广东顺控碧涛环境技术有限公司
摘要：本文结合顺德桂畔海水系治理项目中河涌底泥清淤工作的开展情况，结合相关的检测数据对桂畔海水系中底泥的污染特征进行分析，为清淤工作的顺利开展提供理论基础。
引言
随着社会经济的发展，人们对美好生活环境的向往，对城市的水环境日益重视。河涌治理是近年来一个热门话题。现阶段河涌处理项目一般采取截污、清淤、活水调配、生态修复等多工艺结合的方法才能让水系内河涌的治理取得好的成效。其中真的河涌内源污染的清淤工作在近年来得到了业界的重视，清除了内源污染才能为恢复水体自净能力提供前提。
畔海水系作为顺德区域内的内河涌水系，由于城市建设发展与污水管网建设的不匹配，在近年的城市建设发展过程中有大量未经处理的工业废水与生活废水排入河涌内污染了水体，同时污染物长期沉积成为河涌底泥也变成了河涌内源污染中的主要来源。河涌底泥的严重沉积将产生二次污染，大量的氮、磷、有机物甚至是重金属污染物质的底泥容易释放污染物到水体当中造成水体污染。
一、河涌底泥对于河涌水质的影响
河涌底泥通常是泥沙、黏土、有机质及各种泥土固态的混合物，经过长时间物理沉降、吸附、化学反应、物理等作用形成底泥沉积于河涌底部。河涌底泥根据当中的污染物含量和类型，大致可分为高氮、磷污染底泥、重金属污染及有毒有害有机污染底泥两大类。
（1）含重金属污染及有机污染有毒有害底泥
重金属是比重大于5的一类金属元素，包括Cr、Hg、Cb、Zn、Pb、Cu和毒性较为显著的类金属As、Se等元素，大约有多种。根据毒性通常将Pb、Cr、Cb、Hg、As称为“五毒”重金属元素。[1]
由于本项目所位于的珠三角顺德区是中国家电制造业的重镇，其改革开发以来陆续孕育出了美的、科龙、万家乐等海内外知名的家电企业， 水系周边沿岸由众多的家电配套加工企业，企业包含有金属前处理、化工制造、包装制造等。家电生产中配套的金属前处理线向水体中释放了不少锌、铜、镍等重金属污染物， 因此在本项目的研究中需要加以重视[2]。
（2）高氮、磷污染底泥
河涌水体系统中营养元素形成一个进入、储存、转移、交换的过程，其中河涌的底泥在这个过程中起到了储存、转移的作用。而在水体的研究过程中大多把底泥中的氮磷两种元素作为研究对象来研究水体营养化的问题。
经过长期的研究发现水体富营养化的发生主要的成因是由于水体中“超负荷”的氮、磷等营养元素引起的河涌水生生态系统循环出现问题，水体以及底泥的生态系统无法消耗进入系统中的多余营养物质。无法消耗的营养物质进入经过物理、化学、生化等一系列反应,大部分沉到河涌底部,在环境条件改变下,底泥中的污染物会重新释放出来成为二次污染源。因此,河涌底泥是引起富营养化的重要内源污染[3]。
二、重金属及有毒有害污染底泥污染特征的研究
重金属污染底泥的辨别标准除了要考虑重金属含量，还应该对重金属在环境中的生态效应、环境效应和毒理学情况考虑进去。
按照河涌疏浚指南可参照瑞典学者Hakanson在1980年提出的潜在生态风险指数法进行判断[4][5]。
单个污染物潜在风险指数：
式中，Cif为某一金属的污染系数；Cid为底泥中重金属的实测含量,mg/kg;
Cir为计算所需的参比值，mg/kg；Eir为单一污染物潜在生态风险系数；Tir为单个污染物的毒性响应参数；RI 为多种金属的潜在生态风险指数。潜在生态风险指数计算所需沉积物毒性参数及其污染等级划分见表2-1和表2-2。
表2-1 计算潜在生态风险指数所需的毒性响应参数
从对比表中可以看到，以上所引用的泥质指标均遵循于不采用于直接农业种植中的泥质运用，目的是避免让重金属污染进入食物链造成环保风险。从五个标准的对比情况看，有以下几个情况：
土壤标准经过1995、2008、2018年三次的颁布与修改，其重金属指标有所放宽，这也与社会实际发展情况息息相关，最新2018年颁布的标准对于金属锌已不做要求，对于金属铬只考虑毒性较强的六价铬不是总铬，对于指标砷也加上了附加条款，若背景值高于筛选值的不纳入污染地块的字眼，此部分的改变更符合现实情况需求。
城镇污水处理厂园林绿化用途对于镉、汞等毒性较强的指标要求仍然比较严格，主要原因是预防重金属进入生物链的风险。
展览会用地标准比较宽，可是其适用范围存在一定的局限性并且很多情况下难以界定。
因此综上所述，并考虑到日后规划用地需要与《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》（GB36600-2018）对应才能与有关规划部门的用地规划对应，同时也综合考虑避免重金属污染进入生物链的风险，因此本项目研究参照的对比标准将是《土壤标准》与《园林标准酸性土壤》两个标准。根据有关检测数据，和参考标准，桂畔海项目的潜在重金属污染风险点位生态风险指数见表2-4.
