本發(fā)明屬于水環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，涉及黑臭水體修復(fù)方法，尤其是涉及一種黑臭河涌立體式原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，以及使用該系統(tǒng)進(jìn)行的立體式原位生態(tài)修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的不斷加快、城市人口的急劇增加，城市河涌受到嚴(yán)重的污染，水體黑臭現(xiàn)象大面積出現(xiàn)，嚴(yán)重影響城市形象和市民生活。

水體黑臭是有機(jī)污染的一種極端現(xiàn)象，是對水體極端污染狀態(tài)的一種描述，主要是由水中藻類、細(xì)菌的新陳代謝及大量污染物的排放引起的。水體發(fā)黑主要是懸浮顆粒吸附了金屬硫化物（fes、mns），水體發(fā)臭主要是因為厭氧微生物分解水體有機(jī)污染物過程中產(chǎn)生一系列的硫化氫、氨、硫醇等發(fā)臭物質(zhì)。

如何治理黑臭河涌是城市面臨的環(huán)境污染治理問題，也是水環(huán)境領(lǐng)域的難題。目前，黑臭水體治理技術(shù)主要有物理法、化學(xué)法和生物法三種。物理法包括機(jī)械過濾、氣浮除藻、疏浚底泥、引水稀釋等技術(shù)措施；化學(xué)法包括強(qiáng)化絮凝、化學(xué)氧化和化學(xué)沉淀等；生物法主要有微生物修復(fù)、生物濾床、生態(tài)浮島等。其中，物理化學(xué)方法普遍存在二次污染重、處理成本高、應(yīng)用規(guī)模小等缺點。

例如，物理法中，吸附法較為常見?，F(xiàn)有技術(shù)中大都選用竹活性炭和凹凸棒作為凈化黑臭水體的理想凈化劑。與其他材料制成的活性炭指標(biāo)相比，其比表面積、炭得率、大孔率、灰分、揮發(fā)分、充填密度以及經(jīng)濟(jì)性能更好。發(fā)明專利cn105692909a公開了一種黑臭河水凈化劑使用方法，該發(fā)明以竹活性炭作為a凈化劑，以凹凸棒土作為b凈化劑，以中國農(nóng)歷二十四節(jié)氣作為a凈化日、b凈化日，每隔十五日交替投放a凈化劑、b凈化劑。發(fā)明專利cn104773830a公開了一種人工水草和氮磷螯合劑聯(lián)用快速長效凈化水體的方法，該發(fā)明采用“超細(xì)纖維人工水草”和“氮磷螯合劑”兩種水污染凈化產(chǎn)品聯(lián)用。發(fā)明專利cn104857930a公開了一種黑臭河道專用改性礦物材料，生產(chǎn)成本低。以上發(fā)明專利，雖然價格低廉，但其對于水體的凈化效果有限，材料更換頻繁。

而化學(xué)絮凝沉淀法，是通過投加絮凝藥劑，使之與水體中的污染物形成沉淀而去除，在短時間內(nèi)快速凈化水質(zhì)。在水體中原位實施，污染物只是沉至水底，并沒有從水體中去除，容易反彈，因此不宜向水體中直接投加混凝劑。絮凝沉淀技術(shù)對黑臭水體的治理具有一定的優(yōu)越性，但適用于小型且相對封閉的水體。

生物法是一種環(huán)境友好型的方法。按照生物構(gòu)成分類，目前生物法治理黑臭水體的方法包括兩類，一是利用大型植物（或稱超富集植物）治理黑臭水體，二是利用微生物治理黑臭水體。然而在實際河道治理的過程中，利用植物修復(fù)受污水體受植物生長周期影響較大，無法保持長期高效的治理效果，且存在投資大、維護(hù)成本高等負(fù)面影響。微生物的方法應(yīng)用更為廣泛。通過調(diào)研，現(xiàn)將黑臭水體治理的典型生物方法（尤其涉及微生物的方法）歸納如下：

發(fā)明專利cn102603078a公開了一種針對黑臭河道水體修復(fù)的方法，其利用仿生水草、生物富氧和微生物制劑的聯(lián)合作用，針對黑臭河道來構(gòu)建生物強(qiáng)化系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，投放一定比例的仿生水草、微生物制劑、鰱魚、河蚌與蚯蚓，使之形成完整的生物強(qiáng)化系統(tǒng)，達(dá)到水水體修復(fù)的目的。

發(fā)明專利cn102701519a公開了一種采用電化學(xué)結(jié)合生物生態(tài)治理黑臭河道的方法，包括以下措施：1）生物接觸氧化、電化學(xué)處理、增氧曝氣處理；2）投入微生物菌劑，在此之前結(jié)束電化學(xué)處理，同時保持增氧曝氣處理；3）撒入底泥生物菌劑，同時保持增氧曝氣處理；4）間隔一段距離安置生物膜系統(tǒng)；5）設(shè)置人工浮島，在人工浮島上種植挺水水生植物，種植水草。

