一种抑制沉积物中微囊藻复苏成灾的原位覆盖技术方法与流程

本发明涉及微囊藻水华防治和控藻材料技术，尤其涉及一种抑制沉积物中微囊藻复苏成灾的原位覆盖技术方法。

背景技术：

1、化肥、生活污水、工业废水排入河湖中，使江河、湖泊中的氮、磷等营养盐不断积累，从而加剧湖泊富营养化，不断暴发藻类水华。在我国绝大多数富营养化水体中发生的是微囊藻水华；微囊藻会产生具有肝毒性的藻毒素，微囊藻的生活史分为四个阶段：浮游生长、沉降、越冬和复苏。在秋季，温度、光照等环境不适时，水柱中微囊藻会下沉到沉积物表面，并于冬季在沉积物表面越冬；当春季环境适宜时，底泥表层的微囊藻会复苏到水柱进行浮游生长，并在夏季形成水华。模型研究发现，如果不考虑湖泊沉积物中蓝藻的复苏，夏季水华可减少至少50％的发生率和暴发面积。可见，沉积物中微囊藻通过向水柱提供“种源”是促进微囊藻水华形成的基础，并在较大程度上决定水华的暴发强度。可以说包括微囊藻在内的蓝藻水华的“种源”就在沉积物中，且沉降-复苏阶段是重要且容易被忽视的生活史环节，尤其是在应急控制水华时。在富营养化水体中出现一次微囊藻水华后每年大概率都会发生水华，且一般呈逐年加重的趋势，找到一种从“种源”控制的彻底性原位控藻技术方法非常迫切和必要。

2、国内外针对微囊藻水华控制方法的研究有很多，主要是水华发生后的控制方法，具体包括物理、化学与生物控制法等。对于水华发生后的治理，有研究发现用高浓度壳聚糖改性高岭土絮凝铜绿微囊藻会产生氧化应激反应并导致水华藻的死亡；用蒙脱石负载磁性材料可以有效去除水中的铜绿微囊藻；红壤作为江西省特色土壤，用红壤絮凝剂可以显著去除蓝藻生物量并降低水中营养盐浓度；有研究对比海泡石、硅藻土、蒙脱石、高岭土、三级海泡石等7种天然絮凝剂，发现三级海泡石绒除藻效果最好，且投加后水体的ph、电导率影响很小。可以说，当前的技术应用对象几乎都是针对浮游生长阶段即处于水柱中的藻类的去除研究，很少有研究以沉积物中的“种源”蓝藻为直接对象开展前端控制技术研究。一般使用的原位覆盖技术是将常见的黏土类絮凝剂投加至水中并在沉积物表层形成覆盖层，通过表面吸附、离子交换、物理阻隔等物理作用来吸附水体和沉积物中的营养盐，以减少沉积物中污染物向上覆水的释放，从而达到控制水体富营养化的目的。目前原位覆盖技术在国内外被广泛应用于湖泊底泥污染控制，但该技术在沉积物中微囊藻复苏抑制方面的基础及应用研究还未见报道或专利申报，对比现场应急化学除藻和人工打捞等方法，原位覆盖除藻使用都是天然材料，来源丰富、天然无毒不会对水体产生二次污染，更不会对人体健康造成危害，同时覆盖材料可以在沉积物表层形成覆盖层，不仅可以减少沉积物营养盐的释放而且更重要的是能减少沉积物中微囊藻的复苏，耗资少，具有较好的经济性和长远性。因此，寻找一种能够高效抑制底栖藻的复苏且安全性较高的天然或近天然覆盖材料，变得十分必要。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于提供一种抑制沉积物中微囊藻复苏成灾的原位覆盖技术方法,利用天然或近天然覆盖材料高效地抑制微囊藻的复苏，同时对环境友好安全，且成本较低。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一、原位覆盖技术方法

4、包括以下步骤；

5、①选取黏土矿物经烘干、冷却、撵磨、过筛后制成覆盖材料；

6、②在微囊藻水华暴发区布设若干个5m×5m～100m×100m围格，围格底部用重物固定在底泥中；

7、③通过pvc管将覆盖材料均匀注入到沉积物表面，对沉积物中微囊藻复苏进行原位抑制。

8、所述的黏土矿物包括高岭土、硅藻土、红壤、蒙脱石和海泡石的一种或几种，其纯度分别为：高岭土sio2含量≧50％，硅藻土sio2含量≧80％，红壤粘粒≧50％，蒙脱石sio2含量≧60％，海泡石sio2含量≧50％、mgo含量≧20％。

