CN114455774B - 一种生态安全的絮凝剂水体透明度提升方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水生态治理技术领域，具体公开了一种生态安全的絮凝剂水体透明度提升方法。所述的生态安全的絮凝剂水体透明度提升方法，其包含如下步骤：(1)向水体中投加聚合氯化铝；(2)向水体中投加聚丙烯酰胺；(3)在水体中种植沉水植物；(4)沉水植物种植完毕后投加微生物菌剂。该方法只需投加一次化学絮凝剂即可实现水体长时间保持透明，克服了现有技术中需要多次添加化学絮凝剂才能保持水体长时间透明的技术不足，大幅减少了化学絮凝剂对水体的毒害，是一种既安全、又经济、且效果好的水体透明度提升方法。

Description

一种生态安全的絮凝剂水体透明度提升方法
技术领域
本发明涉及水生态治理技术领域，具体涉及一种生态安全的絮凝剂水体透明度提升方法。
背景技术
近年来水体生态修复是水环境治理领域的热门技术，水体生态修复主要是基于生态学基本原理，通过恢复或构建水体水生植物、水生动物、微生物等强化水体自净能力，实现水体污染物的净化。
在水体生态修复实施工程中，特别是沉水植物栽种和恢复过程中，水体透明度是严重制约其成活率的因素之一。所以，为了提高沉水植物栽种后的成活率，一般采取多种方式来快速提高水体透明度，比如降低水位或换水、投加絮凝剂、投加滤食动物等等，但这些方式总有一些限制条件，比如降低水位或换水会造成水资源浪费，并且一些大水域或河道也很难实现，投加滤食动物则受到水体环境理化条件及原有生物种类限制会影响其使用效果，且周期较长；目前应用最多的是投加水体絮凝剂，如聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硫酸铝、聚丙烯酰胺、生物絮凝剂、沸石粉、硅藻土等等。但是从效果和性价比角度来讲，很多施工单位均采用化学絮凝剂，见效快，成本低，但化学絮凝剂对水体生物有一定的毒害，若控制不好投撒比例，极易造成栽种的沉水植物死亡、甚至放养的水生动物死亡，同时化学絮凝剂效果持续时间较短，通常需多次投加，使其毒害作用进一步加大。
目前，在水生态修复领域中缺少一种既安全、又经济、且效果好的水体透明度提升办法。
发明内容
为了克服现有技术中存在的至少之一的技术问题，本发明提供了一种水体透明度提升方法。
本发明的技术方案如下：
一种水体透明度提升方法，其包含如下步骤：
(1)向水体中投加聚合氯化铝；
(2)向水体中投加聚丙烯酰胺；
(3)在水体中种植沉水植物；
(4)沉水植物种植完毕后投加微生物菌剂。本发明提供了一种全新的水体透明度提升方法；该方法通过投加化学絮凝剂、种植沉水植物以及投加微生物菌剂的方式来提升水体透明度；该方法只需投加一次化学絮凝剂即可实现水体长时间保持透明，克服了现有技术中需要多次添加化学絮凝剂才能保持水体长时间透明的技术不足，大幅减少了化学絮凝剂对水体的毒害，将化学絮凝和微生物絮凝作用相结合，是一种既安全、又经济、且效果好的水体透明度提升方法。与现有技术相比，取得了显著的技术进步。
优选地，步骤(1)中，向水体中投加聚合氯化铝，并控制聚合氯化铝在水中的浓度为8～12mg/L。
最优选地，步骤(1)中，向水体中投加聚合氯化铝，并控制聚合氯化铝在水中的浓度为10mg/L。
优选地，步骤(1)中，聚合氯化铝以聚合氯化铝水溶液的形式加入到水体中；
聚合氯化铝水溶液中聚合氯化铝的质量分数为20～40％。
优选地，步骤(2)中，向水体中投加聚丙烯酰胺，并控制聚丙烯酰胺在水中的浓度为0.8～1.5mg/L。
最优选地，步骤(2)中，向水体中投加聚丙烯酰胺，并控制聚丙烯酰胺在水中的浓度为1mg/L。
优选地，步骤(2)中，聚丙烯酰胺以聚丙烯酰胺水溶液的形式加入到水体中；
聚丙烯酰胺水溶液中聚丙烯酰胺的质量分数为20～40％。
在本发明的整体方案中，聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺的投加量十分关键，一方面影响着水体的絮凝效果，另一方面还影响着沉水植物的生长，进而决定了是否能够使得水体长时间保持透明。
