天津河道底泥特征及资源化利用分析

韩晓芳 杨永利 张清 聂阿秀

摘要为了评估天津市滨海新区河道底泥改良为园林种植土是否可行，选取了天津市滨海新区开发区九大街与海滨高速交口的排水河道底泥为研究对象，检测了河道底泥的基本理化性质及肥力和重金属含量。结果表明，河道底泥的全盐含量在31～89 g/kg，属于重盐碱地，远超过绿化种植土壤的含盐量标准;pH在7.0～7.5，满足绿化种植土壤标准;有机质含量在37～99 g/kg，略高于绿化种植土的标准（20～80 g/kg），含水率在20%～67%，各重金属含量也基本都在园林种植土国标允许的范围间，主要离子含量结果表明河道底泥为钠质盐碱土，钠盐占全盐含量的76.3%。综上所述，河底底泥改良的主要限制因素是含盐量高，其中钠离子为主要离子。

关键词河道底泥;绿化种植土;理化性质;肥力;重金属

中图分类号X703文献标识码A

文章编号0517-6611（2020）15-0085-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.024

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

River Sediment Characteristics and Resource Utilization Analysis in Tianjin

HAN Xiaofang1，2，YANG Yongli1，ZHANG Qing1 et al

（1.Tianjin Taida Greening Group Co.，Ltd.，Tianjin 300457;2.Tianjin Taida Salinealkaline Soil Greening Research Center Co.，Ltd.，Tianjin 300457）

AbstractIn order to evaluate the feasibility of improving river sediments in Tianjin Binhai New District as garden planting soil，we selected the drainage river sediments at the intersection of Jiudajie and Haibin Expressway in Tianjin Binhai New District Development Zone as the research object，and tested the physicochemical properties and fertility and heavy metal content of river sediments.The results showed that the total salt content of river sediment is 31-89 g/kg，which belongs to heavy salinealkali land，far exceeding the salt content standard of green planting soil; pH is 7.0-7.5，which is in line with planting soil greening standard; organic matter content is 37-99 g/kg，which is slightly higher than the standard of green planting soil（20-80 g/kg）;moisture content is 20%-67%; the content of each heavy metal is basically in the national standard of garden planting soil; the main ion content results showed that the river sediment is sodium saline alkaline soil，and the sodium salt accounts for 76.3% of the total salt content.In summary，the main limiting factor for the improvement of river sediment is the high salt content.

Key wordsRiver sediment;Green planting soil;Physical and chemical properties;Fertility;Heavy metal

基金項目天津市科技计划重点支撑项目（16YFZCNC00740）。

作者简介韩晓芳（1986—），女，山西临汾人，工程师，博士，从事生态修复、盐碱地生态治理与土壤改良研究。*通信作者，博士，研究员，从事生态修复、盐碱地生态治理与土壤改良研究。

收稿日期2020-03-24

为了改善河流、湖泊的水体水质，近年许多城市开展了大规模的疏浚和清淤工程[1]，由此带来了大量的疏浚底泥。例如，苏州河治理时疏浚数十万方底泥，太湖及滇池治理中疏浚数百万方底泥[2]。在珠江三角洲地带，每年疏浚的底泥达到8 000万m3[3]。2003年，有12 681万m3的疏浚底泥被倾倒于海洋[4]。在天津市，大沽排污河、北塘排污河等污水河道进行清淤治理时，仅大沽排污河就清出底泥量高达230万t[5]。疏浚底泥泥量大，含水率高，组成成分复杂，极易产生二次污染，若处置不当将对环境造成不利影响，因而疏浚底泥处理和处置成了人们普遍关注的问题。

河道底泥属于污泥的一种，大多数国家污泥处置最主要方法是污泥农用、陆地填埋和污泥建材利用[6-8]。在我国虽然有淤泥制砖、填土等用作建筑材料的报道，但由于前期需要脱水、固化等处置，处理成本较高，推广应用受限[9]。近年来，随着淤泥处理处置难度的增加，淤泥回归土地又得到重视。淤泥养分含量较高，淤泥农用能提高农作物产量，但用量有限[10];园林植物由于耐性强，淤泥应用效果相对较好[11]。有研究显示，2001年上海市内河底泥淤积量达1.45亿m3，其中80%都是中、轻度污染，可以直接或是在一定预处理后，作植物培植土再利用[12]。是否可以用作植物培植土再利用，关键在于河底底泥的污染程度。

