水處理工藝中搖蚊幼蟲污染防治技術的研究
搖蚊幼蟲（紅蟲）大量孳生是由于水體污染導致的富營養化而變得日益突出的困擾供水界的新問題。搖蚊幼蟲的抗氧化性較強，常規水處理的消毒工藝難以將其有效地殺滅，使得在我國一些大中城市的水廠清水池乃至管網水中都曾發現過搖蚊幼蟲。在我國南方一些城市，由于氣候具有常年溫暖潮濕的特征，適于昆蟲繁殖，問題更加突出。搖蚊幼蟲不僅給用戶帶來了不良的感官影響，引起用戶對水質信心的下降與恐慌，更為重要的是搖蚊幼蟲還是人類多種傳染疾病的傳播媒介，對居民的飲用水安全帶來極大的威脅。
1.搖蚊幼蟲的生活習性及分布
搖蚊分屬昆蟲雙翅目搖蚊科[1]，由于身體內含有血紅蛋白而成紅色。搖蚊的生活史經過卵—幼蟲—蛹—成蟲四個階段。有的兩年只有一個世代，有的一年卻有七個世代，但大多數每年有兩個世代，第一個在春季（5~6月），第二個在夏季（8~9月）。
搖蚊的卵產于水面，卵塊內有300~700個卵。初孵的搖蚊幼蟲具趨光性，經過3~6天浮游生活后，轉入底棲生活，利用藻類、腐屑、細沙、淤泥、唾液腺所分泌絲狀物筑巢，多數種類筑成兩頭開口的管型巢。隨著幼蟲轉入底棲，幼蟲由趨光性改為背光性。幼蟲經四次蛻皮后進入蛹階段，每蛻皮1次，體色加深，從淡紅色、鮮紅色、深紅色至變成黑褐色的蛹。幼蟲的食性，除了環足搖蚊屬Cricotopus中某些專吃植物的種類外，其余種類可分肉食性與雜食性兩大類。肉食性種類以甲殼類、寡毛類和其他搖蚊幼蟲為食。而雜食性則以細菌、藻類、水生植物和小動物為食。幼蟲的攝食方式有：粘食、濾食、沉食、采食和捕食幾種[2]。
搖蚊分布很廣，其幼蟲幾乎在任何水域中均可見到，它們適應性亦強，如在海拔3200余米的青海湖、海拔4000多米的西藏阿里班公湖附近均有分布。在阿塞拜疆，一年積雪達8個月之久的哈里湖，也有羽搖蚊的棲息。大多數種類幼蟲生活在淡水中，但也有在鹽份很高的水體中生活的，如鹽生搖蚊T.gr.salinarius，它不但在氯離子濃度較高的青海湖中生存，也能在堿性蘇打型的水體中生存[2]。
2 影響搖蚊生長繁殖的主要環境因素
環境因子對搖蚊生長繁殖的影響作用是一個十分復雜的論題，表現為不僅因子眾多，加之在不同的底棲環境中因子有不同的影響作用，因此至今尚未有一個較全面的理解,一般文獻中探討的內容主要從以下幾個方面來進行闡述。
2.1溫度
在食物和其他環境條件適宜的條件下,升高溫度可加快搖蚊的生長發育速度,縮短周轉率[3]。溫度與世代時間呈負相關性，搖蚊完成一個世代的時間隨溫度的變化情況如圖1[4]。
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2.2 溶氧
許多深水湖泊或其他遭受有機污染的水體中底質環境的溶氧常處于相對較低水平，這對于生活在這種環境中的底棲動物來說，溶氧明顯地成為它們的限制因子。Kitagawa認為，決定搖蚊幼蟲分布的主要因素是湖體底部的溶解氧含量[5]。也有研究發現，含氧量與搖蚊羽化成蟲數量呈負相關，即含氧量增高時羽化成蟲數量卻減少 [6]。有研究認為，搖蚊幼蟲的呼吸是通過體壁從水中交換氣體的。體色血紅色的幼蟲體內含有血紅蛋白，它比非紅色幼蟲耐缺氧，甚至在無氧條件下也能生存30~120天。這是體內營養物質不經氧化分解成乳酸或脂肪酸，以釋放能量維持生命[2]。
2.3 pH值
pH值也是影響搖蚊幼蟲生長的環境因素之一。搖蚊的多數種類能生存于pH為6～8的水域，個別種類如Cacerbiphilus能生活在pH為1.4的極酸性水域中[2]。在實際的水廠生產中，水的pH值一般都控制在7.0~8.0，是搖蚊幼蟲生長的最佳pH值范圍，為搖蚊幼蟲的孳生提供了良好的水質環境。
2.4底質
