專利名稱：解層式水華消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種治理水體富營養(yǎng)化水華的方法，更具體地說，是一種用于湖泊、水庫、城市河道的解層式水華消除技術(shù)，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，人們向天然水體排放了過多的營養(yǎng)鹽等污染物，引起水體富營養(yǎng)化，使水華頻繁爆發(fā)，引起水華的藻類大多是單細(xì)胞微生物，生命周期短，大量生長后又很快大量死亡，腐爛發(fā)臭引起水質(zhì)惡化，危害環(huán)境和水資源，對環(huán)境造成較大的危害，對藻類水華的治理，尤其是淡水湖泊、水庫、城市河道的水華治理長期以來成為人們廣泛關(guān)注的難題。目前引用生態(tài)治理技術(shù)控制水體富營養(yǎng)化引發(fā)的藍(lán)藻水華是目前最經(jīng)濟(jì)有效的方法，常用的手段主要有四種1)生物技術(shù)控制藻類水華；2)生態(tài)修復(fù)降低水中的營養(yǎng)物質(zhì)含量；3)機(jī)械曝氣循環(huán)提高水體的自凈功能；4)人工打撈過于集中的藻類，使水體控制在自凈平衡范圍內(nèi)?，F(xiàn)有的技術(shù)存在問題有(1)濾食藻類的魚類、貝類、蝦類能夠降低水體中藻的數(shù)量，但其糞便又二次進(jìn)入水體，水體可降解污染物的絕對量偏低；(2)水生植物為代表的生態(tài)修復(fù)方式受駁岸結(jié)構(gòu)和水體自身特點(diǎn)限制較大，另外季節(jié)的變化也影響生態(tài)治理效果； (3)機(jī)械曝氣循環(huán)受到能耗高，供電不方便等因素的限制很難推廣；(4)人工打撈藻類是被動(dòng)的治理方式，打撈出的藻類處置不當(dāng)還會(huì)造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種湖泊、河道、水庫解層式水華消除技術(shù)，在不降低水體富營養(yǎng)鹽(N、P)的條件下，通過水體解層方式，同時(shí)輔助生物、生態(tài)手段，達(dá)到控制水體中營養(yǎng)物在爆發(fā)水華的臨界點(diǎn)以下，從而達(dá)到消除水華的目的，另外對于已爆發(fā)水華的水體可在短時(shí)間內(nèi)消除水華，同時(shí)抑制再爆發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，包括a.水體解層；b.食藻性魚蝦類和貝類的投放；c.水體不同層面的水生植物的種植與保護(hù)；其中，1、水體解層水體正常情況下由于密度、溫度等條件的影響可分為表層水、 中層水和底層水，解層就是局部打破水體自然分層的現(xiàn)象，改變水體營養(yǎng)分層、溫度分層、 溶解氧分層的狀況以及藻類分布過于集中的狀態(tài)，使水體的自凈功能充分發(fā)揮達(dá)到抑制和控制藻類繁殖的目的。本發(fā)明采用解層式水華消除機(jī)實(shí)現(xiàn)水體解層，水華消除機(jī)由專用浮筒、推流裝置、 集水筒、導(dǎo)流筒、整流擴(kuò)散裝置、過濾網(wǎng)、防水接線盒及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊等組成，專用浮筒與集水筒相連，專用浮筒表面上有凹槽，凹槽的四周固定有過濾網(wǎng)，專用浮筒下部固定有安裝支架，集水筒固定于安裝支架上，集水筒內(nèi)設(shè)置有推流裝置并固定于安裝支架上，集水筒下端連接有導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒上端連接整流擴(kuò)散裝置，安裝支架、抱箍及其他連接件將部件連接成一個(gè)有機(jī)整體，專用浮筒將整個(gè)設(shè)備浮于水體表面，所述的導(dǎo)流筒可根據(jù)水深，設(shè)置適當(dāng)長度，將表層水引到盡可能的深度。