CN113197151A - 一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法及系统，所述方法如下：在池塘养殖水体中设置一系统，所述系统的电极组合中阳极为铁，阴极为铁或铜；所述电极组合、水下推进器分别与电源相连接，电极组合通过浮力装置潜浮于养殖水体；所述电极组合位于所述网箱内，水下推进器位于网箱内，所述水底固定件固定在池塘底部，所述网箱通过一绳索连接所述水底固定件；通电后，所述电极组合的阳极持续产生铁离子，与养殖水体中的磷酸盐发生沉析反应、絮凝沉淀作用，持续、稳定的降磷，使蓝藻的种群生长和种间竟争优势下降，进而生态控制蓝藻水华。本发明具有降低养殖水体磷质量浓度、降低蓝藻相对密度、装置体积小、能耗成本低、无二次污染、管理简便等优点。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法及系统。
【背景技术】
我国是水产养殖大国，养殖产量约占世界养殖产量的68％，其中，池塘养殖产量约占45％。由于大量饲料的投喂，池塘养殖的中后期，往往导致水体中的氮磷浓度迅速增大而水质恶化，影响养殖动物的生存生长，特别是由于磷浓度的增大，容易使池塘中蓝藻的种群密度增加，常导致蓝藻水华的爆发，而加剧了养殖水质的恶化；此外，池塘养殖尾水基本未经处理直接排放，导致了对周边水域环境不同程度的富营养化污染，特别是较高的磷浓度的排放，增大了周边水域水质治理的环保压力。因此，为促进养殖动物健康生态养殖，降低养殖自身污染和对周边水域环境的富营养化污染，保护水域生态环境，很有必要在养殖过程中，采取有效措施持续降低养殖水体中的磷质量浓度和降低水体中的蓝藻相对密度。
当前的池塘养殖水体原位降磷和蓝藻水华控制的技术，主要采用生物浮床、微生态制剂、生物膜技术及应用化学药剂除磷和蓝藻技术，如硫酸铜除藻、生石灰除磷等，虽然有一定的除磷除藻效果。但均具有较大的使用局限性，如生物浮床、微生态制剂、生物膜技术等普遍存在调控效果不足的问题甚至受到气候等因素影响时往往效果不确定性甚至失效；使用化学药剂，存在使用成本较高、不能持续使用，可能产生对水质其他因子的负面影响(如使用硫酸铜灭蓝藻的同时也把水体中其他的所有有益藻类杀灭)，甚至危及养殖动物的生存生长等，如果长期使用大量化学药剂可能导致二次污染等问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题之一的，在于提供一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法，其在池塘养殖水体中原位设置除磷系统，达到持续、稳定、高效的降磷，实现生态控制蓝藻水华爆发，具有装置结构简便、水质改良效果较精准稳定、不受气候影响、原位水质改良、成本低、有利于养殖动物生长、环保安全和无二次污染等优点。
本发明是这样实现上述技术问题之一的：
一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法，所述方法如下：在池塘养殖水体中设置一系统，所述系统包括电极组合、电源、浮力装置、网箱、水下推进器以及水底固定件，所述电极组合中阳极为铁，阴极为铁或铜；所述电极组合、水下推进器分别与电源相连接，所述电极组合位于养殖水体中，且所述电极组合的上端架设在浮力装置上，通过浮力装置浮于养殖水体上；所述电极组合位于所述网箱内，所述水下推进器位于网箱内，所述水底固定件固定在池塘底部，所述网箱通过一绳索连接所述水底固定件；
通电后，所述电极组合的阳极持续产生铁离子，铁离子与养殖水体中的磷酸盐发生沉析反应、铁离子水化物及其多聚物对磷及相关颗粒物的产生絮凝沉淀作用；同时，所述系统在养殖水体中以所述水底固定件为中心，通过水下推进器和自然风进行移动，移动过程中水流产生的剪切力使絮凝物可脱离电极表面而沉降于池塘底部，以及去除阳极的表面被氧化物，使电极组合持续、稳定的降磷，控制养殖水体中的N/P≥20，使蓝藻的种群生长及种间竟争优势下降，相对密度下降，进而生态控制蓝藻水华。
进一步地，所述电极组合的相邻电极之间的间距为2-10cm；所述电极组合的运行电压和电流分别为：直流电压为30～100V，微电流密度为0.2～1.0mA/cm2。
进一步地，所述网箱为塑料网箱；所述系统还包括自动控时开关，所述自动控时开关分别连接水下推进器和电源，所述自动控时开关控制水下推进器在白天开启。
进一步地，所述系统还与增氧机相配合，所述增氧机或/与所述水下推进器相配合控制所述系统的运行速度在5～60cm/s。
进一步地，所述增氧机或/与所述水下推进器相配合控制所述系统的运行速度在10～20cm/s。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统，其在池塘养殖水体中原位设置除磷系统，达到持续、稳定、高效的降磷，实现生态控制蓝藻水华爆发，具有装置结构简便、水质改良效果较精准稳定、不受气候影响、原位水质改良、成本低、有利于养殖动物生长、环保安全和无二次污染等优点。
