一种基于大型溞去除水体蓝藻的方法及净化水域的方法与流程

文档序号:17476795发布日期:2019-04-20 06:10阅读:428来源:国知局

本发明涉及水处理技术领域,是以生态系统恢复为原则的水体及水域净化方法,尤其涉及一种基于大型溞去除水体蓝藻的方法及净化水域的方法。



背景技术:

蓝藻又名蓝绿藻(blue—greenalgae),是一类进化历史悠久、革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素a,但不含叶绿体(区别于真核生物的藻类)、能进行产氧性光合作用的大型单细胞原核生物。与光合细菌区别是:光合细菌(红螺菌)进行较原始的光合磷酸化作用,反应过程不放氧,为厌氧生物,而蓝细菌能进行光合作用并且放氧。它的发展使整个地球大气从无氧状态发展到有氧状态,从而孕育了一切好氧生物的进化和发展。至今已有120多种蓝细菌具有固氮能力,特别是与满江红鱼腥蓝细菌(anabaenaazollae)共生的水生蕨类满江红,是一种良好的绿肥。但是,有的蓝细菌在受氮、磷等元素污染后引起富营养化的海水“赤潮”和湖泊的“水华”,给渔业和养殖业带来严重危害。

目前,社会发展、人口数量激增,导致人类用水量急剧增加。大量未经有效处理、含有较高浓度氮和/或磷的生活污水、工业废水肆意排入自然水体,超过水体的自净能力,造成水体富营养化。水体富营养化的一种最重要表现是以蓝藻为代表的藻类爆发性生长,在水面聚集成一层蓝绿色、且有腥臭味的遮蔽层,阻碍了空气与水的物质交换,导致水体缺氧,死亡后的蓝藻还会大量消耗水中氧气,进一步降低水体中溶解氧浓度,导致水体变黑、变臭,经济鱼类等因缺氧窒息死亡,破坏原有的水生态系统。

现有技术中,为了去除水中蓝藻,可以应用物理法、化学法和生物法等。

物理法,主要是采用人工或者机械打捞的方法。该方法是一般通过人工用网捕捞或者用泵吸入水体进行循环过滤等。该方法耗时、人工成本高、处理面积小,并且过滤出的蓝藻还需要继续深度处理,因此在实际中较少采用。除人工或者机械打捞外,还有超声波法、膜过滤、充气增氧等方法,但是这些方法存在投入成本过高、去除效果低等缺点导致无法推广。

化学法,主要是向水中投加化学药剂来快速杀死蓝藻,一般作为一种应急处理方法。但是该方法不仅没有减少氮、磷等营养物质,还会引起鱼类等生物体的死亡,甚至会危害饮用水源安全。而且该方法不具有可持续性,一旦化学药剂失效,蓝藻还会再次繁殖。

随着科学技术的发展,生物技术越来越受到人们更多的关注。目前研究应用较多的生物技术是基于食物链的原理采用水生动物捕食藻类,例如将以藻类为食的滤食性鱼类放入受污染的水体从而抑制藻类的过度生长。但是藻类细胞大多具有特殊的藻胶层和多糖类物质,这些藻胶和多糖类物质几乎不能被滤食性鱼类消化、吸收、利用,排泄出来的还是藻类。另外,蓝藻富集的水体会引起水体缺氧,并且蓝藻死亡后还会释放藻毒素,上述原因导致直接应用鱼类去除水中蓝藻很难实际应用。

cn104787893a公开了一种大型溞的驯化方法及应用,包括:将大型溞投放到驯化池中,采用特定的驯化食料培养一段时间,取优势种进行重复驯化、筛选,再经稳定及复壮,最终将大型溞驯化成为蓝藻的天敌。然而,这种驯化方法过于复杂,特定的驯化食料配方更为复杂,成本高,因此,无法广泛使用。

基于上述原因,如何提供一种简单、方便并且能够适用于广泛使用的基于大型溞去除水体蓝藻的方法,成为亟待解决的技术问题



技术实现要素:

本发明旨在针对湖泊、水库等自然水体因接纳含有大量氮、磷元素的生活污水、工业废水等引起蓝藻暴发问题,基于大型溞与蓝藻食物链关系,开发一种以生态系统修复为原则的生物学方法去消除水中蓝藻。

本发明提供一种简单、方便并且能够适用于广泛使用的基于大型溞去除水体蓝藻的方法,包括如下步骤:

