食藻虫引导的水下生态修复技术(2003)

食藻虫引导的水下生态修复技术 一、食藻虫引导的生态修复技术原理食藻虫生态修复的技术原理是一种综合生物治理技术，其核心思想是首先利用食藻虫摄食藻类，降低密度，提高透明度；继而恢复沉水植被，沉水植被恢复后水体持续变清，并通过它感作用抑制蓝藻发生；沉水植被又通过光合作用把大量的溶解氧带入底泥，使淤泥中的氧化还原电位升高，促进底栖生物包括水生昆虫、蠕虫、螺、贝的滋生，进而使底泥生态恢复自净，进一步使湖水水体保持稳定清澈状态；最后有计划地放入鱼、虾、蟹等原有土著水生动物，增加水体生物多样性，形成良好的水生态系统，恢复原有的生态系统服务功能，并源源不断地向人们输出绿色生态的优质水产品。食藻虫吃藻、食腐屑、噬菌水下森林、水下草皮促进水体变清 生物操纵调节食物链，植物蛋白转为动物蛋白形成水体自净富营养资源化食藻虫控藻引导生态修复原理二、食藻虫简介食藻虫是一种低等咸淡水甲壳浮游动物，通俗地理解，也是虾、蟹类甲壳动物的祖先。食藻虫平均个体5.5-6.5mm,生存周期为45天，经过驯化可以专门摄食蓝绿藻，成为蓝藻天敌。经人工驯化改良后，食藻虫比天然个体体积大，摄食能力强，这种食藻虫不仅喜欢吃蓝藻，而且还能转化蓝藻毒素，适应藻类爆发的水体环境，能将蓝藻胶团中滤食性鱼类不易消化的胶状物质消化吸收。在实验室里，只见一缸布满蓝绿藻的水，放进相应比例的食藻虫后，24小时便澄清了，而且食藻虫细沙般的排泄物，对水底植物非常滋润。食藻虫繁殖力极强，平均每3天繁殖一代，每条食藻虫一生可繁殖3000条幼虫。正因为它的产出多，所以它的进食量也大，1公斤约40万条食藻虫，1天便能吃掉10吨水中的蓝绿藻，可以说它是藻害的天然“克星”。三、生态安全性在一种生物引入某一新水体之前必须要能够保证这种生物对该水体不至于造成新的危害。许多专家对此进行过大量的研究，有如下的理由保证食藻虫不至于对水体造成新的污染： 1、食藻虫是从其它湖泊采集后经驯化而得，开不是一个新物种，它的野生种群在我国的湖泊中早有分布； 2、当水体富营养化程度下降导致蓝藻无法大量繁殖后食藻虫也会因为得不到足够有效的营养而难以维持其种群的增长，其种群生物量必然下降； 3、食藻虫是水体初级消费者，食藻虫的天敌太多因而很容易被消灭。食藻虫营养丰富，鱼、虾、蟹十分喜食，还有一些水生昆虫如华椿、仰椿也喜食食藻虫(目前因为许多水体严重富营养化，蓝藻水华频繁大规摸暴发，这些水生昆虫已基本绝迹，但一旦水体生态恢复后则这些昆虫又会大量出现)。 因此，将食藻虫引入水体后决不会造成新的危害 (即生物污染)。用食藻虫控制蓝藻水华暴发、恢复水体原有生态的安全性是有保障的。四、技术分析项目是利用人工驯化后的浮游动物食藻虫进行生物控藻，食藻虫是构建生态恢复过程至关重要的食物链和生物链环节，只有通过食藻虫才能引爆这个生态恢复的水体生物多样性大爆炸。在构建完整的食物链、网基础上，形成良性循环的生态链，在生态链基础上构建产业链，使生态链与产业链相结合，在外源点源污染截流的情况下，彻底控制湖泊富营养化水体的蓝藻暴发，扭转湖泊富营养化发展进程，基本恢复富营养化湖泊原有水草繁茂、水体清澈的生态并保持相当的稳定性，使污染物资源化进而实现产业化。 治理完成后，在治理区域内将会形成良好的水生生态自净系统，水质在较短时期达到国家地表水III类水标准。