成都市城區(qū)部分河道水體與底泥污染調(diào)查研究

陳 雯 彭慧宇 劉云峰 王 瑩

（1 成都市沱江流域投資發(fā)展集團(tuán)有限公司 四川成都 610000 2 四川大學(xué) 四川成都 610000）

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，對(duì)城市河流污染的治理也迫在眉睫。河流點(diǎn)源截污與面源治理后，底泥污染物的釋放成為河道污染的主要因素之一[1]。底泥污染物屬于河流的內(nèi)源污染，是污染物在沉積物和河流水體中循環(huán)的過(guò)程，河流中的污染物長(zhǎng)時(shí)間未經(jīng)處理，逐漸沉降，導(dǎo)致底泥淤積[2]。當(dāng)河流底泥被擾動(dòng)，底泥和上覆水之間物質(zhì)交換的平衡被打破，底泥中的污染物會(huì)重新釋放到上覆水體中，對(duì)上覆水造成二次污染[3]。沉積物尤其是底泥是河流污染的源和匯，其研究對(duì)水體環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)具有重要意義，是關(guān)系水體污染控制成敗的關(guān)鍵。本文對(duì)成都市城區(qū)多條河流水體和底泥進(jìn)行布點(diǎn)分析，通過(guò)實(shí)地考察對(duì)比取樣條件，確定采樣河段和采樣點(diǎn)采集水體和底泥樣品，檢測(cè)其中各污染指標(biāo)的含量，利用選定的評(píng)價(jià)方法，對(duì)成都市各河道水體和底泥污染物污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)和相關(guān)性分析。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查范圍

本次研究在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后，選擇成都城區(qū)20條河道，設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面20 個(gè)。

1.2 樣品采集與分析

通過(guò)參照近幾年監(jiān)測(cè)資料，綜合考慮了代表性，連續(xù)性和具有統(tǒng)計(jì)意義三項(xiàng)原則，每個(gè)點(diǎn)位底泥上覆水檢測(cè)指標(biāo)：pH、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、COD、汞、鉛、鎘、鉻、砷共9 項(xiàng)指標(biāo)，確定每個(gè)底泥樣品檢測(cè)指標(biāo)：pH、總氮（TN）、總磷（TP）、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)氮、氨氮、鉛、鉻、鎘、汞和砷共11 項(xiàng)指標(biāo)。

根據(jù)采樣計(jì)劃，在2020 年3 月完成對(duì)選定的20條河流水樣和泥樣收集。主要依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）和《土壤農(nóng)化分析》中的監(jiān)測(cè)方法對(duì)水樣和泥樣各項(xiàng)污染指標(biāo)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)，測(cè)定各選定河流斷面的水體污染指標(biāo)和底泥污染指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)國(guó)家制定的 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）對(duì)所選20 條河流水質(zhì)進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)。

水質(zhì)單因子污染指數(shù)Pi的計(jì)算公式為：Pi=Ci/Si

式中:Ci為第i 種水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度（mg/L）；Si為第i 種水質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（mg/L）。

1.3.2 底泥評(píng)價(jià)方法

土壤背景值是指未受或極少受人類(lèi)活動(dòng)影響而能保證基本未被污染和破壞的土壤中特定元素的含量，對(duì)于土壤底泥的評(píng)價(jià)參考值，采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-2018）中的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值，利用潛在生態(tài)污染指數(shù)評(píng)價(jià)底泥污染程度。

計(jì)算公式如下：

1.3.3 相關(guān)性分析方法

針對(duì)水體和底泥主要污染物，利用SPSS 中的Pearson 相關(guān)性分析與雙尾檢驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)的結(jié)果與分析

根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)顯示，pH 介于7-9 之間，顯示水質(zhì)偏堿性，其中COD、氨氮、總磷、鉻濃度如圖1-圖4所示，汞、鉛、鎘均未檢出，砷有2 個(gè)點(diǎn)位檢出0.4μg/L、0.5μg/L，其余點(diǎn)位均為檢出。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，水體COD 濃度范圍為5-14mg/L；氨氮濃度范圍為0.115-7.69mg/L，有5 個(gè)點(diǎn)位超過(guò)1mg/L；總磷濃度范圍為0.04-1.79mg/L，有6 個(gè)點(diǎn)位超過(guò)0.2mg/L；總鉻濃度范圍為0.15-0.3μg/L，有1 個(gè)點(diǎn)位未檢出。

圖1 水體COD濃度（mg/L）

圖2 水體氨氮濃度（mg/L）

圖3 水體總磷濃度（mg/L）

圖4 水體鉻濃度（mg/L）

依據(jù)單因子指數(shù)對(duì)20 條河流水質(zhì)評(píng)價(jià)的結(jié)果見(jiàn)表1。單因子評(píng)價(jià)法是以不符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的最差水質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)類(lèi)別作為所評(píng)價(jià)水體整體的水質(zhì)類(lèi)別。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，所選20 條成都市河流中共4 條河流水質(zhì)達(dá)到Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，9 條河流水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，2 條河流水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，5 條河流水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)河流。

表1 基于單因子指數(shù)法的河流水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 底泥的結(jié)果與分析

