本发明属于环境治理技术领域，具体涉及一种黑臭河道河床底泥原位改性修复方法。
背景技术：
目前不少城市的黑臭水体现象比较严重，得不到有效治理，即使短时间治理达标后又会存在复发现象，这些复发现象有相当一部分原因是由这些河床的底部淤泥持续向水体层散发有毒有害物质造成的。因此想要对河水修复的彻底，必须对河床底部的底泥进行有效的治理。
底泥作为水生态系统的三大环境要素(水质、水生生物和底泥)之一，承担着接纳外源污染物和向水体中释放营养盐的双重功效，在水生态系统的物质循环和能量流动过程中发挥着重要作用。底泥由大量的营养物质(氮、磷、有机质等)组成，随着其不断的积累，不仅会对生存在其中的底栖生物产生重要影响，同时其所固有的营养物质也会随着水体运动进入上层水体，使水体中氮、磷等营养物质浓度增加，加剧水体的富营养化程度和藻类水华暴发的机率。目前对城市河道底泥进行修复，主要是河道清淤、底泥覆盖和底泥原味微生物修复这几种方法。
河道清淤一般指通过机械设备，将沉积河底的淤泥移位或者吹搅成混浊的水状，随河水流走，从而起到清淤的作用。清淤的目的是将沉底淤泥进行消减，使河道的流通功能正常。河道清淤的技术手段一般有机器挖掘(含带水作业挖掘)、两栖装备抽洗、高压水冲等工艺。对污染淤泥、局部富集淤泥的清理能够有效消减化学需氧量、氨氮和生物需氧量、挥发酚等污染源体，同时可以增加过水断面，促进水体流动和交换，促进水体的自洁能力。清淤技术是清淤效果好坏的关键，主要集中在发展轻质清淤材料，配合科学的清淤方式，使清淤过程对水体的扰动达到最小。清淤技术虽然在一定程度上取得了较为明显的效果，但总体来说成本高。此外，要求在清淤过程中采取措施防止二次污染，对清除出来的污染底泥进行安全处理处置。底泥疏浚会把底栖生物、微生物一起带走，打破长期形成的生态平衡，中断生态系统中的食物链，就会出现新的环境问题。
底泥覆盖，即于污染底泥上部覆盖一层或多层覆盖层使底泥与上覆水隔开并阻止底泥中污染物的释放，是另一种受到国内外广泛关注的污染底泥原位修复技术。覆盖系统主要通过以下三个方面限制污染底泥的环境影响：(1)将污染底泥与底栖生物物理性地分开；(2)固定污染底泥，以防止底泥再悬浮或迁移；(3)降低底泥污染物向上覆水的扩散通量。常用的底泥覆盖材料包括清洁沉积物、沙子和砾石等。相比别的修复技术，对环境潜在危害小。最早的底泥覆盖技术是1978年在美国进行的，随后其他几个国家也相继使用。国外已经对由清洁沉积物、沙子和砾石构成的底泥覆盖系统做了大量的研究，并且进行了许多成功的应用。清洁沉积物、沙子和砾石等属于惰性材料，对底泥所释放污染物的固定能力较差，这导致由惰性材料构建的覆盖系统(即“底泥惰性覆盖系统”)控制底泥污染物释放的效率较低。大量试验结果表明，覆盖能有效防止底泥中污染物进入水体而造成二次污染，对水质有明显的改善作用。存在的问题是工程量大，需要大量的清洁泥沙等，来源困难。同时覆盖会增加底泥的量，使水体库容变小。
底泥原位生物修复是指在基本不破坏水体底泥自然环境件下，对受污染的环境对象不作搬运或运输，在原场所进行生物修复。分为原位工程修复和原位自然修复。原位工程修复通过加入生物生长所需营养来提高生物活性或添加实验室培养的具有特殊亲合性的微生物来加快环境修复；原位自然修复是利用底泥环境中原有微生物，在自然条件进行生物修复。对底泥进行生物修复，促进底泥微生物繁殖，底泥有机质在微生物作用下，迅速分解，释放出氨氮、硫化氢等有害气体，使得底泥好氧层加厚，泥层减薄，加快底泥微量营养的释放。其局限性在于微生物生长的周期性导致技术的见效较慢，环境的复杂性导致微生物经常不能存活、培养失败。
技术实现要素：
发明目的：目前不少城市的河道发浑、发臭，治理效果较差，有的即使短时间治理合格后又会存在复发现象。在控制好外来污染源的前提条件下，复发现象主要是由河床底部淤泥持续向水体散发有毒有害物质以及河床底部土质结合不牢固，缓慢流失进入上覆水体所致，因此本次发明是针对河道治理提供了一种新的方法。
技术方案：本发明所述的河床原位修复方法，包括如下步骤：
