重庆长生河河道底泥污染特征分析及生态风险评价

2022-04-27赖生平张涵博石德智童海航杨洪伟聂明建

能源与环保 2022年4期

赖生平，张涵博，石德智，童海航，罗丹，杨洪伟，聂明建

(1.重庆德润环境有限公司，重庆 400042； 2.重庆大学环境与生态学院三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045)

长生河流域位于重庆市南岸区，流域面积约331 km2，其中，干流长生河全长约4.2 km为长江南岸一级支流，此外还包括汇入长生河的次级支流梨子园河、跳蹬河。长期以来，由于流域内工农业污染源流入以及生活垃圾排入等，长生河环境污染问题也日渐突出，水质恶化、水流不畅。《重庆市南岸区十三五规划纲要》、《重庆市南岸区城乡分区规划(2012—2020)》等文件指出，要打造南岸区生态宜居典范，推动环境保护和生态修复，打好污染防治攻坚战。随着重庆市入选“无废城市”建设试点城市，南岸区正式投入25亿元资金，启动对长生河流域的综合整治项目。在河道综合整治中，清淤是十分重要的措施。底泥作为水中各种物质在水体传输作用下，经过长时间的物理、化学和生物的共同作用而沉积于水体的底部而形成的淤泥，它不仅含有有机质、氮、磷、钾等营养物质，而且可能含有大量的重金属以及难降解的有机污染物，使得底泥成为了一个潜在而又巨大的内污染源[1]。当水体发生搅动等外界环境变化时，底泥中蓄含的污染物又会重新释放至水体中，引起二次污染直接或间接地对底栖生物或上覆水生物产生毒害作用，甚至通过生物富集等过程，进入食物链影响人体健康。对底泥污染特征的调查并对其进行风险评价，既可以及时了解河段的污染物含量及分布特征，为清淤作业提供指导，也可以根据调查及评价结果来指导合理资源化利用或妥善处置河道底泥，防止二次污染[2]。

1 底泥的污染测定与分析

1.1 样点的布设与采集

通过长生河流域进行前期实地摸排与勘测，综合考虑河流地理位置、流向、周边污染源等情况，选取了水质较差、河道不畅、底部淤泥较多的河段作为待清淤河道，涉及长生河、跳蹬河、梨子园河。共布设8个采样点(图1)，采样器为KHT0204 塞式柱状沉积物采样器，采集时间为2021年3—6月。

图1 长生河流域待清淤河流底泥采集点位分布Fig.1 Distribution map of sediment collection points of the rivers to be dredged in the Changsheng River Basin

样品采集后由塑料桶进行密封储存，实验室低温冷藏。测试各项指标前，将底泥进行自然风干，同时去除树枝、石头等杂质，研磨过筛后，存放于密封袋中备用。

1.2 底泥污染指标测定方法

全氮(Total Nitrogen，TN)分析采用半微量凯氏法；全磷(Total Phosphorus，TP)碱熔—钼锑抗分光光度法；有机质(Organic Matter，OM)分析采用重铬酸钾容量法；全量重金属分析通过HCl-HNO3-HClO4微波消解法，其中常规重金属铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、铬(Cr)和镉(Cd)采用原子吸收法测定，砷(As)和汞(Hg)采用冷原子荧光法测定；多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)含量通过索氏提取—硅胶柱净化—氮吹浓缩，采用气相色谱—质谱法测定16种US EPA优先控制的PAHs。

1.3 底泥污染特征分析

1.3.1 营养盐

各底泥样品所测TN和TP含量结果如图2所示。

图2 各底泥样品所测TN和TP含量结果Fig.2 Results of TN and TP content measured in each sediment sample

长生河流域底泥TN含量为613.07～811.03 mg/kg，平均值为688.78 mg/kg。《全国河流湖泊水库底泥污染状况调查评价》指出，底泥中TN含量低于1 100 mg/kg时，为一级断面，长生河流域的TN污染较轻。图2中，TP含量为565.36～1 160.55 mg/kg。除了5号点位TP含量超过1 000 mg/kg以外，其余点位的TP含量均在550～700 mg/kg，这可能与5号点位附近有含磷污水排入有关。

1.3.2 有机质

各底泥样品的OM含量在5.22%～11.74%(图3)。梨子园河OM含量较低，7号、8号点位的有机质含量均为6%以下。跳蹬河OM含量较梨子园河要高，分别为7.51%和9.84%，是由于跳蹬河周边不仅有工业区和生活区，还有农业区、工业和生活污水排入，导致OM的增加。5号、6号点位于长生河中下游，其OM含量均在10%以上。

图3 各底泥样品的OM含量分布Fig.3 OM content distribution of each sediment sample

1.3.3 重金属

各底泥样品的重金属含量分布如图4所示。

图4 各底泥样品的重金属含量分布Fig.4 Distribution of heavy metal content in various sediment samples

底泥中重金属含量最高的为Zn，含量在100 mg/kg以上，最高达874.93 mg/kg；其次为Pb、Cr、Cu，含量在22.27～92.36 mg/kg；As含量在5.12～37.25 mg/kg；Cd、Hg含量相对较低，分别为0.23～0.77、0.041～0.294 mg/kg。总的说来，相较于梨子园河，跳蹬河与长生河中下游段的重金属含量较高，这与河段附近的工业污染密切相关。

将各重金属数值分别与《绿植土壤质量》(CJT 340—2016)Ⅱ级要求中pH<6.5和pH>6.5的重金属限值进行对比分析发现，部分底泥样品中Zn、Cd、As的含量高于相应限值。这表明，底泥作为一种可用于绿化园林基质的潜力原材料，其重金属污染值得关注，并需要进行综合的重金属生态风险评价。

1.3.4 多环芳烃

各底泥样品的“三致”物质PAHs同系物分布如图5所示。主要的同系物为芘、荧蒽、菲等。各点的含量均较低，3号、5号、7号、8号点位的含量低于检测限。6号点位的PAHs含量最高，达20.1 μg/kg，毒性当量达1.48 μg/kg。这主要是6号点位附近有排污口，采集的底泥有类似于油漆的特殊气味，颜色发黑，这可能与工厂排污有关。

图5 各底泥样品的PAHs含量分布Fig.5 Distribution of PAHs content of each sediment sample

2 底泥的生态风险评价

当前国内外尚未建立统一的沉积物中各污染物质污染状况评价标准和方法，故参考相关文献采用的方法分别对污染状况进行评价。

2.1 营养盐污染评价

对TN、TP采用单项指数法进行评价。单项指数法可较为直观地反映出水体沉积物中N、P盐的污染程度，计算公式：

P=C/S

(1)

式中，P为单项评价指数；C为N、P盐实测含量；S为对应营养盐的背景值。

参考加拿大环境与能源部对底泥所制定的标准，取安全级的背景值：TP=600 mg/kg，TN=550 mg/kg。

TN、TP污染程度分级标准见表1[3]。

表1 TN、TP污染程度评价Tab.1 Pollution degree evaluation of TN，TP

对OM采用有机指数法进行评价。有机指数法常作为水体沉积物有机物污染程度的评价指标，计算公式：

(2)

污染程度评价按有机指数分为4种[4]，当有机指数分别为≤0.05、0.05～0.20、0.2～0.5、≥0.5时，对应评价为底泥无污染、较清洁的状态、尚清洁状态、有机污染状态。对各底泥样品的营养盐污染程度评价结果见表2。各点TN污染程度总体偏低，多为轻度污染。TP的污染程度相对较为严重，5号点呈现重度污染的状态。由于各点的OM含量不高，所得OI均评价为清洁程度。