天津河道底泥特征及資源化利用分析

韓曉芳 楊永利 張清 聶阿秀

摘要為了評估天津市濱海新區河道底泥改良為園林種植土是否可行，選取了天津市濱海新區開發區九大街與海濱高速交口的排水河道底泥為研究對象，檢測了河道底泥的基本理化性質及肥力和重金屬含量。結果表明，河道底泥的全鹽含量在31～89 g/kg，屬于重鹽堿地，遠超過綠化種植土壤的含鹽量標準;pH在7.0～7.5，滿足綠化種植土壤標準;有機質含量在37～99 g/kg，略高于綠化種植土的標準（20～80 g/kg），含水率在20%～67%，各重金屬含量也基本都在園林種植土國標允許的范圍間，主要離子含量結果表明河道底泥為鈉質鹽堿土，鈉鹽占全鹽含量的76.3%。綜上所述，河底底泥改良的主要限制因素是含鹽量高，其中鈉離子為主要離子。

關鍵詞河道底泥;綠化種植土;理化性質;肥力;重金屬

中圖分類號X703文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2020）15-0085-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.024

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

River Sediment Characteristics and Resource Utilization Analysis in Tianjin

HAN Xiaofang1，2，YANG Yongli1，ZHANG Qing1 et al

（1.Tianjin Taida Greening Group Co.，Ltd.，Tianjin 300457;2.Tianjin Taida Salinealkaline Soil Greening Research Center Co.，Ltd.，Tianjin 300457）

AbstractIn order to evaluate the feasibility of improving river sediments in Tianjin Binhai New District as garden planting soil，we selected the drainage river sediments at the intersection of Jiudajie and Haibin Expressway in Tianjin Binhai New District Development Zone as the research object，and tested the physicochemical properties and fertility and heavy metal content of river sediments.The results showed that the total salt content of river sediment is 31-89 g/kg，which belongs to heavy salinealkali land，far exceeding the salt content standard of green planting soil; pH is 7.0-7.5，which is in line with planting soil greening standard; organic matter content is 37-99 g/kg，which is slightly higher than the standard of green planting soil（20-80 g/kg）;moisture content is 20%-67%; the content of each heavy metal is basically in the national standard of garden planting soil; the main ion content results showed that the river sediment is sodium saline alkaline soil，and the sodium salt accounts for 76.3% of the total salt content.In summary，the main limiting factor for the improvement of river sediment is the high salt content.

Key wordsRiver sediment;Green planting soil;Physical and chemical properties;Fertility;Heavy metal

基金項目天津市科技計劃重點支撐項目（16YFZCNC00740）。

作者簡介韓曉芳（1986—），女，山西臨汾人，工程師，博士，從事生態修復、鹽堿地生態治理與土壤改良研究。*通信作者，博士，研究員，從事生態修復、鹽堿地生態治理與土壤改良研究。

收稿日期2020-03-24

為了改善河流、湖泊的水體水質，近年許多城市開展了大規模的疏浚和清淤工程[1]，由此帶來了大量的疏浚底泥。例如，蘇州河治理時疏浚數十萬方底泥，太湖及滇池治理中疏浚數百萬方底泥[2]。在珠江三角洲地帶，每年疏浚的底泥達到8 000萬m3[3]。2003年，有12 681萬m3的疏浚底泥被傾倒于海洋[4]。在天津市，大沽排污河、北塘排污河等污水河道進行清淤治理時，僅大沽排污河就清出底泥量高達230萬t[5]。疏浚底泥泥量大，含水率高，組成成分復雜，極易產生二次污染，若處置不當將對環境造成不利影響，因而疏浚底泥處理和處置成了人們普遍關注的問題。

河道底泥屬于污泥的一種，大多數國家污泥處置最主要方法是污泥農用、陸地填埋和污泥建材利用[6-8]。在我國雖然有淤泥制磚、填土等用作建筑材料的報道，但由于前期需要脫水、固化等處置，處理成本較高，推廣應用受限[9]。近年來，隨著淤泥處理處置難度的增加，淤泥回歸土地又得到重視。淤泥養分含量較高，淤泥農用能提高農作物產量，但用量有限[10];園林植物由于耐性強，淤泥應用效果相對較好[11]。有研究顯示，2001年上海市內河底泥淤積量達1.45億m3，其中80%都是中、輕度污染，可以直接或是在一定預處理后，作植物培植土再利用[12]。是否可以用作植物培植土再利用，關鍵在于河底底泥的污染程度。

