本发明涉及一种依靠高铝水泥-短纤维系统基础上沉藻和底泥钝化的微囊藻水华治理工艺。
背景技术：
近代从1940年代开始，世界范围内陆续出现微囊藻水华问题，从1947年的美国阿勃卡湖、1950年的康士坦茨湖，到国内1970年代的武汉东湖、1990年代的太湖等是典型的代表。其主要诱因是城市生活污水和工业的增加，造成水体富营养化，从而近海海水和淡水湖泊中水华现象频繁发生，以致成为世界性公害。
根据诸多水华爆发事件的分析和实验室内蓝藻培育实践的相关资料，一般认为蓝藻类爆发的物质基础是水体富营养化，即限制性营养元素在水体中的富集，其最为关键的是氮、磷及其比例(包括有机态和无机态的氮磷)。铁及微量元素硼、锰、锌、铜、钴、钙、镁、钼等元素以及碳水化合物等有机物质，如部分微生物/代谢物等也能成为某些水华现象爆发的原因。气象和理化因子，如光、热、风、雨等，是影响蓝藻水华爆发的重要因素。物种之间的竞争和消费者等相互作用也会影响蓝藻的增殖与水华爆发。
有一些现生的蓝藻在光照条件但H2S丰富的厌氧环境中可进行非释氧的光合作用，生成硫和有机物，实验条件下许多蓝藻在黑暗环境中利用有机化合物进行异养生长，但一般来讲蓝藻的异养生长比光合自养生长慢。微囊藻具繁殖和光谱利用范围上的特点，具体表现为：(一)在一般光强和光质下，微囊藻的光合效率低于硅藻、绿藻等，因而对CO2和无机矿物的摄取能力相对较弱，表现为劣势种群；但在弱光或强光下，微囊藻因其光捕集色素的不同而能吸收的光波长范围更广，提高其竞争优势，同时又能适应高光强的紫外线的干扰，抗逆性好，适应性更强。(二)微囊藻结构上与细菌类似，主要以二分分裂方式繁殖，在温度适宜的情况下，其繁殖速度远大于硅藻、绿藻等，易在短暂的适宜温度情况下迅速成长为优势种群，从而获得对同一生态位竞争上的优势。(三)微囊藻具伪空泡结构，具备自主上浮和下沉的能力，从而可迅速在水体表面富集，优先截取和利用光能，同时亦可下沉至底泥附近获取营养物质，因此微囊藻种群迅速扩大成为优势种并保持其优势地位。
从时间尺度上分析，蓝藻的行为表现为周期性特征，即每年5-9月份发生的周期性特征。每个周期中，蓝藻在水体中增殖与爆发连续的过程，在表观上表现为一定的阶段性。具体来讲，蓝藻水华的发生可划分为四个阶段，即休眠、诱发、增殖、聚集/上浮。
目前主要应急应对微囊藻水华的办法有：沉藻(方法是加重藻团，如粘土、各种有较强吸功能的矿物组合如硅藻土、红壤等、壳聚糖、聚合氯化铝等+粘土、石膏等，将微囊藻吸附住下沉以规避蓝藻重新上浮)、浮藻(如陈楷翰等纤维增韧絮凝自气浮发明专利系列与药剂飞播技术结合Zl201010121671.5、zl201010121672.x、zl201010121543.0、，以及理论上不耐水面风浪剪切的传统气浮技术)+捕捞船、各种直接物理和化学杀藻技术(如过氧化氢、铜离子、碘伏等处理杀蓝藻的技术)、水文技术拦截和富集藻(如扰流坝或扰流隔网富集等)。
粘土沉藻存在较大的环境风险：下沉藻类和粘土复合物在风浪干扰下容易重新分离；下沉时间长后，腐烂的蓝藻分解产物无法被粘土吸收而重新进入水体污染水质。化学和物理杀藻的同时对小型浮游动物造成灭杀；浮藻是最彻底的办法但操作时有较高的技术难度。
目前，使用铝酸钙类矿物处理蓝藻的发明专利如CN201410614113.0：一种环保复合粉状蓝藻处理剂及其制备方法，是使用铝酸钙作为PH中和剂，不具备生成缓释铝离子能力，并非使用高铝水泥水解生成的缓释铝离子捕捉沉淀蓝藻。
鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种操作容易、环境风险小的依靠高铝水泥-短纤维系统基础上沉藻和底泥钝化的微囊藻水华治理工艺。
为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：
一种依靠高铝水泥-短纤维系统基础上沉藻和底泥钝化的微囊藻水华治理工艺，将混合物以0.2-10公斤/每平方米水面积的用量投放至待处理的水体中，所述混合物包括高铝水泥、辅助阳离子型絮凝剂以及短纤维，以重量计，每100份高铝水泥中，辅助阳离子型絮凝剂的重量份大于0份且在10份以下，短纤维的重量份大于0份且在20份以下。
作为本发明的一种优选方式，所述辅助阳离子型絮凝剂为铝盐、阳离子有机絮凝剂或者铁盐。
作为本发明的一种优选方式，所述铝盐为硝酸铝、聚合氯化铝以及硫酸铝中的一种或者多种。
铁盐可以选用各种工业品铁盐絮凝剂，由于含铁凝胶易晶化，强度低，还原气氛下易变质，固定捕捉水体磷的能力也不如铝离子，因此较差选择为铁盐。
作为本发明的一种优选方式，所述阳离子有机絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺、聚二甲基烯丙基氯化铵以及甲壳素中的一种或者多种。
作为本发明的一种优选方式，所述混合物中，每100份高铝水泥中，辅助阳离子型絮凝剂的重量份为0.05份至10份。
作为本发明的一种优选方式，所述混合物还包括明矾石矿粉，以重量份计，每100份高铝水泥中明矾石矿粉的添加量在200份以下。明矾石矿粉可以在水中缓慢解离出铝离子交联吸附蓝藻和悬浮物，同时能够减少整个混合物的成本。
作为本发明的一种优选方式，所述混合物还包括石膏矿粉，以重量份计，每100份高铝水泥中石膏矿粉的添加量在100份以下。添加石膏矿粉在水中微溶出钙离子，可与蓝藻表面多糖层交联而聚集蓝藻，同时对菌群生长有益。
作为本发明的一种优选方式，所述混合物中还包括吸附粉渣，以重量份计，每100份高铝水泥中吸附粉渣在100份以下，吸附粉渣为粉煤灰或煤渣粉或硅藻土粉或硫酸铝渣，这些矿物可以直接吸附蓝藻，但必须絮凝剂组合才容易成絮团下沉。一般正常水体尽量不使用诸如氧化镁、碳酸镁、钢渣等碱性矿物，这些碱性矿物性能虽然也可满足要求但容易导致水体PH超标，但在底泥和水体酸化的时候则适合使用，使用比例与粉煤灰等一样。
本发明在必要时，可添加氧化铁矿物、过氧化镁或包埋的硝酸盐(和高铝水泥重量比例在0-200：100)，但最合适的是预先单独投放，而非与本发明混合物复合，目的是给底泥提供氧，以及氧化底泥的硫离子。
作为本发明的一种优选方式，所述混合物的投放时间为蓝藻下沉过冬的冬天，此时蓝藻集中，捕捉下沉并封闭底泥后，蓝藻基本无法脱离凝胶束缚，死亡分解产物大部分被吸收，到此第二年蓝藻种源大幅减少，底泥营养物进入水体数量大幅减少，从而大比例规避或减少来年蓝藻爆发。也可在蓝藻大量出现但水华尚未爆发时使用，以应急规避蓝藻水华的爆发，但用量相对较高，且去除效率没有冬天好。本发明中的混合物也可用于常见天然水体中其他浮游藻类或泄露悬浮物的应急沉淀处置，在使用时，混合物可以直接播撒或者加水混合均匀后立即播撒。
作为本发明的一种优选方式，所述短纤维的长度为0.1～10cm。
