一种利用悬浮颗粒物投加抑制目标藻类生长的方法

1.本发明涉及水环境修复和水质风险防控技术领域，具体涉及一种利用悬浮颗粒物投加抑制目标藻类生长的方法。


背景技术：

2.水体富营养化与有害藻华已经成为世界上大多数淡水和沿海海洋生态系统的主要水质问题。近几十年来，在全球变化与人类活动干扰下，大量氮、磷营养盐污染负荷的输入使得河流湖库水体富营养化日益加剧，甚至暴发藻华。藻类的大量繁殖不但导致水质恶化，水生生物死亡，时常伴随次生风险污染物如嗅味、藻毒素等，不仅危害天然水环境健康，还严重影响城市供水和饮用水安全。针对藻源性污染风险问题，已有的防控手段包括化学、物理和生物等方法。就化学方法而言，常通过金属，光敏，除藻剂和其他化学品等方法进行有害藻类的控制。虽然化学和物理方法可以有效快速的去除有害藻类，但是由于成本高，二次污染严重和对人类及其他水生生物的负面影响较大，未得到广泛使用，尤其不适合在天然水体中应用。生物控藻主要是基于水生植物、水生动物和杀藻微生物等，利用化感效应、生态位竞争、捕食关系等来限制藻类的过度生长。
3.众所周知，光照条件是影响藻类生长的重要的环境因子之一，已有研究发现，不同藻种对水下光照适应性存在显著差异。在营养充足的自然水体中，水下光照条件是除温度外影响藻类生物、生长速率的关键环境因子，通过改变水下光照条件可以实现对特定藻群落进行调控，甚至抑制有害藻类的生长和暴发。
4.现有技术中，已有一些报道通过水面遮光(如浮球、遮光板遮阳网等)控制水下光照的案例，如专利申请cn202021954278.x公开了一种遮光抑制装置,专利申请cn201120569468.4公开了一种移动式水面遮光控藻装置，以及专利申请cn202010270886.7公开了一种基于物理遮光层构建的海水池塘绿藻防控方法；但成本和工程效果并不理想。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种利用颗粒物投加抑制目标藻类生长的方法，本发明通过所获得的目标藻类的生长抑制参数并根据待投加的颗粒物的粒度和om值来确定水体中预期的悬浮颗粒物浓度，根据所确定的悬浮颗粒物浓度向水体中投加特定粒度和om值的颗粒物，从而实现抑制目标藻类生长的目的，基于本发明的方法利于简便、经济的进行藻华防控和水质调控。
6.本发明为达到其目的，提供如下技术方案：
7.本发明提供一种利用悬浮颗粒物投加抑制目标藻类生长的方法，包括如下步骤：
8.1)确定水体中需要抑制生长的目标藻类；
9.2)确定抑制所述目标藻类生长的生长抑制参数，所述生长抑制参数包括水体的浊度、辐照度、水体的透明度中的至少一种；
10.3)确定待投加颗粒物的粒度参数和om值，根据所述生长抑制参数、所述粒度参数
和所述om值确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件；
11.4)根据所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件向所述水体中投加所述颗粒物以抑制所述目标藻类的生长。
12.一些实施方式中，步骤3)中，通过将所述生长抑制参数、所述粒度参数和所述om值代入预先建立的关系模型中进行计算以确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件。
13.一些实施方式中，所述关系模型包括关系式(i)，所述关系式(i)为水体的浊度与水体的悬浮颗粒物浓度、悬浮颗粒物的粒度参数及悬浮颗粒物的om值之间的关系式；
14.优选的，所述关系式(i)通过如下方式建立：
15.获取多个水体样品，获取各个水体样品的浊度、悬浮颗粒物浓度和悬浮颗粒物的粒度参数，获取各个所述水体样品中的悬浮颗粒物的om值，通过拟合得到所述浊度与所述悬浮颗粒物浓度、悬浮颗粒物的粒度参数和所述悬浮颗粒物的om值之间的关系式(i)：
16.tur＝α1spm+α2dx+α3om2(i)；
17.其中，tur为水体的浊度，单位为ntu；spm为水体的悬浮颗粒物浓度，单位为mg/l；om2＝exp(-om)；dx为悬浮颗粒物的粒度参数，单位为μm；α1、α2、α3为所述关系式(i)中的系数；
18.优选的，所述粒度参数为d10、d50、d60或d90。
19.一些实施方式中，所述生长抑制参数为水体的浊度，所述步骤3)中，将作为所述生长抑制参数的所述水体的浊度以及所述待投加的颗粒物的粒度参数和om值代入所述关系式(i)中计算得到悬浮颗粒物浓度，由此确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件。
20.一些实施方式中，所述关系模型还包括关系式(ii)和关系式(iii)；
21.其中，所述关系式(ii)为辐照度与水下光衰减系数之间的关系式，所述关系式(ii)为：
[0022][0023]
