焦化廠場地土壤污染分布特征分析

樓 春，鐘 茜

（杭州市環境保護科學研究設計有限公司，杭州 310014）

我國是世界上第一大焦炭生產國，2018年，全國焦炭產量累計為4.38 億t，同比增長0.8%。焦化廠在煉焦過程中將煙煤隔絕于空氣，并加熱到900～1 050℃，再經過干燥、熱解、熔融、黏結、固化和收縮等階段最終制得焦炭[1]。焦炭生產過程中產生大量含有多環芳烴、氰化物、氟化物、總石油烴、重金屬等污染物的廢水、廢氣、廢渣，這些含有有害物質的污染物經沉降、泄露、淋溶會進入焦化廠所在場地的土壤中，造成土壤污染。

近年來，國家加大了高耗能、高污染型行業的調整力度，隨著城市布局中“退二進三”戰略的實施，一些焦化企業陸續搬遷原址重建，這些遺留場地的土壤中含有大量的致癌、致畸和致突變的多環芳烴等，對人體健康構成嚴重威脅。因此，焦化類場地的土壤污染調查及其特征分析逐漸受到社會各界的普遍關注。

1 煉焦過程污染物分析

如圖1所示，焦化工序包括備煤、裝煤、高溫干餾、推焦、熄焦、荒焦爐煤氣凈化和廢水處理等環節，各個環節在生產過程中會產生廢氣、廢水和廢渣，有必要開展煉焦工序分析，這對于分析預測焦化場地土壤中的污染物分布及特征具有積極的指導意義[2]。

1.1 備煤

圖1 焦化工序

備煤是煉焦的初始環節，是將煉焦所要用到的煤進行裝卸、分選、破碎和運輸等，備煤階段產生的污染主要來自原煤的裝卸、破碎、篩選等產生的煤塵、矸石以及廢水，其中，煤塵中含有有毒有害物質芳烴、酚及硫化物；選煤廢水含有Cu2+、Mn2+、Zn2+等重金屬元素，一些露天堆放的原煤、儲煤場、殘渣物料場等場地，經雨水淋洗等，導致土壤中的Hg、As、Zn、Cd 等重金屬元素超標。綜上，在備煤、裝煤過程中，煤與焦運輸、裝卸、破碎過程中會產生大量煤塵、H2S 廢氣、HCN、酚類、苯類等污染物。

1.2 焦爐內煤氣燃燒及煤高溫干餾

煉焦爐燃燒以凈焦爐煤氣為主要燃料，為炭化室內提供熱量，在煤氣燃燒過程中所產生的廢氣經斜道區進入蓄熱室，余熱被回收，廢氣經焦爐煙囪排出。焦爐內燃氣燃燒過程中所產生的污染物主要有煙塵和廢氣。焦爐內的燃燒室內的煤氣燃燒中所產生的污染物為二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等。煤高溫干餾過程中會產生煤氣、炭黑、飛灰和苯類等。

1.3 推焦、熄焦、破碎篩分

焦化廠推焦過程中產生的廢氣、粉塵的污染物主要為二噁英、呋喃、二氧化硫、硫化氫、一氧化碳等污染物。熄焦中濕法熄焦污染最為嚴重，會產生大量含有BaP、H2S、SO2、NH3和苯等污染物的飽和水蒸氣，其經熄焦塔頂排向周邊。經熄焦后冷卻，焦炭還需要進一步作破碎篩分，最終制成焦炭成品。破碎篩分環節會產生焦塵。綜上，煉焦過程中的推焦、熄焦以及破碎篩分等環節所產生的主要污染物為粉塵和廢氣。

1.4 焦爐煤氣凈化

碳化室中產生的荒焦爐煤氣含有BaP、硫化氫、氨氣、揮發酚、苯類、一氧化碳、二氧化碳以及非甲烷總烴等污染物，為滿足回收利用，還需對荒焦爐煤氣作進一步的除塵凈化，在除塵凈化環節所產生的煙氣、廢水，主要包含有機氮類、酚類化合物、多環芳烴、氧、硫、SS 等。焦爐煤氣凈化環節產生的固廢等大多露天堆放，經雨水淋濾會加重周邊環境污染，此類廢水毒性大，水質成分復雜，處理難度較大。

