二氧化氯對再生水中搖蚊幼蟲的滅活效果研究

李小軍，李 進，王旭東，楊應(yīng)明

（1.西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032；2.西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，陜西省膜分離重點實驗室，陜西省環(huán)境工程重點實驗室，陜西西安710055）

搖蚊幼蟲是水體中分布范圍很廣的一類水生昆蟲。 2000 年左右國內(nèi)多地由于水源水惡化、水體富營養(yǎng)化、 水處理工藝管理落后等原因出現(xiàn)搖蚊幼蟲污染，成為當(dāng)時的熱點難題〔1〕。 通過不斷的研究試驗，搖蚊幼蟲污染問題得到很好地解決。

控制搖蚊幼蟲污染的措施主要有物理法、 化學(xué)氧化法、生物法〔2〕。 其中最有效的方法是用化學(xué)氧化劑進行氧化消毒， 效果最好且對外界環(huán)境適應(yīng)最好的是二氧化氯〔3〕。 早期研究結(jié)果表明，在蒸餾水中投加2～10 mg/L 二氧化氯對搖蚊幼蟲有明顯的殺滅效果〔4-5〕。 青海某熱電廠以城市污水廠二級出水為再生水源，2017 年其進水中出現(xiàn)大量搖蚊幼蟲， 初步試驗發(fā)現(xiàn)投加10 mg/L 二氧化氯對搖蚊幼蟲的殺滅效果甚微。 筆者就二氧化氯對原水中存在的4 齡搖蚊幼蟲的滅活效果及影響因素進行了研究， 為水中搖蚊幼蟲的滅活及工程應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

試驗所用搖蚊幼蟲購自某魚蟲市場， 取體色正常、反應(yīng)敏捷的4 齡幼蟲進行試驗。

每個二氧化氯濃度設(shè)2 個重復(fù)， 同時進行空白實驗對照。在不同時段觀察幼蟲的反應(yīng)和狀態(tài)，記錄死亡數(shù)。 試驗均在500 mL 燒杯中進行，搖蚊幼蟲初始蟲密度為30 L-1。 搖蚊幼蟲的死亡標(biāo)準(zhǔn)以玻璃棒輕壓尾部3 次后不做“8”字運動為準(zhǔn)〔6〕。 二氧化氯濃度測定采用連續(xù)碘量法。

2 結(jié)果與討論

2.1 接觸時間對滅活效果的影響

以蒸餾水為底質(zhì)， 水溫20 ℃，pH 調(diào)節(jié)至7 左右，二氧化氯投加量為48～54 mg/L，實驗首先考察了不同接觸時間下， 不同質(zhì)量濃度二氧化氯對水中搖蚊幼蟲的滅活效果，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 接觸時間對二氧化氯滅活搖蚊幼蟲的影響

由圖1 可以看出，前20 min 各質(zhì)量濃度下均無幼蟲死亡，說明二氧化氯接觸微生物時，首先要對細胞壁進行穿透，先破壞細胞膜的蛋白質(zhì)和油脂；20~60 min 滅活速率明顯提高， 說明此時在二氧化氯作用下增大了細胞膜的滲透性， 從而使蛋白質(zhì)合成受到抑制〔7-8〕；60 min 后滅活速率明顯降低。 二氧化氯投加量在52 mg/L 以上時接觸60 min 即可達到100%滅活率，投加量為48 mg/L 時達到100%滅活率則需要110 min，綜合考慮處理效率，將后續(xù)試驗接觸時間定為60 min。

2.2 二氧化氯質(zhì)量濃度對滅活效果的影響

在二氧化氯投加量為44~52 mg/L，pH 調(diào)至7 左右，接觸時間為60 min 的條件下，考察二氧化氯質(zhì)量濃度對滅活效果的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2 可見， 搖蚊幼蟲的滅活率隨著二氧化氯的增加而提高，二氧化氯為52 mg/L 時，接觸60 min可以達到100%的滅活率。

2.3 pH 對滅活效果的影響

在二氧化氯投加量為50 mg/L 下， 用氫氧化鈉或鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH，考察二氧化氯在不同pH 下對搖蚊幼蟲的滅活效果，結(jié)果見圖3。

