疏浚土排水固結(jié)過程中水質(zhì)分析與污染性研究

龔 晨

（江西省地質(zhì)局九一六地質(zhì)大隊，江西 九江 332000）

河底的淤泥中含有大量的有機污染物以及有毒重金屬，且成分復(fù)雜，因此疏浚河底的淤泥，可以有效改善河道內(nèi)的水質(zhì)，并減少河水水體污染。在疏浚淤泥時，需要采取排水固結(jié)的方法，使用純物理的方式將疏浚土固結(jié)硬化，并以負壓排水的方式處理釋放出來的孔隙水，以減少淤泥中的污染物含量。通過數(shù)據(jù)對比分析疏浚土排水固結(jié)過程對河水生態(tài)環(huán)境處理功能的影響。在現(xiàn)有的研究中，文獻[1]通過監(jiān)測高錳酸鹽指數(shù)、氮磷含量等多種數(shù)據(jù)，提取了數(shù)值中的有效成分，獲取了河流水質(zhì)變化的趨勢分析。文獻[2]設(shè)計了一種水質(zhì)分析的方法，并利用該水質(zhì)分析方法對水質(zhì)健康進行了評價。文獻[3]基于水質(zhì)監(jiān)測設(shè)計了一種頻率較低、難度較大的分布式水文模型，并通過對污染物的追根溯源，補足了污染物的監(jiān)測指標，并計算了污染源的位置。本文在疏浚土排水固結(jié)工程的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種水質(zhì)分析以及污染性評價方法，對該過程中的水質(zhì)進行分析，并研究水質(zhì)污染情況。

1 實驗準備

1.1 實驗方法及實驗儀器

選取某河流淤泥過多的部位作為本次實驗的地點，分別通過采樣以及分析儀器監(jiān)測各類污染物濃度，其設(shè)備以及分析方法如表1所示。

表1 水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備及方法

根據(jù)表1的方法以及實驗設(shè)備，獲取實驗數(shù)據(jù)，并評價該段河流內(nèi)疏浚土排水固結(jié)過程中水質(zhì)的監(jiān)測以及污染性分析結(jié)果。

1.2 實驗數(shù)據(jù)處理

輸入通過水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備采集的樣本，設(shè)置誤差平方和，并綜合神經(jīng)元計算樣本的標準誤差：

式中，RE表示河水樣本在神經(jīng)元計算下的標準誤差；R(i)表示某種檢測項目的含量百分比；g1(j)表示樣本的第一次輸入梯度修正量；k1(i)表示樣本第一次輸出梯度修正量。當神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完畢后，還需要通過均方誤差計算網(wǎng)絡(luò)的性能，計算公式為：

式中，eW表示某檢測項目在學習網(wǎng)絡(luò)中的均方誤差；ih表示第i個河水樣本的網(wǎng)絡(luò)輸出值；ip表示第i個河水樣本的實測值；Ni表示樣本集的數(shù)量。通過Matlab進行編程計算，對數(shù)據(jù)樣本進行歸一化處理，得到的訓(xùn)練結(jié)果如圖1所示。

圖1 水質(zhì)污染性評價結(jié)果

在如圖1所示的水質(zhì)污染性評價結(jié)果中，輸出值越小，表明水質(zhì)結(jié)果越好，污染性越小。當訓(xùn)練結(jié)果為0.5～1.5時，輸出結(jié)果為Ⅰ類；當訓(xùn)練結(jié)果為1.5～3.5時，輸出結(jié)果為Ⅱ類；當訓(xùn)練結(jié)果為3.5～4.5時，輸出結(jié)果為Ⅲ類。Ⅰ類水質(zhì)為輕度污染，Ⅱ類水質(zhì)為中度污染，Ⅲ類水質(zhì)為重度污染。

1.3 實驗過程

收集疏浚土排水固結(jié)前的水質(zhì)樣本，收集疏浚土排水固結(jié)工程完成后的水質(zhì)樣本，作為對照組。在疏浚土排水固結(jié)過程中，以絞吸船拖動淤泥，將河道底部的沉積物全部切碎成小塊狀，將其與泥水的混合物一同傳送到排泥場中。在排泥場使用滲透性較低的粘土分層吸附污染物質(zhì)，避免該類污染物從土壤下滲至地下水中，繼而產(chǎn)生新的污染。在排水固結(jié)過程中，由于吹填疏浚的場所不同，不同區(qū)域、不同時段的水質(zhì)樣本監(jiān)測結(jié)果也不相同，因此需要通過水質(zhì)檢測設(shè)備實時監(jiān)測疏浚土排水固結(jié)過程中的水質(zhì)情況，全時段地分析水質(zhì)污染現(xiàn)狀，監(jiān)測排水固結(jié)是否對周邊水體造成了污染。將該河段由上游至下游分為4個河段，分別標注為A段、B段、C段、D段，然后分別監(jiān)測10日內(nèi)河水水質(zhì)參數(shù)，在第二日起進行疏浚土排水固結(jié)工程，直至第6日結(jié)束。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 高錳酸鉀含量測定

