基於多環芳烴生態風險的河道底泥環保疏浚深度確定方法與流程
2023-06-07 23:55:41 5
本發明涉及環境保護領域，尤其涉及一種基於多環芳烴生態風險的河道底泥環保疏浚深度確定方法。
背景技術：
多環芳烴是河道底泥疏浚需要控制的重要汙染物，其危害水體生態系統，居民身體健康。它們通常含有高達10個芳環的有機化合物，其通過高溫反應如化石燃料和其它有機材料的不完全燃燒和熱解以及石油和石油產品的釋放而產生。由於pahs在水中的溶解度通常較低，並且隨著分子量的增加而降低，因此，他們往往通過沉降作用從水體中去除。沉積物中的pahs可以影響淡水質量和誘導積累中上層和底層的食物鏈導致生物群的長期變化。近年來，國內外對湖泊、河流、海洋等沉積物中的多環芳烴進行了廣泛的研究，在分布特徵及生態風險的評估上取得了一定的進展。
但沉積物作為潛在的汙染源，為了防止二次汙染，必須採取相應的措施控制。目前對於沉積物中有機汙染物的去除方法主要有疏浚、封蓋等傳統修復技術和生物強化、植物修復等生物技術。疏浚因為能夠永久去除汙染物，被世界各國廣泛應用，相關技術已較為成熟。其中疏浚深度是一個重要參數。由於疏浚技術耗資規模巨大，較小的疏浚深度可減少所需費用，但又要保證減少多環芳烴毒害的目的，因此，確立合理的疏浚深度十分重要。然而現階段對於降低多環芳烴濃度的疏浚深度的確定方法，尚無明確的方案。
河道底泥疏浚主要目的是減少河底沉積物的多環芳烴累積，以減少多環芳烴釋放到上層水體中的數量，從而避免生態環境受到侵害。而底泥疏浚的關鍵是疏浚深度的確定，本發明所提出臨界疏浚深度方法可以快速、準確得出河道底泥疏浚深度。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，提供一種基於多環芳烴生態風險的河道底泥環保疏浚深度確定方法。
一種基於多環芳烴生態風險的河道底泥環保疏浚深度確定方法，主要包括三個步驟：樣品採集、汙染物生態風險分析、計算最佳的底泥疏浚深度。其中步驟1樣品採集包括以下步驟：
步驟1(a)對指定地點的河道底泥進行分層取樣，每個採樣點位自底泥表層向下每間隔10cm取一泥樣，得到若干個沉積物樣品；
步驟1(b)將採集到的底泥樣品及時平鋪於玻璃器皿上,在空氣流動性較強的陰涼處自然風乾，剔除樣品中的礫石、垃圾廢物、動植物殘體等異物，用木棒碾碎後，過篩除去2mm以上的沙石，混合後再次用研缽碾壓環篩(100目)得到更為細的土樣，然後將土樣密封儲存。
步驟1(c)將樣品平鋪在乾淨的a4紙上，置於陽光無法直射處自然風乾。風乾後去除樣品中的草根和小石子，用研缽磨細，稱取2g土樣(表面土樣採取同區域採集的每4個樣品等質量混合成一個樣品)，加入15ml二氯甲烷，於超聲水浴中超聲萃取1h，2500rpm離心5分鐘，再取2ml上清液過2.5g矽膠柱淨化，並用二氯甲烷和正己烷(v/v,1/1)洗脫液15ml分兩次洗脫，洗脫液收集至50ml圓底燒瓶，加入30μl二甲基亞碸，在旋轉蒸發儀上40℃恆溫濃縮至幹，用乙腈定容至2ml，最後過0.22μl濾膜後用高效液相色譜儀進行分析。
步驟2平均效益中商值法廣泛應用於預測海洋、河道沉積物中多種汙染物(如：pahs、重金屬等)聯合毒性的風險分析。通過單組份pah數值求出pahs的merm，對pahs的綜合生態風險進行分析,風險分析參考下述公式：
其中ci是第i種pah的濃度；n表示pahs的種類數；ermi表示第i種pah所對應的erm數值，其具體數值見附表一，通過公式(1)計算出河道的綜合生態風險。
步驟3基於步驟2中的merm綜合生態風險，並且結合被研究地區pahs在河道底泥垂向上的分布情況，根據公式(2)、(3)計算出最佳的底泥疏浚深度，將其稱為臨界疏浚深度。
h＝max{hi}(2)
式中h表示最佳疏浚深度；do表示河道底泥pahs的風險控制水平；d(hi)表示生態風險(d)所對應的河道深度(hi)；ε表示一個無窮小的正實數；hi表示第i個滿足公式(3)的底泥深度。本發明中將do取值為0.1，即將生態風險控制在中低毒性。
