本發(fā)明涉及河道污染治理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種黑臭河道原位生態(tài)修復(fù)的方法。
背景技術(shù)：
河道底泥是河流水系生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，河道的自凈作用主要源于其具有的稀釋、吸附、微生物降解等功能。其中底泥吸附和微生物降解，是河道污染物轉(zhuǎn)化削減的主要形式，底泥對河道自凈起著不可替代的作用。
由于工業(yè)廢水、生活污水等點源污染大量排入；地表徑流、農(nóng)業(yè)徑流、大氣的干沉降和濕排入等面源污染大量匯入；雨污長期過量納污等導(dǎo)致河道污泥淤積，水體生態(tài)招致嚴(yán)重破壞。供氧和耗氧機制失衡，由好氧微生物分解占主導(dǎo)而逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬跷⑸锘顒?，使水體失去自凈能力而導(dǎo)致河道黑臭。
河道污泥在奢侈的消耗水體中氧氣的同時，釋放出大量的有毒物質(zhì)(包括有害氣體)，使水體長期處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài)、惡化的水質(zhì)更加劇了河道耗氧速率，徹底破壞河道底泥和水系原生生態(tài)體系。因此惡性循環(huán)，導(dǎo)致水體嚴(yán)重污染形成。
目前治理黑臭河道最常用也最簡便的方法，是用較大水系的較好質(zhì)量的水，來對較小或局部嚴(yán)重污染的水域進行稀釋和置換。如此惡性循環(huán)，已導(dǎo)致整體水質(zhì)惡化，甚至部分大江大河也污染呈ⅳ類甚至ⅴ類水，造成了水危機。
而對污泥的治理則采用疏浚的方法，但是其行為存在如下問題：
i.成本高，機械清淤1hm3時底泥約需9.9-24.7萬美元；ii.疏浚過深將會破壞原有的生態(tài)系統(tǒng)，底泥疏?？赡軙コ讞铮茐聂~類的食物鏈。如果底泥被完全疏挖，可能需要2到3年時間才能重新建立底棲生物群落。iii.城市河道斷面較小清淤疏浚工作不方便疏浚船進行水上作業(yè)。iv.疏浚底泥量大、污染物成分復(fù)雜、含水率高而處理困難。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，在于針對現(xiàn)有黑臭河道修復(fù)過程中所存在的上述技術(shù)問題，而提供一種黑臭河道原位生態(tài)修復(fù)的方法。該方法是在遵循自然界相生相克原理和生態(tài)規(guī)律的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)代微生物技術(shù)為依托，利用納米氣泡、生態(tài)浮島等技術(shù)相結(jié)合,以對水體融氧、建立微生物體系以及長期水體生態(tài)維護為手段,達到逐步削減河底污泥，修復(fù)底泥生態(tài)功能，凈化黑臭河水之目的。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種黑臭河道原位生態(tài)修復(fù)的方法，包括如下步驟：
(1)使用高壓水槍沖攪目標(biāo)河道污泥，使河道污泥懸浮于水體之中,同時投放微生物制劑，建立水體微生物體系，生化降解水中污染物；
(2)利用納米氣泡發(fā)生器，向目標(biāo)河道的黑臭水體中釋放大量納米級氣泡，納米氣泡的集群托力將黑臭水體中的有機物浮集于水面，隨即收集作為制備生物有機肥料之資源，同時提高水體溶解氧含量，氧化還原水中部分污染物；
(3)在完成步驟(2)一到兩天后，在治理河道的水域上設(shè)置植物浮島，植物浮島上的植物吸收微生物轉(zhuǎn)化污泥釋放的營養(yǎng)物質(zhì)；同時與微生物的光合機能互相作用，建立和維護水底生態(tài)，進行污泥原位減量而凈化水質(zhì)；
上述過程中，所述步驟(2)一直進行至達到階段目標(biāo)要求時為止。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述納米級氣泡的直徑為0.1～50um。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在進行步驟(3)時，治理河道中的水體融氧量為15～30mg/l。
在本發(fā)明中，所述微生物制劑由以下菌落數(shù)量百分比的菌種制備而成：
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在所述步驟(2)中，向目標(biāo)河道的黑臭水體中投放微生物制劑，其使用量和方法為：25公斤微生物制劑加入250公斤目標(biāo)河水，混合均勻后均勻投放于水體中。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在所述植物浮島上種植水生植物和設(shè)置碳素纖維微生物宿體，以確保微生物體系功能的可持續(xù)和浮島植物的正常生長。
