CN102219302A

CN102219302A - 解层式水华消除方法

Info

Publication number: CN102219302A
Application number: CN2010101470701A
Authority: CN
Inventors: 吕超; 白冰; 蔡莉
Original assignee: SHANGHAI OBAO ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI OBAO ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-10-19

Abstract

本发明公开了一种解层式水华消除方法，属于水处理技术领域，包括：a.水体上下循环的调控，将表层水转移到水体的深层，深层的水转移到表层，实现水体解层；b.投放食藻性鱼类、贝类、虾类等；c.水体不同层面的水生植物种植及保护，本发明利用水体自然分层的特点，将温度高、蓝绿藻含量高、可溶性营养物含量低、溶解氧含量高表层水转移至深水层，促进深水层污染物的快速降解，鱼类、贝类滤食水中的藻类，水生植物富集水中的营养盐，达到去除污染物的目的，本发明利用解层技术控制水华，本发明在没有外加任何药剂的条件下，使湖泊、水库、城市河道等水域不再发生蓝藻水华现象，并使多种污染物得到很好的去除。

Description

解层式水华消除方法

技术领域

本发明涉及一种治理水体富营养化水华的方法，更具体地说，是一种用于湖泊、水库、城市河道的解层式水华消除技术，属于水处理技术领域。

背景技术

近年来，经济快速发展的同时，人们向天然水体排放了过多的营养盐等污染物，引起水体富营养化，使水华频繁爆发，引起水华的藻类大多是单细胞微生物，生命周期短，大量生长后又很快大量死亡，腐烂发臭引起水质恶化，危害环境和水资源，对环境造成较大的危害，对藻类水华的治理，尤其是淡水湖泊、水库、城市河道的水华治理长期以来成为人们广泛关注的难题。

目前引用生态治理技术控制水体富营养化引发的蓝藻水华是目前最经济有效的方法，常用的手段主要有四种：1)生物技术控制藻类水华；2)生态修复降低水中的营养物质含量；3)机械曝气循环提高水体的自净功能；4)人工打捞过于集中的藻类，使水体控制在自净平衡范围内。

现有的技术存在问题有：(1)滤食藻类的鱼类、贝类、虾类能够降低水体中藻的数量，但其粪便又二次进入水体，水体可降解污染物的绝对量偏低；(2)水生植物为代表的生态修复方式受驳岸结构和水体自身特点限制较大，另外季节的变化也影响生态治理效果；(3)机械曝气循环受到能耗高，供电不方便等因素的限制很难推广；(4)人工打捞藻类是被动的治理方式，打捞出的藻类处置不当还会造成二次污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种湖泊、河道、水库解层式水华消除技术，在不降低水体富营养盐(N、P)的条件下，通过水体解层方式，同时辅助生物、生态手段，达到控制水体中营养物在爆发水华的临界点以下，从而达到消除水华的目的，另外对于已爆发水华的水体可在短时间内消除水华，同时抑制再爆发。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案，包括：

a.水体解层；

b.食藻性鱼虾类和贝类的投放；

c.水体不同层面的水生植物的种植与保护；

其中，1、水体解层：水体正常情况下由于密度、温度等条件的影响可分为表层水、中层水和底层水，解层就是局部打破水体自然分层的现象，改变水体营养分层、温度分层、溶解氧分层的状况以及藻类分布过于集中的状态，使水体的自净功能充分发挥达到抑制和控制藻类繁殖的目的。

本发明采用解层式水华消除机实现水体解层，水华消除机由专用浮筒、推流装置、集水筒、导流筒、整流扩散装置、过滤网、防水接线盒及动力驱动模块等组成，专用浮筒与集水筒相连，专用浮筒表面上有凹槽，凹槽的四周固定有过滤网，专用浮筒下部固定有安装支架，集水筒固定于安装支架上，集水筒内设置有推流装置并固定于安装支架上，集水筒下端连接有导流筒，导流筒上端连接整流扩散装置，安装支架、抱箍及其他连接件将部件连接成一个有机整体，专用浮筒将整个设备浮于水体表面，所述的导流筒可根据水深，设置适当长度，将表层水引到尽可能的深度。

所述解层式水华消除机，根据水体表层变化适时调节设备设施的高度，使其不受水位变化的影响，以保证表层水收集的稳定性。

本发明实现水体解层的方法为：用过滤网拦截水体中漂浮的大块可见垃圾，防止推流装置堵塞，凹槽内收集有水体表层的水，并流入集水筒，然后利用推流装置循环推流作用，打入导流筒中，然后经过整流扩散装置强力转移至水体底层，并迅速扩散，缺氧区的水体由于受到挤压而向上移动，打破水体自然分层的现象，使水体解层，由此实现增氧和造流的两种功效。

