清淤底泥资源化利用可行性研究<br/>----以浙江温瑞塘河为例

清淤底泥资源化利用可行性研究
----以浙江温瑞塘河为例

2020-10-19胡如意周佩佩黄树辉

中国农村水利水电 2020年10期

胡如意，周佩佩，梅琨，商栩，黄宏，黄树辉

(1.浙江竟成环保科技有限公司,浙江温州 325035；2.浙南水科学研究院,浙江温州 325035；3.浙江省流域水环境与健康风险研究重点实验室,浙江温州 325035;4.温州医科大学健康评价中心, 浙江温州 325035)

0 引言

水环境重金属污染是许多国家和地区面临的环境问题之一。水体或底泥中的重金属一旦过量，不仅对河流生态系统本身造成破坏，还可以通过皮肤接触、饮水和食物链等途径对居民健康造成危害。底泥是污染物的“汇”，在一定条件下则变成水体污染物的“源”[1,2]。因此，底泥重金属污染是本领域的研究热点之一[3]。目前，大量研究集中于底泥重金属污染生态风险评价[4-7]、污染特征分析[8-10]、污染来源解析[11-13]等。为提升河流水质，对受污染底泥进行清淤是必要的工作环节之一[14]。清淤底泥具有面广量大、污染物成分复杂、污染风险较高、处理过程复杂等特点，如何进行无害化处置和资源化利用已成为水污染防治工作的重点和难点之一。

河流底泥原本来自土壤的侵蚀，目前清淤底泥最为现实的处理方式是消纳处置，即农业利用[15]、林业利用[16]和建设用地利用[17]。由于清淤底泥含有各种各样的污染物，需要进行规范的生态风险评价[18-19]。长期以来，清淤底泥的还田利用、还林利用和建设用地利用的评价标准分别是《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)、《绿化种植土壤》(CJ/T340-2011)和《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350-2007)。近年来，以上标准已分别被《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)、《绿化种植土壤》(GJ/T340-2016)和《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)代替。新标准为清淤底泥的资源化利用提供了评价标准。例如，2018年上海市水务局等出台了《关于规范中小河道整治疏浚底泥消纳处置的指导意见[20]，规定根据《绿化种植土壤》(GJ/T340-2016)和《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)评价清淤底泥的可利用性。

需要指出的是，目前仍缺乏清淤底泥可利用性的系统研究。本文以浙江省温瑞塘河为研究区域，以14条污染河流的底泥重金属含量进行调查，根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)、《绿化种植土壤》(GJ/T340-2016)和《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)对清淤底泥对于绿(林)地、农用地和建设用地的可利用性进行了分析，为促进清淤底泥的资源化利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

温州，号称“温润之州”，曾是美丽的江南水乡。境内的温瑞塘河是典型的平原河网，共有1 000 多条河道，正常水位下水域面积22 km2。由于环境保护长期滞后于经济增长，污染直排、河道淤积等现象较为突出，导致河流水质恶化、河流生态系统健康遭受破坏，许多河道变成黑臭河。特别是历史上皮革、电镀等行业较为发达，导致河流受重金属污染较为严重，引起了各方的高度关切[21-23]。经过多年以来的综合整治，特别是2013年以来全面推进“五水共治”，水环境质量有了较大改善。需要指出的是，平原河网具有水交换能力弱、河道纵横交错、自净能力差等特点，尽管整体上控制了水质恶化的势头，但要实现水质的根本性改善仍然任重道远。

1.2 数据采集

于2017年3月至2018年7月对14条河道进行清淤前底泥重金属污染调查，监测项目包括Hg、As、Cd、Pb、Cr、Ni、Cu和Zn共8项。样品采集、处理和监测均按照国家标准严格执行。Cu和Zn用《火焰原子吸收分光光度法》(GB/T17138-1997)测定，Cr用《火焰原子吸收分光光度法》(HJ491-2009)测定，Ni用《火焰原子吸收分光光度法》(GB/T17139-1997)测定，Hg用《原子荧光法》(GB/T22105.1-2008)测定，As用《原子荧光法》(GB/T22105.2-2008)测定，Pb和Cd用《KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法》(GB/T17140-1997)测定。另外，pH值用玻璃电极法测定。

