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净水厂生物活性炭池无脊椎动物群落结构研究
作者:管理员    发布于:2017-11-24 09:02:58    文字:【】【】【

  城镇给排水"净水厂生物活性炭池无脊椎动物群落结构研究尤为1,王庆2,3刘丽君4杨宇峰1(1南大学水生生物研究所,广州510632;2水体富营养化与赤潮防治广东省教育厅重点。

  1.2研究方法水样采集及分析方法分别采集主臭氧后水,炭BAC池结构示意滤前水(1和2),炭滤后水(1和2),炭总管水样。为减少由反冲洗所引起的数据差别,采样时间安排在每1个反冲洗周期内距离前次反冲洗相同的时间间隔进行,用孔径35pm浮游生物网过滤采集1m3水样,浓缩至50mL聚乙烯瓶中,并加入甲醛固定(甲酴质量分数4)静置48h后对无脊椎动物进行分类计数。

  炭样采集及分析方法:用分层采样器采集1和2炭层炭样,大深度为180cm,分别取表层(0 40cm)、中层(70110cm)、底层(140180cm)炭样,将3个分层炭样装入250mL聚乙烯瓶中,带回实验室分析。

  1.3理化指标分析温度计使用水银温度计测定;pH由便携式pH计和水厂在线仪表测得;溶解氧使用D50便携式溶解氧仪测定;CODMi,照高锰酸钾法测定;浊度和余臭氧浓度均由水厂在线仪表测定。

  1.4数据处理分析数据分析和绘图主要采用数据分析软件Spss13.等。

  2结果与分析BAC池的理化因子试验期间BAC池水质状况见表1.炭池进水溶解氧浓度较高,在8mg/L以上,pH较稳定且接近中性,CODm较低,高不超过1.5mg/L,属寡营养水体,除了水温以外,其他水质指标全年变化较少。

  BAC池无脊椎动物的种类组成共发现无脊椎动物26种(类),主要类群为轮虫(32100),优势种类有腔轮虫(49)、狭甲轮虫(11)、甲轮虫(7)、蛭态目(4)。其次为桡足类及其无节幼体(28),线虫、寡毛类,枝角类较种类名录见表2.表1BAC池进出水水质指标指标水温余臭氧溶解氧浊度进水出水表2BAC池无脊椎动物的种类组成注:括号内为平均值。

  种类拉丁名性单趾轮虫月形单趾轮虫尖角单趾轮虫爪趾单趾轮虫尖爪单趾轮虫精致单趾轮虫月形腔轮虫无甲腔轮虫柔韧腔轮虫道李沙腔轮虫蛭态目猪吻轮虫盘状鞍甲轮虫半圆鞍甲轮虫爰德里亚狭甲轮虫钩状狭甲轮虫钩角狭甲轮虫三肢轮虫多肢轮虫暗小异尾轮虫尖额蚤中剑水蚤美丽猛水蚤属寡毛类线虫体虫属2.3无脊椎动物的丰度变化2.3.1各工艺段平均丰度比较从经主臭氧后到炭滤前、炭滤后、炭总管,无脊椎动物平均丰度整体呈上升趋势(见),炭总管水无脊椎动物丰度平均为979个/m3,而主臭氧后水仅为119个/m3,炭总管水平均丰度是主臭氧后水的8.2倍,炭总管水平均丰度明显高于主臭氧水<0. 01),炭滤后水(1和2)和炭滤前水(1和2)中无脊椎动物的平均丰度分别为636个/m3、377个/m3和34个/m3、31个/m3,炭滤后水(1和2)中平均丰度是炭滤前水(1和2)的1218. 7倍,表明BAC池对无脊椎动物增殖具有重要作用。

  1炭滤前水和炭滤后水无脊椎动物平均丰度略高于2炭滤前水和炭滤后水,但两者差异均不显著°主奥丨°炭滤炭滤r炭滤2-炭滤炭总氧后水前水前水后水后水管水水样各工艺段无脊椎动物平均丰度比较2.3.2各工艺段丰度季节变化)、炭滤后水(1和2)、炭总管水无脊椎动物丰度变化较为明显,春夏两季丰度通常高于冬季,夏季BAC池炭层无脊椎动物含量较高,滋生较为严重(见)。炭滤前水(1和2)、主臭氧后水无脊椎动物丰度全年变化较小。在春夏两季,炭滤前水(1和2)、主臭氧后水中无脊椎动物丰度均低于200个/m3,而炭滤后水(1和2)、炭总管水平均丰度高达1920个/m3.这表明炭滤后水无脊椎动物主要受BAC池炭层的影响,特别是在水温上升期(14.730°C),炭层内无脊椎动物的滋生加快了滤后水中无脊椎动物丰度增长速率。

