杭州市城區(qū)河道底泥污染特征分析

孫映宏,張飛珍,楊艷艷,朱 江

(1.杭州市水文水資源監(jiān)測總站,浙江 杭州 310016;2.杭州市南排工程建設(shè)管理處,浙江 杭州 310020)

1 杭州市城區(qū)河道整治概況

2000年以來,杭州城區(qū)河道開展了大規(guī)模的水環(huán)境綜合整治工作,通過河道清淤、配水保潔、河道整治、截污納管和污水處理廠建設(shè)以及畜禽養(yǎng)殖污染綜合治理,使河道水質(zhì)有了較大的改善?！笆濉逼陂g,杭州計劃基本完成繞城范圍內(nèi)1 km以上291條河道的整治,形成水質(zhì)良好、水流通暢、特色通航、景觀優(yōu)美、宜居繁榮的城市河道環(huán)境。

在杭州城市河道綜合整治中,清淤是十分重要的措施之一。隨著城區(qū)河道整治工作的進(jìn)一步展開,底泥污染特征調(diào)查和研究顯得十分重要,既可及時了解河段的污染物含量及其分布特征,為清淤作業(yè)提供指導(dǎo),又可根據(jù)研究結(jié)果妥善處置河道底泥,防治二次污染,為杭城的環(huán)境優(yōu)化和生態(tài)文明建設(shè)提供服務(wù)。

2 底泥污染測定

2.1 監(jiān)測點位、頻次及指標(biāo)

按典型水功能區(qū),分類選取運(yùn)河片的蔣村港、余杭塘河、運(yùn)河、運(yùn)南片的新開河和上塘河片的上塘河、和睦港為代表河道,于2011年4月、7月和10月各進(jìn)行了一次底泥采樣分析,檢測的指標(biāo)包括pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷及重金屬Cu、Zn、Pb、Cd等。具體監(jiān)測點位分布見圖1,河道主要功能見表1。上述6條河道近年來陸續(xù)都進(jìn)行過整治:1993年杭州市開始實施運(yùn)河截污工程,2000年開始實施運(yùn)河、上塘河底泥疏浚工程,2002年起開展運(yùn)河綜保工程;2002年,新開河完成整治;至2006年,市區(qū)先后進(jìn)行了3輪河道綜合整治工程,實施完成18條總長約80 km河道整治,余杭塘河位列其中;2007年市政府確定了第4輪河道綜保工程,計劃用5 a時間完成273條市區(qū)河道的治理,列入計劃的蔣村港、上塘河、和睦港于2007—2008年相繼完成整治。

圖1 底泥監(jiān)測點位分布圖

表1 各片區(qū)主要監(jiān)測河道及功能表

2.2 監(jiān)測結(jié)果

底泥指標(biāo)的監(jiān)測方法按照 《土壤農(nóng)化分析》 (第3版)[1].和《土壤理化分析》 (1978年)進(jìn)行:有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法,TN采用靛酚藍(lán)比色法,TP采用H2SO4-HClO4-鉬藍(lán)比色法,全量 Cu、Zn、Pb、Cd采用 HCl-HNO3-HClO4消化和原子吸收法測定,監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 不同時期各河道斷面底泥污染物指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)表

續(xù)表2

3 底泥污染物特征分析

3.1 pH值變化特征

從測定結(jié)果來看,各河道底泥pH值均為中性偏堿性,不同河道的底泥pH值存在差異,同一河道不同時期底泥pH值亦有變化,但波動幅度不大。蔣村港、杭三大橋、九堡以及采荷4個斷面10月底泥pH值均比4月和7月大,且7月和10月總體分布趨勢大體一致,這與7月和10月溫度較高有關(guān),微生物代謝頻繁并且有利于底泥中氫氧化物的水解,使得pH值增高。但這一現(xiàn)象在義橋和丁橋斷面上表現(xiàn)不明顯,義橋3個時期pH值變化波動不大,而丁橋斷面與其他河道斷面相反,4月和10月pH值較7月大,可能是7月份有偏酸性物質(zhì)流入河道,造成pH值下降。

