泥沙含量對(duì)河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響分析

王 燕

(博爾塔拉水文勘測(cè)局，新疆博樂833400)

1 引言

我國(guó)河流泥沙含量普遍較高，全球范圍內(nèi)河流多年平均輸沙量大于1億t的河流中，我國(guó)河流占比達(dá)到35%，多年平均輸沙量在0.1 t以上和河流統(tǒng)計(jì)中，我國(guó)河流達(dá)到115條[1]。我國(guó)地勢(shì)呈現(xiàn)明顯西高東低，且西部地區(qū)由于氣候環(huán)境差、經(jīng)濟(jì)技術(shù)落后等原因，使得這些區(qū)域水土保持效果差，進(jìn)一步加劇了河流泥沙含量[2]。隨著國(guó)家逐漸加大對(duì)環(huán)境治理方面的力度，河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果作為水環(huán)境保護(hù)的重要指標(biāo)被越來越重視[3]。河流泥沙的存在給水質(zhì)監(jiān)測(cè)參數(shù)的測(cè)定和水環(huán)境的評(píng)價(jià)與管理帶來了許多困難[4]。

河流泥沙中存在大量細(xì)顆粒泥沙，該類型泥沙比表面積較大，與水體中污染物接觸時(shí)會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的界面效應(yīng)，導(dǎo)致整個(gè)水質(zhì)體系與不含泥沙的水質(zhì)體系的物理化學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)較大的差異性，從而使得含泥沙水質(zhì)體系中污染物的降解規(guī)律發(fā)生改變[5]。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因?yàn)楹恿髦屑?xì)顆粒泥沙的存在一方面可以增強(qiáng)對(duì)水中污染物的吸附，達(dá)到凈化水體的效果[6]；另一方面，河流中泥沙又是一種典型的污染物，且泥沙在吸附污染物的同時(shí)又承擔(dān)了污染物載體的作用，由此進(jìn)一步導(dǎo)致水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的降低[7]。CODMn、氨氮含量及BOD5作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)之一，其監(jiān)測(cè)結(jié)果直接反映了水質(zhì)優(yōu)良特性[8]，因此研究河流中泥沙含量對(duì)以上指標(biāo)的變化特征有非常重要的意義。

2 試驗(yàn)方案與測(cè)試方法

2.1 試驗(yàn)方案

為確定河流泥沙含量對(duì)水體監(jiān)測(cè)結(jié)果影響的關(guān)系，選定來自西部某河流水樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)含泥沙水參數(shù)見表1。

將以上各組含泥沙水樣分別進(jìn)行2組處理：①采用攪拌機(jī)攪拌1 h；②采用離心機(jī)離心15 min。分別對(duì)以上2種操作之后的水樣進(jìn)行CODMn測(cè)定。由于水質(zhì)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)規(guī)范要求對(duì)氨氮含量濃度的監(jiān)測(cè)需要對(duì)水樣先進(jìn)行過濾，因此試驗(yàn)中無需區(qū)分渾水和清水分別進(jìn)行測(cè)定，直接取不同泥沙含量水進(jìn)行過濾后進(jìn)行氨氮含量濃度測(cè)試。BOD5水樣的選取與CODMn水樣選取一致。

2.2 測(cè)試方法

本次實(shí)驗(yàn)中對(duì)CODMn的測(cè)定主要采用高錳酸鉀法，利用高錳酸鉀將水樣中的部分有機(jī)物及還原性物質(zhì)進(jìn)行氧化，部分剩余的高錳酸鉀利用草酸鈉進(jìn)行還原，根據(jù)試驗(yàn)過程中加入的高錳酸鉀和草酸鈉含量確定高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)，該方法適用于飲用水、地表水和生活污水中的CODMn確定。

氨氮濃度的測(cè)定使用納氏試劑比色法，該方法的主要原理是利用碘化汞和碘化鉀的堿性溶液與氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成棕色膠態(tài)化合物的試驗(yàn)方法，且生成的棕色膠態(tài)化合物的顏色深淺直接與氨氮含量相對(duì)應(yīng)，依據(jù)顏色深淺不同所反應(yīng)出來的波長(zhǎng)差異，進(jìn)而直接確定河流取樣水中氨氮含量濃度值。

溶解氧濃度差值測(cè)定采用的方法為5日培養(yǎng)法，分別取原狀水引入250 mL的溶氧瓶?jī)?nèi)，先測(cè)定其中一個(gè)瓶?jī)?nèi)原狀水溶氧值，另一個(gè)溶氧瓶密封以后在標(biāo)準(zhǔn)條件下保存5日，然后測(cè)定瓶?jī)?nèi)水體溶氧值，溶氧值的測(cè)定采用sension-6溶解氧儀，兩次溶解氧濃度差值即為BOD5。

