2. 华东师范大学 上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室, 上海 200241;
3. 上海市疾病预防控制中心, 上海 200031
2. Shanghai Key Laboratory for Urban Ecological Processes and Eco-Restoration, East China Normal University, Shanghai 200241, China;
3. Shanghai Municipal Center for Disease Control & Prevention, Shanghai 200031, China
人工湿地是一种新型的污水深度处理技术, 具有高效率、低成本等特点[1], 被广泛应用于污水厂尾水的处理中[2-4].蚊虫是一种可传播多种疾病的有害生物[5], 其生命周期的前3个阶段均生活在水中.人工湿地由于其特殊的水质和植被条件, 可为蚊虫提供潜在的孳生场所[6].
上海东区水质净化厂(以下简称"东厂")是我国最早建设的水质净化厂之一.基于对东厂出水水质和景观效果的提升需求, 其闲置的辐流式二沉池现改建为人工湿地以用于其二级出水的深度处理.目前, 国外对人工湿地内蚊虫孳生的研究较多[6-9], 而国内鲜有报道.本文以东厂两座人工湿地之一为例, 分析其水质及其他环境因素与蚊幼孳生的关系, 以期为污水厂尾水湿地的建设及控蚊提供参考.
1 材料与方法 1.1 采样区域概况及样点分布上海市东区水质净化厂位于上海市杨浦区, 建成于1926年, 经五次扩建后其设计处理能力由最初的6 000 m
如图 1所示, 圆形水池外侧设双层环形槽, 其内共有3块水平流潜流式人工湿地(A、B、C).圆池进水为污水厂二级出水, 各湿地单体(见图 2)的过水方式:进水经溢流堰进入进水槽, 由穿孔花墙均匀布水进入湿地, 经人工湿地处理后再经穿孔花墙流至出水槽, 最后通过溢流管排出.由于湿地池进水水质较好, 因此其水力负荷设计值为0.4~1.0 m/d, 设计流量为100~250 m
水质监测样点为DC 1-10, 共10个, 蚊幼监测样点较水质监测增加DC 11-14, 共计14个.其中, DC 1、2、9、11和12在走道木桥下方避光处进行水质及蚊幼监测; DC 3-8在湿地进出水槽内进行监测; DC 10在湿地B通气管内进行监测; DC 13、14在双层环形水槽内随机进行蚊幼监测. DC 11、13和DC 12、14水质不另做监测, 分别以DC 1、2的水质作为参考.
1.2 水质及蚊幼监测方法自2017年5月至2017年11月对东厂水质及蚊幼进行监测, 每月采集水样一次, 监测蚊幼两次, 避开暴雨、大风等极端天气. 2017年6月下旬的蚊幼监测由于连续强降雨而取消, 10月起蚊幼监测频率降为每月一次.现场原位测定样点水质溶解氧值, 总氮、氨氮、总磷、5日生化需氧量、高锰酸盐指数和叶绿素a等指标的测定于24 h内在实验室完成.具体监测设备及分析方法见表 1.
蚊幼监测采用勺捕法(GB/T 23797-2009)对其进行采集.使用500 mL标准采样勺于各采样点水池内监测蚊幼虫数量并记录阳性勺数.以阳性率(
$ \begin{align} {PR}=\frac{N_p}{N_s}, \;\;{LD}=\frac{N_i}{N_p}, \end{align} $ | (1) |
其中,
将勺捕法获得的蚊幼带回实验室培养以供蚊种鉴别.结果显示, 培养后存活成蚊全部为淡色库蚊.因此, 在本研究中认为, 东厂湿地池优势蚊种为淡色库蚊, 所有监测蚊种归类为淡色库蚊, 以便统计和分析.
