CN111254870A - 一种利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于河、湖、库水环保疏浚工程领域，尤其涉及一种利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法，所述利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法包括以下步骤：步骤一：采集底泥样品以及上覆地表水样品；步骤二：进行吸附解吸，测定氨氮浓度；步骤三：底泥样品与模拟水及上覆地表水样品混合，进行吸附解吸，测定总磷浓度；步骤四：通过公式：Q＝(C0‑Ce)×V/W计算吸附/解吸量；步骤五：将初始浓度与吸附/解吸量建立线性回归方程。本发明提供一种根据河湖库底泥中氮、磷释放特征和水环境治理目标之间的关系，评价污染底泥清淤深度的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法。
Description
技术领域
本发明属于河、湖、库水环保疏浚工程领域，尤其涉及一种利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法。
背景技术
现有技术和缺陷：
河湖库底泥既是富营养物质的重要储存库，又是水体内源污染源头，上覆水体和底泥中的营养盐之间存在吸收释放动态平衡，当上覆水体存在较严重污染时，一部分污染物通过积累或吸附作用进入底泥中；有研究表明，在外源得到有效控制时，底泥中氮、磷释放将成为影响水质富营养化的重要因素，因此开展河湖库底泥污染控制是我国湖泊富营养化控制和生态修复的重要内容。环保疏浚技术是国际上开展河流、湖泊、水库最早污染底泥最早的技术，也是最有效、广泛、成熟的污染底泥控制技术之一，其关键和难点在于疏浚参数的确定，如疏浚区位置、范围、有效疏浚深度、疏浚工艺和设备等，其中环保疏浚深度是决定疏浚工程造价和治理效果的关键指标。
目前确定底泥污染深度常用的方法有地累积指数法、内梅罗指数法、潜在生态风险指数法等方法，以上方法大多以相关规范(比如《农用地土壤污染标准》(GB15618-2018)等)给定的重金属风险筛选值或风险管制值为背景值进行统计分析，以土壤重金属指标为基础进行风险评价。河湖库底泥污染物包括营养盐、重金属和有机污染等，国内大部分河湖库(如滇池、星云湖、抚仙湖、杞麓湖)底泥重金属超标区域较少，，而部分区域营养盐指标超标现象较为突出，特别是氮、磷超标明显，导致环境水产生富营养化和水质变差等水环境问题。现行标准规范尚未界定营养盐指标的污染背景值，利用上述方法通常取深部土样指标或地区规定的背景值作为标准进行统计分析，如下部土层氮磷含量较少，以此为背景值评价上部土层会导致污染类别提高，增加疏浚工程量，反之清淤深度偏小会影响治理效果，根据以上方法划分污染底泥深度和类别存在一定局限性。
解决上述技术问题的难度和意义：
因此，基于这些问题，提供一种根据河湖库底泥中氮、磷释放特征和水环境治理目标之间的关系，评价污染底泥清淤深度的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种根据河湖库底泥中氮、磷释放特征和水环境治理目标之间的关系，评价污染底泥清淤深度的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法，所述利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法包括以下步骤：
步骤一：采集底泥样品以及上覆地表水样品；
步骤二：配置不同水质类别相对应的含氨氮的模拟水，底泥样品与模拟水及上覆地表水样品混合，进行吸附解吸，测定氨氮浓度；
步骤三：配制不同水质类别相对应的含磷的模拟水，底泥样品与模拟水及上覆地表水样品混合，进行吸附解吸，测定总磷浓度；
步骤四：通过公式：Q＝(C0-Ce)×V/W计算吸附/解吸量，其中：Q为吸附量(mg/kg)，C0为初始浓度(mg/L)，Ce为平衡浓度(mg/L)，V为加入样品中溶液体积(L)，W为沉积物干重(kg)；