步骤1)评价水质的毒性:取目标水体,用同龄同母体的大型溞后代,培养1-3代、出生6-24h的幼溞用于评价所述目标水体的水质毒性;用自然曝气的自来水稀释目标水样作为实验液,目标水样与自来水体积比为1:9,设3个平行实验,每份实验液体积200-1000ml,加入大型溞,所述大型溞加入量为每1l实验液中加入幼溞200-500个,培养48h,记录仍能活动的大型溞数,当大型溞的活动抑制率低于50%,即判断目标水体对大型溞的急性毒性48hec50≥100mg/l,将符合急性毒性条件的目标水体保存备用;

步骤2)大型溞的实验驯养:将目标水体与斜生栅藻培养液按照1:4的体积比混合得到第一混合水体,向所述第一混合水体中加入大型溞,所述大型溞的加入量为每500ml的所述混合水体中加入100-250个大型溞,在培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

其中,所述培养环境为:在室内自然光照,避免阳光直射的情况下,培养温度控制在15-25℃,所述斜生栅藻培养液的总有机碳浓度控制在250-350mg/l;

然后将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照1:3的体积比混合得到第二混合水体,将经过所述第一混合水体培养的大型溞继续在所述第二混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;

依次按所述目标水体与所述斜生栅藻培养液体积比为1:2、1:1、2:1、3:1和4:1配制不同的混合水体,使经过培养的大型溞依次在所述目标水体含量增加的混合水体中、在所述培养环境下继续培养24h,最后将经过培养的大型溞投入到目标水体中、在所述培养环境下继续培养3周,得到驯养后的大型溞;

步骤3)大型溞的现场驯养:在目标水体现场,选择蓝藻较多的水域放入1m×1m的网箱,将所述驯养后的大型溞投入到网箱中,保持所述驯养后的大型溞的浓度为100-300ind/l,进行现场驯养2-3周;

步骤4)去除蓝藻:将步骤3)驯养好的大型溞均匀的投放到目标水体中,持续投放直到大型溞的浓度保持在100-300ind/l。

进一步地,所述培养环境的ph值控制在7.5±0.5。

进一步地,所述培养环境的溶解氧为2-7mg/l。

进一步地,所述斜生栅藻培养液的配方为:每1l培养液中含有硫酸铵0.2g、过磷酸钙饱和液1ml、硫酸镁0.08g、碳酸氢钠0.1g、氯化钾0.025g。

进一步地,经过所述步骤4)的投放,所述目标水体的水体透明度达到1.5-2m。

进一步地,当所述水体透明度达到1.5-2m时,向所述目标水体中引入鱼、虾、贝类继续优化水体环境。

进一步地,所述目标水体经过鱼、虾、贝类的继续优化后,在所述目标水体所在的水域内引入挺水植物、浮叶植物和/或沉水植物。

进一步地,所述挺水植物包括荷花、芦苇、蒲草、水芹和/或水葱。

进一步地,所述浮叶植物包括睡莲、萍蓬草、荇菜、菱叶水龙。

进一步地,所述沉水植物包括金鱼藻、黑藻、水盾草、苦草、菹草。

本发明要解决的技术问题一是蓝藻富集水体的急性毒性评价,二是健康、体大的大型溞的筛选及驯养。采用急性毒性评价评估应用大型溞处理的可行性,然后通过实验室和现场两阶段的培育驯养使其能在蓝藻暴发水体中生长繁殖,利用大型溞摄食蓝藻,提升水中溶解氧浓度,促进沉水植物生长,再引入鱼虾、螺贝等高等级生物把大型溞作为饵料形成闭路循环,进而恢复原有水生态系统,消除蓝藻污染。

水体中氮、磷元素的增加促使藻类尤其是蓝藻疯狂繁殖进而暴发水华。当水体暴发水华时,水体表面蓝藻会影响水体与大气的物质交换,降低进入水中的太阳光强度,导致水体缺氧引起鱼类等水生动物窒息死亡。死亡蓝藻及鱼类等水生动物的降解会进一步降低水中的溶解氧含量,造成水体出现恶臭,破坏原有的水生态系统。

大型溞是枝角类水生动物,以藻类为食源,它可以在各类水体中生长繁殖,并有较强的适应能力,例如,在试验中,暴露于较低浓度的有毒微囊藻之后,大型溞能够适应并发展成对其的耐受性。

