本發(fā)明涉及一種依靠高鋁水泥-短纖維系統(tǒng)基礎(chǔ)上沉藻和底泥鈍化的微囊藻水華治理工藝。
背景技術(shù)：
近代從1940年代開始，世界范圍內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)微囊藻水華問題，從1947年的美國阿勃卡湖、1950年的康士坦茨湖，到國內(nèi)1970年代的武漢東湖、1990年代的太湖等是典型的代表。其主要誘因是城市生活污水和工業(yè)的增加，造成水體富營養(yǎng)化，從而近海海水和淡水湖泊中水華現(xiàn)象頻繁發(fā)生，以致成為世界性公害。
根據(jù)諸多水華爆發(fā)事件的分析和實驗室內(nèi)藍(lán)藻培育實踐的相關(guān)資料，一般認(rèn)為藍(lán)藻類爆發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ)是水體富營養(yǎng)化，即限制性營養(yǎng)元素在水體中的富集，其最為關(guān)鍵的是氮、磷及其比例(包括有機(jī)態(tài)和無機(jī)態(tài)的氮磷)。鐵及微量元素硼、錳、鋅、銅、鈷、鈣、鎂、鉬等元素以及碳水化合物等有機(jī)物質(zhì)，如部分微生物/代謝物等也能成為某些水華現(xiàn)象爆發(fā)的原因。氣象和理化因子，如光、熱、風(fēng)、雨等，是影響藍(lán)藻水華爆發(fā)的重要因素。物種之間的競爭和消費者等相互作用也會影響藍(lán)藻的增殖與水華爆發(fā)。
有一些現(xiàn)生的藍(lán)藻在光照條件但H2S豐富的厭氧環(huán)境中可進(jìn)行非釋氧的光合作用，生成硫和有機(jī)物，實驗條件下許多藍(lán)藻在黑暗環(huán)境中利用有機(jī)化合物進(jìn)行異養(yǎng)生長，但一般來講藍(lán)藻的異養(yǎng)生長比光合自養(yǎng)生長慢。微囊藻具繁殖和光譜利用范圍上的特點，具體表現(xiàn)為：(一)在一般光強(qiáng)和光質(zhì)下，微囊藻的光合效率低于硅藻、綠藻等，因而對CO2和無機(jī)礦物的攝取能力相對較弱，表現(xiàn)為劣勢種群；但在弱光或強(qiáng)光下，微囊藻因其光捕集色素的不同而能吸收的光波長范圍更廣，提高其競爭優(yōu)勢，同時又能適應(yīng)高光強(qiáng)的紫外線的干擾，抗逆性好，適應(yīng)性更強(qiáng)。(二)微囊藻結(jié)構(gòu)上與細(xì)菌類似，主要以二分分裂方式繁殖，在溫度適宜的情況下，其繁殖速度遠(yuǎn)大于硅藻、綠藻等，易在短暫的適宜溫度情況下迅速成長為優(yōu)勢種群，從而獲得對同一生態(tài)位競爭上的優(yōu)勢。(三)微囊藻具偽空泡結(jié)構(gòu)，具備自主上浮和下沉的能力，從而可迅速在水體表面富集，優(yōu)先截取和利用光能，同時亦可下沉至底泥附近獲取營養(yǎng)物質(zhì)，因此微囊藻種群迅速擴(kuò)大成為優(yōu)勢種并保持其優(yōu)勢地位。
從時間尺度上分析，藍(lán)藻的行為表現(xiàn)為周期性特征，即每年5-9月份發(fā)生的周期性特征。每個周期中，藍(lán)藻在水體中增殖與爆發(fā)連續(xù)的過程，在表觀上表現(xiàn)為一定的階段性。具體來講，藍(lán)藻水華的發(fā)生可劃分為四個階段，即休眠、誘發(fā)、增殖、聚集/上浮。
