氯氨法去除水中剑水蚤类浮游动物的研究Word格式.docx
《氯氨法去除水中剑水蚤类浮游动物的研究Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氯氨法去除水中剑水蚤类浮游动物的研究Word格式.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
正因为它们具有如此坚硬而且较厚的外表面，可以使他们抵抗水体中的压力，同时对无机酸有较强的抵抗力，溶解于水体中的氧化剂不易穿透它们的外表面，很难发挥药剂的氧化作用；
另一方面剑水蚤坚硬的外壳使它有穿透滤料的可能性，即使在采取预氯化的工艺中也难以降低其活性，使之在混凝、沉淀、过滤一系列后续工艺中得以去。
因此本课题考虑用氧化性极强的臭氧作为杀蚤剂。
1.2.2环境因子对剑水蚤得影响
一、温度
剑水蚤的发育一般要经过卵、无节幼体、桡足幼体、成长几个阶段，剑水蚤生长发育的适宜温度为20～30℃，水温越高发育时间越短，因而剑水蚤的数量随季节的变化而出现明显的差异。
温度对剑水蚤的体长有一定的影响，一般低温时体形略长。
另外，温度对剑水蚤的地理分布有一定的影响。
按照他们对温度的适应范围，通常把剑水蚤分为光温性和狭温性两大类。
二、光线
剑水蚤的趋光性随种类而异，一般生活在有光线的场所，光线的刺激，可以引起剑水蚤的昼夜间垂直移动。
如剑水蚤夜间在最表层，而白天的分布主要取决于水的透明度[8]。
所以这些种类在非常透明贫营养湖的垂直移动幅度较大，而在透明度小的富营养湖移动幅度较小（在贫营养湖中昼间可降至30～40m水深处，而在水色很深的富营养湖中仅在2～4m水深处）。
另据研究表明，剑水蚤的桡足幼体垂直迁移能力较成体弱，至于无节幼体几乎无垂直迁移的能力。
三、水体pH值
水体pH值对剑水蚤的影响可以是直接的，也可以是间接的，如由于游
离二氧化碳的作用。
按对pH值的适应范围，可分为三类：
广化类、酸性水类和中性—碱性水类[9]。
不少种类偏重于碱性水。
在自然条件下，水中一系列其它因子的综合影响也是十分复杂的。
四、溶解性气体
在自然条件下，水体中的溶解氧不足通常伴随着游离二氧化碳的积聚和pH值的降低，因此这几个因素同时起作用。
目前这方面的研究甚少，业已证明当外界环境恶化时，剑水蚤可以利用休眠这一生理特性来达到生存的目的[10]。
其他的环境因子对剑水蚤的生长发育也有一定的影响，如营养物质的水平、营养竞争者的摄食压力和捕食者（鱼类）的摄食强度的增加都会导致其数量的降低。
1.2.3剑水蚤的生理特性
一、食性
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、矮小剑水蚤、广布中剑水蚤为肉食动物，主要掠食双翅目昆虫（摇蚊幼虫）、寡毛类（水蚯蚓）、枝角类以及桡足类。
它们的肠道中多为动物性食料，如白色大剑水蚤的肠道内含物中，动物性食料超过73%，植物性食料约占总量的四分之一强，且大部分系由被吃进去的植食性动物中分离出来的。
双色小剑水蚤、大尾真剑水蚤的食性是混合型的，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。
二、生长和发育
剑水蚤一般进行两性生殖。
卵受精后立即开始胚胎发育，完成胚胎发育所需的时间，一般为2-5天。
当环境不利时延缓发育，如草绿刺剑水蚤的胚胎发育可延长至15天。
幼体从卵孵出后，一般要经过6个无节幼体期和5-6个桡足幼体期方才发育为成体。
三、休眠