大型溞引入蓝藻富集的水体中,可以彻底消化蓝藻,并且其释放的代谢产物,可以降低水体的ph值,抑制以微囊藻为代表蓝藻的再生。水体蓝藻减少、消失后水体透明度增加,水体投射光强度增加,促进底栖生物的生长,减少水体中氮、磷浓度,进一步抑制蓝藻繁殖。底栖生物修复后,有利于水生动物的生长繁殖,恢复原有的生态系统自净功能,物质能量得以循环。随后逐步向水体中引入以大型溞为饵料的鱼、虾、螺、贝等高等水生动物,修复原有的水生态系统,并通过鱼、虾、螺、贝等捕捞减少水体中氮磷等营养物质,实现彻底清除蓝藻暴发风险。

以生态系统修复为原则,基于大型溞可以捕食蓝藻食物链关系的水体治理和水生态修复方法,其步骤为:首先选定目标水体,评价目标水体的水质对大型溞的急性毒性,当急性毒性处于低毒以下(即48hec50≥100mg/l)时,在实验室受控状态用斜生栅藻和目标水体(蓝藻富集的水体)混合液来喂养大型溞,同时参照目标水体的水质标准,改变大型溞的生存环境,逐步降低喂养液中斜生栅藻的浓度,提高目标水体在喂养液中的比例,直至喂养液全部为目标水体。用目标水体喂养3周后,大型溞基本适应目标水体的环境条件,将驯养过程移植到污染水体现场。在污染水体现场,划定一定区域投放驯养后大型溞,观察大型溞生长情况以及水体透明度变化,驯养2-3周后,评估治理效果。最后,连续定期以低浓度将驯化好的大型溞均匀投放到目标治理水体中,这些大型溞以蓝藻为食,待水中蓝藻浓度明显降低、水体透明度提高至1.5-2m、可明显观察到底栖生物后向其中放入特定鱼种,大型溞又被鱼类吃掉,最终达到治理水中蓝藻的目的。

本发明的有益效果在于:

1、对于大型溞的驯养过程,仅需采用目标水体和斜生栅藻培养液,而不需要再添加额外的物料或者食料配方,极大降低操作的简单程度,并且极大限度的降低成本;

2、本发明的驯养过程中,创新性发现水体的几项指标与大型溞的驯化存在关联,这在其他现有技术未见报导,同时,参照目标水体的水质状况,将大型溞培养驯化后,在目标水体下能够消灭蓝藻、提高水体的透明度,抑制蓝藻的再度暴发,建立无污染的生态环境;

3、经过本发明的方法处理的水域,能够恢复水域的自净能力,形成新的生成循环体系。

具体实施方式

在下文中,仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样,在不脱离本发明的精神或范围的情况下,可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此,实施例被认为本质上是示例性的而非限制性的。

实施例一

步骤1)评价水质的毒性:首先选择健康体大的同龄同母体的大型溞后代,培养1代、出生6h的幼溞用于评价所述目标水体的水质毒性;用自然曝气的自来水稀释目标水样作为实验液,目标水样与自来水体积比为1:9,每份实验液体积200ml,加入大型溞,所述大型溞加入量为每1l实验液中加入幼溞500个,培养48h,记录仍能活动的大型溞数,当大型溞的活动抑制率低于50%,即判断目标水体对大型溞的急性毒性48hc50≥100mg/l,将符合急性毒性条件的目标水体保存备用;

步骤2):大型溞的实验驯养:取2.5l的玻璃杯,将目标水体与斜生栅藻培养液按照1:4的体积比混合得到第一混合水体,向所述第一混合水体中加入大型溞,所述大型溞的加入量为每500ml的所述混合水体中加入100个大型溞,在培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

其中,所述培养环境为:在室内自然光照,避免阳光直射的情况下,培养温度控制在15℃,所述斜生栅藻培养液的总有机碳浓度控制在350mg/l,ph值控制在7.5±0.5,溶解氧为2mg/l;

所述斜生栅藻培养液的配方为:每1l培养液中含有硫酸铵0.2g、过磷酸钙饱和液1ml、硫酸镁0.08g、碳酸氢钠0.1g、氯化钾0.025g;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照1:3的体积比混合得到第二混合水体,将所述第二混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第一混合水体培养的大型溞继续在所述第二混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照1:2的体积比混合得到第三混合水体,将所述第三混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第二混合水体培养的大型溞继续在所述第三混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照1:1的体积比混合得到第四混合水体,将所述第四混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第三混合水体培养的大型溞继续在所述第四混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照2:1的体积比混合得到第五混合水体,将所述第五混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第四混合水体培养的大型溞继续在所述第五混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照3:1的体积比混合得到第六混合水体,将所述第六混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第五混合水体培养的大型溞继续在所述第六混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照4:1的体积比混合得到第七混合水体,将所述第七混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第六混合水体培养的大型溞继续在所述第七混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

