馬永剛，程瑾，勵(lì)彥德，葛高嶺，蘇召斌

1.中交(天津)生態(tài)環(huán)保設(shè)計(jì)研究院有限公司 .天津市疏浚工程技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

河湖底泥既是營(yíng)養(yǎng)鹽的重要儲(chǔ)存庫(kù)，又是水體內(nèi)源污染的源頭[1]。水體和底泥存在吸附釋放動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)水體污染較嚴(yán)重時(shí)，一部分污染物可通過(guò)沉淀或吸附作用進(jìn)入底泥中；而當(dāng)外源污染得到有效控制，水體水質(zhì)得到改善時(shí)，底泥中氮、磷會(huì)釋放出來(lái)，成為影響水質(zhì)的重要因素[2-3]。因此，開(kāi)展湖泊底泥污染控制是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化控制的重要內(nèi)容。環(huán)保疏浚技術(shù)是國(guó)際上開(kāi)展湖泊、水庫(kù)污染底泥治理研究最早的技術(shù)，也是最有效、最廣泛、最成熟的污染底泥控制技術(shù)之一[4]，其關(guān)鍵和難點(diǎn)在于疏浚參數(shù)的確定，如疏浚區(qū)位置和范圍、有效疏浚深度、疏浚工藝和設(shè)備等，其中污染底泥有效疏浚深度是關(guān)系工程量、施工造價(jià)和治理效果的重要因素[5-6]。

目前，多通過(guò)底泥污染評(píng)價(jià)確定污染底泥有效疏浚深度。底泥污染評(píng)價(jià)方法有地累積指數(shù)法[7-9]、內(nèi)梅羅指數(shù)法[10-12]、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[12-13]等。丁濤等[7]在杭州開(kāi)發(fā)區(qū)河流清淤項(xiàng)目，謝娟等[8]在小秦嶺北坡雙橋河評(píng)價(jià)項(xiàng)目中均利用地累積指數(shù)法對(duì)底泥污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并由此確定有效疏浚深度；趙海濤等[12]采用內(nèi)梅羅指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)滇池寶豐灣底泥污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并確定有效疏浚深度。此外，也有研究采用單因子指數(shù)法[10]、富集系數(shù)法[14]、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[15]等對(duì)污染土壤進(jìn)行評(píng)價(jià)。上述方法多以GB 15618—2018《農(nóng)用地土壤污染標(biāo)準(zhǔn)》等[16-18]給定的重金屬風(fēng)險(xiǎn)篩選值或風(fēng)險(xiǎn)管制值為參照值，以土壤重金屬指標(biāo)為基礎(chǔ)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。河湖底泥污染物包括營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬和有機(jī)污染物等，國(guó)內(nèi)一些湖泊底泥重金屬超標(biāo)往往不嚴(yán)重[19-22]，而以營(yíng)養(yǎng)鹽氮、磷超標(biāo)為主。由于我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚未明確底泥中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行底泥污染評(píng)價(jià)時(shí)通常取深部底泥營(yíng)養(yǎng)鹽濃度或以區(qū)域土壤背景值[23-24]作為參照進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，但該方法存在一定的局限性。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

1.2 樣品采集與預(yù)處理

采用鉆孔器進(jìn)行底泥柱狀樣的采集。柱狀樣采樣深度為3.0 m，根據(jù)垂向土質(zhì)變化，柱狀樣可分為3層：0～0.8 m，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；0.9～1.6 m，細(xì)砂；1.7～3.0 m，細(xì)砂混黏性土。考慮到水上鉆孔取樣及卸樣過(guò)程中可能產(chǎn)生交叉污染，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)底泥進(jìn)行分割，取新鮮底泥樣品用聚乙烯封口袋密封后冷凍保存。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)經(jīng)冷凍干燥、研磨、過(guò)100目篩后保存至聚乙烯封口袋備用。底泥化學(xué)組成見(jiàn)表1。同時(shí)采集柱狀樣處的上覆水樣品，在實(shí)驗(yàn)室用0.45 μm纖維濾膜過(guò)濾，每L過(guò)濾水中加入3 mL氯仿，置于冰箱冷藏保存。

表1 柱狀樣不同深度底泥樣品的化學(xué)組成

Table 1 Chemical contents of sediment in different depth of drilling core mgkg

表1 柱狀樣不同深度底泥樣品的化學(xué)組成

底泥樣品深度∕mpH1)TP 濃度TN濃度 NH+4-N 濃度有機(jī)質(zhì)濃度砷濃度鋅濃度汞濃度總鉻濃度銅濃度鉛濃度0～0.17.80 1 240 1 120 30.0 20 00015.9 84.9 0.04 102.0 7.7 31.4 0.3～0.47.75 1 580 1 900 356.0 18 00014.4 93.5 0.05 105.0 13.3 30.3 0.9～1.07.92 1 800 1 060 109.0 18 00014.2 96.4 0.09 113.0 10.8 31.6 1.4～1.68.12 1 070 560 15.010 000 12.0 69.0 0.06 106.0 17.7 24.2 1.9～2.08.40 580 520 4.0 9 00011.3 72.0 0.03 91.1 16.2 26.4 2.6～2.78.36 200 320 23.0 10 0007.8 59.4 0.02 74.4 13.4 26.7

1)pH無(wú)量綱。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1試驗(yàn)流程

圖1 有效疏浚深度確定流程Fig.1 Determination process of the effective dredging depth

1.3.2氮、磷吸附解吸試驗(yàn)

考慮到釋放試驗(yàn)的工作量，根據(jù)土質(zhì)垂向分布特點(diǎn)，按照鉆孔深度0.4～0.5 m的間隔分別取0.3～0.4、0.9～1.0、1.4～1.6、1.9～2.0 m深度的底泥樣品進(jìn)行吸附/解吸試驗(yàn)。

1.4 污染底泥氮、磷吸附解吸量計(jì)算

底泥對(duì)氮、磷的吸附/解吸量計(jì)算公式[25]：

Q=(C0-Ce)V/W

(1)

式中：Q為吸附/解吸量，mg/kg；C0為初始濃度，mg/L；Ce為平衡濃度，mg/L；V為溶液體積，50 mL；W為底泥干質(zhì)量，kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬水中氮、磷的吸附解吸特征

圖2 柱狀樣不同深度底泥樣品對(duì)吸附解吸特征曲線 adsorption-desorption characteristic curve of sediment in different depths of the drilling core

表2 柱狀樣不同深度底泥樣品吸附解吸特征統(tǒng)計(jì)

圖3 柱狀樣不同深度底泥樣品對(duì)吸附解吸特征曲線 adsorption and desorption characteristic curve of sediment in different depths of the drilling core

表3 柱狀樣不同深度底泥樣品吸附解吸特征統(tǒng)計(jì)

2.2 上覆水中氮、磷的吸附解吸特征

表4 柱狀樣不同深度底泥樣品上覆水條件下吸附解吸特征統(tǒng)計(jì)

2.3 有效疏浚深度分析

圖4 柱狀樣中氮、磷濃度隨深度變化特征Fig.4 Nitrogen and phosphorus concentration variation characteristics with depth of drilling core

3 結(jié)論

(2)綜合考慮底泥在模擬水、采樣點(diǎn)上覆水中的氮、磷吸附/解吸特性，結(jié)合土層氮、磷濃度和地質(zhì)特性，在疏浚后水質(zhì)目標(biāo)為Ⅴ類時(shí)，由柱狀樣試驗(yàn)確定的太原汾河示范段有效疏浚深度為1.6 m。