步骤五：将初始浓度与吸附/解吸量建立线性回归方程，得出不同深度底泥即不吸附也不释放(Q＝0)氨氮、磷的零点平衡浓度，与疏浚后达标的水质类别(以NH4 +-N、P含量为标准)比较：当某一深度底泥氨氮、磷零点平衡浓度小于疏浚后水质目标值浓度时，该深度以上土层为影响水质的污染层，以下为正常层，该深度为疏浚深度。
本方法区别在于充分考虑底泥氮磷释放特征与疏浚前上覆水水质、疏浚后水质响应关系，分析深度范围内底泥中氮磷与要求达标后水质作用后吸附解吸特征关系，结合底泥垂向深度内的氮磷分布规律，综合判断底泥环保疏浚深度。本方法弥补现行规范无土壤营养盐指标污染背景值的短板，是一种利用营养盐指标评价污染土性质的可靠方法。
本发明还可以采用以下技术方案：
在上述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法中，进一步的，所述步骤一包括以下步骤：
钻孔深度范围内底泥样品每0.1m间隔取一个样品，底泥进行现场分割取中间新鲜样品300-500g，用聚乙烯封口袋密封后，经室内自然风干、研磨，过孔径0.075或0.150mm(100或200目)筛后保存到聚乙烯封口袋备用；
采集上覆地表水样品，采集后冷藏箱保存运到试验室后用0.45μm纤维滤膜过滤，每升过滤水中加入3-5ml氯仿，放冰箱冷藏保存。
在上述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法中，进一步的，所述步骤二包括以下步骤：
用固体药品NH4Cl分别配置不同水质类别相对应的含氨氮的模拟水，同时采取上覆地表水进行试验；
按水土质量比100:1，称量若干份过筛后风干底泥样品，每份0.5g(或1g)分别放置于摇振瓶中，加入不同浓度的氨氮溶液50ml(或100ml)；
在25℃下，恒温振荡2-4h，离心(5000-10000r/min，10min)；
取上清液过0.45μm纤维滤膜，用贝塞管收集过滤液体；
用纳氏试剂法测定氨氮浓度，以上处理设2个平行，要求相对离均差小于5％。
在上述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法中，进一步的，所述步骤三包括以下步骤：
用固体药品KH2PO4配制不同水质类别相对应的含磷的模拟水，同时采取上覆地表水进行试验；
按水土质量比100:1，称量若干份过筛后风干底泥样品，每份0.5g(或1g)分别放置于摇振瓶中，加入不同浓度的含磷溶液50mL(或100ml)；
在25℃下，恒温振荡24-48h，离心(5000-10000r/min，10min)；
取上清液过0.45μm纤维滤膜，用贝塞管收集过滤液体；
用高氯酸消解钼锑抗分光光度计法测定总磷浓度，以上处理设2个平行，要求相对离均差小于5％。
在上述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法中，进一步的，所述步骤四包括以下步骤：根据公式Q＝(C0-Ce)×V/W计算吸附/解吸量，当计算值为正数时，底泥对水体氨氮、磷呈吸附状态，负数时呈释放状态。
在上述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法中，进一步的，步骤五包括以下步骤：利用NH4 +-N、P两个指标配置Ⅰ类-劣V类的模拟水体及上覆地表水体，与底泥样品相互作用后达到各自平衡浓度，建立初始浓度与吸附/解吸量线性回归方程，找出底泥即不吸附也不释放(吸附解吸量Q＝0)氨氮、磷的零点平衡浓度，与疏浚后达标的水质类别(以NH4 +-N、P含量为标准)比较，当某一深度底泥的零点平衡浓度大于目标水质类别时，底泥对水质有释放风险，评价为影响水质的污染土层，反之当某一深度底泥的零点平衡浓度小于目标水质类别时，对水体中氨氮、磷呈现吸附作用，评价为正常土层，该临界点以上深度为底泥的疏浚深度。
利用上述氨氮、磷吸附解吸实验结果预判的疏浚深度不一致时，以二者中的大值为准，综合判断污染底泥疏浚的深度。