3.2 營養(yǎng)鹽特征分析

底泥中的營養(yǎng)元素主要是指氮和磷,其含量高低是反映該物質(zhì)向水中釋放程度的重要指標(biāo)。

3.2.1 全磷分析

新開河采荷斷面底泥中全磷含量是最高的,蔣村港、杭三大橋、義橋以及九堡斷面在各個時期底泥中全磷含量變化比較平緩,波動不大。根據(jù) 《全國土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)》(全國土壤普查辦公室,1998年)(見表3),蔣村港、杭三大橋以及義橋斷面底泥全磷含量屬于中等～較豐富,而丁橋、九堡以及采荷斷面底泥全磷達(dá)到了豐富。

表3 全國土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)表 g/kg

3.2.2 全氮分析

新開河采荷斷面各個時期底泥中全氮含量最高,蔣村港、杭三大橋以及丁橋各斷面在不同時期的全氮含量波動幅度較大,而運(yùn)河的義橋及九堡斷面的全氮含量變化趨勢較平緩。根據(jù)《全國土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)》,運(yùn)河義橋斷面的全氮含量屬于較缺的狀態(tài);丁橋和九堡斷面底泥中全氮含量中等～較豐富;采荷斷面底泥中全氮累計嚴(yán)重,極為豐富。

從全磷及全氮的含量變化特征來看,新開河是營養(yǎng)鹽污染最嚴(yán)重的河道,易發(fā)生底泥富營養(yǎng)化,出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象,其主要原因是由于截污不到位,污水直排河道,淤積在河底的污垢不時泛起浮上水面,如上塘河 (杭州段)以赤岸橋為界,上游部分通過配水后水質(zhì)情況有較大改善,下游部分由于截污納管措施不到位,水質(zhì)狀況改善不大,出現(xiàn)了分水嶺[2].,因此進(jìn)一步深化截污納管工程對改善水環(huán)境是十分必要。

3.3 有機(jī)質(zhì)變化特征

有機(jī)質(zhì)是底泥中極為重要的自然膠體之一,是重金屬、有機(jī)物等污染物發(fā)生吸附、分配和綜合作用的活性物質(zhì),也是反映底泥有機(jī)營養(yǎng)程度的重要標(biāo)志。底泥有機(jī)質(zhì)的分解會大量耗氧,導(dǎo)致河水發(fā)臭,從而成為水體的次生污染源。

由表2監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,不同時期各河道表層底泥有機(jī)質(zhì)含量變化趨勢與全氮含量變化趨勢基本一致。根據(jù)《全國土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)》,運(yùn)河斷面表層底泥中有機(jī)質(zhì)與全氮均屬于較缺狀態(tài),說明運(yùn)河底泥中有機(jī)質(zhì)尚未出現(xiàn)積累現(xiàn)象;丁橋、九堡斷面底泥中有機(jī)質(zhì)含量中等～較豐富,說明有機(jī)質(zhì)具有潛在的有機(jī)營養(yǎng)化趨勢;蔣村港、杭三大橋以及采荷斷面的有機(jī)質(zhì)含量波動幅度較大。新開河各個時期中的底泥有機(jī)質(zhì)含量均比其他河道高,過高的有機(jī)質(zhì)含量顯示嚴(yán)重的有機(jī)污染,這與新開河水質(zhì)污染以有機(jī)污染為主的特點密切相關(guān)。

3.4 重金屬污染特征分析

底泥中重金屬是具有潛在生態(tài)危害的污染物,對生物和人體具有毒性效應(yīng),生物不能降解。某些重金屬可通過生物作用轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬有機(jī)化合物,由于食物鏈的生物富集和放大作用,導(dǎo)致人體慢性中毒。水體中的重金屬易由水相轉(zhuǎn)入固相,因此,底泥是水體重金屬污染的載體和指示劑。

目前我國和世界上許多國家(地區(qū))尚未建立底泥環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),但均制訂了符合各國、各地區(qū)情況的土壤質(zhì)量控制指標(biāo),并將其應(yīng)用于土壤污染防治、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)林生產(chǎn)保障和人體健康維護(hù)等各個方面,這些標(biāo)準(zhǔn)也為疏浚底泥的直接利用、無害化處置后用途確定提供了依據(jù)。我國淡水沉積物評價通常參考GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (見表5)和 1984年發(fā)布的GB 4284—84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(見表6)。前者規(guī)定了土壤中污染物的最高允許濃度指標(biāo)值及相應(yīng)的監(jiān)測方法,適用于農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場、林地、自然保護(hù)區(qū)等的土壤,后者適用于在農(nóng)田中施用城市污水處理廠污泥、城市下水沉淀池的污泥、某些有機(jī)物生產(chǎn)廠的下水污泥以及江、河、湖、庫、塘、溝、渠的沉淀底泥。