所述解層式水華消除機(jī)，根據(jù)水體表層變化適時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)備設(shè)施的高度，使其不受水位變化的影響，以保證表層水收集的穩(wěn)定性。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)水體解層的方法為用過濾網(wǎng)攔截水體中漂浮的大塊可見垃圾，防止推流裝置堵塞，凹槽內(nèi)收集有水體表層的水，并流入集水筒，然后利用推流裝置循環(huán)推流作用，打入導(dǎo)流筒中，然后經(jīng)過整流擴(kuò)散裝置強(qiáng)力轉(zhuǎn)移至水體底層，并迅速擴(kuò)散，缺氧區(qū)的水體由于受到擠壓而向上移動(dòng)，打破水體自然分層的現(xiàn)象，使水體解層，由此實(shí)現(xiàn)增氧和造流的 兩種功效。上述水體表層的水，一般是指水面以下50cm范圍內(nèi)的水。實(shí)現(xiàn)水體解層的作用(1)將表層富含溶解氧的水轉(zhuǎn)移到底層提高底層水的溶解氧含量，促進(jìn)底層水體的生化凈水效果；(2)底部的低溫水上涌有利于降低水體表層的溫度抑制藻類的繁殖，底部水溫上升提高低棲微生物的活性，加速污染物的降解；(3)表層水體中的藻類，轉(zhuǎn)移到水體底層，在低溫、無光條件下生長受到抑制，從而衰減，并且轉(zhuǎn)移到底層后部分成為魚類、貝類的餌料；(4)水體營養(yǎng)物分層被情況被打破，水流的循環(huán)混合作用使得微生物與營養(yǎng)物充分接觸，水體自凈負(fù)荷大大提高；(5)影響水體水華爆發(fā)的關(guān)鍵元素之一磷，可在富營養(yǎng)化條件下礦化穩(wěn)定的沉積在水體的底層，不會(huì)被表層藻類所捕獲吸收，從而減小水華爆發(fā)的幾率；(6)對于已爆發(fā)水華的水體，通過解層方式，可將表層聚集的高濃度含藻水轉(zhuǎn)移到底部，使表層藻類迅速減少，同時(shí)，解層過程也是一個(gè)混合復(fù)氧的過程，可以預(yù)防水體因缺氧而腐化變質(zhì)。2、食藻性魚蝦類和貝類的投放水體魚類動(dòng)物(如鰱、鳊、鯽、鳙等)、底棲動(dòng)物(如貝類、蝦類等)、藻類及浮游生物等在水體中構(gòu)成一條完整的食物鏈，水體魚類動(dòng)物、底棲動(dòng)物對穩(wěn)定水體生態(tài)結(jié)構(gòu)起到重要的作用，底棲動(dòng)物對濾食性魚類糞便進(jìn)行降解，然后在微型水生動(dòng)物的繼續(xù)作用下對其進(jìn)行最終降解，本發(fā)明對食藻性魚蝦類和貝類進(jìn)行有目的的、針對性的篩選培育，從而達(dá)到控制水華藍(lán)藻的效果。食藻性的魚類投放在相對較淺的靜水區(qū)域，投放避開高溫季節(jié)，優(yōu)選以每年的1-2 月份為魚苗投放時(shí)間，此期間魚苗存活率較高，并控制不同種類魚的個(gè)體大小及魚類的密度，定期對重量達(dá)到2000克的魚進(jìn)行捕撈，保證濾食性魚類糞便的完整性，這將有助于減少藻類的擴(kuò)散，貝類的投放點(diǎn)為淺水區(qū)，深度小于1. 5米，貝類在濾食藻類的同時(shí)可以分泌絮凝性粘液，有利于水質(zhì)變清。蝦類投放在淺灘有水生植物生長密集區(qū)，它可以不停地對底泥表層物質(zhì)攝食和運(yùn)動(dòng)，保證水體底泥層的凈化，蝦也可直接濾食藻類，所述的蝦類不包括龍蝦類。
