基于不同脱水助剂的太湖底泥污染释放风险试验研究

廖志盛 广州华申建设工程管理有限公司湛江分公司

1.研究背景

根据对太湖历年清淤工程的调查了解，太湖清淤均采用在岸上设置排泥场的方式堆放淤泥，采用污泥的深度脱水技术处理后的污泥可在数量上减少50%以上，为污泥的后续处置提供有利条件。目前污泥深度脱水技术上主要使用絮凝剂和助凝剂，絮凝剂根据成分可分为：无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。

1.1 试验方案简介

为研究不同脱水助剂的固化土的二次释放风险，太湖西沿岸宜兴市境内设置试验场地约1.5亩进行现场试验。选用8组土工管袋（单个土工管袋长4.4m，宽4.4m，容量约16m3），由泥浆泵将太湖底泥（含固率5～8%）抽吸入排泥管并输送入袋，同时加入不同配方的脱水助剂，吹填完成待固结后取样，对样品进行试验室指标检测。试验时将固化底泥置于柱状有机玻璃管中，高度保持20cm左右，上覆水20cm。分别设置不同温度，模拟不同风速条件，获取固化后的底泥短期内（3天）的释放强度，分析研究底泥的污染物释放风险。

1.2 底泥理化性质

底泥取自太湖西部沿岸百渎口至盛渎港之间的湖区部位。该区域淤泥较厚，平均深度约为70cm，pH均值为6.92。底泥粒度组成主要在50μm以下，约占总量的90%，其中以介于7.50μm-50.00μm为主，约占总量的64%。底泥有机质均值为1.89%，总氮含量均值为3390mg/kg，总磷均值为1052mg/kg，总磷以及总氮的含量均显著超过太湖清淤的标准。

2.研究方法

释放速率由试验数据计算获得，为平均表观释放速率。释放速率Fi计算公式：

其中，

Fi——释放速度（mg·m-2·d-1）

V——柱中上覆水体积(L)

分别于入院或体检时取清晨空腹静脉血检测血清PCT、hs-CRP及D-Dimer水平，分析老年肺炎患者的病情与 PCT、hs-CRP及 D-Dimer的关系。采用电化学发光法检测血清PCT水平，免疫比浊法检测血清hs-CRP及D-Dimer水平，所有操作均严格按说明书要求执行。

Cn、Co、Cj-1——第n次、0次（即初始）和j-1次采样时某物质含量（mg·L-1）

Ca——添加水样中的物质含量（mg·L-1）

Vj-1——第j-1次采样体积（L）

S——柱样中水-沉积物接触面积（m2）

t——释放时间（d）。

3.固化底泥污染物释放分析

固化底泥二次释放风险主要考虑温度和风浪扰动两个主要影响因素。

3.1 温度对底泥污染物释放的影响

（1）总磷。

各样本固化底泥总磷的释放基本上在12小时达到稳定的释放状态，至72小时后底泥总磷的释放通量基本不变。从15℃、25℃不同固化底泥总磷的释放速率来看，固化底泥内的污染物释放速率与温度呈正相关，随着温度的升高总磷释放速率加快。（见图1）

图1 不同温度条件下的总磷释放速率

可以看出，在15℃下各个管袋中底泥总磷的释放量差异显著，释放量最大的为3#管袋，数值为4.57mg/（m2.d）,最小的为6#管袋，为-11.08 mg/（m2.d）。释放量为负值表明，底泥仍有从上覆水吸附磷的潜力，这可能与底泥固化时，添加了聚铁、聚铝以及含钙等药剂，而铁铝钙等物质对于磷具有较强的吸附固定能力。25℃条件下，除1#管袋外各个管袋均表现为吸附，其数值的大小在-49-1.24mg/（m2.d）之间波动。

（2）总氮。

15℃条件下，总氮的释放速率显著高于总磷。各固化底泥总氮在12小时释放量达到最大，最大约为250 mg/（m2.d），随后各个管袋固化底泥的总氮基本在24小时达到稳定，到72小时后，基本不变。具体从各个管袋固化底泥的总氮释放量来看，2#、3#、5#以及8#管袋固化底泥总氮释放呈正值，而其他管袋固化底泥呈负值。排泥场底泥总氮释放为正值，数值为27.55 mg/（m2.d）。在25℃条件下的释放规律各有差异。通常来说，温度的升高会导致底泥污染物释放的加大，但是有时确实在温度梯度差异不是十分显著的情况下，底泥释放呈现差异化现象，且差异较为显著。1#、3#以及5#管袋中底泥的总氮释放为正值，其他管袋的总氮释放为负值。（见图2）