表5 土壤中污染物最高允許濃度指標(biāo)值表mg/kg

表6 農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)值表mg/kg

選擇常規(guī)重金屬Cu、Zn、Pb、Cd進(jìn)行重點研究,監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示其含量在不同河道之間存在差異,且同一河道在不同時期也有所不同。其中,新開河底泥的各項重金屬指標(biāo)都明顯高于其他河道,可能是周邊區(qū)域廢水排放、垃圾焚燒等原因所致。

按照GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評價,各個時期所有監(jiān)測點底泥的pH值均大于6.5,說明底泥為中性偏堿性污泥。從重金屬監(jiān)測指標(biāo)來看,各時期Cu和Pb含量均滿足3級標(biāo)準(zhǔn),4月份2個測點的Zn超標(biāo) (九堡測點527.72mg/kg、采荷測點858.8 mg/kg),所有監(jiān)測點的Cd(＞1mg/kg)均超標(biāo),達(dá)不到3級標(biāo)準(zhǔn);7月份和10月份只有采荷測點的Zn劣于3級標(biāo)準(zhǔn),分別為 631.2,844.42mg/kg,但所有監(jiān)測點的Cd仍然超標(biāo),劣于3級標(biāo)準(zhǔn),最嚴(yán)重的為10月份的采荷測點,Cd含量達(dá)到4.69 mg/kg,杭三大橋在7月份的Cd含量最少,為1.82mg/kg;10月份各河道斷面Cd超標(biāo)均比7月份嚴(yán)重。

按照GB 4284—84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》,若在酸性土壤上施用,各個時期所有測點的Cu和Pb指標(biāo)均滿足要求,7月份和10月份所有測點的Cd也均滿足農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn);4月份2個測點的Zn超標(biāo),采荷測點的Cd超標(biāo);7月和10月均只有采荷測點的鋅達(dá)不到在酸性土壤上施用的標(biāo)準(zhǔn),其他重金屬均達(dá)到農(nóng)用污泥施用標(biāo)準(zhǔn)。底泥重金屬超標(biāo)的河道有2條,分別為和睦港和新開河。

總體上看,研究的6條河道底 泥中Cd、Zn污染比較嚴(yán)重,污染程度為Cd＞Zn＞Cu、Pb,在底泥處置中應(yīng)引起足夠的重視,避免二次污染。

4 結(jié) 語

(1)杭州城區(qū)河道底泥污染特征:pH值均在7～8,呈中性偏堿性;部分河道如采荷、丁橋以及九堡斷面的全氮、全磷以及有機(jī)質(zhì)指標(biāo)含量較高;底泥重金屬含量分布不均,Cd、Zn含量普遍較高,部分河道如新開河、和睦港污染嚴(yán)重。

(2)底泥中富含氮、磷等營養(yǎng)元素及一定量的金屬元素,針對不同污染的底泥進(jìn)行相應(yīng)的資源化利用,可以實現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。根據(jù)杭州城區(qū)河道底泥污染現(xiàn)狀,Zn、Cd等重金屬污染相對比較嚴(yán)重,在底泥的無害化和資源化利用時應(yīng)適當(dāng)考慮對這些重金屬的處理。

(3)杭州城區(qū)河道盡管進(jìn)行了大規(guī)模的整治,但由于截污納管不完全及水體流動性較差等原因,底泥沉積和污染速度較快,建議有關(guān)部門加強(qiáng)底泥監(jiān)測,定期清淤,建立健全長效管理機(jī)制,同時進(jìn)一步深化截污納管工程,加強(qiáng)環(huán)境引配水,推動水環(huán)境質(zhì)量的整體提升。

(4)杭州城區(qū)河道數(shù)量多、分布廣,受條件限制此次底泥污染分析僅選擇了6條代表性河道,同時監(jiān)測指標(biāo)也存在一定局限性,后續(xù)尚有進(jìn)一步研究的空間。

[1].鮑士旦.土壤農(nóng)化分析 [M]..3版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[2].黃健勇,汪健,陸一奇.上塘河 (杭州段)流域河道配水效果分析 [J]..浙江水利科技,2010(5):20-22.