CN113180012A - 一种利用稻草控制蓝藻水华的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用稻草控制蓝藻水华的方法，包括：1、从发生蓝藻水华的水体获取蓝藻水华，并浓缩获得泥浆状蓝藻水华，即蓝藻水华浆，该蓝藻水华浆中藻类体积浓度控制在200～1000mL/L；2、在容器中铺设厚度为1～15cm的稻草，将步骤1得到的蓝藻水华浆静置后，获取上层漂浮的蓝藻水华倒入稻草中，与稻草混合，使蓝藻水华填充于稻草之间的空隙；其中，蓝藻水华的厚度不超过稻草的厚度；暴露在空气中，防雨；3、不定期补充水至原有深度，防止藻水混合物因水体蒸发而导致藻类变干；4、继续暴露在空气中，4～7天后蓝藻水华中出现水生昆虫；蓝藻水华被出现的水生昆虫持续捕食。
Description
技术领域
本发明涉及蓝藻水华控制方法，尤其涉及利用稻草控制蓝藻水华的方法，属于淡水浮游植物的调控技术领域。
背景技术
随着水体的普遍富营养，天然水体容易出现藻类水华，尤其是有害的蓝藻水华，其中最常见的蓝藻水华是微囊藻(Microcystis)水华。例如，太湖、滇池、巢湖等富营养湖泊中出现的蓝藻水华主要是微囊藻水华。蓝藻水华的暴发影响水体航运、景观、水产养殖、水源地等多个领域。微囊藻水华的明显特点是大量微囊藻聚集成群体，漂浮、堆积在水面，微囊藻水华大量堆积时容易因缺氧而腐烂发臭，形成“黑水团”(即“湖泛”)，并可能进一步造成生态灾害。因此，需要对蓝藻水华尤其是微囊藻水华进行控制和治理。
营养盐是微囊藻水华暴发的物质基础，因此控源截污是控制微囊藻水华的根本方法，只是营养物质的控制在实际生产中难度较大，于是形成了不同的微囊藻水华控制策略，如物理方法(例如机械除藻、过滤除藻、超声波除藻)、化学方法(例如化学药剂除藻、絮凝剂除藻)和生物方法(例如生物操纵、水生植物控藻、微生物控藻)等。打捞微囊藻水华是目前最常用、最有效的一种物理方法，因为其具备简单快捷、副作用小等优点，但是微囊藻水华打捞后的处理方法却没有相应进展。打捞后的微囊藻水华需要大量土地堆积，并且堆积过程中微囊藻水华会形成厌氧环境而腐烂、散发浓重臭味，其恶臭味会严重影响周边区域的生产生活。从而，需要更好地调控微囊藻水华。其中微囊藻水华的资源化利用或者无害化处理是一个重要方向。最好能将微囊藻水华转化为其他的物质形态，如无害的或者可以进一步利用的物质形态。现有技术中，已有将蓝藻水华调控为其他非蓝藻优势的方法，比如将蓝藻水华调控为如绿藻、硅藻等；也有利用稻草、麦秆控制蓝藻水华的方法，其中主要利用了稻草、麦秆在腐烂过程中释放化学物质，通过化感作用对蓝藻水华进行控制。
从蓝藻的物质组成分析，蓝藻含有丰富的蛋白质，但蓝藻往往形成群体，群体外包含一层胶被，不容易被捕食者消化、吸收，并且蓝藻可能含有藻毒素，从而不是浮游动物、滤食性鱼虾类的合适生物饵料，不宜作为生物饵料。而稻草中含有粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、钙、磷和无氮浸出物等多种营养物质，在生产中可以用来培养蛆虫，作为鸡的优质生物饲料。但是还没有更多的利用稻草控制蓝藻水华的方法、技术等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用稻草控制蓝藻水华的方法，以解决蓝藻水华在厌氧堆积条件下腐烂发臭的缺陷；并且该方法可以将蓝藻水华作为蛆虫、孑孓的饵料，从而蓝藻水华的生物量转变为蛆虫、孑孓等，培养得到的蛆虫、孑孓等可以作为鱼、鸡等的优质生物饲料，具有控制蓝藻水华、蓝藻水华资源化利用的意义。
