一种基于悬浮颗粒物投加调控浊度或水下光照条件的方法

本发明涉及水环境修复和水质风险防控，具体涉及一种利用悬浮颗粒物投加调控浊度或水下光照条件的方法，以及该方法在抑制目标藻类生长中的应用。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于悬浮颗粒物投加调控浊度或水下光照条件的方法，本发明根据水体的目标调控参数和待投加的颗粒物的粒度和om值来确定水体中悬浮颗粒物的预期浓度条件，根据所确定的悬浮颗粒物浓度条件向水体中投加相应粒度和om值的颗粒物，从而实现水体的浊度或水下光照条件的调节。

2、本发明为达到其目的，提供如下技术方案：

3、本发明提供一种基于悬浮颗粒物投加调控浊度或水下光照条件的方法，所述方法包括如下步骤：

4、1)确定水体的目标调控参数，所述目标调控参数为水体的浊度或水下光照条件；所述水下光照条件包括水体在预设深度的辐照度或水体的透明度；

5、2)确定待投加颗粒物的粒度参数和om值，根据所述粒度参数、所述om值和所述目标调控参数确定所述水体中悬浮颗粒物的预期浓度条件；

6、3)根据所述预期浓度条件向所述水体中投加所述颗粒物，以调节所述水体的浊度或水下光照条件。

7、进一步，步骤2)中，通过将所述粒度参数、所述om值和所述目标调控参数代入预先建立的关系模型中进行计算以确定所述水体中悬浮颗粒物的预期浓度条件；

8、所述关系模型包括关系式(i)，所述关系式(i)为水体的浊度、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；

9、优选的，所述关系式(i)通过如下方式建立：

10、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)：

11、tur＝α1spm+α2dx+α3om2(i)；

12、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；

13、优选的，所述粒度参数为d10、d50、d60或d90。

14、一些实施方式中，所述目标调控参数为水体的浊度，所述步骤2)中，将作为所述目标调控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，由此确定所述水体中悬浮颗粒物的预期浓度条件。

15、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)；

16、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：

17、

18、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)；

19、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；

20、优选的，所述关系式(iii)通过如下方式建立：

21、在多个水体中获取水体样品，获取各个水体的e(0)和与预设深度z所对应的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：

22、k＝a+b*tur(iii)

23、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。

24、一些实施方式中，所述目标调控参数为水体在预设深度的辐照度，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；

25、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；

26、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，由此确定所述水体中悬浮颗粒物的预期浓度条件。

27、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；

28、优选的，所述关系式(iv)通过如下方式建立：

29、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：

30、log(sdd)＝a+b×log(tur)  (ⅳ)

31、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。

32、一些实施方式中，所述目标调控参数为水体的透明度，所述步骤2)中，将作为目标调控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；

33、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，由此确定所述水体中悬浮颗粒物的预期浓度条件。

34、一些实施方式中，步骤3)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目标调控参数的要求时，再次投加所述颗粒物；

35、或者，步骤3)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目标调控参数的要求时，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2)重新确定所述水体中悬浮颗粒物的预期浓度条件；之后根据重新确定的所述水体中悬浮颗粒物的预期浓度条件向所述水体中投加颗粒物。

36、一些实施方式中，步骤3)中，所述颗粒物通过干法或湿法投加；

37、和/或，步骤3)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。

38、本发明还提供上文所述的方法的应用，所述方法在抑制水体中目标藻类生长中应用，所述水体的目标调控参数为所述目标藻类的生长抑制参数；或者，所述方法在藻华防控或水质调控中应用。

39、本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

40、本发明通过根据水体目标调控参数、待投加颗粒物的特征参数来确定水体预期的悬浮颗粒物浓度，基于预期的悬浮颗粒物浓度条件以及待投加颗粒物的特征参数的指导向水体中投加颗粒物，可以实现水体中浊度或水下光照条件的调节。该方法特别适合在需要进行水体浊度或水下光照条件调控的技术领域中应用，例如特别适合应用于目标藻类的防控领域中应用，在该应用中，通过将水体的目标调控参数取值为所述目标藻类的生长抑制参数，能够有效达到目标藻类的防控目的，将本发明的方法应用于藻华防控或水质调控中，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。