2 结果

2.1 河流底泥重金属污染基本特征

对14条河流底泥重金属含量进行描述统计(表1)。Cd、Cu和Zn的变异系数均超过了100%，Hg的变异系数达到97%，说明这4种重金属含量具有较高的空间变异性，其余4种重金属的变异系数在50%左右，具有中等程度的空间变异性。相比之下pH值的空间变异性很小，仅为7%。将各种重金属含量的平均值除以当地土壤环境背景值，从整体上平均重金属的污染水平。Zn的平均浓度达到土壤环境背景值的22.1倍。其中，横渎河中游和横渎河下游底泥的Zn含量均超过土壤环境背景值的100倍，指示这两条河流周边很有可能存在含Zn废水的直排或漏排，需要相关部门对相关工业企业进行摸排和查证。Cu的平均浓度达到土壤环境背景值的7.4倍。其余6中重金属元素含量平均值与土壤环境背景值的比值在1.6～2.8 范围内。

对14条河流底泥重金属含量进行因子分析。前2个成分的特征值大于1，方差贡献分别为52.9%和19.7%，累计达72.6%，能够从整体上反映重金属污染的特征。第1主成分在Cr、Ni和Cu上具有较高载荷，在Zn、Pb和Cd上具有中等载荷(表2)，指示皮革和电镀等污染源[21]。第2主成分在Hg和As上具有较高载荷(表2)，指示化石燃料燃烧和农药污染源[8]。整体来说，研究区域重金属污染水平是相当高的，特别是Zn在底泥中的积累水平最高，污染源主要是人为污染源，这与对该流域底泥重金属污染特征的研究结果是相符的[21-23]。

2.2 清淤底泥对于绿(林)地的可利用性

清淤底泥对于绿(林)地的可利用性根据《绿化种植土壤》(GJ/T340-2016)进行评定。绿化种植用地可分为4级。Ⅰ级指水源涵养地等属于自然保育的绿(林)地，Ⅱ级指植物园、公园、学校、居住区等与人接触较密切的绿(林)地，Ⅲ级指道路绿化带、工厂附属绿地等由潜在污染源的绿(林)地或防护林等与人接触较少的绿(林)地，Ⅳ级指废弃矿地、污染土壤修复等重金属潜在污染严重或曾经受污染的绿(林)地。

表1 调查河流底泥重金属含量及描述统计 mg/kg

表2 方差最大化旋转矩阵

根据绿化种植土壤重金属含量的技术要求(表1)对14条河流底泥进行评定，确定底泥适用于绿(林)地中的类型。由表3可见，吕浦河底泥符合I级绿(林)地，双井头河、西山河和划龙桥河西底泥符合Ⅱ级绿(林)地，黄洋浃河底泥符合Ⅲ级绿(林)地，其余9条河的底泥则符合Ⅳ级绿(林)地。主要的定级项目为Zn其次为Cu、Cr和Cd。Zn虽然是植物生长的必须元素之一，但是过高的含量和浓度对植物具有毒害作用[25]。可见，由于Zn含量过高，研究流域河流底泥用于绿(林)地的空间并不大，基本上只能用于废弃矿地、污染土壤修复等重金属潜在污染严重或曾经受污染的绿(林)地。

表3 调查河流底泥用于绿(林)地的可行性评价结果

2.3 清淤底泥对于农用地的可利用性

清淤淤泥对于农用地的可利用性根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)来评定。农用地土壤污染风险，指土壤污染导致食用农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境受到不利影响。农用地土壤污染风险筛选值，指农用地土壤中污染物含量等于或低于该值的，土壤污染风险一般可以忽略，超过该值则可能存在土壤污染风险，原则上应当采取安全利用措施。农用地污染风险管制值，指农用地土壤中污染物含量超过该值的，土壤污染风险高，原则上应当采取严格管控措施。

在该标准中，农用地分为水田和其他(望天田、菜地、园地等)两大类，对于同一种污染的筛选值一般会有所不同。评定结果表明，西山河、划龙桥河西和吕浦河这3条河的底泥不论用于水田还是其他用地，重金属含量均低于风险筛选值(表4)，指示用于水田河其他农用地时产生的土壤污染风险很小，不会导致食用农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境受到不利影响。其余11条河流底泥均有重金属元素高于风险筛选值，但是没有任何重金属元素的含量高于风险管制值。对于这11条河流的底泥，如果用于农用地，可能存在土壤污染风险，本着食品安全为重的原则[26]，不建议用于农用地。

表4 调查河流底泥重金属含量与风险筛选值的比较

2.4 清淤底泥对于建设用地的可利用性

清淤底泥对于建设用地的可利用性根据《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)来评定。建设用地分为2类。Ⅰ类用地包括GB50137规定的城市建设用地中的居住用地(R)，公共管理与公共服务用地中的中学学用地(A33)、医疗卫生用地(A5)和社会福利设施用地(A6)，以及公园绿地(G1)中的社区公园或儿童公园用地等。Ⅱ类用地包括GB50137规定的城市建设用地中的工业用地(M)，物流仓储用地(W)，商业服务业设施用地(B)，道路与交通设施用地(S)，公用设施用地(U)，公共管理与公共服务用地(A)(A33、A5和A6除外)，以及绿地与广场用地(G)(G1中的社区公园或儿童公园用地除外)等。

