CN110577335A - 一种促进食物链运转及加快水环境治理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水环境治理领域，具体公开了一种促进食物链运转及加快水环境治理的方法，通过加强食物链的能量流动和运转从而促进水环境治理。该方法通过将污水通入生态***中，并在生态***中加入磁化反应器，对生产者、消费者和分解者施加磁场进行间歇磁化，而实现促进水环境治理的目的。当食物链长度小于等于3时，采用磁场强度为5mT‑50mT的磁场，当食物链长度大于3时，采用磁场强度为50mT‑1000mT的磁场，可更好的促进食物链的能量流动和运转。本发明所述方法具有耗能少、成本低、操作简单、污染物降解快、有效时间长、出水稳定、利于管理、不会造成二次污染等优点。

Description

一种促进食物链运转及加快水环境治理的方法

技术领域

本发明涉及水环境治理领域，具体地说，涉及一种促进食物链运转及加快水环境治理的方法。

背景技术

随着经济发展，生活和生产中排放的污水的量也呈级数上升，污水中常常含有大量氨氮、磷、有机物等，无法直接排放在河流、湖泊中，需要通过污水处理厂处理后再排放到河道中，污水处理厂占地面积大，建设费用高，污水处理过程中需消耗大量的能源。因此，污水处理厂通常建在远离人口聚集的郊区，然而这无疑增加了污水收集、输送的成本。

随着现有污水处理厂周边地区人口越来越密集，亟需开发一种即可对污水进行处理以满足出水水质要求，又可改善污水处理环境、减少对附近居民不良影响的解决方案。

食物链是一种食物路径，食物链以生物种群为单位，联系着群落中的不同物种。食物链中的能量和营养素在不同生物间传递着，能量在食物链的传递表现为单向传导、逐级递减的特点。一条食物链由于传递效率为5％-20％，因而无法无限延伸，存在极限，一般只包括3-5个环节。这就使能量的传递次数受到了限制，同时这种限制也必然反映在复杂生态***的结构上，如食物链的环节数和营养级的级数等。生态***中的能流通过各个营养级逐级减少，减少的原因是：(1)各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量，总有一部分会自然死亡和被分解者所利用；(2)各营养级的同化率也不是百分之百的，总有一部分变成***物而留于环境中，被分解者所利用；(3)各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部分能量，这部分能量变成热能而耗散掉。生物群落及在其中的各种生物之所以能维持有序的状态，就得依赖于这些能量的消耗。生态***要维持正常的功能，就必须有永恒不断的太阳能的输入，用以平衡各营养级生物维持生命活动的消耗，只要这个输入中断，生态***便会丧失功能。

目前，尚未见到关于促进加强食物链的能量流动和运转的研究和报道，更未见到利用促进食物链运转进而加快水环境治理的方法。

发明内容

本发明针对水环境生态治理，提供了一种全新的方法，通过加强食物链的能量流动和运转从而促进水环境治理。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提供一种促进食物链能量流动和运转的方法，具体为在生态***中加入磁化反应器，对生产者、消费者和分解者施加磁场进行磁化效应的影响，促进食物链中的能量传递效率逐级提高，使食物链的长度增加，加强生态***的弹性和耐受性。

其中，所述生态***主要为水生生态***和/或人工生态***。

进一步地，利用磁化反应器，对生产者、消费者和分解者进行间歇磁化，因此磁化反应器优选为电磁式磁化反应器。

作为优选，间歇磁化的间隔时间为2d-10d，单次磁化时间为10min-240min。

进一步地，使用磁化反应器时所设定的磁场强度随着食物链运转的环节增多而增强：当食物链长度小于等于3时(即食物链运转的环节小于等于3时)，所采用的磁场强度为低磁场5mT-50mT；当食物链长度大于3时(即食物链运转的环节大于3时)，所采用的磁场强度为中高磁场50mT-1000mT。

生产者为以太阳辐射能为能量的自养生物，包括生态***中的水生植物、藻类、能进行化能合成作用的细菌(硝化细菌等)；消费者为以其他生物为食的各种动物，包括植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等，其中直接取食植物的为植食性动物，是初级消费者；取食植食性动物的肉食性动物是次级消费者；取食肉食性动物的为三级消费者；分解者为生态***中细菌、真菌和放线菌等具有分解能力的生物，也包括某些原生动物、腐食性动物、小型无脊椎动物、异养生物等。