天津滨海新区濒临渤海，地势低洼，地下水位高，矿化度高，土壤的含盐量高[13]。含盐量高可能也是天津滨海新区河道底泥存在的一个问题，另外，由于河道不同输入源，重金属可能也是重要污染源之一，但是目前很少有研究对天津滨海新区的河道底泥进行污染分析。同时鉴于目前盐碱地绿化工艺主要还是采用暗管排盐、抬高地面、客土改良等方式处理，因此，绿化需要大量土源[13-14]。随着绿化面积的快速增加，其周边可利用的土源日益匮乏，客土质量越来越差，客土的运距越来越远，致使客土的成本成倍增长，新土源的寻找迫在眉睫[13，15]。该研究通过采集并分析天津滨海新区某河道底泥理化性质和重金属污染特性，根据绿化种植土标准，评价底泥作为绿化种植土的可行性，以期为污泥资源化利用提供数据支撑和理论依据，也为滨海新区绿化用土寻找新的土源。

1材料与方法

1.1研究区概况

该项目样品来自滨海新区开发区九大街与东海路交口的东排明渠河道底泥，是开发区防汛排水的重要设施之一，开发区东区内70%的雨水通过该明渠排放入海，此东排明渠起止断面为天津开发区第八大街与东海路交口至天津港东疆海堤，明渠全长2.38 km，平均宽30 m，设计流速约82 m3/s，终点处设6台防潮闸。五大街、东海路、泰丰和十一大街4座雨水泵站排放的雨水分别汇入东排明渠，沿途流经新港七号路、跃进路及天津港部分区域，经防潮闸控制最终排入渤海湾。

1.2采集样品及分析方法

样品采集于2019年6月底—7月初采集，通过实地调查，于排水河道起始段河道中部区域进行采集样品并分析河道底泥的污染状况。取样时此河道水体已经被排出半年多，底泥清晰可见，呈浅棕或深黑色或深褐色，略带臭味。多年来此河道没有经过清淤工作，具体底泥厚度不得而知。按照传统土壤取样深度，该研究取开发区东排明渠河道0～5 cm（样1）、5～20 cm土层（样2）和20～40 cm（样3）3个土样，每个深度的土采用5个点采样混合土进行试验分析。样品于实验室内50℃低温烘干，剔除碎石、砂砾及植物残体等杂质，研磨过5 mm筛，然后实验室分析，得到河道底泥土壤的基本理化性质、肥力状况及重金属含量情况。检测项目及分析方法见表1。

1.3数据处理数据分析采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0进行数据处理及统计分析。

2结果与分析

2.1河道底泥土壤基本性能如表2所示，河道底泥的3个土壤样品含盐量分别为88.67、53.4、31.07 g/kg，都远远超过中華人民共和国城镇建设行业标准（CJ/T 340—2016）绿化种植土壤的标准1 g/kg，为重度盐碱土。但是3个底泥样品的pH在7.0～7.5，均未超过8，根据CJ/T 340—2016，满足绿化种植土壤要求。

底泥含水率高一直是河道底泥处理的一个难题，所以含水率被作为一个重点指标观测。如表所示，河道底泥的3个土壤样品含水率分别为20.54%、67.00%、55.4%。由于河道没有水已经半年有余，采集样品多在没有水的土壤处采集，所以采样点表层含水率低，中下层底泥土壤含水率略高，和培植土要求相近，但由于处于胶粘状态，自然脱盐比较难。

2.2河道底泥土壤肥力指标

如表3所示，河道底泥土壤有机质含量则分别为37.1、99.2、70.8 g/kg，与国标相比，样1和样2有机质含量在标准范围内，而样3超过了国标范围的最大值，表明河道底泥有机质含量较高。

3个样品水解氮平均含量276 mg/kg，有效磷平均含量95 mg/kg，速效钾平均含量839 mg/kg。与国标相比，3个样品的水解氮、有效磷、速效钾含量远远高于国标技术指标要求。这一结果表明河道底泥速效氮、磷、钾含量都较高。

2.3河道底泥土壤重金属含量如表4所示，样品中所有重金属含量远远低于农用污泥A级污染物限值含量（GB 4284—2018），满足耕地要求;同时，所有样品中重金属含量也符合《中华人民共和国城镇建设行业标准》（CJ/T 340—2016）对绿化种植土壤重金属含量的技术要求，除了铬含量外，其他重金属含量基本都在Ⅲ级范围内，所以此河道底泥基本可以经过脱盐后用于道路绿化带、工厂附属绿地等有潜在污染源的绿（林）地或防护林等与人接触较少的绿（林）地，或是废弃矿地、污染土壤修复等重金属潜在污染严重或曾经受污染的绿（林）地用土。

48卷15期韩晓芳等天津河道底泥特征及资源化利用分析

2.4河道底泥土壤主要离子为了探究河道底泥主要离子含量，将3个土样混合后测定了样品土壤主要离子含量，表5显示的样品中除钾离子含量在标准范围内，氯离子、钙离子、镁离子、钠离子含量均超出CJ/T 340—2016行业规定标准，其中钠离子含量最高，占总盐含量的76.3%，约是钙离子含量的10倍。这些结果表明，河道底泥是钠质盐碱土，必须经过脱盐降低土壤含盐量，才能达到绿化种植土要求。

