CN114349215B - 一种提高压载挑战水盐度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高压载挑战水盐度的方法，包括采集天然半咸水，检测其包括盐度、pH、溶解氧和溶解性有机碳的水化参数和生物数量，生物数量包括≥50μm生物和10–50μm生物数量，根据天然半咸水的体积添加营养盐为生物提供营养，根据天然半咸水的盐度和体积计算盐度升高3.5PSU所需的盐卤添加量，根据计算结果分批次添加盐卤，检测添加盐卤后水体的水化参数和生物数量。本发明通过添加营养盐和分批添加盐卤相结合制备具有满足公约要求的生物密度的高盐度压载挑战水，克服现有的提高压载挑战水盐度过程中盐度骤然增加对水体生物造成的不良影响和成本高的问题。
Description
技术领域
本发明属于海洋生态领域，具体涉及一种提高压载挑战水盐度的方法。
背景技术
在船舶运输中，船舶压载水在保持船舶稳定、控制船舶吃水方面发挥重要作用，保证船舶在远洋运输中的安全航行。船舶压载水一般在始发港装载并在目的港排放，始发港的生物以压载水为媒介进入目的港，引发外来生物入侵风险，对港口生态环境和人类健康构成重要威胁。根据研究数据统计，在全球范围内大约有超过100多亿吨的压载水被排放至世界不同港口，压载水带来的外来生物入侵风险日益严峻，各港口面临的生态安全问题不断突出。为了减少压载水带来的生态风险，科学合理地规范压载水管理，国际海事组织(IMO)于2004年通过《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》(以下简称“公约”)，要求新型船舶安装压载水处理系统(BWMS)，经BWMS处理后的排放水要求达到压载水排放性能标准(D–2)。同时，根据IMO《公约》规定，美国海岸警卫队(USCG)对船舶压载水处理系统的认定制定不同的标准规则。因此，为了符合IMO新G8导则/BWMS认可规则的要求以及得到USCG的认可，压载水处理系统需要通过型式认可试验考察产品性能并获得相关证书，以保证产品具有良好的处理性能。
根据IMO公约相关要求，压载水处理系统需要在不同盐度的水体中进行型式认可试验，包括淡水(盐度小于1PSU)、半咸水(10–20PSU)和高盐海水(28–36PSU)，以实现在处理不同盐度的水体时均可满足排放要求。同时，公约对型式认可试验水体的水化参数和生物数量均提出了一定的要求，即不得低于公约规定值，以准确地模拟实际航行过程中的水体环境(表1和2)。因此，在压载水处理系统型式认可试验中，水化参数和生物参数均满足公约规定值的压载水被称作压载挑战水，在高盐海水型式认可试验中，高盐度压载挑战水一般取自近海海域，然而近海海水的盐度由于受内陆河流影响通常会低于28PSU而不满足公约要求，故需要采取措施提高压载挑战水的盐度。目前，在该领域中提高水体盐度的方法主要为添加海盐，该方法在提高压载挑战水盐度中应用较为广泛。
表1：型式认可试验中压载挑战水水化参数要求
表2：型式认可试验中压载挑战水生物参数要求
目前，向目标水体中添加的海盐主要包括商品化粗海盐和人工配制海盐。商品化粗海盐一般为工业级海盐，主要是以海水为原料通过纳潮、制卤、结晶和采盐等过程制备而成。使用商品化粗海盐提高压载挑战水盐度时，通过计算获取提高一定盐度所需的海盐质量，按照计算量将海盐添加至目标水体中，可达到提高水体盐度的效果，最终获得高盐度压载挑战水并将其应用于型式认可试验。另一种海盐主要为人工配制海盐，根据天然海水所含的主要无机盐成分，确定实现目标水体盐度提升所需无机盐的种类。从市场上购买工业级无机盐，如氯化钠、硫酸镁与硫酸钙等，根据目标水体体积与所需提升的盐度计算出所需每种无机盐的质量，将多种无机盐与少量微量元素混合并加入目标水体可有效提升压载挑战水的盐度，获得高盐度压载挑战水。但是上述提升压载挑战水盐度的方法仍存在一些不足。首先，商品化海盐与人工配制海盐的价格均较高，在型式认可试验中对压载挑战水的需求量较大，提高压载挑战水盐度时对海盐的需求量较大，在很大程度上增加高盐度压载挑战水的配制成本。此外，使用人工配制海盐在提高水体盐度的应用中仍存在操作繁琐、耗时久等缺点，不利于在大规模型式认可试验中推广和使用。更为重要的是，在通过添加海盐提高压载水盐度过程中，水体盐度的骤然增高会严重影响水体中生物的生长环境，不利于生物的生长和繁殖，在一定程度上造成水体生物密度的降低，增加了高盐海水型式认可试验的实施难度。因此，开发一种科学合理的提高压载挑战水盐度的方法，简单高效地提高压载挑战水盐度的同时避免对水体生物生长产生不良影响，将促进型式认可试验的高效开展与BWMS认证工作的顺利实施，对我国BWMS技术发展和国际压载水管理具有重要的意义。同时，提高压载挑战水盐度也可为水产养殖用海水的获取提供重要的技术支持和借鉴。
发明内容