3、水體不同層面的水生植物的種植與保護(hù)水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分和主要的初級生產(chǎn)者，對生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的循環(huán)以及傳遞起調(diào)控作用，水生植物能夠不同程度地吸收被污染水體的氮、磷，重金屬及有機(jī)污染物，它還可固定水中的懸浮物，增加水體中的氧氣含量，抑制有害藻類繁殖的能力，遏止底泥營養(yǎng)鹽向水中的再釋放利于水體的生物平衡等，并可起到潛在的去毒作用， 且水生植物與藻類之間的相生相克(異株克生現(xiàn)象)作用在污水凈化和水體生態(tài)優(yōu)化方面有重要應(yīng)用潛力，可是只在湖泊、水庫等河口位置。水生高等植物能有效地凈化富營養(yǎng)化湖水，提高水體的自凈能力，同時(shí)有些水生植物如鳶尾、旱傘草等具有較高的觀賞價(jià)值，根據(jù)水生植物的不同性質(zhì)，可種植在駁岸不同的涉水深度，當(dāng)水深小于35cm區(qū)域種植挺水植物，小于80cm大于35cm區(qū)域種植沉水植物， 大于80cm區(qū)域可采用生態(tài)浮床種植各種浮水、或改良的陸生植物等。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明圖1是自然界湖泊水庫等溫度自然分層示意圖；圖2是湖泊、水庫等溶解氧自然分層示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)水體解層及水體循環(huán)凈化原理圖；圖4是本發(fā)明利用食藻性魚蝦類和貝類、水生植物對水中氮磷等富營養(yǎng)化污染物的凈化原理圖。
具體實(shí)施例方式圖中A-表皮水，I-表層水，II-溫躍層，III-均溫層，IV-底泥層，V-自然風(fēng)；1-水深，2-溶解氧濃度，3-還原性物質(zhì)濃度，4-風(fēng)力復(fù)氧，5-光合作用增氧，6-超飽和溶解氧區(qū)，7-有氧區(qū)，8-氧平衡區(qū)，9-厭氧區(qū)，10-解層式水華消除機(jī)，11-外源污染物，12-無機(jī)磷隨礦物質(zhì)進(jìn)入、有機(jī)磷隨垃圾進(jìn)入，13-細(xì)菌及微生物，14-分解，15-硝化過程，16-反硝化過程，17-消費(fèi)者，18-原生動(dòng)物，19-濾食性蝦類、貝類，20-死亡，21-魚類， 22-動(dòng)植物殘?bào)w，23-分解，24-懸浮沉積物，25-水生植物，26-吸附吸收，27-定期收獲， 28-磷礦化沉積。如圖1和圖2，自然界湖泊、水庫水體在正常情況下，由于密度、溫度等條件的影響，形成按溫度和溶解氧自然分層，也正是由于水體這種自然的分層，導(dǎo)致水體在表皮水A、 表層水I、溫躍層II或有氧區(qū)7、氧平衡區(qū)8自凈能力雖較好，但適宜藻類生長，易造成水體表面藻類生長泛濫，而污染物富集較多、溶解氧較少的均溫層III或厭氧區(qū)9自凈能力雖較差，不利于藻類的生長，因而不易滋生藻類，故許多發(fā)生水華現(xiàn)象的水體，藍(lán)藻多富集在水體表面，而底部藍(lán)藻密度則很少。水體表層水I由于自然風(fēng)V的風(fēng)力復(fù)氧4和光合作用增氧5等自然復(fù)氧作用一直存在，使表層水I 一直處理高溶解氧狀態(tài)，水體自凈能力，使得COD很高，BOD又很低的表層富營養(yǎng)化水體，溶解性磷幾乎完全被消耗，而藻類的固氮作用又增減了水體氮含量。水體溫躍層II受水溫變化影響較大，此層主要出現(xiàn)在冬季和夏季，同時(shí)溫躍層又阻滯了底層水與表層水的營養(yǎng)對流交換。水體均溫層III溫度相對較低，水體密度相對較高，對流運(yùn)動(dòng)極為緩慢，水體沉積的污染物含量很高、溶解氧很低甚至厭氧狀態(tài)、生物活性差，底層污染物隨季節(jié)變動(dòng)會(huì)向上層水域擴(kuò)散。