专利名称：可控性水库蓝藻水华快速消除方法
技术领域：
本发明涉及消除藻类水华技术领域，特别涉及水库蓝藻水华消除的技术。
背景技术：
引用生态治理技术控制水体富营养化引发的蓝藻水华是目前大家一致公认的事实，为此引伸出二个治理水体藻类水华的领域。1.非经典生物操纵技术控制微囊藻、鱼腥藻等藻类水华，2.生物修复技术降低水体富营养盐(氮、磷)成分。
现有控制技术问题以滤食性鱼类的生物操作技术已被广泛应用，有成功案例，也有失败教训，其中二个公认的事实(1)滤食鱼类(花鲢、白鲢)能够降低水体中微囊藻、藻类的数量；(2)鲢鱼的粪便又是水体污染的第二原源；因为鲢它的消化道内没有分解蓝藻的酶，所以它不具有分解和利用藻体的能力；藻体在鱼的肠道并没有完全死亡，鲢鱼含藻粪便在水体中很容易扩散，在水体中更容易繁殖生长藻类。所以滤食鱼类的食物链并没有很好解决。
如中国专利公开号1562809公开了一种控制蓝藻水华的方法，首先是在水华暴发的区域放养滤食性的鲢鳙鱼和鲤鱼、鲫鱼，起到控藻作用；其次是浮游动物以小型藻类为食，也可以降低藻的数量；第三是螺、蚌可以携带鱼卵运动，使鱼的分布区域增大；第四是噬藻体、溶藻菌和其它吞食藻的微生物都是在自然水体中分离纯化出来的，经实验室大量培养后，再投入到蓝藻水华爆发区域，起到控藻作用；第五是水华暴发区域水生植物的恢复也可以起到控藻作用；第六是机械除藻，有固定式蓝藻水华清除装置和移动式蓝藻水华清除装置。其具体方法，包括下列步骤A.在水华暴发的区域放养滤食性的鲢鳙鱼和鲤鱼、鲫鱼，在6.1km2的试验区内放养滤食性鱼类，定期的对鱼进行调查，使放鱼密度保持在同一水平；B.浮游动物以小型藻类为食，在实验室内培养在试验区水体常见的浮游动物轮虫，蚤和溞，然后投入到水华暴发的区域；C.螺、蚌可以携带鱼卵运动，使鱼的分布区域增大，在试验区投放螺、蚌；D.噬藻体、溶藻菌和其它吞食藻的微生物都是在自然水体中分离纯化出，在实验室大量培养后，再投入到蓝藻水华爆发区域；E.水华暴发区域水生植物的恢复起到控藻作用，在湖里种养浮叶植物和沉水植物，如菱角、眼子菜、菹草、苦草、红线草、黑藻、狐尾藻；在沿岸带种养挺水植物，如香蒲、芦苇、柳；F.机械除藻有固定式蓝藻水华清除装置和移动式蓝藻水华清除装置，工艺流程是湖面蓝藻水华富集、吸藻器收集、富藻水、藻水重力斜筛过滤一级分离、藻浆、藻水卧螺离心机脱水二级分离、藻泥。
其运用于以云南滇池、江苏太湖为治理目标的国家“863计划”重大项目，展开了以水体生态—生物修复技术的多个小范围的试验区，据现有相关报导试验区域内获得相当大的成绩。但没有放大到整个水体，水体中蓝藻(微囊藻水华)治理仍处在是局部程度改善，更多提出是理念性的结论，应该说水体蓝藻水华治理过程还任重道远。
还有，如安微巢湖生物治污工程，连续6年(1999-2004)中每年向巢湖投放大量的鲢鱼4-5万公斤，2004年投放17万公斤鲢鱼，以滤食藻鱼类来控制蓝藻水华。年复一年的蓝藻水华构成巢湖的主要问题，到2004年7月报导，巢湖部分水域蓝藻暴发，尤其是龟山一带，蓝藻遍及湖心，最厚的地方深度达1米左右。启动6年的生物治污工程并没有收到较好的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控性水库蓝藻水华快速消除方法，在不降低水体富营养盐(氮、磷)的条件下，水体投放滤食鱼类与底栖动物，并在可调控水域的基础上，以长期预防和滤食鱼短期治理为原则理念，采用以底栖生物消灭蓝藻(微囊藻、鱼腥藻)休眠体为主，大量滤食鱼类控制水体蓝藻早期发生密度手段，设计了滤食鱼类粪便降解的多条途径；快速控制微囊藻、鱼腥藻水华(水体无蓝藻水华)，在短时间内解决水体蓝藻水华问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，可控性水库蓝藻水华快速消除方法，包括，a.滤食鱼类投放；b.螺类、河蟹、河蚬、蚌等水体底栖动物投放和保护，河蟹、螺类对滤食鱼类粪便降解；c.水位调控，控制水位高低，即水位与泥滩露出位置，保证风浪对底泥扰动、保证螺类摄食区域限定。
