1.2水体中剑水蚤问题的提出
浮游动物是水体食物链中的一环，在水域生态系统中具有重要作用。浮游动物个体较小，数量较多，代谢活动旺盛;既能以浮游植物、细菌、碎屑为食，又是鱼类等其他水生动物的食物。其中，剑水蚤类浮游动物是世界范围内淡水水体中浮游动物群落的优势类群之一，它们多以藻类为食，其本身却是浮游动物食性鱼类的主要食物，因此是水体中能量流动的重要环节。
随着近年来水源污染的日益加剧，水体富营养化现象日益广泛，当处于水体中某一营养级上的物种由于外界环境的影响出现异常时，就有可能使得水体中的食物链乃至食物网遭到破坏，进而打破水体中原有的生态平衡。由于外界营养物质如氮、磷的大量输入，引起了水体富营养化导致藻类的大量繁殖，藻类的大量繁殖为水体中的浮游动物提供了丰富的饵料，使得它们的摄食竞争压力大大降低，为其生存和发展提供了更为广阔的空间，这就有可能使得某一种或某几种适十富营养化生存的浮游动物在数量上得到迅猛的发展。另一方面，在我国的许多水库、湖泊中，因人为的捕鱼影响使得许多水体中出现了贫鱼、无鱼的情况。由于捕食关系的影响，浮游动物的生存压力得到了极大的缓解，脱离了上级捕食者的制约在下级营养物质充足的条件下势必造成其大量繁殖，其中剑水蚤类适于富营养化生存的浮游动物的过量繁殖较为典型。据调查表明，在我国大多数湖泊水库等水源水中，浮游动物基本上以剑水蚤类为优势种群。
近年来，以剑水蚤为代表的水蚤类浮游动物已在许多城市水源特别是水库、湖泊类水源水中出现。哈尔滨、天津、石家庄、大庆及南方一些城市水厂的清水池乃至管网中都曾发现过剑水蚤。剑水蚤类浮游动物具有很强的游动性，容易穿透滤池进入管网，给用户带来不良的感官影响;它还具有较强的抗氧化性，常规水处理的消毒工艺难以将其杀火。剑水蚤是诸如血吸虫、线虫等水中致病生物的中间宿主，从而成为传播疾病的重要媒介，给饮用水安全性带来潜在威胁。
综上，剑水蚤在饮用水源中出现并大量孽生直接关系到供水的安全性，所以保障饮用水质，寻求一种安全、有效、方便、经济的剑水蚤去除方法，是亟待解决的问题。
1.3剑水蚤的生物学特性 1.3.1剑水蚤的一般生物特性
剑水蚤（Cyclops），无脊椎动物，节肢动物门，甲壳纲，挠足业纲，剑水蚤目。体长为0.30-3.OOmm，躯体横断面直径一般小于2mm，肉眼勉强可见。呈圆锥形，但背面微隆起，腹面较平。体节明显。身体可分为头胸部和腹部两部分。头胸部较大，呈卵圆形，背部前方有1个眼点。触角2对，第1对触角较短，圆柱形，可用以游泳。雄虫的第1对触角弯曲成抱握肢。胸肢，又称游泳肢，5对，前4对双枝型，上有多数刚毛，第5对退化为短小的单肢。腹部细长，呈圆柱形，2个尾叉各有1簇尾毛。用体表呼吸，血液靠体内肠的蠕动}fit流动。无鳃和心脏。雌体所产的卵，藏于卵囊中，卵囊常挂附在腹部两侧。成体剑水蚤体形如图1-1所示:Ca为雄体，b为雌体)。
剑水蚤类甲壳动物具有坚硬的体壁，其体表有一层角质膜，是一种外骨骼。一般可分为三层:上角膜(上表皮)、外角膜(外表层)和内表膜(内表层)。而内角膜又可以分为两层:钙化层和非钙化层。它们具有如此坚硬而较厚的外表面，对水体中不良的外界环境具有较强的抵抗能力。同时在水处理消毒过程中，体表甲壳对剑水蚤的保护能力是水体中低等生物如细菌的细胞壁或病毒的衣壳所不能达到的，这也成为剑水蚤难以被一些氧化剂氧化火活的重要原因之一。另一方面，剑水蚤在水体中的运动方式常为急剧的跳跃或作间断的游动，游动时速度较快，在水体中的游动性较强，可能这正是其能够穿透滤池的一个重要原因。