無論在湖泊還是河流,底質的特性與組成都是一個影響搖蚊幼蟲的重要環境因子。搖蚊幼蟲能夠直接利用有機物，可以認為，水體中搖蚊幼蟲的分布在很大程度上由底質中的有機物含量所決定，而有機物的含量在一定程度上反映了水體的富營養化狀態和污染水平。Lundbeak的研究成果認為:湖泊與水庫水體中底質中的有機質含量決定了搖蚊幼蟲的種類組成和數量[7]。據劉建康等的資料，武漢東湖腐泥底質中搖蚊幼蟲密度和生物量大于沙泥等其他底質[8]。所以有機物耗氧量的年平均值與底棲動物生物量之間存在非常顯著的正相關。
3搖蚊幼蟲在水處理流程中的發生與分布規律
天然水體污染程度的加重，直接導致底棲動物多樣性明顯降低，而適應富營養水體的搖蚊類水生昆蟲在水體中卻占優勢地位，在水體富營養嚴重時常可發現大量的搖蚊科幼蟲。搖蚊幼蟲在水廠中的產生經由兩個方面，一方面搖蚊在水源的地表水體水面產卵并在水中繁殖，大量的搖蚊幼蟲及蟲卵個體隨著水流進入水處理系統，通過掛網實驗發現進入水廠的原水中含有大量的搖蚊蟲卵及低齡的幼蟲；另一方面，搖蚊成蟲在水處理流程中的沉淀池等敞開水面產卵并在水中繁殖。這兩個形成因素協同作用，使得搖蚊幼蟲污染問題很難通過單一的辦法來解決。
搖蚊幼蟲孳生要有理想的筑巢場所，觀察發現在水處理工藝中平流沉淀池由于只有四壁可以適合幼蟲的筑巢，所以搖蚊幼蟲污染現象比較輕微；而對于斜板（斜管）沉淀池，由于斜板（斜管）表面粗糙，易于沉積礬花淤泥，因而搖蚊幼蟲可以在斜板（斜管）上及沉淀池的池底利用絮凝體、泥土等筑巢，以水中的藻類、有機物為食，并羽化為搖蚊成蟲；搖蚊成蟲在沉淀池池壁上產卵，卵孵化成幼蟲后，一些幼蟲沉入池底生長，一些就隨水流進入濾池。由于剛孵化的幼蟲直徑僅80μm，對常規的濾池有可能穿透并進入清水池，就可能在清水池內進行二次繁殖或直接進入管網(如圖2所示)[9]。
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4 搖蚊幼蟲污染防治技術
國內自1996年起至今，在上海、廣州、北京和寧波等地城市供水系統發生了搖蚊幼蟲污染事件[10]，引起了水處理工作者的關注，一些研究者對搖蚊幼蟲污染防治技術進行了研究，主要包括如下幾個方面。
4.1物理防治
物理防治是利用機械方法，以及聲、光、電、溫度等條件，捕殺、誘殺或驅除害蟲。近年來，在這方面研究得較多的是光電誘殺，利用蚊蟲的趨光性，用一定波長的燈光，將害蟲誘來，再用燈外的高壓電去殺，或用機電動力將蚊蟲吸入網內。
抑制搖蚊成蟲產卵，從而可以達到控制搖蚊幼蟲數量的目的。由于水池池壁是搖蚊棲息、產卵的主要場所。在沉淀池面上架裝噴霧裝置來隔斷搖蚊成蟲交配后到水面上產卵的途徑，同時迫使羽化不久的成蟲翅被打濕而不能飛起、交配，基本上能達到杜絕搖蚊在水池池壁上產卵的目的[11]。
代田昭彥指出[12]，搖蚊產卵大體與成蟲形成蚊柱的時間一致，光強在300lx以上搖蚊就不再產卵。400W橘黃色探照燈較為合適，該光源光束集中，穿透力強，當光強超過300lx時，光照能從很大程度上抑制搖蚊產卵，但還不能徹底根除[11]。
超聲波對大齡搖蚊幼蟲殺滅率隨著溶解氧濃度的提高和超聲波幅射時間的延長而上升；而且超聲波與二氧化氯、液氯之間存在著明顯的協同增效效應，且余氯的效果要優于二氧化氯，這可能與大齡搖蚊幼蟲身體構造有關[13]。
由于水廠的原水中含有大量的搖蚊蟲卵及低齡的幼蟲，造成了搖蚊幼蟲在水處理工藝中富集，使物理方法不能從根本上抑制搖蚊幼蟲在水廠中的孳生，所以物理方法只能作為一種輔助手段來使用。
4.2化學防治
