深圳茅洲河（寶安片區(qū)）底泥氮磷污染特征解析

儀慧民

（北京昊能環(huán)保科技有限公司，北京 102200）

1 引言

河流水環(huán)境作為人類社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)存在與發(fā)展的根本因素，其環(huán)境承載力對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用［1］。為此，諸多學(xué)者與技術(shù)人員對(duì)河流水環(huán)境受污染特征及其治理技術(shù)開(kāi)展研究。如針對(duì)江蘇省十大淡水湖之一的白馬湖，儀慧民等［2］對(duì)流入白馬湖的8 條主要河流及湖水進(jìn)行采樣，進(jìn)而分析入湖河流中氮磷濃度分布規(guī)律及其污染特征；代丹等［3］在歷史數(shù)據(jù)收集分析的基礎(chǔ)上，對(duì)白馬湖水體污染成因進(jìn)行探究，認(rèn)為陸地外源輸入是其水體污染的主要原因之一。吳正華等［4］以某城市受污河流為研究對(duì)象，采用水質(zhì)三維熒光技術(shù)對(duì)受污河流水質(zhì)進(jìn)行污染特征解析，認(rèn)為通過(guò)熒光特征峰來(lái)分析河流水質(zhì)變化情況，對(duì)城市河流水質(zhì)分析具有重要意義。針對(duì)河流底泥受污治理中的原位覆蓋技術(shù)，陳重軍等［5］在原位覆蓋技術(shù)原理闡述分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了過(guò)氧化鈣、沸石以及生物炭3 種覆蓋材料的修復(fù)機(jī)制與效能，最后提出多重覆蓋材料聯(lián)合使用及其回收利用是未來(lái)研究方向之一。針對(duì)成渝地區(qū)中小河流水體受污現(xiàn)狀，溫泉等［6］對(duì)其受污成因進(jìn)行剖析，并提出了相應(yīng)的對(duì)策建議。許繼軍和景喚［7］從河流生態(tài)修復(fù)理念、發(fā)展歷程及其目標(biāo)、修復(fù)技術(shù)等方面對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)分析，并重點(diǎn)介紹了近自然治理的河流生態(tài)修復(fù)理念。

茅洲河（寶安片區(qū)）作為深圳市的第一大河流，對(duì)深圳市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用。本文對(duì)深圳茅洲河（寶安片區(qū)）底泥污染現(xiàn)狀進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析底泥氮磷污染特征，進(jìn)而為茅洲河（寶安片區(qū)）的后期污染治理提供理論依據(jù)。

2 茅洲河概況

茅洲河隸屬于珠江三角洲水系，始于深圳羊臺(tái)山北麓，全長(zhǎng)41.61 km，流域總面積398.13 km2，河流形狀類似“U”字形，寬度在100～250 m 之間，水深在1.0～4.0 m 之間。其中，深圳市寶安區(qū)內(nèi)流域面積為81.8 km2。河流總體呈東、北以及東南地勢(shì)高，西與西南地勢(shì)低，地形地勢(shì)變化大，海拔高度從200 m升高到587 m。流域內(nèi)基巖主要以燕山四期黑云母混合花崗巖、加里東期混合花崗巖以及震旦系云開(kāi)群變質(zhì)巖為主。

茅洲河的地表徑流補(bǔ)給主要以天然降水為主，全年集中在4—9 月，枯水期補(bǔ)給主要以地下水與基巖裂隙水為主。根據(jù)相關(guān)資料分析計(jì)算，茅洲河流域的平均徑流量為34 713 萬(wàn)m3，豐水年徑流量為43 817 萬(wàn)m3，枯水年徑流量為21 990 萬(wàn)m3。

茅洲河（寶安片區(qū)）的泥沙淤積主要由流域地表以及河床沖刷導(dǎo)致的懸沙引起。其中，洪水期以洪水沖刷為主，枯水期以潮流淤積為主。河道淤積會(huì)侵占行洪斷面、降低行洪能力及其防洪標(biāo)準(zhǔn)，引起河流水位抬升，致使河流防洪能力下降，進(jìn)而引起河流上游發(fā)生洪澇災(zāi)害，同時(shí)給河流兩岸的居民生活帶來(lái)諸多不利影響。

河道底泥是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)以及生物作用，形成疏松且富含有機(jī)物與營(yíng)養(yǎng)鹽的灰黑色物質(zhì)，是各類入河污染物的主要蓄積場(chǎng)所。各類污染物經(jīng)過(guò)諸如廢水排放、雨水沖刷以及大氣沉淀等方式進(jìn)入河流水體，在河道底泥中逐漸沉積并富集，進(jìn)而引起底泥受污。底泥受污會(huì)引起河流水質(zhì)污染，致使河道發(fā)黑發(fā)臭，進(jìn)而導(dǎo)致河流水體中的魚(yú)類及其寄生微生物無(wú)法生存。為此，本文主要對(duì)茅洲河（寶安片區(qū)）底泥中的氮磷污染特征進(jìn)行解析，進(jìn)而為后續(xù)河流治理技術(shù)選擇提供理論依據(jù)。

