河底泥污染物特性分析及釋放風(fēng)險研究

摘要：南淝河底泥的污染特性、污染控制指標(biāo)與處置方式研究是專題研究解決底泥疏浚工程中的重點與難點問題。對底泥污染特性的分析研究是基礎(chǔ)，是底泥疏浚的依據(jù)，文章在河流底泥污染空間分布數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，分析了底泥污染物的釋放風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：河底泥；污染物特性；底泥疏浚；疏挖清淤量

中圖分類號：X522 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）11-0102-03

城市中小河流污染具有污染惡化、河流生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴重、沿河橋涵港口設(shè)施眾多等各方面難度。通常情況下，需要進行清淤疏浚和疏挖水域中的泥層厚度不均，變化很大。內(nèi)湖和溝渠清淤疏挖中既要去除這些泥層，又要盡量減少非疏浚底泥的超挖，以避免破壞湖泊底部的自然底泥層。同時，這也降低處理了疏挖清淤量和處理費用。因此，尋找合適的方法計算清淤深度是清淤方案制定的重點。

1 底泥污染物含量及分布特征

為全面了解河流底泥的污染分布及污染程度，本項目在河流采樣斷面處分別采集上覆水和底泥進行各項指標(biāo)監(jiān)測。本次研究在示范段選取20個具有代表性的沉積物采樣點共45個沉積物樣。底泥污染物的底泥橫向含量。

2 底泥釋放風(fēng)險的生態(tài)清淤深度分析

2.1 基于E/C模型的生態(tài)清淤深度分析

E/C模型優(yōu)化的實質(zhì)是從實施目標(biāo)的效果（effect）和成本（cost）兩方面綜合考慮，擇優(yōu)選取它們統(tǒng)一對應(yīng)的因子，原則是以最低的成本取得最佳效果，也就是效率最佳。清淤效果只需考慮有機物及磷氮成分的含量，同時由于有機物含量與總磷、總氮含量相關(guān)密切，而且磷的不同賦存形態(tài)比重總是基本不變的，所以提出以總磷、總氮為主要指標(biāo)的E/C優(yōu)化分析方法確定最佳清淤深度是適宜的。首先，規(guī)定把高于背景值（本底濃度）的底泥污染物全部清除定義為100%，并假設(shè)清淤的成本與深度成線性關(guān)系?？偭谆蚩偟獮榇淼娜ノ哿浚ㄐЧ┮约跋鄳?yīng)的成本是深度z的函數(shù)，分別為Ep（z）、EN（z）、C（z）；而Ep（z）/ C（z）、EN（z）/C（z）代表清淤效率，用Rp（z）、RN（z）表示最大的清淤效率。

通過對圖1的分析可知，清淤效率最大處就在泥水界面處，隨著深度加深，Rp（z）、RN（z）很快減小，也就意味著，隨著深度加深，清淤的效率是逐漸降低的。到了600mm時，出現(xiàn)了一次拐點，即效率降到了很低位置。所以不從防洪過水?dāng)嗝婵紤]，清淤設(shè)計深度不應(yīng)超過600mm；但從總污染清除效果考慮，當(dāng)清淤深度達400mm時，清淤效果已達75～80%，所以最佳清淤深度應(yīng)該在400～600mm范圍內(nèi)。對于南淝河而言，Ep（z）～Z，

EN（z）～Z曲線極為相似，為了簡化工作，各斷面的最佳清淤深度，可從其中一條曲線計算得到。

2.2 基于底泥釋放風(fēng)險的生態(tài)清淤深度分析

2.2.1 底泥采樣點的選取。南淝河中段南淝河污水泵站的排污口附近確定采樣點進行采樣。

2.2.2 靜態(tài)模擬實驗。靜態(tài)模擬實驗是在高度為1m、直徑為10cm的PVC管中進行。

2.2.3 實驗結(jié)果分析。

（1）沉積物中磷釋放風(fēng)險評價：

沉積物共28個樣的Qmax、DPS及PSI數(shù)據(jù)見表2。

結(jié)合上表及示范段實際富營養(yǎng)發(fā)生情況，將南淝河表層沉積物磷釋放誘發(fā)富營養(yǎng)化風(fēng)險的評價等級分成高度風(fēng)險（ERI>25）、較高風(fēng)險（20