其中，k为水下光衰减系数；z为水体的预设深度，单位m；e(z)为水体在预设深度z的辐照度，e(0)为水表面的辐照度，e(z)和e(0)的单位为μmol/(m2.s)；
[0024]
所述关系式(iii)为水下光衰减系数与水体的浊度之间的关系式；
[0025]
优选的，所述关系式(iii)通过如下方式建立：
[0026]
在多个水体中获取水体样品，获取各个水体的e(0)和e(z)，根据关系式(ii)确定各个水体的水下光衰减系数；获取各个水体样品的浊度，根据所述各个水体的水下光衰减系数和所述各个水体样品的浊度通过拟合得到所述水下光衰减系数与水体的浊度之间的线性关系式：
[0027]
k＝a+b*tur(iii)
[0028]
其中，tur为水体的浊度，单位为ntu；b为所述关系式(iii)的斜率，a为所述关系式(iii)的截距。
[0029]
一些实施方式中，所述生长抑制参数为辐照度，将该辐照度作为关系式(ii)中的e(z)的取值，获取水体的水表面的辐照度e(0)，将预设深度z、e(z)、e(0)代入关系式(ii)中获得水体的水下光衰减系数；
[0030]
将所述水下光衰减系数k代入所述关系式(iii)中计算得到水体的浊度；
[0031]
将计算得到的水体的浊度以及所述待投加的颗粒物的粒度参数和om值代入所述关系式(i)中计算得到悬浮颗粒物浓度，由此确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件。
[0032]
一些实施方式中，所述关系模型还包括关系式(iv)，所述关系式(iv)为水体的浊度与水体的透明度之间的关系式；
[0033]
优选的，所述关系式(iv)通过如下方式建立：
[0034]
获取各个水体样品的浊度和透明度，将所述浊度和所述透明度的数值分别进行lg对数转换后再进行线性拟合，得到所述水体的浊度与水体的透明度之间的关系式：
[0035]
log(sdd)＝a+b
×
log(tur)
ꢀꢀ
(ⅳ)
[0036]
其中sdd为水体的透明度，单位cm；tur为水体的浊度，单位为ntu；b为所述关系式(
ⅰⅴ
)的斜率，a为所述关系式(
ⅰⅴ
)的截距。
[0037]
一些实施方式中，所述生长抑制参数为水体的透明度，所述步骤3)中，将作为生长抑制参数的所述水体的透明度代入所述关系式(iv)中计算得到水体的浊度；
[0038]
将计算得到的所述水体的浊度以及所述待投加的颗粒物的粒度参数和om值代入所述关系式(i)中计算得到悬浮颗粒物浓度，由此确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件。
[0039]
一些实施方式中，步骤4)中，投加所述颗粒物之后，持续监测所述水体，当所述水体不能达到所述生长抑制参数的要求时，再次投加所述颗粒物；或者，步骤4)中，投加所述颗粒物之后，持续监测所述水体，当所述水体不能达到所述生长抑制参数的要求时，调整所述待投加颗粒物的粒度参数和/或om值，根据所述步骤3)重新确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件；之后根据重新确定的所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件向所述水体中投加颗粒物。
[0040]
一些实施方式中，步骤4)中，所述颗粒物通过干法或湿法投加；
[0041]
和/或，步骤4)中，所述待投加的颗粒物选自粘土矿物、水厂的沉淀池排泥、活性污泥、自然水体的底泥和无害的工业废弃颗粒物中的一种或多种。
[0042]
本发明还提供上文所述的方法的应用，所述方法在藻华防控或水质调控中应用。
[0043]
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
[0044]
本发明通过向水体中投加颗粒物来实现对藻类生长的调控，能够有效实现包括藻华、嗅味等藻源性水质污染的治理与防控，本发明提供的方法具有操作简单方便、成本低廉和生态安全等特点。
附图说明
[0045]
图1为悬浮颗粒物浓度-中值粒径-浊度的关系示意图。
[0046]
图2为浊度tur和光衰减系数k的拟合关系。
[0047]
图3为浊度tur和透明度sdd进行对数转换后的拟合关系。
[0048]
图4为预期浊度和实际浊度与悬浮颗粒物浓度的关系图(左)，浊度与刚毛藻生物量的关系图(右)。
[0049]
图5为不同e(z)实验组的铜绿微囊藻的细胞密度图。
具体实施方式
[0050]
为了便于理解本发明，下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。应当理解，下述实施例仅是为了更好的理解本发明，并不意味着本发明仅局限于以下实施例。
[0051]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文可能使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0052]