本发明是这样实现上述技术问题之二的：
一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统，所述系统包括电极组合、电源、浮力装置、网箱、水下推进器以及水底固定件，所述电极组合中阳极为铁，阴极为铁或铜；所述电极组合、水下推进器分别与电源相连接，所述电极组合位于养殖水体中，且所述电极组合的上端架设在浮力装置上，通过浮力装置浮于养殖水体上；所述电极组合位于所述网箱内，所述水下推进器位于网箱内，所述水底固定件固定在池塘底部，所述网箱通过一绳索连接所述水底固定件。
进一步地，所述电极组合的相邻电极之间的间距为2-10cm；所述电极组合的运行电压和电流分别为：直流电压为30～100V，微电流密度为0.2～1.0mA/cm2。
进一步地，所述系统还包括自动控时开关，所述自动控时开关分别连接水下推进器和电源。
进一步地，所述网箱为塑料网箱；所述系统还与增氧机相配合，所述增氧机或/与所述水下推进器相配合控制所述系统的运行速度在5～60cm/s。
进一步地，所述增氧机或/与所述水下推进器相配合控制所述系统的运行速度在10～20cm/s。
本发明具有如下优点：
本发明通过在池塘养殖水体中原位设置本发明系统，通过该系统的铁电极(阳极)持续产生铁阳离子，铁阳离子与养殖水体中的磷酸盐发生沉析反应、铁阳离子水化物及其多聚物对磷及相关颗粒物产生的絮凝沉淀作用等；设置的所述系统在养殖水体中以所述水底固定件为中心做圆周运动，通过控制其运行速度在5～60cm/s下缓慢漂流行进，水流产生剪切力不断流经电极表面，能去除(阳极)铁的表面被氧化物，防止(阳极)铁的表面被氧化物形成致密覆盖层而被钝化，也有利于磷酸铁等颗粒或絮凝物脱离电极表面而沉降于池塘底部，达到持续、稳定、高效的降磷，控制养殖水体中的N/P≥20，使蓝藻的种群生长及种间竟争优势下降，相对密度下降，进而生态控制蓝藻水华。
本发明通过设置塑料网箱容积大于该电极组合，能够阻隔池塘养殖动物(如鱼虾等)进入，确保直流电场不对养殖动物产生伤害；以及浮力装置的设置，提供充足的浮力以确保本发明系统能潜浮于水体上，有助于其在水面的漂流，也确保直流电源开关离开水面和用电安全，也便于对系统的检查维护。
本发明具有装置结构简便、蓝藻水华控制效果较精准稳定、不受气候影响、原位水质改良、装置体积小成本低、有利于养殖动物生长、环保安全和无二次污染等优点。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统的主视图。
图2为本发明一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统的侧视图。
图3为本发明一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统的俯视图。
【具体实施方式】
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参阅图1-3，本发明涉及一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统，所述系统10包括电极组合1、电源2、浮力装置3、网箱4、水下推进器5以及水底固定件6，所述电极组合1中阳极为铁，阴极为铁或铜；所述电极组合1、水下推进器5分别与电源2相连接，所述电极组合1位于养殖水体中，且所述电极组合1的上端架设在浮力装置3上，通过浮力装置3浮于养殖水体上；所述电极组合1位于所述网箱4内，所述水下推进器5位于网箱4内，所述水底固定件6固定在池塘底部，所述网箱4通过一绳索7连接所述水底固定件6。
所述电极组合1的相邻电极之间的间距为2-10cm；所述电极组合1的运行电压和电流分别为：直流电压为30～100V，微电流密度为0.2～1.0mA/cm2。
所述系统10还包括自动控时开关8，所述自动控时开关8分别连接水下推进器5和电源2。
所述网箱4为塑料网箱；所述系统10还与增氧机相配合，所述增氧机或/与所述水下推进器5相配合控制所述系统10的运行速度在5～60cm/s。
较优的，所述增氧机或/与所述水下推进器5相配合控制所述系统10的运行速度在10～20cm/s。
本发明还涉及一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法，所述方法如下：在池塘养殖水体中设置一系统10，所述系统10包括电极组合1、电源2、浮力装置3、网箱4、水下推进器5以及水底固定件6，所述电极组合1中阳极为铁，阴极为铁或铜；所述电极组合1、水下推进器5分别与电源2相连接，所述电极组合1位于养殖水体中，且所述电极组合1的上端架设在浮力装置3上，通过浮力装置3浮于养殖水体上；所述电极组合1位于所述网箱4内，所述水下推进器5位于网箱4内，所述水底固定件6固定在池塘底部，所述网箱4通过一绳索7连接所述水底固定件6。