由于采用了如上的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點：
1、本發(fā)明采用的納米級氣泡體積小，在水中停留的時間久。微納米氣泡的自增壓效應(yīng)，可有效提高氣液界面的傳質(zhì)效率和溶解氧含量，在水體高含氧量條件下，本發(fā)明采用的微生物能夠充分發(fā)生生物反應(yīng)，降解水中有機污染物。此外，納米氣泡有較高的界面動電勢使其具有高效的吸附性能，通過吸附水中細(xì)小的懸浮顆粒物質(zhì)，聚集為較大的絮體浮至水面，達到氣浮透析的效果。
2、本發(fā)明的微生物制劑由光合成菌群、硝酸菌群等主要功能種群，與酵母菌、溶磷菌、乳酸菌、固氮菌等多個協(xié)同菌群共培養(yǎng)而成的復(fù)合菌劑，它是一種對動、植物無害，對環(huán)境沒有破壞的有益微生物體系。其有效菌落數(shù)每毫升達100億個以上，而且在理想條件下，每20-30min內(nèi)單位數(shù)目可以增加一倍，其繁殖速度大大超過污水或水體中引發(fā)各類問題的細(xì)菌，能迅速在水體環(huán)境中建立起功能微生物體系，有效的抑制各類問題細(xì)菌的生命行為。
本發(fā)明的功能微生物在富氧條件下，利用目標(biāo)水體中，特別是污泥中的有機物質(zhì)進行新陳代謝，最終被轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水等無機無害物。實現(xiàn)逐步轉(zhuǎn)化、分解河底污泥中的污染物質(zhì)，從而達到原位消減污泥，修復(fù)水體生態(tài)體系，保持可持續(xù)良好的水體環(huán)境的目的。
3、本發(fā)明的植物浮島運用水生植物習(xí)性，采用微孔結(jié)構(gòu)的陶粒、微生物擔(dān)體(特殊碳纖維微孔構(gòu)筑物)、浮力工程結(jié)構(gòu)和其他工程材料構(gòu)成。培植為植物種植籃，浮島綠植為鳶尾、猴尾和銅錢草等，采用水培的方式，植物覆蓋面積占整體水面的1/5～1/3，由于不同河道光照面積不同，綠植鋪設(shè)面積稍有不同。浮島植物的根系一方面可以吸收由微生物分解污泥而釋放在水中的含氮、磷物質(zhì)，并與微生物形成相互協(xié)同效應(yīng)，共同降解水中的營養(yǎng)鹽類。且工程造價費用低廉，能改善河道景觀。
利用本發(fā)明的黑臭河道原位生態(tài)修復(fù)的方法，秉承優(yōu)生態(tài)理念，建立健全水體生態(tài)體系，培養(yǎng)水體自凈功能。并經(jīng)特定微生物對水底污泥的分解轉(zhuǎn)換來逐步削減，達到消除污泥修復(fù)其底泥原生生態(tài)體系，恢復(fù)水動植物生長繁衍的生態(tài)環(huán)境。本發(fā)明投資成本低，操作簡單，維護便利，治理效果穩(wěn)定，其修復(fù)的生態(tài)體系可靠持久，不擾民、不占用周邊耕地，無任何污染風(fēng)險。
具體實施方式
下面以本發(fā)明的一種黑臭河道原位生態(tài)修復(fù)的方法，對上海某一黑臭河道修復(fù)過程和效果來詳細(xì)闡述本發(fā)明。
從現(xiàn)場觀察，該黑臭河道的水體呈現(xiàn)黃褐色，有惡臭。水體中污染物來源為附近生活污水的無序排放，經(jīng)現(xiàn)場實際測量，水深平均：2m，污泥深度：20—80cm，能見度：15cm，水面面積約為470m2，水體體積約：940m3。
經(jīng)申請人對該黑臭河道的水體進行水質(zhì)檢測，結(jié)果如下：
與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(gb3838-2002)相比：
目標(biāo)水體溶解氧含量：2.50，達到v類水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值,，但低于iv類水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值：
目標(biāo)水體cod含量：97.15，是v類水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值2.43倍；
目標(biāo)水體氨氮含量：8.55，是v類水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值4.28倍；
目標(biāo)水體總磷含量：0.84，是v類水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值2.1倍；
目標(biāo)水體ph：7.52，符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