發(fā)明專利cn105819620a公開了一種利于消除黑臭水體的污水處理工藝和裝置，依次包括以下步驟：集水池處理--混凝氣浮處理—生物接觸氧化處理—人工濕地處理，該工藝操作簡單，出水效果好，且處理過程不產(chǎn)生臭味。該發(fā)明還提供了一種利于消除黑臭水體的污水處理裝置，依次為：集水池—混凝氣浮池—生物接觸氧化處理池—人工濕地處理系統(tǒng)，裝置結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，廢水處理效果好。

雖然上述現(xiàn)有技術(shù)公開了一些黑臭河道的治理方法，能夠滿足一定的需要，并且取得了較好的處理效果，但這些治理方法仍存在一定的缺陷：比如采用微生物制劑或生物膜系統(tǒng)的處理系統(tǒng)或處理方法成本高昂，限制了廣泛使用。

實際河道治理中，不同黑臭水體，污染程度、污染物含量、污水排放規(guī)律不同，其治理對策不同。由于黑臭水體的復(fù)雜性，僅僅采用單一的手段與技術(shù)進(jìn)行治理，治理效果差，或者見效后持續(xù)時間極短，根本無法達(dá)到治本的效果，同時均存在投資大、維護(hù)成本高、不利于水體生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展等負(fù)面影響。并且，現(xiàn)有治理黑臭水體的技術(shù)大都以異位修復(fù)為主，原位生態(tài)修復(fù)黑臭水體的技術(shù)并不多見。因此，需要探索和發(fā)明一種能適應(yīng)不同黑臭水體、長期有效的原位生態(tài)修復(fù)黑臭水體的方法，通過單一技術(shù)的集成綜合創(chuàng)新，實現(xiàn)立體式原位修復(fù)黑臭河涌。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述缺點，提供一種立體式原位生態(tài)修復(fù)黑臭河涌系統(tǒng)及方法。本發(fā)明是一套治理黑臭河涌的立體式原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)與方法。本發(fā)明以原位生態(tài)修復(fù)黑臭河涌為目標(biāo)，將物理修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合，采用“分級、分階段”和“先物理法修復(fù)、生物法修復(fù)、再原位生態(tài)強(qiáng)化技術(shù)修復(fù)”的工作思路，依據(jù)“數(shù)學(xué)模型分析—封污育水—物理修復(fù)技術(shù)（治污環(huán)保船）—生態(tài)反應(yīng)池技術(shù)—強(qiáng)化技術(shù)（二次增氧曝氣、植物--自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)）—河流牧場技術(shù)—水生生態(tài)系統(tǒng)建立平衡—水質(zhì)監(jiān)測和生態(tài)系統(tǒng)的跟蹤—完善水體環(huán)境數(shù)據(jù)系統(tǒng)”的技術(shù)路線進(jìn)行設(shè)計。通過本發(fā)明的治理，黑臭河涌整體水質(zhì)指標(biāo)得到很大提高，整體水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于地表ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，接近地表ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種黑臭河涌立體式原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，在黑臭河涌處設(shè)置有水質(zhì)在線監(jiān)測單元，該水質(zhì)在線監(jiān)測單元的輸出通過無線傳輸單元接數(shù)據(jù)控制中心；其特征在于，系統(tǒng)中還設(shè)有：ecolab生態(tài)模型、治污環(huán)保船、生態(tài)反應(yīng)池、植物—自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床、微納米推流曝氣機(jī)；其中ecolab生態(tài)模型的輸出接數(shù)據(jù)控制中心。

所述ecolab生態(tài)模型，用于對本修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行可行性研究和黑水水體的水質(zhì)預(yù)報；所述ecolab生態(tài)模型優(yōu)選丹麥水利研究所（danishhydraulicinstitute，dhi）的模型軟件。所述ecolab模型具有在線數(shù)據(jù)同步引擎，能夠從數(shù)據(jù)控制中心數(shù)據(jù)庫中實時抓取所需數(shù)據(jù)用于水利數(shù)學(xué)模型計算，修正數(shù)學(xué)模型方案，最終經(jīng)過驗證的模擬方案的計算結(jié)果將被輸出到結(jié)果數(shù)據(jù)庫中，供展示平臺進(jìn)行模擬結(jié)果的展示分析。

