黑臭水體底泥潛在生態(tài)風險評價及處置方法適用性分析

陳漢杰

(廣州市水務規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510640)

近年來我國城鎮(zhèn)化、工業(yè)化快速推進，但城市基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善，導致大量生活污水、工業(yè)廢水排入自然水體，污染物超過水體自凈能力，導致水體產(chǎn)生黑臭現(xiàn)象[1]。黑臭水體的底泥既是水中污染物的積聚，也是向水中不斷釋放污染物的來源[2]，清除黑臭水體底泥作為消除黑臭水體內(nèi)源污染的有效措施[3]，被廣泛應用于黑臭水體治理工程。由于黑臭水體底泥污染成分、超標程度差異較大，如何評價底泥污染風險，并針對底泥泥質(zhì)選擇合適的底泥處置方法難度較大，這也是底泥處置問題頻發(fā)的原因之一[4-5]。

目前疏挖污染水體底泥主要的處置途徑有土地利用、建材利用、填埋等[6-15]。國內(nèi)外學者對污染水體底泥的泥質(zhì)評價和處置方法選擇進行了眾多研究：李敏[16]等提出針對不同污染類型底泥采用不同的處理方式；徐其士等[17]對廣州黑臭河涌車陂涌底泥進行分析，結(jié)果表明90%樣點污染指標低于農(nóng)用地土壤污染風險管控標準；胡如意[18]等對浙江省溫瑞塘河污染底泥進行評價，并分析用于綠(林)地、農(nóng)用地和建設(shè)用地的可行性；王向輝[19-20]等對?？谑忻郎岷?、紅城湖底泥泥質(zhì)進行分析，并分析用于農(nóng)用土壤、回填用土的適用性；王莉君等[21]對南京城區(qū)黑臭河道底泥污染特征進行分析。文國來[22]等對深圳坪山河底泥成分進行分析，并用摻量15%底泥制混凝土砌塊，砌塊抗壓強度、污染物浸出量均滿足要求?，F(xiàn)有研究多定性分析處置方法的適用性，并未針對多種處置方法的具體泥質(zhì)要求系統(tǒng)分析其適用性。

本文選取荔灣區(qū)12條黑臭河涌，對其底泥進行污染風險評價，然后針對底泥泥質(zhì)分析各種處置方法的適用性，為合理處置黑臭水體底泥，資源化利用提供參考。

1 研究區(qū)域概況

本文選取廣州市第2批152條黑臭河涌治理中的荔灣區(qū)境內(nèi)的12條河涌底泥進行分析，分別為增埗河、郭村涌、塞壩涌、茶滘涌、西塱涌、裕安涌、南漖涌、生南涌、赤崗涌、棉村涌、增漖涌、大和涌。每條河涌選擇1—3個代表性斷面，每個斷面采集1個底泥泥樣，共采集27個泥樣。

分析方法：泥樣pH值采用NY/T 1377—2007《土壤pH的測定》；有機質(zhì)采用NY/T 1121.6—2006《土壤有機質(zhì)的測定》；總氮采用NY/T 53—1987《土壤全氮測定法(半微量開氏法)》；總磷采用HJ 632—2011《土壤 總磷的測定 堿熔-鉬銻抗分光光度法》；銅、鋅采用GB/T 7475—1987《水質(zhì) 銅、鋅、鉛、鎘的測定 原子吸收分光光度法》；汞、砷采用HJ 694—2014《水質(zhì)-汞、砷、硒、鉍和銻的測定-原子熒光法》；鉛、鎘采用石墨爐原子吸收法；鎳采用GB/T 11912—1989《水質(zhì) 鎳的測定 火焰原子吸收分光光度法》；鉻采用HJ 757—2015《水質(zhì) 鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》。

2 底泥污染評價

土壤重金屬污染評價常用方法有內(nèi)梅羅指數(shù)法、富集因子法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法、模糊數(shù)學模型、灰色聚類模型、層次分析法等[23]，其中潛在生態(tài)危害指數(shù)法由于其將環(huán)境生態(tài)效應與重金屬的毒性結(jié)合，既能反映單個污染物的影響，也能反映全部污染物的綜合影響，是目前較為常用的方法[24-26]。本次采用生態(tài)危害指數(shù)法對底泥重金屬污染進行評價。

潛在生態(tài)指數(shù)法(The Potential Ecological Risk Index)(RI)是瑞典地球化學家Hakanson[27]提出，其計算公式為：

(1)

(2)

潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)與污染程度關(guān)系見表1。

表1 潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)與污染程度關(guān)系

根據(jù)底泥檢測結(jié)果，各河涌底泥重金屬含量均值及與土壤背景值的平均超標倍數(shù)見表2，表明各河涌底泥重金屬污染嚴重，除As、Pb少數(shù)測點低于土壤背景值，其余均超過土壤背景值，均值超標倍數(shù)排序為Cd>Hg>Cu>Zn>Ni>Cr>Pb>As。

表2 底泥重金屬含量 單位：mg/kg

底泥重金屬潛在生態(tài)風險評價結(jié)果見表3—4。結(jié)果表明單一潛在風險程度Cd、Hg大多為極強風險，Cu從輕微-很強風險均有分布，Zn、Ni、Cr、Pb、As大多為輕微風險。綜合生態(tài)風險11條河涌為程度最高的很強風險，1條為強風險。

表3 底泥重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)與生態(tài)危害指數(shù)

由此可見12條黑臭河涌底泥污染嚴重，需選擇合適的處置底泥方式，防止二次污染。

3 底泥處置泥質(zhì)標準及適用性

方紅衛(wèi)[30]等分析了我國針對污染底泥處置泥質(zhì)標準，海洋沉積物相關(guān)標準按照海域的不同使用功能和環(huán)境保護目標有詳細的分類標準；水利、交通行業(yè)僅指出需進行針對性處理，防止二次污染，并無具體泥質(zhì)標準。城鎮(zhèn)污水處理廠的處置泥質(zhì)標準則較為完善，可作為黑臭水體底泥處置泥質(zhì)的參考標準，但天然水體污染底泥與污水處理廠的污泥泥質(zhì)差別較大，在引用時需綜合判斷適用性。此外綠化種植、農(nóng)用地、建設(shè)用地土壤對土壤環(huán)境質(zhì)量也有相關(guān)要求。綜合相關(guān)標準，按照土地利用、建材利用、填埋的處置方式，黑臭水體底泥處置的泥質(zhì)標準及重金屬含量限值見表5，其中CJ/T 340—2016《綠化種植土壤》選取植物園、公園、學校、居住區(qū)等與人接觸較密切的綠(林)地，Ⅱ級標準；GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》選取pH>7.5水田和其他污染物較嚴格的風險篩選值；GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風險管控標準(試行)》選取污染物第一類用地篩選值。

表4 潛在生態(tài)風險程度評價結(jié)果

根據(jù)表5泥質(zhì)標準重金屬限值，分類判別收集的黑臭水體底泥處置方法適用性見表6。

表5 黑臭水體底泥處置泥質(zhì)標準及重金屬限值

表6 黑臭水體底泥處置泥質(zhì)標準及重金屬限值

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，12條黑臭河涌底泥符合農(nóng)用的僅有1個測點，比例僅3.7%，農(nóng)用主要不符原因Cd、Zn、Cu、As超標，因此基本無法農(nóng)用。底泥符合園林綠化用土僅有3個測點，比例僅11.11%，主要不符原因Cd、Zn、Ni、Cr超標，且無整條河涌或連片測點符合要求，因此也基本無法分類作為園林綠化用土。底泥符合場地回填用土的有8個測點，比例為29.63%，主要不符原因為As、Ni超標，其中有3條河涌的測點均滿足要求，因此可以考慮將這3條河涌的底泥經(jīng)簡單預處理后可作為場地回填用土，就近消納利用。底泥符合制磚、制水泥的比例分別為85.19%、92.59%，主要不符原因為Hg、As、Ni超標，大部分底泥經(jīng)簡單篩分脫水后可制建材。底泥符合填埋處置的比例為92.59%，主要不符原因為As、Ni超標。最后仍有2個測點無法滿足這幾類處置要求，需采取專門的處置方式，妥善處置。

4 結(jié)論

(1)荔灣區(qū)12條黑臭河涌底泥重金屬含量均值是土壤背景值的1.98～31.4倍，均值超標倍數(shù)排序為Cd>Hg>Cu>Zn>Ni>Cr>Pb>As。

(2)底泥重金屬潛在生態(tài)風險評價結(jié)果表明單一潛在風險程度Cd、Hg大多為極強風險，Cu從輕微～很強風險均有分布，Zn、Ni、Cr、Pb、As大多為輕微風險。綜合生態(tài)風險11條河涌為程度最高的很強風險，1條為強風險。

(3)12條黑臭河涌底泥符合農(nóng)用、園林綠化、場地回填、制磚、制水泥、填埋要求的比例分別為3.7%、11.11%、29.63%、85.19%、92.59%、92.59%。底泥基本無法農(nóng)用和園林綠化，建議符合場地回填用土要求的就近回填消納，剩余底泥燒制建材，部分超標嚴重無法利用或填埋的土需采取其他針對性的處置方式，妥善處置。