专利名称：富营养化海水的藻类处理系统及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋环保技术领域，涉及一种去除海水富营养化物质的方法和装置，尤其利用大型藻类正常生长过程中从周围海水中快速吸收氮磷等营养化物质的能力，通过工程措施进行富营养化海水处理的方法和固定平台装置。
背景技术：
随着工业和农业的发展、以及人类活动日益增加，大量排放的无机营养物质和有机废物通过各种渠道最终汇集到海洋中，直接引起海水(特别是靠近沿岸的近海地区)的富营养化污染，其中氮和磷是目前海域最主要的污染物质。上述现象在我国近年来有加速的趋势，结果导致了水生态系统的失衡现象，并频繁引发赤潮灾害，致使海水的溶解氧下降、透明度降低、水质恶化、鱼类及其它水产动物病害发生与死亡。
如何去除海水富营养化物质，维持水环境生态平衡，避免上述系列问题的发生，减少损失，保障海洋经济的健康可持续发展。作为亟待解决的一大问题，为各国政府、国际海洋生物学和环境学界所关注。
以往降低水域富营养化措施不多，对超高浓度的富营养化物质主要采用絮凝、气浮、吸附和沉淀等物理化学方法减少悬浮颗粒和浮游生物量，以及机械清除污泥的方法。而去除在水中溶解的富营养化物质(特别是中、低浓度)的有效方法几乎还没有。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富营养化海水的藻类处理系统及其应用，针对溶于水的氮和磷物质循环规律，我们利用大型经济海藻的特性，提出生态环保去除海水富营养化的新路子，并建立了高效去除富营养化海水的藻类处理系统。
本发明从大型经济海藻人工栽培的角度，利用其正常生长过程中需要从周围海水中快速吸收氮磷等营养化物质的特性，通过生物工程的方法首先降低水中溶解的富营养化物质浓度，并减少浮游植物的繁殖速率和生物含量，实现富营养化海水的处理。
本发明去除海水富营养化藻类处理系统包括大型经济海藻、水循环设备和搅拌装置、藻类栽培平台(光生物反应器、培养池或藻类养殖海湾)，其中大型经济海藻栽培于藻类栽培平台中，水循环设备与藻类栽培平台连通，搅拌装置安装于藻类栽培平台。
所述大型经济海藻包括麒麟菜、孔石莼、江蓠、海带、紫菜、裙带菜、羊栖菜等。
所述水循环设备将富营养化水体导入藻类处理系统，同时将已经去除富营养化的净化海水排除藻类处理系统。
所述搅拌装置将藻类处理系统内的水体循环起来，以便于藻类从水中充分吸收氮、磷和二氧化碳的目的，同时将藻类光合作用释放的氧气解析。
所述藻类栽培平台可以是光生物反应器，也可以是培养池或藻类养殖海湾。
本发明去除海水富营养化物质的方法具体步骤为(1)根据各地不同气候条件和季节，具体选择合适的大型经济海藻类，建立藻类处理系统。
(2)从水产动物养殖场(区)、河口以及海域获得富营养化海水，利用工程措施导入藻类处理系统，让藻类处理系统有效吸收引起海水富营养化的氮、磷等营养物质。
(3)经过藻类处理系统处理、水质得以净化的海水向周围环境排出或供给水产养殖单元利用。
(4)重复上述过程，间歇或连续性去除海水富营养化物质。
本发明主要技术原理包括(1)、大型经济海藻在正常生长过程中，具有吸收C、N、P等营养元素的生理特点。通过人工栽培措施，加快大型经济海藻的生长速，提高单位面积产量高，同时对氮、磷等营养物质的吸收量也增大，可有效地去除海水富营养物质。
(2)、大型经济海藻比较容易收获，通过海藻吸收固定的N和P等营养物质易于转移，可以大大降低海水中营养物质含量，具有很好的环境效益。
(3)、大型海藻生命周期相对长，可以长期用于处理海水，不象微型藻类那样很快地将吸收的富营养化物质重新释放到水环境中。
(4)、大型经济海藻种类较多，可针对具体富营养化水体，在不同季节和气候变化状况，选择不同的海藻开展栽培，达到净化水质的目的。
本发明的主要优点表现在(1)、本发明利用大型经济海藻吸收无机营养和比微藻容易收获的特点，将富营养化海水流经大型藻类处理系统，将导致目前我国海水富营养化最大的海水污染物质(主要无机氮和磷)去除，实现净化海水环境的同时获得大型经济海藻的双重目的。该方法简便有效，成本低廉，操作简单，具有可观的环保和经济效益。
(2)、利用大型海藻进行海洋的生物修复技术同其它去除海水富营养化的物理化学方法相比，投资费用低，对环境影响小，是一种既经济又安全的方法。
(3)、大型海藻是非常重要的可更新资源，可以获得产品性质独特、可进一步高质化加工利用的海藻原料。进一步广泛用作食品、饲料、琼胶工业原料和土壤肥料等，具有可观的经济效益。
(4)、另外，大型经济海藻的通过光合代谢不断吸收海水和大气(通过气液交界面的交换)中的二氧化碳，减少温室气体浓度，并光合分解水形成氧气，增加大气中的氧气丰度。因此，该技术在净化海水的同时还提高了环境空气质量。
