泥沙含量對河道水質監測結果的影響分析

王 燕

(博爾塔拉水文勘測局，新疆博樂833400)

1 引言

我國河流泥沙含量普遍較高，全球范圍內河流多年平均輸沙量大于1億t的河流中，我國河流占比達到35%，多年平均輸沙量在0.1 t以上和河流統計中，我國河流達到115條[1]。我國地勢呈現明顯西高東低，且西部地區由于氣候環境差、經濟技術落后等原因，使得這些區域水土保持效果差，進一步加劇了河流泥沙含量[2]。隨著國家逐漸加大對環境治理方面的力度，河道水質監測結果作為水環境保護的重要指標被越來越重視[3]。河流泥沙的存在給水質監測參數的測定和水環境的評價與管理帶來了許多困難[4]。

河流泥沙中存在大量細顆粒泥沙，該類型泥沙比表面積較大，與水體中污染物接觸時會出現復雜的界面效應，導致整個水質體系與不含泥沙的水質體系的物理化學性質出現較大的差異性，從而使得含泥沙水質體系中污染物的降解規律發生改變[5]。導致這一現象的原因為河流中細顆粒泥沙的存在一方面可以增強對水中污染物的吸附，達到凈化水體的效果[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又承擔了污染物載體的作用，由此進一步導致水質監測結果的降低[7]。CODMn、氨氮含量及BOD5作為水質評價的主要指標之一，其監測結果直接反映了水質優良特性[8]，因此研究河流中泥沙含量對以上指標的變化特征有非常重要的意義。

2 試驗方案與測試方法

2.1 試驗方案

為確定河流泥沙含量對水體監測結果影響的關系，選定來自西部某河流水樣進行室內試驗，試驗含泥沙水參數見表1。

將以上各組含泥沙水樣分別進行2組處理：①采用攪拌機攪拌1 h；②采用離心機離心15 min。分別對以上2種操作之后的水樣進行CODMn測定。由于水質監測試驗規范要求對氨氮含量濃度的監測需要對水樣先進行過濾，因此試驗中無需區分渾水和清水分別進行測定，直接取不同泥沙含量水進行過濾后進行氨氮含量濃度測試。BOD5水樣的選取與CODMn水樣選取一致。

2.2 測試方法

本次實驗中對CODMn的測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物及還原性物質進行氧化，部分剩余的高錳酸鉀利用草酸鈉進行還原，根據試驗過程中加入的高錳酸鉀和草酸鈉含量確定高錳酸鉀指數(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生化學反應后生成棕色膠態化合物的試驗方法，且生成的棕色膠態化合物的顏色深淺直接與氨氮含量相對應，依據顏色深淺不同所反應出來的波長差異，進而直接確定河流取樣水中氨氮含量濃度值。

溶解氧濃度差值測定采用的方法為5日培養法，分別取原狀水引入250 mL的溶氧瓶內，先測定其中一個瓶內原狀水溶氧值，另一個溶氧瓶密封以后在標準條件下保存5日，然后測定瓶內水體溶氧值，溶氧值的測定采用sension-6溶解氧儀，兩次溶解氧濃度差值即為BOD5。

3 結果分析

3.1 泥沙含量對CODMn測試結果影響

依據試驗方案和測試方法得到不同泥沙含量水樣中CODMn的監測結果，見表2。

表2 不同泥沙含量水中CODMn的的關系

依據表2得到含泥沙水中CODMn隨泥沙含量變化關系，見圖1。

圖1 泥沙含量與CODMn的關系

由表1中可以得到，河流中泥沙含量的多少與CODMn之間存在直接的聯系，具體表現為河道中泥沙含量越大，河流中水質污染指標CODMn值測定結果越高，河流水質評價結果越低。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測定值之間的具體數值關系為，當泥沙含量為2 g/L時，攪拌后水體CODMn含量為7.8 mg/L，離心分離水體為5.3 mg/L；當泥沙含量為52 g/L時，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；當泥沙含量為10 g/L時，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；當泥沙含量為20 g/L時，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的關系可知，水體泥沙含量與CODMn測定值之間存在良好的線性關系。其中離心處理后水樣為y=0.0373x+5.28，相關系數R2=0.9739；攪拌處理水樣為y=2.306x+3.012，相關系數R2=0.989。對比攪拌和離心處理水體中泥沙含量與CODMn測定值之間的關系，不難得出離心處理后河流中污染物指標CODMns的檢測結果明顯降低，這是因為水體中泥沙由于其比表面積較大，顆粒較細，泥沙顆粒吸附了較多的污染物，當對水體進行攪拌處理后，泥沙在水中均勻分布，此時測量得到的污染物指標CODMn的含量包含部分泥沙攜帶污染物，因此出現攪拌處理水體后污染物指標CODMn的測量結果遠大于離心處理水體污染物指標CODMn的含量。