图2 不同温度条件下的总氮释放速率

（3）氨氮。

15℃条件下，除了5#样本外，其它样本底泥均表现为吸收的特征。底泥间隙水中的氨氮一般在厌氧条件下会升高，由可交换态的氨氮和硝氮释放在间隙水中，并释放到上覆水中。从各个管袋固化底泥释放通量来看，表明底泥氨氮未达到饱和状态，还可以从上覆水体中吸附一定量的氨氮。25℃条件下随着温度的升高，氨氮的释放通量会增大。2#、6#和7#样本在温度升高条件下，表现为释放特征且其释放通量要远远大于排泥场。1#、3#、4#、5#和8#样本底泥氨氮的释放通量表现为负值，表明固化之后的底泥对氨氮的固持能力在增强。（见图3）

图3 不同温度条件下的氨氮释放速率

（4）高锰酸盐指数（COD）

高锰酸盐指数是表征底泥中的有机物释放的指标，与其他污染物释放过程相似，在24小时内变化剧烈，之后逐渐达到稳定状态。15℃条件条件下7#和8#管袋底泥呈现明显的释放状态。随着温度的升高，25℃条件下高锰酸盐指数（COD）的释放量增大，多数固化底泥中的COD是呈现释放状态的。3#样本至6#样本底泥COD的释放通量基本接近，与排泥场底泥COD的释放量也比较接近。（见图4）

图4 不同温度条件下COD释放速率

3.2 风浪扰动对底泥释放的影响

太湖属大型浅水湖泊，因其水深较浅，平均深度仅为1.9m，全年出现扰动的天数在200天左右。在风力驱动的影响下，能量传递到达湖底引起扰动。频繁的风浪扰动对湖底表层底泥进行淘蚀，引起水体悬浮物浓度（SS）增加，进而引起水体营养盐浓度的升高。模拟太湖在中风（5m/s）和大风（8m/s）的扰动情况下，分析各样本的污染释放影响。在模拟中风（5m/s）情况下，各样本SS浓度呈现不同趋势的变化。从均值来看，中风条件下4#、5#样本SS浓度较高，表明固结的底泥可能较为松散，易悬浮。其它样本SS浓度基本在40-60mg/L之间波动。比较而言，排泥场底泥经过长时间沉淀，较为密实，因此比较难悬起，其SS浓度也较小。大风（8m/s）扰动条件下，扰动强度的加大会导致各样本上覆水体中的SS浓度普遍增高。从SS均值来看，各样本的浓度差异显著，其中7#样本上覆水体中SS浓度高达350mg/L，4#样本上覆水体SS浓度均值为174 mg/L。其他样本SS浓度均保持在较低水平。（见图5）

图5 不同风力扰动下各样本上覆水体SS浓度均值

4.脱水效率及余水污染控制

固化1个月时2#、3#、7#、8#管袋含水率小于其他管袋，含水率在60%左右，固化2个月时固化淤泥的含水率在47-86%之间波动，其中6#和7#管袋含水率明显低于其他管袋。

对余水进行检测发现，除8#管袋SS浓度超过70 mg/L外，其它管袋余水SS浓度均远小于阈值标准。各管袋的余水pH、高锰酸盐指数（COD）以及总磷均符合Ⅲ类水标准，重金属含量满足Ⅲ类水平，1#、2#以及5#中的余水含量超过了Ⅲ类水的标准（0.10mg/L），处于Ⅳ类水水平。6#管袋余水中的铝含量也较高，接近0.8mg/L，应谨慎使用此助剂。此外，考虑到水体铁含量过高会出现颜色发红的现象，因此6#-8#管袋助剂不在首推使用范围内。

5.结论及建议

5.1 结论

一般来说，底泥内源污染物的释放与温度呈正相关，即温度升高则释放量大，在高温季节，底泥中的污染物活性加大，释放的通量增大，污染物在微生物的作用下逐渐分解，继而释放到底泥间隙水中，在风浪以及梯度扩散的趋使下，释放到间隙水中。综合不同温度、风浪扰动和尾水浓度情况，1#-4#管袋的脱水助剂可进一步比选后列为推荐选用试剂范围。

5.2 建议

试验样本中固化底泥在粘结力以及团粒组成方面区别于自然状态湖底底泥，因此对污染物的固持能力可能受到影响。建议清淤实施过程中要加强尾水监测，及时评估固化底泥污染物释放。