CN101851037A

CN101851037A - 一种灭活供水系统中无脊椎动物的方法及其应用

Info

Publication number: CN101851037A
Application number: CN 201010191374
Authority: CN
Inventors: 张金松; 刘丽君; 尤作亮; 尹文超; 赵建树
Original assignee: SHENZHEN SHUIWU (GROUP) CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN SHUIWU (GROUP) CO Ltd
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: CN101851037B

Abstract

本发明提供了一种灭活供水系统中无脊椎动物的方法，包括以下步骤，(1)向供水系统加入灭活剂，(2)去除已被灭活的无脊椎动物，其中灭活剂为游离二氧化碳。本发明还提供了该方法在杀灭供水系统中的昆虫幼虫类、线虫类、轮虫类、甲壳类和环节动物类无脊椎动物中的应用。本发明方法通过提高供水系统中游离二氧化碳浓度的途径，降低无脊椎动物血红蛋白的载氧量，进而灭活供水系统中的无脊椎动物，其适用范围广，绿色无污染，杀灭速度快且灭活率高达90％～100％。此外，本发明系统操作方便，运行费用低，同时还可以与其他工艺进行结合，具有很高的实用性。

Description

一种灭活供水系统中无脊椎动物的方法及其应用

技术领域

本发明涉及饮用水处理技术，尤其涉及一种灭活供水系统中无脊椎动物的方法及应用。

背景技术

无脊椎动物(Invertebrate)是背侧没有脊柱的动物，其种类数占动物总种类数的95％。它们是动物的原始形式，是动物界中除原生动物界和脊椎动物亚门以外全部门类的通称。无脊椎动物种类繁多，分布广泛，存在于世界各地的湖泊、水库等地表水以及地下水中。

据调查表明，在对我国一些城市的水源水库进行的为期一年的研究过程中，发现的微型水生动物多达五十多种(属)，其中优势种为以摇蚊幼虫(俗称红虫)、线虫、水蚤等为代表的无脊椎动物。它们在每年3月份开始进入生长繁殖期。其在原水中的密度呈直线上升趋势。6月份左右达到高峰期。个别水库中单是甲壳类浮游动物的密度即高达200个/L。直到11月初，无脊椎动物的密度才下降到相对较低的水平。

当我们以河流、水库等地表水为城市饮用水水源进行取水时，淡水无脊椎动物将不可避免的进入水厂处理系统中，并在经过常规水处理工艺的优胜劣汰以后进入活性炭池。其中一部分能够适应炭池环境的无脊椎动物在炭池大量繁殖，形成绝对优势的种群。供水系统中无脊椎动物主要包括摇蚊幼虫、线虫、轮虫、水蚤、猛水蚤、剑水蚤和红斑顠体虫等。这将带来以下几个方面的问题和潜在风险：

(1)由于无脊椎动物的许多种类的个体大小处于肉眼可见范围，所以当无脊椎动物存在于饮用水中的时候，首先是从美学感官上影响用户，即对用户造成强烈的感官刺激，从而降低用户对饮用水水质安全的信心。

(2)某些无脊椎动物可能携带病原菌和寄生虫。例如，甲壳亚门桡足纲中的某些种属是绦虫、麦地拉线虫等多种寄生虫的中间宿主，一旦感染人体将对人体健康产生严重影响。此外，摇蚊幼虫的某些种类可能使人类产生过敏性反应。另据报道，较大型的无脊椎动物可以摄食甲第鞭毛虫及隐孢子虫(俗称“两虫”)，并且随后停留在其肠道系统中的“两虫”以及其它可能的致病微生物将导致饮用水微生物风险的增加。

针对供水系统中无脊椎动物的孳生带来的感官与生物安全性问题，研究者提出了较多的应对和处理措施，主要包括物理和化学控制技术两个方面。

就物理方法而言，主要是通过对滤池的气水联合反冲洗及管网的抽吸等方式对无脊椎动物进行控制，这些方法在水厂中使用较为普遍，但是其缺点是效果有限，往往在采取以上措施以后仍不能缓解水厂构筑物及管道中无脊椎动物大量孳生的问题。

