封闭式供水摇蚊污染治理的个案研究（译）

封闭式供水摇蚊污染治理的个案研究

作者：美国印地安那州Notre Dame大学生物科学系 马丁 B. 伯格
译者：赖杰雄（惠州市自来水总公司）　　周　 琼（惠州大学理工学院）

引子: 近年来，广东惠州市区屡有用户投诉饮用水中出现摇蚊幼虫的污染，尤其是在二次供水中出现的污染个案呈上升的趋势；具有独特生理特点及生殖方式的摇蚊幼虫往往通过正常的水处理难以杀灭。为了探讨摇蚊幼虫的治理方法与借鉴国际上的治理经验，特翻译此文，以期抛砖引玉，引起水质界的关注与商榷。

前言

　　摇蚊属于昆虫纲有翅亚纲双翅目摇蚊科。摇蚊污染供水池和泳池（及各类娱乐水域）的突发事件不仅在世界范围内都存在，而且是用户投诉蚊类污染水质的事件中最多的一类。这些突发事件不但干扰人们正常工作和户外消遣，而且使受污染地区产生经济上的负面影响。随着人类对水环境开发利用的深入，这类突发事件极有可能会引起人们越来越多的抱怨。
　　尽管人类对摇蚊的公害已有深入的认识，但对摇蚊幼虫污染水质的相关报道却很少；其中涉及到的一个问题就是市政供水的污染。摇蚊幼虫的污染大多数发生在配备蓄水池的配水系统，因为开放式蓄水池易成为雌性摇蚊产卵的场所。因此, 配水系统结构设计的完善和杀虫剂的使用常作为开放式供水系统杀灭幼虫或减少幼虫数量的手段。然而，封闭式供水系统的幼虫污染则较难治理，由于美国联邦和各州法律都禁止在饮用水中使用杀虫剂, 因此必须采用其他的治理手段。这篇文章阐述了两个关于封闭式供水系统摇蚊幼虫污染治理的研究个案。

个案一

　　个案一涉及到某食品加工厂内的供水系统的污染。该工厂的原水从附近的河流吸取直接泵入可以进行软化和PH值调节的预处理车间（图1）。接着把预处理水泵入沉淀井（澄清井）以除去颗粒状物质。颗粒物去除之后的预处理水成为滤前水而被直接泵上高位蓄水池。在进入食品加工车间之前，滤前水通入一系列活性炭过滤器进行过滤，然后再直接导入冷热水处理系统。最后，加热水与冷却水混入同一管道内以确保产品加工所需的均衡水温。但是有时候，来源于管道中的水垢和其它杂质会混入水中，为防止这些杂质混入产品而影响产品质量, 加工车间内每个出水口都安装了64μm的精细筛网；车间工人因此在筛网上首次发现了摇蚊幼虫。
　　为了确定摇蚊侵入食品加工厂的来源点，以及估计其污染的范围，研究人员在以下地点进行了采样：沉淀井（有机物），高位蓄水池出水口（水样），过滤器（活性炭），加工厂内排水沟（有机沉淀物和水样），厂内配水系统（水样）（图1）。利用Ekman采样网收集到的沉淀物样品被带回实验室，在10倍放大率的解剖显微镜下进行检测；与高位蓄水池相通的每个消防栓出水口处都安装了64μm的精细筛网，以三个10分钟作为一个周期来收集水样中的幼虫；对已安装64μm的精细筛网的厂内配水系统的不同出水口，进行持续7天的采样以收集幼虫；经收集后的滤池里的活性炭样品和排水沟的有机沉淀物样品，置于白色瓷盘中以检查是否有摇蚊幼虫；虽然在加工车间内未能发现摇蚊成虫，但是可从进气孔的过滤器中检查有无成虫。同时对附近河流也进行采样，以确定聚集的摇蚊幼虫的种类和数量。
　　研究人员在厂内的配水系统中收集到三种摇蚊幼虫，其中Dicrotendipes neomodestus （Malloch）占所收集到的幼虫总数的98％， Phaenopsectra obediens （Johannsen）和 Eukiefferiella devonica Edwards sp.gr. 则占余下的2％。在收集到的邻近河流底部的样品中都发现了这三种幼虫，并以 D.neomodestus占绝大多数。因此可以推断，这条河流既是厂内水处理系统摇蚊幼虫污染的直接来源（通过水处理），也是间接来源（通过侵入高位蓄水池的成虫产卵）。因为除了配水系统之外，其余的采样点都没有发现摇蚊幼虫，所以在水处理系统中摇蚊侵入的方式和地点还不能确定。

