一种基于多环芳烃与重金属污染的河道底泥疏浚深度确定方法技术

本发明专利技术一种基于多环芳烃和重金属污染的河道底泥疏浚深度确定方法，主要包括三个步骤：样品采集分析、污染物生态风险分析、计算基于多环芳烃与重金属生态风险的底泥疏浚深度、计算最佳的底泥疏浚深度。河道底泥疏浚主要目的是减少河底沉积物的多环芳烃和重金属累积，以减少多环芳烃和重金属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，本发明专利技术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。

A method to determine the dredging depth of river sediment based on PAHs and heavy metal pollution

【技术实现步骤摘要】
一种基于多环芳烃与重金属污染的河道底泥疏浚深度确定方法
本专利技术涉及环境保护领域，尤其涉及一种基于多环芳烃和重金属污染的河道底泥疏浚深度确定方法。
技术介绍
多环芳烃和重金属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。多环芳烃通常含有高达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。底泥作为污染物的富集场所，可以吸收水体中的污染物，因此，PAHs与重金属往往通过沉降作用从水体中去除。沉积物中的污染物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和重金属进行了广泛的研究，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与重金属毒害的目的，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与重金属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和重金属累积，以减少其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，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于多环芳烃和重金属污染的河道底泥疏浚深度确定方法。一种基于多环芳烃和重金属污染的河道底泥疏浚深度确定方法,主要包括三个步骤：样品采集、污染物生态风险分析、计算基于多环芳烃与重金属生态风险的底泥疏浚深度、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对PAHs进行分析。步骤1(d)称取0.4g土样于50mL聚四氟乙烯坩埚中，依次加入6mL盐酸，5mL硝酸，5mL氢氟酸，3mL高氯酸，于电热板上消解。消解完毕后，加入3mL1+1盐酸，定容至50mL，最后过滤后用原子吸收分光光度法对重金属进行检测。步骤2(a)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，其具体数值见附图1，通过式(1)计算出河道的综合生态风险。步骤2(b)潜在生态危害指数法应用于评价土壤或沉积物中重金属污染程度及其潜在生态危害评价。单一重金属潜在生态风险系数的计算公式为：式中，为第i种重金属潜在生态风险指数；为第i种重金属的毒性响应系数，具体数值见附图2，反映其毒性水平和生物对其污染的敏感程度；为第i种重金属污染系数；为深度h处的底泥重金属实测值；为计算所需的参比值，此处采用土壤环境背景值，具体数值见附图2，可以相对反映出各采样点底泥的污染程度。多种重金属的综合潜在生态风险指数RI计算公式为：步骤3(a)基于步骤2(a)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(4-5)计算出基于PAHs的最佳底泥疏浚深度，将其称为临界疏浚深度。式中表示基于PAHs生态风险的最佳疏浚深度；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。本专利技术中将Do取值为0.1，即将生态风险控制在中低毒性。步骤3(b)基于步骤2(b)中单一重金属污染物潜在生态风险，结合被研究地区重金属在河道底泥垂向上的分布情况，根据公式(6-7)计算出基于单一重金属污染物潜在生态风险的环保疏浚深度。式中为根据单一重金属污染物潜在生态风险系数计算出的疏浚深度；为第i种重金属的临界风险深度；n为重金属元素的数量；为第i种重金属在底泥深度h处的潜在生态风险系数；C0为单一重金属潜在风险控制等级值，本专利技术中将C0取值为80，即将生态风险控制在中低风险。步骤3(c)基于步骤2(b)中多种重金属污染物潜在生态风险，结合被研究地区重金属在河道底泥垂向上的分布情况，根据公式(8-9)计算出基于多种重金属污染物潜在生态风险的环保疏浚深度。式中为根据多种重金属污染物潜在生态风险系数计算出的环保疏浚深度；h0为临界风险深度；RI(h)为底泥深度h处的重金属综合潜在生态风险指数；C0为多种重金属综合潜在风险控制等级，本专利技术中将C0取值为300，即将生态风险控制在中低风险。步骤4基于步骤3中三个环保疏浚深度，根据公式(10)计算出基于多环芳烃、单一重金属以及多种重金属潜在生态风险的最佳底泥疏浚深度H。本专利技术的有益效果：1、基于平均效益中商值法和潜在生态危害指数法，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，对多种多环芳烃和重金属均适用。5、本专利技术提出的“一种基于多环芳烃与重金属污染的河道底泥疏浚深度确定方法”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”以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提出一种基于多环芳烃和重金属生态风险的河道底泥环保疏浚深度确定方法，主要包括河道底泥样品采集、底泥污染物生态风险分析、计算基于多环芳烃与重金属生态风险的底泥疏浚深度、计算最佳底泥疏浚深度三个步骤，其特征在于通过计算临界疏浚深度来确定最佳底泥疏浚深度，计算公式如下：/n

【技术特征摘要】
1.本发明提出一种基于多环芳烃和重金属生态风险的河道底泥环保疏浚深度确定方法，主要包括河道底泥样品采集、底泥污染物生态风险分析、计算基于多环芳烃与重金属生态风险的底泥疏浚深度、计算最佳底泥疏浚深度三个步骤，其特征在于通过计算临界疏浚深度来确定最佳底泥疏浚深度，计算公式如下：






式中表示最佳疏浚深度；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(2)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。






式中为根据单一重金属污染物潜在生态风险系数计算出的疏浚深度；为第i种重金属的临界风险深度；n为重金属元素的数量；为第i种重金属在底泥深度h处的潜在生态风险系数；C0为单一重金属潜在风险控制等级值，本发明中将C0取值为80，即将生态风险控制在中低风险。






式中为根据多种重金属污染物潜在生态风险系数计算出的环保疏浚深度；h0为临界风险深度；RI(h)为底泥深度h处的重金属综合潜在生态风险指数；C0为多种重金属综合潜在风险控制等级，本发明中将C0取值为300，即将生态风险控制在中低风险。



式中H为基于多环芳烃、单一重金属以及多种重金属潜在生态风险的最佳底泥疏浚深度。


2.根据权利要求1所述，一种基于多环芳烃和重金属生态风险的河道底泥环保疏浚深度确定方法，其特征在于所述的样品采集包括以下步骤：
(1)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，得到沉积物样品；
(2)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。
(3)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁涛，沈秋，刘进宝，颜丹佳，
申请(专利权)人：中国计量大学，浙江同济科技职业学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33