚤密度变化情况4 9 x 湖南大学 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：剪躬勺 醐口i 年 f 月2 9 日 f 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。本人授权湖南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。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：节孜日期：加。7 年j 月7 日 导师签名：椰睁乒一日期：z 一0 年 f j 月2 7 日 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题背景 2 0 0 6 年4 月，南方某水厂出厂水水质常规检查中发现了剑水蚤、象鼻蚤、 猛水蚤等小型浮游水生物。这不仅违反了生活饮用水卫生标准中对感官性状指标 的规定，使用户对水质的信心下降，更为重要的是已经证明大多数剑水蚤目是诸 如血吸虫，线虫等水中致病生物的中间宿主，从而成为疾病传播的一个重要媒介， 给安全用水带来隐患n 1 。正因为如此，对影响水厂去除水蚤效率的各因素进行研 究，并提出提高水厂对水蚤去除率的方案势在必行。 1 2 水蚤的生物学特征 经过调查，水厂出水中出现的水蚤都可以归结为桡足类甲壳动物或枝角类甲 壳动物。 1 2 1 桡足类甲壳动物的生物学特征 桡足类水生浮游生物的基本生物学特征介绍如下： ( 1 ) 桡足类水生生物隶属于节肢动物门，甲壳纲。体长0 3 0 3 o o m m 之 间： ( 2 ) 身体纵向较长且分节，体节数不超过1 1 节，头部1 节、胸部5 节、腹 部5 节； ( 3 ) 头部有一眼点、两对触角、三对口器； ( 4 ) 胸部具5 对胸足，前四对构造相同，双肢型，第五对常退化，两性有 异； ( 5 ) 腹部无附肢，末端具一对尾叉，其后有数根羽状刚毛。雌性腹部常带 卵囊； ( 6 ) 变态发育，即有无节幼体和桡足幼体。 桡足类浮游生物又可以细分为：剑水蚤、猛水蚤、哲水蚤三类。哲水蚤在水 厂中没有发现，剑水蚤水厂各处理构筑物中均有发现，而猛水蚤则在活性炭滤池 中较多。现分别将剑水蚤和猛水蚤的基本特征介绍如下。 1 2 1 1 剑水蚤的生物学特征 剑水蚤隶属于节肢动物门，甲壳纲，桡足亚纲。体长o 3 0 3 0 0 m m ，一般小 于2 m m 。身体窄长，体节分明，一般有1 6 或1 7 个体节组成，但是由于若干体 供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究 节相互愈合，实际体节数目不超过1 1 个。雌性第一触角多为1 7 节，雄性第一触 角左右均形成执握肢。躯体可分为较宽的头部和较窄的腹部。头部有1 点眼、2 对触角和3 对口器：胸部具有5 对胸足：腹部无附肢。身体末端具有1 对尾叉： 雌性腹部两侧或腹面常带1 个或1 对卵囊。剑水蚤体形如图1 1 所示( a 为雄体， b 为雌体) ： 嗣 l 图1 1 剑水蚤形态图 剑水蚤类浮游动物具有很强的抗氧化性。一方面，甲壳动物的体壁坚硬，这 种硬化的体壁称为甲壳，甲壳动物体表有一层角质膜，是一种外骨骼，一般可以 分为三层：上角膜( 上表皮) ，外角膜( 外表皮) 与内角膜( 内表皮) ，而内角 膜有可分为两层钙化层与非钙化层。正是因为它们具有如此厚而坚硬的外壳，使 他们在抵抗水体中压力的同时对溶解于水体中的氧化剂也有较强的抵抗力。