图1. 食品加工厂内水处理工艺流程

　　为了能在水处理系统中直接杀灭摇蚊幼虫，研究人员尝试了一系列的治理方案。第一种治理方案就是利用49℃的水反冲洗冷水处理系统（不包括制冷单元）12个小时。实验表明：温度超过40℃就可以杀灭所有侵入系统的三种摇蚊。在反冲洗后两天内，没有发现幼虫被截留在筛网袋内。然而，在紧跟着的三天内，筛网袋内幼虫的数量恢复到反冲洗前的水平。反冲洗效果不理想，这很可能是配水系统管网面积过大的缘故，因而可以推断，如此大面积的管网并非都能够充盈49℃的反冲洗水。为确保所有管网都能被彻底反冲洗, 研究人员沿配水管网的不同部位安装了可检测水温的电热调节器，然后对整个配水系统再进行反冲洗。检测结果表明，配水系统的某些部位仅有30℃, 如此低的温度当然不足以使幼虫致命了。
　　有鉴于此，第二套治理方案就尝试利用89℃水进行反冲洗，以确保整个配水系统的水温都超过 40℃——这是幼虫的致命温度。在反冲洗期间, 电热调节器数字显示表明，系统的最低水温达到 55℃, 这个温度足以杀死所有幼虫。因此，在反冲洗后大约一个星期内，幼虫数量明显减少了。然而在紧跟着的两个星期内，幼虫数量又恢复到反冲洗前的水平。第二套方案的治理效果表明，配水系统的某个部位无疑充当了摇蚊的避难所。
　　配水系统的设计结构经清查之后显示，的确存在不能达到相应水温的部位。这个部位就是制冷单元内的大水箱，它是冷水处理系统的蓄水池。于是，第三次方案就利用 89℃水反冲洗包括制冷单元在内的整个系统，这次治理终于在整个水处理系统中彻底杀死所有的幼虫。每个月都利用89℃水进行一次反冲洗，使整个供水系统在一年多的时间里再没有出现摇蚊的污染。

个案二

　　美国印第安那州Lowell城的市政供水的污染就是第二个个案。该城的饮用水源来自地下水。地下水由一系列的水井直接泵入水处理厂进行处理。抽上来的水经过曝气和投氯消毒，然后泵入高位蓄水池（水塔），最后进入用户管网（图2）。
　　几宗用户的投诉使人注意到，饮用水中出现了摇蚊幼虫的污染。为了确定污染范围，研究人员利用 64μm的精细筛网从抽取的地下水、管网水和消防用水中进行取样以收集幼虫。地下水中并没有发现幼虫，但是，在管网水中收集到了大量幼虫。经鉴定，从管网水中收集到的幼虫都是Paratanytarsus grimmii （Schneider） 的幼虫。

图2. 印地安那州Lowell城市政供水流程

　　第一种治理尝试是打开消防栓，以期用高速水流尽可能冲刷掉管网内的幼虫。每5分钟的冲洗周期平均可收集到125个幼虫。但是，冲洗管网的尝试不但不能减少幼虫的数量，反而使用户的投诉增加了。
　　由于地下水中没有发现幼虫，因此可以断言，水塔顶部的通气孔是摇蚊唯一的侵入点。于是决定采取第二种治理尝试：先排空水塔内的蓄水，用64μm的精细筛网封住通气孔以防止摇蚊进入, 然后用 50℃的加压水清洗水塔。在清洗之前，研究人员在蓄水塔内壁和水塔内中央竖管附近的沉积物都发现了摇蚊成虫和幼虫。在水塔内发现的摇蚊都是P.grimmii，并且所有的成虫、蛹和幼虫都是雌性的。
　　P.grimmii生命周期中的生殖方式与产卵行为使得封闭式水处理系统的摇蚊污染难以治理。P.grimmii 的孤雌生殖方式（即昆虫的卵不经过受精就能发育成新个体的生殖方式）使得任何希望通过干扰其交配行为来达到治理的尝试都无功而返。另外, P.grimmii的孤雌生殖方式是一种变异的幼体生殖方式，即由蜕裂的成虫在蛹蜕内产卵，这有异于由母幼虫直接产生子幼虫的正常的幼体生殖方式（幼体生殖：昆虫在处于幼虫期就能生殖；凡进行幼体生殖的昆虫，产出的都不是卵，而是幼虫。）。由于生命周期中不存在羽化阶段，因此，若希望通过干扰其羽化行为来达到杀灭目的的尝试同样是无法奏效的。由于无法干扰 P.grimmii的交配或羽化行为， 因此，笔者决定尝试通过破坏 P.grimmii 的进食方式来治理这种摇蚊。
　　P.grimmii在配水系统内的食物结构可以通过 DAPI（4‘6-二氨基-2-苯基吲哚）来鉴定, DAPI是一种可对特定性DNA（脱氧核糖核酸）显色的荧光显色剂。由于不同物质通过DAPI可以显示出特异的颜色，因此，它可以鉴定出 P.grimmii.体内的食物结构。
　　通过 DAPI显示出的微弱荧光斑（以下戏称其为“幽灵”），可以鉴定出 P.grimmii是以死细菌为主食。从配水系统收集到的水样中也可以发现这些“幽灵”的存在，因此, P.grimmii的进食方式可能是滤食水流中的死亡细菌。这些死细菌的来源虽不能确定, 但它们可能是由于曝气和PH值升高而被杀死的硫细菌和铁细菌。
　　第一种尝试方案是利用被称之为B.t.i.的生物试剂来治理P.grimmii ，B.t.i.（Bacillus thuringiensis var. Israelensis——苏云金芽孢杆菌的以色列变种）是一种有效地杀灭蚊蝇等水生昆虫的生物试剂。通常, 能杀死蚊蝇的B.t.i. 浓度对摇蚊无毒。但当 B.t.i.浓度是杀蚊浓度的5～10倍时，则可对摇蚊的滤食方式产生干扰。与之相关的实验研究证明，5ppm 的B.t.i.在48小时内使摇蚊死亡率达到25％, 而 10ppm的浓度, 可使死亡率在48小时内达到100％ 。由于10ppm的 B.t.i.能够有效地杀死P.grimmii，所以笔者向印地安那州政府提交了在 Lowell城水处理系统中添加 B.t.i.试剂的建议提案。但是，笔者的提案被州政府否决了，首先是因为B.t.i.尚未被批准应用在饮用水中，其次是因为在相关法规上，B.t.i.易与化学杀虫剂混为一谈。因此, 笔者试图寻找一种既可以作为饮用水的添加剂又可以杀死摇蚊的替代物。
　　这种替代物就是 Calgon公司研制开发出的被称之为 Catfloc 的食品级的聚合物，它已被成功地应用于杀灭 Laurentian 湖的斑纹贝类。这种聚合物不仅可以干扰斑纹贝类的呼吸作用，而且能够阻碍它们的滤食方式。因此, 这种聚合物可以在 Lowell城供水系统P.grimmii污染的治理中一展身手。
　　利用Catfloc治理 P.grimmii的有效性的研究正在进行当中。初步的结果显示，12ppm的 Catfloc对摇蚊产生非常低的急毒性，但经长期测试的效果表明，近似浓度的该聚合物能导致摇蚊高的死亡率。

