南淝河內(nèi)源污染氮、磷釋放規(guī)律及生態(tài)清淤模式

劉志剛

(安徽省城建設(shè)計(jì)研究院安徽省安徽合肥 230001)

南淝河內(nèi)源污染氮、磷釋放規(guī)律及生態(tài)清淤模式

劉志剛

(安徽省城建設(shè)計(jì)研究院安徽省安徽合肥 230001)

底泥氮、磷釋放影響因素很多,本文通過南淝河底泥柱狀芯樣室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),探討了氮磷釋放模型，分析了合理的清淤深度，通過取樣分析研究了清淤對(duì)水體生物的影響，并提出了底泥生態(tài)清淤模式。

生態(tài)清淤;設(shè)計(jì);模式

內(nèi)源污染已經(jīng)成為一個(gè)威脅人類及環(huán)境健康的全球性問題。根據(jù)美國(guó)EPA的統(tǒng)計(jì)，全美10%的底泥已經(jīng)足以對(duì)魚類及食用魚類的人和野生動(dòng)物構(gòu)成威脅。南淝河源于江淮分水嶺東南側(cè)，是巢湖的入湖河流。南淝河水的生態(tài)惡化和破壞嚴(yán)重影響生活生態(tài)環(huán)境，制約著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此城市中小河流環(huán)境治理勢(shì)在必行，而城市中小河流底泥有效清淤是其重要的一環(huán)。

1 底泥氮和磷釋放規(guī)律分析

（1）底泥采樣點(diǎn)的選取

南淝河中段南淝河污水泵站的排污口附近確定采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣。

（2）靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)

靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)是在高度為1m，直徑為10cm的PVC管中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1。

圖1 靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

I沉積物中磷釋放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

沉積物共28個(gè)樣的Qmax、DPS及PSI數(shù)據(jù)見表2-5。

表1 示范段表層沉積物的理化性質(zhì)

結(jié)合上表及示范段實(shí)際富營(yíng)養(yǎng)發(fā)生情況，將南淝河表層沉積物磷釋放誘發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)等級(jí)分成高度風(fēng)險(xiǎn)（ERI>25）、較高風(fēng)險(xiǎn)（20

從表2-6可見供試表層沉積物磷釋放風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)ERI屬高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的有13個(gè)，占到總量的54.17%；較高風(fēng)險(xiǎn)的有3個(gè)，占總量的比重為12.50%；中度風(fēng)險(xiǎn)為7個(gè)，占總量的29.17%，而所有樣中屬于較低風(fēng)險(xiǎn)僅有一個(gè)，且最大值56.93%出現(xiàn)在位于清Ⅰ沖、清Ⅱ沖附近的10號(hào)采樣點(diǎn)。最小值則出現(xiàn)在15號(hào)采樣點(diǎn)。總體看來，南淝河表層沉積物磷釋放誘發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)處于高度風(fēng)險(xiǎn)范圍。

II氮磷釋放模型

由圖2可以看出:河岸、河中心不同深度柱樣底泥中NH4-H,DTP初始均有劇烈的釋放，釋放曲線幾乎呈直線上升，稍后呈現(xiàn)出波動(dòng)狀態(tài)?？傮w而言，大多數(shù)NH4-H,DTP釋放曲線在5天后進(jìn)入釋放-吸附動(dòng)態(tài)平衡。

圖2 河岸及河中部三層底泥DTP和氨氮釋放量比較

河岸、河中部底泥氨氮釋放方面：河岸、河中部不同柱樣底泥氨氮釋放量均是中層最大，兩頭較小。這種底泥釋放差異可能與底泥中氨氮含量的梯度有關(guān)。通過底泥靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)得到的氨氮釋放規(guī)律和前期測(cè)得的底泥中總氮的含量相符合。

表2 表層沉積物ERI分布表

河岸、河中部底泥DTP釋放方面：河岸，河中部不同柱樣底泥DTP釋放量也是中層最大，兩頭小。這種底泥釋放差異可能與底泥中DTP含量的梯度有關(guān)。

表3 實(shí)驗(yàn)柱樣河岸、河中部不同深度底泥NH 4+-N、DTP釋放速率[mg/(m2.d)]

表4 不同清淤深度的污染負(fù)荷削減率

通過表3，可以發(fā)現(xiàn)，無論是河岸還是河中部，河中底泥中層氨氮，溶解性總磷的釋放速率最高，且氨氮的釋放速率比DTP的釋放速率高出很多。且河中部氨氮（NH4+-N）和溶解性總磷（DTP）的釋放速率高于河岸。

通過表4，可以發(fā)現(xiàn)，如果河岸清淤到20cm的深度，污染負(fù)荷不但沒有削減，反而有所上升，如果清淤到40cm，氨氮的污染負(fù)荷將會(huì)削減51.32%，溶解性總磷污染負(fù)荷將會(huì)削減26.31%，初步可以確定河岸和河中部清淤到40cm左右是合適的。

2 清淤深度綜合評(píng)價(jià)

如上文所敘，根據(jù)E/C模型確定此次清淤深度為40-60cm，而依據(jù)氮磷釋放模型計(jì)算出的削減率確定河岸和河中部清淤到40cm左右是合適的。綜合確定南淝河示范工程的清淤深度確定平均深度為44cm。此研究提出的E/C模型和氮磷污染釋放模型能夠?yàn)橄嚓P(guān)其他的河道清淤工程提供相應(yīng)的研究基礎(chǔ)和范本。

3 底泥生態(tài)清淤模式建立

底泥生態(tài)清淤是一種對(duì)內(nèi)源污染釋放較強(qiáng)的區(qū)域和相應(yīng)深度淤泥予以清除、能快速除去累積在沉積物中的污染的易位控制技術(shù)。然而，從單一最大程度清除內(nèi)源污染目標(biāo)出發(fā),很可能帶來成本、生態(tài)破壞等其它次生問題，所以與清淤效果最為密切的最佳清淤深度優(yōu)化及確定，對(duì)生態(tài)清淤是十分必要的。

生態(tài)清淤是工程、環(huán)境、生態(tài)相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)工程技術(shù)。其目的是通過清淤有效的去除河流底泥所含的污染物，減少內(nèi)源污染，最大限度修復(fù)城市河流生態(tài)系統(tǒng)，為外源污染控制后城市中小河流自凈系統(tǒng)的建立創(chuàng)造條件。為此除考慮上述關(guān)鍵技術(shù)外，還需考慮更多的其他因素，因此制定以改善水環(huán)境為目的的生態(tài)清淤模式。

表5 生態(tài)清淤模式

根據(jù)示范工程確定生態(tài)清淤模式控制指標(biāo)如下表：

表6 生態(tài)清淤模式過程控制指標(biāo)

通過研究提練清淤核心指標(biāo)，形成以生態(tài)清淤技術(shù)為核心、智能探測(cè)儀為重點(diǎn)的集成生態(tài)清淤模式。

4 結(jié)語(yǔ)：

論文通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)研究了湖泊底泥氮、磷釋放規(guī)律,并綜合不同疏浚深度底泥氨氮、總磷室內(nèi)長(zhǎng)期釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果及底泥環(huán)保清淤深度磷的形態(tài)確定法,確定了南淝河?xùn)|南湖底泥環(huán)保清淤深度。除考慮上述關(guān)鍵技術(shù)外，還需考慮更多的其他因素，從而制定以改善水環(huán)境為目的的生態(tài)清淤模式。

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項(xiàng)目資助：受國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)資金資助（2008CX07316-004）

劉志剛（1983-）男，安徽懷寧人，工程師。