杭州市城区河道底泥污染特征分析

孙映宏,张飞珍,杨艳艳,朱 江

(1.杭州市水文水资源监测总站,浙江 杭州 310016;2.杭州市南排工程建设管理处,浙江 杭州 310020)

1 杭州市城区河道整治概况

2000年以来,杭州城区河道开展了大规模的水环境综合整治工作,通过河道清淤、配水保洁、河道整治、截污纳管和污水处理厂建设以及畜禽养殖污染综合治理,使河道水质有了较大的改善。“十二五”期间,杭州计划基本完成绕城范围内1 km以上291条河道的整治,形成水质良好、水流通畅、特色通航、景观优美、宜居繁荣的城市河道环境。

在杭州城市河道综合整治中,清淤是十分重要的措施之一。随着城区河道整治工作的进一步展开,底泥污染特征调查和研究显得十分重要,既可及时了解河段的污染物含量及其分布特征,为清淤作业提供指导,又可根据研究结果妥善处置河道底泥,防治二次污染,为杭城的环境优化和生态文明建设提供服务。

2 底泥污染测定

2.1 监测点位、频次及指标

按典型水功能区,分类选取运河片的蒋村港、余杭塘河、运河、运南片的新开河和上塘河片的上塘河、和睦港为代表河道,于2011年4月、7月和10月各进行了一次底泥采样分析,检测的指标包括pH、有机质、全氮、全磷及重金属Cu、Zn、Pb、Cd等。具体监测点位分布见图1,河道主要功能见表1。上述6条河道近年来陆续都进行过整治:1993年杭州市开始实施运河截污工程,2000年开始实施运河、上塘河底泥疏浚工程,2002年起开展运河综保工程;2002年,新开河完成整治;至2006年,市区先后进行了3轮河道综合整治工程,实施完成18条总长约80 km河道整治,余杭塘河位列其中;2007年市政府确定了第4轮河道综保工程,计划用5 a时间完成273条市区河道的治理,列入计划的蒋村港、上塘河、和睦港于2007—2008年相继完成整治。

图1 底泥监测点位分布图

表1 各片区主要监测河道及功能表

2.2 监测结果

底泥指标的监测方法按照 《土壤农化分析》 (第3版)[1].和《土壤理化分析》 (1978年)进行:有机质采用重铬酸钾外加热法,TN采用靛酚蓝比色法,TP采用H2SO4-HClO4-钼蓝比色法,全量 Cu、Zn、Pb、Cd采用 HCl-HNO3-HClO4消化和原子吸收法测定,监测结果见表2。

表2 不同时期各河道断面底泥污染物指标监测数据表

续表2

3 底泥污染物特征分析

3.1 pH值变化特征

从测定结果来看,各河道底泥pH值均为中性偏碱性,不同河道的底泥pH值存在差异,同一河道不同时期底泥pH值亦有变化,但波动幅度不大。蒋村港、杭三大桥、九堡以及采荷4个断面10月底泥pH值均比4月和7月大,且7月和10月总体分布趋势大体一致,这与7月和10月温度较高有关,微生物代谢频繁并且有利于底泥中氢氧化物的水解,使得pH值增高。但这一现象在义桥和丁桥断面上表现不明显,义桥3个时期pH值变化波动不大,而丁桥断面与其他河道断面相反,4月和10月pH值较7月大,可能是7月份有偏酸性物质流入河道,造成pH值下降。

3.2 营养盐特征分析

底泥中的营养元素主要是指氮和磷,其含量高低是反映该物质向水中释放程度的重要指标。

3.2.1 全磷分析

新开河采荷断面底泥中全磷含量是最高的,蒋村港、杭三大桥、义桥以及九堡断面在各个时期底泥中全磷含量变化比较平缓,波动不大。根据 《全国土壤养分含量分级标准》(全国土壤普查办公室,1998年)(见表3),蒋村港、杭三大桥以及义桥断面底泥全磷含量属于中等～较丰富,而丁桥、九堡以及采荷断面底泥全磷达到了丰富。

表3 全国土壤养分含量分级标准表 g/kg

3.2.2 全氮分析

新开河采荷断面各个时期底泥中全氮含量最高,蒋村港、杭三大桥以及丁桥各断面在不同时期的全氮含量波动幅度较大,而运河的义桥及九堡断面的全氮含量变化趋势较平缓。根据《全国土壤养分含量分级标准》,运河义桥断面的全氮含量属于较缺的状态;丁桥和九堡断面底泥中全氮含量中等～较丰富;采荷断面底泥中全氮累计严重,极为丰富。

从全磷及全氮的含量变化特征来看,新开河是营养盐污染最严重的河道,易发生底泥富营养化,出现黑臭现象,其主要原因是由于截污不到位,污水直排河道,淤积在河底的污垢不时泛起浮上水面,如上塘河 (杭州段)以赤岸桥为界,上游部分通过配水后水质情况有较大改善,下游部分由于截污纳管措施不到位,水质状况改善不大,出现了分水岭[2].,因此进一步深化截污纳管工程对改善水环境是十分必要。

3.3 有机质变化特征

有机质是底泥中极为重要的自然胶体之一,是重金属、有机物等污染物发生吸附、分配和综合作用的活性物质,也是反映底泥有机营养程度的重要标志。底泥有机质的分解会大量耗氧,导致河水发臭,从而成为水体的次生污染源。