目前主要應(yīng)急應(yīng)對微囊藻水華的辦法有：沉藻(方法是加重藻團(tuán)，如粘土、各種有較強(qiáng)吸功能的礦物組合如硅藻土、紅壤等、殼聚糖、聚合氯化鋁等+粘土、石膏等，將微囊藻吸附住下沉以規(guī)避藍(lán)藻重新上浮)、浮藻(如陳楷翰等纖維增韌絮凝自氣浮發(fā)明專利系列與藥劑飛播技術(shù)結(jié)合Zl201010121671.5、zl201010121672.x、zl201010121543.0、，以及理論上不耐水面風(fēng)浪剪切的傳統(tǒng)氣浮技術(shù))+捕撈船、各種直接物理和化學(xué)殺藻技術(shù)(如過氧化氫、銅離子、碘伏等處理殺藍(lán)藻的技術(shù))、水文技術(shù)攔截和富集藻(如擾流壩或擾流隔網(wǎng)富集等)。
粘土沉藻存在較大的環(huán)境風(fēng)險：下沉藻類和粘土復(fù)合物在風(fēng)浪干擾下容易重新分離；下沉?xí)r間長后，腐爛的藍(lán)藻分解產(chǎn)物無法被粘土吸收而重新進(jìn)入水體污染水質(zhì)。化學(xué)和物理殺藻的同時對小型浮游動物造成滅殺；浮藻是最徹底的辦法但操作時有較高的技術(shù)難度。
目前，使用鋁酸鈣類礦物處理藍(lán)藻的發(fā)明專利如CN201410614113.0：一種環(huán)保復(fù)合粉狀藍(lán)藻處理劑及其制備方法，是使用鋁酸鈣作為PH中和劑，不具備生成緩釋鋁離子能力，并非使用高鋁水泥水解生成的緩釋鋁離子捕捉沉淀藍(lán)藻。
鑒于此，本案發(fā)明人對上述問題進(jìn)行深入研究，遂有本案產(chǎn)生。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種操作容易、環(huán)境風(fēng)險小的依靠高鋁水泥-短纖維系統(tǒng)基礎(chǔ)上沉藻和底泥鈍化的微囊藻水華治理工藝。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用這樣的技術(shù)方案：
一種依靠高鋁水泥-短纖維系統(tǒng)基礎(chǔ)上沉藻和底泥鈍化的微囊藻水華治理工藝，將混合物以0.2-10公斤/每平方米水面積的用量投放至待處理的水體中，所述混合物包括高鋁水泥、輔助陽離子型絮凝劑以及短纖維，以重量計，每100份高鋁水泥中，輔助陽離子型絮凝劑的重量份大于0份且在10份以下，短纖維的重量份大于0份且在20份以下。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述輔助陽離子型絮凝劑為鋁鹽、陽離子有機(jī)絮凝劑或者鐵鹽。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述鋁鹽為硝酸鋁、聚合氯化鋁以及硫酸鋁中的一種或者多種。
鐵鹽可以選用各種工業(yè)品鐵鹽絮凝劑，由于含鐵凝膠易晶化，強(qiáng)度低，還原氣氛下易變質(zhì)，固定捕捉水體磷的能力也不如鋁離子，因此較差選擇為鐵鹽。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述陽離子有機(jī)絮凝劑為陽離子聚丙烯酰胺、聚二甲基烯丙基氯化銨以及甲殼素中的一種或者多種。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述混合物中，每100份高鋁水泥中，輔助陽離子型絮凝劑的重量份為0.05份至10份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述混合物還包括明礬石礦粉，以重量份計，每100份高鋁水泥中明礬石礦粉的添加量在200份以下。