在本发明的具体实施方式中，作为一种示例性说明，所述生态***选用金鱼藻和水葱作为生产者，种植比例为1：1，选用虾、蝾螺、苹果螺、鱼、鸭作为消费者；作为另一种示例性说明，所述生态***选用狐尾藻、黑藻、苦草、美人蕉和芦苇作为生产者，选用螺、鱼、蚂蝗、青蛙、蜻蜓和水鸟作为消费者。在实际应用中，对生态***的构建并不局限于此。

本发明还进一步提供了一种通过促进食物链的运转进而加快水环境治理的方法，所述方法具体为：将污水通入上述生态***中，并采用上述方法促进生态***中促进食物链中的能量传递效率逐级提高，使食物链的长度增加，加强生态***的弹性和耐受性，对污水中的各种污染物进行更好的吸附、降解、净化、过滤，加速污染物的利用效率，使出水质量稳定，利于管理。

所述污水包括但不限于生活污水、工业废水、商业污水、表面径流等。

作为优选，在将所述污水通入生态***前，对污水进行磁化处理，并将经磁化处理后的污水通入生态***中。

对污水进行磁化处理可采用电磁式磁化反应器或永磁式磁化反应器，磁化强度30mT-1500mT，磁化时间1min-120min为宜。

本发明涉及到的原料均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。

本发明的有益效果在于：

本发明通过对生态***施加磁场，对食物链中的生产者、消费者、分解者进行磁化效应的影响。水及其通过半透膜的渗透过程是生命活动不可少的，水经磁化后，原有结构被破坏，大分子的缔合水分子集团断裂成小分子甚至单个水分子，且水是极性分子，在磁场中做切割磁场的运动后产生的洛伦兹力会使水分子定向排列，原子间的磁距、氢键角度等发生改变，从而使水的活性得到提高，水分子的表面张力增强，水的密度增加，光的吸收增加，水分子渗透力增强，这些能力的增强促使细胞吸水，渗透压的高低直接关系到吸收与***的功能。因此，这一特性活化了生产者细胞***素(CK)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)、生长素(IAA)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、硝酸还原酶(NR)、吲哚乙酸酶(IAAO)和过氧化物酶(POD)的生成，从而促进生产者的细胞***、组织分化，促进生产者的萌发，强化生产者的光合作用以及营养物质的吸收，促进生产者的生根，增强生产者根系的吸收能力，且为根系微生物提供更多的附着作用，强化微生物作用，进一步促进污染物的吸附、降解、净化作用。其次磁化影响消费者等生物体中的酶的活性，酶活性的变化直接影响到物质代谢的速度，所以可以促进消费者的生长发育，时间缩短利于加快食物链的循环进度。磁化能够加快生态***中细菌、真菌和放线菌等分解者的分解能力，进而加快水体食物链的自然循环进度，从而促进污水处理。

磁化效应还可以影响食物链中的能量传递效率以及食物链的长度。食物链中的能量和营养素在不同生物间传递着，正常情况下，能量在食物链的传递表现为单向传导、逐级递减的特点，每从一个环节到另一个环节，能量大约要损失80％-95％，也就是能量转化效率大约只有5％-20％。通过对食物链进行低磁场和中高磁场调控，磁化会使各环节能量利用效率从5％-20％提高到20％-50％，使得原本食物链顶端的动物，能量得到提高，从它们身上所获取的能量足以弥补为搜捕它们所消耗的能量，进而使食物链长度得到增加，使生态***稳定性、弹性和耐受性得到提升，对污水中的各种污染物进行更好的吸附、降解、净化、过滤，加速污染物的利用效率，使出水质量稳定，利于管理。

正常水体靠其内部自净与自我调节功能来实现正常的物质循环与能量流动，同时依靠水体中各物种间的彼此制约和相互影响来达到水体的生态平衡，而这种功能在很大程度上依靠水体食物链及其形成的食物网来完成。生物方法强调的是整个生态***的管理，从营养环节来控制藻类，具有经济、高效、合理的优点，但实施周期长，受外界影响多。对整个生态***和污水施加磁化装置，产生的磁化效应增强物质循环与能量流动，加快了水体食物链和食物网的循环进度，进而使水体各物种间形成新的生态平衡，最终加快污水治理、生态***的吸附、降解、净化和过滤作用。

本发明所述方法具有耗能少、成本低、操作简单、污染物降解快、有效时间长、出水稳定、利于管理、不会造成二次污染等优点。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

在实验室内模拟利用本发明的方法构造一个小型生态***(也可称为反应器)，选用模型编号为A、B、C、D，反应器长100cm、宽50cm、高50cm。反应器左侧和右侧分别设置直径为100mm的进水管和出水管。A、B、D反应器中水流的垂直方向设置磁场强度为10mT和50mT的电磁式磁化反应器，C反应器中水流的垂直方向不设置电磁式磁化反应器。

