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专利展播 | 湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备
2022-02-17 15:49       来源:《中国给水排水》       作者:       分享:
摘要:专利展播 | 湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备



专利名称
湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备

专利号201510010303.6

专利类型:发明专利

授权日期20171024

专利权人华川技术有限公司

发明人林映津、刘毅勐、杨史良


(一)发明创新点

设备主要由生态因子控制单元、水质监测及系统控制PLC、采样及监测单元,、阵列可控纳米曝气盘、微气泡及微纳米气泡扩散装置等结构组成,可实时监测水体水质状况,并根据系统反馈信息,及时自动地调控水体流态、溶解氧浓度、温度温跃、水体氧化还原电位、pH、活性氧浓度等生态因子,调控水中生物的基因转录水平及基因表达水平,从而对水体进行生态修复,恢复水体生物多样性,并提升水体自净能力;具有连接简便快捷、结构牢靠、外形美观的优点,能够安全、可靠、高效地抑制水体富营养化和藻类爆发的发生。


(二)应用领域和范围

本设备适用于湖库及流域水体生态修复,特别是针对水深型湖库及湖泊的生态修复;也可应用于污水处理厂的污水处理、降解处理池中淤积的底泥污染物、水厂养殖水体水质改善等等。


(三)实施效果

设备中水质监测系统对水质进行实时反馈,设备控制单元通过调控实时纳米溶氧的气体流量、压力及气泡粒径的自动调节,形成倒置层流,实现较大范围内(一套设备可调节水域面积3600-5000 m2)水体流层流态、pH、氧化还原电位等生态因子的控制,进而也调控环境友好微生物体系,改变水体生态环境因子,给有害藻类生长胁迫及环境压力,使有害藻类(特别是产毒藻种)某些酶的活性被抑制或消失,抑制其钟控基因、气囊基因、藻毒素合成等基因的转录和表达,从而抑制有害藻类及其他有害微生物的生长繁殖,在以上良性环境因子的调控下,促进环境友好微生物的生长繁殖,提高水生生物活性和生物相容性;并在不使用化学药剂的前提下,削减有害藻类及水中污染物浓度,实现应急及长效控藻。最终达到改善水体生态环境目的。

 

设备应用后,可促进湖库及流域水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的标准,甚至优于类标准,其中污染物削减率达到20%~90%,有害藻类削减率达到10%~80%;促进水厂养殖水体水质满足《淡水池塘养殖水排放要求》(SC/T9101-2007《海水养殖水排放要求》(SC/T9103-2007)的标准,甚至优于类标准,其中污染物削减率达到30%~70%;也可促进污水处理厂处理后水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002中的Ⅰ级标准,污染物削减率达到20%~80%


(四)产业化及市场应用情况

本发明专利已通过自主转化实施,截至目前已累计推广近30套的专利产品,并产生了约280 万元的综合经济效益。

 

本专利推广应用于福建省内三明市东牙溪水库、大田闽湖湖美水库、三明市薯沙溪水库、三明市三元区莘口镇瓦坑水库等多个水库,以及平潭东西溪、三明际后溪、南安梅溪等多个流域水体,水中氮磷等污染物含量得到削减,削减率介于20%~90%之间,水体总氮、总磷、氨氮、高锰酸盐指数等指标得到优化,水质得到提升;藻类削减率达到30%~80%,控藻效果显著,水体富营养化现象得到有效抑制。


(五)技术优势

1. 本设备中的微气泡及微纳米气泡扩散装置配套组合四周多个阵列可控纳米溶氧盘,可形成循环流态,增加纳米级气泡扩散面积,使的大水域中的溶氧由静态变成动态,并破坏蓝藻的垂直迁移,使其无法正常生长繁殖,从而抑制蓝藻生长;而且水库表面的水经由微气泡及微纳米气泡扩散装置与多个阵列可控纳米溶氧盘形成的循环流态,经水库底部好氧底泥中环境友好微生物对表层水带入的营养盐、有机物等进行分解吸收转化,降低水体中污染物浓度;

 

2.微气泡及微纳米气泡扩散装置与阵列可控纳米溶氧盘形成的纳米级微气泡破裂瞬间,由于气液界面消失的剧烈变化,界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能瞬间释放,可激发产生大量的羟基自由基等活性氧;可高效氧化分解水体中的有机污染物,净化水质。

 

3.设备通过对生态因子进行调控,从水体流态、溶解氧浓度、表层水光照时长、温变温跃、水体氧化还原电位、pH、活性氧浓度等方面给水生生物以环境压力,当环境的变化超过机体的承受水平时,某些酶的活性被抑制或消失,另一些酶的活性增强或被诱导,在代谢活动中蛋白质重新被合成,为机体通过驯化而适应环境压力的应答或对细胞适应新环境起重要的作用;湖库流域内生物基因的转录水平、基因表达水平受到生态因子的影响及调控;从而调控环境友好微生物体系,促进好氧有益菌的生长繁殖,并抑制有害菌的生长繁殖,并抑制其钟控基因、气囊基因、藻毒素合成等基因的转录和表达,从而抑制有害藻类及其他有害微生物的生长繁殖,达到削减水中污染物浓度、控制藻类过度繁殖,提升水质的目的。

 

4.本设备的采样及监测单元可采集水体多个点位水质数据,通过水质监测及系统控制PLC综合分析水质状况,并将结果实时传输至生态因子控制单元,可保证生态因子控制单元能实时调控水体生态因子,有效保障水体良性的生态环境;具有控制效果稳定、能耗低等特点。


(六)专利运用及保护

此专利已成功应用于我司的水生态修复项目中,运行稳定,并根据实际需要不断进行改进与完善,保证良好的运行效果。

 

此项发明专利的保护范围以权利要求书的内容为准,说明书和附图用于解释权利要求。


(七)效益分析
1. 环境效益:本设备实现较大范围内水体流层流态、水体溶解氧、pH、氧化还原电位等生态因子的调控,提供良好的水环境因子,有效抑制藻类爆发、抑制水体富营养化,改善水生态环境,提升水体自净能力,恢复水体生物多样性,保障饮用水源供水水质安全。

2. 经济效益:本设备能从源头上控制藻类爆发,无需添加任何化学试剂,就能降低水中藻类、藻类代谢产物以及其他有毒有害物质的含量,一定程度降低了自来水厂对水体中藻类、藻类代谢产物以及其他有毒有害物质的消毒、净化的处理成本,节省自来水厂的开支。

3. 社会效益:能消除藻类爆发而引起的饮水安全隐患,避免了饮用水中藻毒素超标对人体健康特别是肝脏等器官造成的危害,可有效保障饮水安全,降低慢性累积性中毒的风险,从而提高居民健康水平;也可营造出良好的水生态环境,可改善当地人民居住的生活环境,提升人民公众的生活质量、健康水平、幸福感以及获得感,还能避免由于水质恶化导致的藻类爆发、鱼类大量死亡等事件造成的危害,提高社会稳定性。

因此,环境效益、经济效益及社会效益良好。


(八)应用前景

本设备从原位水体中进行水生态调控控藻修复,从根源解决藻类爆发问题,无需藻类进一步的人工处置;无需添加化学试剂,也不产生二次污染,适用于各种类型的水体,尤其适用于饮用水源地的生态修复;设备运行稳定,有效提高饮水安全,提升水资源利用价值,提高社会稳定性,具有良好的应用前景。


(九)获奖情况

本发明的相关产品已入选2022年福建省环境污染治理设备(产品)推荐目录;所构成的饮用水源地纳米调控生态修复技术已入选2021年度福建省水利先进实用技术(产品)推广指南。


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