（2）氮磷釋放模型：

由圖2可以看出：河岸、河中心不同深度柱樣底泥中NH4-H，DTP初始均有劇烈的釋放，釋放曲線幾乎呈直線上升，稍后呈現(xiàn)出波動狀態(tài)?？傮w而言，大多數(shù)NH4-H，DTP釋放曲線在5天后進入釋放-吸附動態(tài)平衡。

河岸、河中部底泥氨氮釋放方面：河岸、河中部不同柱樣底泥氨氮釋放量均是中層最大，兩頭較小。這種底泥釋放差異可能與底泥中氨氮含量的梯度有關(guān)。通過底泥靜態(tài)模擬實驗得到的氨氮釋放規(guī)律和前期測得的底泥中總氮的含量相符合。

河岸、河中部底泥DTP釋放方面：河岸、河中部不同柱樣底泥DTP釋放量也是中層最大，兩頭小。這種底泥釋放差異可能與底泥中DTP含量的梯度有關(guān)。

通過以上靜態(tài)模擬實驗結(jié)果，采用下式計算實驗期間底泥氨氮、溶解性總磷釋放速率：

R——底泥氨氮（NH4+-N）、溶解性總磷（DTP）釋放速率[mg/（m2·d）]

Vz——實驗柱中上覆水體積（L）

Cn、C0、Cj-1——第n次、初始和j-1次采樣體積（L）

Az——柱樣中底泥-水接觸面積（m2）

t——釋放時間（d）

定義不同清淤深度下的污染負荷消減率為：

Ew——氨氮、溶解性總磷污染負荷削減率

W0——表層底泥氨氮、溶解性總磷污染負荷量

Wi——深層底泥氨氮、溶解性總磷污染負荷量

?W——氨氮、溶解性總磷污染負荷削減量

R0——表層泥氨氮，溶解性總磷釋放速率

Ri——深層底泥氨氮、溶解性總磷釋放速率

As——南淝河底泥-水接觸面積

由于南淝河河底的坡度不大，因此南淝河底泥-水接觸面積可近似于河水面面積。

通過表3，可以發(fā)現(xiàn)，無論是河岸還是河中部，河中底泥中層氨氮，溶解性總磷的釋放速率最高，且氨氮的釋放速率比DTP的釋放速率高出很多。且河中部氨氮（NH4+-N）和溶解性總磷（DTP）的釋放速率高于河岸。

通過表4，可以發(fā)現(xiàn)，如果河岸清淤到20cm的深度，污染負荷不但沒有削減，反而有所上升，如果清淤到40cm，氨氮的污染負荷將會削減51.32%，溶解性總磷污染負荷將會削減26.31%，初步可以確定河岸和河中部清淤到40cm左右是合適的。

3 結(jié)語

總之，根據(jù)底泥污染物釋放對上覆水體水質(zhì)的影響程度研究，底泥污染物的釋放是影響水質(zhì)的重要內(nèi)因，污染底泥對上覆水體水質(zhì)的影響相當(dāng)顯著，并將長期存在，如果這一重要的次生污染源得不到有效的處置，就難以達到符合規(guī)劃要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，清除底泥是改善水質(zhì)的重要措施，底泥疏浚工程是十分必要的。

參考文獻

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基金項目：受國家水體污染控制與治理科技重大專項資金資助（2008CX07316-004）

作者簡介：劉志剛（1983—），男，安徽懷寧人，安徽省城建設(shè)計研究院工程師。

（責(zé)任編輯：劉 晶）