河道清淤中底泥重金屬污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

吳小靖

(江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215000)

受工業(yè)化及城市化影響，我國(guó)河流尤其是城郊河流污染嚴(yán)重，工廠排放重金屬元素對(duì)河流的生態(tài)環(huán)境影響極大[1-3]。重金屬元素與河道底泥結(jié)合對(duì)水生態(tài)環(huán)境造成了長(zhǎng)期的惡劣影響[4-6]，因此，對(duì)河道底泥污染情況進(jìn)行試驗(yàn)研究和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有重要意義。

梁佳文等[7]對(duì)伊通河城區(qū)段底泥展開了深入研究，并指出有機(jī)質(zhì)含量呈沿水流方向逐漸降低的變化趨勢(shì)，且主要積累在上層底泥中。華昆[8]依托莊河市境內(nèi)英那河治理工程深入探討了不同組合方案下河道生態(tài)修復(fù)措施對(duì)改善河流水質(zhì)的治理效果，指出河道疏浚+護(hù)坡是改善河流生態(tài)環(huán)境的最佳治理方案。嚴(yán)玉林等[9]對(duì)河道底泥內(nèi)源污染進(jìn)行了深入研究，并依托北運(yùn)河治理工程，指出底泥表層污染物含量差異較大且下層底泥污染物含量較高。

上述研究較少涉及重金屬元素對(duì)河流生態(tài)的影響，并且未展開污染元素對(duì)河流生態(tài)的整體風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)價(jià)。文章依托蘇州市吳江區(qū)河道治理工程，基于現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)確定了河道底淤泥的主要污染物成分及其分布情況，并基于潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)其展開風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。研究成果為我國(guó)河道治理工程提供了一定的借鑒作用。

1 區(qū)域概況

吳江是典型的“江南水鄉(xiāng)”，河湖水域占據(jù)區(qū)域面積的四分之一，且在示范區(qū)三地中水域面積最大，現(xiàn)有河道2600多條，湖泊320多個(gè)。然而，區(qū)域河湖碎片化程度較高，物理連通性不足，綱目欠合理，集約化、組團(tuán)化的高效河湖生態(tài)功能沒有凸顯。此外，由于工業(yè)化發(fā)展迅速，水生態(tài)環(huán)境受到一定的影響，區(qū)域河湖水質(zhì)下降，水生物數(shù)量與多樣性減少。因此，急需對(duì)區(qū)域水生態(tài)進(jìn)行整體優(yōu)化提升，以建立起高標(biāo)準(zhǔn)、水生態(tài)環(huán)境友好的示范區(qū)。一方面，改善河道聯(lián)通狀況，恢復(fù)河道生態(tài)流量，放大重點(diǎn)河湖清水、蓄水、行洪等生態(tài)功能，徹底解決黑臭水體問題，實(shí)現(xiàn)等量河湖產(chǎn)品供給的最優(yōu)生態(tài)效能；另一方面，水岸同步、高效優(yōu)化區(qū)域空間，一體貫通、提升岸線景觀品質(zhì)，為一體化發(fā)展賦予新的空間和動(dòng)能。由于吳江區(qū)存在較多大型工廠及垃圾廢物處理站，因此，及時(shí)清理區(qū)域內(nèi)河道污染底泥，對(duì)提升水質(zhì)、改善水生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

2 研究方法

2.1 樣品采集與室內(nèi)檢測(cè)

本次研究選取蘇州市吳江區(qū)盛澤某河道段進(jìn)行研究，試驗(yàn)段全長(zhǎng)4000m，對(duì)該試驗(yàn)段選取41個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行河道底泥取樣，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)間距100m。河道底泥取樣按照HJ/T 91—2002《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，將試樣妥善保存后送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)研究。針對(duì)蘇州市吳江區(qū)某河道底泥試樣展開重金屬污染情況，遵照CJ/T 221—2005《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni共計(jì)8種重金屬元素成分及其含量展開了檢測(cè)，其中，Hg和As元素采用原子熒光法檢測(cè)，Cd、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni元素采用等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

本次研究在大范圍閱讀調(diào)查相關(guān)研究方法，如內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、富集指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)法等，最終決定利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行吳江區(qū)河道底泥污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，該方法具有評(píng)價(jià)準(zhǔn)確、應(yīng)用簡(jiǎn)單、定量評(píng)價(jià)等優(yōu)勢(shì)，因此在相關(guān)研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其主要評(píng)價(jià)流程包括重金屬元素污染程度計(jì)算、重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算和多重金屬元素影響下底泥綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算共3個(gè)步驟，主要流程如下。

