一种控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于水生生态系统危害防治的技术领域，特别涉及一种控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法与应用。
【背景技术】
[0002]磷是影响水体富营养化的关键营养元素。虽然影响藻类爆发的机理比较复杂，但磷仍是水体浮游藻类的限制性营养元素，其水体含量与湖泊的营养程度密切相关。一般认为当水体磷的浓度在0.(^mg/L—1以上时，对水体的富营养化程度就能起到明显的促进作用。水体中磷的来源可分为外源性磷和内源性磷。外源磷进入水体的渠道主要有生活污水的大量排放、工业污染、农用化肥的使用和水产养殖业等。外源磷的长期输入和水生生物残渣的沉积导致河流、湖泊等水体的沉积物形成一个磷库，其中的磷和水体的磷进行交换，这就是磷的内源释放。外源磷输入可通过截污、前处理等方式缩减。随着环境监管力度的加大，外源磷污染得到控制，沉积物的磷即内源磷会逐步增加释放，在一定条件下，成为湖泊富营养化的主导因子。
[0003]在底泥中的结合态磷(内源磷)，主要是以无机磷和有机磷的形式存在，这些不同形态的磷在其释放特性、生物有效性以及对水体富营养化的影响方面有着很大的差别。有机磷不易直接被藻类等水生植物吸收，只能在微生物的作用下，矿化分解为易被植物吸收的活性可溶性磷，并由固相转移到液相中，引起水体营养水平增加，其释放速率与微生物的活性密切相关。无机磷(IP)分为弱吸附态磷(NH4Cl-P)、可还原态磷(Fe-P)、金属氧化物结合态磷(Al-P)、钙结合态磷(Ca-P)、残渣态磷(Res-P)。我国内源磷主要以无机态存在，一般占总磷的60%以上。其中钙磷、铝磷等是难释放态磷，对富营养化程度贡献较小；铁磷由于受氧化还原电位的影响，较不稳定；弱吸附态则最不稳定，随时与水体磷进行着交换。内源磷的释放主要来自于弱吸附态磷和铁磷的释放。弱吸附态磷易于溶解于沉积物间隙水中，可直接与水体交换。在绝大多数湖泊中，沉积物上覆水和间隙水之间有较大的浓度梯度，间隙水中磷浓度一般比上覆水高大约5至20倍，为磷的扩散驱动力，这种浓度梯度也导致了磷从沉积物中的释放，形成了通过沉积物-水界面向上至上覆水的扩散。
[0004]目前，用于降低内源性磷释放到水体中的方法主要是:利用沉水植物吸收磷生长的特性降低内源性磷的含量；或是使用常规絮凝剂稳定住内源性磷。但是，前者方法需要收割沉水植物，费时费力，且除磷效果不佳；后者用量大，稳定住磷又加入了不利于环境保护的成分。因此，亟需一种既环保、又能更好地控制内源磷释放到水体中的方法。
【发明内容】
[0005]本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法。
[0006]本发明的另一目的在于提供所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法的应用。
[0007]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，是在待控制磷含量的水体中添加铁盐，并辅以在水体中种植沉水植物，利用沉水植物将底泥固着以及提供有氧环境，将磷和铁磷稳定控制在沉积物中。
[0008]所述的控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，优选包含如下具体步骤:通过检测待控制磷含量的水体中沉积物的无机磷和铁磷含量，按照一定的比例向水中加入铁盐，待水体中的絮凝反应停止，透明度得到提高时，往水体中种植沉水植物。
[0009]所述的待控制磷含量的水体包括池塘、浅水湖泊等，优选为浅水湖泊，浅水湖泊一般是指深度在6米以内的湖泊；更优选为无机磷:铁磷的摩尔比小于15的浅水湖泊。
[0010]所述的沉水植物优选为穗状狐尾藻。
[0011]所述的铁盐的加入量依据如下计算式确定:
[0012]Ze (15 Σ Xi, 15 Σ Xj+14 Σ Yi) ；Xi为弱吸附态磷的值，Yi为铁磷的值，i为深度，Z为铁盐的摩尔数。
[0013]所述的铁盐为三价铁盐，优选为氯化铁。
[0014]所述的穗状狐尾藻的种植时间优选为3月份?7月份完成；种植密度为5?50株
/m2。
[0015]所述的检测的方法可为常规方法，优选采用SEDEX分级提取法分层提取湖泊沉积物的无机物磷和铁磷。
[0016]所述的用SEDEX分级提取法的具体步骤如下:打1cm沉积物柱；利用MgCl2提取弱吸附态磷，得到Xi，i为深度；利用CBD(柠檬酸钠-碳酸氢钠-连二亚硫酸钠)提取铁磷，得到Yi，i为深度；每一级磷的提取进行反复提取到阈值，再继续下一级提取。
[0017]所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法特别适合用于修复浅水湖泊生态环境。
[0018]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0019](I)与常规加絮凝剂的方法相比，本发明还提供了生态环境，穗状狐尾藻光合作用大量产氧，可以使铁磷在沉积物中更稳定，其发达的根系将底泥固着，也大大降低了底泥的再悬浮，进一步锁住了沉积物磷。因此，本发明所带来的效果更稳定而持久。
[0020](2)与常规种植沉水植物相比。常规种植沉水植物去磷，利用沉水植物吸收磷生长的特性，沉水植物需收割，费时费力，且与沉积物磷的总量相比，所去掉的磷杯水车薪，效果不显。而本发明以沉水植物作为媒介，主要的作用是根系固着，以及提供高氧环境，无需打理，经济成本低。
[0021](3)本发明原理在于降低沉积物与水体的磷交换，控制浅水湖泊沉积物磷向水体释放的同时也降低水体磷的沉积，水体磷的浓度保持在一个较低的范围。从而本发明省时省力，经济节约并持久稳定。穗状狐尾藻具有不被鱼类牧食的特征，湖泊可以维持一定得鱼类生物量，与其他沉水植物去磷方法相比，不需要对鱼类进行捕捞。湖泊中可以进行鱼类养殖，从而带来额外的经济效益。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0023]实施例1