综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：
1、本发明突破了传统污染土评价工作中主要依据底泥氮、磷的含量来划分污染土层深度的局限性。例如，评价经处理后“固化稳定化”的污染底泥，虽然底泥营养盐含量大，但对水体形成污染的风险较小，用含量法评价底泥污染特性是欠妥的。
2、本发明解决了现行规范无污染土壤营养盐背景值的短板。常规方法通常取深部土样指标或地区规定的背景值作为标准进行统计分析，如下部土层氮磷含量较少，以此为背景值评价上部土层会导致污染类别提高，增加疏浚工程量，反之清淤深度偏小会影响治理效果。
3、本发明采用“疏浚前后水土结合”的评价方式，分析深度范围内底泥与治理后的水质等级、上覆水之间氮、磷交换特征，判断的污染土层深度更局针对性。
附图说明
图1为ZK1孔0.3-0.4m实验样品的底泥NH4 +-N吸附/解吸特征曲线；
图2为ZK1孔1.5-1.6m实验样品的底泥NH4 +-N吸附/解吸特征曲线；
图3为ZK1孔0.3-0.4m实验样品的底泥总P吸附/解吸特征曲线；
图4为ZK1孔1.5-1.6m实验样品的底泥总P吸附/解吸特征曲线；
图5为ZK1孔3.0m以上底泥NH4 +-N吸附/解吸零点平衡浓度曲线；
图6为ZK1孔3.0m以上底泥总P吸附/解吸零点平衡浓度曲线；
图7为HD1孔0.3-0.4m实验样品的底泥NH4 +-N吸附/解吸特征曲线；
图8为HD1孔0.9-1.0m实验样品的底泥NH4 +-N吸附/解吸特征曲线；
图9为HD1孔0.3-0.4m实验样品的底泥总P吸附/解吸特征曲线；
图10为HD1孔0.9-1.0m实验样品的底泥总P吸附/解吸特征曲线。
图11为HD1孔3.0m以上底泥NH4 +-N吸附/解吸零点平衡浓度曲线；
图12为HD1孔3.0m以上底泥总P吸附/解吸零点平衡浓度曲线。
具体实施方式
下面就结合图1至图12具体说明本发明。
本发明步骤如下：
(1)样品采集及预处理
底泥样品采用柱状取样器进行采样，点位利用RTK GPS定位采集(是现有常规技术)。钻孔深度范围内底泥样品每0.1m间隔取一个样品，考虑水上钻进取样、卸样过程中可能产生交叉污染，底泥进行现场分割取中间新鲜样品300-500g，用聚乙烯封口袋密封后，经室内自然风干、研磨、研磨，过孔径0.075或0.150mm(100或200目)筛后保存到聚乙烯封口袋备用。采集底泥的同时，采集上覆地表水样品，采集后冷藏箱保存运到试验室后用0.45μm纤维滤膜过滤，每升过滤水中加入3-5ml氯仿，放冰箱冷藏保存。
(2)氮、磷吸附/解吸试验设计
2.1NH4 +-N吸附/解吸试验设计
(a)用固体药品NH4Cl分别配置不同水质类别相对应的含氨氮的模拟水(按GB3838-2002，以NH4 +-N含量配比，见表1)浓度分别为：0，0.15(Ⅰ类)、0.2、0.5(II类)、1.0(III类)、1.5(IV类)、2.0(V类)、4.0(劣V类)、8.0mg/L(劣V类)，同时采取上覆地表水进行试验。
(b)按水土质量比100:1，称量10份过筛后风干底泥样品，每份0.5g(或1g)分别放置于摇振瓶中，加入不同浓度的氨氮溶液50ml(或100ml)。
(c)然后在25℃下，恒温振荡2-4h，离心(5000-10000r/min，10min)。
(d)取上清液过0.45μm纤维滤膜，用贝塞管收集过滤液体，待检。
(e)用纳氏试剂法测定氨氮浓度，以上处理设2个平行，要求相对离均差小于5％。
表1：GB3838-2002地表水环境质量标准基本项目标准值
2.2P吸附/解吸试验设计
(a)用固体药品KH2PO4配制不同水质类别相对应的含磷的模拟水(按GB3838-2002，以P含量配比，见表1)浓度分别为：0、0.01、0.02(Ⅰ类)、0.025、0.05、0.1(II类)、0.2(III类)、0.3(IV类)、0.4(V类)、0.8mg/L(劣V类)，同时采取上覆地表水进行试验。
(b)按水土比100:1，称量11份过筛后风干底泥样品，每份0.5g(或1g)分别放置于摇振瓶中，加入不同浓度的含磷溶液50mL(或100ml)；