其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
一种利用稻草控制蓝藻水华的方法，包括如下步骤：
(1)从发生蓝藻水华的水体获取蓝藻水华(主要是微囊藻Microcystis水华，也可以是其他种类的蓝藻水华)，并对蓝藻水华进行浓缩，获得浓缩后的泥浆状的蓝藻水华，即蓝藻水华浆，浓缩后的水华浆中藻类体积浓度控制在200～1000mL/L，该体积浓度的表示方法：将搅拌均匀的藻水混合物静置0.5小时后，漂浮在水面的藻类体积占藻水总体积的比例。
(2)在容器中铺一层稻草(干稻草或者新鲜的湿稻草均可)，稻草的厚度以1～15cm为宜，将体积浓度为200～1000mL/L的蓝藻水华浆静置后，获取上层漂浮的蓝藻水华倒入稻草中，与稻草混合，尽量均匀分布，并且蓝藻水华主要用于填满稻草之间的空隙，蓝藻水华的厚度不要超过稻草的厚度。然后暴露在空气中，防雨。
(3)不定期补充水至原有深度，防止藻水混合物因水分蒸发引起藻类变干。
补充的水来源于自来水或者常见天然水体中的水，如来源与河流、湖泊、池塘等水体中的水。
(4)至第4～7天，可见稻草颜色变暗，蓝藻水华与稻草混合物中出现很多小蛆虫、孑孓等，并且水体变褐，蓝藻水华成为了蛆虫和孑孓等的饵料，即蓝藻水华被蛆虫、孑孓等捕食。至第10天左右，蓝藻水华即被蛆虫、孑孓等大量捕食掉。至第15天左右，蓝藻水华全部被蛆虫、孑孓等捕食完。
(5)为了提高蓝藻水华的处理效率，可以不定期继续补充蓝藻水华至控制系统中，将蓝藻水华持续地作为蛆虫、孑孓或者其他水生昆虫的饵料，蓝藻水华被捕食掉。
(6)蓝藻水华生物量的去除效果：藻水混合物搅拌均匀后，以静置0.5小时作为时间节点，获得堆积在水面的蓝藻水华，以去除水面堆积的蓝藻水华的体积作为去除量的表示方法，去除量可达到1～10升/(天·平方米)。
(7)为了维持稻草和蓝藻水华混合层中有一定的溶解氧，除了可以通过控制稻草和蓝藻水华混合层的厚度，也可以对稻草和蓝藻水华混合层的下部的水层进行空气曝气，促进系统中溶解氧浓度提高。
如图1所示，稻草和蓝藻水华混合系统的具体结构的截面示意图，图中示意了稻草和蓝藻水华混合用于控制蓝藻水华系统的截面图。
该发明中，能实现蛆虫、孑孓等生长的原因是，稻草具有一定的中空性，并且松散堆积时容易在稻草之间形成低溶解氧环境，并且蓝藻水华的堆积厚度适宜时，有利于防止蓝藻水华堆积形成厌氧环境而腐烂发臭。蓝藻水华在没有腐烂时，还可进行光合作用，也能产生适量的氧气，这有氧环境可以为苍蝇、蚊子的卵孵化成蛆虫、孑孓提供良好条件。而且蓝藻中本身含有丰富的蛋白质，是蛆虫、孑孓等的适宜食物。稻草使用过程中，由于泡水后逐渐变软，体积容易萎缩、变小，供氧的效果变差，可在控制过程中视情况补充新鲜的稻草。
控制稻草堆积的厚度、水华堆积的深度的原因：有利于稻草杆中形成低溶解氧条件，低溶解氧条件有利于蛆虫和其他水生昆虫的生长；并在这种低溶解氧条件下促进需低氧的细菌群落生长，有利于稻草的软化、颜色变暗；而且蛆虫的生长需要氧气；并且蓝藻水华堆积厚度适宜时，不会因厌氧而腐烂、发臭，仍能保持蓝藻的活性，进行光合作用，进一步促进蓝藻浆和稻草中维持一定的溶解氧，防止蓝藻厌氧发酵腐烂而发臭。如果蓝藻水华的堆积厚度大于稻草堆积的厚度，则蓝藻水华中容易形成缺氧、厌氧环境，缺氧、厌氧环境会促进蓝藻水华腐烂、发臭，污染空气。在稻草中形成的低溶氧环境，可以防止蓝藻水华因厌氧腐烂而发臭。
本技术方案能够实现的基础条件是蓝藻水华具备的漂浮性特点，蓝藻往水面漂浮，蓝藻水华浆中含有的水往下沉，形成蓝藻与水的明显分层，而稻草比重也比水轻，向上漂浮，导致密集的蓝藻水华分散在稻草中。