表2-4 桂畔海水系潜在重金属污染风险点位生态风险指数汇总表
从以上数据可知，本项目所涉及的重金属河涌都只存在单一污染系数超标的情况，并未有出现多种金属潜在生态风险指数超标的情况，因此妥善处理好单一污染物超标的污泥并确定好其清淤范围是本项目重金属污染底泥清淤的重要工作。
三、高氮磷底泥污染特征的研究
根据桂畔海水系的水质检测情况，整个水系共检测了124个点位，其中87个点位的氨氮指标高于地表水V类标准（氨氮≤2.0 mg/ L）、63个点位总磷指标超过地表水V类标准（总磷≤0.2 mg/L）。水体富营养化严重的原因除了外源污染物的影响外，很大部分是由于河涌中的内源污染所造成的，其中高氮磷污泥是引致桂畔海水系中大面积氨氮、总磷超标的原因。根据对桂畔海水系共103个点位进行的污泥检测数据中，其中有28个点位总氮含量大于1600 mg/kg，94个点位总磷含量大于600 mg/kg（根据太湖清淤有关文献总氮控制值[6]为1627 mg/kg，总磷控制值为625 mg/kg），这就意味着河涌底泥中高氮磷的情况十分严重，需要对高氮磷底泥进行比较彻底的清除才能保证整个水系的富营养化环境得以改善。对于高氮、磷污染底泥的环保疏浚根据国内外研究情况，一般从三方面来考虑确定其清淤范围，分别是通过高氮、磷污染底泥吸附—解吸平衡浓度研究、分层采样检测的方法研究、通过检测结果拐点法的方法研究确定底泥的清淤范围。
四、对于高氮、磷污染底泥吸附—解吸平衡浓度的研究
在水位较浅的湖泊和河涌富营养化问题讨论中，作为内源污染物的河涌底泥其污染负荷量是一个充满争议的问题。[7]底泥中的营养物质如氮和磷会通过分子扩散和梯度浓度扩散的方式释放到水体，另外还会随着水体中环境的变化、水体的扰动，底泥就充当了水体中的一个内源污染源的角色向水体释放污染； 同时在水体中污染物较高的情况下，以氮磷为例，此时由于浓度的原因水体中的污染物会反向进入底泥中形成富集、吸附的现象，这时底泥在水体中就成为了一个“受纳场所”的角色[8][9]。
1、底泥对氨氮的吸附——解吸作用
氮作为地球中大量存在的元素在生物体内有大量的有机氮存在，同样河涌底泥这个生态系统中也有大量的有机氮存在，有机氮经过矿化作用分解为氨氮。氨氮在底泥存在与氨氮浓度较低的水体中时其会向水体进行氨氮的释放，反之当位于氨氮浓度较高的水体时，水体的氨氮就会反向汇集于底泥当中。通过大量的实验都很好地反映出在太湖流域内在水体的初始氨氮浓度较低时，底泥都充当一个释放者的角色向水体释放氨氮，当水体氨氮浓度升高时，此时底泥充当一个受纳者的角色对水体的氨氮进行吸附。在太湖项目的实验中将各湖区的底泥对氮的吸附量与不同浓度的上覆液进行线性回归，研究发现底泥对于氮的吸附—解吸具有一个平衡常数。
2、底泥对磷的吸附——解吸作用
在水环境中，磷是导致水体富营养化的一个重要原因，[10]在有效控制了进入河涌的外源污染物后，控制河涌底泥中磷的释放所造成的“二次污染”是能否控制河涌富营养化的一个重要手段。在水体中磷以元素磷、有机磷、磷酸盐、溶解性无机磷（DIP）等方式存在，其中DIP能够很快的被水生动植物吸收，因此了底泥的DIP情况对于了解河涌的污染情况有着重要的意义。同样让底泥处于不同溶液浓度的上覆液中研究底泥对磷的吸附量进行线性回归，结果与底泥对氨氮的吸附—解吸规律基本相同。
参考文献
[1]童敏. 城市污染河道底泥疏浚与吹填的重金属环境行为及生态风险研究[D]. 华东师范大学, 2014.
[2]揭小锋. 佛山市顺德区桂畔海河水系综合整治措施[J]. 环境与发展, 2017, 29(3):50-52.
[3]周扬屏. 南湖疏浚后底泥中氮、磷分布规律研究[J]. 科技信息, 2008(21):201-202.
[4]张海珍. 应用潜在生态风险指数法评价滇池沉积物中的重金属污染[J]. 地下水, 2012(3):99-101.
[5]Li J, Qi S H, Wang X Q, Jun L, Xing X L, Distribution and potential ecological risk essment of heavy metals in Sediments from Xiaohai Bay, Hainan, China. Safety Environmental Engineering, 2008, 15(2):18-22.
[6]姜霞. 太湖有毒有害与高氮磷污染底泥环保疏浚规划研究[M]. 科学出版社, 2014.
[7]佚名. 湖泊河流环保疏浚工程技术指南[M]. 科学出版社, 2016.
[8]杨龙元, 秦伯强, 胡维平,等. 太湖大气氮、磷营养元素干湿沉降率研究[J]. 海洋与湖沼, 2007, 38(2):104-110.
[9]吴永红, 胡俊, 金向东,等. 滇池典型湖湾沉积物氮磷化学特性及疏浚层推算[J]. 环境科学, 2005, 26(4):77-82.
[10]姚扬, 金相灿, 姜霞,等. 光照对湖泊沉积物磷释放及磷形态变化的影响研究[C].中国水环境污染控制与生态修复技术高级研讨会. 2004,71-74.
论文作者:何志文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年6期
论文发表时间:2019/7/12
标签：水体论文; 重金属论文; 河涌论文; 污染物论文; 风险论文; 浓度论文; 生态论文; 《建筑学研究前沿》2019年6期论文;