化學藥劑對生物的滅活作用主要是由于生物接觸藥劑后其體內的蛋白酶遭到破壞，不能參與氧化還原系統的活動，代謝機能發生障礙而引起的[14]。化學藥劑可通過吸附、滲透作用或直接破壞生物體壁的結構而進入到生物體中。藥劑氧化性能的高低導致其在搖蚊幼蟲滅活率方面的差異，需要有強氧化能力的化學藥劑、并且有足夠的作用時間，才能對其進行有效滅活。John.C.Hoff與Edwin E.Geldreich對大腸桿菌和病原體的滅活試驗研究表明，幾種氧化劑的氧化能力由高到低依次為：O3>ClO2>Cl2>NH2Cl，可見二氧化氯和臭氧的氧化能力高于氯氣。但是由于臭氧在水體中的分解速度較快很難保證較長時間的持續滅活能力[15]，所以盡管它的氧化能力比二氧化氯強，但由于有效滅活作用的接觸時間短使得它達到100％滅活率時的投藥量高于二氧化氯。
無論是二氧化氯、液氯還是過氧化氫、臭氧，只要保證在一定的投加量（表1）以上，都能在較短時間內將搖蚊幼蟲殺滅。在幾種藥劑的對比中，現場發生二氧化氯的殺蟲能力最強，適宜的投加量很低[11]。
表1 各種氧化劑對搖蚊幼蟲的殺滅能力
氧化劑名稱 穩定性液態二氧化氯 現場發生二氧化氯 液氯 過氧化氫 臭氧
致死量（mg/L） 10 5 50 300 10
Michael K.Alexander曾采用美國卡爾崗公司生產的絮凝劑和濃度為35％的過氧化氫溶液進行針對搖蚊幼蟲的短期和長期殺滅實驗，得出了短期半致死濃度均為112 mg/L，長期半致死濃度分別為13 mg/L和51mg/L [16]。
葉勁[10]進行了過氧化氫、次氯酸鈉、高錳酸鉀、石灰水等化學藥劑噴灑和浸泡殺滅實驗。結果表明：噴灑5%濃度的過氧化氫效果最佳，能在短時間內殺死搖蚊幼蟲，而過氧化氫、次氯酸鈉的浸泡殺滅效果較佳。在成都市某水廠快濾池的生產實驗表明，過氧化氫實際濃度為0.23％（有效濃度），浸泡時間2h，殺滅搖蚊幼蟲效果顯著。
液氯是水處理工藝中最常用的化學氧化劑，但是搖蚊幼蟲的生物體對不良環境會產生一定的抗性，若連續提高投氯量會使搖蚊幼蟲對氯產生較強的抗性，所以可以采用間歇提高前加氯量的方法，使搖蚊幼蟲未來得及產生抗性前毒殺它們，這樣效果較顯著，且節約了氯耗。但搖蚊的蟲卵對水中余氯有較強的抵抗力，2mg/L的余氯量對之并無影響，在自來水中蟲卵孵化率可達95%以上[17]。
深圳水司的實踐表明，采用一定濃度的液氯浸泡沉淀池，可以長時間抑制搖蚊幼蟲的發生與孳生。但是由于液氯浸池的時間長達24h，影響了水廠的正常供水，所以這種方法可以在搖蚊幼蟲大規模爆發時采用。在不影響水廠正常生產的情況下，在沉淀池中投加化學氧化劑，可以利用搖蚊幼蟲在凝絮體中筑巢的生理特點，往往使滅活率較高。但是該方法既增加了生產成本，又由于加大氧化劑的投量而加劇了副產物的生成，給出廠水的水質安全造成新的問題。
4.3 微生物防治
微生物防治害蟲是生物防治的一個重要組成部分。特定微生物能直接殺死害蟲，不污染環境。目前國內外尚無微生物殺蟲劑用于飲用水的報道。1987年后期美國印第安那州的洛厄爾城發生了城市供水系統搖蚊幼蟲污染。洛厄爾城實施了清洗消毒等處理措施，但是沒有取得明顯的效果。他們曾嘗試利用蘇云金桿菌以色列變種(以下簡稱Bti)來治理，但提案被印第安那州政府否決，首先是因為Bti尚未被批準應用在飲用水中，其次是因為在相關法規上，不允許在飲用水中投加殺蟲劑。最后他們采用Cat-floc Ls食品級聚合物來治理，其作用是作為水絮凝劑去除搖蚊幼蟲所需的食物—硫化細菌和鐵細菌[16]。
4.4 環境防治
環境防治是通過環境改造以防止或減少害蟲的孳生繁殖。環境防治是對昆蟲生態學的實際應用，它是根據害蟲生物學的特點，對害蟲生活環境治理，使之不利于害蟲的生長、繁殖，而達到防治害蟲的目的。