9、所述的黏土矿物制备过程：经105℃烘干3h，冷却至常温后撵磨，过250目筛网，筛下部分即为覆盖材料，置于干燥环境中备用。

10、本发明利用原位覆盖技术抑制微囊藻复苏的原理是：

11、1)原位覆盖技术的核心技术是利用加入对污染物具有钝化作用的人工或自然物质，经沉淀、吸附等理化作用，钝化底泥污染物的同时在污染底泥的表层形成隔离层，增加底泥对营养盐的束缚能力，降低水体中氮磷等营养盐含量，减少底泥中污染物向上覆水体的释放，从而达到净化底泥与水体的作用。

12、2)投加黏土材料，会改变底栖藻类的生长环境，藻类在这种逆境胁迫下会产生活性氧(ros)对细胞造成氧化损伤，底栖微囊藻持续受损，严重影响了细胞的正常生长代谢过程，细胞膜出现过氧化情况，并可能造成底栖微囊藻的死亡，从而抑制藻的复苏。

13、3)微囊藻的浮力调节能力取决于藻细胞密度的变化，而藻细胞密度的改变是由细胞内伪空胞和镇重物含量(主要是糖类和蛋白质)的含量决定的，两者分别为底栖藻细胞提供上浮和下沉的动力；微囊藻的浮力调节包括三种调节机制：细胞镇重物含量改变、细胞膨压升高引起伪空胞的破裂以及伪空胞合成；原位覆盖可以降低水体中的氮磷营养盐含量，由于湖水表层营养盐不足，微囊藻会因吸收不足营养盐而减少产生气泡的合成而沉入较深的水层，有效的覆盖材料布撒后可以显著提高底栖微囊藻镇重物含量(p＝0.005)，进而抑制微囊藻复苏。

14、4)微囊藻毒素的合成与沉积物中微囊藻的复苏生物量直接相关，微囊藻毒素有助于微囊藻抵御外来捕食者，同时微囊藻毒素释放到细胞外部环境作为信号物质，诱导胞外镇重物的合成有利于一个藻类群落的形成；有效的覆盖材料布撒后可以显著提高底栖微囊藻藻毒素含量(p<0.05)，进而抑制微囊藻复苏。

15、5)本发明提供的方法由于可以吸附藻类并在底泥形成隔离层，并对底栖藻造成氧化损伤并死亡，材料性质稳定，抑制藻复苏效果好；且微囊藻与黏土材料通过静电吸附作用凝聚在一起形成絮体，能网捕住其它藻细胞一同沉降进入水底，能高效除藻且能有效抑藻复苏，对环境友好安全。

16、6)本发明中选用高岭土、硅藻土、红壤、蒙脱石和海泡石，原料资源丰富，价格低廉，且无毒无污染，获取过程简单可控，适合大规模生产，具有较高的经济效益，不仅为微囊藻水华原位覆盖材料的制备提供了方向，而且为天然黏土矿物高效高价值利用提供新的思路。

17、本发明具有下列优点和积极效果：

18、①原位覆盖材料可以吸附水体和沉积物中的营养盐，在沉积物表层形成覆盖层，通过表面吸附、离子交换、物理阻隔等物理作用来减少沉积物中污染物向上覆水体的释放，从而达到控制水体富营养化的目的。

19、②对比现场应急化学除藻和人工打捞等方法，原位覆盖除藻使用都是天然材料，来源丰富、天然无毒不会对水体产生二次污染，更不会对人体健康造成危害。

20、③原位覆盖技术所用材料皆为天然黏土材料，具有良好的成本优势。

技术特征：

1.一种抑制沉积物中微囊藻复苏成灾的原位覆盖技术方法，其特征在于包括以下步骤：

2.按权利要求1所述原位覆盖技术方法，其特征在于所述步骤②：

3.按权利要求1所述原位覆盖技术方法，其特征在于所述步骤③：

技术总结
本发明公开了一种抑制沉积物中微囊藻复苏成灾的原位覆盖技术方法，涉及微囊藻水华防治和控藻材料技术。本原位覆盖技术方法包括以下步骤：①选取黏土矿物经烘干、冷却、撵磨、过筛后制成覆盖材料；②在微囊藻水华暴发区布设若干个5m×5m～100m×100m围格，围格底部用重物固定在底泥中；③通过PVC管将覆盖材料均匀注入到沉积物表面，对沉积物中微囊藻复苏进行原位抑制。所述的黏土矿物包括高岭土、硅藻土、红壤、蒙脱石和海泡石。本发明具有下列优点和积极效果：①原位覆盖材料可以控制水体富营养化的目的；②来源丰富、天然无毒不会对水体产生二次污染，更不会对人体健康造成危害；③原位覆盖技术所用材料皆为天然黏土材料，具有良好的成本优势。

技术研发人员：冯兵,张萌,张成,肖妮娜,姚娜,刘足根,张秋根
受保护的技术使用者：江西省生态环境科学研究与规划院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13