另一 方面，它们在水体中以急剧的跳跃作间断的游动，有时在水草或其他物体上停留 一下，再作急剧的跳动。剑水蚤如在水中停止游动，它的身体就迅速下沉，所以 它没有缓慢的滑行或浮荡。这种现象大大降低了水处理工艺中的沉淀过程对它们 的去除效应。 剑水蚤目包括掠食，刮食和混合型三种取食方式。白色大剑水蚤、棕色大剑 水蚤、草绿刺剑水蚤、矮小刺剑水蚤、广布中剑水蚤为肉食动物，主要掠食摇蚊 幼虫、寡毛类、枝角类以及桡足类。双色小剑水蚤、大尾真剑水蚤等食性是混合 型的，取食藻类、原生动物、轮虫和动物尸体。闻名大剑水蚤取食碎屑和动物尸 体，称之为刮食型心，。 剑水蚤中的许多种类是绦虫、吸虫和线虫的宿主，我国科研工作者发表的第 一篇关于剑水蚤的分类报道，就是1 9 2 9 年李希杰在研究孟氏裂头绦虫的中间宿 主时所报道的北京地区的1 0 种剑水蚤口1 。 1 2 1 2 猛水蚤的生物学特征 猛水蚤体形多样，呈圆筒形、卵圆形或梨形。活动关节位于第六胸节末端， 其他各节间也能自由屈伸活动。大部分生活在海洋，仅一小部分生活于淡水或半 咸水中。猛水蚤类雌性腹部由4 或5 节组成，雄性分5 节，腹部最末1 节称肛节， 2 颂士字位论文 后缘为尾又，尾叉末端具若干刚毛。胸足均同形。大多沿着水域底层爬行，取食 碎屑、动物尸体、原生动物或轮虫n 1 。弯曲爬行，能在水中间断地跳跃。它们常 是大型底栖动物或浮游动物的食物，种类繁多，己发现有2 8 0 0 种，分隶3 0 余科。 猛水蚤如图1 2 所示： 图1 2 猛水蚤形态图 由于剑水蚤和猛水蚤具有很多的相似性，在以后的研究中，便将其放在一起 讨论。 1 2 2 枝角类甲壳动物的生物学特征 枝角类通称水潘，属无脊椎动物，甲壳纲，鳃足亚纲。身体短小( 体长o 2 1 m m ，视具体种类而定) ，长圆形，分为头部和躯部，侧扁，体节不明显。除头 部裸露外，身体其余部分包被于透明的介形壳瓣内。头部有2 对明显的触角，第 1 对触角较小，第2 对特别发达，可分为内枝和外枝，能在水中划动，为运动器 官。胸肢4 6 对，摆动时可产生水流，上有长刚毛，可将食物过滤后送入口中。 雌雄异体，春夏两季连续多次孤雌生殖，产生大量个体。适合枝角类实行无性生 殖的水质条件如下：水温：1 7 3 0 ；p h ：6 5 8 5 ；咸度：淡水种可耐咸度2 3 9 l ，海水种则可耐高咸度；溶解氧：1 5 m l ，溶解氧超过5 m g l 时，繁殖 力会下降。 枝角类的适应性广，繁殖力强，生长迅速。滤食性枝角类从水中滤取细小的食 物，如酵母菌、细菌、单细胞藻类、原生动物以及有机腐屑，其中以细菌与腐屑 最为重要h 1 。 1 3 水厂出水中水蚤增多的原因 1 3 1 水体的富营养化为水蚤的繁殖提供了物质条件 水体的富营养化为水蚤的生长提供了良好的生存环境，据调查表明，在水库、 湖泊、池塘等静水水域，水体的富营养化程度比较高，水蚤逐渐发展成为优势种 3 供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究 群聆1 ，其含量也十分大，一般数量在1 0 1 0 0 个l ，有时甚至高达1 0 0 0 个l 1 。 而在江河等流水水域由于富营养化程度较低，以及水体的更新速度较快，蚤类的 数量很少，还不至于对水处理产生严重的影响。 1 3 2 鱼类的过量捕捉 水蚤是鱼类的天然食料，但是由于人类过量捕捉经济鱼类，打破了原有的生 态平衡，最终导致各类浮游动物过量繁殖。 