本发明涉及河道污染治理技术领域，特别涉及一种黑臭河道原位生态修复的方法。
背景技术：
河道底泥是河流水系生态系统的重要组成部分，河道的自净作用主要源于其具有的稀释、吸附、微生物降解等功能。其中底泥吸附和微生物降解，是河道污染物转化削减的主要形式，底泥对河道自净起着不可替代的作用。
由于工业废水、生活污水等点源污染大量排入；地表径流、农业径流、大气的干沉降和湿排入等面源污染大量汇入；雨污长期过量纳污等导致河道污泥淤积，水体生态招致严重破坏。供氧和耗氧机制失衡，由好氧微生物分解占主导而逐步转变为厌氧微生物活动，使水体失去自净能力而导致河道黑臭。
河道污泥在奢侈的消耗水体中氧气的同时，释放出大量的有毒物质(包括有害气体)，使水体长期处于严重缺氧状态、恶化的水质更加剧了河道耗氧速率，彻底破坏河道底泥和水系原生生态体系。因此恶性循环，导致水体严重污染形成。
目前治理黑臭河道最常用也最简便的方法，是用较大水系的较好质量的水，来对较小或局部严重污染的水域进行稀释和置换。如此恶性循环，已导致整体水质恶化，甚至部分大江大河也污染呈ⅳ类甚至ⅴ类水，造成了水危机。
而对污泥的治理则采用疏浚的方法，但是其行为存在如下问题：
i.成本高，机械清淤1hm3时底泥约需9.9-24.7万美元；ii.疏浚过深将会破坏原有的生态系统，底泥疏浚可能会去除底栖生物，破坏鱼类的食物链。如果底泥被完全疏挖，可能需要2到3年时间才能重新建立底栖生物群落。iii.城市河道断面较小清淤疏浚工作不方便疏浚船进行水上作业。iv.疏浚底泥量大、污染物成分复杂、含水率高而处理困难。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题，在于针对现有黑臭河道修复过程中所存在的上述技术问题，而提供一种黑臭河道原位生态修复的方法。该方法是在遵循自然界相生相克原理和生态规律的基础上，以现代微生物技术为依托，利用纳米气泡、生态浮岛等技术相结合,以对水体融氧、建立微生物体系以及长期水体生态维护为手段,达到逐步削减河底污泥，修复底泥生态功能，净化黑臭河水之目的。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
一种黑臭河道原位生态修复的方法，包括如下步骤：
(1)使用高压水枪冲搅目标河道污泥，使河道污泥悬浮于水体之中,同时投放微生物制剂，建立水体微生物体系，生化降解水中污染物；
(2)利用纳米气泡发生器，向目标河道的黑臭水体中释放大量纳米级气泡，纳米气泡的集群托力将黑臭水体中的有机物浮集于水面，随即收集作为制备生物有机肥料之资源，同时提高水体溶解氧含量，氧化还原水中部分污染物；
(3)在完成步骤(2)一到两天后，在治理河道的水域上设置植物浮岛，植物浮岛上的植物吸收微生物转化污泥释放的营养物质；同时与微生物的光合机能互相作用，建立和维护水底生态，进行污泥原位减量而净化水质；
上述过程中，所述步骤(2)一直进行至达到阶段目标要求时为止。
在本发明的一个优选实施例中，所述纳米级气泡的直径为0.1～50um。
在本发明的一个优选实施例中，在进行步骤(3)时，治理河道中的水体融氧量为15～30mg/l。
在本发明中，所述微生物制剂由以下菌落数量百分比的菌种制备而成：
在本发明的一个优选实施例中，在所述步骤(2)中，向目标河道的黑臭水体中投放微生物制剂，其使用量和方法为：25公斤微生物制剂加入250公斤目标河水，混合均匀后均匀投放于水体中。
在本发明的一个优选实施例中，在所述植物浮岛上种植水生植物和设置碳素纤维微生物宿体，以确保微生物体系功能的可持续和浮岛植物的正常生长。
由于采用了如上的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下特点：
1、本发明采用的纳米级气泡体积小，在水中停留的时间久。微纳米气泡的自增压效应，可有效提高气液界面的传质效率和溶解氧含量，在水体高含氧量条件下，本发明采用的微生物能够充分发生生物反应，降解水中有机污染物。此外，纳米气泡有较高的界面动电势使其具有高效的吸附性能，通过吸附水中细小的悬浮颗粒物质，聚集为较大的絮体浮至水面，达到气浮透析的效果。
2、本发明的微生物制剂由光合成菌群、硝酸菌群等主要功能种群，与酵母菌、溶磷菌、乳酸菌、固氮菌等多个协同菌群共培养而成的复合菌剂，它是一种对动、植物无害，对环境没有破坏的有益微生物体系。其有效菌落数每毫升达100亿个以上，而且在理想条件下，每20-30min内单位数目可以增加一倍，其繁殖速度大大超过污水或水体中引发各类问题的细菌，能迅速在水体环境中建立起功能微生物体系，有效的抑制各类问题细菌的生命行为。
本发明的功能微生物在富氧条件下，利用目标水体中，特别是污泥中的有机物质进行新陈代谢，最终被转化成二氧化碳和水等无机无害物。实现逐步转化、分解河底污泥中的污染物质，从而达到原位消减污泥，修复水体生态体系，保持可持续良好的水体环境的目的。