(c)然后在25℃下，恒温振荡24-48h，离心(5000-10000r/min，10min)。
(d)取上清液过0.45μm纤维滤膜，用贝塞管收集过滤液体，待检。
(e)用高氯酸消解钼锑抗分光光度计法测定总磷浓度，以上处理设2个平行，要求相对离均差小于5％。
2.3底泥对吸附/释放量计算公式：
Q＝(C0-Ce)×V/W(1)
其中，Q为吸附量(mg/kg)，C0为初始浓度(mg/L)，Ce为平衡浓度(mg/L)，V为加入样品中溶液体积(L)，W为沉积物干重(kg)。
(3)疏浚深度判定
利用NH4 +-N、P两个指标配置Ⅰ类-劣V类的模拟水体及上覆地表水体，与底泥相互作用后达到各自平衡浓度，初始浓度与吸附/解吸量有较明显的线性相关性，二者建立线性回归方程，找出底泥即不吸附也不释放(吸附解吸量Q＝0)氮、磷的零点平衡浓度，与疏浚后达标的水质类别(以NH4 +-N、P含量为标准)比较，当某一深度底泥的零点平衡浓度大于目标水质类别时，底泥对水质有释放风险，评价为影响水质的污染土层，反之当某一深度底泥的零点平衡浓度小于目标水质类别时，对水体中氮、磷呈现吸附作用，评价为正常土层。在深度范围内底泥吸附/解吸平衡浓度有明显的随深度增加逐渐减小的趋势，存在拐点现象，当某一深度底泥氨氮、磷零点平衡浓度小于治理目标值浓度时，该深度以上土层为影响水质的污染层，以下为正常层，该深度为疏浚深度。
利用上述氮、磷吸附解吸实验结果预判的疏浚深度不一致时，以二者中的大值深度为准，综合判断污染底泥疏浚的深度。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例1
某河流清淤工程示范段长度约为800米，该段河水水质为劣V类(其中PH值为7.2，TN为32.0mg/L，NH4 +-N含量为10.4mg/L，TP含量为0.39mg/L)，受生活污水和工业废水排放影响严重，需要对河道清淤来改善水体环境，要求治理后河水水质至少为V类水。
(1)勘察取样
对示范段按照要求进行勘察取样，以取样孔ZK1为例，钻孔总深度为3m，其地表3.0m范围内地层主要有3层，分别为0-0.8m淤泥质粉质黏土，0.8-1.6m细砂，1.6-3.0m细砂混粘性土，按照取样要求分别取0.1-0.2m、0.3-0.4m······1.9-2.0m、2.1-2.2m、2.3-2.4m、2.5-2.6m、2.7-2.8m、2.9-3.0m每隔0.1m取一个底泥样品，泥进行现场分割取中间新鲜样品300g，保存到聚乙烯封口袋，共取15个底泥样品，同时采取1个上覆水样品用于氮磷吸附/解吸试验。
(2)样品处理
上覆水水样根据样品保存要求，过滤后加入3ml氯仿冷藏保存，备用。
底泥样品根据说明书技术方案实施步骤1中的要求，进行风干，研磨，过孔径0.150mm(100目)筛后保存到聚乙烯封口袋备用。
(3)模拟水体制备
按照技术方案实施步骤2，氨氮、磷吸附/解吸试验设计中的要求分别配置含有氨氮、磷的各类模拟水体。具体浓度详见2.1NH4 +-N吸附/解吸试验设计和2.2P吸附/解吸试验设计。
(4)氮磷吸附/解吸实验
按照技术方案实施步骤2.1NH4 +-N吸附/解吸试验设计和2.2P吸附/解吸试验设计中的要求，分别取25组土样，加入各类别模拟水体，在恒温摇床中充分震荡2h(氨氮)、24h(磷)，然后5000r/min离心10分钟，取离心上清液过滤，检测待测液中氨氮(总磷)的浓度。
(5)氮磷吸附/解吸实验结果统计分析
根据上一步中得出的实验数据绘制模拟水体氨氮和总磷的初始浓度与各深度底泥样品吸附/解吸氨氮和总磷量之间的线性关系。具体如下，以0.3-0.4m和1.5-1.6m两组实验样品为例。根据说明书附图1-4的两组吸附/解吸特征曲线可以得出深度为0.3-0.4m和1.5-1.6m的底泥样品与各模拟水体中氨氮相互作用的零点平衡浓度分别为4.39mg/L和3.12mg/L，与各模拟水体中总磷相互作用的零点平衡浓度分别为0.71mg/L和0.66mg/L。水环境治理的目标为V类水(NH3-N≤2.0mg/L，P≤0.4mg/L)，两组底泥样品氨氮和总磷的零点平衡浓度均大于水环境治理目标水质中两个指标的最高值，因此可判定两个深度的底泥中的氨氮和总磷对水体均有释放风险，划分为会影响水质的污染土层。其他13组实验数据均依照此原理进行分析。