1 3 3 水蚤具有较强的生命力 水蚤的甲壳具有很强的抗氧化性，可以很好地保护水蚤，致使水蚤难于灭活。 而水蚤活体进入水厂后不仅难以去除，还会在水处理构筑物中孳生，这大大加重 了去除的难度。 1 4 水蚤类浮游生物去除研究现状 有关水蚤类浮游生物在给水厂出水中出现的问题，国内外均有报道并做了一 定的研究。对于问题的解决，主要集中在对水蚤的杀灭，常规工艺的改进，以及 生态控制等方面。 1 4 1 对水蚤的杀灭 水蚤具有游动性，其活体较难在水处理中除去。因此，利用物理的、化学的 方法杀灭水蚤类浮游动物，使其失活，进而对其进行去除，是国内外普遍采取的 除蚤措施。 在尼日利亚西部几内亚蠕虫病发区，人们为控制几内亚蠕虫的中间寄主剑水 蚤，运用了不同的方法组合：使用t e n e p h o s ，一种有机磷化合物来杀死剑水蚤， 并使用织物类过滤器来去除剑水蚤，同时利用对人们进行安全教育来减少水源的 污染口1 。德国的一个水厂还认为超声波技术( 作用时间几分钟) 在杀灭去除蚤类方 面也是可取的阳1 。j o h n c h o f f 与e d w i n e g e l d r e i c h 通过对大肠杆菌和病原体的 灭活试验研究表明，几种水厂常用的氧化剂的氧化能力由高到低依次为：臭氧 二氧化氯 液氯 氯氨阳1 。 在我国，崔福义、林涛等人认为预投二氧化氯可以有效地杀灭剑水蚤，将预 投二氧化氯与混凝、沉淀以及过滤工艺相结合，能保证对剑水蚤地有效去除n 0 1 。 邢宏，金树华等结合石家庄自来水公司的生产实践，提出氯氨作为灭活水蚤类浮 游生物药剂也是可行的n 。 1 4 2 常规工艺的改进 在印度拉贾斯邦农村，人们在认识到剑水蚤是致病寄生虫的寄主后，研究出 4 硕士学位论文 了一种有效的去除井水中剑水蚤的水过滤器，但这只对小水量能起到一定作用n 副。 针对较大型水厂，科研人员认为絮凝和过滤过程对饮用水中不应存在的浮游 动物的去除效果取决于物种的形状、大小及其运动性碡1 。一些国家的科研人员也 提出过去除浮游动物的可能方法，如德国w a h n b a c h t a l s p e r r e n v e f b a n d 净水厂从浮 游动物的生理及其在水中出现特性入手进行调查并得出了结论，认为最适宜的去 除浮游动物的方法是：1 ) 降低滤料的粒径( 、超滤( v f ) 、微滤( m f ) 和纳滤( n f ) 除能去除水中嗅 味、色度、氧化副产物前体及其他有机物和微生物外，应该能有效去除水中蚤类 浮游动物，但在进行膜处理之前必须对原水进行严格的各种预处理和常规处理， 其投资和运行费用很高。 1 4 3 生态控制 长期以来人类在肆意对自然资源开采利用时，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，因人为捕 渔的影响使得许多水体中出现了贫鱼、无鱼的情况n 们。当上级营养者遭到破坏 时，由于捕食关系的影响，水蚤类浮游生物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( 由于水体富营养化的影响藻 类大量繁殖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。早在6 0 年代初期，h r b a c e k 等首先证实了鱼类在调节浮游生物的 种类组成和大小方面具有重要作用。a f c i f a 等人的围圈实验表明，在无鱼的围圈 中，有个体较大的枝角类存在h 钉。