[0024]选择南方某高校内浅水湖泊作为实验湖泊，该湖泊平均长度148.5m，宽31.2m，总面积4633.2m2，平均深度0.7cm,四周封闭，主要湖水补给源为地表雨水。水体中总磷含量为0.230毫克/升，沉积物与水体磷交换维持在较高的水准，属于富营养化湖泊。
[0025]本发明对该湖泊的改善采取以下的具体的实施步骤:
[0026](I)调查该湖泊沉积物无机磷含量:打1cm沉积物柱。采用SEDEX分级提取法分层提取湖泊沉积物磷(按文献 “Kathleen C.Ruttenberg.Development of a sequentialextract1n method for different forms of phosphorus in marine sediments.Limnology and Oceanography.Vol.37, N0.7 (Nov., 1992), pp.1460-1482.” 的步骤操作)。主要程序为，18(:12提取弱吸附态磷(值为X i，i为深度)，CBD (柠檬酸钠-碳酸氢钠-连二亚硫酸钠)提取铁磷(值为Yi, i为深度)。每一级进行反复提取到阈值，再继续下一级提取。该浅水湖泊沉积物中的弱吸附态磷的值为5.84g/m2，铁磷值为10.9g/m2。
[0027](2)确定投入三氯化铁量:投入三氯化铁摩尔数Z e (15 Σ Xi, 15 Σ \+14 Σ Yi)之间。通过计算得出，该湖泊投入铁盐量应为87.6g/m2?240.8g/m2。
[0028](3)将三氯化铁均匀投入湖中。本次实施例共投入铁盐两次，第一次投入的三氯化铁的量为50g/m2。稳定数天后，测定水体磷含量，水体总磷采用钼酸铵分光光度法测定。第二次投入的三氯化铁的量为150g/m2。
[0029](4)待水体稳定后，种植穗状狐尾藻，种植密度为5-50株/m2。
[0030](5)本发明实施过程中，第一次铁盐投入后，水体总磷含量从0.230毫克/升下降到0.100毫克/升以下，第二次铁盐投入后，水体总磷含量继续下降至0.030毫克/升，达到A类国家景观用水的标准。本发明实施后，持续一年的监测表明，水体总磷含量保持在
0.030毫克/升以下水平，水体清澈见底，未见富营养化情况发生。
[0031]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，其特征在于包括如下步骤:是在待控制磷含量的水体中添加铁盐，并辅以在水体中种植沉水植物，利用沉水植物将底泥固着以及提供有氧环境，将磷和铁磷稳定控制在沉积物中。2.根据权利要求1所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，其特征在于包括如下步骤:通过检测待控制磷含量的水体中沉积物的无机磷和铁磷含量，按照一定的比例向水中加入铁盐，待水体中的絮凝反应停止，透明度得到提高时，往水体中种植沉水植物。3.根据权利要求1或2所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，其特征在于:所述的待控制磷含量的水体为浅水湖泊。4.根据权利要求3所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，其特征在于:所述的浅水湖泊为无机磷:铁磷的摩尔比小于15的浅水湖泊。5.根据权利要求1或2所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，其特征在于:所述的沉水植物为穗状狐尾藻。6.根据权利要求5所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，其特征在于:所述的穗状狐尾藻的种植时间为3月份?7月份完成；种植密度为5?50株/m2。7.根据权利要求1或2所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，其特征在于:所述的铁盐的加入量依据如下计算式确定: Z e (15 Σ Xi, 15 Σ Xj+14 Σ Yi) ；Xi为弱吸附态磷的值，Yi为铁磷的值，i为深度，Z为铁盐的摩尔数； 所述的铁盐为三价铁盐。8.根据权利要求2所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，其特征在于:所述的检测的方法为SEDEX分级提取法。9.根据权利要求8所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法，其特征在于:所述的用SEDEX分级提取法的具体步骤如下:打1cm沉积物柱；利用MgCl^取弱吸附态磷，得到Xi，i为深度；利用柠檬酸钠-碳酸氢钠-连二亚硫酸钠提取铁磷，得到Yi，i为深度；每一级磷的提取进行反复提取到阈值，再继续下一级提取。10.权利要求1?9任一项所述控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法的应用，其特征在于:将所述的控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法用于修复浅水湖泊生态环境。
【专利摘要】本发明公开了一种控制浅水沉积物磷释放的生态-化学法与应用。该生态-化学法是在待控制磷含量的水体中添加铁盐，并辅以在水体中种植沉水植物，利用沉水植物将底泥固着以及提供有氧环境，将磷和铁磷稳定控制在沉积物中。本发明具有如下优点：(1)与常规加絮凝剂的方法相比，本发明还提供了生态环境；(2)与常规种植沉水植物的方法相比，本发明中的沉水植物无需打理，经济成本低；(3)本发明省时省力，经济节约并持久稳定。因此，本发明提供的方法特别适合用于修复浅水湖泊生态环境。
【IPC分类】C02F9/14
【公开号】CN104891742
【申请号】CN201510299078
【发明人】何小林, 赵雪枫
【申请人】广州贝山环保科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月3日