发明人经大量的实验摸索研究发现，聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺的投加量在本发明的上述范围内，聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺的投加量越大，絮体聚集及下沉速度越快，并且沉水植物生长速度加快；其中，聚合氯化铝在水中的最佳浓度为10mg/L，聚合氯化铝在水中的最佳浓度为1mg/L，同时当聚合氯化铝和聚丙烯酰胺两者浓度比为10:1时，会呈现出最佳的絮凝效果。进一步发明人惊奇的发现，当聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺任意一种的投加量超过上述投加量的范围时，絮体开始松散，甚至上浮，且沉水植物出现枯黄叶子，甚至出现枯萎；不能够实现长时间保持水体透明。
在生态安全浓度范围内合理使用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺可以使水体达到较好的透明度，同时对沉水植物无毒害作用，但化学絮凝透明度维持时间有限，为避免多次使用化学絮凝剂产生的生物富集作用，在第一次使用完化学絮凝剂之后，可使用微生物菌剂利用微生物絮凝作用来维持水体透明度，微生物存活时间有限，但部分微生物会附着在沉水植物表面开始增殖，后期新增殖的微生物会持续产生微生物絮凝作用，利于透明度维持，透明度维持时间越长，沉水植物生长越好，为微生物提供附着的场所越多，在多方综合作用下，水体透明度可长时间维持较好效果。
由此可见，聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺的投加量在本发明的上述范围内，仅仅通过一次投加絮凝剂，一方面可以提高水体絮凝速度，另一方面可以提高沉水植物的生长速度，之后通过投加微生物菌剂及新增殖微生物产生的微生物絮凝作用，进而能够使得水体长时间保持透明。当聚合氯化铝和聚丙烯酰胺超出上述范围，则达不到上述目的。同时，发明人也研究发现，采用其它的絮凝剂代替聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺，同样也不能促进沉水植物生长，达到长时间保持水体透明的目的。
优选地，步骤(2)中所述的聚丙烯酰胺选用的是600～1000万分子量的聚丙烯酰胺。
最优选地，步骤(2)中所述的聚丙烯酰胺选用的是800万分子量的聚丙烯酰胺。
优选地，步骤(3)中所述的沉水植物选用的是苦草、黑藻以及穗花狐尾藻中的一种或一种以上的组合。
优选地，步骤(3)中所述的沉水植物为苦草、黑藻以及穗花狐尾藻三者的组合；
步骤(3)中在水体中交替种植苦草、黑藻以及穗花狐尾藻。
所述的交替种植苦草、黑藻以及穗花狐尾藻是指种植一丛苦草，接着再种植一丛黑藻，然后再种植一丛穗花狐尾藻，如此交替进行种植。
发明人在研究中进一步发现：在本发明的整体方案中，沉水植物的具体种类对于进一步提高水体透明时间起着重要的作用；发明人在研究中惊奇的发现，采用本发明所述的方法，在水体中交替种植苦草、黑藻以及穗花狐尾藻，其与仅仅种植一种沉水植物相比，可以进一步大幅延长水体保持透明的时间。
优选地，步骤(3)中沉水植物种植密度为6～8株/丛，16～36丛/m2；水体中沉水植物覆盖率在60％以上。
优选地，步骤(4)中所述的微生物菌剂是指含有酵母菌、芽孢杆菌、醋酸菌和/或放线菌的微生物菌剂。
本发明所述的微生物菌剂采用含有酵母菌、芽孢杆菌、醋酸菌和放线菌等可产生微生物絮凝作用的微生物中的一种或多种的混合菌剂均可实现本发明；如，可以通过含有上述菌种的污水处理菌剂来实现本发明；所述的微生物菌剂的作用是：微生物通过附着在沉水植物上，通过植物和微生物的协同作用可增强微生物絮凝效果，实现水体透明度提升效果长久保持。
优选地，步骤(4)中的微生物菌剂以菌液的形式投加；
菌液中，有效活菌数≥109CFU/g；以水体面积计算，投加量为0.5～2kg/m2。