所述治污環(huán)保船，對河道進(jìn)掏吸氣，攪動底泥，收集有害氣體（沼氣）水體一次增氧曝氣；

所述生態(tài)反應(yīng)池，用于選擇性激活水環(huán)境中土著微生物，使其大量繁殖，促進(jìn)土著微生物原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)建立；所述生態(tài)反應(yīng)池，優(yōu)選ac-6000。

所述植物—自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床分為三個主要部分，參照圖3：上層植物種植區(qū)，中層為漂浮支架，下層為自然生物膜。上層浮床植物采用多種植物配比模式，主要以水生植物為主，包括挺水植物、漂浮植物、沉水植物，其中挺水植物、沉水植物和浮葉植物種植量為1：1：0.5。中層浮床框架使用pvc管（d=15cm）捆包搭建，組成正三角形（l=300cm）。浮體采用聚苯乙烯泡沫板高分子輕質(zhì)材料制成。下層設(shè)置自然生物膜懸掛區(qū)，懸掛固定化自然生物膜的載體元件—彈性填料。水下固定裝置采用水下固定方式。制作完成后，將彈性填料和浮床同時放入污染水體。

自然生物膜的固定。本發(fā)明使用的彈性填料是一種直徑10cm，表面帶正電荷的聚丙烯編制而成的自然生物膜載體，具有很大的比表面積。彈性填料一端垂直的懸掛在框架網(wǎng)格上。

所述的生態(tài)膜填料采用100%的聚丙烯編織而成；其基本參數(shù)：型號為ф150mm，單位長度44m/m³，單位重量2.0kg/m³，成膜重量69kg/m³，比表面積310m²/m³，絲直徑0.45mm。

所述微納米推流曝氣機(jī)，用于水體增氧、曝氣、推流；

所述數(shù)據(jù)控制中心，實現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)的在線監(jiān)測；并根據(jù)水質(zhì)變化自動修正控制命令，并反饋于ecolab生態(tài)模型對水體預(yù)報。

所述無線傳輸單元，數(shù)據(jù)控制中心通過改無線傳輸單元及其水質(zhì)在線監(jiān)測單元，實現(xiàn)水體指標(biāo)監(jiān)測和圖像信息的采集。

優(yōu)化方案中，還可以設(shè)置有太陽能光伏電站。所述太陽能光伏電站，為微納米推流曝氣機(jī)提供能量。所述并網(wǎng)型光伏電站由太陽能電池方陣、系統(tǒng)控制器、并網(wǎng)逆變器等組成，其中光伏組件采用墨格mg-p250多晶硅光伏組件。優(yōu)選并網(wǎng)型光伏電站。

所述的植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床，申請人推薦以下優(yōu)化方案：

在浮床支架上固定有浮體；構(gòu)成“網(wǎng)兜式”浮床本體；該浮床支架設(shè)置在需凈化的水體水面上，浮床本體的表面設(shè)有多個種植槽、種植槽內(nèi)填充有生物基，所述生物基中設(shè)有承托網(wǎng)，承托網(wǎng)中種植浮床植物；所述浮床支架下面懸掛有若干條自然生物膜反應(yīng)器的膜組件，及若干條曝氣增氧-強(qiáng)化耦合自然生物膜反應(yīng)器的膜組件；該自然生物膜反應(yīng)器的膜組件與曝氣增氧-強(qiáng)化耦合自然生物膜反應(yīng)器的膜組件分別為聚丙烯編織而成的編織物、中空纖維組成的纖維束，該聚丙烯編織物和纖維束編織物構(gòu)成膜載體，該膜載體的表面（通過自然生長或人工接種）富集有生物膜；本植物-自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床中還設(shè)有曝氣系統(tǒng)，該曝氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：空氣壓縮機(jī)通過曝氣主管、三通與曝氣支管為曝氣增氧—強(qiáng)化耦合自然生物膜反應(yīng)器的膜組件曝氣增氧。

所述的“網(wǎng)兜式”浮床本體的優(yōu)化結(jié)構(gòu)是：浮床框架使用pvc管（d=15cm）捆包搭建，組成正三角形（l=300cm）；復(fù)合生態(tài)浮床系統(tǒng)由6塊生態(tài)浮床拼接而成。

優(yōu)化方案中所述的自然生物膜反應(yīng)器的膜組件的結(jié)構(gòu)是：膜載體外附著有自然生物膜，該自然生物膜的結(jié)構(gòu)，自內(nèi)向外依次是：厭氧層、兼氧層、好氧層、附著水層；

所述的曝氣增氧-自然生物膜反應(yīng)器的膜組件的結(jié)構(gòu)是：膜載體外附著有自然生物膜，自內(nèi)向外依次是：空氣、透氧膜、生物膜：好氧層、兼氧層、厭氧層、附著水層；