(6)疏浚深度的确定
根据取样孔ZK1的15组土样氨氮和总磷的零点平衡浓度大小与水环境治理的目标氨氮和总磷最高标准(NH4-N≤2.0mg/L，P≤0.4mg/L)进行比较，若底泥氨氮吸附/解吸零点平衡浓度大于2.0mg/L，对水体有释放风险判定为污染土层，反之则为正常土层；若底泥总磷吸附/解吸零点平衡浓度大于0.4mg/L，对水体有释放风险判定为污染土层，反之则为正常土层。15组土样氨氮和总磷的零点平衡浓度数据如下表2所示：
表2：ZK1孔15组土样氨氮零点平衡浓度数据
15组试样的氨氮零点平衡浓度在1.23-4.39mg/L之间(见上表2)，零点平衡浓度呈现明显的随深度增加逐渐减小的趋势，见说明书附图5。根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定，0.0-1.8m的9组样品氨氮零点平衡浓度在2.55-4.39mg/L之间，均大于2.0mg/L，相当于在Ⅰ类-劣Ⅴ类水环境条件下，9组底泥中氨氮有释放风险，属于氨氮超标污染土层。1.9-3.0m的6组样品氨氮吸附解吸零点平衡浓度在1.23-1.58mg/L，其零点平衡浓度在IV-Ⅴ类水环境之间，此深度区间的底泥在劣Ⅴ类水环境下，对水体中氨氮具有吸附作用，可评价为正常层。如下表3所示：
表3：ZK1孔15组土样总磷的零点平衡浓度数据
15组试样的总磷零点平衡浓度在0.13-0.81mg/L之间(见上表3)，零点平衡浓度呈现明显的随深度增加逐渐减小的趋势，见说明书附图6。根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定，0.0-1.6m以上8组样品总磷零点平衡浓度在0.66-0.81mg/L之间，均大于0.4mg/L，相当于在Ⅰ类-劣Ⅴ类水环境条件下，8组底泥中总磷有释放风险，属于总磷超标污染土层。1.7-3.0m处总磷吸附解吸零点平衡浓度在0.13-0.40mg/L，其零点平衡浓度在III-Ⅴ类水环境之间，此深度区间的底泥在劣Ⅴ类水环境下，对水体中总磷具有吸附作用，可评价为正常层。
由以上分析可知，通过氨氮吸附/解吸实验得出结论，污染底泥深度为1.9m，通过总磷吸附/解吸实验得出结论，污染底泥深度为1.7m。
综合考虑底泥对各类水环境的氮磷吸附/解吸特征，结合环境水体整治目标Ⅴ类地表水条件下，为了更加良好的环境治理效益，某河示范段项目疏浚深度可定为1.9m。
实施例2
某河流环保清淤工程，水质为劣V类(其中PH值为7.4，TN为28.0mg/L，NH4 +-N含量为11.1mg/L，TP含量为0.44mg/L)，受生活污水和工业废水排放影响严重，需要对河道清淤来改善水体环境，要求治理后河水水质至少为V类水。
(1)勘察取样
按照要求进行勘察取样，以取样孔HD1为例，钻孔总深度为3.0m，其地表3.0m范围内地层主要有3层，分别为0-1.0m淤泥质粉质黏土，1.0-3.0m细砂混粘性土，按照取样要求分别取0.1-0.2m、0.3-0.4m······1.9-2.0m、2.1-2.2m、2.3-2.4m、2.5-2.6m、2.7-2.8m、2.9-3.0m每隔0.1m取一个底泥样品，泥进行现场分割取中间新鲜样品500g，保存到聚乙烯封口袋，共取15个底泥样品，同时采取1个上覆水样品用于氮磷吸附/解吸试验。
(2)样品处理
上覆水水样根据样品保存要求，过滤后加入5ml氯仿冷藏保存，备用。
底泥样品根据说明书技术方案实施步骤1中的要求，进行风干，研磨，过孔径0.075mm(200目)筛后保存到聚乙烯封口袋备用。
(3)模拟水体制备
按照技术方案实施步骤2，氨氮、磷吸附/解吸试验设计中的要求分别配置含有氨氮、磷的各类模拟水体。具体浓度详见2.1和2.2。
(4)氮磷吸附/解吸实验
