CN115072813A

CN115072813A - 一种控制水库蓝藻水华的方法

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Publication number: CN115072813A
Application number: CN202210538000.1A
Authority: CN
Inventors: 杨敏; 苏命; 方姣; 曹腾心
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2022-09-20

Abstract

本发明公开了一种控制水库蓝藻发生水华的方法，包括对水库中的底泥进行抽吸并回流至水库水体中，对水库底泥进行重悬处理，本发明方法通过周期性处理方式将底泥抽吸至水面后使其自由沉降，对蓝藻的生长具有明显的抑制作用，显著持续降低水下光照，并且还从根本上改善底泥状态，降低内源磷释放导致发生蓝藻水华的风险；而且本发明方法进行底泥重悬过程造成的重金属风险可控；对水库水质安全保障性高。

Description

一种控制水库蓝藻水华的方法

技术领域

本发明涉及蓝藻水华控制方法，特别涉及一种规模化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

蓝藻是原核生物，又叫蓝细菌、蓝绿藻。在所有藻类生物中，蓝藻是最简单、最原始的一种。现在已知蓝藻约2000种，分布十分广泛，遍及世界各地，大多数(约85％)为淡水产，少数海产。

蓝藻不具叶绿体、线粒体、高尔基体、内质网和液泡等细胞器，含叶绿素d，无叶绿素b，含数种叶黄素和胡萝卜素，还含有藻胆素(是藻红素、藻蓝素和别藻蓝素的总称)。一般说，凡含叶绿素。和藻蓝素量较大的，细胞大多呈蓝绿色。

蓝藻水华多发生在夏季6-9月，有明显的季节性，受温度、阳光、营养物质的影响；温度在20℃以上，光照度强且时间久的条件下，蓝藻形成气囊浮出水面并且迅速繁殖，以至形成蓝藻水华的现象。

影响蓝藻生长的主要因素包括温度、光照和氮磷等营养物质。现有的控藻技术包括化学法、生物法和物理法三种。

化学法如使用较低浓度的铜基除藻剂，可以在短时间内降低50％以上的原位蓝藻含量；邻苯三酚是对铜绿微囊藻的强效化感物质，可以显著提高细胞内超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性，提升质膜氧化产物，通过氧化胁迫达到抑藻目的。但化学法无法确定控藻效果的维持度及化学物质的环境潜在风险。

生物法控藻一般基于化感作用和食物链作用。种植桉树可以通过化感作用控制藻类生长，同时可以促进水体中大量营养物质的快速吸收，但它增加了系统中的宏观营养素水平，有二次爆发的风险。多微核草履虫具有较强的以绿脓杆菌为食的能力，但其在湖泊水库的应用效果还有待验证。滤食性鱼类也用于藻类控制，但操控难度较大。

目前抑制的物理法控藻处理方式主要包括曝气、絮凝及物理打捞三种。曝气分为主要有扬水曝气和恒温层曝气两种。扬水曝气可以强制混合上下层水体，不仅破坏水体分层，抑制藻类繁殖，同时还能消除底部厌氧状态，抑制沉积物中的污染物释放。而恒温层曝气则具有不破坏底部生态环境的特点。利用絮凝剂也是常用的手段，除了常用的无机絮凝剂(硫酸铝和三价铁等)和有机絮凝剂(聚丙烯酰胺)外，复合混凝剂CAFM、改性粘土等材料可以通过降低胶体颗粒表面负电而促进藻细胞与颗粒的絮凝沉降过程，但这些物理方法在原位水库的应用效果并不好，或仅能维持一小段时间的效果，无法从根本上解决主要由内源磷释放及温度光照充足致使的藻华问题。物理打捞效率较高，但主要用于处理表层高密度水华藻生长的情况，在保护相对较好的水源水库中并不是典型现象

总而言之，目前关于控藻技术的研究，大多数基于光照、营养盐及水动力等因素的某一个角度，当其它条件达到一定阈值时仍有可能爆发水华。此外，这些方法和技术成本较高，难以真正在水源水库人工大规模调节，缺乏实际验证，从而限制了技术的应用。

发明内容

本发明的目的是：针对现有水源水库控制和防止蓝藻水华的方法存在“即使控制了相关引起蓝藻水华的关键因素，但是仍然会导致爆发水华”的技术缺陷，提供一种原位控制水库中蓝藻水华的方法。本发明的原位控制方法通过周期性处理方式将底泥抽吸至水面后使其自由沉降，极大削弱了水下光照强度；重悬底泥的再沉降过程还可以吸附藻细胞共同沉降，迅速降低水中藻密度，明显抑制蓝藻的生长，降低蓝藻的水华现象；而且还能从根本上改善底泥状态，降低内源磷释放导致发生蓝藻水华的风险；并且本发明的原位控制方法在进行底泥重悬过程不会造成重金属风险，对水库水质安全保障性高。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种控制水库蓝藻水华的方法，包括对水库中的底泥进行抽吸，并将底泥回流至水库水体中，即对水库底泥进行重悬(重新悬浮)处理。