明礬石礦粉可以在水中緩慢解離出鋁離子交聯(lián)吸附藍(lán)藻和懸浮物，同時能夠減少整個混合物的成本。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述混合物還包括石膏礦粉，以重量份計，每100份高鋁水泥中石膏礦粉的添加量在100份以下。添加石膏礦粉在水中微溶出鈣離子，可與藍(lán)藻表面多糖層交聯(lián)而聚集藍(lán)藻，同時對菌群生長有益。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述混合物中還包括吸附粉渣，以重量份計，每100份高鋁水泥中吸附粉渣在100份以下，吸附粉渣為粉煤灰或煤渣粉或硅藻土粉或硫酸鋁渣，這些礦物可以直接吸附藍(lán)藻，但必須絮凝劑組合才容易成絮團(tuán)下沉。一般正常水體盡量不使用諸如氧化鎂、碳酸鎂、鋼渣等堿性礦物，這些堿性礦物性能雖然也可滿足要求但容易導(dǎo)致水體PH超標(biāo)，但在底泥和水體酸化的時候則適合使用，使用比例與粉煤灰等一樣。
本發(fā)明在必要時，可添加氧化鐵礦物、過氧化鎂或包埋的硝酸鹽(和高鋁水泥重量比例在0-200：100)，但最合適的是預(yù)先單獨投放，而非與本發(fā)明混合物復(fù)合，目的是給底泥提供氧，以及氧化底泥的硫離子。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述混合物的投放時間為藍(lán)藻下沉過冬的冬天，此時藍(lán)藻集中，捕捉下沉并封閉底泥后，藍(lán)藻基本無法脫離凝膠束縛，死亡分解產(chǎn)物大部分被吸收，到此第二年藍(lán)藻種源大幅減少，底泥營養(yǎng)物進(jìn)入水體數(shù)量大幅減少，從而大比例規(guī)避或減少來年藍(lán)藻爆發(fā)。也可在藍(lán)藻大量出現(xiàn)但水華尚未爆發(fā)時使用，以應(yīng)急規(guī)避藍(lán)藻水華的爆發(fā)，但用量相對較高，且去除效率沒有冬天好。本發(fā)明中的混合物也可用于常見天然水體中其他浮游藻類或泄露懸浮物的應(yīng)急沉淀處置，在使用時，混合物可以直接播撒或者加水混合均勻后立即播撒。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述短纖維的長度為0.1～10cm。
本發(fā)明的微囊藻水華治理工藝，同時具備底泥封閉鈍化的能力以及捕捉住藍(lán)藻及藍(lán)藻分解物—磷、有機(jī)物的能力，藥劑進(jìn)入水中后可吸附水體中懸浮物(包括藍(lán)藻、綠藻、懸浮物等)并下沉到水底。此時高鋁水泥逐漸水化，生成具有極強(qiáng)捕捉磷和有機(jī)酸的鋁酸鈣水合礦物，以及有很強(qiáng)絮凝、封閉鈍化能力的氫氧化鋁凝膠。整個水處理過程中水體PH值始終在PH9以下，處理劑不會存留有毒物質(zhì)在水體，有機(jī)酸和磷酸根、焦磷酸根的鋁鈣鹽較難溶且不會因水體缺氧而分解，覆蓋在底泥的氫氧化鋁凝膠和鋁酸鈣水化晶體混合物強(qiáng)度高，吸附并包埋藍(lán)藻、懸浮物的能力強(qiáng)，短纖維的加入，可以使得生成的絮凝體與短纖維和助絮劑共同組成一定強(qiáng)度的松散復(fù)合絮凝體，一方面才可抵御風(fēng)浪對絮凝體的沖擊而聚集下沉，另一方面在底泥與高鋁水泥共同形成纖維增韌凝固體，才可抵御底泥發(fā)酵氣體的沖擊而減少破裂，導(dǎo)致高營養(yǎng)鹽和有機(jī)物的底泥營養(yǎng)水大量進(jìn)入水體。本發(fā)明具有操作簡便、環(huán)境風(fēng)險小的優(yōu)點。高鋁水泥類礦物具備粘附捕捉水體懸浮物并下沉，繼續(xù)水解包埋懸浮物并在水下凝固的特點尚未公知，進(jìn)而，水中凝固時候必須有短纖維存在才能抵御風(fēng)浪沖擊、水底固化時必須有短纖維增韌否則極易被底泥發(fā)酵氣體壓破的特點均尚未公知。因此，基于高鋁水泥——纖維增韌的體系，是本發(fā)明專利申請的基礎(chǔ)與關(guān)鍵保護(hù)對象。
