上海東區(qū)水質(zhì)凈化廠尾水濕地池水質(zhì)與蚊幼孳生分析

陸昕渝 肖冰 黃民生 何巖 李欣然 尹超 冷培恩

摘要：以上海東區(qū)水質(zhì)凈化廠尾水深度處理人工濕地池為例，探究其水質(zhì)等環(huán)境因子與蚊幼孳生的關(guān)系.使用綜合污染指數(shù)（P）法及有機污染指數(shù)（A）法對2017年5月至11月內(nèi)濕地池水質(zhì)進行了評價;使用勺捕法于同期內(nèi)對濕地池中共14個樣點的蚊幼孳生情況進行了監(jiān)測.分析表明：①上海市東區(qū)水質(zhì)凈化廠濕地池水質(zhì)優(yōu)于地表水V類標(biāo)準(zhǔn);②淡色庫蚊蚊幼密度在水質(zhì)綜合污染指數(shù)較高的水中更大，最高可達143.1條/勺;③淡色庫蚊蚊幼密度在5月至8月內(nèi)較高，且隨著溫度的降低而減少;④淡色庫蚊蚊幼密度在可受到陽光直射的區(qū)域顯著小于長期受遮蔽的區(qū)域（p<0.05）;⑤淡色庫蚊蚊幼密度在葉綠素a濃度偏高時較小，過量的浮萍覆蓋可抑制蚊幼孳生.

關(guān)鍵詞：人工濕地：水質(zhì);蚊幼孳生

中圖分類號：x835 文獻標(biāo)志碼：A DoI：10.3969/j.issn.1000-5641.2018.06.015

0引言

人工濕地是一種新型的污水深度處理技術(shù)，具有高效率、低成本等特點被廣泛應(yīng)用于污水廠尾水的處理中.蚊蟲是一種可傳播多種疾病的有害生物.其生命周期的前3個階段均生活在水中.人工濕地由于其特殊的水質(zhì)和植被條件，可為蚊蟲提供潛在的孳生場所

上海東區(qū)水質(zhì)凈化廠（以下簡稱“東廠”）是我國最早建設(shè)的水質(zhì)凈化廠之一.基于對東廠出水水質(zhì)和景觀效果的提升需求，其閑置的輻流式二沉池現(xiàn)改建為人工濕地以用于其二級出水的深度處理.目前，國外對人工濕地內(nèi)蚊蟲孳生的研究較多，而國內(nèi)鮮有報道.本文以東廠兩座人工濕地之一為例，分析其水質(zhì)及其他環(huán)境因素與蚊幼孳生的關(guān)系，以期為污水廠尾水濕地的建設(shè)及控蚊提供參考.

1材料與方法

1.1采樣區(qū)域概況及樣點分布

上海市東區(qū)水質(zhì)凈化廠位于上海市楊浦區(qū)，建成于1926年，經(jīng)五次擴建后其設(shè)計處理能力由最初的6 000 m3/d擴容至最大處理量34 000 m3/d.東區(qū)水質(zhì)凈化廠采用多點進水吸附再生常規(guī)活性污泥法工藝，出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）二級標(biāo)準(zhǔn).本研究對象為其中由二沉池改造而成的尾水深度處理濕地池.原二沉池為輻流式沉淀池，直徑18m，半地下式構(gòu)筑物.

如圖1所示，圓形水池外側(cè)設(shè)雙層環(huán)形槽，其內(nèi)共有3塊水平流潛流式人工濕地（A、B、c）.圓池進水為污水廠二級出水，各濕地單體（見圖2）的過水方式：進水經(jīng)溢流堰進入進水槽，由穿孔花墻均勻布水進入濕地，經(jīng)人工濕地處理后再經(jīng)穿孔花墻流至出水槽，最后通過溢流管排出.由于濕地池進水水質(zhì)較好，因此其水力負荷設(shè)計值為0.4～1.0 m/d，設(shè)計流量為100～250m3/d.濕地內(nèi)種植有紅花檐木、小葉女貞和小葉黃楊等植物.

水質(zhì)監(jiān)測樣點為DC1-10，共10個，蚊幼監(jiān)測樣點較水質(zhì)監(jiān)測增加DC11-14，共計14個.其中，DC 1、2、9、兒和12在走道木橋下方避光處進行水質(zhì)及蚊幼監(jiān)測;DC 3-8在濕地進出水槽內(nèi)進行監(jiān)測;DC10在濕地B通氣管內(nèi)進行監(jiān)測;DC 13、14在雙層環(huán)形水槽內(nèi)隨機進行蚊幼監(jiān)測.DC 11、13和DC 12、14水質(zhì)不另做監(jiān)測，分別以DC 1、2的水質(zhì)作為參考.