綜合檢測結(jié)果，初步得出以下結(jié)論：目標(biāo)水體污染嚴(yán)重，溶解氧較低，cod、氨氮、總磷嚴(yán)重超標(biāo)。
檢測結(jié)果見表1。
表1
該黑臭河道的治理方案如下：
1.對河道污染源進行調(diào)查，將旁系河道相連的涵管通道進行截流。第一天進場取水樣，在取樣水面垂直線下0.5m處取水樣，以后間隔四到五天取樣檢測，水體檢驗結(jié)果見表2。按照施工要求，安裝調(diào)試微納米氣泡發(fā)生裝置、高壓水槍等施工設(shè)備。
2.第二天，9：00～11：00，15:00～17:00，進行沖污泥作業(yè)。同時，將25公斤微生物制劑與250kg目標(biāo)河水混合后投入水體(注意9點前微生物投放完畢)，并隨即清除漂浮物。
微生物菌劑由以下菌落數(shù)量百分比的菌種制備而成：
3.第三天直到目標(biāo)完成期間，微納米氣泡發(fā)生器正常工作，工作時間為9：00～11：00，13:00～17:00，使目標(biāo)水體保持融氧量15～30mg/l。此后，根據(jù)檢測結(jié)果適當(dāng)調(diào)整微納米氣泡發(fā)生器的工作時間和方式。
納米曝氣去除水體中懸浮顆粒物。同時對長期低溶解氧水體進行供氧，為沉水植物提供進行光合作用提供良好的生態(tài)環(huán)境；為好氧微生物工程菌群提供高溶解氧環(huán)境。被高密度微納米氣泡浮除的水體顆粒物含有豐富有機質(zhì)，作為制備生物有機肥不可多得的原料，徹底消除二次污染并實現(xiàn)資源的利用。
4.鋪設(shè)濕式生態(tài)浮島，浮島綠植為鳶尾、猴尾和銅錢草等，采用水培的方式，本河道治理過程中植物覆蓋面積占整體水面的1/4。
階段性目標(biāo)
第一階段消除目標(biāo)水體黑臭，為建立優(yōu)生態(tài)體系奠定基礎(chǔ)(第三天至第十天)。
溶解氧3.5mg/l；
cod48.26mg/l；
能見度30cm；
嗅感值，無非正常水異味。
第二階段建立健全河道優(yōu)生態(tài)體系，此階段為期三個月(從第十天開始計算)。
本階段在維持水體溶解氧的基礎(chǔ)上，使浮島植物生長旺盛，充分吸收轉(zhuǎn)換由功能微生物分解河底污泥，而釋放的大量氨氮、磷等物質(zhì)。并逐漸進入對河底污泥的生化減量，避免常規(guī)疏浚河道污泥對岸邊農(nóng)地的占用和二次污染。使其水體主要項目達到以下目標(biāo)：
溶解氧≥6mg/l；
cod≤35mg/l；
能見度≥45cm；
污泥減量，基本完成河底污泥有機物質(zhì)的同化分解，消除黑色物質(zhì)而使之接近本土顏色，復(fù)活底泥功能。
氨氮≥1.5mg/l，并進入穩(wěn)定下降線。
總磷≥0.2mg/l，并進入穩(wěn)定下降線。
第三階段鞏固和維護河道優(yōu)生態(tài)體系，培養(yǎng)河道持續(xù)自凈功能。
此階段是經(jīng)第二階段后延續(xù)開始，在對河道建立健全優(yōu)生態(tài)體系的基礎(chǔ)上，確保沒有嚴(yán)重外源污染匯入的前提下，解除第一階段初始對水系流通管道的截流設(shè)置；
撤銷初始所置浮島量的三分之二，減少浮島植物對目標(biāo)水體氧的消耗。管理好剩余浮島植物，使其長期保持生長旺盛和適量的規(guī)模。建立一個與河底沉水植物相結(jié)合，適宜魚、蝦、螺等生物繁衍生長的自然水體環(huán)境；
定期對河道水系跟蹤檢測，采取積極防御性維護措施，確保河道整體水質(zhì)主要項目指標(biāo)達到或優(yōu)于v類標(biāo)準(zhǔn)：
溶解氧≥6mg/l(為ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))；
cod≤20mg/l(為ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))；
能見度≥50cm(為正常水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))；
氨、氮≥1.5mg/l(為ⅳ—ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))，由初始數(shù)值通過峰值，而逐漸下降到低于初始數(shù)值，并進入下降線穩(wěn)定在≥1.5mg/l(這是因為兩岸任然有一定量的，分散的污染源匯入)；
總磷≥0.2mg/l(為ⅳ—ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))，由初始數(shù)值通過峰值，而逐漸下降到低于初始數(shù)值，并進入下降線穩(wěn)定在≥0.2mg/l(這是因為兩岸任然有一定量的，分散的污染源匯入)。
生態(tài)，保持底泥潔凈和持續(xù)的自凈功能，土著水草生長良好，魚、蝦、螺等生態(tài)體系完善。
表2