CN109867363A

CN109867363A - 一种富营养化水体的生物修复方法

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Publication number: CN109867363A
Application number: CN201910165837.4A
Authority: CN
Inventors: 李梅; 张克峰; 谢培梁; 陈永峰; 任杰
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-06-11

Abstract

本发明提供了一种富营养化水体的生物修复方法，包括以下步骤：（1）当月日均最低气温在0‑10℃时，向水体中放置美人蕉苗浮床至覆盖率30%‑50%，于次年同期或当年结冰期前回收；（2）按照100‑130g/m²投放密度撒播轮叶黑藻营养体，于次年同期回收换新；（3）当月日均最低气温在10℃以上时，保证背角无齿蚌和铜锈环棱螺的密度为3‑6只/m²和30‑40只/m²；每2‑3个月进行密度监测，适时投放或捕捞背角无齿蚌和铜锈环棱螺。适用的水体的总氮为0.2‑1.5mg/L，总磷为0.02‑0.3mg/L，氨氮为0.15‑1.5mg/L，COD为4.0‑10.0mg/L。本发明消除了传统利用生物操纵技术中大量大型鱼类以及一些模拟技术对水体处理的价格高昂、操作繁琐等弊端。本发明的方法能够节约成本，经济效益优于其他类似水处理方法，且后期管理方面较为简便，适用于产业化推广使用。

Description

一种富营养化水体的生物修复方法

技术领域

本发明属于污水处理领域，涉及一种富营养化水体的生物修复方法。

背景技术

随着社会经济的发展，人们生活水平逐渐提高，人们对水质的要求也越来越高。水库水体相对于河流水体，基本处于静止状态，在温度较高的季节里，供水的水厂间歇性的处在富营养情况下运行，导致出水水质较差。

目前为止，针对高藻有机水体的处理，已有一些专利介绍了较为全面的处理方法：通过向水体投加米虾、浮游动物、浮游植物、大型肉食性鱼类、软体动物及种植水生植被，增加生物多样性与生物链复杂性，来实现对高藻水的有效处理（CN 105540855 A）。通过对沉水植物生长状况的判定、鱼类的生物量以及鱼类的削减的测定，对湖泊生态系统进行修复，可有效实现对高藻有机水体中鱼类有效削减，从而达到改善富营养化水体水质、促进沉水植物种群扩张与恢复的目的；利用ECOPATH模型拟合当前生态系统能量流动模式根据模型输出结果，针对多余的初级生产量，定量投加鱼类消费者，通过鱼类的过滤及吞噬作用净化水质的方法（CN 108793410 A）。以微生物引导的生物操纵水体生态修复方法，综合利用动物、植物、微生物，发挥其协同作用，建立良性的生态系统，形成多种微生物、动植物协同发挥作用的技术体系，综合利用微生物、植物、动物的协同作用，分阶段综合预防、治理有机水体（CN 103663727 A）。

然而，现有的生物修复水体方法存在以下问题：（1）经济性低：向水中投方浮游动物、大型肉食性鱼类价格较高，且对富营养化较为严重的水体无法投放鱼类，经济性低；（2）过程复杂、操作繁琐：利用ECOPATH模型拟合当前生态系统能量流动模式期间需要建立模型，再通过模型进行拟合，过程复杂；以微生物引导需通过长期试验，形成微生物、动物、植物协同发挥作用。所以既环保又操作简单、经济性较强的水处理技术的发展尤为重要。

发明内容

针对目前生物修复水体技术经济性低、过程复杂、操作繁琐的问题，本发明提供一种利用水生底栖动物联合水生植物处理富营养化水体的方法，操作简单、经济性较强。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种富营养化水体的生物修复方法，包括以下步骤：

（1）当月日均最低气温在0-10℃时，向水体中放置美人蕉苗浮床至覆盖率30%-50%，于次年同期或当年结冰期前回收；

（2）按照100-130g/m²投放密度撒播轮叶黑藻营养体，于次年同期回收换新；

（3）当月日均最低气温在10℃以上时，保证背角无齿蚌和铜锈环棱螺的密度为3-6只/m²和30-40只/m²；每2-3个月进行密度监测，适时投放或捕捞背角无齿蚌和铜锈环棱螺。