有益效果：本发明提供了一种全新的水体透明度提升方法，该方法通过投加化学絮凝剂、种植沉水植物以及投加微生物菌剂的方式来提升水体透明度，该方法只需投加一次生态安全浓度范围内化学絮凝剂即可实现水体长时间保持透明，克服了现有技术中需要多次添加化学絮凝剂才能保持水体长时间透明的技术不足，大幅减少了化学絮凝剂对水体的毒害，是一种既安全、又经济、且效果好的水体透明度提升方法。与现有技术相比，采用该方法，严格控制了化学絮凝剂的使用次数与浓度，同时确保透明度效果长时间维持，确保水生态项目的安全实施。此外，该方法实施成本低，操作简单，效果好，适用于工程应用。
附图说明
图1为絮凝剂聚合氯化铝(PAC)的浓度对水体浊度以及苦草生长的影响。
图2为絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)的浓度对水体浊度以及苦草生长的影响。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例并不限定本发明的保护范围。
实施例1：生态安全浓度验证实验
在实验室内设计实验，验证PAC与PAM生态安全浓度与比例。
苦草是我国常见的沉水植物，被广泛应用于河道、湖泊等自然水体的修复工程中，本实验以苦草为对象，研究常见絮凝剂PAC+PAM对水体浊度及沉水植物的影响。其中，底泥和苦草均采自某河道沉水植物区，底泥晒干后用筛网除去较大底栖无脊椎动物和杂质后混匀，实验用水取自同一河道。
验证实验第一部分：
取6只15L塑料桶，分别加入约4cm厚的底泥，12L河道自然水体，静置24小时。
空白组：取1只桶，种植生长状况良好的苦草(约10.5g)
实验组：取5只桶，种植生长状况良好性状、同空白组一致的苦草(约10.5g)，后分别加入定量PAC，控制水体PAC浓度分别为5mg/L、8mg/L、10mg/L、12mg/L、15mg/L，静置1小时，PAC完全沉降后，测水体浊度，培养30天，观察苦草的生长状况，并称重。
实验结果：
1)水体浊度：随着PAC浓度的增加，水体浊度减小，当浓度达到12mg/L时，浊度不再减小，且矾花出现变大、上翻的趋势。
2)培养过程中，PAC浓度≤10mg/L时，随着PAC浓度的增加，苦草生长速度加快，30天后的重量逐渐升高，PAC浓度为12mg/L时，苦草部分叶子变黄，但继续发出新芽，15mg/L时，苦草枯萎，当PAC浓度为10mg/L时，水体浊度较低，且对苦草的生长几乎无影响。
验证实验第二部分：
取6只15L塑料桶，分别加入约4cm厚的底泥，12L河道自然水体，静置24小时。
空白组：取1只桶，种植生长状况良好的苦草(约10.5g)，定量加入PAC，控制水体中PAC浓度为10mg/L；
实验组：取5只桶，分别种植生长状况良好的苦草(10.5g)，定量加入PAC，控制水体中PAC浓度为10mg/L；然后分别控制PAM浓度为0.5mg/L、1mg/L、1.5mg/L、2mg/L(PAC:PAM分别为20:1，10:1，7:1，5:1)，培养30天，观察苦草的生长状况，并称重。
实验结果：
1)控制PAC浓度为10mg/L，当加入的PAM为0.5mg/L时，絮体聚集及下沉速度稍慢，当PAM浓度为1mg/L时，矾花聚集及下沉速度均比较好，浊度有微小变化，随着浓度的继续增大，絮体开始松散，甚至上浮。
2)当PAM浓度为1mg/L时，对苦草的生长几乎无变化，PAM浓度为1.5mg/L时，苦草出现枯黄叶子，但依旧生长良好，可能原因为絮体落到叶子上影响了光合作用，当浓度达到2mg/L时，枯黄明显增加，与PAM浓度为1mg/L时对比，称重重量降低明显。
总体实验结论：控制PAC浓度10mg/L，PAM浓度1mg/L，PAC与PAM比例10:1，水体的浊度明显降低，且对苦草的生长无明显影响。
实施例2：景观水体治理工程应用
某公园景观水体，面积9000m2，平均水深2m，封闭水体基本无流动性，水体呈土黄色，透明度25-30cm，浊度85-130NTU。针对该水体进行透明度提升：
(1)配制质量分数为30％的聚合氯化铝溶液，待颗粒状及稠团状完全消失时溶液配制完成，分批次使用汽油泵将聚合氯化铝溶液均匀喷洒至水体中，控制水体中聚合氯化铝溶液的浓度为10mg/L，喷洒过程中进行人工行船搅拌；
(2)取800万分子量的聚丙烯酰胺，配制质量分数为30％的聚丙烯酰胺溶液，待颗粒状及稠团状完全消失时溶液配制完成，使用汽油泵将聚丙烯酰胺溶液均匀喷洒至水体中，控制水体聚丙烯酰胺浓度为1mg/L，喷洒过程中进行人工行船搅拌；