上述水体表层的水，一般是指水面以下50cm范围内的水。

实现水体解层的作用：

(1)将表层富含溶解氧的水转移到底层提高底层水的溶解氧含量，促进底层水体的生化净水效果；

(2)底部的低温水上涌有利于降低水体表层的温度抑制藻类的繁殖，底部水温上升提高低栖微生物的活性，加速污染物的降解；

(3)表层水体中的藻类，转移到水体底层，在低温、无光条件下生长受到抑制，从而衰减，并且转移到底层后部分成为鱼类、贝类的饵料；

(4)水体营养物分层被情况被打破，水流的循环混合作用使得微生物与营养物充分接触，水体自净负荷大大提高；

(5)影响水体水华爆发的关键元素之一磷，可在富营养化条件下矿化稳定的沉积在水体的底层，不会被表层藻类所捕获吸收，从而减小水华爆发的几率；

(6)对于已爆发水华的水体，通过解层方式，可将表层聚集的高浓度含藻水转移到底部，使表层藻类迅速减少，同时，解层过程也是一个混合复氧的过程，可以预防水体因缺氧而腐化变质。

2、食藻性鱼虾类和贝类的投放：

水体鱼类动物(如鲢、鳊、鲫、鳙等)、底栖动物(如贝类、虾类等)、藻类及浮游生物等在水体中构成一条完整的食物链，水体鱼类动物、底栖动物对稳定水体生态结构起到重要的作用，底栖动物对滤食性鱼类粪便进行降解，然后在微型水生动物的继续作用下对其进行最终降解，本发明对食藻性鱼虾类和贝类进行有目的的、针对性的筛选培育，从而达到控制水华蓝藻的效果。

食藻性的鱼类投放在相对较浅的静水区域，投放避开高温季节，优选以每年的1-2月份为鱼苗投放时间，此期间鱼苗存活率较高，并控制不同种类鱼的个体大小及鱼类的密度，定期对重量达到2000克的鱼进行捕捞，保证滤食性鱼类粪便的完整性，这将有助于减少藻类的扩散，贝类的投放点为浅水区，深度小于1.5米，贝类在滤食藻类的同时可以分泌絮凝性粘液，有利于水质变清。

虾类投放在浅滩有水生植物生长密集区，它可以不停地对底泥表层物质摄食和运动，保证水体底泥层的净化，虾也可直接滤食藻类，所述的虾类不包括龙虾类。

3、水体不同层面的水生植物的种植与保护

水生植物是水生态系统的重要组成部分和主要的初级生产者，对生态系统物质和能量的循环以及传递起调控作用，水生植物能够不同程度地吸收被污染水体的氮、磷，重金属及有机污染物，它还可固定水中的悬浮物，增加水体中的氧气含量，抑制有害藻类繁殖的能力，遏止底泥营养盐向水中的再释放利于水体的生物平衡等，并可起到潜在的去毒作用，且水生植物与藻类之间的相生相克(异株克生现象)作用在污水净化和水体生态优化方面有重要应用潜力，可是只在湖泊、水库等河口位置。

水生高等植物能有效地净化富营养化湖水，提高水体的自净能力，同时有些水生植物如鸢尾、旱伞草等具有较高的观赏价值，根据水生植物的不同性质，可种植在驳岸不同的涉水深度，当水深小于35cm区域种植挺水植物，小于80cm大于35cm区域种植沉水植物，大于80cm区域可采用生态浮床种植各种浮水、或改良的陆生植物等。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明进行进一步说明：

图1是自然界湖泊水库等温度自然分层示意图；

图2是湖泊、水库等溶解氧自然分层示意图；

图3是本发明实现水体解层及水体循环净化原理图；

图4是本发明利用食藻性鱼虾类和贝类、水生植物对水中氮磷等富营养化污染物的净化原理图。

具体实施方式

图中：

A-表皮水，I-表层水，II-温跃层，III-均温层，IV-底泥层，V-自然风；

1-水深，2-溶解氧浓度，3-还原性物质浓度，4-风力复氧，5-光合作用增氧，6-超饱和溶解氧区，7-有氧区，8-氧平衡区，9-厌氧区，10-解层式水华消除机，11-外源污染物，12-无机磷随矿物质进入、有机磷随垃圾进入，13-细菌及微生物，14-分解，15-硝化过程，16-反硝化过程，17-消费者，18-原生动物，19-滤食性虾类、贝类，20-死亡，21-鱼类，22-动植物残体，23-分解，24-悬浮沉积物，25-水生植物，26-吸附吸收，27-定期收获，28-磷矿化沉积。