通电后，所述电极组合1的阳极持续产生铁离子，铁离子与养殖水体中的磷酸盐发生沉析反应、铁离子水化物及其多聚物对磷及相关颗粒物的产生絮凝沉淀作用；同时，所述系统10在养殖水体中以所述水底固定件6为中心，通过水下推进器5和自然风进行移动，移动过程中水流产生的剪切力使絮凝物可脱离电极表面而沉降于池塘底部，以及去除阳极的表面被氧化物，使电极组合持续、稳定的降磷，控制养殖水体中的N/P≥20，使蓝藻的种群生长及种间竟争优势下降，相对密度下降，进而生态控制蓝藻水华。
所述系统10还与增氧机相配合，所述增氧机或/与所述水下推进器5相配合控制所述系统10的运行速度在5～60cm/s。
较优的，所述增氧机或/与所述水下推进器5相配合控制所述系统10的运行速度在10～20cm/s。
本发明的工作原理如下：
(1)经电源2提供一定的直流电，在电极组合1的直流电场的作用下，铁(阳极)生成大量的铁阳离子，产生的大量Fe2+和Fe3+与养殖水体中的磷酸盐发生沉析反应，形成颗粒状、非溶解性的物质(如磷酸铁等)而沉降于装置网箱4内；同时，铁阳离子经过一系列水解聚合反应，Fe2+和Fe3+以及它们的水化物如氢氧化铁等对磷都具有较强的絮凝、沉淀作用，还可生成具有吸附凝聚作用的多聚物，如部份Fe3+水解产生的如[Fe2(OH)2]4+、[Fe3(OH)4]5+、[Fe5(OH)9]6+等多核羟基络合物，可以起到絮凝剂的作用，能与养殖水体中一些悬浮物质(含悬浮态磷，包括生物磷和难溶磷酸盐颗粒)、相关的颗粒物质和电解质等发生沉聚作用，而沉降于网箱4内(定期清理网箱即可)。
(2)在白天开启该系统的水下推进器5，通过水下推进器5控制该系统10在水体中的行进速度，有利于水流产生剪切力，不断流经电极表面，去除(阳极)铁的表面被氧化物，防止(阳极)铁的表面被氧化物形成致密覆盖层而被钝化，也有利于磷酸铁等颗粒或絮凝物脱离电极表面而沉降，防止长期使用发生电极纯化，影响电极电解反应的正常进行，有效解决(阳极)铁的钝化问题，促进除磷的进行，降低无机磷的浓度。
本发明通过仅用绳索7系绑在该系统10的一角并连接于固定在池塘底部的水底固定件6(如锚、桩)，在水下推进器5的推动及增氧机运行所形成的水流或风力的推动下，控制该系统10基本围绕水底固定件6以一定的速度作圆周移动，有利于水流产生剪切力的产生，以及对整个养殖水体进行大面积覆盖式的除磷，实现水中无机磷的高效去除。
(3)由于白天是浮游植物进行光合作用的生长时间，一般在白天开启水下推进器5，提高电极组合1的运行速度，促进除磷的进行，降低无机磷的浓度，藻类因磷的浓度降低或严重不足而导致普遍生长受限，从而降低藻类的密度；同时也影响藻类不同种类之间的竟争，一般水体中的N/P≥20时，使蓝藻的种间竟争优势下降，而使蓝藻的相对密度下降，可达到控制蓝藻水华暴发的效果；晚上浮游植物光合作用停止期间则可选择关闭水下推进器5工作，利用养殖池塘中配套的增氧机开机所形成的池塘水体水流、自然风力等推动下，该系统可在池塘养殖水体中一定范围内缓慢漂流旋转，由于直流开关电源仍然在运行中，仍然不断地释放出铁阳离子，持续地降磷。
(4)当养殖水体中的无机N/P>20时,则磷酸盐为浮游植物生长的限制因子，若无机N/P<10则溶解无机氮为浮游植物生长的限制因子。在一个营养盐受限制的池塘水体，浮游植物对营养盐的种间响应机制最终决定了浮游植物群落结构。蓝藻由于许多种类都具有固氮能力而在细胞内贮存较多的氮盐,一旦水体中有充足的磷盐供给，就有可能引发蓝藻的种群暴发性生长而形成蓝藻水华。通过设计应用该系统降低养殖水体中的无机磷，提高水体中的N/P>20，使磷酸盐为蓝藻生长的限制因子，从而降低蓝藻的种群竟争力，可相对促进其他藻类如绿藻、硅藻、黄藻等的种群竟争生长，实现降低水体中的蓝藻相对密度，生态控制蓝藻水华的暴发；整个系统是移动式的除磷，因此系统体积可大大减小。
(5)本发明通过设置塑料网箱容积大于该电极组合，能够阻隔池塘养殖动物(如鱼虾等)进入，确保直流电场不对养殖动物产生伤害。
(6)浮力装置的设置，提供充足的浮力以确保本发明系统能潜浮于水体，有助于其在水面的漂流，也确保直流电源开关离开水面和用电安全，也便于对系统的检查维护。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
应用上述系统方法，构建了一种池塘养殖水体降磷和蓝藻生态控制的装置，对鳗鱼池塘高密度精养殖进行水体水质降磷和蓝藻生态控制的对照处理，养殖期间的池塘水质对比结果数据如下：
备注：对照池塘指的是没有安装使用本发明装置的养殖池塘，处理池塘指的是有安装使用本发明装置的养殖池塘。