其中，在水库爆发蓝藻水华的区域进行底泥抽吸，即在蓝藻水华区域进行底泥重悬处理。

特别是，在水库爆发蓝藻水华区域行船，船上安装抽吸泵，抽吸泵连接泵管，在工作的时候将泵管深入水库，抽吸泵持续工作，将蓝藻水华区域内的底泥抽吸上来并回流至水体中，对蓝藻水华区域中的底泥进行重悬处理。

其中，每天在太阳日出至日落之间的时间段内对水库内蓝藻水华区域的进行底泥抽吸、回流处理，即底泥重悬处理。

特别是，在每天的7：00-17：00的时间段内对水库底泥进行抽吸、回流处理。

尤其是，在每天日照最强的时段10：00-15：00的时间段内对水库底泥进行抽吸、回流处理。

特别是，在每天的上午8：00-10：30；下午14：00-16：30的时间段内对水库底泥进行抽吸、回流处理。

其中，在对水库底泥进行重悬处理的过程中，控制蓝藻水华区域水库水体的消光系数与消光系数背景值的比值不低于1.41。

其中，所述消光系数背景值为水库蓝藻水华区域外围的水体的消光系数。

根据蓝藻水华区域水库水体的消光系数与消光系数背景值的比值来调节底泥抽吸、重悬的强度，使得蓝藻水华区域水库水体的消光系数与消光系数背景值的比值不低于1.41。

所述蓝藻水华区域水库水体的消光系数与消光系数背景值的比值优选为消光系数比值范围1.45-2.91，进一步优选为2.04±0.63。

特别是，在对水库底泥进行重悬处理的过程中，测定水库水体0-8m水深内的光照强度，然后计算并控制蓝藻水华区域水库水体的消光系数。

尤其是，在对水库底泥进行重悬处理的过程中，控制蓝藻水华区域水库水体的每天的消光系数与每天的消光系数背景值的比值不低于1.41。

特别是，在对水库底泥进行重悬处理的过程中，控制蓝藻水华区域水库水体每天的0-8m水深处消光系数与每天的0-8m处水深的消光系数背景值的比值不低于1.41。

尤其是，测定水库水体0-6m(优选为0-4m)水深内的光照强度，然后计算消光系数。

特别是，测定水库水体0m、0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5m、5.5m、6m水深的光照强度，然后计算消光系数。

尤其是，测定水库水体0m、0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m水深内的光照强度，然后计算消光系数。

其中，所述消光系数按照公式(1)进行计算：

D_z＝-1/k·ln(I_z/I₀) (1)

公式(1)中各参数含义如下：D_z：光照强度测定点z的水深到水面的垂直距离，m；k：消光系数；I₀：表面光照强度；I_z：光照强度测定点z处的光照强度；I₀：光照强度测定点0米处的光照强度，即水体水面的光照强度。

特别是，光照强度至少10min测定一次，然后按照公式(1)计算消光系数。

尤其是，光照强度测定间隔时间为10-60min，优选为10min、30min、45min或60min。

特别是，对一天内测定的消光系数取平均值，获得每天的消光系数值。

本发明方法提出的底泥重悬的方法，通过周期性处理方式将底泥抽吸至水面后使其自由沉降，极大削弱了水下光照强度。重悬底泥的再沉降过程还可以吸附藻细胞共同沉降，迅速降低水中藻密度；同时，底泥重悬产生的水动力作用可以缓解底部厌氧状态，提高水体溶解氧浓度，增大了溶解性营养物质被氧化为颗粒态沉降或被底泥吸附沉降的可能；此外，重悬的底泥在重悬和沉降的过程中也会被氧化，再沉降至底部后，会在底泥表面形成氧化层，从而抑制底泥中的磷释放，降低了由于内源磷释放而发生藻华的可能。更重要的是，本技术已经在水源水库实际运用，取得良好的控藻效果。

与现有技术相比，本发明方法具有如下优点和好处：

1、本发明原位控制水库发生水华的方法能够明显抑制水库水体中蓝藻藻类的生长，避免蓝藻迅速繁殖，降低水华发生的风险；并能迅速防止和控制蓝藻水华。

2、本发明方法通过底泥周期性抽吸、底泥再从水面自由沉降回流至水库水底，在底泥沉降过程中(即底泥重悬过程中)可以显著持续地降低水下光照，抑制蓝藻的生长繁殖，有效抑制水华发生，或阻止水华的进一步发展。

3、本发明方法通过抽吸水库底泥，并使其重悬，在底泥自由沉降至水底的过程中，底泥吸附藻细胞共同沉降，迅速降低水中藻密度，可以在水华发生时迅速降低水中藻密度，遏制水华进一步发展。同时，蓝藻密度的下降可以有效改善水环境质量，缓解水体的厌氧状态，促进其它浮游植物群落的生长，为水华的抑制创造条件。

4、本发明的在底泥重新悬浮的过程中底泥重悬产生的水动力作用可以缓解水库底部水体的厌氧状态，提高水体溶解氧浓度，增大了溶解性营养物质被氧化为颗粒态而沉降或被底泥吸附沉降，减少水体中的营养物质(总氮总磷)浓度，即减少了蓝藻生长的营养物质来源，可以抑制藻类进一步生长，达到有效控制水华的目的。此外，这些以颗粒态形式沉降的营养物质，会在底泥表面形成氧化层，抑制底泥中营养物质的释放。