d r e m e r m c 等研究罗非鱼在k i n n e r e t 湖中对 浮游生物的摄食选择性后指出，罗非鱼对浮游动物和大型的浮游植物具有明显的 抑制作用。b r o o k sj l 在研究美国c r y s t a l 湖滤食性鱼类时指出，在鱼种群密度较 小的1 聋、2 带观察站中的桡足类、枝角类浮游动物的数量明显高于种群密度较高 的3 撑观察站。杨宇峰、黄祥飞在研究武汉东湖鲢、鳙对浮游动物群落结构的影响 后指出，在鲢、鳙混养的围圈中桡足类和枝角类的数量与生物量明显低于无鱼的 围圈n 们。由此，崔福义等认为鱼类的减少乃至灭绝成为水蚤类浮游动物迅猛增 长的动力。利用改变鱼类的组成和密度为内容的“生物操纵 技术可以达到以恢 复食物链和生态平衡为最终控制目的的生态治理。在水蚤类浮游动物的生态治理 中，只要合理的运用“生物操纵 技术，通过在水体中投放一定数量的鱼类，尤 其是以鲢、鳙为代表的以水体中浮游生物为食的鱼种并配合以其他植食性的鱼类 5 供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究 如草鱼、杂食性的鱼类如鲫鱼、鲤鱼等来实现从捕食压力、生存空间、营养物质 等多方面因素的综合治理，可以取得理想的治理效果依靠生态技术对水处理中 出现的因水源恶化而引起的新问题进行治理，是一条符合可持续发展的新途径， 从长远来看它也是一条解决此类问题的根本途径，不仅能解决饮用水安全问题， 还具有生态、环境等多方面的效益“ 。 1 5 课题目标 1 调查研究水蚤密度在水处理过程中沿程的变化情况，分析出厂水中出现 水蚤类浮游生物的原因，并找到相应的对策； 2 通过化学试验，结合南方水源情况，找到合适的杀灭水蚤类浮游生物药 剂； 3 针对水厂现状，提出提高水厂对水蚤类浮游生物去除效率的方案。 1 6 研究的技术路线 次氯 二 氯氧 酸化 钠氨氯 ii r 、 通过小试确 定所采用的 化学药剂 lf 食氨臭 盐水氧 图1 3 研究技术路线 6 ，、 控 灭活药 制 剂的选 目 择及投 标 加 i 厂、 水蚤的综合 控制措施 l 硕七学位论文 第2 章水蚤在水厂中的迁移规律 2 1 南方某水厂工艺简介 南方某水厂距离其水源水库1 4 8 k m ，原水在泵站加氯o 4 m g l 后约经3 6 小时进入水厂。图2 1 是其处理过程的简图。 预臭氧 图2 1 南方某水厂工艺简图 如图所示，原水进入厂区后，经配水井直接进入格栅井除渣，然后流入预臭 氧接触池。预臭氧的投加采用文丘里管射流曝气，臭氧的投加率为0 5 1 5 m l 。 预臭氧接触池出水进入混合池，在池内投加混凝剂碱式聚合铝；絮凝区采用折板 反应池，停留时间为1 5 分钟；平流沉淀池的沉淀区长8 0 m ，水平流速1 6 m m s ， 停留时间1 4 6 h ，采用虹吸式吸泥车排泥。 沉淀池出水进入v 型滤池，滤池采用单层均质石英砂滤料，粒径0 8 1 2 m m ，厚1 5 m ，滤速8 3 7 m h 。反冲洗方式为三段式气水联合反冲洗，反冲洗 过程中伴随有表面冲洗。 砂滤池出水进入主臭氧接触池进行处理。臭氧的投加率为1 0 2 5 m l ，接 触时间1 0 6 分钟，水中剩余臭氧浓度控制在o 2 m g l 左右。主臭氧接触池出水 进入活性炭滤池，活性炭滤池采用v 型滤池，炭层厚度1 8 5 m ，滤速1 0 9 m h ， 反冲采用先气冲，再气一水联合反冲，最后水冲的三段的方式。截至调查时南方 某水厂活性炭滤池运行1 5 年。出水加氯1 i l l g l ，进入清水池。 生产废水全部回收处理。