基于多环芳烃生态风险的河道底泥环保疏浚深度确定方法与流程

本发明涉及环境保护领域，尤其涉及一种基于多环芳烃生态风险的河道底泥环保疏浚深度确定方法。

背景技术：

多环芳烃是河道底泥疏浚需要控制的重要污染物，其危害水体生态系统，居民身体健康。它们通常含有高达10个芳环的有机化合物，其通过高温反应如化石燃料和其它有机材料的不完全燃烧和热解以及石油和石油产品的释放而产生。由于pahs在水中的溶解度通常较低，并且随着分子量的增加而降低，因此，他们往往通过沉降作用从水体中去除。沉积物中的pahs可以影响淡水质量和诱导积累中上层和底层的食物链导致生物群的长期变化。近年来，国内外对湖泊、河流、海洋等沉积物中的多环芳烃进行了广泛的研究，在分布特征及生态风险的评估上取得了一定的进展。

但沉积物作为潜在的污染源，为了防止二次污染，必须采取相应的措施控制。目前对于沉积物中有机污染物的去除方法主要有疏浚、封盖等传统修复技术和生物强化、植物修复等生物技术。疏浚因为能够永久去除污染物，被世界各国广泛应用，相关技术已较为成熟。其中疏浚深度是一个重要参数。由于疏浚技术耗资规模巨大，较小的疏浚深度可减少所需费用，但又要保证减少多环芳烃毒害的目的，因此，确立合理的疏浚深度十分重要。然而现阶段对于降低多环芳烃浓度的疏浚深度的确定方法，尚无明确的方案。

河道底泥疏浚主要目的是减少河底沉积物的多环芳烃累积，以减少多环芳烃释放到上层水体中的数量，从而避免生态环境受到侵害。而底泥疏浚的关键是疏浚深度的确定，本发明所提出临界疏浚深度方法可以快速、准确得出河道底泥疏浚深度。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于多环芳烃生态风险的河道底泥环保疏浚深度确定方法。

一种基于多环芳烃生态风险的河道底泥环保疏浚深度确定方法，主要包括三个步骤：样品采集、污染物生态风险分析、计算最佳的底泥疏浚深度。其中步骤1样品采集包括以下步骤：

步骤1(a)对指定地点的河道底泥进行分层取样，每个采样点位自底泥表层向下每间隔10cm取一泥样，得到若干个沉积物样品；

步骤1(b)将采集到的底泥样品及时平铺于玻璃器皿上,在空气流动性较强的阴凉处自然风干，剔除样品中的砾石、垃圾废物、动植物残体等异物，用木棒碾碎后，过筛除去2mm以上的沙石，混合后再次用研钵碾压环筛(100目)得到更为细的土样，然后将土样密封储存。

步骤1(c)将样品平铺在干净的a4纸上，置于阳光无法直射处自然风干。风干后去除样品中的草根和小石子，用研钵磨细，称取2g土样(表面土样采取同区域采集的每4个样品等质量混合成一个样品)，加入15ml二氯甲烷，于超声水浴中超声萃取1h，2500rpm离心5分钟，再取2ml上清液过2.5g硅胶柱净化，并用二氯甲烷和正己烷(v/v,1/1)洗脱液15ml分两次洗脱，洗脱液收集至50ml圆底烧瓶，加入30μl二甲基亚砜，在旋转蒸发仪上40℃恒温浓缩至干，用乙腈定容至2ml，最后过0.22μl滤膜后用高效液相色谱仪进行分析。

步骤2平均效益中商值法广泛应用于预测海洋、河道沉积物中多种污染物(如：pahs、重金属等)联合毒性的风险分析。通过单组份pah数值求出pahs的merm，对pahs的综合生态风险进行分析,风险分析参考下述公式：

其中ci是第i种pah的浓度；n表示pahs的种类数；ermi表示第i种pah所对应的erm数值，其具体数值见附表一，通过公式(1)计算出河道的综合生态风险。

步骤3基于步骤2中的merm综合生态风险，并且结合被研究地区pahs在河道底泥垂向上的分布情况，根据公式(2)、(3)计算出最佳的底泥疏浚深度，将其称为临界疏浚深度。

h＝max{hi}(2)

式中h表示最佳疏浚深度；do表示河道底泥pahs的风险控制水平；d(hi)表示生态风险(d)所对应的河道深度(hi)；ε表示一个无穷小的正实数；hi表示第i个满足公式(3)的底泥深度。本发明中将do取值为0.1，即将生态风险控制在中低毒性。

