賴生平，張涵博，石德智，童海航，羅 丹，楊洪偉，聶明建

(1.重慶德潤(rùn)環(huán)境有限公司，重慶 400042； 2.重慶大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

長(zhǎng)生河流域位于重慶市南岸區(qū)，流域面積約331 km2，其中，干流長(zhǎng)生河全長(zhǎng)約4.2 km為長(zhǎng)江南岸一級(jí)支流，此外還包括匯入長(zhǎng)生河的次級(jí)支流梨子園河、跳蹬河。長(zhǎng)期以來，由于流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)污染源流入以及生活垃圾排入等，長(zhǎng)生河環(huán)境污染問題也日漸突出，水質(zhì)惡化、水流不暢。《重慶市南岸區(qū)十三五規(guī)劃綱要》、《重慶市南岸區(qū)城鄉(xiāng)分區(qū)規(guī)劃(2012—2020)》等文件指出，要打造南岸區(qū)生態(tài)宜居典范，推動(dòng)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)，打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)。隨著重慶市入選“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)城市，南岸區(qū)正式投入25億元資金，啟動(dòng)對(duì)長(zhǎng)生河流域的綜合整治項(xiàng)目。在河道綜合整治中，清淤是十分重要的措施。底泥作為水中各種物質(zhì)在水體傳輸作用下，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的物理、化學(xué)和生物的共同作用而沉積于水體的底部而形成的淤泥，它不僅含有有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且可能含有大量的重金屬以及難降解的有機(jī)污染物，使得底泥成為了一個(gè)潛在而又巨大的內(nèi)污染源[1]。當(dāng)水體發(fā)生攪動(dòng)等外界環(huán)境變化時(shí)，底泥中蓄含的污染物又會(huì)重新釋放至水體中，引起二次污染直接或間接地對(duì)底棲生物或上覆水生物產(chǎn)生毒害作用，甚至通過生物富集等過程，進(jìn)入食物鏈影響人體健康。對(duì)底泥污染特征的調(diào)查并對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，既可以及時(shí)了解河段的污染物含量及分布特征，為清淤作業(yè)提供指導(dǎo)，也可以根據(jù)調(diào)查及評(píng)價(jià)結(jié)果來指導(dǎo)合理資源化利用或妥善處置河道底泥，防止二次污染[2]。

1 底泥的污染測(cè)定與分析

1.1 樣點(diǎn)的布設(shè)與采集

通過長(zhǎng)生河流域進(jìn)行前期實(shí)地摸排與勘測(cè)，綜合考慮河流地理位置、流向、周邊污染源等情況，選取了水質(zhì)較差、河道不暢、底部淤泥較多的河段作為待清淤河道，涉及長(zhǎng)生河、跳蹬河、梨子園河。共布設(shè)8個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，采樣器為KHT0204 塞式柱狀沉積物采樣器，采集時(shí)間為2021年3—6月。

圖1 長(zhǎng)生河流域待清淤河流底泥采集點(diǎn)位分布Fig.1 Distribution map of sediment collection points of the rivers to be dredged in the Changsheng River Basin

樣品采集后由塑料桶進(jìn)行密封儲(chǔ)存，實(shí)驗(yàn)室低溫冷藏。測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)前，將底泥進(jìn)行自然風(fēng)干，同時(shí)去除樹枝、石頭等雜質(zhì)，研磨過篩后，存放于密封袋中備用。

1.2 底泥污染指標(biāo)測(cè)定方法

全氮(Total Nitrogen，TN)分析采用半微量凱氏法；全磷(Total Phosphorus，TP)堿熔—鉬銻抗分光光度法；有機(jī)質(zhì)(Organic Matter，OM)分析采用重鉻酸鉀容量法；全量重金屬分析通過HCl-HNO3-HClO4微波消解法，其中常規(guī)重金屬銅(Cu)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鉻(Cr)和鎘(Cd)采用原子吸收法測(cè)定，砷(As)和汞(Hg)采用冷原子熒光法測(cè)定；多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)含量通過索氏提取—硅膠柱凈化—氮吹濃縮，采用氣相色譜—質(zhì)譜法測(cè)定16種US EPA優(yōu)先控制的PAHs。