步骤1，对治理区域进行截污处理，将受污染的区域隔开；截污完成后将治理区域的水抽出直至露出底部的淤泥层，抽出的水排到临近区域。其目的在于后续投加的药剂能与淤泥层充分接触，提升治理效果。
步骤2，向淤泥层中加入em菌发酵液，加入量为30～50克/m2；
步骤3，将土壤改良药剂喷洒到淤泥表面，喷洒量为500～700克/m2，喷洒完成静置40～60分钟后，下河进行搅拌1～5分钟。这一步是治理的重点，加入土壤改良药剂对淤泥表层进行改良。使用的土壤改良药剂由以下重量百分含量的物质组成：粘土45～60％，植物纤维素15～20％,植物木质素10～20％，农用污泥10～20％。经改良后，淤泥表层具有独特的团粒结构，这种结构是由若干土壤单粒粘结在一起形成团聚体的一种土壤结构，这种团粒结构约三十公分。团粒结构体表现为团粒间为大孔隙，团粒内为小孔隙，大小孔隙同时存在且比例适当，总孔隙度高，无效孔隙少。正是由于这种特殊结构，它有以下几个方面的重要特点：
(1)是微生物和植物生长的小肥料库。团粒内部的持水孔隙水多、气体成分少，既可以保存随水进入团粒的水溶性养分，又适宜于微生物的活动。有机质分解缓慢，有利于腐殖质的合成，所以有利于养分的积累，起到保肥的作用。团粒间的充气孔隙中气体成分多，适宜于好氧微生物的活动，有机质分解快，产生的速效养分多，供肥性能良好。所以保肥供肥的矛盾得以协调，团粒的养分状况良好。
(2)维持较高的土壤生物多样性。由于团粒结构的土壤大小孔隙同时存在，且比例适当，水气环境多元、物质能量供应多元，这为不同大小体型、好氧厌氧生活习性的动物、微生物提供了良好的生存空间。这对于农业生产而言，由于其较高的生物多样性而为土壤的物理、化学和生物肥力提供了重要保障。
(3)具有疏水性特征。团粒改造后的土(或泥)具有不溶于水的基本特征，这是由于颗粒在外部膜结构的作用下产生自缚现象，这是泥体不随水体流失的一个重要因素。
步骤4，24小时后开始种植沉水植物及挺水性植物；最后将水位补齐，拆除围挡。
上述步骤中，我们所述的土壤改良药剂成分及含量为：配方1(海泡石55份，植物秸秆18份，植物木质素15份，石灰12份)或配方2(风化煤55份，树脂胶物质18份，植物木质素15份，沸石12份)或配方3(粘土55份，植物纤维素18份，植物木质素15份，农用污泥12份)，优选配方3。
上述步骤中，我们所述的em菌发酵液是由水和红糖和em菌种按照重量比20：1:0.02～0.1进行配置，经30～40度密闭发酵5天左右配置而成。所述的em菌种为双岐菌、乳酸菌、芽孢杆菌、光合细菌、酵母菌中的一种或多种组合。加入em菌发酵液的目的在于快速培植改造后的团粒体内的生态环境。尤其是在土壤改良之前加入em菌发酵液可以使得其较均匀的分散在团粒体的内部。更进一步的，本发明所述的em菌种可以为蓝细菌与胶质芽孢杆菌；或嗜酸乳杆菌与枯草芽孢杆菌；或酵母菌与地衣芽孢杆菌。优选蓝细菌与胶质芽孢杆菌。
土壤改良结束后，为了加快整个环境的生态构建，根据实际情况，需选择合适的水生植物，完善河道绿地植物群落，提高水体生态系统的自净能力。具体的，本发明所述的植物的种植要求为：常水位线至100cm水深处选用挺水植物为主；沉水植物则种植在水体能见度2倍以内的水深区域内。更具体的，所述的植物的种植要求为其中挺水植物为黄菖蒲36～40袋/m2，芦苇25～30袋/m2,再力花25～30丛/m2；沉水植物为苦草40～50株/m2，黑藻25～36丛/m2,眼子菜20～30丛/m2。
更进一步的研究发现，上述方案可以进一步的改进，即，在实施步骤2之前向淤泥层中加入丙烯酰胺与淀粉的混合物。其主要目的在于实现底泥原味的减量后，表层一定厚度的泥体密度将增大，为后续的土壤改良创造更好的前置条件。具体的，所述的丙烯酰胺与淀粉的混合物的质量比为5～8:1。
有益效果：与现有的传统修复技术相比，本发明修复后的底泥表层为致密的团状结构，可以防止淤泥层中含有的重金属等有害物质进入到水体中造成污染；不破坏原有的生态环境；不会造成二次污染；治理彻底，基本不复发。
采用本发明所述的河床污染底泥原位修复方法，对河床进行修复，具有以下优点：