所述的附著水層與流動水層為富含nh3-n的污水或廢水。

完成本申請第二個發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是：上述黑臭河涌立體式原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的原位生態(tài)修復(fù)方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）數(shù)學(xué)模型分析；

（2）封污育水；

（3）物理修復(fù)技術(shù)；

（4）生態(tài)反應(yīng)池技術(shù)；

（5）強(qiáng)化技術(shù)，主要包括水體二次增氧曝氣和植物—自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)；

（6）河流牧場技術(shù)；

（7）水體生態(tài)系統(tǒng)建立平衡；

（8）水質(zhì)監(jiān)測和生態(tài)系統(tǒng)的跟蹤；

（9）完善水體環(huán)境數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

進(jìn)一步的技術(shù)方案包括：

步驟（1）所述的數(shù)學(xué)模型分析步驟中的子步驟：建立河道水動力模型、連通性評價；建立河涌水質(zhì)模型、污染源與水質(zhì)定量響應(yīng)關(guān)系；治理方案可行性研究、水環(huán)境影響評價、科學(xué)建議；建立污染水體生態(tài)修復(fù)數(shù)學(xué)模型；驗證和修正數(shù)學(xué)模型。

步驟（2）所示的封污育水，進(jìn)行截污減排，控制源頭污水對河涌的污染。

步驟（3）所示的物理修復(fù)技術(shù)，使用治污環(huán)保船，對河涌進(jìn)行清掏吸氣，將污泥沉積物質(zhì)分離，清除垃圾和漂浮物，攪動底泥并收集有害氣體（沼氣）、水體一次增氧曝氣。

步驟（4）所示的生態(tài)反應(yīng)池技術(shù)的子步驟：1）原位選擇性激活土著微生物，通過生態(tài)修復(fù)劑加注和生態(tài)反應(yīng)池的運(yùn)行，來激活土著微生物；2）土著微生物原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)建立，即通過在生物反應(yīng)池內(nèi)激活水環(huán)境中土著微生物，使其大量繁殖后再隨循環(huán)系統(tǒng)的水流進(jìn)入河道，從而豐富水體的生物群落，建立土著微生物原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。

步驟（5）所述的強(qiáng)化技術(shù)，水體二次增氧曝氣技術(shù)采用微納米推流曝氣機(jī)。植物—自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)采用圖2所示的植物—自然生物膜合復(fù)合生態(tài)浮床系統(tǒng)。

步驟（6）所述的河流牧場技術(shù)，通過增加水生生物來修復(fù)維護(hù)水體，其子步驟：1）馴化培養(yǎng)并投放鰱魚、鳙魚、羅非魚等表層濾食性魚類；2）馴化培養(yǎng)并投放河蚌、螺等濾食性底棲生物；3）定期打撈或捕獲動物，控制魚類生物量，完善生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本技術(shù)起到食物鏈“減環(huán)”作用，加速傳遞速度（濾食性魚類→浮游動物、植物→營養(yǎng)物質(zhì)的超控）。

步驟（8）所述中生態(tài)系統(tǒng)的跟蹤，主要在微觀和宏觀兩個方面進(jìn)行跟蹤，確保生態(tài)系統(tǒng)向著健康、良性方向發(fā)展。

所述的生態(tài)膜填料采用100%的聚丙烯編織而成；其基本參數(shù)：型號為ф150mm，單位長度44m/m³，單位重量2.0kg/m³，成膜重量69kg/m³，比表面積310m²/m³，絲直徑0.45mm。

所述水質(zhì)指標(biāo)包括水體溫度、ph值、溶解氧、總氮、總磷、氨氮和化學(xué)需氧量。

微觀方面：定時對治理水域內(nèi)的微生物和小型浮游生物的種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量變化情況進(jìn)行跟蹤，分析現(xiàn)狀和原因，以便及時調(diào)整生態(tài)修復(fù)劑配比和緩釋速度，最大程度的發(fā)揮有益微生物的作用，達(dá)到最佳生態(tài)修復(fù)效果。

宏觀方面：及時對治理水域內(nèi)的大型浮游生物和高等動植物的種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量變化情況進(jìn)行跟蹤，分析食物鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率，及時做出調(diào)控（投放魚苗等），確保生態(tài)修復(fù)過程的穩(wěn)定性和高效性。