3.2 泥沙含量對氨氮含量測試結果影響

依據文中試驗方案與測試方案得到不同泥沙含量水體中氨氮濃度變化關系，測量結果見表3。

表3 不同泥沙含量水樣中氨氮濃度測量結果

依據泥沙含量與氨氮濃度測試結果，得到河流泥沙含量與氨氮濃度之間的關系，見圖2。

圖2 泥沙含量與氨氮濃度之間關系

由表3中不同泥沙含量下氨氮濃度測試結果可知：泥沙含量為2 g/L時，氨氮濃度為0.53 mg/L；泥沙含量為5 g/L時，氨氮濃度為0.56 mg/L；泥沙含量為10 g/L時，氨氮濃度為0.6 mg/L；泥沙含量為20 g/L時，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有，水體中泥沙含量與氨氮濃度之間存在明顯的現象關系，線性關系式為y=0.0209x+0.4542，相關系數R2=0.9392，由此說明二者之間線性關系較好，說明河道中泥沙顆粒攜帶了一定量的可溶性氨氮化合物，因此出現了泥沙含量增加、水體中氨氮濃度增加的現象。

3.3 泥沙含量對BOD5測試結果影響

依據試驗方案和測試方法分別得到攪拌條件下和離心條件下水體中BOD5測試結果見表4、表5。

表4 攪拌條件下BOD5測試結果計算表

表5 離心條件下BOD5測試結果計算表

由不同條件、不同泥沙含量下BOD5測試結果，得到不同處置條件下BOD5測試結果隨泥沙含量之間的變化關系，見圖3。

圖3 不同處置條件下泥沙含量與BOD5之間關系

由表4、表5中水體中泥沙含量與DO、BOD5的變化數據來看，本次試驗用水溶解氧濃度初始值穩定在11.79 mg/L～11.95 mg/L之間，這一現象反映了試驗測試方法的可靠性，即相同的水樣中溶解氧濃度一致。分別對水樣進行攪拌處理和離心處理后，發現含泥沙水樣5天后溶解氧濃度出現了明顯的降低，導致BOD5值出現明顯的增加，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。尤其是當泥沙含量為20 g/L時，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。導致攪拌條件下BOD5值高于分離條件下BOD5值的原因為攪拌條件下，水體中泥沙始終保持懸浮狀態，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物和其他微生物能夠充分接觸水體，并利用水中氧氣進行降解。而分離條件下，泥沙中微生物在進行離心運動時部分脫離泥沙而游離于水體中，在靜置期內，脫離泥沙的微生物利用水體中氧氣進行微生物降解，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，泥沙離心運動后剩下的微生物含量越高，導致水體BOD5值越高。

由此可見，水體中泥沙含量大小直接影響了水質監測評價結果。本文對不同泥沙含量情況下，水質評價指標參數進行量化研究，研究結果可為含泥沙河道進行水質結果評價提供參考。

4 結論

對取自某河道水流作為原狀水，分別調制不同泥沙含量水流作為試驗取水，研究泥沙含量對水質評價主要污染指標CODMn、氨氮含量及BOD5的變化關系，得到如下結論：

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

(2)試驗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系；泥沙中含有的部分可溶于水污染物導致氨氮濃度隨泥沙含量增加而增大。

(3)試驗取水中BOD5濃度隨著泥沙含量增加而增大；攪拌處置試驗取水時，泥沙均勻分布在試驗取水中，泥沙攜帶的微生物與水充分接觸，降解過程中耗氧量較大；分離處置試驗取水時，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行降解耗氧過程；分離處置試驗取水中BOD5濃度明顯低于攪拌處置試驗取水。