由圖3 可以看出，pH 對二氧化氯滅活搖蚊幼蟲的效果有一定影響，pH 越低，殺滅效果越好。pH 為5，二氧化氯投加量為50 mg/L， 接觸60 min 可實現(xiàn)100%的滅活率。 一般認(rèn)為二氧化氯對生命物質(zhì)的氧化能力受pH 影響較小〔9〕，出現(xiàn)這種情況可能是ClO2的氧化還原電位發(fā)生變化所致〔10〕。

圖2 二氧化氯質(zhì)量濃度對搖蚊幼蟲滅活率的影響

圖3 不同pH 下二氧化氯的滅活效果

2.4 幼蟲密度對滅活效果的影響

考察了不同幼蟲密度下， 二氧化氯對搖蚊幼蟲的滅活效果，如圖4 所示。

由圖4 可以看出， 二氧化氯對搖蚊幼蟲的滅活效果未隨幼蟲密度的增加而明顯下降， 幼蟲的死亡仍集中在接觸30 min 左右。 由此得出接觸時間是二氧化氯殺滅搖蚊幼蟲的關(guān)鍵因素， 也驗證了二氧化氯對生命物質(zhì)的滅活機理。

實驗中不斷增大幼蟲密度至100、130、160 L-1，在pH=7 左右、 投加量52 mg/L 條件下接觸60 min，發(fā)現(xiàn)二氧化氯對搖蚊幼蟲的滅活率分別為83%、81%、84%。 由此看出，在一定范圍的高幼蟲密度條件下，幼蟲密度對二氧化氯的殺滅效果影響較小，二氧化氯仍保持較高的殺滅效果。

2.5 原水中搖蚊幼蟲的滅活效果

取城市污水廠二級出水進行搖蚊幼蟲滅活試驗。其中，原水pH 為7.53、COD 為30.43 mg/L、濁度為2.23 NTU、水溫25 ℃左右。 與蒸餾水配制的原水相比，在二氧化氯44～52 mg/L 濃度梯度下，二級出水中的搖蚊幼蟲在接觸二氧化氯60 min 內(nèi)均無死亡。逐漸增大二氧化氯投加量，其質(zhì)量濃度為66~74 mg/L 時的滅活試驗結(jié)果如圖5 所示。

圖4 不同幼蟲密度下44 、52 mg/L 二氧化氯的滅活效果

圖5 二氧化氯對二級出水中搖蚊幼蟲的滅活效果

由圖5 可見， 幼蟲開始死亡的時間仍集中在接觸30 min 左右；搖蚊幼蟲死亡率因有機物的存在而降低。對于二級出水中的搖蚊幼蟲，當(dāng)二氧化氯投加量達到68 mg/L，才能實現(xiàn)60 min 內(nèi)100%的滅活率。

2.6 水中搖蚊幼蟲的截留效果

分別采用10、12、14、16、18、20 目的篩網(wǎng)， 考察不同孔徑篩網(wǎng)對搖蚊幼蟲的截留效果， 通過觀察發(fā)現(xiàn)18 目的篩網(wǎng)（篩徑為0.88 mm）可有效截留4 齡期的搖蚊幼蟲。

3 結(jié)論與建議

（1）投加52 mg/L 二氧化氯、接觸60 min，可實現(xiàn)對4 齡搖蚊幼蟲100%滅殺； 二氧化氯對4 齡幼蟲的滅活率隨著水中有機物含量的增加而降低。

（2）二氧化氯對4 齡搖蚊幼蟲的殺滅效果受pH影響較小，酸性條件下滅活效果更好；受接觸時間影響較大，幼蟲主要在接觸30 min 左右死亡。

（3）提高幼蟲密度對二氧化氯的殺滅效果影響較小，在pH 為7 左右、接觸時間60 min 條件下，提高幼蟲密度至160 L-1，滅活率仍可達到80%以上。

（4）孔徑為0.88 mm 的篩網(wǎng)可以有效攔截4 齡幼蟲，在實際應(yīng)用中可采取先富集再滅活的方法，為解決污水再生過程水中搖蚊幼蟲的爆發(fā)和污染提供參考。