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的系統(tǒng)與方法可以促使水體中輪蟲類、枝角類和對橈足類數(shù)量明顯增加，浮游動物的總體數(shù)量可增加1.5~3倍。同時，這些微生物在繁殖和生長過程中產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，能夠促進(jìn)植物的生長，豐富生態(tài)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)食物鏈的形成，從而將水體中氮、磷轉(zhuǎn)移到食物鏈當(dāng)中。本發(fā)明中的生態(tài)修復(fù)劑可被微生物完全消耗，無二次污染。在實施例中，本發(fā)明治理前，黑臭河涌的環(huán)境指標(biāo)是：氨氮為19.87mg/l，do為0.39mg/l，透明度小于10cm。兩個檢測點的nh3-n、do、透明度、tp和cod分別為15.3mg/l和15.2mg/l、0.25mg/l和0.26mg/l、23cm和25cm、1.65mg/l和1.8mg/l、57.9mg/l、69.5mg/l。經(jīng)本發(fā)明的方法治理后，氨氮濃度分別降低至工程前的1/4，工程后降低至1/5；溶解氧含量提高了一個數(shù)量級，分別達(dá)到工程前的10.8倍和12.8倍；工程后透明度為工程前2.3～2.7倍；總磷濃度僅為工程前的1/8～1/5；化學(xué)需氧量僅為工程前的1/8～1/5。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法原理框圖；

圖2為黑臭水體立體式原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)組成框圖；

圖3為植物—自然生物膜合生態(tài)浮床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖4為ac-6000型基礎(chǔ)、開槽圖；圖中箱門4，反應(yīng)箱位置5；

圖5-1、圖5-2、圖5-3、圖5-4為黑臭河涌工程前后水質(zhì)變化特征曲線圖。

具體實施方式

黑臭河道的治理大都處于針對現(xiàn)象治理階段，還未出現(xiàn)綜合的治標(biāo)治本的可大規(guī)模應(yīng)用推廣的成熟技術(shù)。生態(tài)系統(tǒng)作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其各相之間的聯(lián)系錯綜復(fù)雜、緊密相關(guān)，在結(jié)構(gòu)和功能上表現(xiàn)出多樣性、自組織性及復(fù)雜性。因此，很難依靠單一技術(shù)達(dá)到治理目的，不同河涌的設(shè)計應(yīng)不一樣。

本發(fā)明所述的方法是一整套技術(shù)系統(tǒng)，有封污育水、治污環(huán)保船等物理修復(fù)技術(shù)，生態(tài)反應(yīng)池等生物修復(fù)技術(shù)，水體二次增氧技術(shù)、植物--自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)等強(qiáng)化技術(shù)，河流牧場技術(shù)等有機(jī)結(jié)合起來。本發(fā)明的主要步驟概括為：數(shù)學(xué)模型分析；封污育水；物理修復(fù)技術(shù)；生態(tài)反應(yīng)池技術(shù)；水體二次增氧曝氣、植物—自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)；河流牧場技術(shù)；水體生態(tài)系統(tǒng)建立平衡；水質(zhì)監(jiān)測和生態(tài)系統(tǒng)的跟蹤；完善水體環(huán)境數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

實施例1，黑臭河涌立體式原位修復(fù)方法，參照圖1，包括以下步驟：

一、數(shù)學(xué)模型分析

運(yùn)用丹麥水利研究所（danishhydraulicinstitute，dhi）的ecolab建立河道水動力模型、連通性評價；建立河涌水質(zhì)模型、污染源與水質(zhì)定量響應(yīng)關(guān)系；對本治理方案進(jìn)行可行性研究、水環(huán)境影響評價、科學(xué)建議；在此基礎(chǔ)上，建立污染水體生態(tài)修復(fù)數(shù)學(xué)模型；利用ecolab模型的在線數(shù)據(jù)同步引擎，從數(shù)據(jù)控制中心數(shù)據(jù)庫中實時抓取數(shù)據(jù)用于樹立數(shù)學(xué)模型計算，驗證和修正數(shù)學(xué)模型。最終經(jīng)過驗證的模擬方案的計算結(jié)果將被輸出到結(jié)果數(shù)據(jù)庫中，供展示平臺進(jìn)行模擬結(jié)果的展示分析。

二、封污育水

進(jìn)行截污減排，控制源頭污水對河涌的污染。

三、物理修復(fù)技術(shù)

使用治污環(huán)保船，對河涌進(jìn)行清掏吸氣，將污泥沉積物質(zhì)分離，清除垃圾和漂浮物，攪動底泥并收集有害氣體（沼氣）、水體一次增氧曝氣。

其主要部件包括機(jī)械手、有害氣體收集氣囊、漂浮物收集倉、發(fā)電機(jī)和推進(jìn)器。設(shè)備中的機(jī)械手可伸入淤泥內(nèi)部，同時，通過攪拌使河床內(nèi)的沼氣排出。待河面的氣體收集入氣囊后，氣體經(jīng)沼氣專用氣泵、氣體穩(wěn)壓器后進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)發(fā)電，所產(chǎn)生的電能在充電器的作用下被存儲于電瓶內(nèi)。此電能可供逆變器、高壓水泵、絞盤和機(jī)械手驅(qū)動器等設(shè)備運(yùn)行。同時，也可供增氧泵和推進(jìn)器工作，完成河道水體增氧過程。

