富营养化饮用水源地遮光控藻技术研究

论文摘要

随着经济的发展,我国许多作为饮用水源地的湖泊和水库富营养化严重,水华频发,对我国的饮用水安全造成威胁。如2007年的太湖水危机事件,导致了无锡市全面停水,影响了当地人民的正常生活。本论文研究了光照对藻类生长的影响,提出了以降低水下光照度为核心的遮光控藻技术。通过遮光来降低水下光照度,限制藻类的光合作用,抑制藻类的增殖,达到控藻的效果。本研究表明,遮光控藻见效较快,能够在7-9d的时间内有效地降低水体中的藻类浓度,在小试和中试中都通过7-9天的遮光将水体中的叶绿素a浓度从100μg?L-1以上降至20μg?L-1左右;遮光可以作为一种应急控藻手段,或者在水华易发期预先进行遮光,防止藻类的爆发性增殖,具有一定的应用前景。实验研究表明:1.在BG-11培养基中,4300lx的光照度最适宜铜绿微囊藻生长;光照度低于500lx时,光成为藻类增殖的限制因子,藻类比增殖速率显著下降;光照度小于120lx时,藻类比增殖速率为负值,藻处于内源呼吸状态,藻细胞密度呈衰亡趋势;2.在水源水接种铜绿微囊藻后,当光照度低于500lx时,铜绿微囊藻生长受到明显的光限制,平均比增殖速率为-0.13d-1,藻细胞密度一直处于下降的趋势。可见低于500lx的光照度可以有效控制藻类增殖。3.选用市售遮阳网作为遮光材料,能够有效降低水下光照度。遮光将水体表层地光照度从10000lx降至2000lx左右,而超过80%的地方在上午9点前和下午3点后均处于500lx甚至更低的光照水平上,为抑制藻类增殖创造了条件。4.在围隔内诱发水华后,晴天时围隔底层1.25m深处叶绿素a浓度最高,为表层水体的2.2倍;而阴天时,微囊藻在水体中层分布较多,水下0.65米处的叶绿素a浓度比表层多29%;对围隔实施遮光后,水体表层藻类浓度较高,表层叶绿素a浓度为底层的1.6倍,可见遮光将藻类集中分布的水深向水体表面移动,遮光有效改变了微囊藻在水下的分布。5.第一次遮光实验在7天内,将围隔内水体叶绿素a浓度由176.9μg?L-1降至21.4μg?L-1;第二次遮光实验在9天内将围隔内叶绿素a浓度从97.8μg?L-1降至33.2μg?L-1,围隔内水华得到有效控制。说明物理遮光能够限制藻类的光合作用,降低水体藻类生物量,防止藻类水华的发生。6.在遮光控藻的中试研究中,经过9天的遮光,叶绿素a浓度、浊度和COD都显著下降,去除率分别为73.9%、67.3%和77.7%,证实了遮光法控藻的可行性。这提供了一种新的控藻思路,即从限制光照度出发,通过工程手段调控饮用水源地取水口附近水域光照度,限制藻类光合作用,有可能在较短的停留时间内、较低成本条件下将藻类浓度削减到很低水平。7.采用市售遮阳网作为遮光材料,利用竹框架或塑料泡沫板来提供浮力,可以制作出能抵御一定风力并能漂浮于水面的遮光结构;在遮阳网上种植水生植物,可以形成良好的水面景观,同时提高了遮光效果,在遮光的同时又可以去除水体中的氮磷物质,形成生态遮光工艺。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 我国水体富营养化现状
• 1.2 饮用水源地富营养化控制
• 1.2.1 给水厂除藻技术
• 1.2.2 水源地原位控藻技术
• 1.2.3 湖库综合治理和修复技术
• 1.3 遮光控藻
• 1.3.1 光在水下的状况
• 1.3.2 藻类的光合作用
• 1.3.3 通过遮光来控制藻类生长
• 第二章 研究内容和方法
• 2.1 研究内容
• 2.1.1 课题来源
• 2.1.2 研究目的与内容
• 2.1.3 技术路线
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 测定方法
• 第三章 光照度对铜绿微囊藻生长的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 藻种
• 3.1.2 培养基
• 3.1.3 实验方法
• 3.1.4 数据处理
• 3.2 光照度对铜绿微囊藻在BG-11 培养基中生长的影响
• 3.3 光照对水源水藻类增殖的影响
• 3.3.1 长江口源水的藻类增殖潜力分析
• 3.3.2 水下光照度对水源水藻类增殖的影响
• 3.3.3 长江口边滩水库的富营养化风险
• 3.4 结论
• 第四章 遮光对天然水体中藻类的控制效果
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 藻种
• 4.1.2 培养基
• 4.1.3 实验方法
• 4.1.4 数据处理
• 4.2 遮光对水下光照度的影响
• 4.2.1 遮光材料对水下光照度的影响
• 4.2.2 围隔内水下光照度的日变化
• 4.3 遮光控藻的实际效果
• 4.3.1 遮光对水柱内藻类的控制
• 4.3.2 遮光对围隔内藻类的控制
• 4.3.3 围隔内藻类浓度的变化与溶解氧浓度的关系
• 4.4 遮光过程中围隔内藻类的时空分布
• 4.4.1 遮光后藻类在一天内随水深的变化规律
• 4.4.2 遮光后铜绿微囊藻的空间分布规律
• 4.5 结论
• 第五章 遮光控藻的中试研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 中试区概况
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 遮光处理对水下光照度的影响
• 5.2.2 叶绿素a 浓度的变化
• 5.2.3 浊度、COD、DO 及营养盐浓度的变化
• 5.2.4 遮光处理后的净生产量
• 5.3 结论
• 第六章 生态遮光工艺的开发
• 6.1 遮光结构设计
• 6.2 遮光结构实施案例
• 6.2.1 案例一
• 6.2.2 案例二
• 6.3 构建生态遮光区去除水源地藻类
• 第七章 全文总结
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 致谢