1.3 底泥污染特征分析

1.3.1 營(yíng)養(yǎng)鹽

各底泥樣品所測(cè)TN和TP含量結(jié)果如圖2所示。

圖2 各底泥樣品所測(cè)TN和TP含量結(jié)果Fig.2 Results of TN and TP content measured in each sediment sample

長(zhǎng)生河流域底泥TN含量為613.07～811.03 mg/kg，平均值為688.78 mg/kg?！度珖?guó)河流湖泊水庫底泥污染狀況調(diào)查評(píng)價(jià)》指出，底泥中TN含量低于1 100 mg/kg時(shí)，為一級(jí)斷面，長(zhǎng)生河流域的TN污染較輕。圖2中，TP含量為565.36～1 160.55 mg/kg。除了5號(hào)點(diǎn)位TP含量超過1 000 mg/kg以外，其余點(diǎn)位的TP含量均在550～700 mg/kg，這可能與5號(hào)點(diǎn)位附近有含磷污水排入有關(guān)。

1.3.2 有機(jī)質(zhì)

各底泥樣品的OM含量在5.22%～11.74%(圖3)。梨子園河OM含量較低，7號(hào)、8號(hào)點(diǎn)位的有機(jī)質(zhì)含量均為6%以下。跳蹬河OM含量較梨子園河要高，分別為7.51%和9.84%，是由于跳蹬河周邊不僅有工業(yè)區(qū)和生活區(qū)，還有農(nóng)業(yè)區(qū)、工業(yè)和生活污水排入，導(dǎo)致OM的增加。5號(hào)、6號(hào)點(diǎn)位于長(zhǎng)生河中下游，其OM含量均在10%以上。

圖3 各底泥樣品的OM含量分布Fig.3 OM content distribution of each sediment sample

1.3.3 重金屬

各底泥樣品的重金屬含量分布如圖4所示。

圖4 各底泥樣品的重金屬含量分布Fig.4 Distribution of heavy metal content in various sediment samples

底泥中重金屬含量最高的為Zn，含量在100 mg/kg以上，最高達(dá)874.93 mg/kg；其次為Pb、Cr、Cu，含量在22.27～92.36 mg/kg；As含量在5.12～37.25 mg/kg；Cd、Hg含量相對(duì)較低，分別為0.23～0.77、0.041～0.294 mg/kg。總的說來，相較于梨子園河，跳蹬河與長(zhǎng)生河中下游段的重金屬含量較高，這與河段附近的工業(yè)污染密切相關(guān)。

將各重金屬數(shù)值分別與《綠植土壤質(zhì)量》(CJT 340—2016)Ⅱ級(jí)要求中pH<6.5和pH>6.5的重金屬限值進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，部分底泥樣品中Zn、Cd、As的含量高于相應(yīng)限值。這表明，底泥作為一種可用于綠化園林基質(zhì)的潛力原材料，其重金屬污染值得關(guān)注，并需要進(jìn)行綜合的重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

1.3.4 多環(huán)芳烴

各底泥樣品的“三致”物質(zhì)PAHs同系物分布如圖5所示。主要的同系物為芘、熒蒽、菲等。各點(diǎn)的含量均較低，3號(hào)、5號(hào)、7號(hào)、8號(hào)點(diǎn)位的含量低于檢測(cè)限。6號(hào)點(diǎn)位的PAHs含量最高，達(dá)20.1 μg/kg，毒性當(dāng)量達(dá)1.48 μg/kg。這主要是6號(hào)點(diǎn)位附近有排污口，采集的底泥有類似于油漆的特殊氣味，顏色發(fā)黑，這可能與工廠排污有關(guān)。

圖5 各底泥樣品的PAHs含量分布Fig.5 Distribution of PAHs content of each sediment sample

2 底泥的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外尚未建立統(tǒng)一的沉積物中各污染物質(zhì)污染狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法，故參考相關(guān)文獻(xiàn)采用的方法分別對(duì)污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 營(yíng)養(yǎng)鹽污染評(píng)價(jià)

對(duì)TN、TP采用單項(xiàng)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。單項(xiàng)指數(shù)法可較為直觀地反映出水體沉積物中N、P鹽的污染程度，計(jì)算公式：

P=C/S

(1)