3 樣品解析方法

3.1 底泥分層

為了便于樣品采集、標(biāo)記以及后期數(shù)據(jù)處理，將茅洲河（寶安片區(qū)）劃分為A，B，C 3 個(gè)區(qū)。其中，茅洲河（寶安片區(qū)）的上游為A 區(qū)，支流與沙井河交匯處為B 區(qū)，下游入江口為C 區(qū)。根據(jù)底泥柱狀樣顏色、氣味、流塑狀態(tài)等將其劃分為污染層、污染過(guò)渡層、建筑垃圾層、過(guò)渡層以及健康層，共計(jì)5 層，各層厚度及特征見(jiàn)表1。

表1 茅洲河（寶安片區(qū)）底泥分層特征cm

3.2 樣品測(cè)試

針對(duì)氮磷樣品，在A 區(qū)、B 區(qū)和C 區(qū)分別采集底泥柱狀樣26 個(gè)、17 個(gè)和32 個(gè)。根據(jù)底泥淤積厚度與現(xiàn)場(chǎng)可辨情況，依據(jù)上述5 個(gè)分層對(duì)底泥柱狀樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分層切割并采集濕樣，共獲得樣品372 個(gè)，最后采用保溫箱將標(biāo)記后的樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。本文僅對(duì)部分樣品測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

底泥氮樣品測(cè)試嚴(yán)格按照元素分析儀（vario MACRO cube 型）的使用說(shuō)明書(shū)與規(guī)程進(jìn)行操作，所有樣品均采用100 目篩子進(jìn)行過(guò)篩來(lái)保證實(shí)驗(yàn)樣品均勻性，然后利用特定模具對(duì)用錫箔紙包裹稱重后的樣品進(jìn)行空氣擠壓，最后將其放入測(cè)樣器待測(cè)。

底泥磷樣品的測(cè)試采用磷鉬酸鹽比色法，首先對(duì)樣品進(jìn)行研磨—過(guò)篩（100 目篩）—稱重（0.2 g）—灰化（450 ℃，3 h）—震蕩（16 h）—離心（10 000 r/min，10 min）等前處理，然后吸取1 mL 上清液完成定容和加藥工作，搖勻之后在紫外可見(jiàn)分光光度儀（波長(zhǎng)為700 nm）上進(jìn)行比色。

4 底泥污染特征分析

4.1 底泥氮磷總體污染特征分析

茅洲河（寶安片區(qū)）底泥總氮與總磷含量的整體特征見(jiàn)表2。

表2 茅洲河（寶安片區(qū)）底泥氮磷含量整體特征

由表2 可知，茅洲河（寶安片區(qū)）底泥總氮含量最高值達(dá)9 277.51 mg/kg，最低值僅為0.03 mg/kg；總磷含量最高值達(dá)9 203.73 mg/kg，最低值僅為5.79 mg/kg。底泥300 cm 以上部分的總氮與總磷含量普遍高于底泥300 cm 以下部分，表明底泥300 cm 以上部分氮磷污染比較嚴(yán)重。此外，底泥表層5～100 cm 之內(nèi)的總氮與總磷含量平均值均最高，污染也最為嚴(yán)重。

4.2 底泥氮磷分布范圍分析

茅洲河（寶安片區(qū)）不同分區(qū)底泥總氮與總磷含量整體特征見(jiàn)表3。

表3 茅洲河（寶安片區(qū)）不同分區(qū)底泥總氮與總磷含量整體特征

由表3 可知，B 區(qū)底泥總氮與總磷含量的平均值最高、C 區(qū)次之、A 區(qū)相對(duì)最小。基于底泥整個(gè)剖面的總氮與總磷含量分析可知，B 區(qū)底泥氮磷污染最為嚴(yán)重、C 區(qū)次之、A 區(qū)相對(duì)最輕，其主要原因可能是B 區(qū)毗鄰城區(qū)，人口密集，工廠數(shù)量偏多，進(jìn)而導(dǎo)致河流沿岸排污口增多，河流水體流速減緩，利于污染物沉降，形成污染底泥。

4.3 B 區(qū)底泥氮磷污染特征分析

鑒于茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)底泥總氮與總磷含量平均值最高，污染最為嚴(yán)重，為此，本文主要對(duì)B區(qū)底泥的總氮與總磷污染特征進(jìn)行分析。

4.3.1 總氮污染特征分析

茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)底泥總氮采樣點(diǎn)選取具有代表性的B0，B18，B30 以及B36 所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其位置信息見(jiàn)表4。

表4 B 區(qū)底泥總氮采樣點(diǎn)位置信息

茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)各采樣點(diǎn)總氮含量的分布曲線如圖1 所示。