3 結(jié)果分析

3.1 泥沙含量對(duì)CODMn測(cè)試結(jié)果影響

依據(jù)試驗(yàn)方案和測(cè)試方法得到不同泥沙含量水樣中CODMn的監(jiān)測(cè)結(jié)果，見表2。

表2 不同泥沙含量水中CODMn的的關(guān)系

依據(jù)表2得到含泥沙水中CODMn隨泥沙含量變化關(guān)系，見圖1。

圖1 泥沙含量與CODMn的關(guān)系

由表1中可以得到，河流中泥沙含量的多少與CODMn之間存在直接的聯(lián)系，具體表現(xiàn)為河道中泥沙含量越大，河流中水質(zhì)污染指標(biāo)CODMn值測(cè)定結(jié)果越高，河流水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果越低。而且，同等泥沙含量水體中，泥沙均分分布水體CODMn值明顯高于同樣水體無泥沙的情況。水體泥沙含量與CODMn測(cè)定值之間的具體數(shù)值關(guān)系為，當(dāng)泥沙含量為2 g/L時(shí)，攪拌后水體CODMn含量為7.8 mg/L，離心分離水體為5.3 mg/L；當(dāng)泥沙含量為52 g/L時(shí)，攪拌后水體CODMn含量為12.97.8 mg/L，離心分離水體為5.5 mg/L；當(dāng)泥沙含量為10 g/L時(shí)，攪拌后水體CODMn含量為28.87.8 mg/L，離心分離水體為5.7 mg/L；當(dāng)泥沙含量為20 g/L時(shí)，攪拌后水體CODMn含量為48.2 mg/L，離心分離水體為6.0 mg/L。

由圖1中不同水處理后水體泥沙含量與CODMn的關(guān)系可知，水體泥沙含量與CODMn測(cè)定值之間存在良好的線性關(guān)系。其中離心處理后水樣為y=0.0373x+5.28，相關(guān)系數(shù)R2=0.9739；攪拌處理水樣為y=2.306x+3.012，相關(guān)系數(shù)R2=0.989。對(duì)比攪拌和離心處理水體中泥沙含量與CODMn測(cè)定值之間的關(guān)系，不難得出離心處理后河流中污染物指標(biāo)CODMns的檢測(cè)結(jié)果明顯降低，這是因?yàn)樗w中泥沙由于其比表面積較大，顆粒較細(xì)，泥沙顆粒吸附了較多的污染物，當(dāng)對(duì)水體進(jìn)行攪拌處理后，泥沙在水中均勻分布，此時(shí)測(cè)量得到的污染物指標(biāo)CODMn的含量包含部分泥沙攜帶污染物，因此出現(xiàn)攪拌處理水體后污染物指標(biāo)CODMn的測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)大于離心處理水體污染物指標(biāo)CODMn的含量。

3.2 泥沙含量對(duì)氨氮含量測(cè)試結(jié)果影響

依據(jù)文中試驗(yàn)方案與測(cè)試方案得到不同泥沙含量水體中氨氮濃度變化關(guān)系，測(cè)量結(jié)果見表3。

表3 不同泥沙含量水樣中氨氮濃度測(cè)量結(jié)果

依據(jù)泥沙含量與氨氮濃度測(cè)試結(jié)果，得到河流泥沙含量與氨氮濃度之間的關(guān)系，見圖2。

圖2 泥沙含量與氨氮濃度之間關(guān)系

由表3中不同泥沙含量下氨氮濃度測(cè)試結(jié)果可知：泥沙含量為2 g/L時(shí)，氨氮濃度為0.53 mg/L；泥沙含量為5 g/L時(shí)，氨氮濃度為0.56 mg/L；泥沙含量為10 g/L時(shí)，氨氮濃度為0.6 mg/L；泥沙含量為20 g/L時(shí)，氨氮濃度為0.9 mg/L，表明氨氮濃度隨著水體中泥沙含量的增加逐漸增加。由圖2中，泥沙含量與氨氮濃度之間關(guān)有，水體中泥沙含量與氨氮濃度之間存在明顯的現(xiàn)象關(guān)系，線性關(guān)系式為y=0.0209x+0.4542，相關(guān)系數(shù)R2=0.9392，由此說明二者之間線性關(guān)系較好，說明河道中泥沙顆粒攜帶了一定量的可溶性氨氮化合物，因此出現(xiàn)了泥沙含量增加、水體中氨氮濃度增加的現(xiàn)象。