1、改善后淤泥层变薄，河道水体库容变多；
2、改善后的淤泥层因其致密的团粒结构、疏水性等特点，使得淤泥层中含有的重金属等污染物被封存在底部，基本不会进入上层水体中；
3、淤泥层中含有的有机质等污染物，会通过改善后的淤泥层自身将其逐步降解。
4、有更强的可操作性，治理周期也相对较短、效果较为明显。
具体实施方式：
下面通过具体的案例对本发明进一步进行描述。
以南宁那考河为例，河取河床底部淤泥进行检测，经检测淤泥中有机质约3.02％，cu约40.3mg/kg，pd约45.5mg/kg。
一，药剂研究实验
配置与那考河污染相似的原料淤泥，原料淤泥中含有有机质约3～3.5％，cu约40～41mg/kg，pd约45～46mg/kg。
实施例1
投加em菌发酵液(约40克/m2)，所述的是由水和红糖和em菌种(蓝细菌与胶质芽孢杆菌)按照重量比20：1:0.02～0.1进行配置，经30～40℃密闭发酵5天左右配置而成。
将土壤改良药剂(粘土55份，植物纤维素18份，植物木质素15份，农用污泥12份)喷洒到淤泥表面(用量约600克/m2)，喷洒完成静置40分钟后，搅拌1分钟。搅拌完成30分钟后。取样检测淤泥的结构：孔容0.25～0.45ml/g，比表面200～300m2/g，孔径6～10nm。
处理完毕后，检测淤泥成分，有机质约2.5％，cu约31mg/kg，pd约21mg/kg。
实施例2
原料淤泥、修复步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，土壤改良药剂更换为：海泡石55份，植物秸秆18份，植物木质素15份，石灰12份。
取样检测淤泥的结构：孔容0.25～0.35ml/g，比表面200～250m2/g，孔径5～8nm。
处理完毕后，检测淤泥成分，有机质约2.9％，cu约35mg/kg，pd约22mg/kg。
实施例3
原料淤泥、修复步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，土壤改良药剂更换为：风化煤55份，树脂胶物质18份，植物木质素15份，沸石12份。
取样检测淤泥的结构：孔容0.25～0.38ml/g，比表面200～260m2/g，孔径5～9nm。
处理完毕后，检测淤泥成分，有机质约2.8％，cu约38mg/kg，pd约28mg/kg。
通过实施例1、实施例2、实施例3的试验数据，可以看出，土壤改良药剂配方为：粘土55份，植物纤维素18份，植物木质素15份，农用污泥12份，最佳。
二，em菌发酵液研究实验
实施例4
原料淤泥、修复步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，em菌种更换为嗜酸乳杆菌与枯草芽孢杆菌。
处理完毕后，检测淤泥成分，有机质约2.8％，cu约37mg/kg，pd约29mg/kg。
实施例5
原料淤泥、修复步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，em菌种更换为酵母菌与地衣芽孢杆菌。
处理完毕后，检测淤泥成分，有机质约2.7％，cu约35mg/kg，pd约30mg/kg。
通过实施例1、实施例4、实施例5的试验数据，可以看出选择由水和红糖和em菌种按照重量比20：1:0.02～0.1进行配置，经30～40度密闭发酵5天左右配置而成的em菌发酵液，效果最佳。
三，用量研究实验
根据实施例1～5的试验，我们确定土壤改良药剂的配方为粘土55份，植物纤维素18份，植物木质素15份，农用污泥12份；em菌发酵液是由水和红糖和em菌种按照重量比20：1:0.02～0.1进行配置，经30～40度密闭发酵5天左右配置而成的。在此基础上，我们进行用量的研究。
实施例6
原料淤泥、修复步骤与实施例1基本相同，不同之处在于土壤改良药剂的用量为700克/m2，em菌发酵液的用量为50克/m2。
处理完毕后，检测淤泥成分，有机质约2.7％，cu约31mg/kg，pd约27mg/kg。
实施例7
原料淤泥、修复步骤与实施例1基本相同，不同之处在于土壤改良药剂的用量为500克/m2，em菌发酵液的用量为30克/m2。
处理完毕后，检测淤泥成分，有机质约2.8％，cu约33mg/kg，pd约29mg/kg。
通过实施例1、实施例6、实施例7的试验数据，综合使用效率，可以看出最佳用量为土壤改良药剂的用量为600克/m2，em菌发酵液的用量为40克/m2。
四，改进方案实验
采用实施例1～实施例7中，所确定的最佳配方及用量，改变试验步骤。
实施例8
向淤泥层中加入丙烯酰胺与淀粉的混合物(丙烯酰胺5份、淀粉1份)，投入量为40克/m2；投加em菌发酵液(约40克/m2)，所述的是由水和红糖和em菌种按照重量比20：1:0.02～0.1进行配置，经30～40℃密闭发酵5天左右配置而成。将土壤改良药剂(粘土55份，植物纤维素18份，植物木质素15份，农用污泥12份)喷洒到淤泥表面(约600克/m2)，喷洒完成静置40分钟后，搅拌1分钟。
处理完毕后，检测淤泥成分，有机质约1.95％，cu约19mg/kg，pd约11mg/kg。
可见在土壤改良之前增加该步骤可以大大的增加修复效果。
进一步研究淤泥的结构发现：取样检测淤泥的结构：孔容0.25～0.35ml/g，比表面400～500m2/g，孔径6～10nm。可见，在这样的孔结构下，更加适于我们所配em菌发酵液的生态修复作用。
五，南宁那考河治理案例
以南宁沙江河河床治理为例，整个治理面积约150000平方米。
用沙包将待治理的污染区域隔开，用水泵将待治理区域的水抽出直至露出底部的淤泥层，抽出的水排到临近区域。接着用人工方式将固液分离药剂喷洒到淤泥表面(约50克/m2)，喷洒完成静置40分钟后，用旋耕机搅拌2～3遍，以实现淤泥的固液分离。搅拌完成10分钟后投加em菌发酵液(约60g/m2)，接着投加土壤改良药剂(粘土45％，植物纤维素20％，植物木质素16％，农用污泥19％)，加入量约500g/m2，用旋耕机搅拌2～3遍。24小时后开始种植植物，其中挺水植物为黄菖蒲40袋/m2，芦苇30袋/m2,再力花30丛/m2；沉水植物为苦草50株/m2，黑藻36丛/m2,眼子菜30丛/m2。补齐水位，拆除围挡。
治理前河道状况：水体浑浊、部分区域发臭；能见度较低约10～15cm；底部淤泥约1m厚且发黑。治理完补齐水位后水体变清，没有异味；能见度提升到40cm～80cm；约三十公分的改良土壤，呈现团粒结构；淤泥层约75cm厚。三个月后淤泥层为60cm，呈现正常的黄褐色，且没有异味产生，治理效果较好。
六、南宁沙江河治理案例
以南宁沙江河河床治理为例，整个治理面积约150000平方米。
用沙包将待治理的污染区域隔开，用水泵将待治理区域的水抽出直至露出底部的淤泥层，抽出的水排到临近区域。接着用人工方式将固液分离药剂喷洒到淤泥表面(约50克/m2)，喷洒完成静置40分钟后，用旋耕机搅拌2～3遍，以实现淤泥的固液分离。搅拌完成10分钟后投加em菌发酵液(约60g/m2)，接着投加土壤改良药剂(粘土45％，植物纤维素20％，植物木质素16％，农用污泥19％)，加入量约500g/m2，用旋耕机搅拌2～3遍。24小时后开始种植植物，其中挺水植物为黄菖蒲40袋/m2，芦苇30袋/m2,再力花30丛/m2；沉水植物为苦草50株/m2，黑藻36丛/m2,眼子菜30丛/m2。补齐水位，拆除围挡。
治理前河道状况：水体浑浊、部分区域发臭；能见度较低约10～15cm；底部淤泥约1m厚且发黑。治理完补齐水位后水体变清，没有异味；能见度提升到40cm～80cm；约三十公分的改良土壤，呈现团粒结构；淤泥层约75cm厚。三个月后淤泥层为60cm，呈现正常的黄褐色，且没有异味产生，治理效果较好。
上述实施例为本发明的典型案例。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以说明和解释本发明，并不用于限定本发明。任何不脱离本发明宗旨并落入权利要求书保护范围的改进或替换均在本发明的保护范围内，并不受到实施例及所述案例的限制。