如图1和图2，自然界湖泊、水库水体在正常情况下，由于密度、温度等条件的影响，形成按温度和溶解氧自然分层，也正是由于水体这种自然的分层，导致水体在表皮水A、表层水I、温跃层II或有氧区7、氧平衡区8自净能力虽较好，但适宜藻类生长，易造成水体表面藻类生长泛滥，而污染物富集较多、溶解氧较少的均温层III或厌氧区9自净能力虽较差，不利于藻类的生长，因而不易滋生藻类，故许多发生水华现象的水体，蓝藻多富集在水体表面，而底部蓝藻密度则很少。

水体表层水I由于自然风V的风力复氧4和光合作用增氧5等自然复氧作用一直存在，使表层水I一直处理高溶解氧状态，水体自净能力，使得COD很高，BOD又很低的表层富营养化水体，溶解性磷几乎完全被消耗，而藻类的固氮作用又增减了水体氮含量。

水体温跃层II受水温变化影响较大，此层主要出现在冬季和夏季，同时温跃层又阻滞了底层水与表层水的营养对流交换。

水体均温层III温度相对较低，水体密度相对较高，对流运动极为缓慢，水体沉积的污染物含量很高、溶解氧很低甚至厌氧状态、生物活性差，底层污染物随季节变动会向上层水域扩散。

如图3，本发明利用水体自然分层这一原理，通过采用解层式水华消除机10或具有同等作用的装置，采用独特的水体解层技术，打破水体自然分层的现象，改变水体营养分层、温度分层、溶解氧分层的状况，进而改变藻类分布明显不均的状态，使水体的自净功能充分发挥达到抑制和控制藻类繁殖的目的。

如图4，动植物对水中氮磷等营养物的净化机理及过程，蓝藻爆发后多集中在水体的下风向，也是有机质最为丰富区域，对利用食藻性鱼虾类和贝类、水生植物对水中氮磷等富营养化污染物净化带来比较便利的条件，食藻性鱼虾类和贝类通过直接滤食藻类和生长繁殖，从而减少水体藻类的密度，并将富营养化物质转化生物有机体，通过不同层次种植和保护水生植物，构建生态系统，利用植物根系的吸收、吸附作用富集水中富营养化元素，通过定期收获水生动物和水生植物将污染物从水体中转移出去，实现抑制水华的目的。

以水库为例，在自然状态下，水体自然分层形成表层、中层和底层，水库环境参数：

表层水：温度高，与空气直接接触，水体溶解氧处于饱和状态，水体密度相对较低，一般会长期稳定的处于水体的上层，表层水体中微生物和藻类较为活跃，特别是藻类直接受到阳光照射，白天光合作用明显释放出大量的氧气，使水体中溶解氧白天处于超饱和状态，为微生物繁殖提供了充足的条件，容易引起藻类水华。

中层水：具有温跃变化的特点，受温度和密度的平衡关系影响，其层分布也相对稳定，同时中层水也是阻碍底层与表面水交换的屏障。

底层水：底层水长期处于低温、低氧、光线弱的条件下，另外各种污染物由于重力因素也会在此长期积累，水体中微生物含量相当丰富，但活性相对较弱，此层也是鱼类，贝类较为集中的区域。

藻类在春夏期生时具有明显的上浮下沉规律，藻体在夜间上浮表层并漂移至水岸，通过向水库内适量投放鲢鱼、鲫鱼、鳙鱼等鱼类，以及适量投放贝类、虾类、螺类等底栖动物，藻类上浮时可供鱼类及螺类底栖动物食用，藻类下沉时可供虾类、贝类底栖动物食用，从而减小水体藻类的密度，根据水库水面积的大小，适当放置多个解层式水华消除机，来实现水体解层，使水体中底层内的溶解氧增加，实现增氧和造流，同时在水体不层面种植水生植物，如荷花、鸢尾、旱伞草等，有效地净化富营养化湖水，提高水体的自净能力。

上述鲢鱼，是典型的滤食性鱼类，在鱼苗阶段主要吃浮游动物，长达1.5厘米以上时逐渐转为吃浮游植物。

上述鲫鱼，主要以植物性食料为主，也以一些状藻类植物为食。

上述鳙鱼，生活于静水的中上层，动作较迟缓，不喜跳跃，以浮游动物为主食，亦食一些藻类。

所述的鱼类，投放应避开高温季节，优选的鱼苗投放时间以每年的1-2月份为最佳，此期间鱼苗存活率较高，并控制不同种类鱼的个体大小及鱼类的密度，定期对重量达到2000克的鱼进行捕捞。

上述荷花，其莲藕地下茎能吸收水中的好氧微生物分解污染物后的产物，所以荷花可帮助污染水域恢复食物链结构，促使水域生态系统逐步实现良性循环，另外荷花对河岸有很好的护坡作用，可以防止水土流失。

