黃宏+王芳+霍飄逸+吳若楨+張旭暢+陳奕瑋+商栩

摘 要：生態(tài)疏浚是治理污染河流和湖泊內(nèi)源污染的有效手段。疏浚深度則是生態(tài)疏浚的重要參數(shù)，但是目前尚無確定生態(tài)疏浚深度的成熟技術(shù)和規(guī)范。本文以溫瑞塘河舜岙河段為研究區(qū)域，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)開展生態(tài)調(diào)水背景下生態(tài)疏浚深度優(yōu)化研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該河段TN和TP的環(huán)境本底值分別為5.13±0.96 mg L-1和0.15±0.01 mg L-1，研究河段最佳的生態(tài)疏浚深度約為5cm。在將表層泥層疏浚的基礎(chǔ)上，結(jié)合生態(tài)調(diào)水和外援污染控制，才能實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的根本性改善。

關(guān)鍵詞：生態(tài)疏浚；深度；優(yōu)化；調(diào)水；溫瑞塘河

中圖分類號：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0007-02

底泥是陸源性水體污染物的主要蓄積場所，是河流湖泊等水體的內(nèi)源污染，是影響河流水質(zhì)的重要二次污染源[1]。隨著外源污染逐步得到有效控制，內(nèi)源污染已成為影響上覆水體水質(zhì)的重要因素[1-2]。有效控制底泥內(nèi)源污染將是未來河流湖泊污染治理的主要戰(zhàn)場之一[3-4]。目前，國內(nèi)外河流湖泊內(nèi)源污染治理手段主要包括工程疏浚、生態(tài)疏浚、原位固化等[5-7]。

生態(tài)疏浚，又被稱為“環(huán)保疏浚”，已被公認(rèn)為是控制河流湖泊內(nèi)源污染的有效手段[8-12]。與傳統(tǒng)的工程疏浚不同，生態(tài)疏浚主要通過絞吸等低影響方式將污染程度和風(fēng)險(xiǎn)較高的表層沉積物移除，要求在控制河流湖泊內(nèi)源污染的同時(shí)，盡可能減少對河流湖泊生態(tài)系統(tǒng)的破壞。因此，疏浚深度的確定是生態(tài)疏浚的關(guān)鍵參數(shù)[13]。疏浚深度過淺，則不能充分去除污染物含量大和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高的表層沉積物，不能有效控制內(nèi)源污染；疏浚深度過深，則增加工程造價(jià)和淤泥處置壓力，對水生態(tài)系統(tǒng)造成更大的破壞，影響后期的生態(tài)恢復(fù)。普遍認(rèn)為，應(yīng)該通過分析疏浚所要控制的目標(biāo)污染物隨底泥深度的剖面變化特征和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合不同疏浚層的污染物可能釋放強(qiáng)度來確定環(huán)保疏浚深度[14]。

浙江是我國典型平原河網(wǎng)地區(qū)，河流流速緩慢、容易淤積，由于工業(yè)發(fā)達(dá)和高城市化率，內(nèi)源污染極其嚴(yán)重。為此，浙江省2016年“五水共治”的工作重點(diǎn)之一，就是全面打響清淤治污殲滅戰(zhàn)，以杭嘉湖、寧紹、溫黃、溫瑞平原河網(wǎng)清淤為重點(diǎn)，清淤計(jì)劃達(dá)10100萬立方米。但是，現(xiàn)有清淤模式注重于清淤的“量”，對疏浚產(chǎn)生的大量淤泥仍無有效的無害化處置和資源化利用途徑，對疏浚導(dǎo)致的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)考慮不足。此外，現(xiàn)有模擬疏浚研究主要針對湖泊，關(guān)于河流生態(tài)疏浚深度的研究仍然比較少，對生態(tài)調(diào)水背景下疏浚后水土界面污染物釋放過程的了解仍然很少。為此，本研究以溫瑞塘河為研究區(qū)域開展生態(tài)調(diào)水背景下生態(tài)疏浚深度優(yōu)化研究，為“五水共治”提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和處理