圖1 B 區(qū)各采樣點(diǎn)總氮含量的分布曲線

各采樣點(diǎn)底泥柱狀樣淤積特征如圖2 所示。

圖2 各采樣點(diǎn)底泥柱狀樣淤積特征

由圖1，2 可知，底泥總氮含量隨深度增加呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。底泥100～300 cm 之間是污染物的主要分布區(qū)域，其總氮含量超過(guò)1 000 mg/kg，部分甚至超過(guò)5 000 mg/kg（如采樣點(diǎn)B30）。此外，各個(gè)采樣點(diǎn)的污染分層厚度差異顯著。如采樣點(diǎn)B36 的污染層厚度深度達(dá)400 cm，其整個(gè)底泥柱狀上甚至不存在健康層，且底泥油亮發(fā)黑，總氮含量較高（4 653.74±2 962.32 mg/kg），主要可能是采樣點(diǎn)附近污染嚴(yán)重，底泥淤積厚度較深導(dǎo)致。采樣點(diǎn)B0 的污染層總氮含量最低，污染層厚度在100 cm 之內(nèi)，底泥柱狀樣呈磚紅色，總氮含量?jī)H為715.79 mg/kg，其主要原因是采樣點(diǎn)B0 的底泥屬于原始沉積。采樣點(diǎn)B18 的污染層厚度接近200 cm，且總氮含量超過(guò)3 000 mg/kg。茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)采樣點(diǎn)總氮污染層之下普遍以污染過(guò)渡層與過(guò)渡層為主（采樣點(diǎn)B0 以健康層為主），且總氮含量隨深度存在明顯的下降轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

整體而言，茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)底泥氮污染主要分布范圍在100～260 cm 之間，300 cm 以下的總氮含量普遍偏低，屬于過(guò)渡層或者健康層，氮污染相對(duì)較輕。

4.3.2 總磷污染特征分析

茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)底泥總磷采樣點(diǎn)選取具有代表性的B8，B16，B30 以及B35 所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其位置信息見(jiàn)表5。

表5 B 區(qū)底泥總磷采樣點(diǎn)位置信息

茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)各采樣點(diǎn)總磷含量的分布曲線如圖3 所示。

圖3 B 區(qū)各采樣點(diǎn)總磷含量的分布曲線

部分采樣點(diǎn)底泥柱狀樣淤積特征如圖4 所示。

圖4 部分采樣點(diǎn)底泥柱狀樣淤積特征

由圖3，4 可知，與底泥總氮含量分布特征相似，底泥總磷含量隨深度增加也呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。底泥100～220 cm 之間的表層是污染物的主要分布區(qū)域，其總磷含量超過(guò)1 000 mg/kg，部分甚至超過(guò)6 000 mg/kg（如采樣點(diǎn)B30），底泥磷污染最為嚴(yán)重。此外，各個(gè)采樣點(diǎn)的污染分層厚度差異較大，如采樣點(diǎn)B35 的污染層厚度深度達(dá)300 cm，整個(gè)底泥柱狀樣油亮發(fā)黑，總磷含量較高（5 918.84±2 358.27mg/kg），主要可能是采樣點(diǎn)附近排污嚴(yán)重，底泥淤積厚度較深導(dǎo)致。采樣點(diǎn)B8 的污染層總磷含量最低，深度在100 cm 之內(nèi)，僅為1 040.75±652.13 mg/kg，其主要原因是采樣點(diǎn)B8 底泥污染層中有大量貝殼，受污染相對(duì)較輕。茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)采樣點(diǎn)B8和B30 的總磷污染層之下普遍以污染過(guò)渡層與過(guò)渡層為主，且總磷含量隨深度存在明顯的下降轉(zhuǎn)折點(diǎn)。采樣點(diǎn)B16 的總磷污染層之下為健康層，而采樣點(diǎn)B35 均為污染層。

整體而言，茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)底泥磷污染主要分布范圍在100～220 cm 之間（采樣點(diǎn)B35 除外），220 cm 以下的總磷含量普遍偏低，屬于過(guò)渡層或者健康層，磷污染相對(duì)較輕。

5 結(jié)論

（1）將茅洲河（寶安片區(qū)）劃分為A，B，C 3 個(gè)區(qū)。其中，茅洲河（寶安片區(qū)）的上游為A 區(qū)，支流與沙井河交匯處為B 區(qū)，下游入江口為C 區(qū)。根據(jù)茅洲河（寶安片區(qū)）底泥污染情況將其劃分為污染層、污染過(guò)渡層、建筑垃圾層、過(guò)渡層以及健康層，共計(jì)5 層。

（2）茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)底泥表層5～100 cm之間的總氮與總磷含量平均值均最高，污染也最為嚴(yán)重。底泥300 cm 以上部分的總氮與總磷含量普遍高于底泥300 cm 以下部分，表明底泥300 cm 以上部分氮磷污染比較嚴(yán)重。B 區(qū)底泥總氮與總磷含量的平均值最高、C 區(qū)次之、A 區(qū)相對(duì)最小。

（3）茅洲河（寶安片區(qū)）B 區(qū)底泥氮污染主要分布范圍在100～260 cm 之間，300 cm 以下的總氮含量普遍偏低；底泥磷污染主要分布范圍在100～220 cm 之間（采樣點(diǎn)B35 除外），220 cm 以下的總磷含量普遍偏低，均屬于過(guò)渡層或者健康層，氮磷污染相對(duì)較輕。