在该标准中，建设用地用地分Ⅰ类建设用地和Ⅱ类建设用地两大类，对于同一种污染的筛选值和管制值均有所不同。评定结果表明，在14条河中，只有横渎河下的底泥Zn含量高于筛选值但低于Ⅱ类建设用地的筛选值，其余13条河重金属含量均低于Ⅰ类建设用地筛选值。由于建设用地里的污染物难以通过食物链对人类造成健康风险，因而污染物筛选和管控标准相对于农用地宽松，这是符合客观现实的。近年来，温州地区大力推进近海围垦造地[27]，同时通过“大拆大整、大建大美”专项行动加快新型城镇化建设[28]，客观上也为清淤底泥的消纳处置提供了场所。总的来说，对于研究流域，将清淤底泥用于建设用地不失为一种比较现实可行的途径。

3 讨论

本文根据《绿化种植土壤》(GJ/T340-2016)、《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)和《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)，对浙江省温瑞塘河清淤底泥对于绿(林)地、农用地和建设用地的可利用性进行了系统的分析。整体而言，研究流域清淤底泥主要的消纳处置途径是用于Ⅳ级绿(林)地和Ⅱ类建设用地。由于底泥往往积累了数年甚至数十年的污染物，除了重金属，还有农药、多环芳香烃等污染物。在进行消纳处置时，要遵守安全第一的原则。农用地土壤环境质量与食品安全密切相关，在使用清淤底泥还田时务必慎之又慎，必须经过严格的检测和评价[26]。Ⅰ级指水源涵养地等属于自然保育的绿(林)地，其土壤环境质量对饮用水安全具有直接的影响[29]。原则上不提倡将水源涵养地作为清淤底泥的收纳场所。本文探讨了研究清淤底泥对于绿(林)地、农用地和建设用地的可利用性，也为其他水田开展清淤底泥资源化利用提供了借鉴。

自2015年《水污染防治计划》实施以来，全国各地正以前所未有的力度开展水环境综合整治工作。以浙江省为例，仅2016年全省水域清污(淤)量就超过1 亿m3，“十三五”期间全省河道清淤量达3.5 亿m3。如何对清淤底泥进行资源化利用和无害化处置仍然是一个难题[30-32]。例如，烧砖和制陶等资源化利用是处理清淤底泥的理想途径，但在实践中存在成本高、消费者心理抵触等问题，目前仍然停留了理论研究层面，离难规模化和产业化仍有很大距离[33,34]。如果清淤过程不注重环保，则会造成二次污染[35]；如果底泥无法得到无害化处理，将变成“换个地方污染”[36]。为此，要从流域或区域水环境综合整治的角度看待水域清淤问题。在时间上，要明确内源污染治理和外源污染治理的先后问题。在外源污染得到有效控制之前，内源污染治理只能达到“治标不治本”的效果。在空间上，要坚持连片治理的原则。水系特别是平原河网具有连通性，如果只治理某一河道，或者相连河道的治理进度不一致，将会因水流相通导致交叉污染。这也是许多摘帽黑臭水体水质反弹的原因之一。总的来说，针对水域清淤问题，在有效解决淤泥无害化处置和资源化利用之前，不建议“为了清淤而清淤”。

目前，国内尚未针对清淤底泥的污染监测、生态风险评价和资源和利用导则或标准。在进行可利用性评定时，只能借鉴相应的《绿化种植土壤》(GJ/T340-2016)、《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)和《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)等标准进行，难免存在一定争议。为此，有些地方制订了专门的指南。例如，浙江省于2017年出台了《浙江省河湖库塘清淤技术指南(试行)》，根据对底泥中污染物的环境风险评价制定了5级控制指标和限值，相应地建议满足Ⅰ级污染物指标限值的底泥适用于土地改良用途、满足Ⅱ级污染物指标限值的底泥适用于园林绿化等用途、满足Ⅲ级污染物指标限值的底泥适用于回填土等用途、满足Ⅳ级污染物指标限值的底泥适用于制砖等用途，对于超过Ⅳ级污染物指标限值的底泥应进一步按照《危险废物鉴别标准》(GB5085)对底泥样品进行鉴别是否属于危险废物[22]。需要指出的是，一旦出现地方标准的指标限制和分级标准与国家标准冲突的情况，如何取舍将是一个问题。