3.3 泥沙含量對(duì)BOD5測(cè)試結(jié)果影響

依據(jù)試驗(yàn)方案和測(cè)試方法分別得到攪拌條件下和離心條件下水體中BOD5測(cè)試結(jié)果見表4、表5。

表4 攪拌條件下BOD5測(cè)試結(jié)果計(jì)算表

表5 離心條件下BOD5測(cè)試結(jié)果計(jì)算表

由不同條件、不同泥沙含量下BOD5測(cè)試結(jié)果，得到不同處置條件下BOD5測(cè)試結(jié)果隨泥沙含量之間的變化關(guān)系，見圖3。

圖3 不同處置條件下泥沙含量與BOD5之間關(guān)系

由表4、表5中水體中泥沙含量與DO、BOD5的變化數(shù)據(jù)來看，本次試驗(yàn)用水溶解氧濃度初始值穩(wěn)定在11.79 mg/L～11.95 mg/L之間，這一現(xiàn)象反映了試驗(yàn)測(cè)試方法的可靠性，即相同的水樣中溶解氧濃度一致。分別對(duì)水樣進(jìn)行攪拌處理和離心處理后，發(fā)現(xiàn)含泥沙水樣5天后溶解氧濃度出現(xiàn)了明顯的降低，導(dǎo)致BOD5值出現(xiàn)明顯的增加，且攪拌水樣溶解氧濃度降低程度明顯大于分離水樣溶解氧濃度。尤其是當(dāng)泥沙含量為20 g/L時(shí)，5天后攪拌水樣溶解氧濃度僅為0.65 mg/L，分離水樣為5.23 mg/L。導(dǎo)致攪拌條件下BOD5值高于分離條件下BOD5值的原因?yàn)閿嚢钘l件下，水體中泥沙始終保持懸浮狀態(tài)，泥沙顆粒與水之間有充分的接觸，使得泥沙表面所吸附的耗氧有機(jī)物和其他微生物能夠充分接觸水體，并利用水中氧氣進(jìn)行降解。而分離條件下，泥沙中微生物在進(jìn)行離心運(yùn)動(dòng)時(shí)部分脫離泥沙而游離于水體中，在靜置期內(nèi)，脫離泥沙的微生物利用水體中氧氣進(jìn)行微生物降解，但是此部分微生物含量較少，因此分離水體BOD5值要低于攪拌條件下水體BOD5值，并且取樣水中泥沙初始含量越高，泥沙離心運(yùn)動(dòng)后剩下的微生物含量越高，導(dǎo)致水體BOD5值越高。

由此可見，水體中泥沙含量大小直接影響了水質(zhì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果。本文對(duì)不同泥沙含量情況下，水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行量化研究，研究結(jié)果可為含泥沙河道進(jìn)行水質(zhì)結(jié)果評(píng)價(jià)提供參考。

4 結(jié)論

對(duì)取自某河道水流作為原狀水，分別調(diào)制不同泥沙含量水流作為試驗(yàn)取水，研究泥沙含量對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)主要污染指標(biāo)CODMn、氨氮含量及BOD5的變化關(guān)系，得到如下結(jié)論：

(1)水體中CODMn含量隨著泥沙含量的增加而逐漸增大；攪拌處置試驗(yàn)取水后，泥沙均勻分布于水體中，測(cè)定得到的CODMn含量包含泥沙攜帶的污染物；分離處理試驗(yàn)取水后，清水中包含部分泥沙中可溶于水的污染物；攪拌處置試驗(yàn)取水測(cè)定得到的CODMn含量比分析試驗(yàn)取水得到的CODMn含量大；水體中CODMn含量與泥沙含量存在明顯的線性關(guān)系。

(2)試驗(yàn)取水中氨氮濃度隨著泥沙含量增加而逐漸增大，二者之間存在明顯的線性關(guān)系；泥沙中含有的部分可溶于水污染物導(dǎo)致氨氮濃度隨泥沙含量增加而增大。

(3)試驗(yàn)取水中BOD5濃度隨著泥沙含量增加而增大；攪拌處置試驗(yàn)取水時(shí)，泥沙均勻分布在試驗(yàn)取水中，泥沙攜帶的微生物與水充分接觸，降解過程中耗氧量較大；分離處置試驗(yàn)取水時(shí)，清水中僅存有部分從泥沙中分離而來的可溶于水的微生物進(jìn)行降解耗氧過程；分離處置試驗(yàn)取水中BOD5濃度明顯低于攪拌處置試驗(yàn)取水。