共设有四座回收水沉淀池，沉淀区长度4 0 米，水 平流速约1 1 m m s 。上清液回流至配水井再次进入水处理系统。 7 供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究 2 2 水厂各水处理构筑物对水蚤的去除情况调查 2 2 1 絮凝池出水中水蚤情况调查 混凝工艺包括投药、混合、反应等环节n 引。水厂进水中投加混凝剂和其他 药剂后，经过几秒钟的强烈混合，药剂迅速而均匀地分布于水中，使水中的污染 物胶体颗粒失去稳定性，从相互排斥转变为相互吸引，然后脱稳的胶体颗粒在絮 凝池中因相互碰撞而结合，最后生成有一定大小、密度和强度的絮凝体。 沉淀池起端采样发现，混凝剂也可以附着在水蚤体表，如图2 2 至2 5 所示。 图2 2 表现的是一只没有被混凝剂附着的剑水蚤活体，其通体几近透明；图2 3 同样是剑水蚤活体，其头部出现褐色斑点是在水中的泥土以及混凝剂共同作用下 产生的结果；图2 4 则是象鼻蚤活体，体表出现大面积的杂物，其“象鼻 上的 矾花尤为明显；图2 5 是一只剑水蚤死体和一只象鼻蚤死体由于尾部被矾花覆盖 而和矾花结合成一体。 图2 2 无附着的桡足类图2 3 桡足类活体体表的絮体 图2 4 枝角类活体体表的絮体图2 5 水蚤死体成为矾花的一部分 国 硕士学位论文 2 2 2 沉淀工艺去除水蚤情况调查 沉淀池作为水厂重要的处理构筑物，其作用是将水中的大颗粒物质沉淀以去 除。为研究沉淀池对水蚤的去除情况，2 0 0 6 年6 月对南方某水厂平流沉淀池进 行了为期两周的采样。采样结果如图2 6 所示。 24681 01 31 5仃1 9 日期 1 0 0 0 0 + 原木 + 沉淀 水 十沉淀 池去 除效 率 图2 6 南方某水厂沉淀池对水蚤的去除情况 由图2 6 可知，去除效率最低点是6 月2 日的9 0 7 3 ，最高点是6 月1 9 日， 达到9 8 7 4 ，这说明沉淀池可以去除大部分水蚤。在水蚤爆发期，尽管去除效 率高于9 0 ，由于水中水蚤基数大，沉淀池出水之中其密度仍然会维持在较高 水平。同时图2 6 表明，去除效率的最低点和最高点并不与原水水蚤密度变化相 对应，所以原水中水蚤总密度并非影响沉淀池去除效率的主要因素。 2 2 3 砂滤工艺去除水蚤情况调查 过滤工艺在水处理过程中占有非常重要的地位，它直接影响到出水水质的高 低n 们。过滤的作用不仅在于可以进一步降低水的浊度，还可以去除有机物、细 菌乃至病毒乜引。由于水蚤的个体特别是成体体积等于甚至大于滤料，理论上可 以被砂层所拦截，然而l u p i 等人研究指出，混凝和过滤工艺无法有效地去除地 表原水中存在的浮游生物堙。故对砂滤池去除水蚤效果进行研究尤为必要。图 2 7 所示为2 0 0 6 年6 月初的采样结果。 采样结果表明砂滤不能完全拦截水蚤，砂滤池出水中所采水蚤不仅有幼体， 也有本身体积大于粒径的成体。去除效率时有起伏，最低时只有6 7 8 6 ，最高 亦可达9 7 8 4 。显然在提高砂滤池对水蚤的去除效率上有很大的空间，找到滤 池去除水蚤的影响因素，对控制出厂水中的水蚤密度具有重要的意义。 9 苴叠繇幂穗艇膳 0 嘣 咣 嘣 咣 慨 扣 毗 彻 蜘 咖 锄 o z 1 1 -i昌i，v藏晰* 供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究 2 46b1 0 1 3 1 5171 9 日期 1 叩叩 - l i _ 沉淤龟 8 0 0 0 出水 瓣 眦垂+ 譬磬 啪 o ” 加0 0 霎 + 砂滤池 去除效 2 0 0 0 车 0 0 0 图2 7 南方某水厂砂滤池对水蚤的去除情况 2 2 4 深度处理工艺去除水蚤情况调查 生物活性炭工艺是一种有效的给水深度处理方法。