CN112079519B - 富营养化水体水华的应急与长效控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富营养化水体水华的应急与长效控制方法，通过曝气混凝除藻、内源钝化控磷、健康水体生态系统构建三种方式结合产生协同作用，实现对富营养化水体水华进行应急与长效控制。本发明对富营养化水体水华实施系统治理，循序渐进达到富营养水体水华的应急与长效控制，实现标本兼治；不同措施相互协同，曝气混凝除藻、内源钝化控磷为健康水体生态系统的构建创造良好的生境条件，健康水体生态系统构建确保前两项控制措施效果的稳定持久。

Description

富营养化水体水华的应急与长效控制方法
技术领域
本发明涉及生态环保技术领域。更具体地说，本发明涉及富营养化水体水华的应急与长效控制方法。
背景技术
水体富营养化是我国现阶段水环境所面临的主要问题之一。水体富营养化所引发的有害藻类爆发不仅影响水体景观，而且会引发一系列的水生态问题，如水体溶解氧下降、藻类释放的藻毒素威胁水生物的生存等。近年来，我国对富营养化水体水华的控制措施进行了一些积极的研究和尝试，从技术原理上看，主要分为物理法、化学法和生物-生态法3大类。上述3大类控制措施都存在不同的优缺点。传统的物理和化学方法，如机械捞藻、超声波-粉碎藻细胞、投加杀藻剂和絮凝剂等，可以在短时间内快速有效地去除水中的藻类，提高水体透明度，但这些方法成本高、容易产生二次污染，且没有从根本解决引发藻类水华的水环境问题(富营养化的营养元素，特别是磷)，是治标不治本控制措施，宜复发。生物-生态法具有成本低、能耗低、生态安全，成为近年研究的热点，主要是利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷等营养物质，增加生物多样性、提升水体自净能力，促进水生态系统的良性循环，从而实现对富营养化水体水华的长效控制，但生物-生态法对富营养化水体水华的控制作用过程比较缓慢，且水华水体中藻类含量高、透明度及溶解氧含量低、营养盐溶度高等，往往难以满足水生动植物的恢复条件。
单一治理方法都存在不同的优点和缺点，只用一种治理方法很难实现对富营养化水体水华的全面有效控制。因此，结合富营养化水体水华的具体情况，综合多种治理手段，探寻一种即可快速去除水华藻类，又可持久有效地控制富营养化水体水华的技术方法是十分必要的。
发明内容
本发明的一个目的是提供富营养化水体水华的应急与长效控制方法，通过曝气混凝除藻、内源钝化控磷、健康水体生态系统构建，对富营养化水体水华实施系统治理，循序渐进达到富营养水体水华的应急与长效控制，实现标本兼治。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种富营养化水体水华的应急与长效控制方法，通过曝气搅拌结合混凝剂投加除藻、根据内源磷负荷确定投加钝化剂的量实现准确控磷、健康水体生态系统构建三种方式结合产生协同作用，实现对富营养化水体水华进行应急与长效控制。
优选的是，具体步骤包括：
步骤1、对待处理富营养化水体进行采样区域划分，在采样区域内设置水体采样点，对各个水体采样点进行水体采样；
步骤2、测定各个水体采样点的水体的叶绿素含量；
步骤3、叶绿素含量大于设定值的采样点所处的采样区域为应急除藻区；
步骤4、曝气混凝除藻，在曝气搅拌的作用下，向应急除藻区投加混凝剂；
步骤5、内源钝化控磷，采集待处理富营养化水体表层水样和表层底泥，并进行各指标测量，进而计算得到内源磷负荷，根据内源磷负荷计算得到钝化剂投加量，将钝化剂喷洒于待处理水体；
步骤6、健康水生态系统构建。
优选的是，所述混凝剂为天然多孔吸附材料与环保型絮凝剂的混合物，所述天然多孔吸附材料包括硅藻土、竹炭、活性炭的任一种或它们的改性物，所述环保型絮凝剂为聚合氯化铝。