本發明的有益效果：
1、基於平均效益中商值法，提出並構建了臨界疏浚深度方法，詳細實用。
2、使用該方法能夠快速、準確的確定合理的底泥疏浚深度。
3、方便確定以各種目標汙染物的底泥疏浚深度推薦值。
4、適用範圍廣，對多種多環芳烴均適用。
5、本發明提出的「一種基於多環芳烴生態風險的河道底泥環保疏浚深度確定方法」彌補了目前工程實踐中常用的「拐點法」的不足。目前工程實踐中環保疏浚深度額確定多採用「拐點法」，即從汙染物沿底泥厚度方向上的垂向分布特徵找出「拐點」(汙染物濃度突然降低的點)，以「拐點」以上的厚度作為疏浚深度。但「拐點法」受人的主觀影響很大。而本發明提出額方法可定量計算出河道底泥環保疏浚深度，克服了目前「拐點法」存在的主觀性的問題。
附圖說明
圖1是韓家橋河段底泥中的pahs濃度分布圖；
圖2是韓家橋河道生態風險圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
實施例1：
實施地點描述：平湖市地處長江三角洲，位於杭嘉湖平原北部，其境內河道縱橫密布，共有大小河道3000餘條，總長約為2259km，水面積約為45.01km2。在最近幾年，隨著工業和農業的發展，大量工農業廢水、生活汙水未經處理直接排入水體，廢水中包含大量多環芳烴,使河水和表面沉積物都受到了不同程度的多環芳烴汙染.本實例對平湖市境內韓家橋的河道底泥進行採集，從而來確定該河道的最佳疏浚深度。
步驟1(a)：結合平湖流域特點，本實施例使用底泥採樣器對韓家橋的河道底泥進行分層取樣，每個採樣點位自底泥表層向下每間隔10cm取一泥樣，向下採到90cm的地方，得到10個沉積物樣品。
步驟1(b)將採集到的底泥樣品及時平鋪於玻璃器皿上,在空氣流動性較強的陰涼處自然風乾，剔除樣品中的礫石、垃圾廢物、動植物殘體等異物，用木棒碾碎後，過篩除去2mm以上的沙石，混合後再次用研缽碾壓環篩(100目)得到更為細的土樣，然後將土樣密封儲存。
步驟1(c)將樣品平鋪在乾淨的a4紙上，置於陽光無法直射處自然風乾。風乾後去除樣品中的草根和小石子，用研缽磨細，稱取2g土樣(表面土樣採取同區域採集的每4個樣品等質量混合成一個樣品)，加入15ml二氯甲烷，於超聲水浴中超聲萃取1h，2500rpm離心5分鐘，再取2ml上清液過2.5g矽膠柱淨化，並用二氯甲烷和正己烷(v/v,1/1)洗脫液15ml分兩次洗脫，洗脫液收集至50ml圓底燒瓶，加入30μl二甲基亞碸，在旋轉蒸發儀上40℃恆溫濃縮至幹，用乙腈定容至2ml，最後過0.22μl濾膜後用高效液相色譜儀進行分析。
步驟2根據步驟1中採集的樣品來探究河道底泥中的pahs的垂向分布特徵，韓家橋中不同多環芳烴在不同深度處的濃度變化如圖1所示和表1所示。
表1是底泥多環芳烴的風險評價值(單位：ng/g)
韓家橋中多環芳烴總量的平均值約為3845.99ng/g，其在垂直方向上呈現起伏波動，萘、二氫苊、芴、苯並[a]蒽、苯並[k]熒蒽在表層、深度50cm、90cm處出現了極高的含量，菲在深度為50cm、70cm、90cm處也出現了較高的含量，由此可推測出，在相應時間段沉積的底泥中，有特殊的汙染物排放，也許是當時有重大汙染事故發生在此河道上。
根據公式(1)計算河道底泥垂向上生態風險，並根據生態風險值繪製成圖2，之後依據公式(2-3)計算得到河道底泥臨界疏浚深度。觀察圖2可知，韓家橋垂向merm數值區間範圍在0.01～0.52之間，為中低毒性，產生毒性的可能性為30％。
步驟3根據步驟2中獲得生態風險值確定河道的疏浚深度。圖2中虛線為風險控制水平(d0)，在監測深度範圍並滿足公式(3)要求的前提下，當d0＝0.1時，其疏浚深度約為60cm；當d0＝0.5時，其疏浚深度約為50cm。通過計算，韓家橋流域以pahs為目標汙染物的底泥疏浚深度推薦值為50-60cm。