（1）收集有害（沼氣）氣體。操縱絞盤控制開關(guān)，調(diào)整支架位置，使網(wǎng)架剛好在浮體下面又不碰到浮體位置。手動調(diào)整浮體離開船頭的距離，使浮體離船頭最近但又不碰到支架為好。推進(jìn)器掛入前進(jìn)擋，使船保持大概50m/min的速度前進(jìn)。操縱機(jī)械手控制開關(guān)，放下機(jī)械手，觀察船頭水面的氣泡，調(diào)整到氣泡剛好在浮體下面為止。

（2）水體一次增氧曝氣。推進(jìn)器采用淺水巡航方式傾斜運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備在前進(jìn)過程中產(chǎn)生大量的水花和氣泡，達(dá)到對河道增氧的目的。

本發(fā)明，治污環(huán)保船的運(yùn)行可加快微生物功效，加速微生物清淤時效；改善水體感官質(zhì)量和透明度；排除有害氣體，降低水體臭味濃度；提高水體內(nèi)氧氣濃度；減少水體內(nèi)生物死亡；增加河涌的實際儲水容積。

四、生態(tài)反應(yīng)池技術(shù)

步驟（3）子步驟?。涸贿x擇性激活土著微生物，是把激活土著微生物所需的各種營養(yǎng)（碳源、酶、微量元素及其它載體）通過納米技術(shù)及微包覆技術(shù)制成顆粒均勻的生態(tài)修復(fù)劑，投放在生態(tài)反應(yīng)池中，建立起“土著微生物選擇性激活平臺”，同時利用緩釋技術(shù)把這些營養(yǎng)物質(zhì)持續(xù)提供給水環(huán)境中的土著微生物，從而使得土著微生物被連續(xù)不斷的激活并且快速繁殖。土著微生物大量繁殖的過程中消耗水體的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，達(dá)到降低水體污染物負(fù)荷的目的。

本發(fā)明中的生態(tài)修復(fù)劑可被微生物完全消耗，無二次污染。比表面積為900m²/m³，為土著微生物提供了較大的附著空間，提高了激活效率。

步驟（3）子步驟ⅱ：土著微生物原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)建立，是在遭受破壞的生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過在生物反應(yīng)池內(nèi)激活水環(huán)境中土著的土著微生物，使其大量繁殖后再隨循環(huán)系統(tǒng)的水流進(jìn)入河道，從而豐富水體的生物群落，建立土著微生物原位生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。利用部分微生物的有氧反硝化作用和動植物的促生作用，對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行原位修復(fù)和提升，可增加生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能，從而達(dá)到污染物原位轉(zhuǎn)移、水質(zhì)提升的目的。

本發(fā)明中的生態(tài)反應(yīng)池選擇av-6000，其設(shè)備參數(shù)見表1。

表1ac-6000型生態(tài)反應(yīng)池主要參數(shù)

ac-6000型生態(tài)反應(yīng)池由一個反應(yīng)箱、一個攪拌裝置組成（詳見圖4）。反應(yīng)箱需要固定在河道邊，將河道內(nèi)的水通過反應(yīng)箱持續(xù)不斷的進(jìn)行循環(huán)交換，從而加速土著微生物的繁殖跟擴(kuò)散，加快對底泥中的富營養(yǎng)物質(zhì)的分解，達(dá)到治理河道的目的。該設(shè)備放置在河邊，不會對行人通行造成影響，運(yùn)行過程中也不會產(chǎn)生任何影響居民生產(chǎn)生活的噪音，并且不會產(chǎn)生任何二次污染。

通過就近安裝生態(tài)反應(yīng)池，來選擇性激活土著微生物中具有有氧反硝化作用的微生物（詳見表2），有氧反硝化細(xì)菌可在有氧的條件下，使硝化和反硝化作用同時進(jìn)行。硝化的產(chǎn)物可直接作為反硝化作用的底物，避免了硝酸、亞硝酸積累對硝化反應(yīng)的抑制，加速了硝化-反硝化進(jìn)程。可將水體中的氨氮直接轉(zhuǎn)化成氮氣，揮發(fā)到空氣中，從而能夠達(dá)到快速降低水體中氨氮濃度的目的。

表2能夠進(jìn)行有氧反硝化的菌株

通過對光合細(xì)菌（rhodospirillaceae）、芽胞桿菌（bacillus）、產(chǎn)堿桿菌屬（alcaligenes）等微生物的選擇性激活，可以促使水體中輪蟲類、枝角類和對橈足類數(shù)量明顯增加，浮游動物的總體數(shù)量可增加1.5~3倍。同時，這些微生物在繁殖和生長過程中產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，能夠促進(jìn)植物的生長，豐富生態(tài)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)食物鏈的形成，從而將水體中氮、磷轉(zhuǎn)移到食物鏈當(dāng)中。