本发明的技术方案中，稻草的添加厚度、蓝藻水华的添加量是实现利用稻草控制蓝藻水华的关键条件，如果稻草添加过厚、蓝藻水华堆积厚度太大，均会影响其中溶解氧的含量，而蚊子、苍蝇的卵孵化成孑孓和蛆虫需要适量的溶解氧，如果稻草和蓝藻的混合物中溶解氧的含量过低，不利于孑孓和蛆虫的生长。稻草孔隙中含有的少量氧气还有利于堆积的蓝藻不形成缺氧、厌氧的环境，因为缺氧、厌氧的条件下，蓝藻水华容易腐烂发臭散发大量异味物质。而且蓝藻中含有丰富的蛋白质，可以作为孑孓、蛆虫的优质食物。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、发现了蓝藻水华可以作为蛆虫、孑孓等水生昆虫的食物，从而可以用蓝藻水华培养蛆虫、孑孓等水生昆虫，形成了一种控制蓝藻水华的方法和技术。
2、蓝藻水华作为蛆虫、孑孓等水生昆虫的优质食物，将蓝藻水华转变为蛆虫、孑孓等水生昆虫，这些蛆虫、孑孓等水生昆虫可以作为鱼、鸡等养殖对象的优质生物活饵料，实现了蓝藻水华的控制和资源化利用。
3、蓝藻水华与稻草混合后形成的低溶氧环境中，不会出现蓝藻水华的厌氧腐烂和发臭，从而不会出现蓝藻水华腐烂特有的恶臭味，减少空气污染。
4、本方法中使用过的稻草在控制蓝藻水华的过程中逐渐软化、甚至腐烂，更有利于稻草作为有机肥料还田利用。
5、该方法可以完全去除蓝藻和藻毒素，没有残留。
附图说明
图1为本发明稻草和蓝藻水华混合系统的具体结构的截面示意图，图中示意了稻草和蓝藻水华混合用于控制蓝藻水华系统的截面图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。
本发明提供了一种利用稻草控制蓝藻水华的方法，包括如下步骤：获取蓝藻水华进行浓缩，浓缩后的水华中藻类体积浓度控制在200～1000mL/L，将这些蓝藻水华倒入在已经准备好的稻草中，稻草的厚度以1～15cm为宜，蓝藻水华的厚度不要超过稻草的厚度，露空培养；蓝藻水华与稻草混合物中出现小蛆虫、孑孓等，蓝藻水华被蛆虫、孑孓等捕食。达到控制蓝藻水华的目的。
该方法实现了利用稻草控制蓝藻水华，并且蓝藻水华成为蛆虫、孑孓等的食物，从而将蓝藻水华利用为蛆虫、孑孓等，可作为家禽等养殖对象的优质生物活饵料，形成了一种控制和资源化利用蓝藻水华的有效方法。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
在温暖的5月初从太湖西部岸边获取堆积在水面的极高浓度蓝藻水华(微囊藻水华)浆，运回玻璃温室内，在玻璃温室内利用稻草控制蓝藻水华。将获得的高浓度蓝藻水华浆在100L的塑料桶中与自来水混合，进行适度的稀释，获得体积浓度为800mL/L的蓝藻水华。该体积浓度的表示方法：将搅拌均匀的藻水混合物静置0.5小时后，漂浮在水面的藻类体积占藻水总体积的比例。然后获取静置后漂浮在上层的蓝藻水华浆倒入干稻草中，与干稻草混合，尽量均匀分布。实验使用的容器为规格60cm×40cm×10cm的不锈钢托盘。共利用不锈钢托盘设置6个不同的初始蓝藻生物量梯度，具体见表1。并在托盘底部加入自来水，调整稻草、自来水和蓝藻混合物的总深度为8cm。不锈钢托盘均暴露在空气中。一般2～3天补充自来水至原有深度，防止藻水混合物中因水体蒸发而藻类变干。
表1：实验设置的初始的不同蓝藻厚度梯度