水生生态自净系统形成后，合理投放的鱼、虾、蟹、螺、贝等又可形成丰富的高档绿色水产品资源，治理过程中产生的副产品食藻虫做为优质饲料又可推动诸如城市观赏鱼类等名贵鱼、虾、蟹产业的发展，甚至还可以将食藻虫深加工开发成优异的蛋白粉和其它特殊营养保健品。五、主要技术关键及创新点 食藻虫控藻引导水体生态恢复的核心技术关键是食藻虫引起水体沉水植被的种群生态恢复。 一般水域环境中随着富营养化程度的推进，单细胞藻类会优于沉水植物，得以迅速地繁殖发展，如果缺乏食藻动物的有效控制，藻类就会遮住阳光，降低透明度，进一步影响沉水植物的萌发和生长，形成生态环境恶性循环。与单细胞藻类相对应的是，食藻虫也有爆炸性繁殖的机能，而且食藻虫消化蓝绿藻的同时，还会释放酸性的粪便和代谢产物，抑制单细胞藻类的再生。这样，食藻虫吃掉蓝绿藻，既可以增加水体透明度，又可以增加水质弱酸性，促进沉水植物的萌发和生长，最终形成水下森林。在形成水下森林的过程中，沉水植物产生大量的氧气，促进食藻虫由浅层向深层发展，同时食藻虫呼吸产生的大量二氧化碳又可以供给沉水植物作为光合作用的碳源，这种共生关系可以促使水体生态环境越来越趋于自净并形成良性循环。 恢复沉水植被抑制藻类的方法已有大量应用，国内外对此进行了广泛而深入的研究，任何退化水生态系统的修复如果要取得持久的效果都必须恢复沉水植被，沉水植被是淡水生态系统中主要的初级生产者，对维持湖泊、水库等淡水生态系统的结构和功能具有重要作用，沉水植被对水体有如下作用：阻止底泥的再悬浮，减少湖底水动力交换系数，从而使水体透明度保持稳定。很多水草对藻类生长有抑制作用，从而使水体变清：首先是竞争性抑制，因为水草和藻类同处于生态系统初级生产者的位置，两者提供物质和能量的生态学功能一致，因此必然存在对光和营养的利用方面的竞争；其次是很多水草可以分泌特定的生物活性物质抑制藻类的生长，也即水草对藻类有它感作用，对此国内外很多学者作过大量研究，它感现象的存在还吸引了大批学者对它感作用物质进行提取、分离和鉴定。沉水植被从水体和底泥中大量吸取营养盐，从而不断地净化水体，使内源污染下降，水体不断变清。沉水植被的存在可吸附储存生物碎屑于植物根部，增加底泥表层溶氧，而减缓底泥磷的释放，此外，沉水植被还为有利于有机物矿化分解的微生物群落提供了生境。 综观湖泊生态系统发育自然演替史，沉水植被在湖泊生态系统中起着不容忽视的重要作用，但是环境污染以及不合理的开发利用等，使得沉水植被在许多湖泊中消失，水体自净能力以及对干扰的缓冲能力急剧下降，水体也不断成为退化生态系统，水生态系统服务功能也日益丧失。各种沉水植被是健康水生态系统的重要组成部分，沉水植被恢复不仅表征着退化水生态系统的恢复而且会加速退化水生态系统的恢复和稳定恢复的效果。但沉水植被恢复存在很大的困难：第一，重富营养化的水体一般都存在较厚的淤泥，淤泥一般都厚达几十厘米到几米，且淤泥一般都处于缺氧状态，其氧化还原电位都比较低，种植的水草容易烂根，因此很难成活； 第二，富营养化水体透明度都很低，沉水植被得不到有效的光照以进行光合作用，这也严重影响了沉水植被恢复；第三，藻型富营养化水体一般酸碱度都很高，而沉水植物都喜弱酸性环境，这也不利于沉水植被恢复。 