式中，P為單項(xiàng)評(píng)價(jià)指數(shù)；C為N、P鹽實(shí)測(cè)含量；S為對(duì)應(yīng)營(yíng)養(yǎng)鹽的背景值。

參考加拿大環(huán)境與能源部對(duì)底泥所制定的標(biāo)準(zhǔn)，取安全級(jí)的背景值：TP=600 mg/kg，TN=550 mg/kg。

TN、TP污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1[3]。

表1 TN、TP污染程度評(píng)價(jià)Tab.1 Pollution degree evaluation of TN，TP

對(duì)OM采用有機(jī)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。有機(jī)指數(shù)法常作為水體沉積物有機(jī)物污染程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算公式：

(2)

污染程度評(píng)價(jià)按有機(jī)指數(shù)分為4種[4]，當(dāng)有機(jī)指數(shù)分別為≤0.05、0.05～0.20、0.2～0.5、≥0.5時(shí)，對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)為底泥無污染、較清潔的狀態(tài)、尚清潔狀態(tài)、有機(jī)污染狀態(tài)。對(duì)各底泥樣品的營(yíng)養(yǎng)鹽污染程度評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。各點(diǎn)TN污染程度總體偏低，多為輕度污染。TP的污染程度相對(duì)較為嚴(yán)重，5號(hào)點(diǎn)呈現(xiàn)重度污染的狀態(tài)。由于各點(diǎn)的OM含量不高，所得OI均評(píng)價(jià)為清潔程度。

表2 各底泥樣品的TN、TP、OM污染程度評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2 Evaluation results of TN，TP，OM pollution degree of each sediment sample

2.2 重金屬污染評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是常用的評(píng)價(jià)底泥重金屬污染程度的方法，其計(jì)算公示：

(3)

表3 潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Potential ecological hazard evaluation standard

表4 各底泥樣品的各重金屬污染程度評(píng)價(jià)Tab.4 Evaluation of the pollution degree of each heavy metal in each sediment sample

2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)點(diǎn)位的(Cd)過高，使得RI值較大，評(píng)價(jià)為中等。其余點(diǎn)位均為輕微程度。

2.3 多環(huán)芳烴污染評(píng)價(jià)

目前沒有對(duì)底泥中PAHs污染評(píng)價(jià)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)吳義國(guó)等[8]的觀點(diǎn)，沉積物中∑PAHs含量分為4個(gè)評(píng)級(jí)：輕度污染、中度污染、高度污染和重度污染，對(duì)應(yīng)的含量分別為0～100、100～1000、1 000～5 000、5 000 μg/kg。

由于8個(gè)點(diǎn)位所測(cè)出的PAHs含量低，有4個(gè)點(diǎn)位未檢測(cè)到PAHs，其余各點(diǎn)位的含量分別為1.33、0.44、20.1 μg/kg，均為輕度污染。

3 結(jié)論

針對(duì)長(zhǎng)生河流域所采集的底泥進(jìn)行了營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬、多環(huán)芳烴含量的測(cè)定，并進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。

(1) 各點(diǎn)位底泥的TN含量在532.11～811.03 mg/kg，污染評(píng)價(jià)均為輕度污染及其以下；TP含量為565.36～1 160.55 mg/kg，除5號(hào)點(diǎn)位TP含量最大，為重度TP污染，其余點(diǎn)位均為中度及以下程度的污染；OM含量在5.22%～11.74%，利用有機(jī)指數(shù)法評(píng)價(jià)均為清潔狀態(tài)。

(2) 各點(diǎn)位底泥的7種重金屬中，Zn含量最大，最高可超過背景值12倍，但其生態(tài)危害毒性相應(yīng)系數(shù)為1，Zn單重金屬的潛在生態(tài)危害程度為輕微狀態(tài)。Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大，大部分點(diǎn)位的單重金屬潛在危害程度可達(dá)強(qiáng)危害狀態(tài)。2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)點(diǎn)位的綜合生態(tài)潛在危害程度為中等，其余為輕微狀態(tài)。

(3) 各點(diǎn)位底泥的PAHs含量少，部分點(diǎn)位未檢測(cè)出，均為輕度污染。

綜上，對(duì)長(zhǎng)生河流域環(huán)境治理中底泥的無害化、資源化利用，需要重點(diǎn)關(guān)注的污染物為TP以及重金屬Zn、Cd。