具體實施方式
為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述。
實施案例一：
泉州某魚池養(yǎng)魚，夏季藻類水華爆發(fā)，優(yōu)勢藻類是銅綠微囊藻，水華下的水體透光度10厘米。按照1平方米水面1公斤的配比投放藥劑，藥劑預(yù)先和10份水混合好后潑灑水面，此時水體渾濁后快速形成大量絮凝體，在半小時內(nèi)下沉至接近澄清，銅綠微囊藻基本下沉水底，處理后2天水體透光度60厘米。使用的藥劑配方：高鋁水泥100份，紙漿纖維5份，石膏礦粉20份，聚合氯化鋁10份。1個月后藍(lán)藻有滋生，但數(shù)量大為減少，透光度已提高到42厘米。處理過程無魚類死亡現(xiàn)象。
另一口魚池銅綠微囊藻爆發(fā)狀況近似，但依然使用該配方，在冬天(1月)藍(lán)藻下沉到下部水體，水質(zhì)觀感暗黃，透光度大約30厘米的狀況下，進(jìn)行投放，發(fā)現(xiàn)水體渾濁后形成大量絮凝體下沉，水色輕微好轉(zhuǎn)，透光度大約40厘米，但直至夏天，該魚池銅綠微囊藻未爆發(fā)，且水色持續(xù)優(yōu)化，呈嫩綠色，透光度大于60厘米。處理過程無魚類死亡現(xiàn)象。優(yōu)勢浮游藻種為小球藻和硅藻，底泥部分有底棲藍(lán)藻和菌共存，取樣發(fā)現(xiàn)緊貼礦物凝膠層成長，合理解釋是藍(lán)藻被藥劑捕捉后包埋抑制，無法上浮繁殖，導(dǎo)致小球藻和硅藻占據(jù)其生態(tài)位，泥——水界面交換的營養(yǎng)物被礦物凝膠層吸收。
實施案例二：
泉州市某養(yǎng)豬場附近池塘因養(yǎng)殖廢水污染而水體黑臭，池底有厚重底泥。首先對該池塘投放大量赤泥(鋁土礦堿法提取鋁鹽后的廢渣)和石灰對底泥進(jìn)行中和和封閉氧化后，黑臭消失，底泥變?yōu)楹旨t色并且大幅壓縮，但不久后水中大量出現(xiàn)銅綠微囊藻。在冬季(12月)前往處理，按照一平方米3公斤的量投放藥劑，水體產(chǎn)生大量絮凝體并快速下沉，在底泥沉積成松散層并在2日內(nèi)轉(zhuǎn)化為凝膠，此時補(bǔ)充投放外來的小球藻水作為藻種，次年水體變?yōu)樾∏蛟鍍?yōu)勢水體，硅藻較少，銅綠微囊藻比例低于5％，水體PH值中性，底泥沉積凝膠層依然保持，局部有破裂但表面有大量顫藻固定生長，可認(rèn)為滿足魚塘要求。
配方為：高鋁水泥100份，粉煤灰100份，明礬石礦粉75份，菱鎂礦粉25份(輔助礦粉總共200份，若再增多則沉積層變得更為松散，難以低于風(fēng)浪沖刷)，玻璃纖維10份，2份陽離子度25的聚丙烯酰胺(預(yù)先磨細(xì)到100目)，這些混合物以干粉形式撒播到水面，在撒播船行駛形成的微浪下自行溶解、沉淀。該配方被發(fā)明人大量用于城市湖泊應(yīng)急撒播修復(fù)藍(lán)藻爆發(fā)中。
本發(fā)明的產(chǎn)品形式并非限于本案實施例，任何人對其進(jìn)行類似思路的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。