其中，滤食鱼类投放过程中，动态地捕捞体重量达3000克/尾以上的个体，保持水体中滤食鱼类合适规格，保证鱼类粪便在水体中完整性，将有助于控制藻类再扩散。
滤食鱼类投放时间每年1-2月份鱼苗投放；滤食鱼类的密度为30-50克/每立方米。
水体底栖动物包括甲壳类、螺类、轮虫、原生动物，为滤食鱼类的未消化的微囊藻粪便最终降解提供了基础。
调控水库的水位参数3.8米～4.2米；调控水库边坡泥滩的水位深度1.3～1.7米。
本发明的设计思想生态治理是解决水库蓝藻水华的基本思路，水库中滤食水生动物投放和保护增殖是治理过程中重要的技术手段，通过滤食鱼类非经典型生物操纵技术，在短时间彻底解决富营养化蓝藻水华的问题，必须以控制蓝藻早期生长为目标，采用以螺类等软体动物控蓝藻体孢子源为主导技术路线，配合鲢鱼生物操纵法技术和鲢鱼粪便降解保障体系来实现。
1、鲢鱼非经典生物操纵法滤食鱼类对微囊藻早期颗粒密度控制效果是显而易见，也是目前常用控藻技术。但是它的控藻效果不稳定性和它食入藻后未消化微囊藻粪便扩散，已严重地影响它的实际效果。针对缺陷的问题与技术我们进行了改进和创新。
(1)滤食鱼类投放时间每年1-2月份是最佳的鱼苗投放时间，该时间段内投放鱼苗存活率最高。
(2)滤食鱼类种类滤食鱼中食藻效率最高是鲢鱼，选择鱼种以鲢鱼为主。
(3)滤食鱼类规格鲢鱼食藻最适规格是以1000克-3000克以内。
(4)滤食鱼类的密度平均为30-50克/每立方米。
(5)滤食鱼类粪便的完正性滤食鱼类个体大小差异对排泄出的粪便结构完整性有明显的影响，个体大的鲢鱼在消化道内所分泌的粪便粘液少，排出内容物成型度差，在水浪中易破碎成细小的藻颗粒，形成新的扩散源，所以保持水体中滤食鱼类总量不变情况，动态地捕捞体重量达3000克/尾以上的个体，保持水体中滤食鱼类合适规格，保证鱼类粪便在水体中完整性，将有助于控制藻类再扩散。
(6)鲢鱼粪便降解程度设计当未消化的微囊藻充盈在鱼类的粪便中，使粪便在水体中增加了上浮现象，如果没有其它的控制办法去消灭它，环境的影响(风浪作用)藻体的重新扩散将成为水华增殖源，让鱼类的粪便下沉底泥，这是有效地防止粪便微囊藻扩散的可能性，同时也为微囊藻进一步降解打好基础。使鲢鱼有机会摄入更多的泥沙性颗粒，更多的悬浮物质摄入鲢鱼的体内，鱼类粪便更具有泥性特征，粪便致密性使未消化微囊藻受到泥沙粒紧固，更容易成型沉降于水底层。
具体选用的鱼类有参见表1鳊、鲫鱼类下层水域生活，杂食性是这些非滤食鱼类特点，水体的固型物质(例如鲢鱼粪便)，泥表层颗粒物质等均能作为食源，这些含藻类粪便食源经过鳊、鲫的消化过程，藻体将进一步致死，防止了未消化的微囊藻扩散作用。
白鲢(鲢)滤食鱼类，在水体中以食植物性藻类为主，而蓝藻(微囊藻、鱼腥藻颗粒)均是它理想的滤食食饵。
花鲢(鳙)滤食鱼类，在水体中以食水体微型动物为主，同时也食植物性藻类，一龄以下更适合控藻要求。
鳊鱼杂食性，在水体以食固型物质(水草、有机质颗粒、其它鱼类的粪便)，主要分布在水中下层区域。
鲫鱼杂食性，在水体以食固型物质(有机质颗粒、其它鱼类的粪便)，主要分布在水中下层区域。
表1 2、螺类、河蟹、河蚬、蚌等底栖动物的投放和保护。
