本發明涉及一種依靠高鋁水泥-短纖維系統基礎上沉藻和底泥鈍化的微囊藻水華治理工藝。
背景技術：
近代從1940年代開始，世界范圍內陸續出現微囊藻水華問題，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的增加，造成水體富營養化，從而近海海水和淡水湖泊中水華現象頻繁發生，以致成為世界性公害。
根據諸多水華爆發事件的分析和實驗室內藍藻培育實踐的相關資料，一般認為藍藻類爆發的物質基礎是水體富營養化，即限制性營養元素在水體中的富集，其最為關鍵的是氮、磷及其比例(包括有機態和無機態的氮磷)。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物質，如部分微生物/代謝物等也能成為某些水華現象爆發的原因。氣象和理化因子，如光、熱、風、雨等，是影響藍藻水華爆發的重要因素。物種之間的競爭和消費者等相互作用也會影響藍藻的增殖與水華爆發。
有一些現生的藍藻在光照條件但H2S豐富的厭氧環境中可進行非釋氧的光合作用，生成硫和有機物，實驗條件下許多藍藻在黑暗環境中利用有機化合物進行異養生長，但一般來講藍藻的異養生長比光合自養生長慢。微囊藻具繁殖和光譜利用范圍上的特點，具體表現為：(一)在一般光強和光質下，微囊藻的光合效率低于硅藻、綠藻等，因而對CO2和無機礦物的攝取能力相對較弱，表現為劣勢種群；但在弱光或強光下，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，提高其競爭優勢，同時又能適應高光強的紫外線的干擾，抗逆性好，適應性更強。(二)微囊藻結構上與細菌類似，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勢種群，從而獲得對同一生態位競爭上的優勢。(三)微囊藻具偽空泡結構，具備自主上浮和下沉的能力，從而可迅速在水體表面富集，優先截取和利用光能，同時亦可下沉至底泥附近獲取營養物質，因此微囊藻種群迅速擴大成為優勢種并保持其優勢地位。
從時間尺度上分析，藍藻的行為表現為周期性特征，即每年5-9月份發生的周期性特征。每個周期中，藍藻在水體中增殖與爆發連續的過程，在表觀上表現為一定的階段性。具體來講，藍藻水華的發生可劃分為四個階段，即休眠、誘發、增殖、聚集/上浮。
目前主要應急應對微囊藻水華的辦法有：沉藻(方法是加重藻團，如粘土、各種有較強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避藍藻重新上浮)、浮藻(如陳楷翰等纖維增韌絮凝自氣浮發明專利系列與藥劑飛播技術結合Zl201010121671.5、zl201010121672.x、zl201010121543.0、，以及理論上不耐水面風浪剪切的傳統氣浮技術)+捕撈船、各種直接物理和化學殺藻技術(如過氧化氫、銅離子、碘伏等處理殺藍藻的技術)、水文技術攔截和富集藻(如擾流壩或擾流隔網富集等)。
粘土沉藻存在較大的環境風險：下沉藻類和粘土復合物在風浪干擾下容易重新分離；下沉時間長后，腐爛的藍藻分解產物無法被粘土吸收而重新進入水體污染水質。化學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難度。
目前，使用鋁酸鈣類礦物處理藍藻的發明專利如CN201410614113.0：一種環保復合粉狀藍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藻。
鑒于此，本案發明人對上述問題進行深入研究，遂有本案產生。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種操作容易、環境風險小的依靠高鋁水泥-短纖維系統基礎上沉藻和底泥鈍化的微囊藻水華治理工藝。
為了達到上述目的，本發明采用這樣的技術方案：
一種依靠高鋁水泥-短纖維系統基礎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。
作為本發明的一種優選方式，所述輔助陽離子型絮凝劑為鋁鹽、陽離子有機絮凝劑或者鐵鹽。
作為本發明的一種優選方式，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品鐵鹽絮凝劑，由于含鐵凝膠易晶化，強度低，還原氣氛下易變質，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。
作為本發明的一種優選方式，所述陽離子有機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。
作為本發明的一種優選方式，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。
作為本發明的一種優選方式，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吸附藍藻和懸浮物，同時能夠減少整個混合物的成本。
作為本發明的一種優選方式，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，可與藍藻表面多糖層交聯而聚集藍藻，同時對菌群生長有益。
作為本發明的一種優選方式，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藻，但必須絮凝劑組合才容易成絮團下沉。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致水體PH超標，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)，但最合適的是預先單獨投放，而非與本發明混合物復合，目的是給底泥提供氧，以及氧化底泥的硫離子。
作為本發明的一種優選方式，所述混合物的投放時間為藍藻下沉過冬的冬天，此時藍藻集中，捕捉下沉并封閉底泥后，藍藻基本無法脫離凝膠束縛，死亡分解產物大部分被吸收，到此第二年藍藻種源大幅減少，底泥營養物進入水體數量大幅減少，從而大比例規避或減少來年藍藻爆發。也可在藍藻大量出現但水華尚未爆發時使用，以應急規避藍藻水華的爆發，但用量相對較高，且去除效率沒有冬天好。本發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。
作為本發明的一種優選方式，所述短纖維的長度為0.1～10cm。
本發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藻及藍藻分解物—磷、有機物的能力，藥劑進入水中后可吸附水體中懸浮物(包括藍藻、綠藻、懸浮物等)并下沉到水底。此時高鋁水泥逐漸水化，生成具有極強捕捉磷和有機酸的鋁酸鈣水合礦物，以及有很強絮凝、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在水體，有機酸和磷酸根、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度高，吸附并包埋藍藻、懸浮物的能力強，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度的松散復合絮凝體，一方面才可抵御風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，才可抵御底泥發酵氣體的沖擊而減少破裂，導致高營養鹽和有機物的底泥營養水大量進入水體。本發明具有操作簡便、環境風險小的優點。高鋁水泥類礦物具備粘附捕捉水體懸浮物并下沉，繼續水解包埋懸浮物并在水下凝固的特點尚未公知，進而，水中凝固時候必須有短纖維存在才能抵御風浪沖擊、水底固化時必須有短纖維增韌否則極易被底泥發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，是本發明專利申請的基礎與關鍵保護對象。
具體實施方式
為了進一步解釋本發明的技術方案，下面結合實施例進行詳細闡述。
實施案例一：
泉州某魚池養魚，夏季藻類水華爆發，優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個月后藍藻有滋生，但數量大為減少，透光度已提高到42厘米。處理過程無魚類死亡現象。
另一口魚池銅綠微囊藻爆發狀況近似，但依然使用該配方，在冬天(1月)藍藻下沉到下部水體，水質觀感暗黃，透光度大約30厘米的狀況下，進行投放，發現水體渾濁后形成大量絮凝體下沉，水色輕微好轉，透光度大約40厘米，但直至夏天，該魚池銅綠微囊藻未爆發，且水色持續優化，呈嫩綠色，透光度大于60厘米。處理過程無魚類死亡現象。優勢浮游藻種為小球藻和硅藻，底泥部分有底棲藍藻和菌共存，取樣發現緊貼礦物凝膠層成長，合理解釋是藍藻被藥劑捕捉后包埋抑制，無法上浮繁殖，導致小球藻和硅藻占據其生態位，泥——水界面交換的營養物被礦物凝膠層吸收。
實施案例二：
泉州市某養豬場附近池塘因養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)和石灰對底泥進行中和和封閉氧化后，黑臭消失，底泥變為褐紅色并且大幅壓縮，但不久后水中大量出現銅綠微囊藻。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日內轉化為凝膠，此時補充投放外來的小球藻水作為藻種，次年水體變為小球藻優勢水體，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，難以低于風浪沖刷)，玻璃纖維10份，2份陽離子度25的聚丙烯酰胺(預先磨細到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。該配方被發明人大量用于城市湖泊應急撒播修復藍藻爆發中。
本發明的產品形式并非限于本案實施例，任何人對其進行類似思路的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明的專利范疇。