天津濱海新區瀕臨渤海，地勢低洼，地下水位高，礦化度高，土壤的含鹽量高[13]。含鹽量高可能也是天津濱海新區河道底泥存在的一個問題，另外，由于河道不同輸入源，重金屬可能也是重要污染源之一，但是目前很少有研究對天津濱海新區的河道底泥進行污染分析。同時鑒于目前鹽堿地綠化工藝主要還是采用暗管排鹽、抬高地面、客土改良等方式處理，因此，綠化需要大量土源[13-14]。隨著綠化面積的快速增加，其周邊可利用的土源日益匱乏，客土質量越來越差，客土的運距越來越遠，致使客土的成本成倍增長，新土源的尋找迫在眉睫[13，15]。該研究通過采集并分析天津濱海新區某河道底泥理化性質和重金屬污染特性，根據綠化種植土標準，評價底泥作為綠化種植土的可行性，以期為污泥資源化利用提供數據支撐和理論依據，也為濱海新區綠化用土尋找新的土源。

1材料與方法

1.1研究區概況

該項目樣品來自濱海新區開發區九大街與東海路交口的東排明渠河道底泥，是開發區防汛排水的重要設施之一，開發區東區內70%的雨水通過該明渠排放入海，此東排明渠起止斷面為天津開發區第八大街與東海路交口至天津港東疆海堤，明渠全長2.38 km，平均寬30 m，設計流速約82 m3/s，終點處設6臺防潮閘。五大街、東海路、泰豐和十一大街4座雨水泵站排放的雨水分別匯入東排明渠，沿途流經新港七號路、躍進路及天津港部分區域，經防潮閘控制最終排入渤海灣。

1.2采集樣品及分析方法

樣品采集于2019年6月底—7月初采集，通過實地調查，于排水河道起始段河道中部區域進行采集樣品并分析河道底泥的污染狀況。取樣時此河道水體已經被排出半年多，底泥清晰可見，呈淺棕或深黑色或深褐色，略帶臭味。多年來此河道沒有經過清淤工作，具體底泥厚度不得而知。按照傳統土壤取樣深度，該研究取開發區東排明渠河道0～5 cm（樣1）、5～20 cm土層（樣2）和20～40 cm（樣3）3個土樣，每個深度的土采用5個點采樣混合土進行試驗分析。樣品于實驗室內50℃低溫烘干，剔除碎石、砂礫及植物殘體等雜質，研磨過5 mm篩，然后實驗室分析，得到河道底泥土壤的基本理化性質、肥力狀況及重金屬含量情況。檢測項目及分析方法見表1。

1.3數據處理數據分析采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0進行數據處理及統計分析。

2結果與分析

2.1河道底泥土壤基本性能如表2所示，河道底泥的3個土壤樣品含鹽量分別為88.67、53.4、31.07 g/kg，都遠遠超過中華人民共和國城鎮建設行業標準（CJ/T 340—2016）綠化種植土壤的標準1 g/kg，為重度鹽堿土。但是3個底泥樣品的pH在7.0～7.5，均未超過8，根據CJ/T 340—2016，滿足綠化種植土壤要求。

底泥含水率高一直是河道底泥處理的一個難題，所以含水率被作為一個重點指標觀測。如表所示，河道底泥的3個土壤樣品含水率分別為20.54%、67.00%、55.4%。由于河道沒有水已經半年有余，采集樣品多在沒有水的土壤處采集，所以采樣點表層含水率低，中下層底泥土壤含水率略高，和培植土要求相近，但由于處于膠粘狀態，自然脫鹽比較難。

2.2河道底泥土壤肥力指標

如表3所示，河道底泥土壤有機質含量則分別為37.1、99.2、70.8 g/kg，與國標相比，樣1和樣2有機質含量在標準范圍內，而樣3超過了國標范圍的最大值，表明河道底泥有機質含量較高。