研究區(qū)域位于溫瑞塘河流域舜岙河。該河段位于南柳美食街附近，除了受農(nóng)村生活污水影響，還受餐飲廢水影響。由于近年來尚未疏浚，淤積程度較高，是一個(gè)理想的研究區(qū)域。于2016年9月13日，采用自制的底泥柱狀樣采集器（內(nèi)徑5cm）采集柱狀樣。由于淤積程度較高，無法分為污染層、污染過渡上層、污染過渡下層和正常泥層。因此，用等距離方法，以5cm為距離，從表層到底層割取0-5cm、5-10cm、10-15cm和15-20cm共4個(gè)泥層。

1.2 原水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別將各泥層轉(zhuǎn)入量筒（內(nèi)徑5cm、容積為500mL），制成實(shí)驗(yàn)裝置，每個(gè)裝置設(shè)置2個(gè)平行。沿量筒壁緩慢注入河道原水達(dá)到500mL刻度。中途不換水，實(shí)驗(yàn)周期與實(shí)驗(yàn)組相同，實(shí)驗(yàn)周期結(jié)束后測定對照組最終的相關(guān)水質(zhì)參數(shù)。

1.3 模擬換水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別將各泥層轉(zhuǎn)入量筒（內(nèi)徑5cm、容積為500mL），制成實(shí)驗(yàn)裝置，每個(gè)裝置設(shè)置2個(gè)平行。沿量筒壁緩慢注入自來水達(dá)到500mL刻度。因溫瑞塘河流域生態(tài)調(diào)水水源來自珊溪水源地（為自來水），本研究以自來水模擬生態(tài)調(diào)水水源。每隔3天換水一次，總共換水5次。每次移出的舊水用于測定相關(guān)水質(zhì)參數(shù)，觀測每次換水時(shí)每個(gè)土層上覆水污染物濃度。

1.4 水質(zhì)測定

在采集底泥柱狀樣時(shí)進(jìn)行地表水水質(zhì)監(jiān)測。水樣用聚乙烯瓶收集，滴加固定液后放入便攜式冷藏箱保存，帶回實(shí)驗(yàn)室后分析。水樣總氮（TN）和總磷（TP）的分析方法分別為堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法和鉬酸銨分光光度法。

2 結(jié)果

2.1 原水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在采集柱狀樣時(shí)，采樣點(diǎn)上覆水TN和TP濃度分別是6.69mg L-1和0.46mg L-1。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（BG 3838-2002）》，該河段原水TP濃度為劣V類水質(zhì)。由于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（BG 3838-2002）》并未給河流TN濃度分級分類，因而無法評價(jià)。經(jīng)過16天的室內(nèi)原水培養(yǎng)后，各泥層上覆水TN和TP濃度詳見表1。由表1可見，不同泥層TN和TP濃度范圍分別為4.46-6.50mg L-1和0.13-0.15mg L-1，平均值±標(biāo)準(zhǔn)差分別為5.13±0.96mg L-1和0.15±0.01mg L-1，變異系數(shù)分別為18.7%和6.9%。由于變異系數(shù)都很小，說明原水培養(yǎng)后各泥層上覆水TN和TP的濃度的差異非常小。以平均值跟原水相比，TN和TP濃度下降率分別為23.3%和67.4%，各泥層TP濃度符合III類水質(zhì)。

2.2 換水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過換水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，模擬生態(tài)調(diào)水對水質(zhì)的改善作用。經(jīng)檢測，自來水水TN和TP濃度分別是1.09mg L-1和0.10 mg L-1。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（BG 3838-2002）》，自來水TP濃度均符合II類水質(zhì)。在模擬換水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，先后經(jīng)歷了5次換水。不同泥層上覆水模擬換水培養(yǎng)上覆水TN和TP濃度的動(dòng)態(tài)變化見圖1。由圖1可見，不同泥層上覆水TN的濃度都具有隨著換水次數(shù)的增加降低的趨勢，在第3次換水以后TN濃度都穩(wěn)定在2.00mg L-1以下，在第5次換水以后TN濃度都穩(wěn)定在1.50mg L-1以下。不同泥層上覆水TP的濃度也都具有隨著換水次數(shù)的增加降低的趨勢，在第5次換水以后，除了0-5cm泥層，其余泥層TP濃度都在0.10 mg L-1以下，符合II類水質(zhì)（圖1）。