这些困难，目前采用食藻虫控藻技术已全部克服： 1、研究结果表明，食藻虫吃藻后肠道中富集了大量的有益微生物，这些有益微生物通过食藻虫的排泄物广泛地分布于淤泥中，再加上食藻虫的微量搅拌增氧作用，淤泥在有益微生物的作用下得到了良性分解，淤泥的氧化还原电位大大提高； 2、食藻虫吃藻后可以使水体保持很长一段时间透明见底； 3、食藻虫吃藻后，其排泄物呈弱酸性，一方面可以抑制喜碱性蓝藻的生长，另一方面可以促进喜弱酸性沉水植物的生长。这是目前为止其它湖泊生态恢复技术无法与之相比拟的。食藻虫的诞生，还给湖泊生态自净系统的恢复和生物链的良性循环带来一系列正面影响和希望。其中最重要的有两点：第一，由于蓝藻的消灭，增加了水体的透明度，让阳光可以直射水底，有利于水下森林沉水植物的萌发；第二，食藻虫消化吸收蓝藻后排出的粪便显酸性，会明显降低蓝藻爆发水体中的碱性，可以进一步抑制蓝藻的再次萌发，另一方面又使喜弱酸性的水下森林沉水植物重新获得适宜的生长环境，从根本上解决了湖泊中种植沉水植物的难题。通过食藻虫，接通了以下几条食物链：水体中氮、磷 单胞藻(蓝绿藻) 食藻虫水下森林 鱼虾鳖蟹 人 这样，将使得污染严重、死气沉沉的藻型化水体逐步走向生命力旺盛、水质清澈的草型化水体带来新的希望。 六、技术优势上海海洋大学何文辉教授科研团队经过十年的蓝藻驯化、提纯、复壮，驯化出蓝藻的天敌食藻虫（浮游动物），经过投入试验成功，发明了一项达到国内领先水平的水体生态修复生物操纵技术-食藻虫引导水生态修复技术。该项技术于2002年获得国家专利，专利号：02110588，其技术具有独创性，难以复制。何文辉教授驯化食藻虫用了7年多时间，只有在无性繁殖的条件下，它的后代才能传承驯化。他使用了活体保种的方式，保到现在都已经有900多代了。它的寿命一般为四五十天，一年大概能繁殖十代左右。因此，作为最保密的配方，他把一级保种放在了他家阳台上，二级保种和三级保种他才用于生产上。即使这些虫子别人拿了过去，也只能用一个多月，离开了这个配方，食藻虫就没办法再吃蓝藻了。七、技术产业化何文辉成立了上海太和水生态科技有限公司，旗下子公司包括：上海太和水生态科技有限公司（华东区）、九源清（北京）水生态有限公司（华北区）、广州太和水生态科技有限公司（华南区），并在上海金山区设有面积达20多万平方米的生产、科研基地。并拥有一批由教授、博士带领的强大的科研团队和具备多年实践经验的工程管理团队，公司董事长、首席科学家何文辉先生是上海海洋大学教授、水域环境生态上海高校工程研究中心副主任、“食藻虫”引导水生态修复技术发明者和中国水下生态修复主要发起人。公司与上海海洋大学、上海勘测设计研究院、浙江大学等学术机构紧密合作，形成持续的研发能力。太和公司专利核心技术包括：培育“食藻虫”治理水域蓝绿藻污染、“食藻虫”引导水体生态修复技术、沉水植被的培植及应用于水生态修复和水下景观建造、应用生物技术净化城市水源系统等技术，部分技术已获得中国及美国的专利或上海市科技进步奖，同时集成生态湿地、微生物、曝气等其它辅助技术共同组成水生态专项完整解决方案，该系统以其生物主导、“负碳”节能、多年长效、高透明度、景观出众、低化学品和零占用土地而成为国内外水体净化和生态修复的领先者。八、成功案例1.上海段浦河时间：2008-10-15 面积：25000 水深：1.52.5 m修复前水质：劣类水，水体发黑发臭，透明度仅0.3 m。