本发明的有益效果：

1、基于平均效益中商值法，提出并构建了临界疏浚深度方法，详细实用。

2、使用该方法能够快速、准确的确定合理的底泥疏浚深度。

3、方便确定以各种目标污染物的底泥疏浚深度推荐值。

4、适用范围广，对多种多环芳烃均适用。

5、本发明提出的“一种基于多环芳烃生态风险的河道底泥环保疏浚深度确定方法”弥补了目前工程实践中常用的“拐点法”的不足。目前工程实践中环保疏浚深度额确定多采用“拐点法”，即从污染物沿底泥厚度方向上的垂向分布特征找出“拐点”(污染物浓度突然降低的点)，以“拐点”以上的厚度作为疏浚深度。但“拐点法”受人的主观影响很大。而本发明提出额方法可定量计算出河道底泥环保疏浚深度，克服了目前“拐点法”存在的主观性的问题。

附图说明

图1是韩家桥河段底泥中的pahs浓度分布图；

图2是韩家桥河道生态风险图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

实施地点描述：平湖市地处长江三角洲，位于杭嘉湖平原北部，其境内河道纵横密布，共有大小河道3000余条，总长约为2259km，水面积约为45.01km²。在最近几年，随着工业和农业的发展，大量工农业废水、生活污水未经处理直接排入水体，废水中包含大量多环芳烃,使河水和表面沉积物都受到了不同程度的多环芳烃污染.本实例对平湖市境内韩家桥的河道底泥进行采集，从而来确定该河道的最佳疏浚深度。

步骤1(a)：结合平湖流域特点，本实施例使用底泥采样器对韩家桥的河道底泥进行分层取样，每个采样点位自底泥表层向下每间隔10cm取一泥样，向下采到90cm的地方，得到10个沉积物样品。

步骤1(b)将采集到的底泥样品及时平铺于玻璃器皿上,在空气流动性较强的阴凉处自然风干，剔除样品中的砾石、垃圾废物、动植物残体等异物，用木棒碾碎后，过筛除去2mm以上的沙石，混合后再次用研钵碾压环筛(100目)得到更为细的土样，然后将土样密封储存。

步骤1(c)将样品平铺在干净的a4纸上，置于阳光无法直射处自然风干。风干后去除样品中的草根和小石子，用研钵磨细，称取2g土样(表面土样采取同区域采集的每4个样品等质量混合成一个样品)，加入15ml二氯甲烷，于超声水浴中超声萃取1h，2500rpm离心5分钟，再取2ml上清液过2.5g硅胶柱净化，并用二氯甲烷和正己烷(v/v,1/1)洗脱液15ml分两次洗脱，洗脱液收集至50ml圆底烧瓶，加入30μl二甲基亚砜，在旋转蒸发仪上40℃恒温浓缩至干，用乙腈定容至2ml，最后过0.22μl滤膜后用高效液相色谱仪进行分析。

步骤2根据步骤1中采集的样品来探究河道底泥中的pahs的垂向分布特征，韩家桥中不同多环芳烃在不同深度处的浓度变化如图1所示和表1所示。

表1是底泥多环芳烃的风险评价值(单位：ng/g)

韩家桥中多环芳烃总量的平均值约为3845.99ng/g，其在垂直方向上呈现起伏波动，萘、二氢苊、芴、苯并[a]蒽、苯并[k]荧蒽在表层、深度50cm、90cm处出现了极高的含量，菲在深度为50cm、70cm、90cm处也出现了较高的含量，由此可推测出，在相应时间段沉积的底泥中，有特殊的污染物排放，也许是当时有重大污染事故发生在此河道上。

根据公式(1)计算河道底泥垂向上生态风险，并根据生态风险值绘制成图2，之后依据公式(2-3)计算得到河道底泥临界疏浚深度。观察图2可知，韩家桥垂向merm数值区间范围在0.01～0.52之间，为中低毒性，产生毒性的可能性为30％。

步骤3根据步骤2中获得生态风险值确定河道的疏浚深度。图2中虚线为风险控制水平(d0)，在监测深度范围并满足公式(3)要求的前提下，当d0＝0.1时，其疏浚深度约为60cm；当d0＝0.5时，其疏浚深度约为50cm。通过计算，韩家桥流域以pahs为目标污染物的底泥疏浚深度推荐值为50-60cm。