5、本发明在底泥重新悬浮的过程中，可以从根本上改善底泥状态，即重悬的底泥在重悬和沉降的过程中被氧化，在沉降至底部后，在底泥表面形成氧化层，从而抑制底泥中的磷释放，降低因为内源磷释放而发生蓝藻水华的风险。

6、本发明方法的底泥重悬过程中，不造成重金属风险，保障了水库水质的安全性。

7、本发明方法为本地取材，避免外加材料给水生态带来的负面影响。而且本发明方法控制水源水库蓝藻水华迅速，抑制蓝藻水华速度快，10天左右就可以完全控制蓝藻水华。

附图说明

图1为本发明控制水库蓝藻发生水华的模拟装置；

图2为模拟装置进行底泥重悬过程中水体中叶绿素浓度随时间变化图；

图3为模拟装置进行底泥重悬过程中总溶解性磷浓度随时间变化图；

图4A为模拟装置进行底泥重悬过程中总溶解性铁浓度随时间变化图；

图4B为模拟装置进行底泥重悬过程中总溶解性锰浓度随时间变化图；

图5为模拟装置进行底泥重悬过程中水体内光照强度随时间变化图；

图6为实施例3南江水库地形示意图；

图7为水库水体进行底泥重悬过程中藻类相对数量随时间变化图；

图8为原位水库进行底泥重悬过程中第四天3m水深处光照强度随时间变化图。

附图标记说明

1、模拟水箱；2、光源LED筒灯；31，32，33、第一、第二、第三水样取样点；41,42,43、第一、第二、第三温度光照传感器；5、出泥口；51、底泥；6、蠕动泵；7、管道；8、底泥进口。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1模拟水环境底泥回流装置(模拟水箱)

如图1，长圆柱型水箱1，由透明有机玻璃制成，底部密封，顶部开放，内部灌装经高温灭菌后的水库原水、底部铺设经高温灭菌的原位水库底泥51，用于模拟水库的水生态环境。

水箱的内径190mm，外径200mm，高度1500mm。

水箱内水面高度为1400mm，底泥铺设高度为200mm(以水箱底面为0计)。

水箱的顶部设置光源2，用于模拟太阳光照，光源2设置在水箱顶端内侧，光源距离水箱内的水面高度为100mm；

采用SYD-125-1型LED筒灯(30W)作为模拟光源；每天9-21点提供持续光照，光照时长为每天12h。实验的光照时长以12h为例，模拟水库中12小时左右的日照；其他光照时长如6-14h也适用。

在水箱侧壁上沿着水箱高度方向从上至下开设3个水样取样点，用于采集不同水深度下的水样。其中：第一取样点31的设置位置位于水箱上部，设置在水面以下100mm处；第三取样点33的设置位置位于水箱底部铺设的底泥的上表面100mm处；第二取样点32设置在第一、第三取样点的中间位置；

本实施例中：第三取样点33的开设位置位于水箱底面以上300mm处(底泥表面以上100mm)；第二取样点32的开设位置位于水箱底面以上800mm处(底泥表面以上600mm)；第一取样点31开设位置位于水箱底面以上1300mm处(底泥表面以上1100mm)。第二取样点距离第一、第三取样点的高度相同，距离为500mm；水面在第一取样点以上100mm处。

一天取样一次，取样时间在9：00-9：30之间(蠕动泵早上第一次启动之前，水体处于稳定状态)。

在水箱内侧壁上沿着水箱高度方向从上至下设置3个温度光照传感器，用于测定不同水深度下的光照强度和水温；其中：第一温度光照传感器41置位于水箱顶部水面以下100mm处；第三温度光照传感器43距离水箱底部铺设的底泥的上表面100mm处；第二温度光照传感器42设置在第一、第三温度光照传感器的中间位置；

本实施例中温度光照传感器选用HOBO温度光照传感器，每隔10min记录一次对应水深的水下光照强度；第一、第二、第三温度光照传感器的设置位置距离水箱底部的距离分别为：1300mm，800mm，300mm；第二温度光照传感器距离第一、第三温度光照传感器的高度相同，距离500mm；

温度光照传感器的设置深度与取样点的设置深度相同，分别准确表征实验区域的水下温度光照水平和水质参数水平，二者的设置位置的深度也可以不同。

温度光照传感器的设置位置与取样点的设置位置可以相同也可以不同。本实施例中，以温度光照传感器的设置位置与水样取样点的开设位置不同为例进行说明，温度光照传感器设置在水样取样点开设位置的对面。一般情况下，温度光照传感器设置在采样点附近区域即可。就设置深度而言，本实施例以温度光照传感器位置与水样取样点位置的深度相同为例说明。一般来讲，温度光照传感器一般设置3～6个平均分布于水下光照强度大于0的一定深度，而采样点的设置与水下光照强度无关，水深越深，设置个数可能越多，温度光照传感器和采样点设置位置的深度