最终直接使用目标水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第七混合水体培养的大型溞继续在所述目标水体中培养3周,得到驯养后的大型溞;

步骤3)大型溞的现场驯养:在目标水体现场,选择蓝藻较多的水域放入1m×1m的网箱,将所述驯养后的大型溞投入到网箱中,保持所述驯养后的大型溞的浓度为100ind/l,进行现场驯养3周;

4)去除蓝藻:将步骤3)驯养好的大型溞均匀投放到目标水体中,持续投放直到大型溞的浓度保持在300ind/l。

继续监测目标水体现场的水质状况,当水体透明度达到1.5-2m时,引入鱼、虾、贝类,并种植水体植物,使得目标水体周围水域形成生态平衡,恢复目标水体周围水域的环境自修复能力。

实施例二

步骤1)评价水质的毒性:首先选择健康体大的同龄同母体的大型溞后代,培养3代、出生24h的幼溞用于评价所述目标水体的水质毒性;用自然曝气的自来水稀释目标水样作为实验液,目标水样与自来水体积比为1:9,每份实验液体积1000ml,加入大型溞,所述大型溞加入量为每1l实验液中加入幼溞200个,培养48h,记录仍能活动的大型溞数,当大型溞的活动抑制率低于50%,即判断目标水体对大型溞的急性毒性48hc50≥100mg/l,将符合急性毒性条件的目标水体保存备用;

步骤2):大型溞的实验驯养:取2.5l的玻璃杯,将目标水体与斜生栅藻培养液按照1:4的体积比混合得到第一混合水体,向所述第一混合水体中加入大型溞,所述大型溞的加入量为每500ml的所述混合水体中加入250个大型溞,在培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

其中,所述培养环境为:在室内自然光照,避免阳光直射的情况下,培养温度控制在25℃,所述斜生栅藻培养液的总有机碳浓度控制在250mg/l,ph值控制在7.5±0.5,溶解氧为7mg/l;

所述斜生栅藻培养液的配方为:每1l培养液中含有硫酸铵0.2g、过磷酸钙饱和液1ml、硫酸镁0.08g、碳酸氢钠0.1g、氯化钾0.025g;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照1:3的体积比混合得到第二混合水体,将所述第二混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第一混合水体培养的大型溞继续在所述第二混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照1:2的体积比混合得到第三混合水体,将所述第三混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第二混合水体培养的大型溞继续在所述第三混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照1:1的体积比混合得到第四混合水体,将所述第四混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第三混合水体培养的大型溞继续在所述第四混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照2:1的体积比混合得到第五混合水体,将所述第五混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第四混合水体培养的大型溞继续在所述第五混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照3:1的体积比混合得到第六混合水体,将所述第六混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第五混合水体培养的大型溞继续在所述第六混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

然后继将所述目标水体与所述斜生栅藻培养液按照4:1的体积比混合得到第七混合水体,将所述第七混合水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第六混合水体培养的大型溞继续在所述第七混合水体中,在所述培养环境下继续进行培养24h;在所述培养环境下进行培养24h,对大型溞计数,当大型溞存活率≥80%,则继续进行后续的培养过程;

最终直接使用目标水体加入到2.5l的玻璃杯中,将经过所述第七混合水体培养的大型溞继续在所述目标水体中培养3周,得到驯养后的大型溞;

步骤3)大型溞的现场驯养:在目标水体现场,选择蓝藻较多的水域放入1m×1m的网箱,将所述驯养后的大型溞投入到网箱中,保持所述驯养后的大型溞的浓度为300ind/l,进行现场驯养3周;

4)去除蓝藻:将步骤3)驯养好的大型溞均匀投放到目标水体中,持续投放直到大型溞的浓度保持在100ind/l。

继续监测目标水体现场的水质状况,当水体透明度达到1.5-2m时,引入鱼、虾、贝类,并种植水体植物,使得目标水体周围水域形成生态平衡,恢复目标水体周围水域的环境自修复能力。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到其各种变化或替换,这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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