底栖动物(螺类、蚌、河蚬、河蟹)、水体鱼类动物(鲢、鳙、鳊、鲫)在水体中食物链过程，对稳定水体生态结构起到重要作用。其中，河蟹、螺类对滤食鱼类粪便降解，微囊藻最终降解是依靠水体中的大型底栖动物和微型水生动物，其中甲壳类、螺类、轮虫、原生动物构成了一个庞大的逐级降解链，为滤食鱼类的未消化的微囊藻粪便最终降解提供了基础。有目的、针对性地对蓝藻类种群生长和繁殖起到了抑制作用动物类群、密度选择和设计以及水环境调控等作用参数的选择，从而达到控制蓝藻水华效果。投放量根据水体中螺类的数量，春季向水体补充数量，更重要的是保护和增殖现有的螺类基数。由于螺蛳它繁殖率高，每年水体中螺种群基数是十几倍率的增加，虽然个体数滤食量少，但是它巨大的数量和所产生的效果是其它底栖动物无法相比，所以大力发展螺类底栖动物是食物链中最重要环节，水体中禁止投放食螺青鱼和禁捕螺蛳、河蚬是作为水产资源保护的一项重要措施。
(1)螺蛳是底栖生物的重要软体动物类群，它分布广泛、繁殖率高、它所具有的特殊的滤食结构和摄食行为直接对在水体蓝藻(微囊藻、鱼腥藻)以及秋天休眠体和次年蓝藻早期萌发体的生长的数量有极大控制作用，同时它对沉淀在泥表层的滤鱼类未消化蓝藻粪便，有进一步降解作用，实验数据表明它对蓝藻有杀灭作用。
(2)河蟹它是两年生的甲壳类动物，它以泥层表面各种物质(水草类、附着性藻类、鱼类沉降粪便、死亡动物尸体等)为食生活的底栖动物，它在底栖生活中以不停顿地对泥表层物质摄食和运动，保证了水体泥层的净化，特别是在控藻过程中对附着泥层生长的丝状蓝藻有明显的清除效果，防止突发性蓝藻水华有起着主要的功效。
(3)河蚬是底栖软体动物，它在泥层中生长繁殖的数量最多，分布最广，所以它的滤食系统和庞大的密度，对微囊藻生长幼体更具有滤食作用。
3、水位调控，水库水位线(指水深)，是表层水与底泥之间的高度，合理控制引水的频率它会影响水质状况和水、泥环境直接变化。通过人工调节或自然力量的合理利用，将水生动物食物链效率更高，最终达到完全控藻的目标。
水库当水库流量加快时，它的水体水质具有河流特征，当流量减慢时它的水体水质又具有湖泊特征。
水位水库的水位线(表层水与底泥之间的高度)，抽提蓄水式水库长期引水，大量的泥沙导致水库不同区域水位差异，在库边水位浅，中心水位深。
蓝藻(微囊藻)藻类在水体中具有垂直分布与漂浮迁移的现象，这种现象是藻类本身生理结构与代谢所引起的。它与环境日照、水体浊度有密切关系。
螺蛳在水体中以底泥表层生活，最常活动的区域是水深1.5米以内，它会根据水体的浊度高低、白天与夜间日照变化进行迁移(底泥层到水表层)。
抽提蓄水式水库，它的水位是可以控制，根据需要将引水把水位控制水库的容量(上海有宝钢水库、陈行水库等)。在对水库蓝藻水华综合治理过程，通过水位调控，①导致水体的水质环境变化；②导致蓝藻(微囊藻)的垂直分布规律改变，牵引藻类向上层水面上浮；③也可导致底栖生物(螺类)迁移改变，与蓝藻分布相一致；④也将改变滤食鱼类摄入食物中食性比例(即泥沙量增多)；⑤合理水位调控的结果将有助于提高水体中滤藻动物的抑藻效率，在短时间彻底消灭蓝藻水华成为可能。
(1)抽提式水库水位高低是可控的，调控水位高低直接影响水库的容量、藻类的分布以及底栖生物的生态环境改变，从而影响水生动物食物链过程。可控水库合理的水位与泥滩露出位置，是有效保证风浪对底泥扰动、保证螺类摄食区域限定。调控水库的水位参数3.8米～4.2米，相当部分区域水体深度1.3～1.7米。
(2)具有浮悬颗粒的水质通过水位调控可以有效地利用风流、库流扰动泥表层，使水体产生更多的浮悬物颗粒，当鲢鱼滤食蓝藻时浮悬泥沙颗粒摄入，鱼类消化道内蓝藻被泥沙紧密地固定成型，产生具有泥性特点粪便，由于粪便密度高不易解体、易沉降特性，降低了滤食鱼类的粪便再扩散。具备形成滤食鱼类的泥性粪便。水体浮悬颗粒参数(平均值≥33mg/l)。