培养过程中，各个托盘中现象比较接近，培养至第5天，可见稻草的颜色明显变暗，蓝藻水华与稻草混合物中出现很多浅灰色的小蛆虫、孑孓等，并且各托盘中水色变浅褐，而蓝藻依然保持原有的绿色，没有出现腐烂发臭现象。至第8天，可见各托盘中蓝藻水华明显变少，剩余的蓝藻水华依然保持原有绿色或者稍偏黄绿，没有出现蓝藻腐烂发臭的现象。可见蓝藻水华成为了蛆虫和孑孓等的饵料，即蓝藻水华被蛆虫、孑孓等捕食。至第12天，处理编号1、2、3、4的托盘中蓝藻水华基本全被蛆虫、孑孓等大量捕食掉；处理编号5、6的托盘中大部分蓝藻水华被蛆虫、孑孓等大量捕食掉。至第14天，处理编号5、6的托盘中蓝藻水华基本全部被蛆虫、孑孓等捕食完，仅剩余棕褐色的稻草泡在水中，水色也是棕褐色。处理过程中，处理编号依次为1、2、3、4、5和6的6个托盘中的蓝藻水华的去除效率分别为0.35、0.7、1.05、1.4、1.49和1.78升/(天·平方米)。
实施例2
在温暖的6月从太湖西部岸边获取堆积在水面的极高浓度蓝藻水华(微囊藻水华)浆，运回玻璃温室内，在玻璃温室内利用稻草控制蓝藻水华。将获得的高浓度蓝藻水华浆在100L的塑料桶中与自来水混合，进行适度的稀释，获得体积浓度为500mL/L的蓝藻水华。该体积浓度的表示方法：将搅拌均匀的藻水混合物静置0.5小时后，漂浮在水面的藻类体积占藻水总体积的比例。然后获取静置后漂浮在上层的蓝藻水华倒入干稻草中，与干稻草混合，尽量均匀分布。实验使用的容器为规格60cm×40cm×5cm的不锈钢托盘和60cm×40cm×40cm的玻璃缸。共利用不锈钢托盘设置2个初始的蓝藻厚度梯度，利用玻璃缸设置4个初始的蓝藻厚度梯度，具体见表2。并通过在容器底部输入自来水的方式，调整稻草下部的水的深度。
各容器中稻草、蓝藻水华、自来水均配置完成后，各容器暴露在空气中。并且，由于玻璃温室中温度高，水的蒸发比较快，一般2～3天补充自来水至原有深度，防止藻水混合物中由于水体蒸发引起藻类变干。实验过程中，蓝藻水华静置的时间延长后，蓝藻水华在水面的具体浓度比初始时更密集，因此，在初始的3天左右，蓝藻水华聚集的厚度会比初始时减小。
表2：实验设置的初始蓝藻厚度梯度
培养过程中，各个容器中的现象比较接近，培养至第5天，可见稻草的颜色明显变棕暗，蓝藻水华与稻草混合物中出现很多浅灰色的小蛆虫、孑孓等，并且各容器中水色变浅褐，而蓝藻依然保持原有的绿色，没有出现腐烂发臭现象。至第8天，可见各容器中蓝藻水华明显变少，尤其处理编号为1、2、3、4和5的容器中，其中蓝藻水华的厚度相对较浅，剩余的蓝藻水华依然保持原有绿色，没有出现蓝藻腐烂发臭的现象。可见蓝藻水华成为了蛆虫和孑孓等的饵料，即蓝藻水华被蛆虫、孑孓等捕食。而处理编号为6的容器中变化与编号为5的处理形成了比较明显的差异：编号为6的容器中蓝藻有部分变成了黄褐色，并散发出蓝藻特有的恶臭味。表明编号为6的容器中出现了蓝藻水华的厌氧腐烂。至第10天左右，各容器中蓝藻水华即被蛆虫、孑孓等大量捕食掉，有约一半的蓝藻水华消失。至第15天，各容器中蓝藻水华全部被蛆虫、孑孓等捕食完，仅剩余棕褐色的稻草泡在水中，水色也是棕褐色。但是编号为6的容器中仍有蓝藻腐烂散发的比较重的臭味。
第15天时，处理编号依次为1、2、3、4、5和6的6个容器中的蓝藻水华的去除效率分别为1.1、2.8、2.8、2.8、5.6和5.6升/(天·平方米)。
第20天，又从蓝藻水华池塘中获取高密度的蓝藻水华浆，继续适量补充到各个容器中，蓝藻水华依然能被蛆虫、孑孓等捕食掉。
蓝藻水华生物量的去除效果，若藻水混合物搅拌均匀后，以静置0.5小时作为时间节点，获得水面堆积的蓝藻水华浆作为去除量，可以达到1～10L/(d·m2)，即1～10升/(天·平方米)。