化学方法主要包括使用常见的氧化消毒剂(液氯、氯氨、二氧化氯、臭氧和双氧水等)和除虫菊酯对无脊椎动物进行灭活。其中氧化消毒剂的作用机理主要是通过扩散及渗透进入微型动物体内，借助其强氧化性破坏微型动物的细胞及酶，达到灭活的目的。尽管这类氧化消毒剂和除虫菊酯具有一定的灭活作用，但它们的使用往往带来以下不可避免的问题：

(1)具有化学毒性

液氯、氯氨和二氧化氯等氧化消毒剂具有一定刺激性或易转化生成致癌物质。液氯为黄绿色液体，在常压下即气化成气体，吸入人体能严重中毒，有剧烈刺激作用和腐蚀性，在日光下与其它易燃气体混合时发生燃烧和爆炸；二氧化氯消毒有70％左右直接转化为具有致癌、致突变性能的消毒副产物-亚氯酸盐，并且二氧化氯极不稳定，受热易分解，易扩散，具有刺激性和毒性，运输时存在极大安全隐患。

除虫菊酯(天然的除虫菌素和人工合成的相似物二氯苯醚菊酯)属低毒类。对眼睛有轻度刺激作用。误服后可引起头痛、头晕、恶心、呕吐、流涎和血尿等。严重者出现抽搐和意识障碍。

(2)所需剂量大，时间长

这是由于水处理工艺中出现的无脊椎动物优势种群多数是抵抗了预氯化等一系列工艺强势种群，它们一般有较厚的甲壳保护，常见的氧化消毒剂(液氯、氯氨、二氧化氯、臭氧和双氧水等)很难穿透，所以要想达到灭活效果则需要投加大剂量的氧化消毒剂，且所需时间很长。

《国家生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定饮用水处理应用二氧化氯消毒的亚氯酸盐副产物标准最高限值不超过0.7mg/L。同时，由于除虫菊酯等杀虫剂自身存在较大安全风险，WHO规定饮用水水质标准中二氯苯醚菊酯应低于20μg/L，甚至在一些特定国家，杀虫剂(包括除虫菊酯或氯菊酯)是不允许投入饮用水中的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明一方面提供了一种灭活供水系统中无脊椎动物的方法，适用范围广，绿色无污染，灭杀速度快且灭活率高。

本发明提供的一种灭活供水系统中无脊椎动物的方法，包括以下步骤，(1)向供水系统加入灭活剂，(2)去除已被灭活的无脊椎动物，其中灭活剂为游离二氧化碳。通过提高供水系统中游离二氧化碳浓度的途径，降低无脊椎动物血红蛋白的载氧量，进而可以达到灭活供水系统中的无脊椎动物的目的。

步骤(1)中供水系统包括目标构筑物和管网。向供水系统加入灭活剂可为向目标构筑物和/或管网中加入游离二氧化碳。

优选地，游离二氧化碳浓度为0.2g/L～1.5g/L，即在目标构筑物和/或管网中每L需灭活的水含有0.2g～1.5g的游离二氧化碳。

其中，加入游离二氧化碳成分提高供水系统中游离二氧化碳浓度的途径可以为在目标构筑物和/或管网内反应产生有效的二氧化碳或向目标构筑物和/或管网中直接输送二氧化碳。

优选地，步骤(1)可以是投加碳酸氢盐溶液或碳酸盐溶液，充分混匀后投加稀酸溶液，使酸碱快速混匀，酸碱中和反应可在无脊椎动物体内外形成高浓度游离二氧化碳溶液。

优选地，投加量为相同摩尔浓度比的碳酸氢根和氢离子。

碳酸氢根与氢离子在相同摩尔浓度下反应，生成游离二氧化碳和水，其中游离二氧化碳有很少一部分与水反应，溶解在水中的游离二氧化碳主要以CO₂的形式存在，即此反应可以使水中游离二氧化碳浓度提高，反应方程式为：

HCO₃ ^-+H⁺＝CO₂+H₂O。

碳酸根在水溶液中易形成碳酸氢根离子，因此可用于反应提高水中游离二氧化碳浓度的原理同上。

优选地，游离二氧化碳可以为气态二氧化碳。气态二氧化碳可为成品二氧化碳气体，也可通过二氧化碳发生器产生。

优选地，游离二氧化碳还可以是液态二氧化碳。

优选地，游离二氧化碳还可以是固体二氧化碳(干冰)。

优选地，游离二氧化碳还可以是二氧化碳溶液，即二氧化碳溶解于溶剂水中，以分子形式存在。

优选地，游离二氧化碳是在加压后输送。具体地，通过加压水射器加压后向目标构筑物和/或管网中输送二氧化碳，产生游离二氧化碳。在压力作用下，使二氧化碳尽可能的溶解在水中，然后将富含游离二氧化碳的水输送到目标构筑物和/或管网，提高构筑物水中游离二氧化碳浓度。游离二氧化碳还可以为通过加压水射器加压后将液态二氧化碳向目标构筑物和/或管网中输送，提高目标构筑物和/或管网水中游离二氧化碳浓度。