4、监控参数治理蓝藻水华过程中的监控作用是非常重要技术参数，根据监控数据分析与评价及时地调整水体水位以达到水生动物参与对蓝藻水华治理效果，(1)水体藻类密度监控是最直接地反映出蓝藻发展程度以及发展趋势，在每年不同的时间段内。通过水体的藻类密度规律的了解和发展趋势，有助于对水体治理提供阶段性的治理措施，每年9-10月份是微囊藻沉降期，随水温下降藻增殖降低，水体中的微囊藻密度下降，并向水体底部泥层沉淀(此阶段控制水容量，增加水体中滤食性鱼类密度是对降低微囊藻残余量最佳时段)；从10月到第二年的3月是微囊藻休眠体，这阶段水体中微囊藻无法监测，泥层中大量的沉淀休眠体颗粒(此阶段主要以螺类等底栖动物有效消除阶段)；从3-4月份是微囊藻复苏阶段，藻体处于幼体状态，以分布在水体下层区为主，水体上层区域监测不到，而下层区域常能经过增殖培养监测藻类的存在(此阶段主要是以滤食螺类、滤食鱼类最主要的控制阶段，控制效果也决定了夏秋季微囊藻水华是否发生)；从5-6月份(水温20-24℃)微囊藻体种群和密度虽仍处于幼体和增长阶段，但已具有上浮下沉蓝藻特性的特点，所以水体在环境因素(光照、浊度、风向)影响下，水体表面可看见微囊藻水华现象(此阶段控制水位和调控流量增加水体中含泥沙高水(浊度≥26NTU)水质与风向、天气结合，让水体的藻有更多的机会上浮水表层，调控微囊藻富集现象采取机械抽提是快速降低藻类密度方法，同时表层鲢鱼也发挥重要的除藻作用。该时间段微囊藻的密度高低是直接影响夏秋季的水华暴发程度；从7-9月份水体中微囊藻处于高增长、藻体聚集阶段，水华特征明显，水体中微囊藻密度每毫升中藻个体数量达从万到百万级，这时间段出现水华现象只有在没有治理状态下所出现状况，而有效的生态治理是应该完全处于控制状态。
(2)水生动物监控通过对鱼类、河蟹、螺蛳类消化道内容物和粪便组成和成分变化规律的定性、定量分析是直接从食藻环节来分析控藻效果。同时也有助于正确判断水体中蓝藻分布，有计划地调整水体容量，动物的数量和品种，从而达到短时控藻目标。从监测水生动物体内藻类密度可以比水体样品监测时间更早发现它的出现和变化趋势，这对微囊藻早期控制是非常重要。
本发明的优点在于，参见表21.在一定面积(2500亩)可调控水域的基础上，以长期预防和短期治理为原则理念，采用以底栖生物消灭蓝藻(微囊藻、鱼腥藻)休眠体为主，大量滤食鱼类控制水体蓝藻早期发生密度手段以及配以机械抽提藻类方式强制降低高发区时的藻类密度为辅的快速除藻。
2.首次提出了河蟹参与水体控藻治理重要技术环节，设计了滤食鱼类粪便降解的多条途径。
3.治理水域封闭性、可管理性；抽提性水库可调控水位，水位高度不限。
表2
具体实施方式
以宝钢水库2500亩水面积为例，该水库环境参数(1)主导风向水库、或不同地区水域，由于长期主导风对库流、水流、湖流的影响以至水域形成了相对静止的死角。最明显的区域是西南角、东北角，该区域必然是蓝藻水华暴发重要区域这是由东南风和西南风决定。
(2)蓝藻暴发主要区域任何水域，尽管水体富营养成份相对均匀，而蓝藻早期发生和晚期大规模水华发生的范围是有一定的局限性，这种区域性的分布是环境综合因素的作用结果，水域下风区是有机质最为丰富区，蓝藻类水华集中区，蓝藻休眠体沉淀区、早期蓝藻体萌发区，这给治理水域水华带来了比较便利的条件，对该区域水生动物参数设计(水生软体动物)是治理重要环节。
微囊藻在春夏早期生长时具有明显的上浮下沉规律，藻体在夜间上浮表层并漂移到水岸边，而控制水库的边缘水位在1.5米左右，这样的水位对螺蛳的迁移和分布是有利的，这是因为螺蛳也具有白天下移，夜晚上迁水岸特征。螺蛳大规模迁移水岸边，当面对大量漂移的微囊藻藻体时，它可直接滤食藻类，从而减少水体藻类的密度。