实施例中未注明具体实验步骤或条件之处，可按照本技术领域中相应的常规实验步骤的操作或条件进行即可。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0053]
本发明提供一种利用投加悬浮颗粒物抑制目标藻类生长的方法，主要包括如下步骤：
[0054]
1)确定水体中需要抑制生长的目标藻类；
[0055]
2)确定抑制所述目标藻类生长的生长抑制参数，所述生长抑制参数包括水体的浊度、辐照度、水体的透明度中的至少一种；
[0056]
3)确定待投加至需要抑制目标藻类的水体中的颗粒物(即“待投加颗粒物”)的粒度参数和om值(即颗粒物的有机物质量占比)，根据所述生长抑制参数以及待投加颗粒物的粒度参数和om值来确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件；
[0057]
4)根据步骤3)中确定的所述水体预期的悬浮颗粒物的浓度条件向所述水体中投加颗粒物(即具有上述粒度参数和om值的待投加颗粒物)以抑制所述目标藻类的生长。
[0058]
其中，步骤1)中的目标藻类为水体中需要被抑制生长的藻类，具体例如为水体中带来藻源性污染物的藻种等，可以根据实际水环境问题而确定目标藻类。
[0059]
步骤2)中，关于抑制目标藻类生长的生长抑制参数的确定，可以通过已有的文献记载进行确定，例如可以根据文献报道，某一特定目标藻类在水体的某一透明度或某一浊度下生长会受到抑制，则依据该文献的报道，将该水体的透明度数据或浊度数据作为生长抑制参数；或者，例如文献报道了某一特定目标藻类的最适生长光照强度(即最适辐照度)，则可以依据该文献报道来设定能够抑制目标藻类生长的辐照度，例如低于上述最适辐照度；具有研究或数据基础的，也可以通过实验确定目标藻类生长的生长抑制参数，而不仅局限于文献的报道，对于藻类生长抑制参数的具体确定方式，是本领域技术人员根据所掌握的现有实验手段、常规技术知识和/或公知常识能够知晓或理解的。
[0060]
本发明的步骤3)中，通过将生长抑制参数，以及待投加的颗粒物的粒度参数和om值代入预先建立的关系模型中进行计算来确定水体中预期的悬浮颗粒物浓度条件。
[0061]
一些实施方式中，关系模型包括关系式(i)，关系式(i)为水体的浊度与水体的悬浮颗粒物浓度，以及与悬浮颗粒物的粒度参数及悬浮颗粒物的om值之间的关系式。
[0062]
具体的，关系式(i)通过如下方式建立：
[0063]
获取多个水体样品，水体样品的数量例如不低于500个，水体样品例如可以通过在湖、库、坑、塘、溪、河流(涵盖常见地表水体类型)中于不同情景(包括晴天、雨中、雨后)下取得。获取各个水体样品的浊度、悬浮颗粒物浓度和悬浮颗粒物的粒度分布和om值，om值可以通过对各个水体样品中的悬浮颗粒物通过过滤、干燥和烧失等来确定悬浮颗粒物的om值；通过将上述水体样品的浊度、悬浮颗粒物浓度、悬浮颗粒物的粒度参数和om值进行拟合得
到浊度与悬浮颗粒物浓度、粒度参数和om值之间的关系式(i)：
[0064]
tur＝α1spm+α2dx+α3om2(i)；
[0065]
其中，tur为水体的浊度，单位为ntu；spm为水体的悬浮颗粒物浓度，单位为mg/l；dx为悬浮颗粒物的粒度参数，单位为μm；om2＝exp(-om)；α1、α2、α3为所述关系式(i)中的系数。
[0066]
上述粒度参数dx可以为能够代表悬浮颗粒物的特征粒度的参数，例如为d10、d50、d60或d90等。
[0067]
一些实施方式中，关系模型还包括关系式(ii)和关系式(iii)；其中，关系式(ii)为辐照度与水下光衰减系数之间的关系式，关系式(ii)为：
[0068][0069]
其中，k为水下光衰减系数；z为水体的预设深度，单位m；e(z)为水体在预设深度为z时的辐照度，e(0)为水表面的辐照度，e(z)和e(0)的单位为μmol/(m2.s)；
[0070]
关系式(iii)为水下光衰减系数与水体的浊度之间的关系式。
[0071]
具体的，所述关系式(iii)通过如下方式建立：
[0072]
从多个水体中获得水体样品，获取各个水体的水表面的辐照度e(0)和水体在预设深度为z时的辐照度e(z)，根据上面的关系式(ii)计算确定和预设深度z相关的各个水体的水下光衰减系数；获取各个水体样品的浊度；将获得的各个水体样品的浊度、和预设深度z相关的各个水体的水下光衰减系数进行拟合得到水下光衰减系数k与水体的浊度tur之间的线性关系式：
[0073]
k＝a+b*tur(iii)
[0074]
其中，tur为水体的浊度，单位为ntu；b为关系式(iii)的斜率，a为关系式(iii)的截距。
[0075]
一些实施方式中，关系模型还包括关系式(iv)，关系式(iv)为水体的浊度与水体的透明度之间的关系式。
[0076]