本发明的微囊藻水华治理工艺，同时具备底泥封闭钝化的能力以及捕捉住蓝藻及蓝藻分解物—磷、有机物的能力，药剂进入水中后可吸附水体中悬浮物(包括蓝藻、绿藻、悬浮物等)并下沉到水底。此时高铝水泥逐渐水化，生成具有极强捕捉磷和有机酸的铝酸钙水合矿物，以及有很强絮凝、封闭钝化能力的氢氧化铝凝胶。整个水处理过程中水体PH值始终在PH9以下，处理剂不会存留有毒物质在水体，有机酸和磷酸根、焦磷酸根的铝钙盐较难溶且不会因水体缺氧而分解，覆盖在底泥的氢氧化铝凝胶和铝酸钙水化晶体混合物强度高，吸附并包埋蓝藻、悬浮物的能力强，短纤维的加入，可以使得生成的絮凝体与短纤维和助絮剂共同组成一定强度的松散复合絮凝体，一方面才可抵御风浪对絮凝体的冲击而聚集下沉，另一方面在底泥与高铝水泥共同形成纤维增韧凝固体，才可抵御底泥发酵气体的冲击而减少破裂，导致高营养盐和有机物的底泥营养水大量进入水体。本发明具有操作简便、环境风险小的优点。高铝水泥类矿物具备粘附捕捉水体悬浮物并下沉，继续水解包埋悬浮物并在水下凝固的特点尚未公知，进而，水中凝固时候必须有短纤维存在才能抵御风浪冲击、水底固化时必须有短纤维增韧否则极易被底泥发酵气体压破的特点均尚未公知。因此，基于高铝水泥——纤维增韧的体系，是本发明专利申请的基础与关键保护对象。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合实施例进行详细阐述。
实施案例一：
泉州某鱼池养鱼，夏季藻类水华爆发，优势藻类是铜绿微囊藻，水华下的水体透光度10厘米。按照1平方米水面1公斤的配比投放药剂，药剂预先和10份水混合好后泼洒水面，此时水体浑浊后快速形成大量絮凝体，在半小时内下沉至接近澄清，铜绿微囊藻基本下沉水底，处理后2天水体透光度60厘米。使用的药剂配方：高铝水泥100份，纸浆纤维5份，石膏矿粉20份，聚合氯化铝10份。1个月后蓝藻有滋生，但数量大为减少，透光度已提高到42厘米。处理过程无鱼类死亡现象。
另一口鱼池铜绿微囊藻爆发状况近似，但依然使用该配方，在冬天(1月)蓝藻下沉到下部水体，水质观感暗黄，透光度大约30厘米的状况下，进行投放，发现水体浑浊后形成大量絮凝体下沉，水色轻微好转，透光度大约40厘米，但直至夏天，该鱼池铜绿微囊藻未爆发，且水色持续优化，呈嫩绿色，透光度大于60厘米。处理过程无鱼类死亡现象。优势浮游藻种为小球藻和硅藻，底泥部分有底栖蓝藻和菌共存，取样发现紧贴矿物凝胶层成长，合理解释是蓝藻被药剂捕捉后包埋抑制，无法上浮繁殖，导致小球藻和硅藻占据其生态位，泥——水界面交换的营养物被矿物凝胶层吸收。
实施案例二：
泉州市某养猪场附近池塘因养殖废水污染而水体黑臭，池底有厚重底泥。首先对该池塘投放大量赤泥(铝土矿碱法提取铝盐后的废渣)和石灰对底泥进行中和和封闭氧化后，黑臭消失，底泥变为褐红色并且大幅压缩，但不久后水中大量出现铜绿微囊藻。在冬季(12月)前往处理，按照一平方米3公斤的量投放药剂，水体产生大量絮凝体并快速下沉，在底泥沉积成松散层并在2日内转化为凝胶，此时补充投放外来的小球藻水作为藻种，次年水体变为小球藻优势水体，硅藻较少，铜绿微囊藻比例低于5％，水体PH值中性，底泥沉积凝胶层依然保持，局部有破裂但表面有大量颤藻固定生长，可认为满足鱼塘要求。
配方为：高铝水泥100份，粉煤灰100份，明矾石矿粉75份，菱镁矿粉25份(辅助矿粉总共200份，若再增多则沉积层变得更为松散，难以低于风浪冲刷)，玻璃纤维10份，2份阳离子度25的聚丙烯酰胺(预先磨细到100目)，这些混合物以干粉形式撒播到水面，在撒播船行驶形成的微浪下自行溶解、沉淀。该配方被发明人大量用于城市湖泊应急撒播修复蓝藻爆发中。
本发明的产品形式并非限于本案实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。