在水體有機(jī)物含量較多的情況下，通過對假單胞菌屬（pseudomonas）、微球菌屬（micrococcus）、黃桿菌屬（chryseobacterium）、不動桿菌屬（acinetobacter）等微生物的選擇性激活，可以快速降解有機(jī)物。大大降低了淤泥中有機(jī)質(zhì)的含量，從而達(dá)到生物除淤的目的。

五、強(qiáng)化技術(shù)

（1）二次增氧曝氣技術(shù)，采用的設(shè)備是微納米推流曝氣機(jī)。實現(xiàn)了曝氣、增氧、推流等功能于一體，其動力來源于太陽能，具有節(jié)能環(huán)保、無噪聲等優(yōu)點。設(shè)備運(yùn)行可增加水體的溶解氧水平，加強(qiáng)水中有機(jī)物、微生物與溶解氧充分接觸，從而保證微生物在有充足溶解氧的條件下，氧化分解水中有機(jī)物，進(jìn)而提高水體的自凈能力。

（2）植物--自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)。

1）復(fù)合浮床的制備。復(fù)合浮床分為三個主要部分，上層植物種植區(qū)，中層漂浮支架，下層生物膜載體懸掛區(qū)。

上層浮床植物采用多種植物配比模式，主要以水生植物為主，包括挺水植物、漂浮植物、沉水植物，其中挺水植物、沉水植物和浮葉植物種植量為1：1：0.5。中層浮床框架使用pvc管（d=15cm）捆包搭建，組成正三角形（l=300cm）。浮體采用聚苯乙烯泡沫板高分子輕質(zhì)材料制成。下層設(shè)置生物膜懸掛區(qū)，懸掛固定化自然生物膜的載體元件—彈性填料。水下固定裝置采用水下固定方式。制作完成后，將彈性填料和浮床同時放入污染水體。

2）自然生物膜的固定。

本發(fā)明使用的彈性填料是一種直徑10cm，表面帶正電荷的聚丙烯編制而成的自然生物膜載體，具有很大的比表面積，能夠更好的富集自然生物膜。

自然生物膜能夠自然的附著生長在彈性填料上，形成一層薄膜。自然生物膜能夠吸附水中的有機(jī)物，并迅速將其降解，逐漸形成更厚的膜，在污水處理過程中自然生物膜呈現(xiàn)一個自我更替的過程，主要有“生長、更新、脫落”等階段，脫落的生物膜沉積在水底，從而去除水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。自然生物膜作為水生生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分有其特有的作用。從水體生產(chǎn)力角度來看，脫落的自然生物膜可作為經(jīng)濟(jì)動物如螺、蚌、蝦、魚等的餌料，承接著上下游食物鏈。

3）植物—自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)凈化上覆水體。

植物和自然生物膜通過協(xié)同效應(yīng)，聯(lián)合修復(fù)污染水體。

一方面，植物能夠直接吸收污水中的氮、磷等供其生長發(fā)育和繁殖，并自然生物膜提供營養(yǎng)物，誘導(dǎo)自然生物膜降解某些難降解的有毒物質(zhì)。植物根系可以充當(dāng)“載體”功能，富集自然生物膜。植物根系的某些分泌物不但可以促進(jìn)某些嗜磷、嗜氮細(xì)菌的生長，促進(jìn)氮、磷的釋放和轉(zhuǎn)化，而且其中的某些抗生物質(zhì)還可以抑制部分藻類的生長。此外沉水植物有利于在河底形成屏障，可以降低底泥中營養(yǎng)物質(zhì)的溶出速度。

另一方面，自然生物膜的不斷生長，增強(qiáng)了對污染物的降解，使植物有更加優(yōu)越的生長空間，同時，彌補(bǔ)了在深水條件下植物生長受到光照限制而不能較好的發(fā)揮作用的缺陷，使污染物得到有效的去除。自然生物膜能夠固持和吸附水體中的磷，分解和轉(zhuǎn)化有機(jī)氮為無機(jī)氮被植物直接攝取，抑制部分藻類的生長，從而降低水華發(fā)生的風(fēng)險。同時，對于水體較淺的湖泊或河道，自然生物膜能夠改變沉積物和水交界面的氧化還原電位和溶解氧水平，將沉積物中其他形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化為固定態(tài)或吸附態(tài)磷，降低溶解性磷進(jìn)入上層水，抑制沉積物再懸浮及內(nèi)源磷的釋放，提高浮床的水質(zhì)凈化效果。自然生物膜的引入起到了食物鏈的“加環(huán)”作用，引入自然生物膜的復(fù)合生態(tài)浮床作為一個完整的微生態(tài)系統(tǒng)，對水質(zhì)凈化效果和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都有顯著提高。