剑水蚤的休眠特性早就有人做过报道，剑水蚤通过休眠以度过干旱、冰冻等各种不良环境。
以幼体期和雌、雄成体休眠的种类更普遍，如常见的真剑水蚤、中剑水蚤、温剑水蚤、大剑水蚤、刺剑水蚤等属的许多种类在春、夏之交或秋季开始夏眠或冬眠，或在湿土中度过水域的干涸期。
正因为剑水蚤有休眠这种适应性，所以在排水后的鱼池一注入新水就很快出现了性成熟的剑水蚤，北方到了春季在融雪的积水中也立即能看到剑水蚤的成体。
1.3课题研究的目的和意义
从保证饮用水质安全的角度，有两条可能的途径来解决剑水蚤类浮游动物的威胁：
一是从改进与强化水处理工艺入手，研究行之有效的水处理工艺技术与条件，达到使浮游动物被有效的去除的目的；
另一途径则是采用生态学手段，致力于建立水体正常的食物链关系，恢复水体原有的生态平衡，从根本上解除威胁。
通过生态防治的方法，即通过不同手段减少水体中的浮游植物、细菌、底栖生物的数量及营养物质，增加鱼类种类和数量，从原水水质上减少剑水蚤类浮游动物的含量，控制原水中的浮游动物含量保持在较低的数量范围内，降低水厂的处理工艺负担，但该方法会产生一系列的关于水体生态平衡的问题。
国内外对剑水蚤类浮游动物研究主要限于生物学的范畴，从水处理的角度解决其对饮用水水质影响的问题尚缺乏专门的研究[11-25]。
为此，本课题就是试图在这一方面做深入研究。
氯-氨能减少消毒过程中的消毒副产物的含量，在管网中持续时间长，能更有效的控制管网中的细菌及残余细菌的繁殖[26]，而且投加的氨能被氯氧化，不会造成氨氮超标，保证了水质的安全。
本试验拟采用氯-氨灭活水中剑水蚤类浮游动物，通过正交试验寻找影响氯-氨灭活剑水蚤的主要因素，并对其进行进一步考察，确定氯-氨灭活水中剑水蚤的最佳运行方案。
2.试验设计
试验分两步骤：
首先通过正交试验，确定各外界环境因素对氯-氨灭活剑水蚤效果的影响程度，找出重要环境影响因素。
在此基础上，分别以蒸馏水和腐植酸配置水为实验底物，进一步考察各重要影响因素对剑水蚤的灭活效果的影响。
实验选取5个对剑水蚤灭活可能有直接影响的外界环境因素进行考察：
配制氯-氨的NaClO溶液和氨水的投加量、投加顺序、氯氨投加比例、水体pH值和剑水蚤密度。
各因素水平确定如下：
a.为了对比氯-氨和单独加氯的灭活效果，确定正确的投加方式，选取先氨后氯、先氯后氨、同时投加和单独加氯四种投加方式；
b.氯-氨投加量：
以NaClO溶液中有效氯量为绝对数值，氯氨投加比例调整氨水的含量。
为使效果显著扩大取值范围，有效氯为2.0～5.0mg/L之间，取2.0、3.0、4.0、5.0mg/L四个数值；
c.考虑水体正常pH值范围，选取pH值在6.0～8.0之间的偏酸性至偏碱性环境进行试验，pH值分别取6.0、6.5、7.0、8.0；
d.剑水蚤的密度由小到大为5、10、15、20个/L；
试验采用5因素4位级正交试验（表1），列L16（45）正交表，结果见表2。
采用蒸馏水为试验底物，温度为20℃，用次氯酸钠（NaClO）溶液和氨水配制氯-氨溶液，用低浓度氢氧化钠和稀醋酸溶液调节试验底物所需要的pH值，试验使用的剑水蚤来自哈尔滨宾县二龙山水库刘氏中剑水蚤经试验室培养繁殖后供实验使用。
试验按照正交表所列内容进行，先取1L蒸馏水放入烧杯中，调节所需的pH值，再放入不同密度的剑水蚤，然后按照表中所列的氯-氨投加组合，向烧杯中投加氨水和NaClO溶液，同时开始计时。
每隔5min观察剑水蚤的灭活情况，记录死体数目,总计30min。
死体以失活为标准。
表1因素位级列表
因素
位级
投加量
