CN101955291A - 基于生物操纵理论的湖泊污染治理技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开放性水域污染的治理方法，尤其是基于生物操纵理论的湖泊污染治理技术。选定治理目标水域，先监测目标水域水质变化，将浓度为2～5ppm的标准Rhp菌种先放大扩繁，驯化、分离、筛选出满足治理要求的Rhp工程菌株，并以此进行规模化生产，满足目标水域治理需求。然后，根据治理目标水域，按照地表水环境质量标准进行本底值监测，连续定期以1～3ppm浓度将规模化生产的制剂Rhp工程菌株，均匀投放到目标水体。利用该方法可有效治理开放性水域的污染，蓝藻的爆发既得到控制，又得到治理。
Description
技术领域
本发明涉及一种开放性水域污染的治理方法，尤其是基于生物操纵理论的湖泊污染治理技术。
背景技术
由于人口的剧增和人类不恰当、不合理的活动，大量未经处理的人、禽、畜粪便和生活污水、工业废水等肆意排入开放性水域，大大超过了江河湖海天然的自我修复、自我净化的能力。当污染超过一定的限度后，绝大多数耐污能力较差的藻类纷纷消亡，但微囊藻、水华束丝藻和鱼腥藻利用自身对高浓度污染的耐受能力和适宜的水温开始疯长并很快形成优势种群，继而爆发，在湖泊中形成“水华”并肆虐为害。
在一些较小的水面，人们尝试用化学灭藻剂来控制蓝藻的爆发而取得短时效果，但由于没有削减水体中“营养”的绝对数量，一旦药效过去，蓝藻又将发作。治标未治本，还有二次污染的风险。
目前对付蓝藻爆发主要采用浮式围拦和机械清除(吸藻船)的物理方式。由于没有切断蓝藻爆发的物质基础，往往是打捞多少长多少，劳民伤财。
另外还有诸如“超声波”、“过滤膜”、“生物陷阱”等技术的不断涌现，不是造价太高就是不能规模化应用。
在理化类技术治理水华不成功的情况下，逐步发展起来利用生物技术从生态的角度治理水华。
目前研究比较广泛的生物技术治理水华主要包括采用动物防治、水生植物抑制控制藻类生长。
动物防治是利用生物操纵理论通过肉食性鱼类抑制杂食性、草食性鱼类而促进浮游动物的生长繁殖，从而抑制水体中藻类的密度。但这种方法显效慢，不能有效处理大规模蓝藻水华爆发的难题。
也有机构在水体中引入滤食性鱼类，它们直接以藻类为食从而抑制藻类的过度生长。然而成熟蓝藻会在其表面分泌了一层呈胶状的多糖类物质，鱼的消化系统根本不能分解这种物质，吃进去的是蓝藻，排泄出来的还是蓝藻。
水生植物抑制蓝藻从营养竞争、抑制底泥悬浮和释放抑藻素三个方面来抑制藻类的种群。水生植物对营养盐与光照竞争上比藻类有优势。采用生物浮岛技术可以有效克服水深光照等限制水生植物生长的环境条件，但该技术目前还很不成熟，且大规模使用生物浮岛对环境的影响还有待评估。
发明内容
本发明针对湖泊、水库、河流等开放性大水域因接纳生活污水、工业废水养殖废弃物等点源和农业生产面源以及这些水域存积的内源所造成的水质污染和因此引起的蓝藻爆发，开发了一种基于生物操纵理论的湖泊污染治理技术。
其步骤为：
步骤1，选定治理目标水域，先监测目标水域水质变化，将浓度为2～5ppm的标准Rhp菌种先放大扩繁，然后连续定期投放到目标水域中。每次投放间隔一周，连续投放一个月。监测到水质发生变化后，分别对水体的耗氧层、兼氧层、厌氧层取样，分别筛选出好氧、兼氧、厌氧的适应性菌种；同时，分别对水样的氮、磷、硫等元素总量和比例进行测定并分别以此调整满足不同水层的工业化培养基；分别将适应性菌种接种于调整后的工业化培养基中进行驯化，分离筛选出满足治理要求的Rhp工程菌株，并以此进行规模化生产，满足目标水域治理需求。
步骤2根据治理目标水域，按照地表水环境质量标准进行本底值监测，连续定期以1～3ppm浓度将规模化生产的制剂Rhp工程菌株，均匀投放到目标水体。制剂用量、频度与气温、水温、阳光强度成反比，与污染程度、治理期限成正比。
步骤3，制剂投放15天后，可以向目标水域投放指定鱼种，投放密度为50g/m3，投放的鱼种一般选择鲢鱼、鲫鱼、鳙鱼等。
本发明的有益效果在于：参照目标水域的特点，把标准Rhp菌株分别驯化为在好氧、兼氧、厌氧环境下增殖的Rhp工程菌株。
标准Rhp菌株的净水作用具体表现在：
标准Rhp菌株具有同化NH+ 4的作用，可以通过特定的反应合成机体所需的多种氨基酸；
标准Rhp菌株在繁殖过程中需要消耗大量的磷来作为细胞的结构物质，如细胞壁，其对水体的总磷的降低起关键作用。
