针对苏州河水体含氧量低的问题,首次对苏州河底泥耗氧物质的来源、构成、含量、分布及其耗氧过程进行了现场测定、试验分析和模型预测研究,揭示了苏州河底泥的耗氧机理和时空规律,并采用SEM/AVS方法研究评估了苏州河底泥疏浚后的生态毒性。首次建立了苏州河底泥通量数学模型,实现了底泥释放通量模型与水质数学模型的耦合,揭示了苏州河底泥耗氧机理和过程,科学评估了苏州河底泥疏浚的水质改善效果和持续时间,为通过底泥疏浚改善上覆水水质提供了理论依据。
(1)实验结果显示,苏州河底泥中的耗氧物质主要包括硫化物、氨氮、有机物和低价金属离子,它们向上覆水的释放量各不相同,由高到低的排列顺序为硫化物、氨氮和有机物。底泥中的AVS含量能控制孔隙水中游离态重金属离子的浓度,制约着二价有毒金属的化学活性和生物有效性。苏州河各典型河段不同深度底泥的生态毒性测定结果显示,各断面表层底泥SEM/AVS略高,为0.08~0.40,中层底泥SEM/AVS最低,为0.08~0.15,原状土层SEM/AVS较高。除真北路桥断面表层底泥的SEM/AVS略大于1外,其余断面表层和中层底泥SEM/AVS均都小于1,可见目前苏州河表层和中层底泥中的重金属不会产生急性生物毒性。
(2)自主研发了一套测定装备,揭示了苏州河底泥耗氧机理与过程。对苏州河赵屯、白鹤、华漕、步行街、盘湾里、武宁路桥、昌化路桥和浙江路桥断面底泥进行了耗氧量(SOD,见图1)的测定,结果显示,苏州河底泥SOD冬季与夏季差距显著,比较夏季极高气温和冬季极低气温时的SOD,两者相差近1个数量级,夏季上、下游断面SOD差距远大于冬季,说明不同季节底泥对上下游水体的耗氧贡献率不同,夏季上、下游由于底泥造成的DO差距远大于冬季。
图1 底泥SOD测定实验装置(www.daowen.com)
(3)建立了苏州河底泥耗氧量模型,模拟评估了不同治理方案下苏州典型河段的SOD的变化趋势。根据底泥通量模型预测结果,各方案[CSO放江完全截除和底泥完全疏浚(全部清除污染底泥)及其组合方案]实施后,苏州河典型河段(以武宁路桥为例)SOD变化趋势见图2。CSO放江导致的有机质沉降对干流SOD的贡献率占60%~80%。削减CSO放江污染物(有机质)负荷可以大大降低苏州河干流底泥耗氧量;放江负荷量削减30%,SOD以及污染物释放通量峰值可以下降20%~25%;放江负荷量削减50%,可以使武宁路桥河段的SOD峰值下降45%并呈现逐年下降趋势,并逐渐稳定在1.0 gO2/m2/d。
图2 截除CSO放江负荷和完全疏浚对武宁路桥SOD的影响预测结果
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