温度光照传感器一直启动，每隔10min记录一次数据。

在水箱的底部铺设底泥51，底泥取自原位水源水库，底泥的铺设高度0.2m左右；用于模拟原位水库的底泥。

在水箱下部的侧壁上开设1个底泥排出口5(即出泥口)，用于排出底泥；其中出泥口开设高度低于底泥的铺设高度，本实施例中出泥口距离水箱底部的高度为50mm；

在水箱外部设置蠕动泵6，蠕动泵进口通过管道7与出泥口5相连通，蠕动泵的出口通过管道7与水箱的顶部开设的底泥进口8相连通，底泥进口与水箱内液面高度相齐平或略高于水箱内液面，蠕动泵开启，将水箱内底部的底泥从出泥口排出，再从水箱顶部自由沉降至水箱底部(即回流至水箱底部)，使得水箱内的底泥得以发生重悬-再沉降的过程，即通过蠕动泵抽吸水箱底泥至水箱水面表层，抽吸出的底泥在水体内重悬。

蠕动泵间歇开启，其工作周期为2h，即每2h开启一次，每次开启时间2min；蠕动泵的工作流量为25mL/min,工作一次重悬底泥50ml。一个工作周期内可以保证蠕动泵2min内抽吸上去的底泥能够差不多全部沉降下来，然后再进行下一轮蠕动泵工作。实验室内模拟实验过程中蠕动泵开启工作时间点：9:30；11:30；13:30；15:30；17:30；19:30(工作周期为2h)。

实施例2模拟水环境底泥回流重悬实验

1、水库底泥、水库水的灭菌处理

将取自水库(浙江南江水库)的底泥、水库原水分别进行高温灭菌，制得灭菌底泥、灭菌水库水，备用；

本实施例中底泥、水库原水以采集自南江水库的底泥、原水为例进行说明，其他水库、湖泊、河流等水域的底泥、原水均适用于本发明。

2、前处理：

2A、将高温灭菌底泥分别装填至3个实施例1所述的模拟水箱的底部，每个水箱内底泥的装填高度为0.2m；

水箱内径190mm，外径200mm，高度1500mm；出泥口内径10mm、外径16mm；取样口内径6mm、外径12mm；

2B、用自来水分别充满3个水箱，并使水箱底部的底泥全部被冲起，泥水混合，静置底泥沉降，静置过夜后将底泥以上的水全部排出；

2C、再用自来水分别充满3个水箱，并使底泥与水混匀，然后静置3h，将水排出；重复清洗底泥操作三次，至水体无明显浑浊；

2D、将灭菌水库水分别加入到3个水箱内，直至水箱内的水面位于第一取样点以下0.25m处，接着静置2-3h，直至底泥沉降至水箱底部；

2E、将培养好的微囊藻(6L)用灭菌水库水稀释3倍后，均分为3份(每份6L)，分别加入到3个水箱中。

2F、继续补充灭菌水库水，直至水面高出第一取样点100mm(50-150mm,比第一取样点高一些)；然后静置过夜，使得微囊藻在水体分布均匀；

室内模拟过程中温度设定为25℃±1℃，持续工作。

3、底泥重悬处理

3A、3个水箱的模拟光源相同，灯光采用SYD-125-1(30W)LED筒灯，模拟光源每天9：00-21：00开启，提供持续恒定光照；

3B、开启蠕动泵抽吸底泥，底泥由蠕动泵抽吸至水面释放，使得底泥重新悬浮，然后底泥在重力作用下沉降至水箱底部；其中：

2个水箱的蠕动泵每天9：30；11：30；13：30；15：30；17：30；19：30开启工作，每次工作2min，蠕动泵流量：25ml/min；2个水箱作为平行实验组(即实验组1、实验组2)；另一个水箱不开启蠕动泵，作为空白对照组；空白组水体始终处于静置状态，无任何操作，定时取样即可。

实验组蠕动泵开启，使得水箱内水体的消光系数是消光系数背景值(空白组消光系数)的1.41倍及以上。

用蠕动泵抽吸底泥共10天，10天后，从第11天开始蠕动泵停止工作，直至第20天。

3C、每天于蠕动泵第一次开启工作前，分别在3个水箱的3个取样点采集水样，其中：采样方式：取一次性针管(100ml)，连接上相应的水管，分别在第一、第二、第三取样点对应水深采样，每个采样点的采样量为50ml。采样完毕后，再补充150ml的灭菌原水至水箱(保证误差允许范围内，水箱水量稳定)。

模拟实验过程中蠕动泵开启工作时间点为：9:30；11:30；13:30；15:30；17:30；19:30。蠕动泵工作后，在底泥重悬-再沉降的过程中，水质处于不稳定的变化状态。因此在第一天蠕动泵最后一次工作结束的2h后(第一天21：30后)，第二天蠕动泵开启工作之前采样，水质稳定，可以表征底泥重悬对水质的影响。本实施例在上午9:00-9:30之间采样。

4、测定

4A、测定叶绿素浓度

按照标准HJ897-2017(水质叶绿素a的测定分光光度法)方法分别对每天采集的空白组、实验组1、实验组2水样中的叶绿素a浓度进行测定，每个组每天测定的叶绿素a浓度取3个样品的平均值，测定结果如图2；