（mgCl/L）
投加顺序
pH值
蚤密度
（个/L）
氯氨投加比例
（氯：
氨）
1
4.0
先氯后氨
6.0
5
1：
2
3.0
同时投加
6.5
10
2：
3
5.0
先氨后氯
7.0
15
3：
4
2.0
仅投加氯
8.0
20
4：
3．试验结果和分析
3.1正交试验结果和分析
表2L16（45）正交试验结果
实验编号
杀灭率％
5min
10min
15min
20min
25min
30min
40
70
80
90
30
60
7
13
27
33
47
67
100
6
8
9
66
93
11
50
12
14
16
由上述试验结果每5min作正交分析，结果如下：
投药顺序、投药量为主要影响因素，投药比例次之，pH值和剑水蚤密度为次要因素。
时间
（min）
位级和
级差
投加
顺序
蚤
密度
氯氨
投加比
Ⅰ
63
83
127
137
Ⅱ
77
Ⅲ
87
57
140
180
120
Ⅳ
37
130
R
64
36
103
117
133
123
163
110
136
213
193
237
150
227
143
106
187
210
176
246
112
146
230
310
190
160
73
170
107
236
270
97
94
25
247
267
220
277
330
300
290
317
207
183
197
223
337
250
313
343
217
233
360
273
263
147
126
260
243
166
276
84
234
74
①Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ―－分别表示1、2、3、4位级所对应灭活率之和，如Ⅰ＝90+100+80+60＝330
②R—级差，表示每列中最大位级之和减去最小位级之和，如投药量：
R=Ⅲ-Ⅳ=360-180＝180，级差越大表明此因素对灭活率的影响越大。
从表中所列的各因素的灭活率之和和级差的大小可以判断：
（1）投药顺序、投药量为主要影响因素，投药比例次之，pH值和剑水蚤密度为次要因素。
（2）投药顺序列的级差最大，为234，由此判断投药顺序为最主要影响因素。
此列中，Ⅲ的数值最大为360，说明Ⅲ所代表的先投氨后投氯的投药方式对剑水蚤的灭活效果最佳，灭活率都在70％以上，最高可达100％；
由级差大小可以看出其它几种投加方式没有此种投加方式效果好，由好到差依次为同时投加，先投氯后投氨，最后为仅投加氯。
这充分说明氯-氨对剑水蚤的灭活效果比单独投加氯的效果要好。
（3）投药量为次主要影响因素。
从表中可看出投药量越大，对剑水蚤的灭活效果越佳。
但表中所列氯的量部分超出标准，故有效氯3.0mg/L以上的投加量均不采用。
（4）投药比例为次要因素，且投药比例越小灭活效果越好。
相对投药顺序和投药量的比较，投药比例的灭活率之和为74，偏小，这可能是由于投药比例在1：
1～4：
1之间比较集中，不能明显反应出投药比例的不同对剑水蚤的灭活的影响。
后续实验将扩大比例范围，进一步考察。
（5）pH值在较低偏酸性环境下对剑水蚤的灭活效果好于偏碱性环境，这点在崔福义，林涛[11]的文章中有所体现。
在本文中，pH值在6.0～8.0之间对剑水蚤的灭活有一定影响，而且也呈现出类似的趋势，但是相对其他主要影响因素，pH值的影响程度微小。
所以当pH值在6.0～8.0之间，即水体的正常pH值范围内，可以忽略pH值对剑水蚤的灭活效果。
3.2氯氨投加间隔时间对灭活剑水蚤效果的影响