本发明灭杀供水系统中无脊椎动物时效率高，速度快，通常在投加游离二氧化碳浓度为1.0g/L以上时，常见的无脊椎动物如：摇蚊幼虫、线虫、轮虫、水蚤和红斑顠体虫等可在短时间内被灭活，在5～15秒内即可达到90％以上的灭活率，待投加游离二氧化碳1～5分钟后，可达到100％的灭活率。致死原理为：游离二氧化碳相对于溶液更易与无脊椎动物血红蛋白结合，表现出明显毒性，由此导致无脊椎动物可在数秒或数分钟内死亡。

优选地，本发明进一步包括以水冲的方式去除供水系统中已被灭活的无脊椎动物。也优选地，本发明进一步包括以气水联合冲洗的方式去除供水系统中已被灭活的无脊椎动物。其中气冲强度为30～60m³/h/m²，水冲强度为8～12m³/h/m²，气水联合反冲洗时间为2～6min。

本发明提供的方法可进一步包括将供水系统中的水溶液pH值恢复为中性至弱碱性的步骤。优选地，进一步包括投加稀碱溶液，调节水溶液pH值至7～8。

本发明另一方面提供了一种灭活供水系统中无脊椎动物的方法的应用。该方法可应用于杀灭供水系统中的昆虫幼虫类、线虫类、轮虫类、甲壳类和环节动物类无脊椎动物。

其中，昆虫类幼虫为摇蚊幼虫。线虫类无脊椎动物包括线虫动物门无尾感器纲和尾感器纲无脊椎动物。轮虫类无脊椎动物包括轮虫动物门尾盘纲、单巢纲和双巢纲无脊椎动物。甲壳类无脊椎动物包括甲壳亚门腮足纲、桡足纲、须腮纲、腮尾纲和介形纲等无脊椎动物。优选地，甲壳类无脊椎动物为腮足纲和桡足纲无脊椎动物。更优选地，甲壳类无脊椎动物为腮足纲的水蚤、桡足纲的猛水蚤或桡足纲的剑水蚤。环节动物类无脊椎动物包括环节动物门多毛纲、寡毛纲和蛭纲无脊椎动物。优选地，环节动物类为寡毛纲无脊椎动物。更优选地，环节动物类为寡毛纲的红斑顠体虫。

本发明方法能够有效地灭活供水系统中的无脊椎动物，具有以下优点：

(1)无毒副作用，适用范围广。二氧化碳无色无味，能溶于水，无毒。本发明符合当前绿色无污染的环保理念。

(2)杀灭速度快且灭活率高。本发明利用游离二氧化碳易与无脊椎动物血红蛋白结合可致无脊椎动物缺氧死亡的生物学灭杀途径可克服现有氧化消毒剂难以穿透无脊椎动物(尤其是甲壳类无脊椎动物较厚的)外壳的问题，从而达到所需剂量小，灭杀速度快且灭杀效果强的优势。

(3)本发明系统操作方便，运行费用低，同时还可以与其他水处理工艺进行结合，具有很高的实用性。

附图说明

图1为本发明的方法框架流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

一、灭活供水系统中无脊椎动物的方法

实施例一

如附图1所示，灭活供水系统中无脊椎动物的方法包括以下几个步骤：

步骤(1)：加入游离二氧化碳成分，提高供水系统中游离二氧化碳浓度，降低无脊椎动物血红蛋白的载氧量，进而灭活供水系统中的无脊椎动物

此处具体为：向目标构筑物中投加碳酸氢盐或碳酸盐溶液及稀酸溶液，利用酸碱中和反应产生游离二氧化碳。

按照0.42g/L的比例向目标构筑物中投加碳酸氢钠。通过气冲使碳酸氢钠溶液与滤池滤料充分混合5min。滤池滤料包括活性炭滤料(破碎炭、柱状炭)和石英砂滤料。然后在2min内向该滤池滤料中投入与所投加的碳酸氢钠相同体积的0.005mol/L的稀盐酸溶液。