(3)聚合氯化铝溶液与聚丙烯酰胺溶液喷洒完成后，用扦插法带水作业进行苦草种植，先将6株苦草用细草绳进行捆绑，然后作业人员乘船用工具叉将成捆的苦草叉入水底底泥中，苦草覆盖率为70％，种植密度为6株/丛，20丛/m2。
(4)沉水植物种植完成后，使用汽油泵将微生物菌液均匀喷洒至水体中；其中，微生物菌液是采用微生物菌剂加水配制而成，微生物菌液中的有效活菌数为109CFU/g，投加密度为0.5kg/m2。
经现场监测，微生物菌剂喷洒完成24h后，水体透明度恢复至70cm，15d内植物与微生物系统逐步稳定，水体透明度提升至120cm，浊度降低至20NTU以下；半年后水体透明度依然维持在120cm，浊度依然维持在20NTU以下。
由此可见，该方法只需投加一次化学絮凝剂即可实现水体长时间保持透明，且投加的絮凝剂浓度在生态安全浓度范围内，克服了现有技术中需要多次添加化学絮凝剂才能保持水体长时间透明的技术不足，大幅减少了化学絮凝剂对水体的毒害，是一种既安全、又经济、且效果好的水体透明度提升方法。
实施例3：农村坑塘治理工程应用
某农村坑塘水体，面积1500m2，平均水深2m，封闭水体基本无流动性，水体呈灰黑色，透明度小于20cm，浊度50-90NTU。针对该水体进行透明度提升：
(1)配制质量分数为30％的聚合氯化铝溶液，待颗粒状及稠团状完全消失时溶液配制完成，分批次使用汽油泵将聚合氯化铝溶液均匀喷洒至水体中，控制水体中聚合氯化铝溶液的浓度为10mg/L，喷洒过程中进行人工行船搅拌；
(2)取800万分子量的聚丙烯酰胺，配制质量分数为30％的聚丙烯酰胺溶液，待颗粒状及稠团状完全消失时溶液配制完成，使用汽油泵将聚丙烯酰胺溶液均匀喷洒至水体中，控制水体聚丙烯酰胺浓度为1mg/L，喷洒过程中进行人工行船搅拌；
(3)聚合氯化铝溶液与聚丙烯酰胺溶液喷洒完成后，用扦插法带水作业进行苦草、黑藻以及穗花狐尾藻种植，先将6株苦草、黑藻以及穗花狐尾藻用细草绳进行捆绑，然后作业人员乘船用工具叉依次交替将成捆的苦草、黑藻以及穗花狐尾藻叉入水底底泥中，苦草、黑藻以及穗花狐尾藻的覆盖率为70％，种植密度为6株/丛，20丛/m2。
(4)沉水植物种植完成后，使用汽油泵将微生物菌液均匀喷洒至水体中；其中，微生物菌液是采用微生物菌剂加水配制而成，微生物菌液中的有效活菌数为109CFU/g，投加密度为1kg/m2。
经现场监测，微生物菌剂喷洒完成24h后，水体透明度恢复至60cm，15d内植物与微生物系统逐步稳定，水体透明度提升至150cm，浊度降低至15NTU以下；一年后水体透明度依然维持在150cm，浊度依然维持在15NTU以下。
由此可见，该方法只需投加一次化学絮凝剂即可实现水体长时间保持透明，克服了现有技术中需要多次添加化学絮凝剂才能保持水体长时间透明的技术不足，大幅减少了化学絮凝剂对水体的毒害，是一种既安全、又经济、且效果好的水体透明度提升方法。
对比例1：农村坑塘治理工程应用
某农村坑塘水体，面积800m2，平均水深2m，封闭水体基本无流动性，水体呈灰黑色，透明度小于20cm，浊度50-70NTU。针对该水体进行透明度提升：
(1)配制质量分数为30％的聚合氯化铝溶液，待颗粒状及稠团状完全消失时溶液配制完成，分批次使用汽油泵将聚合氯化铝溶液均匀喷洒至水体中，控制水体中聚合氯化铝溶液的浓度为15mg/L，喷洒过程中进行人工行船搅拌；
(2)取800万分子量的聚丙烯酰胺，配制质量分数为30％的聚丙烯酰胺溶液，待颗粒状及稠团状完全消失时溶液配制完成，使用汽油泵将聚丙烯酰胺溶液均匀喷洒至水体中，控制水体聚丙烯酰胺浓度为1.5mg/L，喷洒过程中进行人工行船搅拌；
(3)聚合氯化铝溶液与聚丙烯酰胺溶液喷洒完成后，用扦插法带水作业进行苦草、黑藻以及穗花狐尾藻种植，先将6株苦草、黑藻以及穗花狐尾藻用细草绳进行捆绑，然后作业人员乘船用工具叉依次交替将成捆的苦草、黑藻以及穗花狐尾藻叉入水底底泥中，苦草、黑藻以及穗花狐尾藻的覆盖率为70％，种植密度为6株/丛，20丛/m2。