3個樣品水解氮平均含量276 mg/kg，有效磷平均含量95 mg/kg，速效鉀平均含量839 mg/kg。與國標相比，3個樣品的水解氮、有效磷、速效鉀含量遠遠高于國標技術指標要求。這一結果表明河道底泥速效氮、磷、鉀含量都較高。

2.3河道底泥土壤重金屬含量如表4所示，樣品中所有重金屬含量遠遠低于農用污泥A級污染物限值含量（GB 4284—2018），滿足耕地要求;同時，所有樣品中重金屬含量也符合《中華人民共和國城鎮建設行業標準》（CJ/T 340—2016）對綠化種植土壤重金屬含量的技術要求，除了鉻含量外，其他重金屬含量基本都在Ⅲ級范圍內，所以此河道底泥基本可以經過脫鹽后用于道路綠化帶、工廠附屬綠地等有潛在污染源的綠（林）地或防護林等與人接觸較少的綠（林）地，或是廢棄礦地、污染土壤修復等重金屬潛在污染嚴重或曾經受污染的綠（林）地用土。

48卷15期韓曉芳等天津河道底泥特征及資源化利用分析

2.4河道底泥土壤主要離子為了探究河道底泥主要離子含量，將3個土樣混合后測定了樣品土壤主要離子含量，表5顯示的樣品中除鉀離子含量在標準范圍內，氯離子、鈣離子、鎂離子、鈉離子含量均超出CJ/T 340—2016行業規定標準，其中鈉離子含量最高，占總鹽含量的76.3%，約是鈣離子含量的10倍。這些結果表明，河道底泥是鈉質鹽堿土，必須經過脫鹽降低土壤含鹽量，才能達到綠化種植土要求。

3討論

天津濱海新區為重鹽堿地[13]，該研究中的河道底泥土壤含鹽量也均遠遠超過3 g/kg（天津市園林綠化土壤質量標準DB/T 29-226-2014）的綠化種植土要求，屬于重鹽堿土，主要離子分析表明，底泥土壤中鈉鹽占全鹽含量的76.3%，這種高鈉鹽特征是符合天津濱海新區的實際情況，主要原因是，此明渠是開發區防汛排水的重要設施之一，開發區東區內70%的雨水通過該明渠排放入海，而開發區土壤因長期遭受海水浸漬，土壤多為重鹽堿性土壤，且比重大，鹽漬化程度高[16]，雨水等通過徑流和淋洗作用將地表土壤匯集到排水渠，經過沉積作用導致明渠底泥呈現高鹽特征。

很多研究均表明，河道底泥富含有機質，該研究結果和文獻[17-18]一致，河道底泥不僅有機質含量高，速效氮、磷、鉀含量也都較高。

在底泥質量評價中，重金屬含量是一項重要指標[19]，因此該研究對底泥重金屬含量進行了分析，結果顯示，所測樣品中所有重金屬含量遠遠低于農用污泥A級污染物限值含量（GB 4284—2018），滿足耕地要求;同時，所有樣品中重金屬含量也符合《中華人民共和國城鎮建設行業標準》（CJ/T 340—2016）對綠化種植土壤重金屬含量的技術要求，除了鉻含量外，其他重金屬含量基本都在Ⅲ級范圍內，所以此河道底泥基本可以用于道路綠化帶、工廠附屬綠地等有潛在污染源的綠（林）地或防護林等與人接觸較少的綠（林）地，或是廢棄礦地、污染土壤修復等重金屬潛在污染嚴重或曾經受污染的綠（林）地。由于重金屬有富集作用，含有重金屬的土壤要避免用于農作物等進入食物鏈的植物，而園林植物不進入食物鏈，如果低含量重金屬的土壤被用于園林綠化，不僅能夠解決低洼沿海地區綠化土源缺乏這一現實問題，而且部分園林植物能夠吸收、固定重金屬[20-21]，有利于土壤中重金屬的提取與固定。