如圖3，本發(fā)明利用水體自然分層這一原理，通過采用解層式水華消除機(jī)10或具有同等作用的裝置，采用獨(dú)特的水體解層技術(shù)，打破水體自然分層的現(xiàn)象，改變水體營養(yǎng)分層、溫度分層、溶解氧分層的狀況，進(jìn)而改變藻類分布明顯不均的狀態(tài)，使水體的自凈功能充分發(fā)揮達(dá)到抑制和控制藻類繁殖的目的。如圖4，動(dòng)植物對水中氮磷等營養(yǎng)物的凈化機(jī)理及過程，藍(lán)藻爆發(fā)后多集中在水體的下風(fēng)向，也是有機(jī)質(zhì)最為豐富區(qū)域，對利用食藻性魚蝦類和貝類、水生植物對水中氮磷等富營養(yǎng)化污染物凈化帶來比較便利的條件，食藻性魚蝦類和貝類通過直接濾食藻類和生長繁殖，從而減少水體藻類的密度，并將富營養(yǎng)化物質(zhì)轉(zhuǎn)化生物有機(jī)體，通過不同層次種植和保護(hù)水生植物，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，利用植物根系的吸收、吸附作用富集水中富營養(yǎng)化元素，通過定期收獲水生動(dòng)物和水生植物將污染物從水體中轉(zhuǎn)移出去，實(shí)現(xiàn)抑制水華的目的。以水庫為例，在自然狀態(tài)下，水體自然分層形成表層、中層和底層，水庫環(huán)境參數(shù)表層水溫度高，與空氣直接接觸，水體溶解氧處于飽和狀態(tài)，水體密度相對較低， 一般會(huì)長期穩(wěn)定的處于水體的上層，表層水體中微生物和藻類較為活躍，特別是藻類直接受到陽光照射，白天光合作用明顯釋放出大量的氧氣，使水體中溶解氧白天處于超飽和狀態(tài)，為微生物繁殖提供了充足的條件，容易引起藻類水華。中層水具有溫躍變化的特點(diǎn)，受溫度和密度的平衡關(guān)系影響，其層分布也相對穩(wěn)定，同時(shí)中層水也是阻礙底層與表面水交換的屏障。底層水底層水長期處于低溫、低氧、光線弱的條件下，另外各種污染物由于重力因素也會(huì)在此長期積累，水體中微生物含量相當(dāng)豐富，但活性相對較弱，此層也是魚類，貝類較為集中的區(qū)域。藻類在春夏期生時(shí)具有明顯的上浮下沉規(guī)律，藻體在夜間上浮表層并漂移至水岸，通過向水庫內(nèi)適量投放鰱魚、鯽魚、鳙魚等魚類，以及適量投放貝類、蝦類、螺類等底棲動(dòng)物，藻類上浮時(shí)可供魚類及螺類底棲動(dòng)物食用，藻類下沉?xí)r可供蝦類、貝類底棲動(dòng)物食用，從而減小水體藻類的密度，根據(jù)水庫水面積的大小，適當(dāng)放置多個(gè)解層式水華消除機(jī)， 來實(shí)現(xiàn)水體解層，使水體中底層內(nèi)的溶解氧增加，實(shí)現(xiàn)增氧和造流，同時(shí)在水體不層面種植水生植物，如荷花、鳶尾、旱傘草等，有效地凈化富營養(yǎng)化湖水，提高水體的自凈能力。上述鰱魚，是典型的濾食性魚類，在魚苗階段主要吃浮游動(dòng)物，長達(dá)1. 5厘米以上時(shí)逐漸轉(zhuǎn)為吃浮游植物。上述鯽魚，主要以植物性食料為主，也以一些狀藻類植物為食。上述鳙魚，生活于靜水的中上層，動(dòng)作較遲緩，不喜跳躍，以浮游動(dòng)物為主食，亦食
一些藻類。所述的魚類，投放應(yīng)避開高溫季節(jié)，優(yōu)選的魚苗投放時(shí)間以每年的1-2月份為最佳，此期間魚苗存活率較高，并控制不同種類魚的個(gè)體大小及魚類的密度，定期對重量達(dá)到 2000克的魚進(jìn)行捕撈。