实验中，投加NaClO溶液和氨水有一定的时间间隔，这对氯-氨灭活剑水蚤可能产生影响。
由于试验的客观操作不可能使时间间隔很短，现假定时间间隔分别为20s、40s、60s、80s，每个进行三次平行试验，结果如下：
从表中可以看到，30min试验结束时灭活率一致均为95%。
可以判定，氯氨投加间隔时间在20s～80s范围内，对氯-氨灭活剑水蚤效果没有影响。
灭活率（%）
20s
85
95
40s
75
60s
80s
45
65
3.3主要影响因素的细化试验
3.3.1蒸馏水中氯-氨灭活剑水蚤试验
当pH值在6.0～8.0之间，温度为20℃，剑水蚤密度为10个/L时，考虑氯-氨的投加量、投加顺序和氯氨投加比例三个因素对灭活剑水蚤的影响情况。
其中有效氯分别为2.0、2.5、3.0mg/L时，按照1：
1～6：
1氯氨投加比例进行试验，结果如图1～3所示。
注：
图示中氯氨投加比例后面括号内数值为氨的含量。
从图1～3中可以看出，当有效氯为2.0mg/L时：
氯氨比例在1：
1～3：
1内，氯-氨对剑水蚤的灭活率达到50％以上，而在4：
1～6:
1之间仅为35～30％；
当有效氯为2.50mg/L：
氯氨比例1：
1～3:
1时可达到80％以上的灭活率，氯氨比例4:
1～5:
1之间时灭活率能达到55～60％，而比例为6:
1时灭活率仅为35～20％；
当有效氯为3.0mg/L时：
1内均能达到75％的以上灭活率，而6:
1的氯氨比例也能达到60～65％的灭活率。
综观三图，随着氯-氨投加量不断增加，氯氨投加比例增大，氯-氨对剑水蚤灭活的效果越好。
当有效氯在2.0～3.0mg/L范围内，氯氨投加比为1：
1时，均能达到较好的灭活效果。
最佳投药组合是有效氯投加量为3.0mg/L,投药比例为3：
1，先投氨后投氯。
3.3.2pH值对灭蚤效果的影响
3.3.2.1pH值对灭蚤效果的影响
实验以蒸馏水为实验底物，利用低浓度氢氧化钠和稀醋酸溶液调节试验底物所需要的pH值。
图7~9表示在不同有效氯的投加量，不同pH值条件下，剑水蚤的灭活情况。
其中氯和氨的投加比例均为3：
1。
在相同的pH值条件下，随着有效氯量的增加，灭活率有所提高。
有效氯每增加1.0mg/L，灭活率能上升15～25％。
在相同有效氯量条件下，pH值对氯-氨灭活剑水蚤效率影响极大。
当pH值为4.0时，投加有效氯3.0mg/L可以达到100％的灭活率，然而在相同投加量下，pH值为8.0时，灭活率仅有50％。
综上可看出，pH值在较低偏酸性环境下对剑水蚤的灭活效果好于偏碱性环境，这与前面正交实验所得出的结论符合一致。
图7有效氯1.0mg/L灭蚤效果图
图8有效氯2.0mg/L灭蚤效果图
图9有效氯3.0mg/L灭蚤效果图
3.3.2.2在低pH值条件下有机物对灭蚤效果的影响
以邻苯二甲酸氢钾配制水（邻苯二甲酸氢钾溶液浓度为CODMn=250mg/L）为实验底物，模拟水中有机物来源。
考察了在pH值约为5.90条件下，有机物对氯-氨灭蚤能力的影响。
实验结果如图10~15。
图10有效氯2.0mg/L、CODMn2.50mg/L时灭活效果图
图11有效氯2.0mg/L、CODMn5.00mg/L时灭活效果图
图12有效氯2.0mg/L、CODMn7.50mg/L时灭活效果图
图13有效氯3.0mg/L、CODMn2.50mg/L时灭活效果图
图14有效氯3.0mg/L、CODMn5.00mg/L时灭活效果图
图15有效氯3.0mg/L、CODMn7.50mg/L时灭活效果图
