黑臭水体底泥潜在生态风险评价及处置方法适用性分析

陈汉杰

(广州市水务规划勘测设计研究院，广东 广州 510640)

近年来我国城镇化、工业化快速推进，但城市基础设施配套不完善，导致大量生活污水、工业废水排入自然水体，污染物超过水体自净能力，导致水体产生黑臭现象[1]。黑臭水体的底泥既是水中污染物的积聚，也是向水中不断释放污染物的来源[2]，清除黑臭水体底泥作为消除黑臭水体内源污染的有效措施[3]，被广泛应用于黑臭水体治理工程。由于黑臭水体底泥污染成分、超标程度差异较大，如何评价底泥污染风险，并针对底泥泥质选择合适的底泥处置方法难度较大，这也是底泥处置问题频发的原因之一[4-5]。

目前疏挖污染水体底泥主要的处置途径有土地利用、建材利用、填埋等[6-15]。国内外学者对污染水体底泥的泥质评价和处置方法选择进行了众多研究：李敏[16]等提出针对不同污染类型底泥采用不同的处理方式；徐其士等[17]对广州黑臭河涌车陂涌底泥进行分析，结果表明90%样点污染指标低于农用地土壤污染风险管控标准；胡如意[18]等对浙江省温瑞塘河污染底泥进行评价，并分析用于绿(林)地、农用地和建设用地的可行性；王向辉[19-20]等对海口市美舍河、红城湖底泥泥质进行分析，并分析用于农用土壤、回填用土的适用性；王莉君等[21]对南京城区黑臭河道底泥污染特征进行分析。文国来[22]等对深圳坪山河底泥成分进行分析，并用掺量15%底泥制混凝土砌块，砌块抗压强度、污染物浸出量均满足要求。现有研究多定性分析处置方法的适用性，并未针对多种处置方法的具体泥质要求系统分析其适用性。

本文选取荔湾区12条黑臭河涌，对其底泥进行污染风险评价，然后针对底泥泥质分析各种处置方法的适用性，为合理处置黑臭水体底泥，资源化利用提供参考。

1 研究区域概况

本文选取广州市第2批152条黑臭河涌治理中的荔湾区境内的12条河涌底泥进行分析，分别为增埗河、郭村涌、塞坝涌、茶滘涌、西塱涌、裕安涌、南漖涌、生南涌、赤岗涌、棉村涌、增漖涌、大和涌。每条河涌选择1—3个代表性断面，每个断面采集1个底泥泥样，共采集27个泥样。

分析方法：泥样pH值采用NY/T 1377—2007《土壤pH的测定》；有机质采用NY/T 1121.6—2006《土壤有机质的测定》；总氮采用NY/T 53—1987《土壤全氮测定法(半微量开氏法)》；总磷采用HJ 632—2011《土壤 总磷的测定 碱熔-钼锑抗分光光度法》；铜、锌采用GB/T 7475—1987《水质 铜、锌、铅、镉的测定 原子吸收分光光度法》；汞、砷采用HJ 694—2014《水质-汞、砷、硒、铋和锑的测定-原子荧光法》；铅、镉采用石墨炉原子吸收法；镍采用GB/T 11912—1989《水质 镍的测定 火焰原子吸收分光光度法》；铬采用HJ 757—2015《水质 铬的测定 火焰原子吸收分光光度法》。

2 底泥污染评价

土壤重金属污染评价常用方法有内梅罗指数法、富集因子法、地累积指数法、潜在生态危害指数法、模糊数学模型、灰色聚类模型、层次分析法等[23]，其中潜在生态危害指数法由于其将环境生态效应与重金属的毒性结合，既能反映单个污染物的影响，也能反映全部污染物的综合影响，是目前较为常用的方法[24-26]。本次采用生态危害指数法对底泥重金属污染进行评价。

潜在生态指数法(The Potential Ecological Risk Index)(RI)是瑞典地球化学家Hakanson[27]提出，其计算公式为：

(1)

(2)