3 討論

3.1 環(huán)境本底值及其意義

在天然河道中，水體污染物的濃度受內(nèi)源和外源污染的影響，也受土水界面污染物吸附/解吸附的影響[3]。在室內(nèi)原水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，因切斷了外源污染，水體污染物的濃度則主要取決于內(nèi)源污染和土水界面污染物的吸附/解吸附。從這個(gè)角度考慮，室內(nèi)原水培養(yǎng)后的最終污染程度，在很大程度上體現(xiàn)了該河段水體的背景污染水平。受此啟發(fā)，我們發(fā)現(xiàn)TN和TP的最終濃度可以代表該河段“環(huán)境本底值”。以各泥層上覆水TN和TP濃度平均值為準(zhǔn)，該河段TN和TP的環(huán)境本底值分別為5.13±0.96mg L-1和0.15±0.01mg L-1，TP的環(huán)境本底值符合III類水質(zhì)（表1）。

明確河段水體污染物環(huán)境本底值具有重要的實(shí)際意義。當(dāng)前，隨著“五水共治”的不斷推進(jìn)，溫瑞塘河流域加大了環(huán)境污染整治力度，但是由于城中村和農(nóng)村截污納管工作的推進(jìn)困難重重，導(dǎo)致外源污染難以徹底控制，加之環(huán)境本底值本身并不低，導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量仍然難以實(shí)現(xiàn)根本性改善。這也是溫瑞塘河流域大部分水質(zhì)監(jiān)測斷面仍然屬于劣V類水質(zhì)的重要原因之一。為此，我們建議，對于流域水質(zhì)的改善程度，在短期內(nèi)不應(yīng)該以“消除劣V類”為考核指標(biāo)，而更應(yīng)該在明確環(huán)境本底值的基礎(chǔ)上，以“接近環(huán)境本底值的程度”為考核指標(biāo)。

3.2 生態(tài)疏浚深度的優(yōu)化

室內(nèi)原水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在切斷外援污染的前提下，如果不進(jìn)行生態(tài)調(diào)水，各泥層TN和TP的最終濃度仍然處于較高水平。實(shí)際上，外源污染的徹底截?cái)嗍遣滑F(xiàn)實(shí)的，因而時(shí)至今日溫瑞塘河流域大部分水質(zhì)監(jiān)測斷面仍未劣V類水質(zhì)，而超標(biāo)的水質(zhì)參數(shù)恰恰就是TP為主?？梢姡S多流域，特別是平原河網(wǎng)，不僅需要生態(tài)調(diào)水，還需要生態(tài)疏浚。

在換水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，我們用自來水模擬生態(tài)調(diào)水水源，觀測各個(gè)泥層上覆水水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化。因切斷了外源污染，水體污染物的濃度則主要取決于換水次數(shù)和土水界面污染物的吸附/解吸附。對于不同泥層，雖然上覆水TN濃度的動(dòng)態(tài)變化曲線比較接近，但是也比較清晰地顯示出泥層深度越深上覆水TN濃度越低（圖1）。TP濃度的動(dòng)態(tài)變化清晰地顯示，0-5cm泥層的上覆水TP濃度明顯高于其余泥層。以往很多類似研究也表明，表層泥層是生態(tài)疏浚的首要目標(biāo)（圖1）。一旦將表層泥層疏浚，結(jié)合生態(tài)調(diào)水和外援污染控制，才能真正實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的根本性改善[15]。綜上所述，對于溫瑞塘河流域的該研究河段，最佳的生態(tài)疏浚深度約為5cm。

4 結(jié)語

以溫瑞塘河舜岙河段為研究區(qū)域，通過室內(nèi)原水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和模擬換水實(shí)驗(yàn)，首次開展生態(tài)調(diào)水背景下生態(tài)疏浚深度優(yōu)化研究。通過原水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該河段TN和TP的環(huán)境本底值分別為5.13±0.96mg L-1和0.15±0.01mg L-1。流域水質(zhì)的改善程度，應(yīng)該在明確環(huán)境本底值的基礎(chǔ)上，以“接近環(huán)境本底值的程度”為考核指標(biāo)。對于溫瑞塘河流域的該研究河段，最佳的生態(tài)疏浚深度約為5cm。要真正實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的根本性改善，不僅要進(jìn)行生態(tài)疏浚，還要結(jié)合生態(tài)調(diào)水和外援污染控制，任重道遠(yuǎn)。

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