它是由臭氧和活性炭吸附 相结合的水处理方法。特点是：完成生物硝化作用，将n h + 4 一n 转化为n o 3 ； 将有机物氧化：增加水中的溶解氧，有利于好氧微生物活动，使活性炭部分再生， 从而延长了再生周期。若将臭氧投加在滤池前还可防止藻类和浮游植物在滤池中 孳生。南方某水厂的活性炭池自2 0 0 5 年初开始使用。2 0 0 6 年6 月对其进出水中 的水蚤密度进行监测，结果如图2 8 所示： 4 0 3 0 倒基 萋兰2 。 o1 0 0 l23 45 67891 0 日期 图2 8 南方某水厂砂滤池对水蚤的去除情况 调查数据表明经过炭滤池处理后，水蚤密度不降反升，部分时间炭池出水中 水蚤密度是砂滤池出水的7 倍。活性炭池出水总管中水蚤密度最高点达到了3 4 个1 0 0 l ，且以活体居多，显然炭滤池中孳生了水蚤。炭滤池是水厂处理的最后 环节，水蚤在此孳生必然导致出厂水中水蚤密度难以控制。 l o 柏扣船扣o 昌oiv藏争嘲* 硕士学位论文 2 2 5 回收水池水蚤密度调查 回收水池的作用是收集絮凝池、沉淀池排泥水和滤池反冲洗水等自用水。排 泥水和反冲洗废水进入回收水泵井截留调节，然后用泵提升送入回收水沉淀池沉 淀，其上清液进入回收出水泵井，经潜水泵送回水厂的配水井回用。由于反冲洗 水以及排泥水中均含有一定密度的水蚤，回收水池中水蚤密度较高，2 0 0 6 年5 月对其中的水蚤经行了监测，结果如图2 9 所示： 3 0 0 0 2 5 0 0 一 昌2 0 叩 、 e1 5 0 0 鹤 伸1 0 0 0 塑 k 5 0 0 0 01234567891 0 日期 + 目懒 水蚤密度 t 目收水池 活体密受 卜臣椭 米蚤密度 年原椭 活体密度 图2 9 南方某水厂回收水池中水蚤密度调查 调查结果显示，回收水池中水蚤的密度较大，保持在1 4 0 2 8 0 个1 0 0 l 之间， 活体密度较低，一般保持在1 0 个1 0 0 l 以下，而同期原水中水蚤的密度大多在 1 0 0 0 个1 0 0 l 以上，而活体密度则是回收水池中的1 0 倍左右。无论回收水池中 的活体密度还是水蚤总数均远低于原水。 2 3 本章小结 本章主要对南方某水厂的生产工艺进行了调查，并对水处理沿程的水蚤密度 经行了监测。监测结果表明：沉淀池可以稳定的去除大量的水蚤；尽管砂滤池滤 料的粒径只有0 8 m m 1 2 m m ，还是不能完全拦截水蚤成体；而炭滤池出水中的 水蚤密度高于砂滤池出水，初步判断是活性炭池孳生了水蚤；回收水池中含有一 定密度的水蚤活体，在其密度较大时，将回收水池上清液直接回流可能会对生产 带来负面效果。 1 1 供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究 第3 章水处理工艺对去除水蚤的影响 3 1 混凝沉淀工艺对去除水蚤的影响 为研究水蚤在沉淀池中的沉降情况及其影响因素，分别对水蚤的自由沉降情 况以及经过混凝后的沉淀情况进行考察。 3 1 1 水蚤在静水中的沉降情况 活的水蚤个体可以在水中自由活动，没有沉降的概念。 为研究水蚤死体的沉降状态，在原水中取未被水中悬浮物附着的水蚤死体做 沉降试验。试验中将水蚤死体分成两组，分别放入经煮沸后放置一天的水中以及 新取的自来水中。观察发现，水蚤在煮沸后的水中直接沉降至容器底部。