(4)沉水植物种植完成后，使用汽油泵将微生物菌液均匀喷洒至水体中；其中，微生物菌液是采用微生物菌剂加水配制而成，微生物菌液中的有效活菌数为109CFU/g，投加密度为1kg/m2。
经现场监测，微生物菌剂喷洒完成24h后，水体透明度恢复至50cm，30d后沉水植物出现大面积枯萎，水体透明度降至35cm，浊度提高到30NTU以上。
由此可见，采用本发明所述的方法，在具体工程实践过程中聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺的投加量十分关键，聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺的投加量控制不当，并不能起到长期维持水体透明的作用；达不到本发明所述的目的。

Claims (13)

1.一种生态安全的絮凝剂水体透明度提升方法，其特征在于，包含如下步骤：
（1）向水体中投加聚合氯化铝；并控制聚合氯化铝在水中的浓度为8~12mg/L；
（2）向水体中投加聚丙烯酰胺；并控制聚丙烯酰胺在水中的浓度为0.8~1.5mg/L；
（3）在水体中种植沉水植物；
（4）沉水植物种植完毕后投加微生物菌剂。
2.根据权利要求1所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（1）中，向水体中投加聚合氯化铝，并控制聚合氯化铝在水中的浓度为10mg/L。
3.根据权利要求1所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（1）中，聚合氯化铝以聚合氯化铝水溶液的形式加入到水体中；
聚合氯化铝水溶液中聚合氯化铝的质量分数为20~40%。
4.根据权利要求1所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（2）中，向水体中投加聚丙烯酰胺，并控制聚丙烯酰胺在水中的浓度为1mg/L。
5.根据权利要求1所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（2）中，聚丙烯酰胺以聚丙烯酰胺水溶液的形式加入到水体中；
聚丙烯酰胺水溶液中聚丙烯酰胺的质量分数为20~40%。
6.根据权利要求1所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（2）中所述的聚丙烯酰胺选用的是600~1000万分子量的聚丙烯酰胺。
7.根据权利要求6所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（2）中所述的聚丙烯酰胺选用的是800万分子量的聚丙烯酰胺。
8.根据权利要求1所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（3）中所述的沉水植物选用的是苦草、黑藻以及穗花狐尾藻中的一种或一种以上的组合。
9.根据权利要求8所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（3）中所述的沉水植物为苦草、黑藻以及穗花狐尾藻三者的组合。
10.根据权利要求8所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（3）中在水体中交替种植苦草、黑藻以及穗花狐尾藻。
11.根据权利要求1所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（3）中沉水植物种植密度为6~8株/丛，16~36丛/m2；水体中沉水植物覆盖率在60%以上。
12.根据权利要求1所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（4）中所述的微生物菌剂是指含有酵母菌、芽孢杆菌、醋酸菌和/或放线菌的微生物菌剂。
13. 根据权利要求1所述的水体透明度提升方法，其特征在于，步骤（4）中的微生物菌剂以菌液的形式投加；菌液中，有效活菌数≥109 CFU/g；以水体面积计算，投加量为0.5~2kg/m2。
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