1.2水質(zhì)及蚊幼監(jiān)測方法

自2017年5月至2017年11月對東廠水質(zhì)及蚊幼進行監(jiān)測，每月采集水樣一次，監(jiān)測蚊幼兩次，避開暴雨、大風(fēng)等極端天氣.2017年6月下旬的蚊幼監(jiān)測由于連續(xù)強降雨而取消，10月起蚊幼監(jiān)測頻率降為每月一次.現(xiàn)場原位測定樣點水質(zhì)溶解氧值，總氮、氨氮、總磷、5日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和葉綠素a等指標(biāo)的測定于24 h內(nèi)在實驗室完成.具體監(jiān)測設(shè)備及分析方法見表1.

與綜合污染指數(shù)相似，DC4的A值最高且其月問波動較大，最高于7月時達2.97，處于有機污染水平.這可能是由于，7月時天氣炎熱，屬于用水高峰，DC 4最接近進水口，其所受到的沖擊負荷最為明顯，因此表現(xiàn)的水質(zhì)狀況也相對較差.而DC 7的平均A值則僅為-0.034±0.36，相比于DC 4，其位置則最接近于出水口，且水流已經(jīng)過濕地A、B的處理，水質(zhì)狀況良好.總體看來，東廠各點位水質(zhì)有機污染指數(shù)普遍較低，其平均值全部小于1.0，受有機污染程度較小.

2.2濕地蚊幼孳生情況分析

在共計11次蚊幼監(jiān)測中，5-8月的全部7次監(jiān)測呈現(xiàn)陽性，9月起即呈現(xiàn)陰性.在共計14個蚊幼監(jiān)測樣點中，有8個樣點呈現(xiàn)陽性，其中有兩個樣點陽性率較高.

圖4為采樣期內(nèi)陽性月及陽性樣點蚊幼密度時空分布情況.DC 6樣點蚊幼密度明顯高于其他點位，其于5月13日及6月15日采樣時分別達143.1條/勺和80.0條/勺，且在前五次采樣中陽性率全部達到100%（見圖4）.但其蚊幼密度在8月時出現(xiàn)驟降，兩次采集的陽性率亦降至90%和10%.DC 5的蚊幼密度水平僅次于DC6，其最高值同樣出現(xiàn)在5月的兩次采樣中，分別達23.7條/勺和10.5條/勺，且陽性率均為100%.DC 13樣點在5月27日的采樣中，陽性率及蚊幼密度分別達60%和9.3條/勺，而其他陽性樣點（Dc 4、9、11、12、14）雖有采集到少量蚊幼，但其密度均不大于2.3條/勺.

2.3蚊幼孳生與水質(zhì)及其他環(huán)境因子的關(guān)系

東廠濕地池受到的有機污染較少，各點位及月份問A值差異不大，因此選用p值為參考指標(biāo)進行水質(zhì)聚類分析.

圖5為東廠濕地池各月及各點位水質(zhì)綜合污染指數(shù)聚類分析熱圖.從空間分布來看，東廠各點位根據(jù)水質(zhì)可分為三類.第一類為DC 3、4、5、6，其平均P值達1.11±0.59，水質(zhì)狀況相對較差.相應(yīng)的，DC 5、6為蚊幼密度最高的樣點，而DC 3、4的蚊幼監(jiān)測則幾乎呈現(xiàn)陰性.第二類為DC 8、10，其水質(zhì)狀況一般，且蚊幼監(jiān)測全部呈陰性.第三類為DC 1、2、7、9，其水質(zhì)狀況較好，然而，在DC 9及DC兒14共5個樣點中均有監(jiān)測到少量蚊幼.從樣點分布可知，濕地c的2個樣點（Dc 5、6）均監(jiān)測到大量蚊幼，濕地A的2個樣點（Dc 3、4）有少量蚊幼，濕地B的3個樣點（Dc 7、8、10）則全部呈陰性，環(huán)形水槽（Dc 1、2、11-14）和中心水池（Dc9）亦監(jiān)測到有少量蚊幼.一方面，水質(zhì)較差的水體內(nèi)通常含有較高的營養(yǎng)鹽濃度，有利于蚊幼的生長發(fā)育.這與前人研究結(jié)果相符，即蚊幼更偏好于水質(zhì)較差處產(chǎn)卵.但這一結(jié)論并非適用于所有蚊種，Kengne發(fā)現(xiàn)，岡比亞按蚊則更傾向于在清潔水體中產(chǎn)卵.另一方面，光照對蚊幼生長同樣存在影響.結(jié)果顯示，長期受植物等遮蔽區(qū)域的蚊幼密度顯著高于受到陽光直射的區(qū)域（p<0.05）.以濕地c內(nèi)的DC 6為例，其長期被樹蔭遮擋，水面難以被陽光直射，為蚊幼創(chuàng)造了較好的生長環(huán)境;相反的，濕地B內(nèi)的DC 8南側(cè)較為開闊，全天受太陽直射，不利于蚊幼的生長發(fā)育;對于濕地A、環(huán)形水槽和中心水池而言，其雖然會在一段時間內(nèi)受到陽光直射，但其采樣點周邊仍有部分樹蔭遮擋，且諸如DC 9等采樣點位于走道下方，受直射時間較少，因此，存在少量的蚊幼孳生現(xiàn)象亦屬合理.這與Walton的研究相似，其認(rèn)為，在濕地內(nèi)設(shè)置適量的開闊水域有利于控制蚊幼孳生.總體而言，蚊幼密度在水質(zhì)較差及難以受到陽光直射的樣點明顯較高.