潜在生态危害系数和危害指数与污染程度关系见表1。

表1 潜在生态危害系数和危害指数与污染程度关系

根据底泥检测结果，各河涌底泥重金属含量均值及与土壤背景值的平均超标倍数见表2，表明各河涌底泥重金属污染严重，除As、Pb少数测点低于土壤背景值，其余均超过土壤背景值，均值超标倍数排序为Cd>Hg>Cu>Zn>Ni>Cr>Pb>As。

表2 底泥重金属含量 单位：mg/kg

底泥重金属潜在生态风险评价结果见表3—4。结果表明单一潜在风险程度Cd、Hg大多为极强风险，Cu从轻微-很强风险均有分布，Zn、Ni、Cr、Pb、As大多为轻微风险。综合生态风险11条河涌为程度最高的很强风险，1条为强风险。

表3 底泥重金属潜在生态危害系数与生态危害指数

由此可见12条黑臭河涌底泥污染严重，需选择合适的处置底泥方式，防止二次污染。

3 底泥处置泥质标准及适用性

方红卫[30]等分析了我国针对污染底泥处置泥质标准，海洋沉积物相关标准按照海域的不同使用功能和环境保护目标有详细的分类标准；水利、交通行业仅指出需进行针对性处理，防止二次污染，并无具体泥质标准。城镇污水处理厂的处置泥质标准则较为完善，可作为黑臭水体底泥处置泥质的参考标准，但天然水体污染底泥与污水处理厂的污泥泥质差别较大，在引用时需综合判断适用性。此外绿化种植、农用地、建设用地土壤对土壤环境质量也有相关要求。综合相关标准，按照土地利用、建材利用、填埋的处置方式，黑臭水体底泥处置的泥质标准及重金属含量限值见表5，其中CJ/T 340—2016《绿化种植土壤》选取植物园、公园、学校、居住区等与人接触较密切的绿(林)地，Ⅱ级标准；GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》选取pH>7.5水田和其他污染物较严格的风险筛选值；GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》选取污染物第一类用地筛选值。

表4 潜在生态风险程度评价结果

根据表5泥质标准重金属限值，分类判别收集的黑臭水体底泥处置方法适用性见表6。

表5 黑臭水体底泥处置泥质标准及重金属限值

表6 黑臭水体底泥处置泥质标准及重金属限值

根据统计结果，12条黑臭河涌底泥符合农用的仅有1个测点，比例仅3.7%，农用主要不符原因Cd、Zn、Cu、As超标，因此基本无法农用。底泥符合园林绿化用土仅有3个测点，比例仅11.11%，主要不符原因Cd、Zn、Ni、Cr超标，且无整条河涌或连片测点符合要求，因此也基本无法分类作为园林绿化用土。底泥符合场地回填用土的有8个测点，比例为29.63%，主要不符原因为As、Ni超标，其中有3条河涌的测点均满足要求，因此可以考虑将这3条河涌的底泥经简单预处理后可作为场地回填用土，就近消纳利用。底泥符合制砖、制水泥的比例分别为85.19%、92.59%，主要不符原因为Hg、As、Ni超标，大部分底泥经简单筛分脱水后可制建材。底泥符合填埋处置的比例为92.59%，主要不符原因为As、Ni超标。最后仍有2个测点无法满足这几类处置要求，需采取专门的处置方式，妥善处置。

4 结论

(1)荔湾区12条黑臭河涌底泥重金属含量均值是土壤背景值的1.98～31.4倍，均值超标倍数排序为Cd>Hg>Cu>Zn>Ni>Cr>Pb>As。

(2)底泥重金属潜在生态风险评价结果表明单一潜在风险程度Cd、Hg大多为极强风险，Cu从轻微～很强风险均有分布，Zn、Ni、Cr、Pb、As大多为轻微风险。综合生态风险11条河涌为程度最高的很强风险，1条为强风险。

(3)12条黑臭河涌底泥符合农用、园林绿化、场地回填、制砖、制水泥、填埋要求的比例分别为3.7%、11.11%、29.63%、85.19%、92.59%、92.59%。底泥基本无法农用和园林绿化，建议符合场地回填用土要求的就近回填消纳，剩余底泥烧制建材，部分超标严重无法利用或填埋的土需采取其他针对性的处置方式，妥善处置。