具体的，关系式(iv)通过如下方式建立：
[0077]
从多个水体中获取水体样品，获取各个水体样品的浊度和透明度，将浊度和透明度的数值分别进行lg对数转换后再进行线性拟合，得到水体的浊度与水体的透明度之间的关系式：
[0078]
log(sdd)＝a+b
×
log(tur)
ꢀꢀ
(ⅳ)
[0079]
其中sdd为水体的透明度，单位cm；tur为水体的浊度，单位为ntu；b为所述关系式(
ⅰⅴ
)的斜率，a为所述关系式(
ⅰⅴ
)的截距。
[0080]
下面对上述关系模型的建立过程示例性地介绍如下，以下仅为一种具体实施例中的关系模型的建立过程，其目的在于便于理解本发明的关系模型的建立思路，但不应理解为本发明仅局限于此：
[0081]
s1)建立关系式(i)：
[0082]
获取水体样品，水体样品的数量不低于500个，水体样品通过在湖、库、坑、塘、溪、河流(涵盖常见地表水体类型)中于不同情景(包括晴天、雨中、雨后)下取得。测定各个水体样品的悬浮颗粒物浓度(spm)，采用重量法(国标：gb 11901-89)测定，具体的，将500ml水样
在已知恒重的0.45μm的cn-ca滤膜上过滤，过滤结束后在105℃烘箱中烘干1小时，之后在干燥器中冷却至室温，反复烘干、冷却、称重直至重量恒定，然后依据重量差值计算spm浓度；之后将该滤膜放置于马弗炉中450℃灼烧4小时去除有机物，根据公式om＝(b-c)/(b-a)，计算得到悬浮颗粒物的有机物占比om，公式中，a为滤膜+称量瓶重量，g；b为悬浮物+滤膜+称量瓶重量，g；c为无机悬浮物+滤膜+称量瓶重量，g。上述spm浓度和om值的测定为本领域技术人员所熟知的，未详述之处均为本领域技术人员根据所掌握的常规技术知识或公知常识能够知晓或理解。
[0083]
本示例中，悬浮颗粒物的粒度参数为颗粒物粒度分布，其通过马尔文激光粒度仪(mastersizer 3000e)测定，以d50作为悬浮颗粒物的粒度参数(d50为累积粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径)；水体的浊度tur通过便携式多参数水质分析仪(ysi professional plus)在采样现场原位测定。
[0084]
通过多重线性拟合的方式对tur与spm、d50及om数据进行拟合，并对om值按照om2＝exp(-om)进行转换，在关系式(i)建立过程中去除不显著截距项，最终获得如下关系式(i)：
[0085]
tur＝α1spm+α2d50+α3om2(i)
[0086]
在该示例中，该关系式(i)的r2＝0.87，参数假设检验对应的p值均小于0.05。
[0087]
图1给出了示例中浊度与悬浮颗粒物浓度及d50之间的拟合关系用于参考。
[0088]
s2)关系式(ii)和关系式(iii)
[0089]
关系式(ii)为辐照度与水下光衰减系数之间的关系式，水下光衰减系数k的计算公式如下：
[0090][0091]
其中，k为水下光衰减系数，z为水体的预设深度，单位m；e(z)为水体在预设深度z的辐照度，单位μmol/(m2.s)，e(0)是水表面的辐照度，单位μmol/(m2.s)。辐照度的测量采用水下全光谱光合有效辐射计(mq-510)测定。预设深度可以根据实际应用场景中目标水体中目标藻类的防控需求而具体确定。
[0092]
通过如下方式建立关系式(iii)：
[0093]
在多个水体中获取多个水体样品，测定各个水体的e(0)和在预设深度z时的e(z)，根据关系式(ii)计算确定各个水体的水下光衰减系数；获取各个水体样品的浊度；将得到的各个水体的水下光衰减系数、各个水体样品的浊度进行拟合得到关系式(ii)，具体为：k＝(2.39
±
0.20)+(0.14
±
0.013)
×
tur,r2＝0.62。关于拟合关系示意图可参见图2。
[0094]
s3)建立关系式(iv)
[0095]
通过测定各个水体样品的浊度tur和相应的透明度sdd(透明度sdd是通过secchi透明度圆盘测得)，获得一系列浊度、透明度数据，将浊度和透明度数据均进行lg转换，经转换后的sdd和tur具有较好的一元线性关系(参见图3)，经线性拟合得到关系式(iv)，本示例中，关系式(iv)具体为tur＝10
(2.48243-lg(sdd))/0.68243
。关于拟合关系示意图可参见图3。
[0096]
在一种实施方式中，步骤2)所确定的生长抑制参数为水体的浊度，例如对于目标
藻类，其在某一特定的水体浊度下将会受到生长抑制。步骤3)中，主要包括如下环节：确定将要被投加至水体中的颗粒物的粒度参数和om值，将作为生长抑制参数的水体的浊度、将要被投加至水体中的颗粒物的粒度参数值(与关系式(i)中的粒度参数dx对应)和om值代入已经建立的关系式(i)中计算得到悬浮颗粒物浓度，由此确定水体中预期的悬浮颗粒物浓度条件。在步骤4)中，根据已经确定水体中预期的悬浮颗粒物浓度条件向水体中投加所需量的待投加的颗粒物，可以实现抑制目标藻类生长的目的。该实施例方式中，可以根据悬浮颗粒物的粒度参数值和om值结合作为生长抑制参数的水体浊度来确定达到目标浊度所需的悬浮颗粒物浓度。