标准Rhp菌株在吸收有机物时不耗氧，水体中节约下的溶解氧可将H2S氧化成S元素贮存在细胞内或沉积于细胞外，降低毒害作用。
水华蓝藻能够与一些好氧细菌形成共生体系，在代谢方面互补利用，主要表现为对氧气和营养物质的释放和利用。蓝藻在光照条件下能够通过光合作用吸收二氧化碳并放出氧气，而细菌吸收氧气放出二氧化碳完成呼吸作用。在营养物质的代谢方面，蓝藻通过吸收氮、磷等无机营养盐而合成有机物，并能够向周围释放一些糖类等有机物，。作为重要的分解者，细菌能够分解利用藻类所分泌的有机物质以及死亡的藻细胞其分解产物被藻类吸收利用。由此可见这种共生体系一方面促进了蓝藻的生长，另一方面加速了水体中溶解氧的消耗，两方面的作用导致水华危害加大。如果我们在这个体系中引入标准Rhp菌株，这种共生体系就会遭到严重破坏。首先，标准Rhp菌株迅速掠夺营养盐，从而抑制蓝藻的生长；其次，标准Rhp菌株同好氧细菌争夺环境中的糖类等有机物。
标准Rhp菌株也可有效分解有机物，但与好氧细菌不同，标准Rhp菌株作为兼性菌种，在分解有机物的过程中对氧的消耗很少，光照充足情况下甚至可以不耗氧。因此，标准Rhp菌株通过抑制蓝藻共生菌进一步抑制蓝藻生长，同时有效改善了水体中的溶解氧含量。
标准Rhp菌株除了抑制蓝藻水华，还能降低水体中的苯类污染物和重金属含量。研究表明，标准Rhp菌株利用光能，通过非β氧化和苯酰辅酶A芳香环还原途径分解苯类化合物。重金属污染是水污染的另外一个重要组成，标准Rhp菌株首先表现除了对多种重金属的高度耐受。研究表明标准Rhp菌株对Cu2+、Ni2+、Cd2+等重金属离子的耐受比普通细菌高1到2个数量级。更为重要的是，在特定重金属离子浓度下标准Rhp菌株对重金属离子的吸附能力可高达85％到98％。尽管标准Rhp菌株对苯类和重金属污染物的清除作用与治理水华没有非常直接的联系，但水污染的情况通常是复杂的，富营养化也通常伴随着苯类和重金属污染，标准Rhp菌株对苯类和重金属污染的耐受和清除能力也有助于更有效地抑制蓝藻，并使污染水体得以本质的提升。
具体实施方式
首先，确定目标水域为岳阳南湖，面积11.83平方公里，库容量为3549万立方米。初步监测结果，水质总体评价为劣5类，水体发臭，蓝藻已经开始爆发。
按照地表水环境质量标准进行本底值监测，标准Rhp菌种投放前，南湖水质监测结果如下：
根据监测指标，以2ppm浓度将制剂均匀投放到目标水域，第一次投放Rhp菌10吨，以后每间隔一周后分别投放的量分别为26吨，16吨，24吨，20吨，20吨，最后一次投放后20吨。40天再次监测水质变化，
此后，根据监测结果，分别对水体的耗氧层、兼氧层、厌氧层取样，分别筛选出好氧、兼氧、厌氧的适应性菌种；同时，根据监测结构调整满足不同水层的工业化培养基；分别将适应性菌种接种于调整后的工业化培养基中进行驯化，分离筛选出满足治理要求的Rhp工程菌株。Rhp工程菌株的制备所用的设备为光合细菌制剂的通用培养槽，该培养槽已申请专利，专利号为ZL200520002161.0。
然后，向该水域投放驯化好的Rhp工程菌株，每次投放30吨，浓度为1ppm，每两次间隔7-10天，15天后，向该水域投放30万公斤鱼苗。Rhp工程菌株连续投放一个月后，监测到南湖水质得到明显改善。
Claims (2)
1.一种基于生物操纵理论的湖泊污染治理技术，其特征在于，
步骤1，选定治理目标水域，先监测目标水域水质变化，将浓度为2～5ppm的标准Rhp菌种先放大扩繁，然后连续定期投放到目标水域中；每次投放间隔一周，连续投放一个月；监测到水质发生变化后，分别对水体的耗氧层、兼氧层、厌氧层取样，分别筛选出好氧、兼氧、厌氧的适应性菌种；同时，分别对水样的氮、磷、硫等元素总量和比例进行测定并分别以此调整满足不同水层的工业化培养基；分别将适应性菌种接种于调整后的工业化培养基中进行驯化，分离筛选出满足治理要求的Rhp工程菌株，并以此进行规模化生产，满足目标水域治理需求；
步骤2根据治理目标水域，按照地表水环境质量标准进行本底值监测，连续定期以1～3ppm浓度将规模化生产的制剂Rhp工程菌株，均匀投放到目标水体；
步骤3，制剂投放15天后，可以向目标水域投放指定鱼种，投放密度为50g/m3，投放的鱼种一般选择鲢鱼、鲫鱼、鳙鱼等。
2.根据权利要求1所述的基于生物操纵理论的湖泊污染治理技术，其特征在于：制剂用量、频度与气温、水温、阳光强度成反比，与污染程度、治理期限成正比。
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