对比图10~15可以看出，在同一pH值和高锰酸盐指数条件下，随着有效氯量的增加和氨和氯投加比例的减小，氯-氨灭蚤效果明显变好。
当有效氯投量在3.0mg/L时，氯-氨对高锰酸盐指数的变化有较大的适应范围。
比较图13~15组图可以看出，在整个接触时间中，灭活率随者有效氯量的减小波动变大；
但是在30min实验结束时，只有当CODMn7.50mg/L时，在氨和氯的低投加比例（1：
6）条件下，灭活率为70％，在其他条件下均保持了较高的灭活率，尤其在2.50mg/L和CODMn5.00mg/L条件下灭活率一致为100％。
当有效氯控制在2.0mg/L时，实验规律与3.0mg/L有效氯时的稍有变化。
虽然实验仍能达到100％的灭活效果，但是仅限于氯和氨的投加比例较高时，其余的实验反映出了氯-氨对高锰酸盐指数的变化适应性减弱，可以看出高锰酸盐指数每增加2.5mg/L,氯-氨对剑水蚤的灭活率就会下降约10~20个百分点。
在图12中，氨和氯的低投加比例（1：
6）条件下，灭活率仅为35％，与图15中相同实验结果比较相差一倍。
3.3.3腐植酸配制水中氯-氨灭活剑水蚤试验
腐植酸配制水中含有多种有机物，与真实水体较为接近，对灭活效果可能有一定影响。
试验以腐殖酸配制水为试验底物，在水体pH值7.0中性、温度20℃、剑水蚤密度10个/L条件下，考察高锰酸盐指数分别为2.50、5.00、7.50mg/L，有效氯为3.0mg/L时，氯-氨对剑水蚤的灭活情况，时间40min。
实验结果如图4～6所示。
由图4～6中可以看出，在腐植酸配制水中进行试验的结果与在蒸馏水中进行的试验结果完全不同，这说明腐植酸配制水对氯-氨灭活剑水蚤的效果有着重要的影响。
在相同高锰酸盐指数下，根据灭活率可把氯氨投加比例分为两部分：
氯氨投加比例在1：
1范围内，氯-氨对剑水蚤的杀灭效果大致相同，灭活率在50%～70%之间；
氯氨投加比在5：
1之间，氯-氨对剑水蚤的杀灭率基本一致，灭活率在40%～50%之间，相差不到10％。
这是因为氯氨的不同比例导致氯胺物种的不同，当pH值在6.0以上，氯氨比例在1：
1～5：
1范围内，氯胺中一氯胺为最多，达到75％以上；
当氨氯比在5：
1～7.6：
1之间，氯胺中以二氯胺居多。
近代观点认为，化学药剂对生物的灭活作用主要是由于生物接触药剂后其体内的蛋白酶遭到破坏，不能参与氧化还原系统的活动，代谢机能发生障碍而引起的[7]。
氯胺之所以能灭活剑水蚤，主要是通过次氯酸起作用，因为它是一种很强的氧化剂，极易穿透微生物的细胞壁，与细胞的原生质化合，破坏细胞的代谢机能，从而导致微生物的死亡。
仔细观察图4～6，当高锰酸盐指数为2.50mg/L，氯氨比1：
1时剑水蚤灭活率为70～80％、氯氨比5：
1时灭活率为50％左右；
当高锰酸盐指数为5.0mg/L时，1：
1的氯氨比下有60～70％的剑水蚤被灭活，氯氨比5：
当高锰酸盐指数为7.50mg/L，1：
1的氯氨比时有50～60％的剑水蚤被灭活，氯氨比5：
1时灭活率仅为35％左右。
分析上述数据，高锰酸盐指数每增加2.5mg/L,氯胺对剑水蚤的灭活率就会下降约10个百分点。
这可能是因为当向水体中投加氯氨后，氯氨会与水体中部分有机物进行化学反应，消耗掉一部分氯氨，氯氨的量减少，浓度下降，使得杀灭效果受到影响。
3.3.4浊度对剑水蚤杀灭效果的影响研究
考虑到水中的浊度可能存在的重要影响作用，开展了投药量为有效氯3.0mg/L，投药比例为1：
2、1：
4、1
升级会员 