按照技术方案实施步骤2.1和2.2中的要求，分别取25组土样，加入各类别模拟水体，在恒温摇床中充分震荡4h(氨氮)、48h(磷)，然后10000r/min离心10分钟，取离心上清液过滤，检测待测液中氨氮(总磷)的浓度。
(5)氮磷吸附/解吸实验结果统计分析
根据上一步中得出的实验数据绘制模拟水体氨氮和总磷的初始浓度与各深度底泥样品吸附/解吸氨氮和总磷量之间的线性关系。具体如下，以0.3-0.4m、0.9-1.0m两组实验样品为例。根据说明书附图7-10的两组吸附/解吸特征曲线可以得出，深度为0.3-0.4m和0.9-1.0m的底泥样品与各模拟水体中氨氮相互作用的零点平衡浓度分别为8.8mg/L和1.35mg/L，与各模拟水体中总磷相互作用的零点平衡浓度分别为1.16mg/L和0.63mg/L。水环境治理的目标为V类水(NH4-N≤2.0mg/L，P≤0.4mg/L)，0.3-0.4m底泥样品氨氮和总磷的零点平衡浓度均大于治理目标水质类别两个指标的最高值，0.9-1.0m的底泥样品氨氮零点平衡浓度≤1.5mg/L(IV类水质)，在治理目标为V类水时，底泥对水体氨氮呈吸附状态，其总磷零点平衡浓度均大于0.4mg/L，对水体有释放风险。其他13组实验数据均依照此原理进行分析
(6)疏浚深度的确定
根据取样孔HD1的15组土样氨氮和总磷的零点平衡浓度大小与水环境治理的目标氨氮和总磷最高标准(NH4-N≤2.0mg/L，P≤0.4mg/L)进行比较，若底泥氨氮吸附/解吸零点平衡浓度大于2.0mg/L，对水体有释放风险判定为污染土层，反之则为正常土层；若底泥总磷吸附/解吸零点平衡浓度大于0.4mg/L，对水体有释放风险判定为污染土层，反之则为正常土层。15组土样氨氮和总磷的零点平衡浓度数据如下表4所示：
表4：HD1孔15组土样氨氮的零点平衡浓度数据
15组试样的氨氮零点平衡浓度在0.76-12.9mg/L之间(见上表4)，零点平衡浓度呈现明显的随深度增加逐渐减小的趋势，见说明书附图11。根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定，0.0-0.8m的4组样品氨氮零点平衡浓度在3.62-12.9mg/L之间，均大于2.0mg/L，相当于在Ⅰ类-劣Ⅴ类水环境条件下，4组底泥中氨氮有释放风险，属于氨氮超标污染土层。0.9-3.0m的11组样品氨氮吸附解吸零点平衡浓度在0.76-1.35mg/L，其零点平衡浓度在III-IV类水环境之间，此深度区间的底泥在劣Ⅴ类水环境下，对水体中氨氮具有吸附作用，可评价为正常层。如下表5所示：
表5：HD1孔15组土样总磷的零点平衡浓度数据
15组试样的总磷零点平衡浓度在0.21-1.35mg/L之间(见上表5)，零点平衡浓度呈现明显的随深度增加逐渐减小的趋势，见说明书附图12。根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定，0.0-1.2m以上8组样品总磷零点平衡浓度在0.45-1.35mg/L之间，均大于0.4mg/L，相当于在Ⅰ类-劣Ⅴ类水环境条件下，6组底泥中总磷有释放风险，属于总磷超标污染土层。1.3-3.0m处总磷吸附解吸零点平衡浓度在0.21-0.37mg/L，其零点平衡浓度在IV-Ⅴ类水环境之间，此深度区间的底泥在劣Ⅴ类水环境下，对水体中总磷具有吸附作用，可评价为正常层。
由以上分析可知，通过氨氮吸附/解吸实验得出结论，污染底泥深度为0.9m,通过总磷吸附/解吸实验得出结论，污染底泥深度为1.3m。
综合考虑底泥对各类水环境的氮磷吸附/解吸特征，结合环境水体整治目标Ⅴ类地表水条件下，为了更加良好的环境治理效益，某河示范段项目疏浚深度可定为1.3m。
综上所述，本发明可提供一种根据河湖库底泥中氮、磷释放特征和水环境治理目标之间的关系，评价污染底泥清淤深度的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法，其特征在于：所述利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法包括以下步骤：
步骤一：采集底泥样品以及上覆地表水样品；