上述鸢尾，可生于浅水中，有效吸收水中的氮(N)磷(P)碳(C)等引起水体富营养化的物质。

上述旱伞草，其对污染浓度高的水体有较好的耐污能力，能有效吸收水中的氮(N)磷(P)碳(C)等引起水体富营养化的物质。

上述水生植物，根据其性质的不同，可种植在驳岸不同的涉水深度，当水深小于35cm区域种植挺水植物，小于80cm大于35cm区域种植沉水植物，大于80cm区域可采用生态浮床种植各种浮水、或改良的陆生植物等。

实施本发明技术后，同水库水体不再有蓝藻水华发生，但富营养化(N、P)程度并没有降低或改变。

本发明同样适用于湖泊、城市河道的水华治理，在此本发明不在一一实施举例。

Claims

1.解层式水华消除方法，其特征在于：包括：

a.水体解层；

b.食藻性鱼虾类和贝类的投放；

c.水体不同层面的水生植物的种植与保护；

2.根据权利要求1所述的解层式水华消除方法，其特征在于：所述的水体解层，具体方法为：采用解层式水华消除机实现水体解层，水华消除机由专用浮筒、推流装置、集水筒、导流筒、整流扩散装置、过滤网、防水接线盒及动力驱动模块等组成；用过滤网拦截水体中漂浮的大块可见垃圾，防止推流装置堵塞，凹槽内收集有水体表层的水，并流入集水筒，然后利用推流装置循环推流作用，打入导流筒中，然后经过整流扩散装置强力转移至水体底层，并迅速扩散，缺氧区的水体由于受到挤压而向上移动，使水体解层，实现增氧和造流。

3.根据权利要求2所述的解层式水华消除方法，其特征在于：所述水体表层的水，一般是指水面以下50cm范围内的水，所述的导流筒根据水深设置适当长度，将表层水引到尽可能的深度。

4.根据权利要求1所述的解层式水华消除方法，其特征在于：所述的食藻性鱼虾类和贝类的投放，水体鱼类动物、底栖动物来稳定水体生态结构，底栖动物对滤食性鱼类粪便进行降解，然后在微型水生动物的继续作用下对其进行最终降解，对食藻性鱼虾类和贝类进行有目的的、针对性的筛选培育。

5.根据权利要求1和4所述的解层式水华消除方法，其特征在于：食藻性的鱼类投放在相对较浅的静水区域，投放避开高温季节，优选以每年的1-2月份为鱼苗投放时间，此期间鱼苗存活率较高，并控制不同种类鱼的个体大小及鱼类的密度，定期对重量达到2000克的鱼进行捕捞，保证滤食性鱼类粪便的完整性，贝类的投放点为浅水区，深度小于1.5米，贝类在滤食藻类的同时可以分泌絮凝性粘液，有利于水质变清；虾类投放在浅滩有水生植物生长密集区，它可以不停地对底泥表层物质摄食和运动，保证水体底泥层的净化，虾也可直接滤食藻类，所述的虾类不包括龙虾类。

6.根据权利要求1所述的解层式水华消除方法，其特征在于：水体不同层面的水生植物的种植与保护，水生植物能够不同程度地吸收被污染水体的氮、磷，重金属及有机污染物，还用来固定水中的悬浮物，增加水体中的氧气含量，抑制有害藻类繁殖，遏止底泥营养盐向水中的再释放，并可起到潜在的去毒作用，且水生植物与藻类之间的相生相克(异株克生现象)作用在污水净化和水体生态优化方面有重要应用潜力，可种植在湖泊、水库的河口位置；水生高等植物能有效地净化富营养化湖水，提高水体的自净能力，同时有些水生植物如鸢尾、旱伞草等具有较高的观赏价值，根据水生植物的不同性质，可种植在驳岸不同的涉水深度，当水深小于35cm区域种植挺水植物，小于80cm大于35cm区域种植沉水植物，大于80cm区域可采用生态浮床种植各种浮水、或改良的陆生植物。

7.根据权利要求2所述的解层式水华消除方法，其特征在于：所述的解层式水华消除机，专用浮筒与集水筒相连，专用浮筒表面上有凹槽，凹槽的四周固定有过滤网，专用浮筒下部固定有安装支架，集水筒固定于安装支架上，集水筒内设置有推流装置并固定于安装支架上，集水筒下端连接有导流筒，导流筒上端连接整流扩散装置，安装支架、抱箍及其他连接件将部件连接成一个有机整体，专用浮筒将整个设备浮于水体表面。

8.根据权利要求2所述的解层式水华消除方法，其特征在于：所述的解层式水华消除机，根据水体表层变化适时调节设备设施的高度，使其不受水位变化的影响，以保证表层水收集的稳定性。