在時空尺度上，自然生物膜和植物之間慢慢形成一個復(fù)合的交互生態(tài)系統(tǒng)，其間不斷進(jìn)行物種遷移、能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)循環(huán)。在植物--自然生物膜的聯(lián)合修復(fù)作用下，植物—自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床技術(shù)大大提高了對污染物的去除效果，促進(jìn)了污染物的快速降解、轉(zhuǎn)化。與其他水處理方式相比，植物--自然生物膜復(fù)合生態(tài)浮床更接近自然，所栽種的植物不僅美化環(huán)境，同時其建設(shè)、運(yùn)行成本較低，維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)效益好，在黑臭水體應(yīng)用前景廣闊。

六、河流牧場技術(shù)

1）馴化培養(yǎng)鰱魚、鳙魚、羅非魚等表層濾食性魚類，并投放；2）馴化培養(yǎng)并投放河蚌、螺等濾食性底棲生物；3）定期打撈或捕獲動物，控制魚類生物量，完善生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本技術(shù)起到食物鏈“減環(huán)”作用，加速傳遞速度（濾食性魚類→浮游動物、植物→營養(yǎng)物質(zhì)的超控）。

八、水質(zhì)監(jiān)測和生態(tài)系統(tǒng)跟蹤

水質(zhì)監(jiān)測采用水質(zhì)在線監(jiān)測單位，數(shù)據(jù)控制中心通過改無線傳輸單元及其水質(zhì)在線監(jiān)測單元，實現(xiàn)水體指標(biāo)監(jiān)測和圖像信息的采集；

生態(tài)系統(tǒng)跟蹤主要包括兩方面，1）微觀方面：定時對治理水域內(nèi)的微生物和小型浮游生物的種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量變化情況進(jìn)行跟蹤，分析現(xiàn)狀和原因，以便及時調(diào)整生態(tài)修復(fù)劑配比和緩釋速度，最大程度的發(fā)揮有益微生物的作用，達(dá)到最佳生態(tài)修復(fù)效果。2）宏觀方面：及時對治理水域內(nèi)的大型浮游生物和高等動植物的種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量變化情況進(jìn)行跟蹤，分析食物鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率，及時做出調(diào)控（如投放魚苗等），確保生態(tài)修復(fù)過程的穩(wěn)定性和高效性。

采用本方法對黑臭河涌進(jìn)行原位生態(tài)修復(fù)。修復(fù)前是嚴(yán)重的黑臭水體，水發(fā)黑發(fā)臭呈墨色，水質(zhì)渾濁，富營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)污染物含量較高。其中氨氮為19.87mg/l，do為0.39mg/l，透明度小于10cm。

本實施例工程沿河涌兩岸每間隔約80米布置1臺ac-6000型生態(tài)反應(yīng)池（24h運(yùn)行），共8臺。并在河涌中間等間距布置6臺微納米推流曝氣機(jī)。

分別對檢測點1，2和和對照點，工程前、工程末期和工程后的水體nh3-n、do、透明度、tp和cod等進(jìn)行檢測和分析，結(jié)果如圖5-1、圖5-2、圖5-3、圖5-4所示。

工程前監(jiān)測點1和2的nh3-n、do、透明度、tp和cod分別為15.3mg/l和15.2mg/l、0.25mg/l和0.26mg/l、23cm和25cm、1.65mg/l和1.8mg/l、57.9mg/l、69.5mg/l。

經(jīng)治理，工程默契監(jiān)測點1和2的氨氮濃度分別降低至工程前的1/4，工程后降低至1/5；溶解氧含量提高了一個數(shù)量級，分別達(dá)到工程前的10.8倍和12.8倍；工程后透明度為工程前2.3～2.7倍；總磷濃度僅為工程前的1/8～1/5；化學(xué)需氧量僅為工程前的1/8～1/5。而對照點的各項指標(biāo)在改時間內(nèi)并無明顯變化。

工程前后的水深測量結(jié)果表明，兩次測量期間淤泥底質(zhì)減少4321m³，淤泥厚度平均消減了約27cm，大大減少了有機(jī)質(zhì)的含量。

綜上，經(jīng)過對治理河段和未治理河段的水質(zhì)參數(shù)氨氮、溶解氧、透明度、總磷和化學(xué)需氧量在工程前、工程末期和工程后的對比分析表明，河涌黑臭水體經(jīng)過試點工程治理，水質(zhì)有明顯好轉(zhuǎn)。

上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍。