本发明涉及环境修复技术领域，具体地，涉及一种用于原位修复污染水体及底泥的生物激发剂及其使用方法，主要为用于净化污染河道、湖泊、景观水体和底泥稳定化的生物激发剂制备及应用。
背景技术：
城市河道在城市生活和生产以及对当地环境和气候的调节与改善起了重要作用。然而，随着社会经济的发展，城市建设者多注重提升河道的防洪排涝能力，对河道进行裁弯取直及渠道化工程，形成河流断面单一化、河床表面平整硬化，加之水利工程对河流形态连续性的干扰，使城市河道的结构与生态功能遭受严重破坏，并且，随着城市化进程的加快，大量工业废水和生活污水的排入，不少城市河道出现黑臭、富营养化、生物多样性锐减、生态系统单调等问题。截至2016年2月，我国已排查出黑臭水体1861个，河流占85.7％，湖泊、池塘占14.3％，并且60％的黑臭水体分布在东南沿海、经济相对发达地区。因此，修复城市河道、湖泊、景观水体应有的功能是城市发展的一个迫切要求。
根据《城市黑臭水体整治工作指南》，城市黑臭水体是指城市建成区内，呈现令人不悦的颜色(黑色或泛黑色)，和(或)散发出令人不适气味(臭或恶臭)的水体的统称。水体黑臭的原因有外源污染和内源污染两大类。外源污染主要是工业、生活污水的排放；内源污染主要是水体本身不断衍生死亡的生物群落积累而成的有机物，以及水中底泥释放的污染物。虽然水体有一定的自净作用，但当污染物的排放总量超过了其自净容量时，水体则不能自行恢复到原有的状态。当黑臭水体中有机污染物含量过高时，在好氧微生物的作用下，有机物分解会大量消耗水中的氧气，使水体转化成缺氧或厌氧状态。在缺氧和厌氧条件下，水体中的铁、锰等金属离子与水中的硫离子形成硫化亚铁、硫化锰等化合物。悬浮颗粒吸附硫化亚铁、硫化锰等，致使水体变黑；有机物腐败、分解，产生氨、硫化氢、硫醇、硫醚、有机胺和有机酸等恶臭物质，致使水体变臭。影响水体黑臭的主要因素有：有机污染物浓度、营养物质浓度、污染时间(污染形成后经历的时间)、水力条件、温度条件等。
针对上述河道、湖泊、景观水体黑臭污染的治理方法目前主要有：截污分流与引水冲污、底泥疏浚、曝气复氧等物理方法；化学除藻、化学固定等化学方法；微生物强化、植物净化、人工湿地、生物膜净化、组合生物-生态修复等生物-生态修复技术。但是上述治理手段存在着成本高、操作困难、易引起二次污染、治标不治本等缺点，并不能够从根本上改变水质。
原位生物修复技术是治理城市污染河道水体及底泥的有效方法。利用污染河道底泥中的土著微生物或外源投加微生物原位修复污染水体具有效果好、成本低及环境友好的优势。然而，污染河道水体及底泥中的微生物在厌氧或者缺氧条件下，存在微生物活性不高、有机物代谢能力不强的问题，大大降低了对污染水体的修复能力。因此，原位生物修复技术的核心是提高微生物的代谢活性。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于原位修复污染水体及底泥的生物激发剂及使用方法，主要为用于河道、湖泊、景观水体修复及其底泥处理的生物激发剂。该生物激发剂能刺激污染河道水体或底泥中的好氧及兼性厌氧有益菌的繁殖，提高微生物对污染物的氧化分解能力，并能屏蔽化学残留物对微生物的毒性，从而提高水体系统的抗冲击性和运行的稳定性。
为实现这一目的，本发明公开了一种生物激发剂，该药剂的质量百分比组成为：50-70％硝酸钙、20-40％维生素、5-15％辅酶q、5-10％还原性辅酶ⅰ(nadh)。使用时按比例配制生物激发剂，并将其溶液铺洒于污染水体中，或者注入污染河道底泥中，铺洒浓度为1-10g/m3水体，投加浓度为50-100g/m2污染河道底泥。投加生物激发剂后，采用间歇性曝气方式对污染河道水体进行曝气处理，每间隔10-14小时曝气1-2小时，曝气期间使水体和底泥的溶解氧控制在1.5-3.0mgo2/l。通过该生物激发剂，可使污染河道底泥中的微生物在较差环境中快速大量地生长，形成良好的菌胶团，并且促进其代谢有机物能力的提升，从而提高微生物降解有机污染物的效率，改善水体处理效果。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明提供一种用于原位修复污染水体及底泥的生物激发剂，包括如下质量百分比的各组分：50-70％硝酸钙；20-40％维生素；5-15％辅酶q；5-10％还原性辅酶ⅰ(nadh)。
投加硝酸钙可以作为底泥中反硝化菌进行反硝化作用的底物，进而对底泥中的有机物污染物进行削减，如添加量不够，起不到削减底泥中有机污染物的作用，如添加过量，易导致污染水体中总氮超标，引起水体富营养化污染；对于维生素，主要为b族维生素，主要起生长因子作用，补充微生物生长所需，促进碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢，如添加过量，会对生物体产生毒副作用；辅酶q，在生物体内呼吸链中质子移位及电子传递中起重要作用，它是细胞呼吸和细胞代谢的激活剂，还原性辅酶ⅰ(nadh)生物氧化中起到传递[h]和电子的作用，在糖类，蛋白质，脂肪的代谢中起重要作用，这两类物质只要微量就能在生物体代谢中起到非常重要的作用。
优选地，所述维生素包括维生素b1、维生素b12和维生素b7中的一种或者几种。采用其他维生素，如维生素b2，促进发育和细胞的再生，但是容易被光、抗生素及酒精破坏；或者如维生素b6、叶酸、泛酸，均不适用于本生物激发剂体系。
更优选地，所述维生素为维生素b1、维生素b12和维生素b7的混合物。这三种维生素b族同时发挥作用相比较单独摄入一种维生素b具有更好的效果；由于细胞的活动增加，从而使对其它维生素b的需求跟着增加，各种维生素b的作用相辅相成，形成“木桶原理”。
第二方面，本发明提供一种用于原位修复污染水体及底泥的生物激发剂的使用方法，包括如下步骤：
s1、按比例配制生物激发剂，将所述生物激发剂用蒸馏水溶解，充分溶解使其完全激活，得到生物激发剂的母液；
s2、将所述母液铺洒于待处理水体中和/或注入待处理水体的污染底泥中；
s3、对经步骤s2处理后的待处理水体和/或待处理水体的污染底泥进行间歇性曝气处理。
优选地，步骤s1中，所述母液中，生物激发剂的浓度为40-60g/l。因为有几种物质不是极易溶于水中，如维生素b7，而如果母液太稀，在实际操作中效率不高，所以选择该浓度范围比较合适。
优选地，步骤s1中，所述溶解采用搅拌的方式，所述搅拌的时间为20-40分钟，所述搅拌的速度为500-1000转/分。
优选地，步骤s2中，所述母液铺洒的浓度为1-10g/m3水体，所述母液注入的浓度为50-100g/m2污染底泥。针对水体中的铺洒生物激发剂浓度，如选择浓度低于1g/m3，则会导致水体中相关物质浓度不足，不能有效地激发相关微生物的新陈代谢活性，影响水体的处理效果；如浓度过高，超过10g/m3，一方面增加修复成本，另一方面则增加水体中的硝态氮浓度，引发总氮削减难的问题。而对于底泥中的生物激发剂浓度，同样也是如此。
优选地，步骤s2中，所述铺洒采用高压喷雾器，所述注入采用高压水泵。
优选地，步骤s2中，采用高压水泵将所述生物激发剂注入待处理水体的污染底泥的深度为15-25cm。生物激发剂注入底泥深度对于底泥原位修复非常重要。当注入深度过深，则对于生物激发剂中的辅酶q、还原性辅酶ⅰ和维生素等好氧环境中起作用的组分是不利的；而如果注入深度过浅，则生物激发剂易散发至水体中，对于利用硝酸钙进行反硝化去除底泥中的有机物是不利的，并且对于激活底泥中的好氧微生物对蛋白质、多糖等物质的代谢也是不利的。
优选地，步骤s3中，所述间歇性曝气处理的方式为每间隔10-14小时曝气1-2小时。
优选地，在进行所述间歇性曝气处理的期间，水体和底泥中的溶解氧控制在1.5-3.0mgo2/l。如果溶解氧过高，一方面增加曝气成本，另一方面，因为反硝化菌的溶解氧作用范围在0.5mgo2/l以下，间歇期使溶解氧达到反硝化作用的合适范围比较困难，不利于后续的反硝化作用；如果溶解氧过低，则不利于底泥及水体中的好氧微生物对蛋白质和多糖等物质的代谢和降解过程，硝化反应(可有效去除水体及底泥中的氨氮，转化成硝态氮)的合适溶解氧在2-3mgo2/l之间，所以较低的溶解氧不利于水体及底泥中的氨氮去除，进而影响到后续反硝化底物硝酸盐的浓度。
第三方面，本发明提供一种用于原位修复污染水体及底泥的生物激发剂在河道、湖泊、景观水体修复及其底泥处理中的应用。
本发明中，根据水体及底泥的污染负荷以及水体的更新速率的实际情况来决定生物激发剂的使用方案，生物激发剂处理污染水体的浓度为1-10/m3水体，处理污染河道底泥的终浓度为50-100g/m2，生物激发剂投加的频率及曝气的方式需与水体及底泥污染的程度相结合。
本发明的技术原理如下：
当使用本发明的生物激发剂治理污染水体及底泥时，因为维生素、辅酶q和nadh等物质是生物有氧代谢当中重要的递氢体及电子传递体，所以当投加适量的维生素、辅酶q和nadh这些生物激发剂时，在通过曝气方式提高水体的溶解氧的条件下，富氧环境可以有效地促进相关微生物的有氧呼吸作用，从而提高微生物对有机物污染物的有氧代谢作用，促进微生物的硝化反应，使氨氮转变为硝态氮，所以适当增加该几种生物激发剂物质的浓度，可有效促进微生物的有氧代谢效果，从而能够迅速降解污染河道水体及底泥中的有机污染物，并能有效降低水体中氨氮的浓度。此外，当直接投加硝酸钙物质，因为底泥中的磷元素及大量有机物都被底泥所吸附，不以游离态形势存在，难以与硝酸钙进行充分接触进行沉淀及反硝化反应。当底泥及污染水体中的微生物代谢活动增强时，可使吸附于底泥表面的无机磷及有机污染物充分释放至水体中，于溶解于水体中的硝酸钙进行充分接触，一方面，产生的钙金属离子与释放出来的磷酸根离子发生沉淀反应，生成磷酸钙沉淀，从而能够更加有效地固定污染河道底泥及水体中的磷酸盐；另一方面，解离产生的硝酸根离子，在厌氧或者缺氧条件，利用污染水体及底泥中的反硝化菌的反硝化反应，进一步消耗底泥及水体中的有机物，从而达到进一步降低水体及底泥中有机污染物的目的，同时降低水体中总氮的浓度。可见，本发明的生物激发剂的各组分之间协同作用，在优选比例下能够对污染河道的水体及底泥修复取得明显的效果，有效降低水体及底泥中有机物及氮磷的浓度，控制水体富营养化，降低修复成本。此外，本发明的生物激发剂中各成分及反应后的组分均为环境友好型物质，不会产生二次污染。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、针对河道、湖泊、景观水体中有机物污染和污染河道底泥中氮磷等营养物质释放所引起的水体污染现象，采用复合生物激发剂进行原位生物修复。本发明所提供的生物激发剂不但具有降解某些大分子有机物的性能，又具有诱导性，可进一步协助生化系统中的微生物降解转化大分子污染物，从而改善水体的微生态系统，恢复水体生物多样性，促进污染河道底泥稳定化，有效改善污染河道水体水质。
2、本发明所提供的生物激发剂既能用于封闭水体，也能用于开放水体，对水体和底泥都能起到净化作用。整个工艺不需要清淤，简单易行，效果显著，并且不会引起二次污染。
3、与传统的治理方法相比，本发明的生物激发剂使用后可在短时间内消除河道、湖泊、景观水体的黑臭、富营养化，恢复其自净能力。
4、本发明提供的生物激发剂，一方面用于降解水体和底泥中难以被微生物利用的大分子有机污染物为易被微生物利用的小分子物质，提高水体的可生化性；另一方面，在有机物被降解的同时，所投加的递氢体还能够激发土著微生物的有氧呼吸活性，加速微生物的新陈代谢，有利于提高微生物降解有机污染物的活性，有效改善黑臭水体的水质，恢复水体的生态环境。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
上海市闵行区某半封闭污染河道，面积约13000平方米，长期受周围生活污水污染，水深平均为1.5米(不含底泥层)，水体表面有生活垃圾及树枝落叶漂浮，水质浑浊。针对该污染水体，首先按照50％硝酸钙、40％维生素(维生素b12)、5％辅酶q、5％nadh的比例配制生物激发剂，采用蒸馏水进行溶解，以500转/分的转速，搅拌40分钟，母液浓度为40g/l。将溶解完全的溶液采用高压喷雾器均匀喷洒于待处理水体中，生物激发剂投加的终浓度为10g/m3。采用间歇性曝气方式对污染河道水体进行曝气处理，间隔14小时曝气2小时，曝气期间使水体溶解氧控制在1.5mgo2/l。使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到76.5％，总氮的去除率达58.3％，总磷的去除率达89.4％，cod去除率达到68.6％。
实施例2
上海市闵行区某半封闭污染河道，面积约13000平方米，长期受周围生活污水污染，水深平均为1.5米，水体表面有生活垃圾及树枝落叶漂浮，水质浑浊。针对该污染河道的底泥，首先按照70％硝酸钙、20％维生素(维生素b1)、5％辅酶q、5％nadh的比例配制生物激发剂，采用蒸馏水进行溶解，以1000转/分的转速，搅拌20分钟，母液浓度为60g/l。将溶解完全的溶液采用高压水泵均匀注入待处理河道底泥中，注入深度为25cm，生物激发剂投加的终浓度为50g/m3。采用间歇性曝气方式对污染河道进行曝气处理，间隔12小时曝气1.5小时，曝气期间使底泥中的溶解氧控制在3.0mgo2/l。使用生物激发剂进行底泥原位修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到96.5％，总氮的去除率达50.3％，总磷的去除率达95.4％，cod去除率达到73.6％。
实施例3
上海市闵行区某半封闭污染河道，面积约13000平方米，长期受周围生活污水污染，水深平均为1.5米(不含底泥层)，水体表面有生活垃圾及树枝落叶漂浮，水质浑浊。针对该污染水体，首先按照55％硝酸钙、25％维生素(维生素b7)、10％辅酶q、10％nadh的比例配制生物激发剂，采用蒸馏水进行溶解，以800转/分的转速，搅拌30分钟，母液浓度为50g/l。将溶解完全的溶液采用高压喷雾器均匀喷洒于待处理水体中，生物激发剂投加的终浓度为5g/m3。采用间歇性曝气方式对污染河道水体进行曝气处理，间隔10小时曝气1小时，曝气期间使水体溶解氧控制在2.5mgo2/l。使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到86.5％，总氮的去除率达55.3％，总磷的去除率达90.4％，cod去除率达到70.6％。
实施例4
上海市闵行区某半封闭污染河道，面积约13000平方米，长期受周围生活污水污染，水深平均为1.5米，水体表面有生活垃圾及树枝落叶漂浮，水质浑浊。针对该污染水体，首先按照60％硝酸钙、20％维生素(维生素b1和维生素b7)、15％辅酶q、5％nadh的比例配制生物激发剂，采用蒸馏水进行溶解，以700转/分的转速，搅拌35分钟，母液浓度为50g/l。将溶解完全的溶液采用高压水泵注入待处理河道底泥中，注入深度为15cm，生物激发剂投加的终浓度为100g/m3。采用间歇性曝气方式对污染河道水体进行曝气处理，间隔12小时曝气1小时，曝气期间使水体溶解氧控制在3.0mgo2/l。使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到88.5％，总氮的去除率达52.3％，总磷的去除率达92.4％，cod去除率达到78.6％。
实施例5
上海市闵行区某半封闭污染河道，面积约13000平方米，长期受周围生活污水污染，水深平均为1.5米，水体表面有生活垃圾及树枝落叶漂浮，水质浑浊。针对该污染水体，首先按照60％硝酸钙、20％维生素(维生素b1、维生素b12和维生素b7)、15％辅酶q、5％nadh的比例配制生物激发剂，采用蒸馏水进行溶解，以700转/分的转速，搅拌35分钟，母液浓度为50g/l。将溶解完全的溶液采用高压水泵注入待处理河道底泥中，注入深度为20cm，生物激发剂投加的终浓度为80g/m3。采用间歇性曝气方式对污染河道水体进行曝气处理，间隔12小时曝气1小时，曝气期间使水体溶解氧控制在3.0mgo2/l。使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到97.5％，总氮的去除率达60.6％，总磷的去除率达97.8％，cod去除率达到81.3％。
对比例1
本对比例中针对的污染水体与实施例1一致，涉及的生物激发剂的使用方法与实施例1基本一致，不同之处在于：按照50％硝酸钙、45％维生素、5％辅酶q的比例配制生物激发剂。
使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到72.5％，总氮的去除率达51.8％，总磷的去除率达88.4％，cod去除率达到64.3％。
对比例2
本对比例中针对的污染水体与实施例1一致，涉及的生物激发剂的使用方法与实施例1基本一致，不同之处在于：按照55％硝酸钙、40％维生素、5％nadh的比例配制生物激发剂。
使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到73.4％，总氮的去除率达50.3％，总磷的去除率达88.2％，cod去除率达到65.4％。
对比例3
本对比例中针对的污染水体与实施例1一致，涉及的生物激发剂的使用方法与实施例1基本一致，不同之处在于：按照70％硝酸钙、25％辅酶q、5％辅酶i的比例配制生物激发剂。
使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到66.5％，总氮的去除率达45.7％，总磷的去除率达87.9％，cod去除率达到65.4％。
对比例4
本对比例中针对的污染水体与实施例1一致，涉及的生物激发剂的使用方法与实施例1基本一致，不同之处在于：按照70％维生素、15％辅酶q、15％nadh的比例配制生物激发剂。
使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到75.4％，总氮的去除率达57.3％，总磷的去除率达75.6％，cod去除率达到62.3％。
对比例5
本对比例中针对的污染水体与实施例2一致，涉及的生物激发剂的使用方法与实施例2基本一致，不同之处在于：采用硝酸钠代替硝酸钙。
使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到90.5％，总氮的去除率达48.5％，总磷的去除率达45.6％，cod去除率达到55.8％。
对比例6
本对比例中针对的污染水体与实施例2一致，涉及的生物激发剂的使用方法与实施例2基本一致，不同之处在于：采用维生素b2代替维生素b1。
使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到92.5％，总氮的去除率达49.8％，总磷的去除率达93.2％，cod去除率达到65.7％。
对比例7
本对比例中针对的污染水体与实施例2一致，涉及的生物激发剂的使用方法与实施例2基本一致，不同之处在于：采用辅酶m代替辅酶q。
使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到85.5％，总氮的去除率达45.8％，总磷的去除率达94.2％，cod去除率达到65.2％。
对比例8
本对比例中针对的污染水体与实施例2一致，涉及的生物激发剂的使用方法与实施例2基本一致，不同之处在于：采用还原性辅酶ⅱ代替还原性辅酶ⅰ。
使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到92.1％，总氮的去除率达46.7％，总磷的去除率达92.3％，cod去除率达到59.8％。
对比例9
本对比例中针对的污染水体与实施例2一致，涉及的生物激发剂的使用方法与实施例2基本一致，不同之处在于：注入深度为35cm。
使用生物激发剂进行水体修复，两周后，水体的nh3-n去除率达到85.4％，总氮的去除率达43.2％，总磷的去除率达56.5％，cod去除率达到56.8％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。