上述荷花，其蓮藕地下莖能吸收水中的好氧微生物分解污染物后的產(chǎn)物，所以荷花可幫助污染水域恢復(fù)食物鏈結(jié)構(gòu)，促使水域生態(tài)系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，另外荷花對河岸有很好的護(hù)坡作用，可以防止水土流失。上述鳶尾，可生于淺水中，有效吸收水中的氮(N)磷⑵碳(C)等引起水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)。上述旱傘草，其對污染濃度高的水體有較好的耐污能力，能有效吸收水中的氮(N) 磷(P)碳(C)等引起水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)。上述水生植物，根據(jù)其性質(zhì)的不同，可種植在駁岸不同的涉水深度，當(dāng)水深小于 35cm區(qū)域種植挺水植物，小于80cm大于35cm區(qū)域種植沉水植物，大于80cm區(qū)域可采用生態(tài)浮床種植各種浮水、或改良的陸生植物等。實(shí)施本發(fā)明技術(shù)后，同水庫水體不再有藍(lán)藻水華發(fā)生，但富營養(yǎng)化(N、P)程度并沒有降低或改變。本發(fā)明同樣適用于湖泊、城市河道的水華治理，在此本發(fā)明不在一一實(shí)施舉例。
權(quán)利要求
1.解層式水華消除方法，其特征在于包括a.水體解層；b.食藻性魚蝦類和貝類的投放；c.水體不同層面的水生植物的種植與保護(hù)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解層式水華消除方法，其特征在于所述的水體解層，具體方法為采用解層式水華消除機(jī)實(shí)現(xiàn)水體解層，水華消除機(jī)由專用浮筒、推流裝置、集水筒、導(dǎo)流筒、整流擴(kuò)散裝置、過濾網(wǎng)、防水接線盒及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊等組成；用過濾網(wǎng)攔截水體中漂浮的大塊可見垃圾，防止推流裝置堵塞，凹槽內(nèi)收集有水體表層的水，并流入集水筒，然后利用推流裝置循環(huán)推流作用，打入導(dǎo)流筒中，然后經(jīng)過整流擴(kuò)散裝置強(qiáng)力轉(zhuǎn)移至水體底層， 并迅速擴(kuò)散，缺氧區(qū)的水體由于受到擠壓而向上移動(dòng)，使水體解層，實(shí)現(xiàn)增氧和造流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的解層式水華消除方法，其特征在于所述水體表層的水，一般是指水面以下50cm范圍內(nèi)的水，所述的導(dǎo)流筒根據(jù)水深設(shè)置適當(dāng)長度，將表層水引到盡可能的深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解層式水華消除方法，其特征在于所述的食藻性魚蝦類和貝類的投放，水體魚類動(dòng)物、底棲動(dòng)物來穩(wěn)定水體生態(tài)結(jié)構(gòu)，底棲動(dòng)物對濾食性魚類糞便進(jìn)行降解，然后在微型水生動(dòng)物的繼續(xù)作用下對其進(jìn)行最終降解，對食藻性魚蝦類和貝類進(jìn)行有目的的、針對性的篩選培育。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的解層式水華消除方法，其特征在于食藻性的魚類投放在相對較淺的靜水區(qū)域，投放避開高溫季節(jié)，優(yōu)選以每年的1-2月份為魚苗投放時(shí)間，此期間魚苗存活率較高，并控制不同種類魚的個(gè)體大小及魚類的密度，定期對重量達(dá)到2000克的魚進(jìn)行捕撈，保證濾食性魚類糞便的完整性，貝類的投放點(diǎn)為淺水區(qū)，深度小于1.5米， 貝類在濾食藻類的同時(shí)可以分泌絮凝性粘液，有利于水質(zhì)變清；蝦類投放在淺灘有水生植物生長密集區(qū)，它可以不停地對底泥表層物質(zhì)攝食和運(yùn)動(dòng)，保證水體底泥層的凈化，蝦也可直接濾食藻類，所述的蝦類不包括龍蝦類。