步骤二：配置不同水质类别相对应的含氨氮的模拟水，底泥样品与模拟水及上覆地表水样品混合，进行吸附解吸，测定氨氮浓度；
步骤三：配制不同水质类别相对应的含磷的模拟水，底泥样品与模拟水及上覆地表水样品混合，进行吸附解吸，测定总磷浓度；
步骤四：通过公式：Q＝(C0-Ce)×V/W计算吸附/解吸量，其中：Q为吸附量(mg/kg)，C0为初始浓度(mg/L)，Ce为平衡浓度(mg/L)，V为加入样品中溶液体积(L)，W为沉积物干重(kg)；
步骤五：将初始浓度与吸附/解吸量建立线性回归方程，得出不同深度底泥即不吸附也不释放氨氮、磷的零点平衡浓度，即Q＝0，与疏浚后达标的水质类别比较，以NH4+-N、P含量为标准：当某一深度底泥氨氮、磷零点平衡浓度小于疏浚后水质目标值浓度时，该深度以上土层为影响水质的污染层，以下为正常层，该深度为疏浚深度。
2.根据权利要求1所述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法，其特征在于：所述步骤一包括以下步骤：
钻孔深度范围内底泥样品每0.1m间隔取一个样品，底泥进行现场分割取中间新鲜样品300-500g，经室内自然风干、研磨，过孔径0.075或0.150mm的筛子筛后保存到聚乙烯封口袋备用；
采集上覆地表水样品，采集后冷藏箱保存运到试验室后用0.45μm纤维滤膜过滤，每升过滤水中加入3-5ml氯仿，放冰箱冷藏保存。
3.根据权利要求1所述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法，其特征在于：所述步骤二包括以下步骤：
用固体药品NH4Cl分别配置不同水质类别相对应的含氨氮的模拟水，同时采取上覆地表水进行试验；
按水土质量比100:1，称量若干份过筛后风干底泥样品，每份0.5g或1g分别放置于摇振瓶中，加入不同浓度的氨氮溶液50ml或100ml；
在25℃下，恒温振荡2-4h，以5000-10000r/min的转速离心10min；
取上清液过0.45μm纤维滤膜，收集过滤液体；
用纳氏试剂法测定氨氮浓度，以上处理设2个平行，要求相对离均差小于5％。
4.根据权利要求1所述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法，其特征在于：所述步骤三包括以下步骤：
用固体药品KH2PO4配制不同水质类别相对应的含磷的模拟水，同时采取上覆地表水进行试验；
按水土质量比100:1，称量若干份过筛后风干底泥样品，每份0.5g或1g分别放置于摇振瓶中，加入不同浓度的含磷溶液50mL或100ml；
在25℃下，恒温振荡24-48h，以5000-10000r/min的转速离心10min；
取上清液过0.45μm纤维滤膜，收集过滤液体；
用高氯酸消解钼锑抗分光光度计法测定总磷浓度，以上处理设2个平行，要求相对离均差小于5％。
5.根据权利要求1所述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法，其特征在于：所述步骤四包括以下步骤：根据公式Q＝(C0-Ce)×V/W计算吸附/解吸量，当计算值为正数时，底泥对水体氨氮、磷呈吸附状态，负数时呈释放状态。
6.根据权利要求1所述的利用氮磷吸附解吸法确定河湖底泥疏浚深度的方法，其特征在于：步骤五包括以下步骤：利用NH4 +-N、P两个指标配置Ⅰ类-劣V类的模拟水体及上覆地表水体，与底泥样品相互作用后达到各自平衡浓度，建立初始浓度与吸附/解吸量线性回归方程，找出底泥即不吸附也不释放氨氮、磷的零点平衡浓度，即吸附解吸量Q＝0，与疏浚后达标的水质类别比较，以NH4 +-N、P含量为标准，当某一深度底泥的零点平衡浓度大于目标水质类别时，底泥对水质有释放风险，评价为影响水质的污染土层，反之当某一深度底泥的零点平衡浓度小于目标水质类别时，对水体中氨氮、磷呈现吸附作用，评价为正常土层，该临界点以上深度为底泥的疏浚深度。
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