为解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种提高压载挑战水盐度的方法，以天然半咸水为基础，通过添加营养盐为天然半咸水中的生物提供营养实现生物富集，后续采用分批添加盐卤的方式逐步提高天然半咸水的盐度，得到具有一定生物密度的高盐度压载挑战水，通过简单价廉的方法有效提高压载挑战水的盐度，避免骤然提高水体盐度影响水体中生物的生存环境，严重时将抑制生物的存活和繁殖，最终生物数量下降而不满足IMO对压载挑战水中生物密度的要求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种提高压载挑战水盐度的方法，包括以下步骤：
(1)采集天然半咸水，并检测其水化参数和生物数量，其中水化参数包括盐度、pH、溶解氧和溶解性有机碳，生物数量包括≥50μm生物和10–50μm生物数量；
(2)根据天然半咸水的体积添加营养盐，为生物提供营养；
(3)根据天然半咸水的盐度和体积，以每次增加的盐度值为3.5PSU计算盐度升高3.5PSU所需的盐卤添加量，根据计算结果分批次添加盐卤，并检测添加盐卤后水体的水化参数和生物数量。
优选地，步骤(3)中分三次添加盐卤，具体为：
第一次添加盐卤24h后进行第二次添加盐卤，第二次添加盐卤前后均采集水样检测水体的水化参数和生物数量；
第二次添加盐卤24h后进行第三次添加盐卤，第三次添加盐卤前后均采集水样检测水体的水化参数和生物数量；
第三次添加盐卤24h后，采集水样检测水体的水化参数和生物数量。
优选地，所述天然半咸水来源于杭州湾近海区域，盐度为18–23PSU。
优选地，步骤(2)中，所述营养盐的浓度为f/2营养基。
优选地，步骤(3)中，所述盐卤为海盐生产过程中产生的盐卤，盐度为120PSU。
通过上述任一所述提高压载挑战水盐度的方法处理后，水体盐度由21.3PSU上升至31.7PSU，满足IMO对高盐海水盐度的要求；溶解性有机碳由9.7mg/L提升至14.9mg/L，同时水体pH与溶解氧含量未发生明显变化；≥50μm生物密度由2.6×104ind/m3增加至3.7×105ind/m3，10–50μm生物密度由1.4×102cells/mL增加至8.2×103cells/mL，均满足IMO对压载挑战水生物密度的要求。
有益效果
一、本发明首次创新性地提出一种通过分批添加盐卤逐步提高压载挑战水盐度的方法，同时，通过添加营养盐为压载挑战水中生物提供营养实现生物富集，制备出具有满足公约要求的生物密度的高盐度压载挑战水，克服提高压载挑战水盐度过程中盐度骤然增加对水体生物造成的不良影响以及高成本问题。
二、本发明中用于提高压载挑战水盐度的物质为海盐生产过程产生的盐卤来自于天然晒盐场，含有丰富的有机质，与海盐相比具有价格低廉、有机质丰富等优点，操作简单、可实施性强、可控性强，在BWMS型式认可试验和水产养殖业中均具有广泛的应用前景。
三、本发明中添加的f/2培养基营养盐是一种常见且使用广泛的通用型培养基，可为海水中藻类提供丰富的营养物质，有利于藻类数量的有效提升，水体中丰富的藻类可为浮游动物提供营养，有利于水体中浮游动物的生长。
附图说明
图1为实施例中提高压载挑战水盐度过程中的盐度变化。
图2为实施例中提高压载挑战水盐度过程中的pH变化。
图3为实施例中提高压载挑战水盐度过程中的溶解氧含量变化。
图4为实施例中提高压载挑战水盐度过程中的溶解性有机碳含量变化。
图5为实施例中提高压载挑战水盐度过程中的浮游植物密度变化。
图6为实施例中提高压载挑战水盐度过程中实验组浮游植物分布。
图7为实施例中提高压载挑战水盐度过程中对照组浮游植物分布。
图8为实施例中提高压载挑战水盐度过程中的浮游动物密度变化。
图9为实施例中提高压载挑战水盐度过程中实验组浮游动物分布。
图10为实施例中提高压载挑战水盐度过程中对照组浮游动物分布。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种提高压载挑战水盐度的方法，共设置为4组，3组为平行实验组，1组为对照组，步骤如下：
(a)天然半咸水的采集和检测
利用水泵将小洋山港海域的200L天然海水抽取至敞口容器中，采用快检设备检测天然海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
(b)添加营养盐和盐卤
按照比例添加f/2培养基(1mL/L)为水体中生物提供营养，在缓慢搅拌的条件下添加盐卤(盐度为120PSU)使水体盐度提升3.5PSU。
添加营养盐和盐卤后，再次检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
对照组不作任何处理，仅检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
(c)第二次添加盐卤