從時間分布來看，各月水質(zhì)可分為3類.第一類為9月，其水質(zhì)最好且兩次采樣的蚊幼陽性率均為0.第二類為5月、8月和11月，其水質(zhì)屬于中等水平.其中，5月蚊幼密度最高，8月蚊幼密度極小，而兒月則沒有采集到蚊幼.這是由于，這3個月雖然水質(zhì)情況接近，但溫度差異較大.研究表明，蚊幼數(shù)量會隨水溫的下降而減少月的低溫不利于雌蚊的產(chǎn)卵及蚊幼的生長發(fā)育.第三類為6月、7月和10月，其水質(zhì)狀況相對較差，6、7兩月蚊幼采集均呈現(xiàn)陽性.總體而言，與空間分布類似的是，淡色庫蚊蚊幼偏好于污染程度較高的水體內(nèi)孳生.而在水質(zhì)接近的情況下，其受溫度影響較為明顯，9月起的降溫明顯抑制了蚊幼的孳生.

此外，當(dāng)葉綠素a濃度較高時，蚊幼密度較低.從空間分布來看，以DC 3、4、7、8為例，其綜合污染指數(shù)雖有差異，但葉綠素a濃度均處于較高水平（見圖6），平均達71.61 mg/m3，現(xiàn)場調(diào)研也發(fā)現(xiàn)，這4個樣點水面通常被浮萍所覆蓋，且除DC 4發(fā)現(xiàn)極少蚊幼外，其余3個樣點蚊幼密度全部為0.與之相反的，DC 6的葉綠素a濃度相對較低（15.39±17.76）mg/m3，而其蚊幼密度極高.而從時間分布來看，東廠各點位葉綠素a濃度自9月起開始陡增，現(xiàn)場調(diào)研同樣發(fā)現(xiàn)，秋季時浮萍明顯較多.葉綠素a濃度一方面可表征水中藻類生長狀況，另一方面，由于在其測定過程中包含了水中的浮萍，其也可在一定程度上顯示浮萍的覆蓋情況.蚊幼可以藻類為食源，因此，在一定濃度范圍內(nèi)，葉綠素a濃度的增加有利于蚊幼的生長.然而，當(dāng)由于浮萍的大量繁殖而導(dǎo)致葉綠素a濃度過高時，浮萍在水面的覆蓋會阻礙蚊幼于水氣界面的呼吸作用并不利于雌蚊的產(chǎn)卵選擇，從而抑制了蚊幼的孳生.此外，藻類所釋放的藻毒素也不利于蚊幼的生長發(fā)育.

3結(jié)論與展望

本研究以上海東區(qū)水質(zhì)凈化廠二沉池改造濕地為研究對象，評價并分析了其水質(zhì)與蚊幼密度的關(guān)系.結(jié)果表明：①上海市東區(qū)水質(zhì)凈化廠濕地池水質(zhì)優(yōu)于地表水V類標(biāo)準(zhǔn);②淡色庫蚊蚊幼密度在水質(zhì)綜合污染指數(shù)較高的水中更大，最高可達143.1條/勺;③淡色庫蚊蚊幼密度在5月至8月內(nèi)較高，且隨著溫度的降低而減少;④淡色庫蚊蚊幼密度在可受到陽光直射的區(qū)域顯著小于長期受遮蔽的區(qū)域（p<0.05）;⑤淡色庫蚊蚊幼密度在葉綠素a濃度偏高時較小，過量的浮萍覆蓋可抑制蚊幼孳生.

對于針對污水廠尾水處理的小型濕地建設(shè)，在注重水質(zhì)及景觀提升的同時應(yīng)充分考慮蚊蟲孳生的風(fēng)險及危害.對于水質(zhì)較好的區(qū)域，應(yīng)控制植被密度并設(shè)置較寬的開闊水域;對于水質(zhì)較差且難以被陽光直射的區(qū)域，在保證出水水質(zhì)的同時可不必定期清理浮萍以抑制蚊幼的孳生.