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解層式水華消除方法，其特征在于水體不同層面的水生植物的種植與保護(hù)，水生植物能夠不同程度地吸收被污染水體的氮、磷，重金屬及有機(jī)污染物，還用來固定水中的懸浮物，增加水體中的氧氣含量，抑制有害藻類繁殖，遏止底泥營養(yǎng)鹽向水中的再釋放，并可起到潛在的去毒作用，且水生植物與藻類之間的相生相克(異株克生現(xiàn)象)作用在污水凈化和水體生態(tài)優(yōu)化方面有重要應(yīng)用潛力，可種植在湖泊、水庫的河口位置；水生高等植物能有效地凈化富營養(yǎng)化湖水，提高水體的自凈能力，同時(shí)有些水生植物如鳶尾、旱傘草等具有較高的觀賞價(jià)值，根據(jù)水生植物的不同性質(zhì)，可種植在駁岸不同的涉水深度，當(dāng)水深小于35cm區(qū)域種植挺水植物，小于80cm大于35cm區(qū)域種植沉水植物， 大于80cm區(qū)域可采用生態(tài)浮床種植各種浮水、或改良的陸生植物。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的解層式水華消除方法，其特征在于所述的解層式水華消除機(jī)，專用浮筒與集水筒相連，專用浮筒表面上有凹槽，凹槽的四周固定有過濾網(wǎng)，專用浮筒下部固定有安裝支架，集水筒固定于安裝支架上，集水筒內(nèi)設(shè)置有推流裝置并固定于安裝支架上，集水筒下端連接有導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒上端連接整流擴(kuò)散裝置，安裝支架、抱箍及其他連接件將部件連接成一個(gè)有機(jī)整體，專用浮筒將整個(gè)設(shè)備浮于水體表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的解層式水華消除方法，其特征在于所述的解層式水華消除機(jī)，根據(jù)水體表層變化適時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)備設(shè)施的高度，使其不受水位變化的影響，以保證表層水收集的穩(wěn)定性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種解層式水華消除方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，包括a.水體上下循環(huán)的調(diào)控，將表層水轉(zhuǎn)移到水體的深層，深層的水轉(zhuǎn)移到表層，實(shí)現(xiàn)水體解層；b.投放食藻性魚類、貝類、蝦類等；c.水體不同層面的水生植物種植及保護(hù)，本發(fā)明利用水體自然分層的特點(diǎn)，將溫度高、藍(lán)綠藻含量高、可溶性營養(yǎng)物含量低、溶解氧含量高表層水轉(zhuǎn)移至深水層，促進(jìn)深水層污染物的快速降解，魚類、貝類濾食水中的藻類，水生植物富集水中的營養(yǎng)鹽，達(dá)到去除污染物的目的，本發(fā)明利用解層技術(shù)控制水華，本發(fā)明在沒有外加任何藥劑的條件下，使湖泊、水庫、城市河道等水域不再發(fā)生藍(lán)藻水華現(xiàn)象，并使多種污染物得到很好的去除。
文檔編號C02F3/32GK102219302SQ201010147070
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者呂超, 白冰, 蔡莉 申請人:上海歐保環(huán)境科技有限公司