1.3 数据分析方法采用综合污染指数(
$ \begin{align} P=\frac{1}{n}\sum\limits_{i=1}^n\frac{C_i}{C_{0i}}, \end{align} $ | (2) |
式中,
$ \begin{align} A=\frac{C_i({\rm BOD})}{C_0({\rm BOD})}+\frac{C_i({\rm COD})}{C_0({\rm COD})}+ \frac{C_i({\rm NH}_3-{\rm N})}{C_0({\rm NH}_3-{\rm N})}-\frac{C_{\mbox{ 饱}}({\rm DO})-C_i({\rm DO})}{C_{\mbox{ 饱}}({\rm DO})-C_0({\rm DO})}, \end{align} $ | (3) |
式中,
公式中的评价标准值采用地表水环境质量标准Ⅴ类值(见表 2).
图 3为各点位水质综合污染指数(
与综合污染指数相似, DC 4的
在共计11次蚊幼监测中, 5-8月的全部7次监测呈现阳性, 9月起即呈现阴性.在共计14个蚊幼监测样点中, 有8个样点呈现阳性, 其中有两个样点阳性率较高.
图 4为采样期内阳性月及阳性样点蚊幼密度时空分布情况. DC 6样点蚊幼密度明显高于其他点位, 其于5月13日及6月15日采样时分别达143.1条/勺和80.0条/勺, 且在前五次采样中阳性率全部达到100%(见图 4).但其蚊幼密度在8月时出现骤降, 两次采集的阳性率亦降至90%和10%. DC 5的蚊幼密度水平仅次于DC 6, 其最高值同样出现在5月的两次采样中, 分别达23.7条/勺和10.5条/勺, 且阳性率均为100%. DC 13样点在5月27日的采样中, 阳性率及蚊幼密度分别达60%和9.3条/勺, 而其他阳性样点(DC 4、9、11、12、14)虽有采集到少量蚊幼, 但其密度均不大于2.3条/勺.
东厂湿地池受到的有机污染较少, 各点位及月份间
图 5为东厂湿地池各月及各点位水质综合污染指数聚类分析热图.从空间分布来看, 东厂各点位根据水质可分为三类.第一类为DC 3、4、5、6, 其平均
从时间分布来看, 各月水质可分为3类.第一类为9月, 其水质最好且两次采样的蚊幼阳性率均为0.第二类为5月、8月和11月, 其水质属于中等水平.其中, 5月蚊幼密度最高, 8月蚊幼密度极小, 而11月则没有采集到蚊幼.这是由于, 这3个月虽然水质情况接近, 但温度差异较大.研究表明, 蚊幼数量会随水温的下降而减少[16], 11月的低温不利于雌蚊的产卵及蚊幼的生长发育.第三类为6月、7月和10月, 其水质状况相对较差, 6、7两月蚊幼采集均呈现阳性.总体而言, 与空间分布类似的是, 淡色库蚊蚊幼偏好于污染程度较高的水体内孳生.而在水质接近的情况下, 其受温度影响较为明显, 9月起的降温明显抑制了蚊幼的孳生.
此外, 当叶绿素a浓度较高时, 蚊幼密度较低.从空间分布来看, 以DC 3、4、7、8为例, 其综合污染指数虽有差异, 但叶绿素a浓度均处于较高水平(见图 6), 平均达71.61 mg/m
本研究以上海东区水质净化厂二沉池改造湿地为研究对象, 评价并分析了其水质与蚊幼密度的关系.结果表明:
①上海市东区水质净化厂湿地池水质优于地表水Ⅴ类标准;
②淡色库蚊蚊幼密度在水质综合污染指数较高的水中更大, 最高可达143.1条/勺; ③淡色库蚊蚊幼密度在5月至8月内较高, 且随着温度的降低而减少;
④淡色库蚊蚊幼密度在可受到阳光直射的区域显著小于长期受遮蔽的区域(
对于针对污水厂尾水处理的小型湿地建设, 在注重水质及景观提升的同时应充分考虑蚊虫孳生的风险及危害.对于水质较好的区域, 应控制植被密度并设置较宽的开阔水域; 对于水质较差且难以被阳光直射的区域, 在保证出水水质的同时可不必定期清理浮萍以抑制蚊幼的孳生.
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