泥沙含量对河道水质监测结果的影响分析

王 燕

(博尔塔拉水文勘测局，新疆博乐833400)

1 引言

我国河流泥沙含量普遍较高，全球范围内河流多年平均输沙量大于1亿t的河流中，我国河流占比达到35%，多年平均输沙量在0.1 t以上和河流统计中，我国河流达到115条[1]。我国地势呈现明显西高东低，且西部地区由于气候环境差、经济技术落后等原因，使得这些区域水土保持效果差，进一步加剧了河流泥沙含量[2]。随着国家逐渐加大对环境治理方面的力度，河道水质监测结果作为水环境保护的重要指标被越来越重视[3]。河流泥沙的存在给水质监测参数的测定和水环境的评价与管理带来了许多困难[4]。

河流泥沙中存在大量细颗粒泥沙，该类型泥沙比表面积较大，与水体中污染物接触时会出现复杂的界面效应，导致整个水质体系与不含泥沙的水质体系的物理化学性质出现较大的差异性，从而使得含泥沙水质体系中污染物的降解规律发生改变[5]。导致这一现象的原因为河流中细颗粒泥沙的存在一方面可以增强对水中污染物的吸附，达到净化水体的效果[6]；另一方面，河流中泥沙又是一种典型的污染物，且泥沙在吸附污染物的同时又承担了污染物载体的作用，由此进一步导致水质监测结果的降低[7]。CODMn、氨氮含量及BOD5作为水质评价的主要指标之一，其监测结果直接反映了水质优良特性[8]，因此研究河流中泥沙含量对以上指标的变化特征有非常重要的意义。

2 试验方案与测试方法

2.1 试验方案

为确定河流泥沙含量对水体监测结果影响的关系，选定来自西部某河流水样进行室内试验，试验含泥沙水参数见表1。

将以上各组含泥沙水样分别进行2组处理：①采用搅拌机搅拌1 h；②采用离心机离心15 min。分别对以上2种操作之后的水样进行CODMn测定。由于水质监测试验规范要求对氨氮含量浓度的监测需要对水样先进行过滤，因此试验中无需区分浑水和清水分别进行测定，直接取不同泥沙含量水进行过滤后进行氨氮含量浓度测试。BOD5水样的选取与CODMn水样选取一致。

2.2 测试方法

本次实验中对CODMn的测定主要采用高锰酸钾法，利用高锰酸钾将水样中的部分有机物及还原性物质进行氧化，部分剩余的高锰酸钾利用草酸钠进行还原，根据试验过程中加入的高锰酸钾和草酸钠含量确定高锰酸钾指数(CODMn)，该方法适用于饮用水、地表水和生活污水中的CODMn确定。

氨氮浓度的测定使用纳氏试剂比色法，该方法的主要原理是利用碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨发生化学反应后生成棕色胶态化合物的试验方法，且生成的棕色胶态化合物的颜色深浅直接与氨氮含量相对应，依据颜色深浅不同所反应出来的波长差异，进而直接确定河流取样水中氨氮含量浓度值。

溶解氧浓度差值测定采用的方法为5日培养法，分别取原状水引入250 mL的溶氧瓶内，先测定其中一个瓶内原状水溶氧值，另一个溶氧瓶密封以后在标准条件下保存5日，然后测定瓶内水体溶氧值，溶氧值的测定采用sension-6溶解氧仪，两次溶解氧浓度差值即为BOD5。

3 结果分析

3.1 泥沙含量对CODMn测试结果影响

依据试验方案和测试方法得到不同泥沙含量水样中CODMn的监测结果，见表2。

表2 不同泥沙含量水中CODMn的的关系

依据表2得到含泥沙水中CODMn随泥沙含量变化关系，见图1。

图1 泥沙含量与CODMn的关系

由表1中可以得到，河流中泥沙含量的多少与CODMn之间存在直接的联系，具体表现为河道中泥沙含量越大，河流中水质污染指标CODMn值测定结果越高，河流水质评价结果越低。而且，同等泥沙含量水体中，泥沙均分分布水体CODMn值明显高于同样水体无泥沙的情况。水体泥沙含量与CODMn测定值之间的具体数值关系为，当泥沙含量为2 g/L时，搅拌后水体CODMn含量为7.8 mg/L，离心分离水体为5.3 mg/L；当泥沙含量为52 g/L时，搅拌后水体CODMn含量为12.97.8 mg/L，离心分离水体为5.5 mg/L；当泥沙含量为10 g/L时，搅拌后水体CODMn含量为28.87.8 mg/L，离心分离水体为5.7 mg/L；当泥沙含量为20 g/L时，搅拌后水体CODMn含量为48.2 mg/L，离心分离水体为6.0 mg/L。

由图1中不同水处理后水体泥沙含量与CODMn的关系可知，水体泥沙含量与CODMn测定值之间存在良好的线性关系。其中离心处理后水样为y=0.0373x+5.28，相关系数R2=0.9739；搅拌处理水样为y=2.306x+3.012，相关系数R2=0.989。对比搅拌和离心处理水体中泥沙含量与CODMn测定值之间的关系，不难得出离心处理后河流中污染物指标CODMns的检测结果明显降低，这是因为水体中泥沙由于其比表面积较大，颗粒较细，泥沙颗粒吸附了较多的污染物，当对水体进行搅拌处理后，泥沙在水中均匀分布，此时测量得到的污染物指标CODMn的含量包含部分泥沙携带污染物，因此出现搅拌处理水体后污染物指标CODMn的测量结果远大于离心处理水体污染物指标CODMn的含量。