步骤（1）中，美人蕉苗的平均株高为30-40cm，在浮床上的密度为500-650g/m²。

步骤（2）中，轮叶黑藻营养体的株高为20-40cm。

步骤（3）中，铜锈环棱螺投放时平均重量为1-2g/只，背角无齿蚌投放时平均重量为5-10g/只。捕捞时，铜锈环棱螺平均重量大于5g/只，背角无齿蚌平均重量大于25g/只。

所述水体为给水水库富营养化水体、环城河或淡水水域；所述水体的总氮为0.2-1.5mg/L，总磷为0.02-0.3mg/L，氨氮为0.15-1.5mg/L，COD为4.0-10.0mg/L。所述COD为采用高锰酸钾法测定的化学需要量（COD_MN）。

本发明的通过建立水生底栖动物、沉水植物、浮水植物以及水体中小型底栖动物等的小型食物链，由食物链中各级生物对水中藻类及富营养化元素的过滤吞食作用，从而达到对水体富营养化修复的效果。生物量过大或过小都不利于食物链的平衡。

本发明具有以下优点：

本发明利用水生底栖动物、沉水植物、浮水植物，主要为河蚌、螺蛳、轮叶黑藻、美人蕉的联合，通过增加生物多样性，稳定生态系统与增加其中的生物链的复杂性，利用水生底栖动物对小型浮游动物以及水底沉积有机质的摄取，对水体藻类的过滤作用，沉水植物与浮水植物对水体理化指标的吸收，可很有效的在低成本、操作简便等优势下达到了对高藻高有机水体的处理，本发明很好的消除了传统利用生物操纵技术中大量大型鱼类以及一些模拟技术对水体处理的价格高昂、操作繁琐等弊端。本发明的方法能够节约成本，经济效益优于其他类似水处理方法，且后期管理方面较为简便，适用于产业化推广使用。

附图说明

图1是实施例3修复富营养化水体的示意图；

其中，1-生态浮床；2-浮水植物；3-沉水植物；4-河蚌；5-水库底泥；6-螺蛳。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。

实施例1 底栖动物、浮水植物、沉水植物的优选

2、不同动植物的筛选

采集总氮≧0.2mg/L；总磷≧0.02mg/L；氨氮≧0.15mg/L；COD≧2mg/L的水体中的水和底泥，在营养池中使底泥铺层厚度为5cm，水体高度为10cm，按照下面的生物量进行为期4个月的试验，试验期间每半个月加水至初始值：

（1）底栖动物（A）：河虾（A1）、大闸蟹（A2）、铜锈环棱螺（A3）、背角无齿蚌（A4），密度分别为30g/m³、30g/m³、40只/m²、3只/m²密度进行试验研究，检测水中各项水质指标，计算各项水质指标相对空白对照组的去除率。

（2）浮水植物（B）：按照覆盖率为45%投放美人蕉（B1）、菖蒲（B2）、吊兰（B3），检测水中各项水质指标，计算各项水质指标相对空白对照组的去除率。

（3）沉水植物（C）：按照轮叶黑藻（C1）、水蕴草（C2）、金鱼藻（C3），密度均为120g/m²进行试验研究，检测水中各项水质指标，计算各项水质指标相对空白对照组的去除率。

表1 不同生物对水质的改善

各备选动植物对各项水质指标的处理结果如表1所示。根据表1数据可知，底栖动物中的河蚌和铜锈环棱螺，浮水植物中的美人蕉以及沉水植物轮叶黑藻对水质指标的去除率较好。

实施例2 不同生物的联合控制密度

按照实施例1的试验方法，选择底栖动物中的背角无齿蚌（河蚌）和铜锈环棱螺（螺蛳），浮水植物中的美人蕉以及沉水植物中的轮叶黑藻，按不同密度和覆盖率进行组合进行水质改善试验，组合如下：

组合1：河蚌+螺蛳+美人蕉+轮叶黑藻密度及覆盖率分别为3只/m²、40只/m²、30%、130g/m²；

组合2：河蚌+螺蛳+美人蕉+轮叶黑藻密度及覆盖率分别为5只/m²、30只/m²、50%、100g/m²；

组合3：河蚌+螺蛳+美人蕉+轮叶黑藻密度及覆盖率分别为6只/m²、35只/m²、40%、115g/m²；

组合4：河蚌+螺蛳+美人蕉+轮叶黑藻密度及覆盖率分别为2只/m²、20只/m²、25%、90g/m²；

组合5：河蚌+螺蛳+美人蕉+轮叶黑藻密度及覆盖率分别为8只/m²、45只/m²、55%、140g/m²。

表2 不同密度生物联合控制对水质的改善

不同组合对水质指标的各项去除率结果如下：

由上表可知，背角无齿蚌+铜锈环棱螺+美人蕉+轮叶黑藻，密度及覆盖率分别为3-6只/m²、30-40只/m²、30%-50%、100-130g/m²，对水质各项指标有较好的去除率，过高或过低的生物密度都不利于改善水质。