(1) 重金屬元素污染程度計(jì)算。某一重金屬元素的污染程度計(jì)算方法如下式：

(1)

(2)重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。某一重金屬元素的污染程度計(jì)算方法如下式：

(2)

表1 重金屬元素毒性響應(yīng)系數(shù)

(3)多重金屬元素影響下底泥綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算。多重金屬元素影響下底泥綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)SI的計(jì)算方法如下式：

(3)

基于潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)法的河道底泥評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 基于潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)法的河道底泥評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 研究結(jié)果分析

3.1 底泥污染情況

本次試驗(yàn)研究對(duì)該河道段41個(gè)測(cè)點(diǎn)展開河道底泥重金屬元素含量測(cè)試，統(tǒng)計(jì)后測(cè)試結(jié)果見表3。由表3可知，河道底泥中含有相當(dāng)數(shù)量的重金屬元素，對(duì)河流生態(tài)環(huán)境影響較大。其中，含量較高的有Zn、Pb元素，其濃度范圍分別為2.05～330、1.66～332.42mg/kg，平均含量分別為79.89、55.23 mg/kg。而河道底泥中Hg元素和Cd元素的含量較低，其濃度范圍分別為0.012～2.90、0.03～1.44 mg/kg，平均值僅達(dá)到0.59 m、0.28 mg/kg。河道底泥中其余四種重金屬元素As、Cu、Cr和Ni的平均含量分別為8.82、24.27、17.42、13.10 mg/kg。

表3 河道底泥重金屬元素含量 單位：mg/kg

圖1為河道底泥中不同重金屬元素的超標(biāo)率，由圖1可知，Cd、Pb和Zn元素的超標(biāo)率最高，分別為80.49%、75.51%和78.05%，均超過75%；Cr元素的超標(biāo)率最低，為12.20%。由此可見，河道底泥中檢測(cè)的8種重金屬均超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及背景值，對(duì)河道進(jìn)行底泥清理十分必要，可以有效改善水生態(tài)環(huán)境。

圖1 河道底泥重金屬元素超標(biāo)率

3.2 污染評(píng)價(jià)結(jié)果

依照上述方法對(duì)蘇州市吳江區(qū)某試驗(yàn)段河道底泥進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得到該河道41個(gè)測(cè)點(diǎn)的底泥評(píng)價(jià)結(jié)果，見表4。由表4可知，在蘇州市吳江區(qū)某河道試驗(yàn)段中，As、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni元素的潛在風(fēng)險(xiǎn)均集中在低風(fēng)險(xiǎn)程度，低風(fēng)險(xiǎn)樣本點(diǎn)均在38個(gè)以上。相比之下，Hg元素和Cd元素的單一風(fēng)險(xiǎn)程度則分布均勻，Hg和Cd元素在極高風(fēng)險(xiǎn)段出現(xiàn)較多樣本點(diǎn)，樣本點(diǎn)數(shù)分別為15和7個(gè)。這表明在該河道底泥中，Hg元素和Cd元素單一元素風(fēng)險(xiǎn)較大[11-14]。

進(jìn)一步分析河道底泥綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)情況，由表4可知，該試驗(yàn)段河道底泥在各風(fēng)險(xiǎn)程度下的SI指數(shù)分別為13、12、1、0以及15，表明河道底泥的低風(fēng)險(xiǎn)占比為31.7%、中風(fēng)險(xiǎn)占比為29.3%、較高風(fēng)險(xiǎn)占比為2.4%、高風(fēng)險(xiǎn)占比為0%、極高風(fēng)險(xiǎn)占比為36.6%。由此可見，河道底泥存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)手段進(jìn)行清除。

表4 重金屬元素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論

文章對(duì)蘇州市吳江區(qū)某河道底泥中重金屬元素污染情況及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)展開了綜合研究，主要結(jié)論如下：

(1)蘇州市吳江區(qū)河道底泥中Zn和Pb元素的含量較高，而Hg和Cd元素的含量較低。其中，Cd、Pb和Zn元素的超標(biāo)率最高，分別為80.49%、75.51%和78.05%。

(2)基于潛在生態(tài)危害指數(shù)法建立了蘇州市吳江區(qū)某河道底泥重金屬元素評(píng)價(jià)模型，河道底泥的低風(fēng)險(xiǎn)占比為31.7%、中風(fēng)險(xiǎn)占比為29.3%、較高風(fēng)險(xiǎn)占比為2.4%、極高風(fēng)險(xiǎn)占比為36.6%，河道底泥存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高。

文章研究?jī)H限于底泥重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，如何根據(jù)研究成果制定對(duì)應(yīng)的治理措施將在今后做進(jìn)一步補(bǔ)充。