河底泥污染物特性分析及释放风险研究

摘要：南淝河底泥的污染特性、污染控制指标与处置方式研究是专题研究解决底泥疏浚工程中的重点与难点问题。对底泥污染特性的分析研究是基础，是底泥疏浚的依据，文章在河流底泥污染空间分布数据分析基础上，分析了底泥污染物的释放风险。

关键词：河底泥；污染物特性；底泥疏浚；疏挖清淤量

中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0102-03

城市中小河流污染具有污染恶化、河流生态系统破坏严重、沿河桥涵港口设施众多等各方面难度。通常情况下，需要进行清淤疏浚和疏挖水域中的泥层厚度不均，变化很大。内湖和沟渠清淤疏挖中既要去除这些泥层，又要尽量减少非疏浚底泥的超挖，以避免破坏湖泊底部的自然底泥层。同时，这也降低处理了疏挖清淤量和处理费用。因此，寻找合适的方法计算清淤深度是清淤方案制定的重点。

1 底泥污染物含量及分布特征

为全面了解河流底泥的污染分布及污染程度，本项目在河流采样断面处分别采集上覆水和底泥进行各项指标监测。本次研究在示范段选取20个具有代表性的沉积物采样点共45个沉积物样。底泥污染物的底泥横向含量。

2 底泥释放风险的生态清淤深度分析

2.1 基于E/C模型的生态清淤深度分析

E/C模型优化的实质是从实施目标的效果（effect）和成本（cost）两方面综合考虑，择优选取它们统一对应的因子，原则是以最低的成本取得最佳效果，也就是效率最佳。清淤效果只需考虑有机物及磷氮成分的含量，同时由于有机物含量与总磷、总氮含量相关密切，而且磷的不同赋存形态比重总是基本不变的，所以提出以总磷、总氮为主要指标的E/C优化分析方法确定最佳清淤深度是适宜的。首先，规定把高于背景值（本底浓度）的底泥污染物全部清除定义为100%，并假设清淤的成本与深度成线性关系。总磷或总氮为代表的去污量（效果）以及相应的成本是深度z的函数，分别为Ep（z）、EN（z）、C（z）；而Ep（z）/ C（z）、EN（z）/C（z）代表清淤效率，用Rp（z）、RN（z）表示最大的清淤效率。

通过对图1的分析可知，清淤效率最大处就在泥水界面处，随着深度加深，Rp（z）、RN（z）很快减小，也就意味着，随着深度加深，清淤的效率是逐渐降低的。到了600mm时，出现了一次拐点，即效率降到了很低位置。所以不从防洪过水断面考虑，清淤设计深度不应超过600mm；但从总污染清除效果考虑，当清淤深度达400mm时，清淤效果已达75～80%，所以最佳清淤深度应该在400～600mm范围内。对于南淝河而言，Ep（z）～Z，

EN（z）～Z曲线极为相似，为了简化工作，各断面的最佳清淤深度，可从其中一条曲线计算得到。

2.2 基于底泥释放风险的生态清淤深度分析

2.2.1 底泥采样点的选取。南淝河中段南淝河污水泵站的排污口附近确定采样点进行采样。

2.2.2 静态模拟实验。静态模拟实验是在高度为1m、直径为10cm的PVC管中进行。

2.2.3 实验结果分析。

（1）沉积物中磷释放风险评价：

沉积物共28个样的Qmax、DPS及PSI数据见表2。

结合上表及示范段实际富营养发生情况，将南淝河表层沉积物磷释放诱发富营养化风险的评价等级分成高度风险（ERI>25）、较高风险（20

（2）氮磷释放模型：

由图2可以看出：河岸、河中心不同深度柱样底泥中NH4-H，DTP初始均有剧烈的释放，释放曲线几乎呈直线上升，稍后呈现出波动状态。总体而言，大多数NH4-H，DTP释放曲线在5天后进入释放-吸附动态平衡。

河岸、河中部底泥氨氮释放方面：河岸、河中部不同柱样底泥氨氮释放量均是中层最大，两头较小。这种底泥释放差异可能与底泥中氨氮含量的梯度有关。通过底泥静态模拟实验得到的氨氮释放规律和前期测得的底泥中总氮的含量相符合。

河岸、河中部底泥DTP释放方面：河岸、河中部不同柱样底泥DTP释放量也是中层最大，两头小。这种底泥释放差异可能与底泥中DTP含量的梯度有关。

通过以上静态模拟实验结果，采用下式计算实验期间底泥氨氮、溶解性总磷释放速率：

R——底泥氨氮（NH4+-N）、溶解性总磷（DTP）释放速率[mg/（m2·d）]

Vz——实验柱中上覆水体积（L）

Cn、C0、Cj-1——第n次、初始和j-1次采样体积（L）

Az——柱样中底泥-水接触面积（m2）

t——释放时间（d）

定义不同清淤深度下的污染负荷消减率为：

Ew——氨氮、溶解性总磷污染负荷削减率

W0——表层底泥氨氮、溶解性总磷污染负荷量

Wi——深层底泥氨氮、溶解性总磷污染负荷量

?W——氨氮、溶解性总磷污染负荷削减量

R0——表层泥氨氮，溶解性总磷释放速率

Ri——深层底泥氨氮、溶解性总磷释放速率

As——南淝河底泥-水接触面积

由于南淝河河底的坡度不大，因此南淝河底泥-水接触面积可近似于河水面面积。

通过表3，可以发现，无论是河岸还是河中部，河中底泥中层氨氮，溶解性总磷的释放速率最高，且氨氮的释放速率比DTP的释放速率高出很多。且河中部氨氮（NH4+-N）和溶解性总磷（DTP）的释放速率高于河岸。

通过表4，可以发现，如果河岸清淤到20cm的深度，污染负荷不但没有削减，反而有所上升，如果清淤到40cm，氨氮的污染负荷将会削减51.32%，溶解性总磷污染负荷将会削减26.31%，初步可以确定河岸和河中部清淤到40cm左右是合适的。

3 结语

总之，根据底泥污染物释放对上覆水体水质的影响程度研究，底泥污染物的释放是影响水质的重要内因，污染底泥对上覆水体水质的影响相当显著，并将长期存在，如果这一重要的次生污染源得不到有效的处置，就难以达到符合规划要求的水质标准。因此，清除底泥是改善水质的重要措施，底泥疏浚工程是十分必要的。

参考文献

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[2]吴群河，曾学云，黄钥.河流底泥中DO和有机质对三氮释放的影响[J].环境科学研究，2005，（5）.

[3]李一平，逄勇，向军.太湖水质时空分布特征及内源释放规律研究[J].环境科学学报，2005，（3）.

基金项目：受国家水体污染控制与治理科技重大专项资金资助（2008CX07316-004）

作者简介：刘志刚（1983—），男，安徽怀宁人，安徽省城建设计研究院工程师。

（责任编辑：刘 晶）