  2.4BAC池轮虫和桡足类的丰度变化对2010年10月至2011年9月各个工艺段无脊椎动物种类主要组成比较发现:在主臭氧后水中,轮虫作为全年的优势类群,丰度较低,全年均在炭池主臭氧后水、炭总管水中轮虫和桡足类丰度季节变化2.5各工艺段无脊椎动物丰度与水温相关性分析13.0软件的Pearson函数对水温在14.730.7°C(19月份)范围内,与各个工艺段无脊椎动物丰度进行相关性分析,发现滤后水1、炭层(1和2)、滤前水(2)、主臭氧水、炭总管水无脊椎动物与水温呈显著的正相关性(见表3)。

  3讨论3.1BAC池中无脊椎动物的种类组成饮用水中无脊椎动物种类组成很大程度上取决于原水,虽然多数生物通过水处理工艺后能够去除,但仍有一些生物能够在净水构筑物中生存。现今已知饮用水中无脊椎动物种类主要包括原生动物、轮BA(池总水r炭滤前水r荧滤后水况与轮虫相似,全年轮虫占无脊椎动物比例51 100(见),表明轮虫对进水无脊椎动物总量的贡献大。炭总管水中轮虫丰度较主臭氧后水大幅度升高,高丰度达到1479个/m3(4月),比同期主臭氧后水提高了23. 4倍。此外,炭总管水中轮虫占无脊椎动物比例3298,69月轮虫所占比例均小于50,而此时桡足类对出水无脊椎动物总量贡献较大。

  2滤前水=>2炭滤后水+水温f/池炭/i池炭屋各工艺段无脊椎动物的丰度变化200个/m3以下,仅夏季丰度相对较高。主臭氧后水无脊椎动物主要类别是轮虫,因此总丰度变化情口桡足类轮虫月份I主臭后水I桡足类轮虫b炭总管水表3各工艺段无脊椎动物丰度与水温的相关关系各工艺段无脊椎主臭氧后水炭滤前水2炭滤前水1炭滤后水2炭滤后水1炭层2炭层炭总管水动物丰度(个/m3)(个/m3)(个/m3)(个/m3)(个/m3)(个/kg)(个Ag)(个/m3)水温3580.0020.0040.003注:表示相关性显著,><0.05,表示相关性极显著,><0.01.N表示样本数目,统计样本为19月份无脊椎动物丰度与水温数据。

  12给水排水Vol.虫、桡足类、枝角类、无节幼体和摇蚊幼虫等。Am-sworth等对英国水处理构筑物的调查发现,无脊椎动物几乎广布于所有的输水管道。

  通过对BAC池的周年监测,发现滤池内无脊椎动物主要以杂食性底栖种类为主,这与Schreibrt对GAC滤池的无脊椎动物调查结果相一致。但Schreibert7发现炭滤后水中线虫为第二大优势种,本研究发现炭滤后水中线虫丰度较低,不足无脊椎动物总量的1,这可能是因为线虫直径较小(22士2)卩m,而本文使用的浮游生物网孔径为35 m,造成线虫逃逸。

  3.2BAC池中无脊椎动物的滋生研究表明无脊椎动物方面通过生物净化作用,有利于延长炭池的运行周期,另一方面又会因其丰度过高摄食生物膜,影响生物降解作用,并堵塞滤池。Schebert7和李小伟等人发现炭滤后水中无脊椎动物高丰度分别可达到6800个/m3和2830个/m3,本研究炭滤后水中高丰度为1640个/m3,明显少于前者研究结果,这可能与所调查的BAC池的反冲洗周期和采用不同孔径的浮游生物网有关。Schreiber采用孔径为10um的浮游生物网,且和李小伟等人所研究BAC池反冲洗周期较长(120h),本研究采用孔径35um的浮游生物网,炭池反冲洗周期为48h.此外Schreiber和李小伟等人研究的是柱状炭池,而本文研究的是破碎炭池。乔铁军等对6种活性炭结构特征及其运行过程中微生物的变化研究中发现:活性炭结构特征对微生物的生长和脱落影响较大,进而影响到无脊椎动物的生长。

  炭层中无脊椎动物丰度较高(见),高达5300个/kg.BAC池水体DO充足,活性炭巨大的表面积和丰富的孔隙构造为微生物的大量繁殖提供了有利条件,同时也为无脊椎动物的滋生提供了食物基础。Schreiber等对三座不同臭氧一生物活性炭水厂的原水和出厂水中的无脊椎动物密度进行了监测,发现饮用水中无脊椎动物的丰度均比原水显著升高,调查结果表明,生物活性炭池中都发生了无脊椎动物的生长和繁殖。Castaldel等对意大利费拉拉市以地下水为水源的一座臭氧一活性炭深度处理水厂炭层和炭滤水无脊椎动物的监测中也发现了多种无脊椎动物滋生繁殖。同样本文对BAC池调查发现:炭滤后水无脊椎动物丰度变化受进水丰度影响较小,主要受炭层无脊椎动物滋生的影响,特别是在水温较高的夏季,炭层无脊椎动物的滋生加快了滤后水中无脊椎动物丰度增长速率。由此可见:BAC池能够为轮虫、桡足类等无脊椎动物提供良好的滋生环境。

