河道清淤中底泥重金属污染生态风险评价

2021-06-01吴小靖

水利技术监督 2021年5期

吴小靖

(江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司，江苏苏州 215000)

受工业化及城市化影响，我国河流尤其是城郊河流污染严重，工厂排放重金属元素对河流的生态环境影响极大[1-3]。重金属元素与河道底泥结合对水生态环境造成了长期的恶劣影响[4-6]，因此，对河道底泥污染情况进行试验研究和生态风险评价具有重要意义。

梁佳文等[7]对伊通河城区段底泥展开了深入研究，并指出有机质含量呈沿水流方向逐渐降低的变化趋势，且主要积累在上层底泥中。华昆[8]依托庄河市境内英那河治理工程深入探讨了不同组合方案下河道生态修复措施对改善河流水质的治理效果，指出河道疏浚+护坡是改善河流生态环境的最佳治理方案。严玉林等[9]对河道底泥内源污染进行了深入研究，并依托北运河治理工程，指出底泥表层污染物含量差异较大且下层底泥污染物含量较高。

上述研究较少涉及重金属元素对河流生态的影响，并且未展开污染元素对河流生态的整体风险影响评价。文章依托苏州市吴江区河道治理工程，基于现场原位测试及室内试验确定了河道底淤泥的主要污染物成分及其分布情况，并基于潜在生态风险指数法对其展开风险评价。研究成果为我国河道治理工程提供了一定的借鉴作用。

1 区域概况

吴江是典型的“江南水乡”，河湖水域占据区域面积的四分之一，且在示范区三地中水域面积最大，现有河道2600多条，湖泊320多个。然而，区域河湖碎片化程度较高，物理连通性不足，纲目欠合理，集约化、组团化的高效河湖生态功能没有凸显。此外，由于工业化发展迅速，水生态环境受到一定的影响，区域河湖水质下降，水生物数量与多样性减少。因此，急需对区域水生态进行整体优化提升，以建立起高标准、水生态环境友好的示范区。一方面，改善河道联通状况，恢复河道生态流量，放大重点河湖清水、蓄水、行洪等生态功能，彻底解决黑臭水体问题，实现等量河湖产品供给的最优生态效能；另一方面，水岸同步、高效优化区域空间，一体贯通、提升岸线景观品质，为一体化发展赋予新的空间和动能。由于吴江区存在较多大型工厂及垃圾废物处理站，因此，及时清理区域内河道污染底泥，对提升水质、改善水生态环境具有重要意义。

2 研究方法

2.1 样品采集与室内检测

本次研究选取苏州市吴江区盛泽某河道段进行研究，试验段全长4000m，对该试验段选取41个测试点进行河道底泥取样，每个测试点间距100m。河道底泥取样按照HJ/T 91—2002《地表水和污水监测技术规范》中相关标准进行操作，将试样妥善保存后送回实验室进行试验研究。针对苏州市吴江区某河道底泥试样展开重金属污染情况，遵照CJ/T 221—2005《城市污水处理厂污泥检验方法》等相关标准，对Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni共计8种重金属元素成分及其含量展开了检测，其中，Hg和As元素采用原子荧光法检测，Cd、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni元素采用等离子体发射光谱法进行检测。

2.2 污染风险评价方法

本次研究在大范围阅读调查相关研究方法，如内梅罗污染指数法、富集指数法、模糊数学法等，最终决定利用潜在生态危害指数法进行吴江区河道底泥污染风险评价，该方法具有评价准确、应用简单、定量评价等优势，因此在相关研究领域得到了广泛应用。其主要评价流程包括重金属元素污染程度计算、重金属元素潜在生态风险计算和多重金属元素影响下底泥综合潜在生态风险指数计算共3个步骤，主要流程如下。

(1) 重金属元素污染程度计算。某一重金属元素的污染程度计算方法如下式：

(1)

(2)重金属元素潜在生态风险计算。某一重金属元素的污染程度计算方法如下式：

(2)

表1 重金属元素毒性响应系数

(3)多重金属元素影响下底泥综合潜在生态风险指数计算。多重金属元素影响下底泥综合潜在生态风险指数SI的计算方法如下式：

(3)

基于潜在生态风险系数法的河道底泥评价标准见表2。

表2 基于潜在生态风险系数法的河道底泥评价标准

3 研究结果分析

3.1 底泥污染情况

本次试验研究对该河道段41个测点展开河道底泥重金属元素含量测试，统计后测试结果见表3。由表3可知，河道底泥中含有相当数量的重金属元素，对河流生态环境影响较大。其中，含量较高的有Zn、Pb元素，其浓度范围分别为2.05～330、1.66～332.42mg/kg，平均含量分别为79.89、55.23 mg/kg。而河道底泥中Hg元素和Cd元素的含量较低，其浓度范围分别为0.012～2.90、0.03～1.44 mg/kg，平均值仅达到0.59 m、0.28 mg/kg。河道底泥中其余四种重金属元素As、Cu、Cr和Ni的平均含量分别为8.82、24.27、17.42、13.10 mg/kg。

表3 河道底泥重金属元素含量单位：mg/kg

图1为河道底泥中不同重金属元素的超标率，由图1可知，Cd、Pb和Zn元素的超标率最高，分别为80.49%、75.51%和78.05%，均超过75%；Cr元素的超标率最低，为12.20%。由此可见，河道底泥中检测的8种重金属均超过相关标准及背景值，对河道进行底泥清理十分必要，可以有效改善水生态环境。

图1 河道底泥重金属元素超标率

3.2 污染评价结果

依照上述方法对苏州市吴江区某试验段河道底泥进行生态风险评价，得到该河道41个测点的底泥评价结果，见表4。由表4可知，在苏州市吴江区某河道试验段中，As、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni元素的潜在风险均集中在低风险程度，低风险样本点均在38个以上。相比之下，Hg元素和Cd元素的单一风险程度则分布均匀，Hg和Cd元素在极高风险段出现较多样本点，样本点数分别为15和7个。这表明在该河道底泥中，Hg元素和Cd元素单一元素风险较大[11-14]。

进一步分析河道底泥综合风险评价情况，由表4可知，该试验段河道底泥在各风险程度下的SI指数分别为13、12、1、0以及15，表明河道底泥的低风险占比为31.7%、中风险占比为29.3%、较高风险占比为2.4%、高风险占比为0%、极高风险占比为36.6%。由此可见，河道底泥存在的生态风险系数较高，应当采取适当手段进行清除。