剑水蚤在全球分布极为广泛，是淡水水域中的挠足类代表浮游动物。在各种不同类型的水域中像海洋、水库、湖泊、池塘、河流中都有它们的分布。剑水蚤食性复杂、能适应多种生存环境。我国现有的种类中有17个世界种，16个北古界种，30个东洋界种。按其对温度的适应范围可分为广温性和狭温性两种:
(1)广温性的种类对水温变动的适应范围较广，有许多世界性分布的广温性种类终年可见，其代表有广布中剑水蚤、近邻剑水蚤、毛饰拟剑水蚤，这类剑水蚤在春、秋两季较多;
(2)狭温性种类又可分为嗜寒性和嗜暖性两类。嗜寒性狭温种大体相当于北方种或仅在冬季出现的种类如穴居真剑水蚤;而嗜暖性狭温种大体相当于南方种或仅在温暖季节出现的种类如常见近剑水蚤、沙居剑水蚤。
按其食性可分为滤食型、掠食型和从底层表面刮食型三大类，有的种类兼有过滤悬浮颗粒和主动掠食的能力称之为混合型:
(1)滤食型剑水蚤多为植食性动物，主要靠过滤水体中的藻类、细菌、原生动物以及有机碎屑等悬浮颗粒为食，其代表种类有锯缘真剑水蚤、长尾真剑水蚤;
(2)掠食型剑水蚤多为肉食性动物，以水蚯蚓、枝角类以及其他挠足类为食。它们肠道中的内含物中动物性食料超过70%,且大部分植食性食料是从被吃过的植食性动物中分离出来的。这类剑水蚤有近邻剑水蚤、白色大剑水蚤、广布中剑水蚤。杨宇峰等在近邻剑水蚤对浮游动物的摄食一文中就表述了，近邻剑水蚤能捕获和摄食实验所提供的所有浮游动物，尤其喜食小型浮游动物;
(3)其他的剑水蚤如闻名大剑水蚤取食碎屑和动物尸体属于刮食型，这类剑水蚤多沿水域底层爬行取食。双色小剑水蚤、大尾真剑水蚤的食性是混合型的，它们取食藻类、原生动物、轮虫和动物尸体。
此外，还有按剑水蚤栖息地不同进行分类的。可以说剑水蚤是一类分布地域广泛、食性复杂、能适应多种生存环境的甲壳型挠足类浮游动物，正因为其分布的广谱性使之成为水源中浮游动物的代表。
同其它挠足类一样，剑水蚤一般进行两性生殖。雄体把精荚粘在雌体的纳精孔，然后进行受精。卵受精后立即开始胚胎发育，完成胚胎发育所需时间，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。幼体从卵孵化出后，尚需经过相当复杂的发育过程，一般要经过6个无节幼体和5-6个挠足幼体期才发育为成体。且在发育期受温度影响很大。剑水蚤还可以通过体眠来渡过干旱、冰冻等各种不良环境。挠足类卵、幼体和成体都有体眠的现象，这分别相当十其他动物的滞育和蛰伏。如常见的剑水蚤、真剑水蚤、中剑水蚤、大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。在不良环境中，有的种类还能产生体眠卵。如近邻剑水蚤有夏季高温期的以体眠卵或挠足幼体体眠或滞育过程，冬季又有滞育阶段。体眠的个体一般有选择性地在一个范围内成块状分布。正因为剑水蚤有体眠的特性，所以其在水环境中具有较强的生命力和适应性。
剑水蚤中的许多种类是绦虫、吸虫和线虫的宿主。诸如阔节裂头绦虫、孟氏旋宫绦虫、舌形绦虫和蟒沟槽绦虫等体内寄生蠕虫的第一中间宿主都是剑水蚤，如锯缘真剑水蚤、广布中剑水蚤、英勇剑水蚤等。此外，剑水蚤还可以被一些原生动物和其他生物所寄生，但在无节幼体和幼体期没有发现。
1.3.2环境因子对剑水蚤的影响