  3.3BAC池无脊椎动物季节演替规律轮虫经过BAC池,丰度增长了23倍,从春季到夏季,轮虫占总无脊椎动物丰度比例逐渐下降,桡足类所占比例逐渐上升,轮虫和桡足类随着季节变化,交替成为BAC池中的优势类群(见)。可能是因为春季随着水温上升,炭层内微生物、原生动物、轮虫等大量滋生,为桡足类提供了充足的食物来源,加上夏季水温维持在28°C左右,无节幼体发育时间变短,造成桡足类暴发。同时部分桡足类对轮虫产生摄食压力。另一方面,夏季水厂为防止无脊椎动物暴发,对BAC池进行干池、加氯反冲洗等工艺处理,也可能致使许多轮虫等小型动物死亡,而耐受性较强的桡足类占无脊椎动物丰度比例增加。有研究表明干池对轮虫的影响明显大于桡足类,李小伟等发现干池对轮虫的去除率为85,对桡足类的去除率为67,同时常规工艺中加入了氧化剂(如氯),耐受性可能也是主要限制因子之一,耐受性较强的生物将更有优势,桡足类的耐受性可能强于轮虫。

  轮虫虽然对水质感官指标不会产生严重影响,但仍具有潜在风险,一方面,大量轮虫进入饮用水会对人的健康产生危害,檀风海等曾报道我国首例无甲腔轮虫致病案例;另一方面,春季轮虫丰度增长较快,有可能为夏季桡足类暴发提供食物基础,造成轮虫向更的大型无脊椎动物(桡足类)演替。

  尽管目前尚未出现臭氧一生物活性炭技术中由无脊椎动物直接引起的饮用水生物安全案例,但作为其他病原性生物的中间宿主,无脊椎动物可能会帮助病原性生物逃避水处理过程中的消毒工艺,对饮用水安全造成威胁。对自来水厂和供水干管的无脊椎动物进行细菌分离和检测表明,所有取样点的无脊椎动物都分离出了细菌,每个无脊椎动物携带细菌总数高达104000,其中包括腹泻、脑膜炎等流行病致病菌和条件致病菌。另有研究发现在尼日利亚西部几内亚蠕虫病发区,蠕虫的中间宿主正是桡足类。由于无脊椎动物带来的饮用水安全问题,应加强对BAC池无脊椎动物的监测和防控技术方面的研究。

  3.4水温对无脊椎动物滋生的影响相关性分析表明,水温越高,BAC池中无脊椎动物的滋生越明显,导致炭总管、滤后水中无脊椎动物丰度越高,因此水温对BAC池中无脊椎动物的生长有着重要影响。其中水温在14. 730.7°C范围内,炭层(1和2)、主臭氧水和炭总管水中无脊椎动物与水温呈极显著的正相关性(<0.冬季水温较低时,由细菌构成的生物膜生物活性和生长率会下降,进而使无脊椎动物的食物来源受到限制,夏季则相反;另方面水温会直接影响无脊椎动物的生长发育。研究表明,低温会延长桡足类胚胎发育时间2,因此冬季水温较低时,无脊椎动物的生长发育可能受到限制,致使滤后水中无脊椎动物丰度较低。

  4结论BAC池无脊椎动物种类丰富,以小型杂食性底栖种类为主,夏季优势类群为桡足类及其幼体,其他季节优势类群为轮虫,枝角类、线虫等丰度较低,这些种类均对饮用水的安全性造成影响。

  滤后水中无脊椎动物丰度变化受进水影响较小,炭层富含大量无脊椎动物,春夏两季,炭层内无脊椎动物的滋生加快了滤后水中无脊椎动物丰度增长速率。这可能是滤后水中无脊椎动物的主要来源。

  水温对BAC池中无脊椎动物的生长具有重要的影响,由春季进入夏季,随着水温的上升,滤池内无脊椎动物滋生明显,并出现由小型无脊椎动物(轮虫)向大型无脊椎动物(桡足类)演替的趋势。

  针对春季轮虫丰度增长较快的情况,水厂应加强监控,必要时采取缩短反冲洗周期或干池处理等措施,防止进入夏季后,其向更的大型无脊椎动物(桡足类)演替。

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