CN110937691A - 一种适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于深水水库的物理‑生物治理富营养化水华的方法，根据水域特征将水域分为三个部分，生态浮岛区由首尾相连的组合生态浮岛构成，通过水生植物吸收氮磷等营养盐，植物根系微生物群落降解有机物、对藻类化感作用，去除水体大部分氮、磷，同时起到植物遮光作用。太阳能水体循环区利用太阳能水层混合仪，实现水体循环，提高底层水体溶解氧，降低沉积物氮、磷等营养盐释放。遮光控藻区以遮阳网构成，通过遮光降低光照强度、抑制光合作用、降低藻类密度。本发明可有效地控制深水水库富营养化水华的发生，有效改善水环境质量。

Description

一种适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法
技术领域
本发明属于水环境保护与治理领域，涉及富营养化水华治理，尤其涉及植物抑藻技术、基于太阳能水体循环的低温水利用技术、遮光控藻技术的适用于深水水库的物理-生物综合生态治理方法。
背景技术
目前，我国水华治理技术已取得初步成效，常用的水华治理措施主要包括：(1)物理方法主要包括截污、清淤挖泥、引水冲污、曝气技术等方法，截污对于富营养化严重的湖泊单纯依靠截污难以有效控制富营养化水体中的藻类暴发。用塑料薄膜或颗粒材料如粉煤灰覆盖湖底的淤泥，可防止沉积物-水界面的营养盐释放。但是覆盖底泥对生态系统的破坏效应可能要高于对营养盐释放的抑制作用，也不能解决湖底表层新富营养层释放源的迅速生成。挖掘底泥对改善那些底泥营养物质含量高的水体是一种有效的手段，但需注意挖掘底泥的地点和深度因为水体深层底泥中的可溶性磷以及氨氮可能反而高于表面底泥，当挖掘表层底泥后正好暴露出深层底泥高含量的可溶性磷和氨氮，使更多的磷和氮从底泥中释放出来，使水质进一步恶化。引水冲污能够稀释营养盐和藻类浓度较高的湖水。但其稀释能力受引水方式、引水量、引水水质等因素影响。由于稀释作用同时也减缓了藻类生长的密度，引水冲污后藻类生长往往呈现加剧趋势。曝气技术是根据受污染后缺氧的特点，人工向水体中充入空气或氧气，强化水体复氧，以提高水体溶解氧含量，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，使水体中的污染物得以降解，从而改善水库水质。但人工曝气复氧技术技术含量高，投入资金大。(2)化学方法主要用化学手段最大限度地控制水体中主要营养盐类的浓度，例如针对水体营养盐过剩问题，向水体投加石灰进行脱氮，投加高价的金属盐类以沉淀水体中的磷，使其暂时退出生物地球化学循环，由于磷能在广泛的生态条件下包括在溶解氧低至为零的情况下与铝盐紧密结合，所以最常被选用的药剂是铝盐，实践中多采用硫酸铝明矾。该方法最为简单，暂时效果最为明显，但极易产生二次污染及化学药品的生物富集和生物放大效应对整个生态系统的会产生很大的负面影响，是一种治标不治本的方法。(3)生物-生态调控生物-生态调控利用与自然生态系统相似的原理，即物理、化学和生物的协同作用实现水体净化。综合上述原因，根据深水水库的特征选择一种合适的方法治理水华，防止水体富营养化是改善水环境的关键。
植物抑藻-水体循环-遮光控藻的综合技术结合物理和生物方法，兼顾水动力-水温-光照-营养盐多个维度，可最大限度降低单方法的局限性。在现有技术的基础上，开发新的具有实用价值的综合性方法，因此，选择物理-生物方法治理深水水库富营养化水华，可以发挥关键作用。
发明内容
有鉴于此，为了抑制藻类爆发，防止水体富营养化，本发明旨在提供一种基于太阳能的水体循环-低温水利用-遮光控藻-植物抑藻的综合技术，最终标本兼顾降低藻类密度，防止水体富营养化，提升水体质量。
基于上述目的，本发明提供的一种适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，在治理水体内，构建水生植物群落、装置太阳能水体循环设备、遮光设备，具体为：将水域分为生态浮岛区、太阳能水体循环区、遮光控藻区，根据水域水深、水域面积、水力滞留时间分别确定生态浮岛区、太阳能水体循环区、遮光控藻区的面积。
在本发明中，水生植物群落的构建、太阳能水体循环设备和遮光设备同时进行。
所述生态浮岛区由首尾相连的组合生态浮岛构成，通过水生植物吸收氮磷等营养盐，植物根系微生物群落降解有机物、对藻类化感作用，去除水体大部分氮、磷，同时起到植物遮蔽、遮光作用。
所述太阳能水体循环区由利用太阳能水体循环设备，实现水体循环，提高底层水体溶解氧、减轻底层厌氧反应，降低沉积物氮、磷等营养盐释放。
所述遮光控藻区以遮阳网为遮光部件，通过太阳能技术遮光降低光照强度、抑制光合作用、降低藻类密度，遮阳网相连固定于太阳能水体循环设备和岸边上或坝上，形成一定面积的遮光区。
所述水生植物选自菖蒲、美人蕉、香蒲、黄花鸢尾作为生态浮岛植物，伊乐藻和菹草作为沉水植物，植物搭配比例为各植物生物量等比例混合种植、植物生长季节，形成具有长期净化功能的季节性交替互补系统。
所述太阳能水体循环设备为太阳能水层混合仪。
所述遮光材料选择遮光网的遮光率为70％以上，以保证夏季平均入射光强低于2800lx；遮光网上安装人工介质和浮体；利用人工介质对水体中的悬浮物的吸附作用，使水体浊度降低；浮体增加浮力，增强抗风浪能力。
所述太阳能水层混合仪按照每30米×30米的水域范围内设置一台仪器。
所述人工介质为弹性填料、组合填料和软性填料。
所述浮体为泡沫塑料、塑料筒、浮筒、海绵中的一种。
本发明的工作原理：通过水生植物吸收氮磷等营养盐，植物根系微生物群落降解有机物、对藻类化感作用，去除水体大部分氮、磷，同时起到植物遮蔽、遮光作用；通过水体循环，提高底层水体溶解氧、减轻底层厌氧反应，降低沉积物氮、磷等营养盐释放；通过遮光降低光照强度、抑制光合作用、降低藻类密度，达到抑制藻类爆发，防止水体富营养化的目的。
相比于现有技术，本发明具有以下优点：
1、本发明整合多项工程技术，针对水华爆发的条件，针对性的提出了一种适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，修复改善水环境质量，为生态环境治理工作提供了良好的技术支撑。
2、本发明选择生态浮岛，避免了化学方法的二次污染，并且浮岛植物选择本土植物，避免了生态入侵的可能性。
3、本发明因地制宜利用水域自身特征，将底层低温水通过太阳能水层混合仪实现地表层水体循环，发挥深水水库自身特点来抑藻，防止水华爆发。
4、本发明将生态浮岛、水体循环和遮光抑藻有效结合，标本兼顾，运行简单。
5、本发明操作简单，成本低廉，效果显著，具有良好的推广应用前景。
附图说明
图1为本发明深水水库治理的示意图。
图1中，1为生态浮岛区，2为太阳能水体循环区，3为遮光控藻区，4为生态浮岛，5为太阳能水层混合仪，6为遮光网，7为浮体，8为人工介质，9为低温水层，10为循环水流方向。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，将深水水域划分为三个区域，1生态浮岛区，2太阳能水体循环区，3遮光控藻区，根据水域水深、水域面积、水力滞留时间分别确定生态浮岛区、太阳能水体循环区、遮光控藻区的面积。
生态浮岛区1由首尾相连的组合生态浮岛4构成，人工介质选择组合填料，浮床材质为环保高分子拼盘式浮床(PP材质)，浮床固定方式为锚固式，用尼龙绳和木桩将生态浮岛一端固定在岸边，另一端固定于太阳能水层混合仪上，浮床形状选择单体四边形，拼接成不同形状，浮床大小选择浮床单体边长2-3m。浮岛植物选择菖蒲、美人蕉、香蒲、黄花鸢尾等生态浮岛植物，伊乐藻和菹草等沉水植物，通过水生植物吸收氮磷等营养盐，植物根系微生物群落降解有机物、对藻类化感作用，去除水体大部分氮、磷，同时起到植物遮蔽、遮光作用。
太阳能水体循环区2利用太阳能水层混合仪5，按照每30米×30米的水域范围内设置一台仪器。
遮光控藻区3利用遮光网6，选择遮光率为70％以上，以保证夏季平均入射光强低于2800lx；用尼龙绳和木桩将遮光网一端固定在岸边，另一端固定于太阳能水层混合仪上；遮光网上安装浮体7和人工介质8；浮体选择泡沫塑料、塑料筒、浮筒、海绵等，浮体增加浮力，增强抗风浪能力；人工介质选择弹性填料、组合填料和软性填料等，利用人工介质对水体中的悬浮物的吸附作用，使水体浊度降低。
实施例2模拟水库治理实施例
在广东省广州市暨南大学华文学院内的人工湖龙湖试验，水华主要为铜绿微囊藻，浮岛植物选择菖蒲、美人蕉、香蒲、黄花鸢尾等生态浮岛植物，伊乐藻和菹草等沉水植物。
开始水质为劣Ⅴ类，水体富营养化严重，初始叶绿素a浓度为0.138mg/L,藻类密度3.67×108cells/L，透明度0.4m，COD为23mg/L，总氮为2.356mg/L，总磷为0.424mg/L。
在湖泊内按照实施例1，生态浮岛占湖泊面积的1/3，遮光网占湖泊面积的1/3，由于湖泊面积较小，太阳能水层混合仪1台。
生态浮岛、太阳能水层混合仪、遮光网安装完成后，每周取水检测藻类密度及氮、磷营养盐，从实验开始到一个月之后，藻类密度变化为2.98×108、2.36×107、1.03×106、5.36×104cells/L；总氮变化为1.836、1.452、1.037、0.912mg/L；总磷变化为0.262、0.162、0.096、0.063mg/L；COD变化为16.02、11.36、6.26、3.98mg/L，水质转变为Ⅲ类。
龙湖水深较浅，太阳能水层混合仪的低温水利用效果并不显著，在深水水库治理中更能发挥作用。
龙湖试验的成功应用，证明本发明的方法能有效的治理了富营养化水华，显著改善了水质，为深水水库的治理提供了良好的技术支撑。

Claims (10)

1.一种适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于：在治理水体内，构建水生植物群落、装置太阳能水体循环设备和遮光设备，具体为：将水域分为生态浮岛区、太阳能水体循环区、遮光控藻区，根据水域水深、水域面积、水力滞留时间分别确定生态浮岛区、太阳能水体循环区、遮光控藻区的面积。
2.根据权利要求1所述的适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于：所述生态浮岛区由首尾相连的组合生态浮岛构成，通过水生植物吸收氮磷等营养盐，植物根系微生物群落降解有机物、对藻类化感作用，去除水体大部分氮、磷，同时起到植物遮蔽、遮光作用。
3.根据权利要求1所述的适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于：所述太阳能水体循环区由利用太阳能水体循环设备，实现水体循环，提高底层水体溶解氧、减轻底层厌氧反应，降低沉积物氮、磷等营养盐释放。
4.根据权利要求1所述的适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于：所述遮光控藻区以遮阳网为遮光部件，通过太阳能技术遮光降低光照强度、抑制光合作用、降低藻类密度，遮阳网相连固定于太阳能水体循环设备和岸边上或坝上，形成一定面积的遮光区。
5.根据权利要求2所述的适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于：所述水生植物选自菖蒲、美人蕉、香蒲、黄花鸢尾作为生态浮岛植物，伊乐藻和菹草作为沉水植物，植物搭配比例为各植物生物量等比例混合种植、植物生长季节，形成具有长期净化功能的季节性交替互补系统。
6.根据权利要求3所述的适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于：所述太阳能水体循环设备为太阳能水层混合仪。
7.根据权利要求4所述的适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于，遮光材料选择遮光网的遮光率为70％以上，以保证夏季平均入射光强低于2800lx；遮光网上安装人工介质和浮体；利用人工介质对水体中的悬浮物的吸附作用，使水体浊度降低；浮体增加浮力，增强抗风浪能力。
8.根据权利要求6所述的适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于：所述太阳能水层混合仪按照每30米×30米的水库范围内设置一台仪器。
9.根据权利要求7所述的适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于：所述人工介质为弹性填料、组合填料和软性填料。
10.根据权利要求7所述的适用于深水水库的物理-生物治理富营养化水华的方法，其特征在于：所述浮体为泡沫塑料、塑料筒、浮筒、海绵中的一种。
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