3讨论

天津滨海新区为重盐碱地[13]，该研究中的河道底泥土壤含盐量也均远远超过3 g/kg（天津市园林绿化土壤质量标准DB/T 29-226-2014）的绿化种植土要求，属于重盐碱土，主要离子分析表明，底泥土壤中钠盐占全盐含量的76.3%，这种高钠盐特征是符合天津滨海新区的实际情况，主要原因是，此明渠是开发区防汛排水的重要设施之一，开发区东区内70%的雨水通过该明渠排放入海，而开发区土壤因长期遭受海水浸渍，土壤多为重盐碱性土壤，且比重大，盐渍化程度高[16]，雨水等通过径流和淋洗作用将地表土壤汇集到排水渠，经过沉积作用导致明渠底泥呈现高盐特征。

很多研究均表明，河道底泥富含有机质，该研究结果和文献[17-18]一致，河道底泥不仅有机质含量高，速效氮、磷、钾含量也都较高。

在底泥质量评价中，重金属含量是一项重要指标[19]，因此该研究对底泥重金属含量进行了分析，结果显示，所测样品中所有重金属含量远远低于农用污泥A级污染物限值含量（GB 4284—2018），满足耕地要求;同时，所有样品中重金属含量也符合《中华人民共和国城镇建设行业标准》（CJ/T 340—2016）对绿化种植土壤重金属含量的技术要求，除了铬含量外，其他重金属含量基本都在Ⅲ级范围内，所以此河道底泥基本可以用于道路绿化带、工厂附属绿地等有潜在污染源的绿（林）地或防护林等与人接触较少的绿（林）地，或是废弃矿地、污染土壤修复等重金属潜在污染严重或曾经受污染的绿（林）地。由于重金属有富集作用，含有重金属的土壤要避免用于农作物等进入食物链的植物，而园林植物不进入食物链，如果低含量重金属的土壤被用于园林绿化，不仅能够解决低洼沿海地区绿化土源缺乏这一现实问题，而且部分园林植物能够吸收、固定重金属[20-21]，有利于土壤中重金属的提取与固定。

近年，天津市园林绿化建设需要的大量园林回填方土和种植土方，特别是滨海新区，大多用农田土代替园林种植土，一方面对农业生产和农村的生态环境造成破坏，另一方面，绿化种植土购买价格逐年走高，增加了绿地建设成本，寻找园林绿化新土源已迫在眉睫[22]。天津自古以来就有九河下梢、海河要冲之称[23]。2017年随着河长制的全面推行，水资源的保护利用于防治、改善与修复水生态工作被重视。河道底泥疏浚是城市水体综合整治中重要一环，由此产生了疏浚底泥消纳问题[24-25]。目前，疏浚底泥消纳的基本途径主要有水下弃置、隔离处置和资源化利用。水下弃置疏浚底泥存在污染转移的可能;隔离处置常用于受重度污染的疏浚底泥，但成本高;资源化利用是目前优先考虑轻、中度污染的底泥消纳方法。轻、中度污染底泥作为土地利用，具有用量大、技术简单和经济性好等优点，并且在绿地中具有避开食物链，对环境相对安全，是城市受污染底泥利用的有效可行途径之一[26]。邵立明等[12]对上海市河底底泥进行评价指出，上海市河底淤泥80%都是中、轻度污染，可以直接或是在一定预处理后作植物培植土再利用。而天津市河道底泥具体处于什么情况不得而知。该研究中的河道底泥属于轻度污染，可以经过一定的处理后就近用于土地利用，而园林绿化用土一方面因为不进入食物链，大量就近应用具有明显优势，另一方面河道底泥用于园林绿化还可以缓解天津滨海新区绿化用土缺土的现实问题，因此具有一定的经济性、可行性。

4结论

该研究中河道底泥营养丰富，富含植物必须的氮、磷、钾，有机质含量高，重金属含量低于污泥农用的标准，符合园林绿化国标，但含盐量高，钠为主要离子，占总离子量的76.3%。这是天津滨海地区盐碱土普遍存在的问题，经过改良后，被用于绿化种植，是可行的天津市疏浚底泥消纳与利用途径，既可以缓解底泥消纳问题，也可以增加园林绿化种植土的来源。

对于类似此河道底泥，速效植物养分和有机质含量高，污染较轻，重金属含量低于污泥农用的标准，但是含盐过高的其他河道底泥，可以通过洗盐降低盐分后应用于绿地，再选择生长快速、需肥量大、对重金属有隔离固定等作用的植物品种。

该项目只针对滨海新区一条主要河道底泥进行了分析，样品量少，今后还需要增加市区多条河道底泥的取样分析，为高盐河道淤泥改良为绿化种植土提供更多数据和技术支撑。

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