而在新 鲜水中，水蚤的沉降过程分为三个阶段：第一阶段水蚤直接下沉；第二阶段水蚤 下沉速度减慢并到达一定高度后逐渐上浮直至水面；第三阶段时在水面停留一段 时间后水蚤重新下降直至容器底，个别水蚤仍然浮在水面。这主要是由于水蚤密 度较小，仅略大于水，新取的自来水中含有气泡，一旦气泡附着在下沉的水蚤上 形成水蚤和气泡的结合体，其密度将小于水，这样在浮力的作用下水蚤反而上浮。 当其浮到水面上时大部分水蚤在和气泡分离后沉淀至水底，而部分未和气泡分离 的水蚤则继续漂浮于水面。经过煮沸而又放置一天的水中溶解的气体很少，没有 气泡逸出，仅有重力作用于水蚤从而水蚤下沉直至容器底部。 试验表明，失去活性的水蚤可以自然沉淀。但是由于水蚤密度和水接近，其 沉降过程易受水中气泡、水力扰动等因素的影响，改善水蚤的沉降条件将有助于 水蚤在沉淀池中的去除效率。 3 1 2 混凝过程中矾花在水蚤体表的附着 本试验旨在考察在混凝过程中矾花对水蚤的附着情况，桡足类和枝角类分别 进行。 试验中水质条件如下：水温1 8 ，p h 值6 8 7 1 ，浊度1 0 1 5 n t u ，平均 浮游藻类生物总量4 1 1 0 3 个l ，c o d m n = 1 8 6 m g l ，混凝剂采用聚合氯化铝， 快搅1 m i n ，转速2 5 0 r m i n ，慢搅1 5 m i n ，转速5 0 r m i n ，静止沉淀1 5 m i n ，最后 取出水蚤并置于显微镜下观察，试验结果如下表： 硕士学位论文 由上表可以看到，试验条件下该原水采用p a c 作为混凝剂时，最佳投加量 为2 m g l ，但是混凝剂投加量在一定的范围内，水中的矾花均可以和水蚤附着， 其附着情况和混凝剂的投加量没有关系。水蚤与矾花的作用情况见下图所示。 譬 蚤6 0 - 嘣 彘 器4 0 o 嘎 翟 2 0 0 嘣 o 0 0 瑚c 的授艟【- 2 l ) 56 图3 1 水蚤和矾花的相互作用 十橇足类死体 附着百分率 - - 卜枝角类死体 附着百分率 + 桡足类活体 附着百分率 卜枝角类活体 附看百分率 如图相对于桡足类，矾花更加容易和枝角类接触并附着在其体表，活体尤为 明显。桡足类活体体表出现矾花的最高比例是5 0 0 ，而同样条件下，附着于枝 角类上的比例最低为3 0 。这主要是由于枝角类游动速度慢，身体扁圆，容易 被附着，身体上可见大的絮凝物。同时对比发现，在絮体附着较多的时候枝角类 的行动会受到一定程度的影响，而桡足类游动快，身体细长，故絮体难于附着在 水蚤体表，部分颗粒甚至附着在桡足类活体后，经过一段时间脱落下来。同时絮 体附着在活体体表的比例大大小于死体，死体和矾花相互作用的比例最低亦达 供水生产中水蚤类浮游生物控制技术研究 8 7 5 0 ，而矾花附着在枝角类活体表面的比例在4 0 左右浮动，而桡足类活体 则最高仅5 0 0 ，且部分死体表面出现大范围的杂物，甚至死体本身成为絮体的 一部分，而这些情况在水蚤活体身上均不曾出现。 3 1 3 影响混凝沉淀工艺去除水蚤效率的因素分析 以上试验表明，影响混凝沉淀工艺去处效率的因素主要是水蚤的活性。失去 活性的水蚤不仅可以在重力的作用下沉降下去，而且更容易和矾花结合从而改善 水蚤的沉降条件。值得注意的是生产采样表明，即使失去活性的水蚤，也并不能 通过沉淀池予以全部去除。该情况的出现应该是和平流沉淀池的水力条件有关 系。首先，平流沉淀池的尾端，在出水堰附近形成上升流，部分本已下沉的水蚤 会随着水流流出。其次，平流沉淀池中水流的雷诺数一般为4 0 0 0 1 5 0 0 0 ，属于 紊流状