專利名稱：富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)及其應用的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于海洋環(huán)保技術(shù)領域，涉及一種去除海水富營養(yǎng)化物質(zhì)的方法和裝置，尤其利用大型藻類正常生長過程中從周圍海水中快速吸收氮磷等營養(yǎng)化物質(zhì)的能力，通過工程措施進行富營養(yǎng)化海水處理的方法和固定平臺裝置。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展、以及人類活動日益增加，大量排放的無機營養(yǎng)物質(zhì)和有機廢物通過各種渠道最終匯集到海洋中，直接引起海水(特別是靠近沿岸的近海地區(qū))的富營養(yǎng)化污染，其中氮和磷是目前海域最主要的污染物質(zhì)。上述現(xiàn)象在我國近年來有加速的趨勢，結(jié)果導致了水生態(tài)系統(tǒng)的失衡現(xiàn)象，并頻繁引發(fā)赤潮災害，致使海水的溶解氧下降、透明度降低、水質(zhì)惡化、魚類及其它水產(chǎn)動物病害發(fā)生與死亡。
如何去除海水富營養(yǎng)化物質(zhì)，維持水環(huán)境生態(tài)平衡，避免上述系列問題的發(fā)生，減少損失，保障海洋經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展。作為亟待解決的一大問題，為各國政府、國際海洋生物學和環(huán)境學界所關(guān)注。
以往降低水域富營養(yǎng)化措施不多，對超高濃度的富營養(yǎng)化物質(zhì)主要采用絮凝、氣浮、吸附和沉淀等物理化學方法減少懸浮顆粒和浮游生物量，以及機械清除污泥的方法。而去除在水中溶解的富營養(yǎng)化物質(zhì)(特別是中、低濃度)的有效方法幾乎還沒有。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)及其應用，針對溶于水的氮和磷物質(zhì)循環(huán)規(guī)律，我們利用大型經(jīng)濟海藻的特性，提出生態(tài)環(huán)保去除海水富營養(yǎng)化的新路子，并建立了高效去除富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)。
本發(fā)明從大型經(jīng)濟海藻人工栽培的角度，利用其正常生長過程中需要從周圍海水中快速吸收氮磷等營養(yǎng)化物質(zhì)的特性，通過生物工程的方法首先降低水中溶解的富營養(yǎng)化物質(zhì)濃度，并減少浮游植物的繁殖速率和生物含量，實現(xiàn)富營養(yǎng)化海水的處理。
本發(fā)明去除海水富營養(yǎng)化藻類處理系統(tǒng)包括大型經(jīng)濟海藻、水循環(huán)設備和攪拌裝置、藻類栽培平臺(光生物反應器、培養(yǎng)池或藻類養(yǎng)殖海灣)，其中大型經(jīng)濟海藻栽培于藻類栽培平臺中，水循環(huán)設備與藻類栽培平臺連通，攪拌裝置安裝于藻類栽培平臺。
所述大型經(jīng)濟海藻包括麒麟菜、孔石莼、江蘺、海帶、紫菜、裙帶菜、羊棲菜等。
所述水循環(huán)設備將富營養(yǎng)化水體導入藻類處理系統(tǒng)，同時將已經(jīng)去除富營養(yǎng)化的凈化海水排除藻類處理系統(tǒng)。
所述攪拌裝置將藻類處理系統(tǒng)內(nèi)的水體循環(huán)起來，以便于藻類從水中充分吸收氮、磷和二氧化碳的目的，同時將藻類光合作用釋放的氧氣解析。
所述藻類栽培平臺可以是光生物反應器，也可以是培養(yǎng)池或藻類養(yǎng)殖海灣。
本發(fā)明去除海水富營養(yǎng)化物質(zhì)的方法具體步驟為(1)根據(jù)各地不同氣候條件和季節(jié)，具體選擇合適的大型經(jīng)濟海藻類，建立藻類處理系統(tǒng)。
(2)從水產(chǎn)動物養(yǎng)殖場(區(qū))、河口以及海域獲得富營養(yǎng)化海水，利用工程措施導入藻類處理系統(tǒng)，讓藻類處理系統(tǒng)有效吸收引起海水富營養(yǎng)化的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。
(3)經(jīng)過藻類處理系統(tǒng)處理、水質(zhì)得以凈化的海水向周圍環(huán)境排出或供給水產(chǎn)養(yǎng)殖單元利用。