叶绿素浓度是藻细胞密度的一个表征，叶绿素浓度越高，意味着藻细胞密度越大。

由图2可知，

1)空白组和实验组的叶绿素浓度在1-4天有所降低，这是由于微囊藻从纯培养过程中的无菌环境，接种到原水后，需要适应环境所致。

2)空白组叶绿素浓度在1-4天有所降低，从第5天开始由45μg L^-1剧烈升高，并在第9天达到峰值325μg L^-1；这是因为微囊藻在适应了原水环境后，在充足的光照和营养盐条件下得以快速生长。

3)实验组的叶绿素浓度在底泥重悬期间随时间的延长而降低，由60μg L^-1降至20μg L^-1左右。实验组的底泥停止重悬后，叶绿素浓度才开始逐渐缓慢上升，并在第20天后回升至100μg L^-1左右。显然，在适宜的温度和光照条件下，微囊藻可以迅速适应环境并生长繁殖。而底泥重悬过程可以显著抑制微囊藻的生长。

4B、测定溶解性总磷浓度

分别吸取每天采集的空白组、实验组1、实验组2水样适量，分别过0.45μmPES滤膜，滤液分别采用流动注射分析仪(总磷)测定水样中溶解性总磷的浓度，测定结果如图3。

由图3知：

1)空白组总溶解磷浓度从第1天开始由0.18mg L^-1剧烈降低，并在第9天降至0.01mg L^-1以下，这主要是由于微囊藻大量生长繁殖耗磷所致；

2)而后总溶解磷浓度逐渐上升，并在第19天升至0.045mg L^-1，这与反应系统中水相和泥相的磷循环相关，反应器中的底泥长期处于还原态，部分磷从底泥释放至水中，增大了水体溶解磷浓度；

3)实验组的溶解性总磷浓度在底泥重悬期间，从第1天开始就剧烈下降，并在5天后降至0.01mg L^-1以下，这主要由于重悬底泥吸附沉降所致。水体中的总溶解磷在5天左右被吸附沉降完全，后续无外源溶解磷的补充，故5-10天，总溶解磷浓度始终处于低水平。

4)实验组在11-19天底泥停止重悬期间，溶解性总磷浓度仅有小幅上升，在第19天仅分别升至0.02和0.01mg L^-1，远低于空白组。这是由于底泥重悬了以后，大量还原态物质被氧化为颗粒态再沉降，在底泥表面形成氧化层，抑制了底泥磷释放过程。

总的来说，底泥重悬过程不仅可以吸附水体中的磷沉降，还能有效抑制底泥的磷释放，从而达到控制水体磷浓度的目的，为藻华的控制解决了关键问题之一。

4C、测定溶解性铁、溶解性锰的浓度

分别吸取第1、第3-10天采集的空白组、实验组1、实验组2水样10ml，过0.45μm PES滤膜，添加1％浓硝酸酸化后，采用电感耦合等离子体质谱仪，测定滤液中溶解性铁、锰的浓度，测定结果如图4A、4B。

由图4A知：空白组溶解铁浓度始终维持在200μg/L左右；而两个平行实验组的溶解铁在底泥重悬阶段随时间减小，其中，实验组1的溶解铁从149.1μg/L缓慢降低至44μg/L；而实验组2的溶解铁浓度从237.5μg/L逐渐降低至106.7μg/L。因此，底泥重悬过程无铁释放的风险，同时还可以吸附或氧化溶解铁为颗粒态而沉降。

预处理过程中，加泥或者加水，均只是大致相同的量，尽量维持实验组1和实验组2的一致，但无法保证完全相同。此外，水中重金属(铁和锰)的浓度是微克级别，仪器测定可能也有误差，故实验组1和2的溶解铁浓度大小有所差异。但分析底泥重悬过程对水中重金属的影响，重点是讨论底泥重悬后重金属浓度变化。实验组1和实验组2的溶解性铁浓度变化趋势在底泥重悬的10天里基本一致。即：底泥重悬过程均不会导致实验组1和实验组2的水中溶解铁含量升高，无铁释放的风险，这个结论是可靠确定的。

由图4B知：对溶解性锰而言，空白组溶解锰浓度在1-6天维持在5μg L^-1左右，至第8天，溶解锰浓度升高至18μg L^-1左右，可能是底泥中有溶解锰释放所致使。而实验组的溶解锰浓度在1-3天稳定在12μg L^-1左右。重悬过程中有一定程度升高，但能在2天左右内便降低至15μg L^-1，基本恢复至原始水平。故底泥重悬造成的溶解锰风险是可控的，底泥重悬过程的前一周为需要关注的重金属风险期。

综上所述，底泥重悬过程对蓝藻水华期间藻类生长具有显著的抑制作用，并在水源水库的控制蓝藻水华的实际应用中得到了良好验证。此外，底泥重悬不仅可以吸附水体溶解磷沉降，同时可以改善底泥状态，抑制底泥磷释放，从而降低水华再发生的风险。最后，底泥重悬的方法不会增加水体溶解铁的含量，而溶解锰含量虽然会增加，但在重悬一周左右后即可恢复至背景值水平。

4D、测定水下光照强度

开启蠕动泵，对水箱内底泥进行重悬处理，在蠕动泵开启运行进行底泥重悬的第4天，测定空白组、实验组2的水箱内水面下第2温度光照传感器42设置位置水深处的光照强度，测定结果如图5，其中光照强度由对应水深处的HOBO温度光照传感器监测，每隔10min会自动记录一次光照强度值。