剑水蚤对温度比较敏感，其地理分布和生存条件较其他浮游动物显著。温度对剑水蚤的胚胎及胎后发育有显著影响。剑水蚤的发育一般要经过卵、无节幼体、挠足幼体和成体几个阶段。一般来说，温度与各阶段的发育时间呈负相关性，温度越低发育时间越长，个体较大;温度越高，发育时间越短，个体越小。在6.5 -20 度范围内，无节幼体，挠足的发育速度随温度升高而加快，但当温度升高到25 度时，其发育速度反而减慢。例如近邻剑水蚤完成一个世代(从卵到成体产出第一对卵)的时间，在6.5 度时为64.3天;而在20 度时，则仅需要20.2天。此外，同一地区的剑水蚤体长冬季大于夏季，如在广东的鉴江口广布中剑水蚤雌体平均体长夏季和冬季分别为1.23mm和1.06mm。同种剑水蚤分布在北方的个体有时较分布在南方的长大，白色大剑水蚤雌体长度，在新疆为1.70-1.87mm, 而在江苏的仅为1.28mm 。
光线对剑水蚤的影响，主要表现在垂直分布和昼夜垂直分布两方面。剑水蚤的趋光性随种类而异，一般生活于有光线场所的敞水带种类表现得极为明显。
如中剑水蚤夜间在最表层，而白天的分布主要取决于水体的透明度(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)。另外，剑水蚤的趋光性可受水中某些化学因子的制约，如水中有游离二氧化碳，趋光性可由正转变为负;同时，还和表层水温、食料等条件有关。另据研究表明，剑水蚤的挠足幼体垂直迁移能力较成体弱，而无节幼体几乎无垂直迁移的能力。
pH值对剑水蚤的影响可以是直接的，也可是间接的。按对pH值的适应范围，可分为三类:广化类、酸性水类和中性一碱性水类。广化类中主要是一些广生境的种类，它们在酸、中、碱性的环境中都能正常繁殖，如绿色近剑水蚤、白色大剑水蚤、毛饰拟剑水蚤等。酸性水类的最适生存条件为强酸性环境，如Acanthocyclops和Ananus生活于pH值3-5的水域中。广布中剑水蚤的适宜pH值为6.5一8，属于中性一碱性水的类群。不少种类偏重于碱性水，如等刺剑水蚤适于在高氯度的碱性水中pH值7.29.6，透明温剑水蚤pH值7.2-8.6，咸水北镖水蚤pH值9.0-9.3，新月北镖水蚤pH值7.0-10，西藏指镖水蚤pH值10。
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，因此这两个因素同时作用于有机体。有研究表明，水中游离二氧化碳对剑水蚤有毒害作用，水中过量的二氧化碳会致使剑水蚤成体和幼体均出现死亡现象。有关试验表明，硅藻的次级代谢产物或其本身的营养缺陷能对挠足类的生长、生殖和发育造成危害，包括幼体死亡率和坏卵率升高，产卵率和生长率降低等。但在自然条件下挠足类会选择多样性的食物来适应环境的变化，从而保证了种群的延续。当某些环境因子发生变化导致外界环境恶化时，剑水蚤可以利用体眠这一生理特性来达到生存的目的。如近邻剑水蚤夏季滞育是对鱼类捕食的适应，冬季滞育是对低溶氧的适应，而温剑水蚤冬季挠足幼体的滞育是对低温的适应。此外，水体含盐量和矿化度等都会影响剑水蚤的生存状况。例如，大型蚤的耐盐上限为1.32%。
1.4剑水蚤问题的研究现状
对剑水蚤的最早研究始于18世纪，米勒(Muller)于1776年首先创用了剑水蚤（Cyclops)这个词，至今已有200多年的历史。在此后的漫长时间里，剑水蚤类浮游动物的长期生态学研究在世界各地相继开展，大量有价值的研究成果被发表，在剑水蚤类浮游动物的系统分类、形态图谱、生活习性、地理分布、消长规律及发育繁殖等方面都取得了令人瞩目的成绩。本世纪以来，国内外的水生生物学家一直都把水体中浮游动物种类组成及其动态变化作为重要研究内容。目前，从水处理的角度对剑水蚤类浮游动物进行控制的研究也已有了一定的进展。以下主要从生态学、水处理工程实践和化学氧化法火活两方面来论述剑水蚤类浮游动物去除技术的研究进展。