[0097]
在另一种实施方式中，步骤2)所确定的生长抑制参数为辐照度，例如对于目标藻类，其在某一辐照度下将会受到生长抑制。步骤3)中，主要包括如下环节：将作为生长抑制参数的上述辐照度作为关系式(ii)中的e(z)的取值，并确定水体的水表面的辐照度e(0)，将e(z)、将e(0)水体的预设深度z代入关系式(ii)中计算得到水下光衰减系数k；
[0098]
将计算得到的水下光衰减系数k代入已经建立的关系式(iii)中计算得到水体的浊度。将计算得到的水体的浊度，以及预先确定的将要被投加至水体中的颗粒物的粒度参数(对应关系式(i)中的dx)和om值，代入已经建立的关系式(i)中计算得到悬浮颗粒物浓度，由此确定水体预期的悬浮颗粒物浓度条件。之后，在步骤4)中，根据已经确定的水体预期的悬浮颗粒物浓度条件向水体中投加悬浮颗粒物，可以实现抑制目标藻类生长的目的。
[0099]
在另一种实施方式中，步骤2)所确定的生长抑制参数为水体的透明度，例如对于目标藻类，其在某一特定的水体透明度下将会受到生长抑制；或者不方便测试浊度，而便于测试水体的透明度时，可以按照如下方式进行步骤3)：步骤3)中，将作为生长抑制参数的水体的透明度代入已经建立的关系式(iv)中计算得到水体的浊度。然后，将预先确定的将要被投加至水体中的颗粒物的粒度参数(与关系式(i)中的dx对应)和om值，以及计算得到的水体的浊度代入已经建立的关系式(i)中计算得到悬浮颗粒物浓度，由此确定水体预期的所述悬浮颗粒物浓度条件。之后，在步骤4)中，根据已经确定的悬浮颗粒物浓度条件向水体中投加颗粒物，可以实现抑制目标藻类生长的目的。
[0100]
本发明提供方法中，可以通过多种不同的生长抑制参数信息灵活确定达到目标藻类生长抑制所需的水体中悬浮颗粒物浓度，通过投加所需量的颗粒物就能实现目标藻类的生长抑制目的，方便灵活，易于实施。且本发明所建立的关系模型中，浊度与辐照度，浊度和水体透明度之间均能够建立转换关系，最终可以通过浊度与悬浮颗粒物浓度、粒度参数和om值之间的关系式指导悬浮颗粒物的投加操作，能够基于待投加颗粒物的粒度参数和om值配合浊度来确定悬浮颗粒物浓度，对颗粒物的投加以及实现目标藻类的生长抑制具有实操性强的指导作用。
[0101]
较佳实施方式中，步骤4)中，向水体中投加颗粒物之后，持续监测水体的相关参数，当水体不能达到生长抑制参数的要求时，可以再次投加颗粒物，例如再次投加满足前述步骤3)中的粒度参数和om值的待投加颗粒物，例如使沉积在水体中的颗粒物再悬浮，从而再次达到所需的悬浮颗粒物浓度，并满足生长抑制参数的要求，实现对目标藻类的持续抑制生长的目的。或者，步骤4)中，投加所述颗粒物之后，持续监测所述水体，当所述水体不能达到所述生长抑制参数的要求时，调整所述待投加颗粒物的粒度参数和/或om值，例如降低待投加颗粒物的粒度，例如增加待投加颗粒物的om值等以利于增加颗粒物的悬浮性，即重
新选择待投加颗粒物，根据所述步骤3)重新确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件；之后根据重新确定的所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件向所述水体中投加颗粒物。
[0102]
本发明的步骤4)中，颗粒物可以通过干法或湿法投加。步骤4)中，用于投加的颗粒物可以选自粘土矿物、水厂(例如自来水厂)的沉淀池排泥、活性污泥、自然水体的底泥和无害的工业废弃颗粒物(例如粉煤灰等)中的一种或多种；其中粘土矿物可以是天然或商品粘土矿物，例如岸边土壤、沉积物、高岭土、硅藻土和膨润土等。
[0103]
为了便于理解本发明，下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。应该理解，下述实施例仅是为了更好的理解本发明，并不意味着本发明仅局限于以下实施例。
[0104]
实施例1
[0105]
本实施例的目标藻类是刚毛藻。
[0106]
刚毛藻是一种丝状绿色大型藻类(绿藻门，枝藻科)，在富营养化湖泊中经常会导致丝状刚毛藻的暴发，这会影响沉水植物的生长和植被的恢复，而在一些人工输水渠道中也经常出现刚毛藻暴发的情况，大量刚毛藻生物量随水力冲刷向下游移动，可能对水厂制水造水造成困扰。已有研究发现水体透明度可以影响刚毛藻的生长，透明度会影响水下光强度进而影响藻类光合作用，同时浊度的降低会扩大刚毛藻在水生植物表面定居的可用面积，从而增加其丰度；刚毛藻生长受到抑制的水体透明度对应的水体浊度为20ntu左右(郭亮亮等人.2022)。
[0107]