根據(jù)泥質(zhì)指標(biāo)顯示，顯示泥質(zhì)pH 介于7-9 之間，偏堿性。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，底泥總氮濃度范圍為169-2852mg/kg；總磷濃度范圍為140-1031mg/kg；有機(jī)質(zhì)濃度范圍為8200-75800mg/kg；氨氮濃度范圍為3.07-19.6mg/kg；鉛濃度范圍為10-40mg/kg；鎘濃度范圍為0.13-0.74mg/kg；鉻濃度范圍為26-86mg/kg；汞濃度范圍為0.044-0.706g/kg；砷濃度范圍為2.69-10.7mg/kg。

經(jīng)計(jì)算分析可知，對(duì)比 《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-2018）中的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值，選取的成都市20 條河流底泥數(shù)據(jù)全部滿足潛在生態(tài)污染指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí)規(guī)定的低度污染標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 水體與底泥相關(guān)性分析

將水體COD 與底泥有機(jī)質(zhì)，水體氨氮與底泥氨氮，水體總磷與底泥總磷，水體鉻與底泥鉻分別進(jìn)行相關(guān)性與顯著性分析，水中鉛、鎘、汞和砷的含量過(guò)低導(dǎo)致無(wú)法檢出，故不進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 水體與底泥中污染物指標(biāo)相關(guān)性與顯著性表

從結(jié)果可知，水體COD 與底泥有機(jī)質(zhì)，水體氨氮與底泥氨氮，水體總磷與底泥總磷，都具有一定的相關(guān)性，水體鉻與底泥鉻相關(guān)性不大。有研究結(jié)果表明，在一定條件下，累積于底泥中的污染物通過(guò)與上覆水體間的物理、化學(xué)、生物交換作用，可重新進(jìn)入上覆水中，形成二次污染源，而底泥中重金屬向上覆水體的釋放對(duì)上覆水體的影響并不大[5]。因此分析得出，底泥中的有機(jī)質(zhì)、總磷、氨氮濃度對(duì)上覆水的COD、總磷、氨氮影響較大，而底泥中重金屬鉻濃度對(duì)上覆水體的重金屬鉻影響不大。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于7 條未達(dá)到Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)的河流，為減少水體中氮磷污染，可進(jìn)行清淤疏浚與資源化利用。

3 討論

對(duì)于水體超標(biāo)河流底泥進(jìn)行疏浚是治理河流內(nèi)源污染的重要措施，它是以清除底泥達(dá)到減少底泥污染物向水體釋放的目的，為避免造成疏浚后的二次污染，可將經(jīng)過(guò)減量化和無(wú)害化處理后的底泥進(jìn)行資源化利用。目前底泥資源化利用途徑包括農(nóng)林土地利用，制備建材，堆肥發(fā)酵等。

底泥農(nóng)林土地利用是指在被人類(lèi)活動(dòng)影響的森林、牧場(chǎng)、濕地、城市綠化區(qū)域等地的修復(fù)和重建中使用疏浚底泥[6]。河道清淤底泥化學(xué)成分及物理性能與黏土類(lèi)似，能夠部分替代黏土制備建材產(chǎn)品。建材化處理是目前綜合利用率較高的處理方式，目前研究應(yīng)用較為廣泛的幾種河道淤泥制備建筑材料是制磚、陶粒和水泥[7]。底泥堆肥發(fā)酵在通氣條件好或氧氣充足的條件下，好氧菌對(duì)底泥進(jìn)行吸收、氧化以及分解的過(guò)程，使底泥中的有機(jī)物礦質(zhì)化、腐殖化，重金屬穩(wěn)定化，實(shí)現(xiàn)對(duì)河流疏浚底泥的修復(fù)。堆肥技術(shù)被認(rèn)為是對(duì)疏浚底泥資源化利用的有效途徑之一[8]。

根據(jù)底泥各污染物質(zhì)測(cè)定的結(jié)果，河流底泥重金屬含量均低于 《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-2018）的風(fēng)險(xiǎn)管控值和 《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB4284-84）的污染物標(biāo)準(zhǔn)控制值，因此本次所選樣本的底泥均能開(kāi)展資源化利用。

結(jié)語(yǔ)

內(nèi)源污染是城市河流污染的重要來(lái)源，它主要來(lái)自河流底泥污染物的重新釋放。河流內(nèi)源污染問(wèn)題亟待解決。本文以成都市河流為例，通過(guò)實(shí)地考察，選取20 條河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為樣本，對(duì)影響樣本點(diǎn)水質(zhì)的11 項(xiàng)水質(zhì)污染指標(biāo)和9 項(xiàng)底泥污染指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。對(duì)水質(zhì)使用了單因子評(píng)價(jià)法，標(biāo)準(zhǔn)低于Ⅲ類(lèi)水的有7 條河流。潛在生態(tài)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示20 個(gè)底泥樣本的污染程度都較低。同時(shí)，將水體COD 與底泥有機(jī)質(zhì)，水體氨氮與底泥氨氮，水體總磷與底泥總磷，水體鉻與底泥鉻分別進(jìn)行相關(guān)性與顯著性分析，得出底泥中的有機(jī)質(zhì)、總磷、氨氮濃度對(duì)上覆水的COD、總磷、氨氮影響較大，而底泥中重金屬鉻濃度對(duì)上覆水體的重金屬鉻影響不大。最后，討論了底泥資源化的途徑，包括農(nóng)林土地利用，制備建材，堆肥發(fā)酵，為今后河道治理提供了借鑒和依據(jù)。