在A、B、C反应器底部均匀地铺设上一层碎石子，在碎石子的上面铺上一层土壤，将碎石子全部覆盖，从而确保土壤的透气性和肥力充足，该生态***选用生产者即种植的植物是槐叶萍和香蒲，种植比例为1:1，消费者选用虾、鱼，阳光充足；D反应器无生态***(无土壤、碎石、生产者、消费者)。A、B、C、D反应器控制进水为河湖水Ⅳ类水，测得COD浓度为30mg/L，TN浓度为1.4mg/L，氨氮浓度为1.4mg/L。进水完毕后，A、B、D反应器间歇磁化周期为2d，磁化时间为15min，连续运行6个月并监测。可以看出B反应器污水去除效果最好，食物链能量利用高，生态***稳定性、弹性和耐受性得到提升。

实施例2

在实验室内模拟利用本发明的方法构造一个小型生态***(也可称为反应器)，选用模型编号为A、B、C、D，反应器长100cm、宽50cm、高50cm。反应器左侧和右侧分别设置直径为100mm的进水管和出水管。A、B、D反应器中水流的垂直方向设置磁场强度为50mT和100mT的电磁式磁化反应器，C反应器中水流的垂直方向不设置电磁式磁化反应器。

在A、B、C反应器底部均匀地铺设上一层碎石子，在碎石子的上面铺上一层土壤，将碎石子全部覆盖，从而确保土壤的透气性和肥力充足，该生态***选用生产者即种植的植物是金鱼藻和水葱，种植比例为1:1，消费者选用虾、蝾螺、苹果螺、鱼、鸭，阳光充足；D反应器无生态***(无土壤、碎石、生产者、消费者)。A、B、C、D反应器控制进水为河湖水Ⅴ类水，测得COD浓度为40mg/L，TN浓度为2.4mg/L，氨氮浓度为2.6mg/L。进水完毕后，A、B、D反应器间歇磁化周期为2d，磁化时间为30min，连续运行6个月并监测。可以看出B反应器污水去除效果最好，食物链能量利用高，生态***稳定性、弹性和耐受性得到提升。

实施例3

在某城市湖泊生态浮岛利用本发明的方法构造实验地3个标记为A、B、C，占地面积都为50m²。A实验地生态浮岛中水流的垂直方向设置磁场强度为150mT的电磁式磁化反应器，B实验地生态浮岛中水流的垂直方向不设置电磁式磁化反应器，C实验地不设置生态浮岛，只有湖泊水，垂直方向设置磁场强度为150mT的电磁式磁化反应器。

在A、B实验地生态浮岛底部铺设上一层碎石子，在碎石子的上面铺上一层土壤，将碎石子全部覆盖，从而确保土壤的透气性和肥力充足，该实验地的生产者有狐尾藻、黑藻、苦草、美人蕉、芦苇，消费者有螺、鱼、蚂蝗、青蛙、蜻蜓、水鸟，阳光充足。A、B、C实验地的湖泊水为河湖水Ⅴ类水，测得COD浓度为57mg/L，TN浓度为3.1mg/L，氨氮浓度为4.2mg/L。A、C实验地间歇磁化周期为3d，磁化时间为40min，连续运行8个月并监测。可以看出A实验地生态浮岛污水去除效果好，食物链能量利用高，生态***稳定性、弹性和耐受性得到提升。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种促进食物链能量流动和运转的方法，其特征在于，在生态***中加入磁化反应器，对生产者、消费者和分解者施加磁场进行间歇磁化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，间歇磁化的间隔时间为2d-10d，单次磁化时间为10min-240min。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当食物链长度小于等于3时，所采用的磁场强度为5mT-50mT；当食物链长度大于3时，所采用的磁场强度为50mT-1000mT。

4.利用权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生态***为水生生态***和/或人工生态***。

5.权利要求1-4任一项所述的方法在水环境治理方面的应用。

6.一种通过促进食物链的运转进而加快水环境治理的方法，其特征在于，将污水通入生态***中，并在生态***中加入磁化反应器，对生产者、消费者和分解者施加磁场进行间歇磁化。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，间歇磁化的间隔时间为2d-10d，单次磁化时间为10min-240min。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，当食物链长度小于等于3时，所采用的磁场强度为5mT-50mT；当食物链长度大于3时，所采用的磁场强度为50mT-1000mT。

9.利用权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生态***为水生生态***和/或人工生态***。

10.利用权利要求9所述的方法，其特征在于，对所述污水先进行预磁化处理，再通入生态***。