结论

　　因蚊类引起的公害事件是发生最多的，而摇蚊在饮用水中的污染其实也很普遍。为了评估美国饮用水中摇蚊污染现状, 美国水协向各州饮用水管理机构分派了有关的调查表，由调查表结果结合蚊类公害的相关报道来评估美国饮用水的摇蚊污染现状。
　　调查结果显示，美国有12个州报道了蚊类的公害事件，其中有6个州还存在摇蚊污染饮用水的问题； 另外有9个州则没有这方面的报道。由此可见，美国30％的州（15个州）都存在摇蚊污染饮用水的问题。摇蚊污染饮用水的发生率虽是如此之高，但令人奇怪的是，这种污染的相关报道却不是那么普遍，这也许是摇蚊幼虫在水中的密度太低不足以引起用户抱怨的缘故。但是有时候，当幼虫的密度达到一定的水平时，就足以引起用户的注意了。
　　大多数的污染个案都发生在摇蚊易侵入的开放式蓄水池。安装在蓄水池出水口的过滤器或微滤器能够防止摇蚊幼虫侵入封闭式的配水系统。虽然化学杀虫剂和其他的治理方法没有被推荐应用于饮用水中，但是这类方法却可以简而易行地应用于开放式的蓄水池。配水系统设计结构的完善已应用于摇蚊污染的治理。研究人员Bay在华盛顿州 Tacoma的近期（1993年）研究证实，以封闭式的高位蓄水池替代开放式的蓄水池能够减少摇蚊污染的发生率。
　　在封闭式配水系统内长期性的摇蚊污染是更难以治理的，并且鲜有报道。个案一的食品加工厂的反冲洗治理措施是一种可行的办法，但是这种方法通常局限于较小的和易操控的供水系统。
　　而最难以治理的莫过于能在大型配水系统中完成其生命周期的这一类摇蚊的污染，营孤雌生殖的摇蚊就是一个典型。由孤雌生殖的 P.grimmii引起的污染并非只局限于Lowell城的供水系统。在美国加利福尼亚、英格兰、德国的配水系统中，估计是由P.grimmii引起的类似污染事件都已有过报道。各种各样的治理措施都被人们尝试用于杀灭这种摇蚊，而提高PH值、投氯或者安装微滤器等常规治理措施不是收效甚微就是徒劳无功。在供水系统中添加除虫菊酯杀虫剂，或者在冬天由于偶然性的原因形成水凝固的个案就成为极个别成功杀灭P.grimmii的例子。
　　在美国，由于不允许在配水系统中使用杀虫剂，因此能够在封闭式供水中杀灭摇蚊的替代物就很少了。通过干扰进食方式以杀灭摇蚊的方法研究显示，这种方法对其它水环境的摇蚊污染也会有治理成效。如果食品级聚合物 Catfloc 或其它类似的物质在Lowell城配水系统中能有效地治理摇蚊污染，那么它的用途会被扩展到其它的污染水环境。这种方法将有效地降低由于利用杀虫剂和其它化学试剂杀灭水环境中的摇蚊而产生的对人体潜在的危害。（完）

（衷心感谢中国科学院武汉水生生物研究所陈浩峰博士提供原稿！）

（衷心感谢南京医科大学皮肤性病学专业雷铁池博士对译稿自始至终的诚挚关怀与鼎力相助！）