3.2 泥沙含量对氨氮含量测试结果影响

依据文中试验方案与测试方案得到不同泥沙含量水体中氨氮浓度变化关系，测量结果见表3。

表3 不同泥沙含量水样中氨氮浓度测量结果

依据泥沙含量与氨氮浓度测试结果，得到河流泥沙含量与氨氮浓度之间的关系，见图2。

图2 泥沙含量与氨氮浓度之间关系

由表3中不同泥沙含量下氨氮浓度测试结果可知：泥沙含量为2 g/L时，氨氮浓度为0.53 mg/L；泥沙含量为5 g/L时，氨氮浓度为0.56 mg/L；泥沙含量为10 g/L时，氨氮浓度为0.6 mg/L；泥沙含量为20 g/L时，氨氮浓度为0.9 mg/L，表明氨氮浓度随着水体中泥沙含量的增加逐渐增加。由图2中，泥沙含量与氨氮浓度之间关有，水体中泥沙含量与氨氮浓度之间存在明显的现象关系，线性关系式为y=0.0209x+0.4542，相关系数R2=0.9392，由此说明二者之间线性关系较好，说明河道中泥沙颗粒携带了一定量的可溶性氨氮化合物，因此出现了泥沙含量增加、水体中氨氮浓度增加的现象。

3.3 泥沙含量对BOD5测试结果影响

依据试验方案和测试方法分别得到搅拌条件下和离心条件下水体中BOD5测试结果见表4、表5。

表4 搅拌条件下BOD5测试结果计算表

表5 离心条件下BOD5测试结果计算表

由不同条件、不同泥沙含量下BOD5测试结果，得到不同处置条件下BOD5测试结果随泥沙含量之间的变化关系，见图3。

图3 不同处置条件下泥沙含量与BOD5之间关系

由表4、表5中水体中泥沙含量与DO、BOD5的变化数据来看，本次试验用水溶解氧浓度初始值稳定在11.79 mg/L～11.95 mg/L之间，这一现象反映了试验测试方法的可靠性，即相同的水样中溶解氧浓度一致。分别对水样进行搅拌处理和离心处理后，发现含泥沙水样5天后溶解氧浓度出现了明显的降低，导致BOD5值出现明显的增加，且搅拌水样溶解氧浓度降低程度明显大于分离水样溶解氧浓度。尤其是当泥沙含量为20 g/L时，5天后搅拌水样溶解氧浓度仅为0.65 mg/L，分离水样为5.23 mg/L。导致搅拌条件下BOD5值高于分离条件下BOD5值的原因为搅拌条件下，水体中泥沙始终保持悬浮状态，泥沙颗粒与水之间有充分的接触，使得泥沙表面所吸附的耗氧有机物和其他微生物能够充分接触水体，并利用水中氧气进行降解。而分离条件下，泥沙中微生物在进行离心运动时部分脱离泥沙而游离于水体中，在静置期内，脱离泥沙的微生物利用水体中氧气进行微生物降解，但是此部分微生物含量较少，因此分离水体BOD5值要低于搅拌条件下水体BOD5值，并且取样水中泥沙初始含量越高，泥沙离心运动后剩下的微生物含量越高，导致水体BOD5值越高。

由此可见，水体中泥沙含量大小直接影响了水质监测评价结果。本文对不同泥沙含量情况下，水质评价指标参数进行量化研究，研究结果可为含泥沙河道进行水质结果评价提供参考。

4 结论

对取自某河道水流作为原状水，分别调制不同泥沙含量水流作为试验取水，研究泥沙含量对水质评价主要污染指标CODMn、氨氮含量及BOD5的变化关系，得到如下结论：

(1)水体中CODMn含量随着泥沙含量的增加而逐渐增大；搅拌处置试验取水后，泥沙均匀分布于水体中，测定得到的CODMn含量包含泥沙携带的污染物；分离处理试验取水后，清水中包含部分泥沙中可溶于水的污染物；搅拌处置试验取水测定得到的CODMn含量比分析试验取水得到的CODMn含量大；水体中CODMn含量与泥沙含量存在明显的线性关系。

(2)试验取水中氨氮浓度随着泥沙含量增加而逐渐增大，二者之间存在明显的线性关系；泥沙中含有的部分可溶于水污染物导致氨氮浓度随泥沙含量增加而增大。

(3)试验取水中BOD5浓度随着泥沙含量增加而增大；搅拌处置试验取水时，泥沙均匀分布在试验取水中，泥沙携带的微生物与水充分接触，降解过程中耗氧量较大；分离处置试验取水时，清水中仅存有部分从泥沙中分离而来的可溶于水的微生物进行降解耗氧过程；分离处置试验取水中BOD5浓度明显低于搅拌处置试验取水。