由表2监测数据可知,不同时期各河道表层底泥有机质含量变化趋势与全氮含量变化趋势基本一致。根据《全国土壤养分含量分级标准》,运河断面表层底泥中有机质与全氮均属于较缺状态,说明运河底泥中有机质尚未出现积累现象;丁桥、九堡断面底泥中有机质含量中等～较丰富,说明有机质具有潜在的有机营养化趋势;蒋村港、杭三大桥以及采荷断面的有机质含量波动幅度较大。新开河各个时期中的底泥有机质含量均比其他河道高,过高的有机质含量显示严重的有机污染,这与新开河水质污染以有机污染为主的特点密切相关。

3.4 重金属污染特征分析

底泥中重金属是具有潜在生态危害的污染物,对生物和人体具有毒性效应,生物不能降解。某些重金属可通过生物作用转化为毒性更强的金属有机化合物,由于食物链的生物富集和放大作用,导致人体慢性中毒。水体中的重金属易由水相转入固相,因此,底泥是水体重金属污染的载体和指示剂。

目前我国和世界上许多国家(地区)尚未建立底泥环境质量标准,但均制订了符合各国、各地区情况的土壤质量控制指标,并将其应用于土壤污染防治、生态环境保护、农林生产保障和人体健康维护等各个方面,这些标准也为疏浚底泥的直接利用、无害化处置后用途确定提供了依据。我国淡水沉积物评价通常参考GB 15618—1995《土壤环境质量标准》 (见表5)和 1984年发布的GB 4284—84《农用污泥中污染物控制标准》(见表6)。前者规定了土壤中污染物的最高允许浓度指标值及相应的监测方法,适用于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等的土壤,后者适用于在农田中施用城市污水处理厂污泥、城市下水沉淀池的污泥、某些有机物生产厂的下水污泥以及江、河、湖、库、塘、沟、渠的沉淀底泥。

表5 土壤中污染物最高允许浓度指标值表mg/kg

表6 农用污泥中污染物控制标准值表mg/kg

选择常规重金属Cu、Zn、Pb、Cd进行重点研究,监测数据显示其含量在不同河道之间存在差异,且同一河道在不同时期也有所不同。其中,新开河底泥的各项重金属指标都明显高于其他河道,可能是周边区域废水排放、垃圾焚烧等原因所致。

按照GB 15618—1995《土壤环境质量标准》评价,各个时期所有监测点底泥的pH值均大于6.5,说明底泥为中性偏碱性污泥。从重金属监测指标来看,各时期Cu和Pb含量均满足3级标准,4月份2个测点的Zn超标 (九堡测点527.72mg/kg、采荷测点858.8 mg/kg),所有监测点的Cd(＞1mg/kg)均超标,达不到3级标准;7月份和10月份只有采荷测点的Zn劣于3级标准,分别为 631.2,844.42mg/kg,但所有监测点的Cd仍然超标,劣于3级标准,最严重的为10月份的采荷测点,Cd含量达到4.69 mg/kg,杭三大桥在7月份的Cd含量最少,为1.82mg/kg;10月份各河道断面Cd超标均比7月份严重。

按照GB 4284—84《农用污泥中污染物控制标准》,若在酸性土壤上施用,各个时期所有测点的Cu和Pb指标均满足要求,7月份和10月份所有测点的Cd也均满足农用污泥中污染物控制标准;4月份2个测点的Zn超标,采荷测点的Cd超标;7月和10月均只有采荷测点的锌达不到在酸性土壤上施用的标准,其他重金属均达到农用污泥施用标准。底泥重金属超标的河道有2条,分别为和睦港和新开河。

总体上看,研究的6条河道底 泥中Cd、Zn污染比较严重,污染程度为Cd＞Zn＞Cu、Pb,在底泥处置中应引起足够的重视,避免二次污染。

4 结 语

(1)杭州城区河道底泥污染特征:pH值均在7～8,呈中性偏碱性;部分河道如采荷、丁桥以及九堡断面的全氮、全磷以及有机质指标含量较高;底泥重金属含量分布不均,Cd、Zn含量普遍较高,部分河道如新开河、和睦港污染严重。

(2)底泥中富含氮、磷等营养元素及一定量的金属元素,针对不同污染的底泥进行相应的资源化利用,可以实现良好的经济效益、社会效益和环境效益。根据杭州城区河道底泥污染现状,Zn、Cd等重金属污染相对比较严重,在底泥的无害化和资源化利用时应适当考虑对这些重金属的处理。

(3)杭州城区河道尽管进行了大规模的整治,但由于截污纳管不完全及水体流动性较差等原因,底泥沉积和污染速度较快,建议有关部门加强底泥监测,定期清淤,建立健全长效管理机制,同时进一步深化截污纳管工程,加强环境引配水,推动水环境质量的整体提升。

(4)杭州城区河道数量多、分布广,受条件限制此次底泥污染分析仅选择了6条代表性河道,同时监测指标也存在一定局限性,后续尚有进一步研究的空间。

[1].鲍士旦.土壤农化分析 [M]..3版.北京:中国农业出版社,2000.

[2].黄健勇,汪健,陆一奇.上塘河 (杭州段)流域河道配水效果分析 [J]..浙江水利科技,2010(5):20-22.