本实施例中，挑选某村内面积600m2，平均水深2m水塘进行实验，在水塘中部搭建6个封闭围格(通过聚乙烯透明薄膜进行封闭围格的构建)进行实验，实验编号分别记为b1(空白对照)、b2、b3、b4、b5、b6。在实验期间，每周固定时间进行围隔内单位面积内藻生物量采集，每个围格平行采取五个重复样品。收集的刚毛藻样品在去离子水流冲洗下去除附着物，通过称重每个样品中的湿重生物量，之后在60℃下将样品干燥至恒重，并根据样品的湿重/干重比计算每个样品中的总干质量来估计单位面积生物量。水体的浊度是通过便携式多参数水质分析仪(ysi professional plus)获得，水体的透明度通过secchi透明度圆盘测得。本实验设计的浊度梯度为：5ntu、10ntu、15ntu，20ntu、25ntu。围格中未投加悬浮颗粒物之前的水体的初始浊度为2.2ntu。
[0108]
预先确定将要被投加的颗粒物为高纯度高岭土(山麟石语矿产品有限公司，纯度》99.5％)，其om值为0，d50为1μm。将上述设计的各个浊度扣除水体的初始浊度，以及已经确定的悬浮颗粒物的om值、d50代入关系式(i)(tur＝0.89spm-0.08d50+6.56om2)中进行计算，得到与前述设计的浊度梯度5ntu、10ntu、15ntu，20ntu、25ntu分别对应的悬浮颗粒物浓度(即spm值)：3.24mg/l、8.85mg/l、14.47mg/l、22.34mg/l、25.70mg/l。
[0109]
根据上述计算得到的悬浮颗粒度浓度梯度向围格中投加颗粒物。测定投加颗粒物后的水体的浊度，即实际浊度，将实际浊度和预期浊度(即前述实验设计的浊度)进行对比，参见图4的左图；从图中可见，投加颗粒物后的实际浊度和预期浊度虽然存在一些偏差，但是二者非常接近；存在偏差的原因可能是由于水体浊度不仅受悬浮颗粒物影响，还受水体中有色溶解有机物以及颗粒物絮凝等过程的影响。
[0110]
在整个实验过程中，所获得的围格中估算的单位面积生物量和相对于浊度之间的关系如图4中右图所示，由于投加的悬浮颗粒物在沉降过程中会导致围格浊度处于一个变化过程中，因此可以在五个封闭围格中获取到多个不同浊度对应生物量的数据，图中最大
浊度值26ntu出现在25ntu实验组中，最小浊度值2ntu出现在空白对照组。从该图结果可以表明，当浊度超过20ntu时，生物量维持在一个较低的水平，说明刚毛藻生长受到抑制。同时，当浊度小于5ntu时，生物量和空白对照组的生物量无显著差异，说明当浊度小于5ntu时刚毛藻的生物量不受浊度的影响。在实验过程中，浊度达到10ntu以上的围格中，原本其水体中具有较高的刚毛藻生物量，颗粒物投加后，生物量开始降低；浊度达到20ntu的围格中，生物量降至最低，而浊度在10-20ntu范围内的围格，生物量降低的速度最快。
[0111]
从以上实验结果可见，本实施例，通过相应关系模型，基于待投加颗粒物的粒度参数和om值以及所确定的生长抑制参数来确定悬浮颗粒物浓度条件，根据所确定的悬浮颗粒物浓度条件向水体内投加颗粒物，能够达到防控刚毛藻暴发的效果。总的来说，本实施例所开展的原位实验的模拟结果与已有研究中水体浊度与刚毛藻生物量的关系规律是相似的。
[0112]
实施例2
[0113]
本实施例的目标藻类是铜绿微囊藻(microcystis aeruginosa,fachb 905，来自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库)。以往研究发现铜绿微囊藻的最适生长光照强度(即辐照度)为77.4μmol/(m2.s)(陈雪初等，2007)，饱和光照强度为40-100μmol/(m2.s)(王崇等，2010)。
[0114]
试验在光照培养箱中采用5l敞口烧杯(即培养瓶)进行培养，烧杯外围以锡箔纸包裹避免侧面光照的影响，培养温度为25℃，昼夜比14h：10h。由于培养瓶深度较低，为模拟自然条件下的日平均光照情况，设定光照培养箱的光照强度为200μmol/(m2.s)。
[0115]
将培养瓶中的平均光照强度(即辐照度)梯度设计为10、20、40、70、100和120μmol/(m2.s)，即辐照度e(z)的设计梯度。采用培养瓶水面以下20cm作为平均光照强度替代深度，即预设深度z＝0.2m。培养瓶的水表面的辐照度e(0)为200μmol/(m2.s)；将e(z)、e(0)和z代入关系式(ii)：
[0116][0117]
计算得到和设计的各个辐照度对应的k值，分别为：15.0、11.5、8.0、5.2、3.5、2.6
[0118]
将上述计算得到的各个k值分别代入关系式(iii)(k＝(2.39
±
0.20)+(0.14
±
0.013)
×
tur)中，计算得到对应的浊度梯度(即预期浊度)分别为：90ntu、65ntu、40ntu、20ntu、8ntu、2ntu。
[0119]
将要被投加的颗粒物与实施例1相同，其om值为0，粒径d50为1μm。将上述计算得到的浊度梯度中的各个浊度和已经确定的颗粒物的om值、d50代入关系式(i)(tur＝0.89spm-0.08d50+6.56om2))中进行计算，得到各个浊度梯度分别对应的悬浮颗粒物浓度(即spm值)：101mg/l、73mg/l、45mg/l、23mg/l，9mg/l，2mg/l。
[0120]
根据上述计算得到的悬浮颗粒物浓度向培养瓶中投加相应量的颗粒物，投加后在摇床里混合均匀并进行铜绿微囊藻的培养。分别于实验第1、2、5、7、12、14、16d取样，并测定浊度及细胞密度，发现投加颗粒物后的实际浊度和预期浊度非常接近，与实施例1结果类似；在实验过程中，如出现浊度低于上述预期浊度时，可额外进行颗粒物的投加以达到预期浊度。
[0121]
实验结果参见图5。图5中各曲线分别对应预先设计的各辐照度的实验组中在不同实验天数时测定的细胞密度。
[0122]
从图5中可以看出，不同实验组中，悬浮颗粒物调控的不同水下光照条件下铜绿微囊藻的生长表现出极大的差异。e(z)取值为10μmol/(m2·
s)和20μmol/(m2·
s)的实验组中，整个实验过程中细胞密度均小于1
×
106cells/ml，说明高浊度条件下的低光照环境限制了铜绿微囊藻的生长，投加少量颗粒物的e(z)取值为120μmol/(m2·
s)的实验组中也发生了一定的光限制现象，其细胞密度要低于e(z)取值为40-100μmol/(m2·
s)实验组。
[0123]
从本实施例的实验结果可见，获取铜绿微囊藻的最适生长光照强度和饱和光照强度信息后，能够预测出抑制铜绿微囊藻的辐照度参数，进而通过本发明的关系模型，可以基于待投加颗粒物的粒度参数和om值以及所确定的生长抑制参数来确定悬浮颗粒物浓度条件，依据计算得到的悬浮颗粒物浓度数据向水体中投加颗粒物，能够实现铜绿微囊藻的生长抑制目的。
[0124]
在实验室条件下，通过颗粒物投加控制浊度及光衰减系数改变水下光照强度，观测不同水下光照强度下铜绿微囊藻的生长情况，我们可以发现通过本发明提出的颗粒物投加调控方法及相对应的关系体系，可以有效控制水下光照情况，并且通过实验我们发现，针对铜绿微囊藻这种有毒蓝藻来说，低光照条件(20μmol/(m2·
s)以下)可以有效抑制藻类的生长。
[0125]
容易理解的，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并不意味着本发明仅局限于此。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种利用悬浮颗粒物投加抑制目标藻类生长的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定水体中需要抑制生长的目标藻类；2)确定抑制所述目标藻类生长的生长抑制参数，所述生长抑制参数包括水体的浊度、辐照度、水体的透明度中的至少一种；3)确定待投加颗粒物的粒度参数和om值，根据所述生长抑制参数、所述粒度参数和所述om值确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件；4)根据所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件向所述水体中投加所述颗粒物以抑制所述目标藻类的生长。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，通过将所述生长抑制参数、所述粒度参数和所述om值代入预先建立的关系模型中进行计算以确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件；所述关系模型包括关系式(i)，所述关系式(i)为水体的浊度与水体的悬浮颗粒物浓度、悬浮颗粒物的粒度参数及悬浮颗粒物的om值之间的关系式；优选的，所述关系式(i)通过如下方式建立：获取多个水体样品，获取各个水体样品的浊度、悬浮颗粒物浓度和悬浮颗粒物的粒度参数，获取各个所述水体样品中的悬浮颗粒物的om值，通过拟合得到所述浊度与所述悬浮颗粒物浓度、悬浮颗粒物的粒度参数和所述悬浮颗粒物的om值之间的关系式(i)：tur＝α1spm+α2dx+α3om2(i)；其中，tur为水体的浊度，单位为ntu；spm为水体的悬浮颗粒物浓度，单位为mg/l；om2＝exp(-om)；dx为悬浮颗粒物的粒度参数，单位为μm；α1、α2、α3为所述关系式(i)中的系数；优选的，所述粒度参数为d10、d50、d60或d90。