实验中的光源工作时间是9:00–21:00。其它不提供光照的时候，水下光照强度为0(图中未示出)，传感器每隔10min记录一次光照强度值。

水箱中的蠕动泵在9:30第一次工作，而后分别在11:30,13:30,15:30,17:30,19:30启动工作，蠕动泵以两个小时(120min)为一个周期工作一次，每次工作2min后就停止。每个周期剩下的118min里蠕动泵不工作，而在前2min被抽上去(重悬)的底泥会在这个阶段再沉降到底部。

由图5可知：

1)空白组在实验组2的蠕动泵第一次开启时对应时间(9:30)的光照强度为高达14.73μmol/m²·s(即在第0min的光照强度高达14.73μmol/m²·s)，而随后光强随时间逐渐降低，这是由于藻类生长并在表面富集，削弱了水下光照所致；

2)实验组2经过3天的底泥重悬后，其在第4天的蠕动泵开启时对应时间(9:30)的光照强度仅为2.89μmol/m²·s(即在第0min的光照强度高达2.89μmol/m²·s)；

3)实验组2光照强度随底泥重悬周期变化，即在底泥重悬时(底泥抽吸至水面时)，光照强度会瞬间下降，而后随着底泥的自由沉降，光照强度逐渐回升至下一下周期开始；

4)模拟实验过程中每个蠕动泵工作周期的光强平均水平也随时间下降，显然，大量底泥重悬会增加水体浊度并降低水下光照，底泥在沉降过程中造成的光照水平恢复也难达到原始水平。

4E、计算水体消光系数

在蠕动泵进行抽泥、重悬过程中，利用HOBO温度光照传感器分别测定不同时刻下(每隔10min测定一次)空白组和实验组水体下0m、0.5m、1.0m处的光照强度(分别记为I₀、I_0.5、I_1.0)。根据公式(1)计算实验组和空白组的消光系数k，在i时刻下的消光系数记为k_i(消光系数通过光照强度计算，故同光照强度，是每隔10分钟可以通过光强I₀、I_0.5、I_1.0得到对应的消光系数结果，i时刻下的消光系数记为k_i)。然后根据i时刻的k_i，分别对每天底泥重悬期间(9：30–20：50)求得的k_i取平均值，得到水体在当天的平均消光系数k，第x天的平均消光系数记为k_x。

底泥重悬期间指的是：9：30–20：50期间(9：30是蠕动泵开始工作的时间，也是底泥重悬-再沉降过程的初始时间。6个蠕动泵工作周期结束，也就是底泥重悬周期结束，是21：30。因此，本应是记录每天底泥重悬-再沉降过程：9：30–21：30期间的消光系数(10分钟得到1个消光系数值)。但由于21：00停止提供光照，故21：00-21：30的这一段时间光照强度为0，消光系数计算无意义，故每天的消光系数计算以20：50结束)。以底泥重悬实验第四天的数据为例计算第四天的消光系数k₄，如表1所示。

D_z＝-1/k·ln(I_z/I₀) (1)

本实施例中以第四天的9:30、9:40、9:50、20:50测定的数据为例，计算结果撰写在文件中，其他时刻的消光系数按照相同的计算方法进行测定，然后将第四天的消光系数取平均值，空白组的第四天的消光系数k₄为4.73；实验组的第四天的消光系数k₄为10.37。

表1第四天空白组和实验组2的水体消光系数值

由表1知，实验第四天，空白组和实验组2中水体的消光系数分别为10.37和4.73。

同理，根据测定的光照强度值计算1-10天的实验组、空白组的消光系数k_x，即k_1-10。测定结果如表2所示。由表2显然可知，底泥重悬-再沉降过程会增大水体消光系数。这主要由于重悬起来的底泥会增加水体悬浮物质浓度所致，水体浊度提高，从而削弱了水体的吸光能力。

表2空白组和实验组2在实验1-10天的水体消光系数值

实验组每天的消光系数记为k_xe，空白组每天的消光系数记为k_xb。

计算每天的实验组消光系数(k_xe)与空白组消光系数(k_xb)的比值k_xe/k_xb,即为室内实验中底泥重悬过程在各天将消光系数提高的程度，然后计算底泥重悬过程中1-10天的k_xe/k_xb的平均值为：1.92，方差为：0.47。故在实施例2中，底泥重悬将消光系数提高的程度为：1.92±0.47。

实施例3水源水库底泥回流重悬试验

南江水库位于东阳县境内、钱塘江流域东阳江上游支流南江上，水库控制流域面积210平方公里，总库容1.168亿立方米。南江水库地形图如图6所示。

2021年9月，在南江水库的NJ04区域(r≈300m)爆发蓝藻水华，采用本发明方法控制蓝藻水华，即进行水库底泥重悬实验，讨论本方法的控藻效果。

NJ04爆发蓝藻水华区域水深约6-8米，在该区域内进行底泥重悬，控制蓝藻水华，控制蓝藻水华区域为实验区域；实验区域的外围(即水华区域边缘处)，作为实验区域的对照，空白对照区域。