近年，天津市園林綠化建設需要的大量園林回填方土和種植土方，特別是濱海新區，大多用農田土代替園林種植土，一方面對農業生產和農村的生態環境造成破壞，另一方面，綠化種植土購買價格逐年走高，增加了綠地建設成本，尋找園林綠化新土源已迫在眉睫[22]。天津自古以來就有九河下梢、海河要沖之稱[23]。2017年隨著河長制的全面推行，水資源的保護利用于防治、改善與修復水生態工作被重視。河道底泥疏浚是城市水體綜合整治中重要一環，由此產生了疏浚底泥消納問題[24-25]。目前，疏浚底泥消納的基本途徑主要有水下棄置、隔離處置和資源化利用。水下棄置疏浚底泥存在污染轉移的可能;隔離處置常用于受重度污染的疏浚底泥，但成本高;資源化利用是目前優先考慮輕、中度污染的底泥消納方法。輕、中度污染底泥作為土地利用，具有用量大、技術簡單和經濟性好等優點，并且在綠地中具有避開食物鏈，對環境相對安全，是城市受污染底泥利用的有效可行途徑之一[26]。邵立明等[12]對上海市河底底泥進行評價指出，上海市河底淤泥80%都是中、輕度污染，可以直接或是在一定預處理后作植物培植土再利用。而天津市河道底泥具體處于什么情況不得而知。該研究中的河道底泥屬于輕度污染，可以經過一定的處理后就近用于土地利用，而園林綠化用土一方面因為不進入食物鏈，大量就近應用具有明顯優勢，另一方面河道底泥用于園林綠化還可以緩解天津濱海新區綠化用土缺土的現實問題，因此具有一定的經濟性、可行性。

4結論

該研究中河道底泥營養豐富，富含植物必須的氮、磷、鉀，有機質含量高，重金屬含量低于污泥農用的標準，符合園林綠化國標，但含鹽量高，鈉為主要離子，占總離子量的76.3%。這是天津濱海地區鹽堿土普遍存在的問題，經過改良后，被用于綠化種植，是可行的天津市疏浚底泥消納與利用途徑，既可以緩解底泥消納問題，也可以增加園林綠化種植土的來源。

對于類似此河道底泥，速效植物養分和有機質含量高，污染較輕，重金屬含量低于污泥農用的標準，但是含鹽過高的其他河道底泥，可以通過洗鹽降低鹽分后應用于綠地，再選擇生長快速、需肥量大、對重金屬有隔離固定等作用的植物品種。

該項目只針對濱海新區一條主要河道底泥進行了分析，樣品量少，今后還需要增加市區多條河道底泥的取樣分析，為高鹽河道淤泥改良為綠化種植土提供更多數據和技術支撐。

參考文獻

[1]

SINGH S P，TACK F M G，GABRIELS D，et al.Heavy metal transport from dredged sediment derived surface soils in a laboratory rainfall simulation experiment [J].Water，air and soil pollution，2000，118（1/2）：73-86.

[2] 朱廣偉，陳英旭，王鳳平，等.景觀水體疏浚底泥的農業利用研究[J].應用生態學報，2002，13（3）：335-339.

[3] 朱偉，張春雷，劉漢龍，等.疏浚泥處理再生資源技術的現狀[J].環境科學與技術，2002，25（4）：39-41.

[4] 李睿.《2012年中國海洋環境狀況公報》發布近岸海域污染嚴重[J].珠江水運，2013（11）：28.

[5] 劉彥誠.天津市大沽排污河淤泥的綜合處理處置方案研究[D].天津： 天津大學，2010.

[6] USEPA.Biosolids generation，use，and disposal in the United States[R].Washington DC：Office of Solid Waste Response Emergency，1999.

[7] QI Y N，BEECHER N，STONE L.A national survey of biogas use at wastewater treatment plants in the United States： The results[J].European journal of marketing，2013（5）：655-666.

[8] PAUL MOLONEY.Cultivating a market for sewage，（Toronto Star City Hall Bureau）.The Toronto Star[R].2000.

[9] 陳維華，季樹凱，沈海涵，天津濱海地區入海河道淤泥利用的對策研究[J].水利科技與經濟，2007，13（7）：461-463.

[10] 楊丹，范欣柯，劉燕，等.河道疏浚底泥農業利用可行性分析[J].科技通報，2017，33（1）：235-239.