第一次添加盐卤24h后，检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
在缓慢搅拌条件下添加盐卤(盐度为120PSU)使水体盐度提升3.5PSU，检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
对照组不作任何处理，仅检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
(d)第三次添加盐卤
第二次添加盐卤24h后，检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
在缓慢搅拌条件下添加盐卤(盐度为120PSU)使水体盐度提升3.5PSU，检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
对照组不作任何处理，仅检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
(e)第三次添加盐卤24h后检测高盐海水的水化参数与生物密度
第三次添加盐卤24h后，检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
对照组不作任何处理，仅检测海水的温度、盐度、pH与溶解氧等水化参数，并采集水样分别进行溶解性有机碳、浮游植物与浮游动物的检测。
由图1、2和3可知，在配制过程中海水盐度实现明显提升，但pH和溶解氧含量未出现明显变化。随着盐度的提升，水体中溶解性有机碳的含量出现逐步升高(图4)，主要是盐卤中含有丰富有机质，添加盐卤提高盐度的同时可引起水体中溶解性有机碳含量的增加。
由图5可知，随着水体盐度的增加，天然海水中浮游植物数量亦逐渐增加，与对照组相比较，盐度的增加未对浮游植物的生长和繁殖产生不良影响，并在前期表现出繁殖速度高于对照组。这一结果可看出，营养盐的加入对浮游植物的生长具有促进作用。如图6和7所示，与对照组相比较，在高盐度压载挑战水配制过程中浮游植物的种类分布变化未出现明显差异，证明盐度增加对浮游植物组成的影响较小。
如图8所示，随着盐卤的不断加入，海水中浮游动物的数量逐步增加，与对照组相比，水体中浮游动物数量未发生明显变化，这一结果证明在盐度增加过程中水体中的浮游动物生长和繁殖过程未受到抑制。如图9和10所示，与对照组相比较，在高盐度压载挑战水配制过程中浮游动物的种类分布变化未出现明显差异，证明盐度增加对浮游动物组成的影响较小。
综上可知，本发明通过分批次加入盐卤可有效提高压载挑战水的盐度，同时在提升压载挑战水盐度的过程中，添加f/2培养基可为水体中生物提供生存和繁殖所需的营养物质，有效避免由盐度骤然变化引起的生物密度降低的现象，最终可获得满足IMO公约要求的高盐度压载挑战水，不仅可为IMO型式认可提供压载挑战水，还可用于水产养殖业所需的高盐度养殖用水。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种提高压载挑战水盐度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集天然半咸水，检测其水化参数和生物数量，其中水化参数包括盐度、pH、溶解氧和溶解性有机碳，生物数量包括≥50μm生物和10–50μm生物数量；
(2)根据天然半咸水的体积添加营养盐，为生物提供营养；
(3)根据天然半咸水的盐度和体积计算盐度升高3.5PSU所需的盐卤添加量，根据计算结果分批次添加盐卤，检测添加盐卤后水体的水化参数和生物数量；
步骤(3)中分三次添加盐卤，具体为：
第一次添加盐卤24h后进行第二次添加盐卤，第二次添加盐卤前后均采集水样检测水体的水化参数和生物数量；
第二次添加盐卤24h后进行第三次添加盐卤，第三次添加盐卤前后均采集水样检测水体的水化参数和生物数量；
第三次添加盐卤24h后，采集水样检测水体的水化参数和生物数量；
所述天然半咸水来源于杭州湾近海区域，盐度为18–23PSU。
2.根据权利要求1所述提高压载挑战水盐度的方法，其特征在于，所述营养盐的浓度为f/2营养基。
3.根据权利要求1所述提高压载挑战水盐度的方法，其特征在于，所述盐卤为海盐生产过程中产生的盐卤，盐度为120PSU。
4.根据权利要求1至3任一项所述提高压载挑战水盐度的方法，其特征在于，
水体盐度由21.3PSU上升至31.7PSU，满足IMO对高盐海水盐度的要求；
溶解性有机碳由9.7mg/L提升至14.9mg/L，同时水体pH与溶解氧含量未发生明显变化；
≥50μm生物密度由2.6×104ind/m3增加至3.7×105ind/m3，10–50μm生物密度由1.4×102cells/mL增加至8.2×103cells/mL，均满足IMO对压载挑战水生物密度的要求。
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