3、本发明的植物浮岛运用水生植物习性，采用微孔结构的陶粒、微生物担体(特殊碳纤维微孔构筑物)、浮力工程结构和其他工程材料构成。培植为植物种植篮，浮岛绿植为鸢尾、猴尾和铜钱草等，采用水培的方式，植物覆盖面积占整体水面的1/5～1/3，由于不同河道光照面积不同，绿植铺设面积稍有不同。浮岛植物的根系一方面可以吸收由微生物分解污泥而释放在水中的含氮、磷物质，并与微生物形成相互协同效应，共同降解水中的营养盐类。且工程造价费用低廉，能改善河道景观。
利用本发明的黑臭河道原位生态修复的方法，秉承优生态理念，建立健全水体生态体系，培养水体自净功能。并经特定微生物对水底污泥的分解转换来逐步削减，达到消除污泥修复其底泥原生生态体系，恢复水动植物生长繁衍的生态环境。本发明投资成本低，操作简单，维护便利，治理效果稳定，其修复的生态体系可靠持久，不扰民、不占用周边耕地，无任何污染风险。
具体实施方式
下面以本发明的一种黑臭河道原位生态修复的方法，对上海某一黑臭河道修复过程和效果来详细阐述本发明。
从现场观察，该黑臭河道的水体呈现黄褐色，有恶臭。水体中污染物来源为附近生活污水的无序排放，经现场实际测量，水深平均：2m，污泥深度：20—80cm，能见度：15cm，水面面积约为470m2，水体体积约：940m3。
经申请人对该黑臭河道的水体进行水质检测，结果如下：
与地表水环境质量标准(gb3838-2002)相比：
目标水体溶解氧含量：2.50，达到v类水标准规定值,，但低于iv类水标准规定值：
目标水体cod含量：97.15，是v类水标准规定值2.43倍；
目标水体氨氮含量：8.55，是v类水标准规定值4.28倍；
目标水体总磷含量：0.84，是v类水标准规定值2.1倍；
目标水体ph：7.52，符合水质标准。
综合检测结果，初步得出以下结论：目标水体污染严重，溶解氧较低，cod、氨氮、总磷严重超标。
检测结果见表1。
表1
该黑臭河道的治理方案如下：
1.对河道污染源进行调查，将旁系河道相连的涵管通道进行截流。第一天进场取水样，在取样水面垂直线下0.5m处取水样，以后间隔四到五天取样检测，水体检验结果见表2。按照施工要求，安装调试微纳米气泡发生装置、高压水枪等施工设备。
2.第二天，9：00～11：00，15:00～17:00，进行冲污泥作业。同时，将25公斤微生物制剂与250kg目标河水混合后投入水体(注意9点前微生物投放完毕)，并随即清除漂浮物。
微生物菌剂由以下菌落数量百分比的菌种制备而成：
3.第三天直到目标完成期间，微纳米气泡发生器正常工作，工作时间为9：00～11：00，13:00～17:00，使目标水体保持融氧量15～30mg/l。此后，根据检测结果适当调整微纳米气泡发生器的工作时间和方式。
纳米曝气去除水体中悬浮颗粒物。同时对长期低溶解氧水体进行供氧，为沉水植物提供进行光合作用提供良好的生态环境；为好氧微生物工程菌群提供高溶解氧环境。被高密度微纳米气泡浮除的水体颗粒物含有丰富有机质，作为制备生物有机肥不可多得的原料，彻底消除二次污染并实现资源的利用。
4.铺设湿式生态浮岛，浮岛绿植为鸢尾、猴尾和铜钱草等，采用水培的方式，本河道治理过程中植物覆盖面积占整体水面的1/4。
阶段性目标
第一阶段消除目标水体黑臭，为建立优生态体系奠定基础(第三天至第十天)。
溶解氧3.5mg/l；
cod48.26mg/l；
能见度30cm；
嗅感值，无非正常水异味。
第二阶段建立健全河道优生态体系，此阶段为期三个月(从第十天开始计算)。
本阶段在维持水体溶解氧的基础上，使浮岛植物生长旺盛，充分吸收转换由功能微生物分解河底污泥，而释放的大量氨氮、磷等物质。并逐渐进入对河底污泥的生化减量，避免常规疏浚河道污泥对岸边农地的占用和二次污染。使其水体主要项目达到以下目标：
溶解氧≥6mg/l；
cod≤35mg/l；
能见度≥45cm；
污泥减量，基本完成河底污泥有机物质的同化分解，消除黑色物质而使之接近本土颜色，复活底泥功能。
氨氮≥1.5mg/l，并进入稳定下降线。
总磷≥0.2mg/l，并进入稳定下降线。
第三阶段巩固和维护河道优生态体系，培养河道持续自净功能。
此阶段是经第二阶段后延续开始，在对河道建立健全优生态体系的基础上，确保没有严重外源污染汇入的前提下，解除第一阶段初始对水系流通管道的截流设置；
撤销初始所置浮岛量的三分之二，减少浮岛植物对目标水体氧的消耗。管理好剩余浮岛植物，使其长期保持生长旺盛和适量的规模。建立一个与河底沉水植物相结合，适宜鱼、虾、螺等生物繁衍生长的自然水体环境；
定期对河道水系跟踪检测，采取积极防御性维护措施，确保河道整体水质主要项目指标达到或优于v类标准：
溶解氧≥6mg/l(为ⅱ类水质标准)；
cod≤20mg/l(为ⅲ类水质标准)；
能见度≥50cm(为正常水质标准)；
氨、氮≥1.5mg/l(为ⅳ—ⅴ类水质标准)，由初始数值通过峰值，而逐渐下降到低于初始数值，并进入下降线稳定在≥1.5mg/l(这是因为两岸任然有一定量的，分散的污染源汇入)；
总磷≥0.2mg/l(为ⅳ—ⅴ类水质标准)，由初始数值通过峰值，而逐渐下降到低于初始数值，并进入下降线稳定在≥0.2mg/l(这是因为两岸任然有一定量的，分散的污染源汇入)。
生态，保持底泥洁净和持续的自净功能，土著水草生长良好，鱼、虾、螺等生态体系完善。
表2