修复后水质：水质主要富营养指标总氮、总磷等达到国家地表类水标准，水体清澈见底，透明度达2.5 m。2. 上海世博园后滩公园时间:2008-2-5 面积：22500 水深：1.52.0 m修复前水质：水源来自黄浦江，为严重超标的劣类水，透明度仅0.4 m。修复后水质：水质主要富营养指标总氮、总磷等达到国家地表类水标准，水体透明度达到1.9 m。3. 江苏盐城市区饮用水源地中试时间：2011-5-11面积：22000 水深：0.4-1.4 m修复前水质：水质为类水，透明度为0.3 m修复后水质：水质达到国家地表水类水标准，透明度达到1.2 m以上。4. 上海青草沙水源地中试时间：2012-5-9 面积：26500 水深：3 m修复前水质：水质为类水，透明度为0.4 m修复后水质：水质达到国家地表水类水标准，有些水质指标已达到-类水标准，透明度达到2 m以上。5. 上海古猗园时间：2008-12-17 面积：17000 水深：0.82.2 m修复前水质：水体为严重超标的劣类水，透明度仅0.4 m，修复后水质：水质主要富营养指标总氮、总磷等达到国家地表类水标准，水体透明度达到1.9 m。九、生态防治措施控制水质富营养化，首先要从源头抓起，严格控制含N、P等工业污染物的排放量，合理施用化肥、农药。妥善处理养殖场畜禽粪便。减少农业对湖库的冲击，有效控制生活和其它污染物排放 。只有坚持预防优先于治理的原则防污治污工作才会达到标本兼治的目的。水源地生态综合防治主要通过以下方式：1.建立植被过滤带，通过建立植被过滤带和生态缓冲区可以阻止农业面源污染，减少湖库周边污水及N、P入库量。采取溪沟整治和营造林草等措施减少水土流失。在原有混凝土衬砌护岸基础上通过金属网格将生态多孔介质固定于河道两岸其上种植沉水植物、挺水植物等，在河岸形成由植物、微型动物、微生物和鱼类等组成的复杂水生生态系统。多孔介质具有优异的吸氮聚磷功能。能将水体中的N、P等富集于植物根区供其吸收。2.建立人工湿地，在湖库沿水流的缓冲阶地建立人工湿地发挥人工湿地的缓冲作用。水生植物一方面可以吸收水中的氮、磷等营养物质，还可以释放出能够抑制藻类生长的化感物质。3.种植水生植物。选择和当地水体和观赏相适应的水生植物，包括沉水植物、挺水植物、浮水植物和观赏性植物，如香蒲、芦苇、芦竹、水葱、茭草、喜旱莲子草、水芹菜、狐尾藻、黑麦草、伊乐藻、蕹菜、苦草、黄花鸢尾、菖蒲、菹草等。水生植物的作用是综合性的也是其它手段不可替代的。4.投加食藻水生生物。投加食藻虫吞食蓝绿藻还可转化蓝藻毒素。水域初步整治成功后，投放鲢鱼、鳙鱼、罗非鱼等滤食性鱼类，利用鱼类的摄食选择性对其生物操纵作用于蓝藻水华治理。放养鱼虾要注意食草性、食杂性、食肉性之间的搭配，放养数量要与水体面积相适应，还要控制鱼虾的生长繁殖。蚌主要以浮游植物为食从水中过滤获取浮游植物和悬浮物能力较强通过人工养殖蚌可实现对水体浮游植物的控制。十、小结我公司的明阳工业区自来水厂和北海北源水厂面临着水源富营养化严重，气候变暖水华爆发频发的问题，严重影响了水厂的运营。根据设计院提供的对受污染的藻水采取的预O3+常规处理+O3-BAC工艺，需投资2860万元，同时，制水流程延长，导致生产管理难度增大，单位制水成本大为提高，对我公司的运营管理不利。食藻虫控藻引导生态修复技术发展了十余年，在天然水体和景观水体的生态修复方