在实验区域(控制蓝藻水华区域，实验组)和空白对照区域(水华区域边缘处，空白组)的水体下分别各布设一组温度光照传感器，共2组。每组各有6个温度传感器，分别位于两个区域的采样点处。6个传感器分布在同一位点不同水深，温度光照传感器分别在水面下的深度为：0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m和3.0m。

本实施例中温度光照传感器选用HOBO温度光照传感器，温度光照传感器一直启动，每隔30min记录一次对应水深的水下光照强度。

底泥抽吸、重悬实验工作是在船体上进行。在船上安装设置抽泥泵，抽泥泵进口端通过管道垂直伸入水库底泥中，抽泥泵出口管道与水库水面相持平处。抽泥泵开启，将水库底泥从抽泥泵出口管道排出，使底泥重悬，排出至水面的底泥自由沉降。

本实施例中以抽泥泵间歇工作为例进行说明，其中抽泥泵工作时间：8：00-10：30，14：00-16：30。其他工作时间如白天8：00–17：00均适用于本发明。

泵在实验工作期间持续开启，船在工作期间持续在水库中的蓝藻爆发区域运动。泵功率150KW。正式实验前的预实验证明，此规格的泵抽吸的底泥在2h左右可沉降完全。故室内试验水箱中模拟的重悬底泥量50ml，也是按照2小时可沉降完全的量去计算。

对水库而言，水下光照强度的产生源于自然日照，显然，在上午7:00至下午17:00时段才会产生较为明显的水下光强。白天其它时段的光照强度太弱，夜晚的水下光照为0，故不在本实施例中。从第一天开启抽泥泵进行底泥抽吸、重悬处理开始，每隔30min测定一次水体下的光照强度，直至17:00结束；从第二天开始每天从上午7:00至下午17:00，每隔30min测定一次水体下水深3m处的光照强度。

在抽泥泵进行抽泥、重悬过程中，测定不同时刻下试验区域水体和空白区域水体下0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m和3.0m处的光照强度。根据实施例2中的公式(1)计算不同时刻下水体的消光系数k_i(即i时刻的消光系数)。然后分别对每天底泥重悬期间(8：00-16：30)的消光系数求得的k_i取平均值，得到水体在第x天的消光系数k_x。

本实施例中的底泥重悬期间指的是：8：00-16：30(其中：8：00-10：30是上午进行底泥重悬工作的时间；10：30–14：00是上午的底泥重悬工作在10：30结束时，最后一处位点被重悬起来的底泥会有2-3小时的沉降过程，影响该区域水体的消光系数；14：00-16：30是下午进行底泥重悬工作的时间；下午16：30工作结束后，虽然最后一处位点被重悬起来的底泥同样会有沉降过程，但此后的日照很弱，水下光照强度很低，消光系数计算无明显差异或无意义(光强减少至0时)，故不纳入考量范围。本实施例中，水下光照强度每隔30min记录一次，并求得相应时间的消光系数值)。

根据从开始进行底泥抽吸、重悬处理开始测试的水体下光照强度值，测定至底泥重悬处理的第10天藻类显著减少，水华现象消失，根据测定的光照强度值计算1-10天的实验区域的消光系数k_x，测定结果如表3所示。

表3水库水体实验区的消光系数值

计算每天的实验区域消光系数(k_xe)与空白区域消光系数(k_xb)的比值k_xe/k_xb，即为水源水库(南江水库)底泥重悬过程在各天将消光系数提高的程度，然后计算水库底泥重悬过程中1-10天的k_xe/k_xb的平均值为：2.15，方差为：0.76。故在实施例3中，底泥重悬将消光系数提高的程度为：2.15±0.76。

将实施例2和实施例3中各天的k_xe/k_xb综合起来，求得k_xe/k_xb的平均值：2.04，方差为：0.64。即底泥重悬过程可以将消光系数提高的程度(k_e/k_b)为：2.04±0.64。

在实际应用过程中，底泥重悬期间的消光系数越高越好，消光系数的提高程度与水体的消光系数背景值(即空白区域的消光系数)有关。其中：消光系数背景值指的是：无人为扰动的无蓝藻水华区域的水体消光系数(无人为造成的底泥重悬区域消光系数)。

对水库水体来说，消光系数背景值是水华区域边缘处没有底泥重悬到的区域消光系数，实际也可以是水库的非水华区域的消光系数，或者自然情况下，水库水体的消光系数，即为消光系数背景值)。空白选取理由：消光系数与日照、温度等因素无关，主要受水中悬浮颗粒或浊度的影响，故在自然状态下(无外界底泥重悬等水动力作用)，水库水库的消光系数值比较稳定。故实验中空白区域的选取，只要是无底泥重悬的地方即可。而底泥重悬区域的消光系数应满足的条件为：k_e/k_b>＝1.41(2.04–0.63＝1.41)。

水源水库实验区域在0-14天期间均维持底泥重悬过程；空白区域在实验区域附近，但在实验区域范围以外，对水体无任何人为操作；该水源水库测试图，目的是和室内实验结果对应——即底泥重悬操作不仅在室内实验具有抑制藻类生长的效果，还可以在水源水库实际运用，且同样有效果。

