二氧化氯对再生水中摇蚊幼虫的灭活效果研究

李小军，李 进，王旭东，杨应明

（1.西安热工研究院有限公司，陕西西安710032；2.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西省膜分离重点实验室，陕西省环境工程重点实验室，陕西西安710055）

摇蚊幼虫是水体中分布范围很广的一类水生昆虫。 2000 年左右国内多地由于水源水恶化、水体富营养化、 水处理工艺管理落后等原因出现摇蚊幼虫污染，成为当时的热点难题〔1〕。 通过不断的研究试验，摇蚊幼虫污染问题得到很好地解决。

控制摇蚊幼虫污染的措施主要有物理法、 化学氧化法、生物法〔2〕。 其中最有效的方法是用化学氧化剂进行氧化消毒， 效果最好且对外界环境适应最好的是二氧化氯〔3〕。 早期研究结果表明，在蒸馏水中投加2～10 mg/L 二氧化氯对摇蚊幼虫有明显的杀灭效果〔4-5〕。 青海某热电厂以城市污水厂二级出水为再生水源，2017 年其进水中出现大量摇蚊幼虫， 初步试验发现投加10 mg/L 二氧化氯对摇蚊幼虫的杀灭效果甚微。 笔者就二氧化氯对原水中存在的4 龄摇蚊幼虫的灭活效果及影响因素进行了研究， 为水中摇蚊幼虫的灭活及工程应用提供依据。

1 材料与方法

试验所用摇蚊幼虫购自某鱼虫市场， 取体色正常、反应敏捷的4 龄幼虫进行试验。

每个二氧化氯浓度设2 个重复， 同时进行空白实验对照。在不同时段观察幼虫的反应和状态，记录死亡数。 试验均在500 mL 烧杯中进行，摇蚊幼虫初始虫密度为30 L-1。 摇蚊幼虫的死亡标准以玻璃棒轻压尾部3 次后不做“8”字运动为准〔6〕。 二氧化氯浓度测定采用连续碘量法。

2 结果与讨论

2.1 接触时间对灭活效果的影响

以蒸馏水为底质， 水温20 ℃，pH 调节至7 左右，二氧化氯投加量为48～54 mg/L，实验首先考察了不同接触时间下， 不同质量浓度二氧化氯对水中摇蚊幼虫的灭活效果，结果如图1 所示。

图1 接触时间对二氧化氯灭活摇蚊幼虫的影响

由图1 可以看出，前20 min 各质量浓度下均无幼虫死亡，说明二氧化氯接触微生物时，首先要对细胞壁进行穿透，先破坏细胞膜的蛋白质和油脂；20~60 min 灭活速率明显提高， 说明此时在二氧化氯作用下增大了细胞膜的渗透性， 从而使蛋白质合成受到抑制〔7-8〕；60 min 后灭活速率明显降低。 二氧化氯投加量在52 mg/L 以上时接触60 min 即可达到100%灭活率，投加量为48 mg/L 时达到100%灭活率则需要110 min，综合考虑处理效率，将后续试验接触时间定为60 min。

2.2 二氧化氯质量浓度对灭活效果的影响

在二氧化氯投加量为44~52 mg/L，pH 调至7 左右，接触时间为60 min 的条件下，考察二氧化氯质量浓度对灭活效果的影响，结果见图2。

由图2 可见， 摇蚊幼虫的灭活率随着二氧化氯的增加而提高，二氧化氯为52 mg/L 时，接触60 min可以达到100%的灭活率。

2.3 pH 对灭活效果的影响

在二氧化氯投加量为50 mg/L 下， 用氢氧化钠或盐酸溶液调节pH，考察二氧化氯在不同pH 下对摇蚊幼虫的灭活效果，结果见图3。

由图3 可以看出，pH 对二氧化氯灭活摇蚊幼虫的效果有一定影响，pH 越低，杀灭效果越好。pH 为5，二氧化氯投加量为50 mg/L， 接触60 min 可实现100%的灭活率。 一般认为二氧化氯对生命物质的氧化能力受pH 影响较小〔9〕，出现这种情况可能是ClO2的氧化还原电位发生变化所致〔10〕。

图2 二氧化氯质量浓度对摇蚊幼虫灭活率的影响

图3 不同pH 下二氧化氯的灭活效果

2.4 幼虫密度对灭活效果的影响

考察了不同幼虫密度下， 二氧化氯对摇蚊幼虫的灭活效果，如图4 所示。

由图4 可以看出， 二氧化氯对摇蚊幼虫的灭活效果未随幼虫密度的增加而明显下降， 幼虫的死亡仍集中在接触30 min 左右。 由此得出接触时间是二氧化氯杀灭摇蚊幼虫的关键因素， 也验证了二氧化氯对生命物质的灭活机理。

实验中不断增大幼虫密度至100、130、160 L-1，在pH=7 左右、 投加量52 mg/L 条件下接触60 min，发现二氧化氯对摇蚊幼虫的灭活率分别为83%、81%、84%。 由此看出，在一定范围的高幼虫密度条件下，幼虫密度对二氧化氯的杀灭效果影响较小，二氧化氯仍保持较高的杀灭效果。

2.5 原水中摇蚊幼虫的灭活效果

取城市污水厂二级出水进行摇蚊幼虫灭活试验。其中，原水pH 为7.53、COD 为30.43 mg/L、浊度为2.23 NTU、水温25 ℃左右。 与蒸馏水配制的原水相比，在二氧化氯44～52 mg/L 浓度梯度下，二级出水中的摇蚊幼虫在接触二氧化氯60 min 内均无死亡。逐渐增大二氧化氯投加量，其质量浓度为66~74 mg/L 时的灭活试验结果如图5 所示。

图4 不同幼虫密度下44 、52 mg/L 二氧化氯的灭活效果

图5 二氧化氯对二级出水中摇蚊幼虫的灭活效果

由图5 可见， 幼虫开始死亡的时间仍集中在接触30 min 左右；摇蚊幼虫死亡率因有机物的存在而降低。对于二级出水中的摇蚊幼虫，当二氧化氯投加量达到68 mg/L，才能实现60 min 内100%的灭活率。

2.6 水中摇蚊幼虫的截留效果

分别采用10、12、14、16、18、20 目的筛网， 考察不同孔径筛网对摇蚊幼虫的截留效果， 通过观察发现18 目的筛网（筛径为0.88 mm）可有效截留4 龄期的摇蚊幼虫。

3 结论与建议

（1）投加52 mg/L 二氧化氯、接触60 min，可实现对4 龄摇蚊幼虫100%灭杀； 二氧化氯对4 龄幼虫的灭活率随着水中有机物含量的增加而降低。

（2）二氧化氯对4 龄摇蚊幼虫的杀灭效果受pH影响较小，酸性条件下灭活效果更好；受接触时间影响较大，幼虫主要在接触30 min 左右死亡。

（3）提高幼虫密度对二氧化氯的杀灭效果影响较小，在pH 为7 左右、接触时间60 min 条件下，提高幼虫密度至160 L-1，灭活率仍可达到80%以上。

（4）孔径为0.88 mm 的筛网可以有效拦截4 龄幼虫，在实际应用中可采取先富集再灭活的方法，为解决污水再生过程水中摇蚊幼虫的爆发和污染提供参考。