1.4.1生态学方面
各国水生物学家对剑水蚤的研究大多集中于生态学方面。最早，世界各国的水生生物学工作者们围绕着剑水蚤的系统分类、形态图谱、生活习性、地理分布、消长规律及发育繁殖等生态学方面开展了长期的全面研究，大量有价值的研究成果被发表，取得了令人瞩目的成绩。
在上个世纪，国内外的水生生物学家一直都把水体中浮游动物种类组成及其动态变化作为重要研究内容。Juday曾报道过Wisconsin州4个湖泊中浮游甲壳动物的种类组成和数量变化。
Edmondonson和Litt也以美国西雅图华盛顿湖为研究基地对蚤类的数量动态进行了深入研究，详细阐述了蚤类的变化与营养类型变迁之间的关系。我国刘健康、黄祥飞通过长期的检测和系统研究，对东湖浮游动物群落的演替同水体富营养化的关系、温度、食物等环境因子对浮游动物的影响以及鱼类脊椎动物和无脊椎动物的捕食对浮游动物的影响等一系列的问题作出了详细的论述。赵文等人在1996年通过对三北地区内陆盐水的研究，探讨了内陆盐水浮游动物的种类组成、分布和盐度耐性以及种类多样性等问题。通过对大连湾挠足类分布与浮游植物关系的研究，王真良发现浮游植物的分布直接影响浮游动物的分布，小型挠足类的数量在污染严重的区域内相当可观，而某些剑水蚤对特定的污染物极其敏感，可作为测定水体污染的指示生物。
文献表明在水域生态系统和环境保护等方面剑水蚤也有着重要的作用。它是水域食物链中的一环，在水生态系统的结构和功能中发挥重要的调节作用。剑水蚤通过捕食作用可控制浮游植物的数量;同时作为鱼类等高层营养者的饵料，其数量变化可以直接影响鱼类等的资源量，因此对剑水蚤的研究对了解整个生态系统具有较高的价值。
1.4.2水处理工程实践方面
目前，国内外学者对饮用水处理中的剑水蚤问题给予了重视，通过改善水处理工艺控制饮用水中剑水蚤类浮游动物也有了一定的进展。
国外的一些水厂，如阿根廷罗萨里奥市Potabillisation水厂，通过澄清及过滤工艺去除浮游生物的试验[fill，结果证明，常规的水处理工艺不能彻底地去除水中的浮游生物，许多生物具有很强的穿透滤料的能力，该厂的试验结果还揭示了滤速对生物去除作用的影响范围。实践证明，氯化氧化及砂滤工艺不能彻底的对有耐药性的物种数量进行去除。在印度
拉贾斯坦邦农村，人们已认识到剑水蚤是致病寄生虫的寄主，研究出了一种有效的去除井水中剑水蚤的水过滤器，但这只对小水量能起到一定作用。
在美国纽约Ivry水厂重建中，还对慢速砂滤工艺进行了改进。采用慢速砂滤通过一个0.6-1.0 m厚的砂滤床来过滤水体，几天后，在过滤介质的顶层形成了一个由藻类、细菌及浮游动物组成的复杂生物群落，可完成生物过滤功能。 通过一个过滤前的分级预处理工艺可以提高生物过滤的性能。通过对原水超过15天的储存、沉淀或滤料的截除或絮凝、沉淀作用，出水浊度可以保持在较低的水平。生物过滤过程虽能够澄清水体并去除有机的和矿物质带来的微污染，但对过度繁殖的藻类及蚤类去除却存在困难，易发生滤池堵塞之类的事故。
针对大型水厂，科研人员认为在絮凝和过滤过程中，在饮用水中不应存在的浮游动物的去除取决于物种的形状、大小及其运动性。一些国家的科研人员也提出过去除浮游动物的可能方法，如德国西柏林Wahnbachta l-sperrenverband净水厂从对浮游动物的生理及其在水中出现特性的调查得出了结论，最适宜的去除浮游动物的方法是:W)降低滤料的粒径(