在底泥抽吸、重悬过程中，对采集的水样测定藻类含量，测定结果如下：

1)藻类含量

用采水器在采样点采集3个水深的水样，分别为0.5m，3.0m和6.0m。一天取样一次，取样时间在13:30-14:00之间(下午在水库启动底泥重悬实验前，取样时间在每次重悬实验结束之后2h以后即可)。

在抽泥泵的两次抽吸处理的间歇期间采集水样，重悬起来的底泥已经又沉降下去了，对水体产生的影响处于基本稳定的状态。

室内实验和水源水库采样时间的原则是：在底泥重悬工作结束2小时(及大于2小时)后采样即可，此时，重悬至水面的底泥已经再次沉降至底部，水体处于稳定状态，可以稳定表征底泥重悬-再沉降过程结束后对水质的影响。实验安排的取样时间是每天9：00，此时距离前一天底泥重悬-再沉降过程结束已经12小时(＞2小时)，水体处于稳定状态。也可以安排在当天21：30以后，此时，距离最后一次底泥重悬工作(19：30)时间已超过2小时。考虑工作便利性，选择室内实验采样时间为9：00。而对于水库来说，中午取样时，上午的实验已经结束超过2h，水体稳定。也可在下午实验结束后18：30以后取样，或者早8：00之前取样。保证每天取样时间相同即可。

将在不同实验天数进行的底泥重悬实验过程中，在同一时间点采集的不同取样点的水样，即在不同天实验过程中的同一时间点采集水样分别吸取500ml，加5ml鲁戈试剂摇匀，静置24小时后去上清液，留下底层的50ml于离心管用于藻类计数。计数之前，将50ml藻类样品摇匀，用移液枪取离心管中间的100微升藻样置于载玻片上，再用盖玻片盖好，静置3-5分钟，然后置于Algae-Hub藻类分类计数仪中计数。

对每天的同一时间点的三个水深的藻类计数结果求平均值，得到该天实验区域和空白区域的平均藻数量，记平均藻数量为C；实验开始的前一天藻数量记为C₀(即为水华期间的原始藻数量)，则C/C₀为实验期间的藻数量与初始藻数量的相对值，记为相对数量，得到原始结果如图7。显然，相对数量大于1，代表藻数量相对第一天在增长；相对数量小于1，代表藻数量相对第一天在减少。

由图7知，在南江水库蓝藻水华爆发的14天里，各藻类相对数量普遍＞1(空白组)，即藻数量处于增长水平。其中硅藻相对数量略有不同，其在第10天后明显降低至1以下。而在持续进行底泥重悬的实验组，各藻类相对数量普遍<1，且随时间变化有进一步减小的趋势。即在水源水库水华发生时，底泥重悬的实施同样可以控制藻类生长。底泥重悬的控藻效果在实践中得到验证。

其中，相对数量指的是当天藻数量/第一天藻数量，>1意味着数量上升，<1意味数量下降；

2、光照强度

在原位南江水源水库开启底泥重悬实验，测定水下0.5m,1.0m,1.5m,2.0m,2.5m,3.0m处的光照强度，对6个水深的光照强度取平均值，即得到某位点的水下平均光照强度，其中底泥重悬第4天的光照强度测定结果如图8。

由于原位的光照强度与实际的太阳日照有关，故夜晚的光照数据未在图中体现，仅体现了白天的光照。

由图8可知，底泥重悬在原位水源水库同样具有显著效果。空白点水下光照强度主要受日照影响，其每天随时间先升高后降低。并在中午12时前后达到光强峰值约300μmol/m²·s。

而在持续发生底泥重悬的实验点，水下光照强度在小幅上升至90μmol/m²·s便处于稳定状态，直至下午3:00后随日照降低而降低。显然，底泥重悬在原位水库也可以极大削弱水下光照水平，抑制蓝藻生长。

对于原位水库来说，从早上7:00开始，随着时间推移，太阳日照会逐渐增强。不管怎么底泥重悬，水下光照在初始阶段必然会增强。而后在中午太阳日照相对强的阶段，由于底泥重悬的作用，其削弱光照的作用才得以明显表现出来。

本发明上述实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种控制水库蓝藻水华的方法，其特征是，对水库中的底泥进行抽吸，并将底泥回流至水库水体中，即对水库底泥进行重悬(重新悬浮)处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，每天在太阳日出至日落之间的时间段内对水库内蓝藻水华区域的进行底泥抽吸、回流处理，即底泥重悬处理。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是，在每天的7：00-17：00的时间段内对水库底泥进行抽吸、回流处理。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是，在每天日照最强的时段10：00-15：00的时间段内对水库底泥进行抽吸、回流处理。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是，在每天的上午8：00-10：30；下午14：00-16：30的时间段内对水库底泥进行抽吸、回流处理。

6.如权利要求1-5任一所述的方法，其特征是，在对水库底泥进行重悬处理的过程中，控制蓝藻水华区域水库水体的消光系数与消光系数背景值的比值不低于1.41。

7.如权利要求1-5任一所述的方法，其特征是，在对水库底泥进行重悬处理的过程中，测定水库水体0-8m水深内的光照强度，然后计算并控制蓝藻水华区域水库水体的消光系数。