2 土壤污染水平分布特征

2.1 有機污染

一直以來，理論和實務界關于污染物的研究多集中于水、大氣中，土壤污染物積累及遷移介質探討相對較晚。20世紀80年代，人們陸續加強了土壤表層的多環芳烴等污染物分布及污染源研究。馮嫣以北京市某一廢棄的焦化廠為例，在該場的原6 個車間分別采集了0 ～4 m 深的26 個土壤樣本，利用EPA 優控16 種多環芳烴含量，分析了在表層土壤中，總多環芳烴的殘留量在672.8 ～144 814.3 ng/g，從土壤污染程度來看，制氣車間＜水處理車間＜煉焦車間＜焦油車間＜老粗苯車間＜回收車間[3]。焦化廠土壤中的多環芳烴中主要集中于3、4 環單體上。

王培俊以西南某一焦化場地為例，采集了該場地的5 個表層樣本，選用GC-MS 等，定量分析土壤中的污染物含量及分布特征[4]。研究表明，焦化廠的推焦線路、瀝青傳送帶、焦油回收點以及固廢室外堆場附近的土壤表層污染較為嚴重，此外，總氰化物、汞、苯、咔唑、石油烴等超標點較多。尹勇以蘇南某焦化廠場地土壤監測為例，采集了0.0 ～4.5 m 的22 個土壤樣品進行分析，選用GC-MS 等監測，經過監測后發現，該焦化廠土壤不同程度地受到多環芳烴類、總石油烴、氰化物、揮發酚等污染，污染最為嚴重的區域主要位于該焦化廠的焦油、洗油儲罐區、煉焦爐周邊以及粗苯加工車間等，其中，回收車間萘的濃度達到了 1 330 mg/kg，苯并吡的濃度也達到了16 800 mg/kg[5]。

2.2 無機污染

焦化廠的場地土壤中除了有機污染外，還受到無機污染。選煤過程中排放的廢水、焦化沉降的煙氣、堆煤受到雨水的淋洗等，都會成為焦化廠周圍場地土壤無機污染產生的重要因素。耿婷婷等以某北方鋼鐵廠區土壤重金屬污染進行實地調查，結果發現，原焦化廠區及制苯車間的土壤污染最為嚴重，土壤中的主要污染物為錳、鋅、銅、砷、汞等[6]。

3 土壤污染垂直分布特征

3.1 重金屬

張容海等以某焦化廠為例，研究該場土壤中的重金屬污染特征：煤場表層土壤中的重金屬砷、汞、鉻、鎘和鉛的含量均高于底層土壤中的含量；硫酸罐區、焦爐區的土壤重金屬表層與底層土壤中的含量差別不大，而在綜合罐區土壤中的汞、鎘、鉛的含量均呈現出從表層到底層的遞減態勢[7]。高燕等以呂梁市某焦化廠為例，采集了60 鎘土壤表層，土壤中的重金屬單因子污染數值為汞＜鋅＜錳＜銅、砷＜鉻，廠區內的土壤重金屬含量均比廠區周邊土壤重金屬含量高，表明焦化廠土壤重金屬含量與污染源的距離有著較為緊密的關聯性[8]。

3.2 多環芳烴

賈曉洋以某焦化廠為例，研究了該場土壤中的PAHs 含量，其中，BaP 超標最為嚴重，其次分別為DBA、BaA、B（b+k）F、Ipy、Phe 和Nap 等[9]。在5～6 m 出現了較為明顯的累積效應，5 層被監測的土壤中，低環PAHs 含量依次為5 ～6 m ＞0 ～1 m ＞3～5 m ＞1 ～3 m ＞6 ～18 m，而在高環PAHs 含量則依次為：0 ～1 m ＞5 ～6 m ＞1 ～3 m ＞3 ～5 m ＞6 ～18 m，主要是因為該區域土壤中的地質特征、防污染性能以及PAHs 的遷移性具有關聯性。魏萌等以北京焦化廠為例，研究不同粒徑土壤中的PAHs 的累積含量，分別研究了0.5 ～1.0 mm、0.25 ～0.50 mm、 0.15 ～0.25 mm、0.106 ～0.150 mm、0.075 ～0.106 mm 和＜0.075 mm 六種不同粒徑的土壤中的PAHs 累積情況[10]。結果表明，土壤粒徑對SA（比表面積）、TOC（土壤總有機碳含量）、DOC（可溶解性有機碳）有著顯著影響，但對pH、CEC（陽離子交換量）無顯著影響，低、中、高環PAHs 隨著粒徑的減小呈現出先降后升高的趨勢。

4 結語

我國污染場地調查及修復工作起步時間較短，焦化類場地因其工藝、地質的不同，導致相同的污染物在不同焦化廠生產工藝、不同地質條件下呈現出不同的分布特點。人們需要在總結前人研究的基礎上，掌握規律，為場地調查提供指導，為后期的修復提供借鑒，提升土壤修復決策的科學性。