其中，在利用稻草控制蓝藻水华的实际应用中，可以采用多层式处理，增加处理面积，提高处理效率。比如一个50平方米的空间中，可以设置多层架状容器，每30厘米高度设置一层，将处理面积数倍地增加。如果设置8层，相当于最大的处理效率能达到80升/(天·平方米)，50平方米的空间中一天能处理蓝藻浆4000升，即能处理4立方米的藻浆。并且还能获得蛆虫、孑孓等水生昆虫作为家禽的优质饵料。
Claims (10)
1.一种利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、从发生蓝藻水华的水体获取蓝藻水华，并对蓝藻水华进行浓缩，获得泥浆状蓝藻水华，即蓝藻水华浆，浓缩后的蓝藻水华浆中藻类体积浓度控制在200～1000mL/L，该体积浓度的表示方法为将搅拌均匀的藻水混合物静置0.5小时后，漂浮在水面的藻类体积占藻水总体积的比例；
(2)、在容器中铺设厚度为1～15cm的稻草，将步骤(1)得到的蓝藻水华浆静置后，获取上层漂浮的蓝藻水华倒入稻草中，与稻草混合，相对均匀分布，使蓝藻水华填充于稻草之间的空隙；其中，蓝藻水华的厚度不超过稻草的厚度；
暴露在空气中，防雨；
(3)、不定期补充水至原有深度，防止藻水混合物因水分蒸发而导致藻类变干；
(4)、继续暴露在空气中，4～7天后蓝藻水华中出现水生昆虫；
蓝藻水华被出现的水生昆虫持续捕食。
2.根据权利要求1所述的利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，还包括不定期持续补充蓝藻水华至稻草中，以作为水生昆虫持续的捕食饵料的处理步骤。
3.根据权利要求1所述的利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，蓝藻水华生物量的去除效果采用如下评价方法：
藻水混合物搅拌均匀后，以静置0.5小时作为时间节点，获得堆积在水面的蓝藻水华，以去除水面堆积的蓝藻水华的体积作为去除量的表示方法，去除量可达到1～10升/(天·平方米)。
4.根据权利要求1所述的利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，还包括对稻草和蓝藻水华混合层的下部的水体进行空气曝气，以促进系统中溶解氧浓度提高的处理步骤。
5.根据权利要求1所述的利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，所铺设的稻草为干稻草或新鲜的湿稻草。
6.根据权利要求1所述的利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，采用多层容器来铺设稻草的处理形式。
7.根据权利要求1所述的利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，所述水生昆虫为蛆虫、孑孓中的一种或几种；所述蓝藻水华为漂浮性的蓝藻水华。
8.根据权利要求1所述的利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，所述蓝藻水华为微囊藻Microcystis水华。
9.根据权利要求1所述的利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，步骤(3)中补充的水来源于自来水或者常见天然水体中的水。
10.根据权利要求1所述的利用稻草控制蓝藻水华的方法，其特征在于，稻草和蓝藻水华向上漂浮后，容器下部的水深不超过20cm。
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