实施例3 实地测试

于2017年-2018年在山东省东营市辛安水库采用进行实地试验。辛安水库属于典型的浅水型平原水库，地处黄河下游，水体中富集了来自黄河水中积累的氮、磷等营养物质，水库水流缓慢、水力停留时间较长，使水库长期在富营养化较为严重。

1. 生物投放

（1）在3月份利用人工浮床技术将平均高度为30cm的美人蕉浮床按覆盖率40%放入水库，浮床上美人蕉密度为600g/m²，此生物在水库中只存在自身生长衰亡，无需补给，结冰期前捕捞，至下一年的3月份换新；

（2）向水库中播撒30cm长的轮叶黑藻营养体，播撒密度为100g/m²，无需管理，年内无需捕捞，至下一年的3月份采用机械捕捞；

（3）从3-10月，每2月选取水库岸边10m²进行底栖动物捕捞，统计两种底栖动物生物量，由当时水库中水位与库容计算出需要补给或捕捞的生物量，使河蚌、螺蛳的密度维持在3-6只/m²、30-40只/m²；补给时，铜锈环棱螺投放时平均重量为2g/只，背角无齿蚌投放时平均重量为10g/只；捕捞时，铜锈环棱螺重量大于5g/只，背角无齿蚌重量大于25g/只。

按照辛安水库实际库容1456万m³及蓄水水位5m，整个周期美人蕉投放63550株，轮叶黑藻种植291吨，河蚌投加250吨-300吨，螺蛳投加150吨-250吨。

处理前后水库中水总氮、总磷、氨氮、COD_MN、藻类密度等指标如表3所示，表中各指标均为一年内各月水质指标的平均值。

表3 生物处理前后水库水质指标

由表3数据可知，采用本发明的处理方法，可大幅优化处理后的水体水质，改善水体富营养化状况。

2. 经济指标计算

参照于惠莉的方法（于惠莉. 辛安水库水生生物水质原位修复技术研究[D]. 2015.）采用鲢鱼：鳙鱼比例为3:1，投放量50g/m²。该方案对总氮、总磷、氨氮、COD_MN和藻类的去除率分别为32%、29.7%、25.1%、24.4%和63.7%。根据2017年平均市场价格计算投入与产出：鱼苗投入总量为730吨，总价格最低为3500万元，人工与设备的总成本为400万，形成循环后，每年捕捞后可获得利润最多为5000万元，毛利润率为128%。本发明的方案按照市场价格计算，整座水库的材料投入为4165万（螺蛳300万，河蚌2300万，浮床1000万，美人蕉9万，轮叶黑藻550万），人工与设备的总成本为300万，每年销售水草、贝类的利润为7570万，毛利润率为169%。由此可见，采用本发明提供的方案比传统的养鱼方案在经济收益方面更高。

Claims

1.一种富营养化水体的生物修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物修复方法，其特征在于，步骤（1）中，美人蕉苗的平均株高为30-40cm，在浮床上的密度为500-650g/m²；

步骤（2）中，轮叶黑藻营养体的株高为20-40cm。

3.根据权利要求1所述的生物修复方法，其特征在于，步骤（3）中，铜锈环棱螺投放时平均重量为1-2g/只，背角无齿蚌投放时平均重量为5-10g/只；捕捞时，铜锈环棱螺平均重量大于5g/只，背角无齿蚌平均重量大于25g/只。

4.根据权利要求1所述的生物修复方法，其特征在于，所述水体为给水水库富营养化水体、环城河或淡水水域。

5.根据权利要求4所述的生物修复方法，其特征在于，所述水体的总氮为0.2-1.5mg/L，总磷为0.02-0.3mg/L，氨氮为0.15-1.5mg/L，COD为4.0-10.0mg/L。