(4)重復上述過程，間歇或連續(xù)性去除海水富營養(yǎng)化物質(zhì)。
本發(fā)明主要技術(shù)原理包括(1)、大型經(jīng)濟海藻在正常生長過程中，具有吸收C、N、P等營養(yǎng)元素的生理特點。通過人工栽培措施，加快大型經(jīng)濟海藻的生長速，提高單位面積產(chǎn)量高，同時對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收量也增大，可有效地去除海水富營養(yǎng)物質(zhì)。
(2)、大型經(jīng)濟海藻比較容易收獲，通過海藻吸收固定的N和P等營養(yǎng)物質(zhì)易于轉(zhuǎn)移，可以大大降低海水中營養(yǎng)物質(zhì)含量，具有很好的環(huán)境效益。
(3)、大型海藻生命周期相對長，可以長期用于處理海水，不象微型藻類那樣很快地將吸收的富營養(yǎng)化物質(zhì)重新釋放到水環(huán)境中。
(4)、大型經(jīng)濟海藻種類較多，可針對具體富營養(yǎng)化水體，在不同季節(jié)和氣候變化狀況，選擇不同的海藻開展栽培，達到凈化水質(zhì)的目的。
本發(fā)明的主要優(yōu)點表現(xiàn)在(1)、本發(fā)明利用大型經(jīng)濟海藻吸收無機營養(yǎng)和比微藻容易收獲的特點，將富營養(yǎng)化海水流經(jīng)大型藻類處理系統(tǒng)，將導致目前我國海水富營養(yǎng)化最大的海水污染物質(zhì)(主要無機氮和磷)去除，實現(xiàn)凈化海水環(huán)境的同時獲得大型經(jīng)濟海藻的雙重目的。該方法簡便有效，成本低廉，操作簡單，具有可觀的環(huán)保和經(jīng)濟效益。
(2)、利用大型海藻進行海洋的生物修復技術(shù)同其它去除海水富營養(yǎng)化的物理化學方法相比，投資費用低，對環(huán)境影響小，是一種既經(jīng)濟又安全的方法。
(3)、大型海藻是非常重要的可更新資源，可以獲得產(chǎn)品性質(zhì)獨特、可進一步高質(zhì)化加工利用的海藻原料。進一步廣泛用作食品、飼料、瓊膠工業(yè)原料和土壤肥料等，具有可觀的經(jīng)濟效益。
(4)、另外，大型經(jīng)濟海藻的通過光合代謝不斷吸收海水和大氣(通過氣液交界面的交換)中的二氧化碳，減少溫室氣體濃度，并光合分解水形成氧氣，增加大氣中的氧氣豐度。因此，該技術(shù)在凈化海水的同時還提高了環(huán)境空氣質(zhì)量。
本發(fā)明的藻類處理系統(tǒng)可大可小，較小的如光生物反應器(水體從幾升到幾十噸)，中型的藻類凈化池(水體從幾噸到上千噸)，大型的海藻養(yǎng)殖區(qū)甚至半封閉港灣(數(shù)千噸水體以上)。


圖1為污水處理的藻類處理系統(tǒng)平面圖。
圖2為污水處理的藻類處理系統(tǒng)縱切圖。
1、營養(yǎng)化海水進口，2、大型經(jīng)濟海藻，3、水流方向，4、出水口，5、水流通道，6、水質(zhì)檢測點，7、攪拌裝置，8、水泵、9、太陽光，10、空氣，11、水面，12、培養(yǎng)池，13、水流隔墻。
具體實施例方式
以中型的培養(yǎng)池為例，藻類處理系統(tǒng)(如圖1～2所示)的基本構(gòu)成包括大型經(jīng)濟海藻2、水循環(huán)設備(水泵8)、攪拌裝置7、培養(yǎng)池12，培養(yǎng)池設有營養(yǎng)化海水進口1、出水口4、水流通道5，水流通道5為互相連通的水流隔墻13形成的折返式水流通道，大型經(jīng)濟海藻2栽培于水流通道5內(nèi)，營養(yǎng)化海水進口1與水泵8相連。
實施例1試驗地點在海南三亞，所選大型海藻為麒麟菜，將富營養(yǎng)化海水放入水池，水池構(gòu)造如上圖，面積100m2，深度為0.8m。將海藻均勻分布于水池，隔一段時間利用攪拌機使水循環(huán)10分鐘，經(jīng)過6個小時的吸收，易發(fā)生赤潮的富營養(yǎng)化海水(總氮、總磷濃度分別為30μmol/L和5μmol/L)凈化為不發(fā)生赤潮危害的海水(總氮和總磷濃度分別下降到4.8μmol/L和0.5μmol/L)，排出的海水達到正常水質(zhì)標準。
實施例2試驗地點在山東青島，利用大型海藻孔石莼處理養(yǎng)魚排放的富營養(yǎng)化廢水，廢水中總無機氮濃度40μmol/L，每噸水體中加入4公斤鮮重的孔石莼。12小時內(nèi)，由于孔石莼的凈化吸收，將總無機氮濃度降低到5μmol/L以下。