通過高錳酸鉀指數(shù)測定方法，計算不同時段內(nèi)河水的水質(zhì)，可以得到10日內(nèi)該河段水質(zhì)情況如表2所示。

表2 高錳酸鉀含量測定結(jié)果

在四個不同河段中，10日內(nèi)高錳酸鉀含量如表2所示。第1日的四個數(shù)值分別為四個河段沒有進行疏浚土排水固結(jié)之前的高錳酸鉀含量，至第9日和第10日，為疏浚土排水固結(jié)工程結(jié)束后，河水中高錳酸鉀含量的測試結(jié)果。通過表2可以很明顯地看出，在實施排水固結(jié)工程時，河道內(nèi)高錳酸鉀含量急速上升，直至工程結(jié)束后，高錳酸鉀含量才緩慢下降，直至第9日，含量的下降趨勢趨于平緩。且由第1日和第10日的高錳酸鉀含量對比可知，疏浚土排水固結(jié)工程可以降低水中的高錳酸鉀含量，此時河水中的高錳酸鉀含量由重度污染轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸任廴尽?/p>

2.2 溶解氧含量測定

使用碘量法測定水中溶解氧的含量，可以得到10日內(nèi)4個河段的溶解氧含量測定結(jié)果如表3所示。

表3 溶解氧含量測定結(jié)果

10日內(nèi)不同河段溶解氧含量變化趨勢如表3所示。河水中的溶解氧通?？梢源砗铀形⑸锏暮?，溶解氧的含量越高，則表明微生物含量越少，河水越清澈，溶解氧的含量越小，則表明微生物含量越高，河水越渾濁。在10日內(nèi)，四個河段內(nèi)的溶解氧含量先減少，后增加，至第10日時，四個河段的河水中溶解氧的含量距第1日均有小幅度增加。由此可見疏浚土排水固結(jié)過程可以使水中溶解氧含量小幅度增長，對減少河道內(nèi)微生物具備促進作用。

2.3 氮元素總含量測定

測定10日內(nèi)四個河道中氮元素總含量，并得到如表4所示的測定結(jié)果。

表4 氮元素總含量測定結(jié)果

8日 2.92 2.32 2.62 2.32 9日 1.58 1.65 1.32 1.41 10日 1.57 1.51 1.36 1.42

10日內(nèi)氮元素在四個河道內(nèi)的含量變化如表4所示，河水內(nèi)氮元素的含量通常來源于氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、凱氏氮四類，若水中氮元素含量超出一定界限，會直接導(dǎo)致水質(zhì)富營養(yǎng)化，微生物大量繁殖，水體遭受污染。因此水中氮元素總含量越少，則該河段的水質(zhì)越好。在表4中，四個河段內(nèi)初始的氮元素總含量為2.3mg/L～2.5mg/L，在疏浚土排水固結(jié)過程中，河水中氮元素含量不斷增加至6mg/L。工程結(jié)束后，氮元素含量逐漸減小，至1.3mg/L～1.6mg/L。此時河道內(nèi)的氮元素含量已經(jīng)不同程度降低，可見疏浚土排水固結(jié)工程對減少河水中氮元素含量具有一定的促進作用。河水中的污染指數(shù)由中度污染轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度污染。

2.4 磷元素總含量測定

測定10日內(nèi)四個河道中磷元素總含量，并得到如表5所示的測定結(jié)果。

表5 磷元素總含量測定結(jié)果

如表5所示，四個河道中磷元素的總含量會隨著疏浚土排水固結(jié)過程的變化而變化。在第1日中，四個河段內(nèi)磷元素總含量均為1.1mg/L～1.5mg/L，此時的數(shù)據(jù)為四個河段沒有經(jīng)歷疏浚土排水固結(jié)工程的磷元素含量測定結(jié)果。隨后5日，直至第6日，為疏浚土排水固結(jié)工程中磷元素含量的測定結(jié)果。隨著工程的逐漸開展，磷元素的含量不斷增加，至7mg/L。這是因為清除淤泥的過程中會導(dǎo)致河道底部污染物排至河水中，造成河水的污染。由第7日至第10日，四個河段內(nèi)的磷元素總含量均呈急速下降趨勢，直至第10日截止，其內(nèi)部的磷元素總含量為0.4mg/L～0.6mg/L，比第1日為開展疏浚土排水固結(jié)工程時的磷元素含量少?？梢娛杩Ｍ僚潘探Y(jié)工程可以減少河水中的磷元素含量，減少河道污染。

3 結(jié)語

本文以時間以及地理位置的區(qū)別對河道內(nèi)疏浚土排水固結(jié)工程前后的水質(zhì)進行分析，并總結(jié)其污染性指標。分別判斷河水中高錳酸鉀含量、溶解氧含量、磷元素含量以及氮元素含量，在不同時段中的變化規(guī)律。在疏浚土排水固結(jié)工程中，污染會逐漸增加，但是隨著工程的結(jié)束，沉淀一段時間后，河水中的污染會逐漸降低，直至小于工程前。