优选的是，所述天然多孔吸附材料与环保型絮凝剂的质量配比为2:1～4:1，混凝剂的使用量为25～100g/m2。
优选的是，所述步骤5具体包括：
步骤5.1、在各个水体采样点，分别用采水器以及采泥器采集表层水样和表层底泥；
步骤5.2、水体溶解性正磷酸盐含量分析，对各个水体采样点的表层水样进行溶解性正磷酸盐浓度的测量；
步骤5.3、对各个水体采样点的表层底泥进行表层底泥pH值、表层底泥含水率、表层底泥容重和表层底泥活性磷含量的测量；
步骤5.4、根据待处理富营养化水体的水面面积A、待处理富营养化水体的容积V，以及各个水体采样点的水体溶解性正磷酸盐含量平均值Cs、表层底泥厚度平均值h、表层底泥容重平均值ρb、表层底泥含水率平均值θ和表层底泥中活性磷含量平均值Cd，计算出内源磷负荷；
步骤5.5、根据表层底泥pH值选择钝化剂；
步骤5.6、根据内源磷负荷计算钝化剂投加量，将钝化剂制成水溶剂或直接均匀喷洒整个待处理富营养化水体；
步骤5.7、持续监测待处理富营养化水体的水体透明度，直至水体透明度上升后并达到稳定状态。
优选的是，所述钝化剂为铝盐、铁盐或锁磷剂，对各个水体采样点的表层底泥pH值进行统计分析，统计落入各个钝化剂的适用pH值的表层底泥pH值对应的水体采样点的个数作为钝化剂适应个数，选择钝化剂适应个数最大的钝化剂。
优选的是，所述内源磷负荷MP(kg)的评估利用如下公式(1)计算可得：
Mp＝10-5×A×h×ρb×(1-θ)×Cd+10-3×V×CS
A-待处理富营养化水体的水面面积，m2；
h-表层底泥厚度平均值，取4～6cm；
ρb-表层底泥容重平均值，g/cm3；
θ-表层底泥含水率平均值，％；
Cd-表层底泥中活性磷含量平均值，mg/kg，利用因斯布鲁克大学生态学家Psenner在1988年提出的底泥磷形态连续测定方法测得；
V-待处理富营养化水体的容积，m3；
CS-水体溶解性正磷酸盐含量平均值，mg/L，利用钼酸铵法直接显色法测得；
钝化剂投加量M(kg)的确定利用如下公式(2)计算可得：
Figure BDA0002596759190000031
MP-内源磷负荷，kg，由计算公式(1)可得；
K-安全系数，取值为1.05～1.2；
F-有效成分除磷当量，所用钝化剂为铝盐、铁盐及锁磷剂的有效成分分别为Al、Fe、La金属，对应有效成分除磷当量分别为1.15、0.56、及0.22；
ω-钝化剂中有效成分含量，％。
优选的是，所述步骤6具体包括：
步骤6.1、在各个水体采样点，分别进行水体透明度SD和水深H的监测，并记录各水体采样点的地理坐标；
步骤6.2、根据水体透明度SD求取沉水植物最大适宜水深HH，HH＝2.5SD，将水深H小于等于沉水植物最大适宜水深HH的水体采样点所在的采样区域划定为沉水植物可恢复区；将水深H大于沉水植物最大适宜水深HH的水体采样点所在的采样区域划定为沉水植物不可恢复区；
步骤6.3、在沉水植物可恢复区的边界拉围隔，清除沉水植物可恢复区内的有害鱼类；
步骤6.4、沉水植物可恢复区内种植沉水植物；
步骤6.5、沉水植物种植期，在沉水植物可恢复区内放养滤食性鱼类；
步骤6.6、沉水植物种植期，在沉水植物可恢复区内放养刮食性铜锈环棱螺、无齿蚌；
步骤6.7、沉水植物种植完成3个月后，在沉水植物可恢复区内放养肉食性鱼类；
步骤6.8、沉水植物种植完成10个月后，在沉水植物可恢复区内放养草食性鱼类。
优选的是，所述步骤6.4中，种植的沉水植物包括苦草、黑藻、冠层型穗状狐尾藻和马来眼子菜，在沉水植物可恢复区水深1.2m以内的区域，苦草种植比例占比75％，黑藻、冠层型穗状狐尾藻和马来眼子菜呈斑块点缀种植；在沉水植物可恢复区水深1.2m以上的区域，苦草、黑藻、冠层型穗状狐尾藻和马来眼子菜均匀混合并进行片状种植。
优选的是，滤食性鱼类包括滤食性鲢、鳙鱼，滤食性鲢和鳙鱼的放养的个数比例为3∶1，滤食性鲢和鳙鱼的总放养量为40～50g/m2；
刮食性铜锈环棱螺和无齿蚌放养的个数比例为1∶1～2∶1，刮食性铜锈环棱螺和无齿蚌的总放养量为80～150g/m2；
肉食性鱼类包括个数比例为1∶1∶1的肉丝性鱼类乌鳢、鳜鱼、黄颡鱼，肉丝性鱼类乌鳢、鳜鱼、黄颡鱼的总放养量为2～8g/m2；
草食性鱼类为团头鲂，草食性鱼类的总放养量为10～25g/m2。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明通过曝气混凝除藻、内源钝化控磷、健康水体生态系统构建，对富营养化水体水华实施系统治理，循序渐进达到富营养水体水华的应急与长效控制，实现标本兼治；不同措施相互协同，曝气混凝除藻、内源钝化控磷为健康水体生态系统的构建创造良好的生境条件，健康水体生态系统构建确保前两项控制措施效果的稳定持久。本发明特点说明如下：
1、利用曝气搅拌替代机械搅拌，不仅可以促进混凝剂与含藻水体的快速充分混合，而且可以提高富营养化水体溶解氧，加强矿化作用，以及防止底泥释放磷等。
2、选用混凝剂——天然多孔吸附材料与环保型絮凝剂混合物，多孔吸附材料配合絮凝剂使用，大大提高了对藻细胞活体的聚集、沉淀效果，同时多孔吸附材料还能吸附死亡藻细胞的胞内物，防止藻毒素等二次污染，生态、安全、高效。
3、根据科学的判断依据，选择适宜的钝化剂，并进行适量投放，实现了内源钝化控磷技术的高效性和经济性。
4、内源磷含量评估和控制技术，可进入标准化程序，易于推广。
5、划定沉水植物可恢复区，避免了沉水植物的盲目种植，有利于提高沉水植物种植的成活率。
6、选择四季常绿与耐污品种的沉水植物，保障了沉水植物的强净化能力，且有利于提高水域生态景观。
7、根据沉水植物的生长类型进行合理配置，不仅可以实现多层次的净化效果和景观效果，同时减少了因大量植物长出水面而带来的维护成本。
8、根据不同鱼类及底栖动物的摄食特性、生态位、生物学特性等，在时间上进行有序放养，前期可促进沉水植物恢复与沉水植物协同作用，进一步提升净化与控藻能力，后期调控沉水植物的生物量，降低维护运行成本，同时延长食物链，提升生物多样性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明实施例2的步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明提供一种富营养化水体水华的应急与长效控制方法，通过曝气混凝除藻、内源钝化控磷、健康水体生态系统构建三种方式结合产生协同作用，实现对富营养化水体水华进行应急与长效控制。
上述技术方案中，所述曝气混凝除藻是指，在曝气搅拌作用下，向应急除藻区投加吸附材料与絮凝剂混合物，以快速去除水华水体中藻类，实现水华的应急处理。所述内源钝化控磷是指，向富营养化水体投加钝化剂，经沉淀、吸附等理化作用以快速降低水体中的磷含量，增加底泥对磷的束缚能力，减少因底泥中的磷释放而对水体造成的污染。所述健康水生态系统构建是指，在曝气混凝除藻和内源钝化控磷实施步骤营造良好生境的基础上，向富营养化水体中种植水生植物和放养水生动物，利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷等营养物质，改善水体水质、增加生物多样性、提升水体自净能力，逐步促进水生态系统的良性循环，从而实现对富营养化水体水华的长效控制。
实施例1
一种富营养化水体水华的应急与长效控制方法，包括如下步骤：
步骤1、对待处理富营养化水体进行采样区域划分，其划分是根据实际环境和已有数据合理划分即可，在采样区域内设置水体采样点，采样点的设置根据国家相关规定设置，对各个水体采样点进行水体采样；
步骤2、测定各个水体采样点的水体的叶绿素含量，一般用叶绿素a表征；
步骤3、叶绿素含量大于设定值的采样点所处的采样区域为应急除藻区，设定值根据中国环境监测站的标准确定，本发明一般设定为60mg/m3；
步骤4、曝气混凝除藻，在曝气搅拌的作用下，向应急除藻区投加混凝剂，经过混合、凝聚、絮凝快速去除水华水体中藻类，提高水体透明度；
所述曝气混凝除藻，选用曝气搅拌的方式，不仅可以促进混凝剂与含藻水体的快速充分混合，而且可以提高富营养化水体溶解氧，加强矿化作用，以及防止底泥释放磷等。
所述曝气混凝除藻，选用的混凝剂为天然多孔吸附材料与环保型絮凝剂的絮凝吸附混合物，安全、高效；所述天然多孔吸附材料包括硅藻土、竹炭、活性炭等粉末，所述环保型絮凝剂为食品级聚合氯化铝；所述天然多孔材料与环保型絮凝剂的使用质量配比为2∶1～4∶1，混凝剂的使用量为25～100g/m2，混凝剂的使用，大大提高了对藻细胞活体的聚集、沉淀效果，同时天然多孔吸附材料还能吸附死亡藻细胞的胞内物，防止藻毒素等二次污染。
步骤5、内源钝化控磷：向待处理富营养化水体投加钝化剂，经沉淀、吸附等理化作用以快速降低水体中的磷含量，增加底泥对磷的束缚能力，减少因底泥中的磷释放而对水体造成的污染；
具体包括以下步骤：
步骤5.1、在各个水体采样点，分别用采水器以及彼得森采泥器采集表层水样和表层底泥；
步骤5.2、水体溶解性正磷酸盐(SRP)含量分析：对各个水体采样点的表层水样进行溶解性正磷酸盐浓度的测量；可以将表层水样通过0.45μm膜过滤后，用钼酸铵法直接显色测定。
步骤5.3、对各个水体采样点的表层底泥进行表层底泥pH值、表层底泥含水率、表层底泥容重和表层底泥活性磷含量的测量；
步骤5.4、根据待处理富营养化水体的水面面积A、待处理富营养化水体的容积V，以及各个水体采样点的水体溶解性正磷酸盐含量平均值Cs、表层底泥厚度平均值h、表层底泥容重平均值ρb、表层底泥含水率平均值θ和表层底泥中活性磷含量平均值Cd，计算出内源磷负荷；
内源磷负荷MP(kg)的评估：利用公式(1)计算可得：
Mp＝10-5×A×h×ρb×(1-θ)×Cd+10-3×V×CS公式(1)
A-待处理富营养化水体的水面面积，m2；
h-表层底泥厚度平均值，一般取4～6cm；
ρb-表层底泥容重平均值，g/cm3；
θ-表层底泥含水率平均值，％；
Cd-表层底泥中活性磷含量平均值，mg/kg，利用因斯布鲁克大学生态学家Psenner在1988年提出的底泥磷形态连续测定方法测得；
V-待处理富营养化水体的容积，m3；
CS-水体溶解性正磷酸盐含量平均值，mg/L，利用钼酸铵法直接显色法测得；
步骤5.5、根据表层底泥pH值选择钝化剂；
所述内源钝化控磷，根据富营养化水体的水环境特征，确定适宜的钝化剂，以保证最佳的钝化效果；根据富营养化水体的内源磷含量，以确定钝化剂的投加量，避免投加量过少导致的钝化效果不佳，以及投加量过多导致的资源浪费；
钝化剂的确定：钝化剂一般为铝盐、铁盐或锁磷剂等，铝盐适用于pH值为6～8的水体；铁盐适用于pH值为5～7，且溶解氧浓度＞1mg/L的水体；锁磷剂适用于pH值为4～11的水体，且对处于厌氧环境的水体仍可取得良好的钝化效果；
对各个水体采样点的表层底泥pH值进行统计分析，统计落入各个钝化剂的适用pH值的表层底泥pH值对应的水体采样点的个数作为钝化剂适应个数，选择钝化剂适应个数最大的钝化剂；
步骤5.6、根据内源磷负荷计算钝化剂投加量，将钝化剂制成水溶剂或均匀喷洒整个待处理富营养化水体；
钝化剂投加量M(kg)的确定：利用公式(2)计算可得
Figure BDA0002596759190000081
MP-内源磷负荷，kg，由计算公式(1)可得；
K-安全系数，一般取值为1.05～1.2；
F-有效成分除磷当量，所用钝化剂为铝盐、铁盐及锁磷剂的有效成分分别为Al、Fe、La金属，对应有效成分除磷当量分别为1.15、0.56、及0.22，所述钝化剂不局限于这几种，采用其他类型钝化剂时，有效成分除磷当量或单位质量除磷当量一般由生产厂家提供；
ω-钝化剂中有效成分含量，％；
现有工程设计中，钝化剂的投加量多通过室内模拟实验或者相关工程经验获得，前者工作量大，且现无通用的模拟实验操作标准；后者误差范围大，对设计人员工程经验要求高。相较而言，本申请计算公式具有以下优势：1、参数获取容易，水体和沉积物中相关指标测定容易，且为国际较通用的方法；2、适用性强，基本适用于市场上常见的底泥钝化的使用量的计算；3、精准度高，以水体中SRP和沉积物中活性磷(藻类可获得性磷)为基本参数，而非水体和沉积物中总磷为参数，即保障了藻类控制效果，有减少了钝化剂的使用量；
步骤5.7、持续监测待处理富营养化水体的水体透明度，直至水体透明度上升后并达到稳定状态；
步骤6、健康水生态系统构建：在曝气混凝除藻和内源钝化控磷实施步骤营造良好生境的基础上，向富营养化水体中种植水生植物和放养水生动物，利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷等营养物质，改善水体水质、增加生物多样性、提升水体自净能力，逐步促进水生态系统的良性循环，从而实现对富营养化水体水华的长效控制；
所述健康水生态系统构建，水生植物的种植以沉水植物为主，并根据治理区域的水环境特征和沉水植物的生理需求、生物学特征等，以确定沉水植物的种植区域、种植品种，并进行合理配置；水生动物的放养，主要包括滤食性鱼类、底栖动物、杂食性鱼类以及草食性鱼类，并根据水生动物的生态作用对水生动物进行分阶段放养；
具体包括以下步骤：
步骤6.1、在各个水体采样点，分别进行水体透明度SD和水深H的监测，并记录各水体采样点的地理坐标；
步骤6.2、根据水体透明度SD求取沉水植物最大适宜水深HH，HH＝2.5SD，将水深H小于等于沉水植物最大适宜水深HH的水体采样点所在的采样区域划定为沉水植物可恢复区；将水深H大于沉水植物最大适宜水深HH的水体采样点所在的采样区域划定为沉水植物不可恢复区；
步骤6.3、在沉水植物可恢复区的边界拉围隔，清除沉水植物可恢复区内的草鱼、鲤鱼等有害鱼类；
沉水植物可恢复区的确定及调控：确定沉水植物可恢复区，避免沉水植物的盲目种植；清除沉水植物可恢复区内草鱼、鳊鱼等草食性鱼类和鲤鱼、鲫鱼等底栖性鱼类，避免鱼类摄食活动对沉水植物着根生长的影响，以保障沉水植物种植的成活率；
步骤6.4、沉水植物可恢复区内种植沉水植物；
沉水植物包括苦草、黑藻、冠层型穗状狐尾藻和马来眼子菜，在沉水植物可恢复区水深1.2m以内的区域，苦草种植比例占比约75％，黑藻、冠层型穗状狐尾藻和马来眼子菜呈斑块点缀种植；在沉水植物可恢复区水深1.2m以上的区域，苦草、黑藻、冠层型穗状狐尾藻和马来眼子菜均匀混合并进行片状种植；
沉水植物品种的选择：选择四季常绿的轮藻、苦草，以及耐污的轮叶黑藻、狐尾藻、金鱼藻，不仅可以保障沉水植物的强净化能力，而且可以实现四季常绿的景观效果。沉水植物的分类及配置：沉水植物按照生长类型分类，主要有生物量集中于中下层的莲座型和底栖型，以及生物量集中于中上层的直立型和冠层型；根据沉水植物的生长类型进行配置，浅水区(<1.2m)易以莲座型(如苦草)和底栖型(如轮藻)沉水植物为主，点缀种植直立型(如轮叶黑藻)和冠层型(如狐尾藻)沉水植物植物，深水区(>1.2m)可用莲座型、底栖型、直立型及冠层型植物进行组合种植，不仅可以实现多层次的净化效果和景观效果，同时减少了因大量植物长出水面而带来的维护成本；
步骤6.5、沉水植物种植期，在沉水植物可恢复区内放养滤食性鱼类，滤食性鱼类包括滤食性鲢、鳙鱼，滤食性鲢和鳙鱼的放养的个数比例为3∶1，滤食性鲢和鳙鱼的总放养量为40～50g/m2；
步骤6.6、沉水植物种植期，在沉水植物可恢复区内放养刮食性铜锈环棱螺、无齿蚌，刮食性铜锈环棱螺和无齿蚌放养的个数比例为1∶1～2∶1，刮食性铜锈环棱螺和无齿蚌的总放养量为80～150g/m2；
所述滤食性鱼类，以鲢、鳙鱼为主，放养密度为40～50g/m2，所述大型软体底栖动物以土著螺、蚌为主，放养密度为80～150g/m2；在沉水植物种植期内同步放养滤食性鱼类和大型软体底栖动物，通过水生动物与沉水植物协同作用，进一步提升净化与控藻能力；
步骤6.7、沉水植物种植完成3个月后，在沉水植物可恢复区内放养肉食性鱼类，肉食性鱼类包括个数比例为1∶1∶1的肉丝性鱼类乌鳢、鳜鱼、黄颡鱼，肉丝性鱼类乌鳢、鳜鱼、黄颡鱼的总放养量为2～8g/m2；
所述肉食性鱼类，以乌鳢、鳜鱼、黄颡鱼为主，肉丝性鱼类乌鳢、鳜鱼、黄颡鱼的总放养量为2～8g/m2；在沉水植物种植完成后2～6个月内放养，以控制水体中小杂鱼，提升生物多样性；
步骤6.8、沉水植物种植完成10个月后，在沉水植物可恢复区内放养草食性鱼类，草食性鱼类为团头鲂，草食性鱼类的总放养量为10～25g/m2；
所述草食性鱼类，以团头鲂为主，草食性鱼类的总放养量为10～25g/m2；在水生植物种植完成6～12个月内放养，通过草食性鱼类控制沉水植物生物量，降低维护运行成本，同时延长食物链，提升生物多样性。
实施例2
如图1所示，以武汉某湖泊为例。
一种富营养化水体水华的应急与长效控制方法，具体包括：
1.水量采集：全湖约16.2万平米，采集表层水样10个，平均水深2.05m。
2.测定水体中叶绿素含量：采用丙酮提取法测定水体中叶绿素a，测定叶绿素a含量介于84～263mg/m3，平均值152mg/m3。
3.划定应急除藻区：以水体中叶绿素a含量大于60mg/m3的区域为应急除藻区，故全湖均划定为应急除藻区。
4.曝气混凝除藻：使用船载移动曝气机向应急除藻区进行曝气，同时向形成的曝气区均匀撒入混凝剂-改性硅藻土与聚合氯化铝混合物(质量比3∶1)，共10.2吨；为了使混合物投撒均匀，可将混合物制成浆液后再撒入曝气区域；行驶曝气船，直至混凝剂撒完整个应急除藻区水域。
5.水样及表层底泥采集：按照步骤1中采样点，分别用采水器及彼得森采泥器采集表层水样和表层底泥。
6.水体SRP分析：采集水样经0.45μm膜过滤后，用钼酸铵法直接显色测定水体中正磷酸盐平均浓度为0.06mg/L。
7.底泥磷分析：使用Psenner在1988年提出的底泥磷形态连续提取法，测得表层底泥中活性磷含量平均值为187mg/kg；并测定了底泥pH值、含水率及容重平均值分别为7.4、43.4％、1.65t/m3。
8.评估内源磷负荷：根据治理湖泊面积、水深，SRP含量，底泥容重、含水率及活性磷含量，计算出内源磷负荷为1151.6kg。
9.选择钝化剂、计算钝化剂使用量：根据不同钝化剂的适用范围、经济成本，以及治理区域的水环境特征，本项目选取硫酸铝钝化剂，其活性成分Al2O3的含量大于等于16％，铝盐安全系数和除磷当量分别取1.05、1.15，从而计算出全湖饮用水硫酸铝使用量为12.4吨。
10.投撒钝化剂：将硫酸铝制成水溶剂后，均匀喷洒于全湖。
11.测定水深和透明度：上述步骤完成后的7-15天内持续测定水体透明度，一周内透明度持续上升，而后维持稳定在70～85cm之间，平均为76cm。
12.划定沉水植物可恢复区：根据水体的透明度，及其与沉水植物最大适宜水深(HH)的关系：HH＝2.5SD，本治理水域沉水植物可恢复区的水深阈值为1.9m；并根据治理湖泊的水深等深线，划定出岸带沉水植物可恢复区面积约为6.8万m2。
13.拉围隔、清除有害鱼类：沿可恢复区边界线，用100目尼龙布拉围隔，然后采用围网等措施清除围隔内草鱼、鲤鱼。
14.种植沉水植物：主要选取常绿莲座型植物苦草，直立型轮叶黑藻，冠层型穗状狐尾藻、马来眼子菜沉水植物进行搭配种植；水深1.2m以内的区域，苦草种植比例占比约75％，其他品种呈斑块点缀种植；水深1.2m以上的区域，不同品种基本均匀分配，片状搭配种植。
15.放养滤食性鱼类：沉水植物种植期，同时放养滤食性鲢、鳙鱼，分别为12000、4000尾，规格为400～500g/尾。
16.投放螺蚌：沉水植物种植期，同时放养刮食性铜锈环棱螺、无齿蚌，共16.2t。
17.放养肉食性鱼类：沉水植物种植完成3个月后，且植物生长状况良好，此时放养肉丝性鱼类乌鳢(400～500g/尾)、鳜鱼(300～400g/尾)、黄颡鱼(100～200g/尾)分别500、500及1000尾。
18.放养草食性鱼类：沉水植物种植完成10个月后，一般会进入快速生长期，自然繁衍状况良好，此时投放草食性鱼类武昌鱼(200～300g/尾)8500尾。
本申请的控制方法，对水体中藻类去除见效快，并具有很好的持久性、长效性，同时能对水体中氮、磷等营养盐具有很好的净化效果，实现标本兼治。实施例2，在曝气混凝完成后，水体中叶绿素a和总磷含量分别从152.3μg/L、0.246mg/L降低至58.6μg/L、0.124mg/L，在钝化剂投加完成后一周左右进一步降低至25.1μg/L，0.075mg/L。短期内水体中总磷和藻类含量迅速下降；此后随着沉水植物的恢复和鱼类种群结构的优化，在所有措施完成时，水体稳定达到地表水水质标准IV类水，叶绿素a降低至10μg/L一下，透明度达到110cm；治理完成后一年水质提升至III类，沉水植物覆盖度达到50％以上，基本形成稳定的草型清态生态系统。
下表为实施例2治理前后湖泊水质及沉水植物覆盖度变化。
Figure BDA0002596759190000131
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.富营养化水体水华的应急与长效控制方法，其特征在于，通过曝气搅拌结合混凝剂投加除藻、根据内源磷负荷确定投加钝化剂的量实现准确控磷、健康水体生态系统构建三种方式结合产生协同作用，实现对富营养化水体水华进行应急与长效控制；
具体步骤包括：
步骤1、对待处理富营养化水体进行采样区域划分，在采样区域内设置水体采样点，对各个水体采样点进行水体采样；
步骤2、测定各个水体采样点的水体的叶绿素含量；
步骤3、叶绿素含量大于设定值的采样点所处的采样区域为应急除藻区；
步骤4、曝气混凝除藻，在曝气搅拌的作用下，向应急除藻区投加混凝剂；
步骤5、内源钝化控磷，采集待处理富营养化水体表层水样和表层底泥，并进行各指标测量，进而计算得到内源磷负荷，根据内源磷负荷计算得到钝化剂投加量，将钝化剂喷洒于待处理水体；
步骤6、健康水生态系统构建；
所述步骤5具体包括：
步骤5.1、在各个水体采样点，分别用采水器以及采泥器采集表层水样和表层底泥；
步骤5.2、水体溶解性正磷酸盐含量分析，对各个水体采样点的表层水样进行溶解性正磷酸盐浓度的测量；
步骤5.3、对各个水体采样点的表层底泥进行表层底泥pH值、表层底泥含水率、表层底泥容重和表层底泥活性磷含量的测量；
步骤5.4、根据待处理富营养化水体的水面面积A、待处理富营养化水体的容积V，以及各个水体采样点的水体溶解性正磷酸盐含量平均值CS、表层底泥厚度平均值h、表层底泥容重平均值ρb、表层底泥含水率平均值θ和表层底泥中活性磷含量平均值Cd，计算出内源磷负荷；
步骤5.5、根据表层底泥pH值选择钝化剂；
步骤5.6、根据内源磷负荷计算钝化剂投加量，将钝化剂制成水溶剂或直接均匀喷洒整个待处理富营养化水体；
步骤5.7、持续监测待处理富营养化水体的水体透明度，直至水体透明度上升后并达到稳定状态；
所述钝化剂为铝盐、铁盐或锁磷剂，对各个水体采样点的表层底泥pH值进行统计分析，统计落入各个钝化剂的适用pH值的表层底泥pH值对应的水体采样点的个数作为钝化剂适应个数，选择钝化剂适应个数最大的钝化剂；
所述内源磷负荷MP(kg)的评估利用如下公式(1)计算可得：
Mp＝10-5×A×h×ρb×(1-θ)×Cd+10-3×V×Cs
A—待处理富营养化水体的水面面积，m2；
h—表层底泥厚度平均值，取4～6cm；
ρb—表层底泥容重平均值，g/cm3；
θ—表层底泥含水率平均值，％；
Cd—表层底泥中活性磷含量平均值，mg/kg，利用因斯布鲁克大学生态学家Psenner在1988年提出的底泥磷形态连续测定方法测得；
V—待处理富营养化水体的容积，m3；
CS—水体溶解性正磷酸盐含量平均值，mg/L，利用钼酸铵法直接显色法测得；
钝化剂投加量M(kg)的确定利用如下公式(2)计算可得：
Figure FDA0003784151130000021
MP—内源磷负荷，kg，由计算公式(1)可得；
K—安全系数，取值为1.05～1.2；
F—有效成分除磷当量，所用钝化剂为铝盐、铁盐及锁磷剂的有效成分分别为Al、Fe、La金属，对应有效成分除磷当量分别为1.15、0.56、及0.22；
ω—钝化剂中有效成分含量，％。
2.如权利要求1所述的富营养化水体水华的应急与长效控制方法，其特征在于，所述混凝剂为天然多孔吸附材料与环保型絮凝剂的混合物，所述天然多孔吸附材料包括硅藻土、竹炭、活性炭的任一种或它们的改性物，所述环保型絮凝剂为聚合氯化铝。
3.如权利要求2所述的富营养化水体水华的应急与长效控制方法，其特征在于，所述天然多孔吸附材料与环保型絮凝剂的质量配比为2:1～4:1，混凝剂的使用量为25～100g/m2。
4.如权利要求1所述的富营养化水体水华的应急与长效控制方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：
步骤6.1、在各个水体采样点，分别进行水体透明度SD和水深H的监测，并记录各水体采样点的地理坐标；
步骤6.2、根据水体透明度SD求取沉水植物最大适宜水深HH，HH＝2.5SD，将水深H小于等于沉水植物最大适宜水深HH的水体采样点所在的采样区域划定为沉水植物可恢复区；将水深H大于沉水植物最大适宜水深HH的水体采样点所在的采样区域划定为沉水植物不可恢复区；
步骤6.3、在沉水植物可恢复区的边界拉围隔，清除沉水植物可恢复区内的有害鱼类；
步骤6.4、沉水植物可恢复区内种植沉水植物；
步骤6.5、沉水植物种植期，在沉水植物可恢复区内放养滤食性鱼类；
步骤6.6、沉水植物种植期，在沉水植物可恢复区内放养刮食性铜锈环棱螺、无齿蚌；
步骤6.7、沉水植物种植完成3个月后，在沉水植物可恢复区内放养肉食性鱼类；
步骤6.8、沉水植物种植完成10个月后，在沉水植物可恢复区内放养草食性鱼类。
5.如权利要求4所述的富营养化水体水华的应急与长效控制方法，其特征在于，所述步骤6.4中，种植的沉水植物包括苦草、黑藻、冠层型穗状狐尾藻和马来眼子菜，在沉水植物可恢复区水深1.2m以内的区域，苦草种植比例占比75％，黑藻、冠层型穗状狐尾藻和马来眼子菜呈斑块点缀种植；在沉水植物可恢复区水深1.2m以上的区域，苦草、黑藻、冠层型穗状狐尾藻和马来眼子菜均匀混合并进行片状种植。
6.如权利要求4所述的富营养化水体水华的应急与长效控制方法，其特征在于，滤食性鱼类包括滤食性鲢、鳙鱼，滤食性鲢和鳙鱼的放养的个数比例为3:1，滤食性鲢和鳙鱼的总放养量为40～50g/m2；
刮食性铜锈环棱螺和无齿蚌放养的个数比例为1:1～2:1，刮食性铜锈环棱螺和无齿蚌的总放养量为80～150g/m2；
肉食性鱼类包括个数比例为1:1:1的肉丝性鱼类乌鳢、鳜鱼、黄颡鱼，肉丝性鱼类乌鳢、鳜鱼、黄颡鱼的总放养量为2～8g/m2；
草食性鱼类为团头鲂，草食性鱼类的总放养量为10～25g/m2。
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