当夏季来到，水体中滤食鱼类上浮水表层活动时，一般来说水体的泥沙量较少，而水体中泥沙悬浮颗粒含量对滤食鱼类的食性结构有着重要的作用，如果泥沙量少，滤食鱼类食藻后排出的粪便，具有上浮性，未消化的藻类易扩散，加剧水华程度。调控水位，让水体的环境条件更容易产生泥沙量。泥沙量来源除了频繁引浊水外，利用关键水位点(泥层与水表层的距离)，结合风力作用(对泥表层的扰动)，造成水体浊度加大，泥沙悬浮颗粒增加，当滤食鱼类食性结构中大量的泥沙量出现时，藻体的消化程度、粪便的致密度均有所提高，泥性粪便更容易下沉，在泥性粪便中的藻体更容易死亡。
具体选用参见表3，表3 实施本发明技术后，水体不再有蓝藻水华、但富营养化(氮、磷)程度并没有改变。
对特大型湖泊类型(太湖、滇池、巢湖等)提出的生态修复治理策略，是需经过一个长期治理和修复过程，生态修复技术所涉及到更复杂的技术难点，而国内有许多的水体如封闭水库、小型湖泊(5000亩以下)、观赏性人工湖泊、可开闭性河道等等更需要在短时间内迫切解决现已面临的富营养化引发的蓝藻水华问题，以控制蓝藻水华比降低富营养盐更为迫切性。本发明就是为这一类型水域，提供了一个1-2年内解决蓝藻水华问题途径。
权利要求
1.可控性水库蓝藻水华快速消除方法，包括，a.滤食鱼类投放；b.螺类、河蟹、河蚬、蚌等水体底栖动物投放和保护，河蟹、螺类对滤食鱼类粪便降解；c.水位调控，控制水位高低，即水位与泥滩露出位置，有利于风浪对底泥扰动、保证滤食鱼类对泥沙量的摄入和螺类摄食区域的限定。
2.如权利要求1所述的可控性水库蓝藻水华快速消除方法，其特征是，滤食鱼类投放过程中，动态地捕捞体重量达3000克/尾以上的个体，保持水体中滤食鱼类合适规格，保证鱼类粪便在水体中完整性，将有助于控制藻类再扩散。
3.如权利要求1所述的可控性水库蓝藻水华快速消除方法，其特征是，水体底栖动物包括甲壳类、螺类、轮虫、原生动物，为滤食鱼类未消化的微囊藻粪便最终降解提供了基础。
4.如权利要求1所述的可控性水库蓝藻水华快速消除方法，其特征是，滤食鱼类投放时间每年1-2月份鱼苗投放。
5.如权利要求1所述的可控性水库蓝藻水华快速消除方法，其特征是，调控水库的水位参数3.8米～4.2米。
6.如权利要求1所述的可控性水库蓝藻水华快速消除方法，其特征是，调控水库的边坡泥滩水位深度1.3～1.7米。
7.如权利要求1所述的可控性水库蓝藻水华快速消除方法，其特征是，滤食鱼类的密度为30-50克/每立方米。
全文摘要
可控性水库蓝藻水华快速消除方法，包括，a.滤食鱼类投放；b.螺类、河蟹、河蚬、蚌等水体底栖动物投放和保护，河蟹、螺类对滤食鱼类粪便降解；c.水位调控，控制水位高低，即水位与泥滩露出位置，有利于风浪对底泥扰动、保证滤食鱼类对泥沙量的摄入和螺类摄食区域的限定。本发明在可调控水域的基础上，以长期预防和滤食鱼短期治理为原则理念，采用以底栖生物消灭蓝藻(微囊藻、鱼腥藻)休眠体为主，大量滤食鱼类控制水体蓝藻早期发生密度手段；并首次提出了河蟹参与水体控藻治理重要技术环节，设计了滤食鱼类粪便降解的多条途径。实施本发明技术后，在没有降低水体富营养盐(氮、磷)的条件下，水体不再有蓝藻水华。
文档编号C02F3/32GK1887742SQ20051002740
公开日2007年1月3日 申请日期2005年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者张宜莓, 屈云芳 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 复旦大学