在隨后的2周半連續(xù)去除無機氮實驗(每天全部更換富營養(yǎng)化廢水2次)過程中，也無論在白天還是夜晚，孔石莼都保持上述去除無機氮的能力。經(jīng)過計算，整個14天實驗過程中，每公斤鮮重的孔石莼就吸收了3.5克無機氮。
另外，本發(fā)明大型經(jīng)濟海藻還可以為江蘺、海帶、紫菜、裙帶菜或羊棲菜等，藻類栽培平臺還可以為光生物反應器或藻類養(yǎng)殖海灣。
權(quán)利要求
1.一種富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)，其特征在于包括大型經(jīng)濟海藻、水循環(huán)設備、攪拌裝置和藻類栽培平臺；其中大型經(jīng)濟海藻栽培于藻類栽培平臺中，水循環(huán)設備與藻類栽培平臺連通，攪拌裝置安裝于藻類栽培平臺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)，其特征在于所述大型經(jīng)濟海藻為麒麟菜、孔石莼、江蘺、海帶、紫菜、裙帶菜或羊棲菜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)，其特征在于所述藻類栽培平臺為光生物反應器、培養(yǎng)池或藻類養(yǎng)殖海灣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)，其特征在于所述培養(yǎng)池設有營養(yǎng)化海水進口(1)、出水口(4)、水流通道(5)，水流通道(5)為互相連通的水流隔墻(13)形成的折返式水流通道，大型經(jīng)濟海藻(2)栽培于水流通道(5)內(nèi)，營養(yǎng)化海水進口(1)與水泵(8)相連。
5.按照權(quán)利要求1所述富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)的應用，其特征在于具體步驟如下(1)采用大型經(jīng)濟海藻類，建立藻類處理系統(tǒng)；(2)從水產(chǎn)動物養(yǎng)殖場(區(qū))、河口以及海域獲得富營養(yǎng)化海水，利用工程措施導入藻類處理系統(tǒng)，讓藻類處理系統(tǒng)有效吸收引起海水富營養(yǎng)化的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)；(3)經(jīng)過藻類處理系統(tǒng)處理、水質(zhì)得以凈化的海水向周圍環(huán)境排出或供給水產(chǎn)養(yǎng)殖單元利用；(4)重復上述過程，間歇或連續(xù)性去除海水富營養(yǎng)化物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)的應用，其特征在于所述藻類處理系統(tǒng)的水循環(huán)設備將富營養(yǎng)化水體導入藻類處理系統(tǒng)，同時將已經(jīng)去除富營養(yǎng)化的凈化海水排除藻類處理系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)的應用，其特征在于所述藻類處理系統(tǒng)的攪拌裝置將藻類處理系統(tǒng)內(nèi)的水體循環(huán)起來，以便于藻類從水中充分吸收氮、磷和二氧化碳的目的，同時將藻類光合作用釋放的氧氣解析。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領域，具體是一種富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)及其應用。富營養(yǎng)化海水的藻類處理系統(tǒng)包括大型經(jīng)濟海藻、水循環(huán)設備、攪拌裝置和藻類栽培平臺；其中大型經(jīng)濟海藻栽培于藻類栽培平臺中，水循環(huán)設備與藻類栽培平臺連通，攪拌裝置安裝于藻類栽培平臺。利用大型經(jīng)濟海藻吸收無機營養(yǎng)和有機污染物能力和比微藻容易收獲的特點，將富營養(yǎng)化海水流經(jīng)大型藻類處理系統(tǒng)，將導致目前我國海水富營養(yǎng)化最大的海水污染物質(zhì)(主要無機氮和磷)去除，實現(xiàn)凈化海水環(huán)境的同時獲得大型經(jīng)濟海藻的雙重目的。該方法簡便有效，成本低廉，操作簡單，具有可觀的環(huán)保和經(jīng)濟效益。
文檔編號C02F3/32GK1715210SQ20041002085
公開日2006年1月4日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者劉建國, 路克國, 林偉, 王增福, 朱校斌 申請人:中國科學院海洋研究所