本发明的藻类处理系统可大可小，较小的如光生物反应器(水体从几升到几十吨)，中型的藻类净化池(水体从几吨到上千吨)，大型的海藻养殖区甚至半封闭港湾(数千吨水体以上)。
图1为污水处理的藻类处理系统平面图。
图2为污水处理的藻类处理系统纵切图。
1、营养化海水进口，2、大型经济海藻，3、水流方向，4、出水口，5、水流通道，6、水质检测点，7、搅拌装置，8、水泵、9、太阳光，10、空气，11、水面，12、培养池，13、水流隔墙。
具体实施例方式
以中型的培养池为例，藻类处理系统(如图1～2所示)的基本构成包括大型经济海藻2、水循环设备(水泵8)、搅拌装置7、培养池12，培养池设有营养化海水进口1、出水口4、水流通道5，水流通道5为互相连通的水流隔墙13形成的折返式水流通道，大型经济海藻2栽培于水流通道5内，营养化海水进口1与水泵8相连。
实施例1试验地点在海南三亚，所选大型海藻为麒麟菜，将富营养化海水放入水池，水池构造如上图，面积100m2，深度为0.8m。将海藻均匀分布于水池，隔一段时间利用搅拌机使水循环10分钟，经过6个小时的吸收，易发生赤潮的富营养化海水(总氮、总磷浓度分别为30μmol/L和5μmol/L)净化为不发生赤潮危害的海水(总氮和总磷浓度分别下降到4.8μmol/L和0.5μmol/L)，排出的海水达到正常水质标准。
实施例2试验地点在山东青岛，利用大型海藻孔石莼处理养鱼排放的富营养化废水，废水中总无机氮浓度40μmol/L，每吨水体中加入4公斤鲜重的孔石莼。12小时内，由于孔石莼的净化吸收，将总无机氮浓度降低到5μmol/L以下。
在随后的2周半连续去除无机氮实验(每天全部更换富营养化废水2次)过程中，也无论在白天还是夜晚，孔石莼都保持上述去除无机氮的能力。经过计算，整个14天实验过程中，每公斤鲜重的孔石莼就吸收了3.5克无机氮。
另外，本发明大型经济海藻还可以为江蓠、海带、紫菜、裙带菜或羊栖菜等，藻类栽培平台还可以为光生物反应器或藻类养殖海湾。
权利要求
1.一种富营养化海水的藻类处理系统，其特征在于包括大型经济海藻、水循环设备、搅拌装置和藻类栽培平台；其中大型经济海藻栽培于藻类栽培平台中，水循环设备与藻类栽培平台连通，搅拌装置安装于藻类栽培平台。
2.根据权利要求1所述富营养化海水的藻类处理系统，其特征在于所述大型经济海藻为麒麟菜、孔石莼、江蓠、海带、紫菜、裙带菜或羊栖菜。
3.根据权利要求1所述富营养化海水的藻类处理系统，其特征在于所述藻类栽培平台为光生物反应器、培养池或藻类养殖海湾。
4.根据权利要求3所述富营养化海水的藻类处理系统，其特征在于所述培养池设有营养化海水进口(1)、出水口(4)、水流通道(5)，水流通道(5)为互相连通的水流隔墙(13)形成的折返式水流通道，大型经济海藻(2)栽培于水流通道(5)内，营养化海水进口(1)与水泵(8)相连。
5.按照权利要求1所述富营养化海水的藻类处理系统的应用，其特征在于具体步骤如下(1)采用大型经济海藻类，建立藻类处理系统；(2)从水产动物养殖场(区)、河口以及海域获得富营养化海水，利用工程措施导入藻类处理系统，让藻类处理系统有效吸收引起海水富营养化的氮、磷营养物质；(3)经过藻类处理系统处理、水质得以净化的海水向周围环境排出或供给水产养殖单元利用；(4)重复上述过程，间歇或连续性去除海水富营养化物质。
6.根据权利要求5所述富营养化海水的藻类处理系统的应用，其特征在于所述藻类处理系统的水循环设备将富营养化水体导入藻类处理系统，同时将已经去除富营养化的净化海水排除藻类处理系统。
7.根据权利要求5所述富营养化海水的藻类处理系统的应用，其特征在于所述藻类处理系统的搅拌装置将藻类处理系统内的水体循环起来，以便于藻类从水中充分吸收氮、磷和二氧化碳的目的，同时将藻类光合作用释放的氧气解析。
全文摘要
本发明属于环保技术领域，具体是一种富营养化海水的藻类处理系统及其应用。富营养化海水的藻类处理系统包括大型经济海藻、水循环设备、搅拌装置和藻类栽培平台；其中大型经济海藻栽培于藻类栽培平台中，水循环设备与藻类栽培平台连通，搅拌装置安装于藻类栽培平台。利用大型经济海藻吸收无机营养和有机污染物能力和比微藻容易收获的特点，将富营养化海水流经大型藻类处理系统，将导致目前我国海水富营养化最大的海水污染物质(主要无机氮和磷)去除，实现净化海水环境的同时获得大型经济海藻的双重目的。该方法简便有效，成本低廉，操作简单，具有可观的环保和经济效益。
文档编号C02F3/32GK1715210SQ20041002085
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者刘建国, 路克国, 林伟, 王增福, 朱校斌 申请人:中国科学院海洋研究所