碳酸氢根与氢离子在相同同摩尔浓度下反应，生成游离二氧化碳和水，其中游离二氧化碳有很少一部分与水反应，溶解在水中的游离二氧化碳主要以CO₂的形式存在，即此反应使水中游离二氧化碳浓度提高。酸碱中和反应可在无脊椎动物体内外形成高浓度游离二氧化碳溶液。

步骤(2)：去除供水系统中已被灭活的无脊椎动物

此处具体为：以气水联合冲洗的方式去除供水系统中已被灭活的无脊椎动物。

待酸碱中和反应进行5min后，通过气水联合反冲洗对目标构筑物中已灭活无脊椎动物进行反冲洗去除。其中气冲强度为54m³/h/m²，水冲强度为10.2m³/h/m²，气水联合反冲洗时间为2min。

步骤(3)：调节供水系统中的水溶液pH值

针对步骤(1)中导致pH下降的问题，可通过向反冲洗过程中投加稀碱溶液，调节滤池滤料间隙中水pH值至7。其中水冲强度为54m³/h/m²，反冲洗加药浓度为0.0025mol/L的OH^-，药反冲洗时间为2min，单独水冲时间为5min。

实施例二

灭活供水系统中无脊椎动物的方法包括以下步骤：

通过游离二氧化碳发生器制得游离气态二氧化碳，向目标构筑物和管网输送游离二氧化碳溶液，通过气冲时游离二氧化碳溶液与滤池中无脊椎动物充分接触。目标构筑物和管网中游离二氧化碳浓度为0.2g/L。

步骤(2)：去除供水系统中已被灭活的无脊椎动物

待反应15min后，通过气水反冲洗去除目标构筑物和管网中已灭活无脊椎动物，气水联合反冲洗4min，气冲强度为54m³/h/m²，水冲强度为10.2m³/h/m²。

实施例三

灭活供水系统中无脊椎动物的方法包括以下步骤：

直接通过加压水射器加压后将成品液态二氧化碳向目标构筑物和管网中输送，提高构筑物水中游离二氧化碳浓度。目标构筑物和管网中游离二氧化碳浓度为1.0g/L。

步骤(2)：去除供水系统中已被灭活的无脊椎动物

待反应1min后，通过进水冲洗去除目标构筑物和管网中已灭活无脊椎动物。

实施例四

灭活供水系统中无脊椎动物的方法包括以下步骤：

直接通过加压水射器加压后将二氧化碳溶液向目标构筑物和管网中输送，提高构筑物水中游离二氧化碳浓度。目标构筑物和管网中游离二氧化碳浓度为1.5g/L。

步骤(2)：去除供水系统中已被灭活的无脊椎动物

待反应5s后，通过进水冲洗去除目标构筑物和管网中已灭活无脊椎动物。

本发明可应用于杀灭供水系统中的摇蚊幼虫、线虫、轮虫、甲壳类生物中的桡足类和腮足类及环节动物类(如寡毛类红斑顠体虫)，绿色无污染，杀灭速度快且灭活率高达90％～100％。

效果实施例

以对甲壳类浮游动物中的剑水蚤的灭活实验、结果数据及统计分析为例，说明方法的可靠性及高效性。剑水蚤属甲壳亚门桡足纲剑水蚤目。

(1)实验流程：

①从水厂活性炭滤池中采用25号浮游生物网富集较多数量的剑水蚤；

②对富集的剑水蚤进行实验室适应性驯化，时间为48h；

③选取大小相当，活动能力强的剑水蚤进行灭活实验，具体方法如下：

采用胶头滴管挑选活泼成体剑水蚤，置于培养皿中，每个培养皿加20只，按药剂浓度梯度设置5个浓度，设置一个空白样，每个浓度设置3个平行；

按摩尔比1∶1，通过碳酸氢钠与稀盐酸中和反应制取二氧化碳溶液，浓度分别为1.2g/L，1.0g/L，0.8g/L，0.6g/L，0.4g/L，按每只剑水蚤2mL二氧化碳溶液进行投加，从投加开始计时，观察剑水蚤活动情况，通过解剖针确认剑水蚤活性。