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述生长抑制参数为水体的浊度，所述步骤3)中，将作为所述生长抑制参数的所述水体的浊度以及所述待投加的颗粒物的粒度参数和om值代入所述关系式(i)中计算得到悬浮颗粒物浓度，由此确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关系模型还包括关系式(ii)和关系式(iii)；其中，所述关系式(ii)为辐照度与水下光衰减系数之间的关系式，所述关系式(ii)为：其中，k为水下光衰减系数；z为水体的预设深度，单位m；e(z)为水体在预设深度z的辐照度，e(0)为水表面的辐照度，e(z)和e(0)的单位为μmol/(m2.s)；所述关系式(iii)为水下光衰减系数与水体的浊度之间的关系式；优选的，所述关系式(iii)通过如下方式建立：在多个水体中获取水体样品，获取各个水体的e(0)和e(z)，根据关系式(ii)确定各个水体的水下光衰减系数；获取各个水体样品的浊度，根据所述各个水体的水下光衰减系数和所述各个水体样品的浊度通过拟合得到所述水下光衰减系数与水体的浊度之间的线性关系式：k＝a+b*tur(iii)
其中，tur为水体的浊度，单位为ntu；b为所述关系式(iii)的斜率，a为所述关系式(iii)的截距。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述生长抑制参数为辐照度，将该辐照度作为关系式(ii)中的e(z)的取值，获取水体的水表面的辐照度e(0)，将预设深度z、e(z)、e(0)代入关系式(ii)中获得水体的水下光衰减系数；将所述水下光衰减系数k代入所述关系式(iii)中计算得到水体的浊度；将计算得到的水体的浊度以及所述待投加的颗粒物的粒度参数和om值代入所述关系式(i)中计算得到悬浮颗粒物浓度，由此确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关系模型还包括关系式(iv)，所述关系式(iv)为水体的浊度与水体的透明度之间的关系式；优选的，所述关系式(iv)通过如下方式建立：获取各个水体样品的浊度和透明度，将所述浊度和所述透明度的数值分别进行lg对数转换后再进行线性拟合，得到所述水体的浊度与水体的透明度之间的关系式：log(sdd)＝a+b
×
log(tur)
ꢀꢀ
(ⅳ)其中sdd为水体的透明度，单位cm；tur为水体的浊度，单位为ntu；b为所述关系式(
ⅰⅴ
)的斜率，a为所述关系式(
ⅰⅴ
)的截距。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述生长抑制参数为水体的透明度，所述步骤3)中，将作为生长抑制参数的所述水体的透明度代入所述关系式(iv)中计算得到水体的浊度；将计算得到的所述水体的浊度以及所述待投加的颗粒物的粒度参数和om值代入所述关系式(i)中计算得到悬浮颗粒物浓度，由此确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件。8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤4)中，投加所述颗粒物之后，持续监测所述水体，当所述水体不能达到所述生长抑制参数的要求时，再次投加所述颗粒物；或者，步骤4)中，投加所述颗粒物之后，持续监测所述水体，当所述水体不能达到所述生长抑制参数的要求时，调整所述待投加颗粒物的粒度参数和/或om值，根据所述步骤3)重新确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件；之后根据重新确定的所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件向所述水体中投加颗粒物。9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述颗粒物通过干法或湿法投加；和/或，步骤4)中，所述待投加的颗粒物选自粘土矿物、水厂的沉淀池排泥、活性污泥、自然水体的底泥和无害的工业废弃颗粒物中的一种或多种。10.权利要求1-9任一项所述的方法的应用，其特征在于，所述方法在藻华防控或水质调控中应用。

技术总结
本发明提供一种利用悬浮颗粒物投加抑制目标藻类生长的方法，本发明通过所获得的目标藻类的生长抑制参数、待投加的颗粒物的粒度和OM值确定水体中预期的悬浮颗粒物浓度，基于此向水体中投加特定粒度和OM值的颗粒物，从而实现抑制目标藻类生长的目的。所述方法包括如下步骤：1)确定水体中需要抑制生长的目标藻类；2)确定抑制所述目标藻类生长的生长抑制参数；3)确定待投加颗粒物的粒度参数和OM值，根据所述生长抑制参数、所述粒度参数和所述OM值确定所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件；4)根据所述水体预期的悬浮颗粒物浓度条件向所述水体中投加所述颗粒物以抑制所述目标藻类的生长。中投加所述颗粒物以抑制所述目标藻类的生长。中投加所述颗粒物以抑制所述目标藻类的生长。


技术研发人员：张洪刚 刘凡 杨敏 于建伟
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/12