综上可知，经过本发明处理后的池塘养殖水体其无机磷的平均去除率为64.6％(去除率范围57.5％-79.3％)；总磷的平均去除率为47.2％(去除率范围42.4％-52.9％)；蓝藻相对密度的平均下降率为69.8％(下降率范围58.8％-75.7％)。
总之，本发明通过在池塘养殖水体中原位设置本发明系统，达到持续、稳定、高效的降磷，实现生态控制蓝藻水华爆发，且本发明具有装置结构简便、水质改良效果较精准稳定、不受气候影响、原位水质改良、装置体积小、成本低、有利于养殖动物生长、环保安全和无二次污染等优点。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法，其特征在于：所述方法如下：在池塘养殖水体中设置一系统，所述系统包括电极组合、电源、浮力装置、网箱、水下推进器以及水底固定件，所述电极组合中阳极为铁，阴极为铁或铜；所述电极组合、水下推进器分别与电源相连接，所述电极组合位于养殖水体中，且所述电极组合的上端架设在浮力装置上，通过浮力装置浮于养殖水体上；所述电极组合位于所述网箱内，所述水下推进器位于网箱内，所述水底固定件固定在池塘底部，所述网箱通过一绳索连接所述水底固定件；
通电后，所述电极组合的阳极持续产生铁离子，铁离子与养殖水体中的磷酸盐发生沉析反应、铁离子水化物及其多聚物对磷及相关颗粒物的产生絮凝沉淀作用；同时，所述系统在养殖水体中以所述水底固定件为中心，通过水下推进器和自然风进行移动，移动过程中水流产生的剪切力使絮凝物可脱离电极表面而沉降于池塘底部，以及去除阳极的表面被氧化物，使电极组合持续、稳定的降磷，控制养殖水体中的N/P≥20，使蓝藻的种群生长下降及种间竟争优势下降，相对密度下降，进而生态控制蓝藻水华。
2.根据权利要求1所述的一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法，其特征在于：所述电极组合的相邻电极之间的间距为2-10cm；所述电极组合的运行电压和电流分别为：直流电压为30～100V，微电流密度为0.2～1.0mA/cm2。
3.根据权利要求1所述的一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法，其特征在于：所述网箱为塑料网箱；所述系统还包括自动控时开关，所述自动控时开关分别连接水下推进器和电源，所述自动控时开关控制水下推进器在白天开启。
4.根据权利要求1所述的一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法，其特征在于：所述系统还与增氧机相配合，所述增氧机或/与所述水下推进器相配合控制所述系统的运行速度在5～60cm/s。
5.根据权利要求4所述的一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的方法，其特征在于：所述增氧机或/与所述水下推进器相配合控制所述系统的运行速度在10～20cm/s。
6.一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统，其特征在于：所述系统包括电极组合、电源、浮力装置、网箱、水下推进器以及水底固定件，所述电极组合中阳极为铁，阴极为铁或铜；所述电极组合、水下推进器分别与电源相连接，所述电极组合位于养殖水体中，且所述电极组合的上端架设在浮力装置上，通过浮力装置浮于养殖水体上；所述电极组合位于所述网箱内，所述水下推进器位于网箱内，所述水底固定件固定在池塘底部，所述网箱通过一绳索连接所述水底固定件。
7.根据权利要求6所述的一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统，其特征在于：所述电极组合的相邻电极之间的间距为2-10cm；所述电极组合的运行电压和电流分别为：直流电压为30～100V，微电流密度为0.2～1.0mA/cm2。
8.根据权利要求6所述的一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统，其特征在于：所述系统还包括自动控时开关，所述自动控时开关分别连接水下推进器和电源。
9.根据权利要求6所述的一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统，其特征在于：所述网箱为塑料网箱；所述系统还与增氧机相配合，所述增氧机或/与所述水下推进器相配合控制所述系统的运行速度在5～60cm/s。
10.根据权利要求9所述的一种池塘养殖水体生态控制蓝藻水华的系统，其特征在于：所述增氧机或/与所述水下推进器相配合控制所述系统的运行速度在10～20cm/s。
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