(2)实验结果与分析

二氧化碳浓度(g/L)	10min灭活率(％)	100％灭活时间
二氧化碳浓度(g/L)	10min灭活率(％)	100％灭活时间	1.2	100	5秒
1.0	100	5min	1.2	100	5秒
1.0	100	5min	0.8	92	15min
0.6	87	30min	0.8	92	15min

对比数据

灭活药剂	药剂浓度	100％灭活时间
灭活药剂	药剂浓度	100％灭活时间	二氧化碳	0.2g/L～1.5g/L	3秒～30min
氯	3.0mg/L	40min	二氧化碳	0.2g/L～1.5g/L	3秒～30min
氯	3.0mg/L	40min	二氧化氯	1.25mg/L	40min
氯氨	2.5mg/L	50～60min	二氧化氯	1.25mg/L	40min
氯氨	2.5mg/L	50～60min	氯化钠	＞10g/L	30min
氨水	＞20mg/L	5min	氯化钠	＞10g/L	30min

药剂使用优劣势分析：

二氧化碳：

(1)二氧化碳是人类所呼吸大气中的主要成分，同时也是水体中常见的溶解性气体，研究者认为健康的饮用水中需要适量的二氧化碳，所以采用二氧化碳灭活无脊椎动物本身就是一种对人体无害的作法；同时二氧化碳不会产生三氯甲烷、溴酸盐等氯化及臭氧化消毒副产物，无副产物隐患，可在保障供水安全的前提下达到灭活效果，通过以上两点分析，可以得出二氧化碳是一种绿色环保且对人体无害的灭活剂。

(2)二氧化碳对供水系统中几乎全部无脊椎动物均有很好的灭活效果，且在浓度适宜的情况下，灭活速度快，在数秒或数十秒内即可达到90％以上甚至100％的灭活率，所以说它是一种适用范围广、灭活效率高的药剂；

(3)使用方便：①由于二氧化碳的绿色无污染且对无脊椎动物灭活快，所需时间短的诸多优势，所以在水处理构筑物中使用方便，以滤池为例：

不需要停止滤池，可在滤池反冲过程中使用，所以不会影响生产；②投加方式多样，可以以气态、液态形式投加，所以容易与供水系统中已有设备配套使用，所以推广应用的潜力大。

氯：灭活时间长，且易产生氯化消毒副产物，对活性炭滤池中活性炭及其上生物膜影响严重。

二氧化氯：灭活时间长，对活性炭滤池中活性炭及其上生物膜影响严重。

氯氨：灭活时间长，对活性炭滤池中活性炭及其上生物膜影响严重。

氯化钠：所需浓度高，灭火时间长，高盐水的处理难度大。

氨水：对pH要求高，在pH为7-8时，灭火时间大大增加，达60min以上；更重要的是氨水具有刺激性气味且残留物去除难度大，不适于给水系统使用。

综上，本发明相对现有技术具有以下优势：利用游离二氧化碳易与无脊椎动物血红蛋白结合，表现出明显毒性，由此导致无脊椎动物可在数秒或数分钟内死亡的原理，提供了灭活供水系统中无脊椎动物的方法及其应用。该方法绿色无污染，杀灭速度快且灭活率高，系统操作方便，运行费用低，同时还可以与其他工艺进行结合，具有很高的实用性。

Claims

1.一种灭活供水系统中无脊椎动物的方法，包括以下步骤，(1)向供水系统加入灭活剂，(2)去除已被灭活的无脊椎动物，其特征在于，所述灭活剂为游离二氧化碳。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述游离二氧化碳浓度为0.2g/L～1.5g/L。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)是投加碳酸氢盐溶液或碳酸盐溶液及稀酸溶液进行酸碱中和反应产生游离二氧化碳。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述投加的量为相同摩尔浓度比的碳酸氢根和氢离子。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述游离二氧化碳为气态二氧化碳。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述游离二氧化碳为液态二氧化碳。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述游离二氧化碳为二氧化碳溶液。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括调节供水系统中的水溶液pH值至7～8。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中是以水冲洗方式或气水联合冲洗方式去除已被灭活的无脊椎动物。

10.如权利要求1所述的方法应用于杀灭供水系统中的昆虫幼虫类、线虫类、轮虫类、甲壳类和环节动物类无脊椎动物。