搖蚊幼蟲以水中的有機物碎屑、細菌及藻類為食[10]。強化混凝，通過投加聚丙烯酰胺助凝，控制待濾水濁度小于3NTU，可以提高原水中有機物和藻類等的去除率，減少幼蟲的食物來源，使其生活環境質量下降，降低幼蟲的生存機率；針對搖蚊幼蟲可在沉淀池底泥中越冬生活的特點，增加冬季和秋季的大強度清洗工作，可以除去底泥中存在的搖蚊幼蟲，抑制其再度生長繁殖；加強濾池管理，保證濾池的正常運行，濾池池壁要勤洗刷，對氣水反沖洗濾池的池底水區要經常排空，以保持池體的清潔，同樣可以減少搖蚊幼蟲的滋生機率[9]。
4.5 生物操縱技術
“生物操縱”技術其內容就是利用生態系統食物鏈攝取原理和生物的相生相克關系,通過改變水體的生物群落結構來達到改善水質恢復生態平衡的目的[18]。搖蚊幼蟲是多數經濟魚類的優良天然餌料，在浮游階段時，可被不少幼魚攝取；當轉入底棲時，則是底層魚類鯉、鯽、青魚等的良好鉺料。魚類屬于水生生態系統中食物網的頂級消費者，放養大型不同食性的魚類，勢必影響魚類的群落結構，并對其他生物群落,特別對餌料生物群落產生極大的影響，進而影響整個生態系統的結構和功能[19]。所以利用生物種群間的捕食關系，從生態學的角度入手，可以通過生物操縱技術來抑制搖蚊幼蟲的滋生。
周令等人[11]對原水前加氯的情況下沉淀池養魚的可行性進行了試驗研究，試驗魚種采用鯽魚魚苗。結果表明：(1)沉淀水余氯＜1.0mg/L，魚苗在沉淀水中生長良好，沒有出現不適應癥狀；(2)魚喜食搖蚊幼蟲特別是老齡紅蟲，有利于滅蚊和控制紅蟲數量；(3)幾種魚類配合放養，使魚在沉淀池中呈立體分布，有利于消滅不同生活習性的各發育階段的搖蚊幼蟲；(4)放養魚苗的沉淀池出水濁度及氨氮含量與未放養魚沉淀池出水相差不大，說明魚的正常活動及其排泄物不會影響沉淀效果。
沉淀池養魚由于可操作性差，有一定的局限性，但此方法可在水源中使用以控制原水中的搖蚊幼蟲及蟲卵。在水體中實施以生態治理為目的的魚類放養，其放養的生物量應遠低于以提高魚產量為目標的水體漁業養殖中的高密度放養量。在微型生態系統中魚類放養實驗表明，在放養生物量為30g/m3的條件下，水體中的氮、磷等營養物質得到了一定程度的去除，有機物的指標下降、溶解氧的濃度有所提高，浮游植物藻類尤其是藍、綠藻的生物量也被控制在較低的水平，有效地控制和緩解了水體富營養化的進程。“生物操縱”技術可以在水體生態治理中發揮重要作用，這也是解決水處理工藝中搖蚊幼蟲污染問題的重要途徑之一。
總之，單憑某一種物理、化學或生物的方法還不能對城市給水處理過程中搖蚊幼蟲的孳生進行卓有成效的控制，必須各種方法兼用，互相滲透，多級設防，多層屏障，貫穿于整個凈水廠凈水工藝系統中。
5研究展望
水處理過程中搖蚊幼蟲污染問題的研究，目前仍處于探索階段，今后應從以下幾個方面進行深入研究，以期早日實現搖蚊幼蟲污染防治的系統化，確保飲用水的安全。
5.1進行傳統制水工藝的各凈水單元對搖蚊幼蟲去除的特性研究，了解搖蚊幼蟲在工藝中的孳生規律及機理，以指導水廠在其暴發期間采取強化工藝或應急措施。
5.2進行搖蚊幼蟲在飲用水深度處理工藝(如紫外—臭氧氧化、膜濾、臭氧—生物活性炭等)中的去除規律及機理研究，為水廠采用深度處理工藝去除搖蚊幼蟲污染提供理論指導。
5.3從生態學角度出發，研究搖蚊幼蟲、魚類、營養物質水平之間的關系，建立有效的生物控制方法。
水處理工藝中搖蚊幼蟲污染控制是一項復雜的系統工程，應結合污染的實際狀況采取適當的措施，把水源水富營養化控制與凈水處理工藝有機地結合起來。從長遠來看，強化水源水體的保護與管理，對已被污染的水源采取有效方法治理，是解決飲用水搖蚊幼蟲污染乃至水體富營養化的根本措施。
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