我国对水处理领域中的剑水蚤问题已有比较系统的研究和应用。大庆市中引水厂采用预投二氧化氯来强化常规处理工艺去除剑水蚤，投量为2.Omg/L时，过滤后未检出剑水蚤。2004年春季石家庄市地表水厂出现剑水蚤，滤池反冲洗水中剑水蚤活体约150个/L，未反冲洗的滤池中，接近滤砂表面的水中活体大约为50个/L。采取了两项措施，一是排掉回流水，即滤池运行48 h进行反冲洗，及时排掉反冲洗回流水;二是提高投氯量。
1.4.3化学氧化灭活方面
剑水蚤具有游动性，其活体较难在水处理中去除。因此，利用化学氧化法杀灭剑水蚤类浮游动物，将其火活，是国内外普遍采取的除蚤措施。
有关学者已对液氯、二氧化氯、氯胺、O3/H202联合等氧化剂对剑水蚤的去除效果进行了试验。安东等在生产性试验中采用C102代替Cl2作为预氧化药剂进行预处理，有效地控制了水蚤类浮游动物的孽生，进而对饮用水副产物情况进行了评价。与原水相比，预投加C102水样中有机物的种类降低了42.3%，而预投加C12的水样则升高了7%;预投加C102水样的有机物浓度也少于预投C12的水样和原水水样，并且不含有二氯甲烷和酚、醛类等重点控制的有机污染物质;采用C102作为预氧化剂可有效减少致突变物质浓度。试验证明，预投C102较低的药量（1.Omg/L)就可达到100%的灭活率，且灭活效果受水体pH值、有机物浓度的影响较小;二氧化氯与混凝、沉淀、过滤等工艺相结合，可使剑水蚤完全去除。另有研究者认为投加有效氯3.Omg/L,氯和氨投加比例3: 1为氯胺法灭活水蚤的较理想方法。科研人员对美国lowland river河水的处理中所采用的氯氨与自由氯的相对处理效率进行过研究，考虑了这些化学物质在三卤甲烷的形成、水体消毒、浮游动物的去除中的作用，发现氯氨可以降低三卤甲烷的生成量，而且不影响水体的消毒。与自由氯相比较，氯氨对挠足类(剑水蚤)的去除更为有效，而对枝角类(象鼻虫和憎水蚤)的去除效果差一些。O3/H202杀蚤效果也比较明显。此外还发现紫外线照射技术具有较高的灭活率，但紫外线照射效果受水质等外界条件以及照射光穿透水层能力的限制较大，建议将紫外线照射技术与其他氧化剂配合使用，具体方法还需进一步研究。
一般来讲，作为一种合适的火活蚤类的氧化剂应具备如下条件:①氧化能力强，
灭活效率高，所需投量低，毒副作用小;②使用安全、方便、经济性好。
结合目前的研究现状，对常见氧化剂去除剑水蚤的效果进行比较分析，如表2-1所示。 1.4.4其他除蚤方法
在尼日利亚西部几内亚蠕虫病发区，人们为控制几内亚蠕虫的中间寄主剑水蚤，运用了不同的方法组合:使用Tenephos，一种有机磷化合物来杀死剑水蚤，并使用织物类过滤器来去除剑水蚤，同时利用对人们进行安全教育来减少饮用水源的污染。
有人提出，使用气浮去除浮游动物非常有效，且在对与水重量大体相当的憎水颗粒的分离中气浮优于过滤。西德希博格的水厂还认为超声波技术(作用时间几分钟)杀灭去除蚤类方面也是可取的。也有研究人员认为采用膜法除能去除水中嗅味、色度、氧化副产物前体及其它有机物和微生物外，应该能有效去除水中蚤类浮游动物。但在进行膜处理之前必须对原水进行严格的各种预处理和常规处理，其投资和运行费用很高。
综上，对水处理领域中剑水蚤问题的研究，主要集中在水处理工程实践和化学氧化杀蚤方面，对预氧化与常规净水工艺协同去除剑水蚤方面研究较少。
预氧化可以大大降低剑水蚤的活性，与混凝沉淀过滤等净水工艺结合，可以充分发挥其协同作用，除蚤效果可能好于单独调整某一方面。
