蘭炭廠污染防治設施車間土壤中多環芳烴的分布特征及風險評價

摘要：蘭炭是低階煤在密閉環境下熱解干餾的固體產物。蘭炭生產的低溫干餾過程可能會產生一定的多環芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs），環境風險高。研究選取10家相同生產工藝的蘭炭生產企業污染防治設施車間，對其氨水池和焦油池周邊土壤中PAHs進行檢測，分析其分布特征并進行風險評價。結果表明，16種PAHs在研究區均被檢出，場地土壤PAHs污染分布比較普遍；各土層PAHs含量的排序為表層（167.74 mg/kg）＞深層（82.32 mg/kg）＞中層（20.55 mg/kg），基本符合土壤的富集規律；萘和苯并[a]芘含量超出二類建設用地篩選值，經毒性當量法評價，各土層PAHs的生態風險排序為中層＞表層＞深層。

關鍵詞：蘭炭；污染防治設施車間；氨水池；焦油池；土壤；多環芳烴（PAHs）；分布特征；風險評價

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）04-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.04.011

Distribution characteristics and risk assessment of polycyclic aromatic hydrocarbons in the soil of the pollution prevention and control facilities workshop of the semi-coke Plant

FENG Jia1， HAO Yan1，2， ZHANG Chenghao1， FENG Qingqing1， ZHANG Haojing1， GAO Xiaobo1，2

（1. School of Ecology and Environment， Ningxia University;

2. Ningxia Environmental Science Research Institute Co.， Ltd.， Yinchuan 750000， China）

Abstract： semi-coke is a solid product of the pyrolysis and distillation of low rank coal in a closed environment， and the low-temperature distillation process of semi-coke production may produce certain Polycyclic Aromatic Hydrocarbons （PAHs）， which poses high environmental risks. This study selects 10 pollution prevention and control facility workshops of semi-coke production enterprises with the same production process to detect PAHs in the soil around their ammonia and tar tanks， analyze their distribution characteristics， and conduct risk assessments. The results show that 16 types of PAHs are detected in the study area， and the distribution of PAHs pollution in the soil of the site is relatively common; the ranking of PAHs content in each soil layer is surface layer （167.74 mg/kg）＞deep layer （82.32 mg/kg）＞middle layer （20.55 mg/kg）， which basically conforms to the enrichment law of soil; the content of naphthalene and benzo[a]pyrene exceeds the screening value for Class Ⅱ construction land， according to the toxicity equivalent method evaluation， the ecological risk ranking of PAHs in each soil layer is middle layer＞surface layer＞deep layer.

Keywords： semi-coke; pollution prevention and control facility workshop; ammonia tank; tar tank; soil; Polycyclic Aromatic Hydrocarbons（PAHs）; distribution characteristics; risk assessment多環芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）

是一類具有毒性、突變性和致癌性的污染物[1]。美國環境保護署在1976年將萘、苯并[a]芘等16種PAHs列入優先管制的有害有機物名錄[2]。2020年，生態環境部、工業和信息化部以及國家衛生健康委員會將PAHs納入《優先控制化學品名錄（第二批）》，并提出相應的環境風險管理措施。蘭炭又被稱為半焦[3]，是低階煤在密閉環境下經600～700 ℃熱解干餾的固體產物。蘭炭生產中，低溫干餾過程可能會產生一定的PAHs。

某化工園區蘭炭生產歷史可追溯到2000年，2018年，多家蘭炭生產企業陸續停產改造。每家蘭炭生產企業有2臺蘭炭爐（單爐產能5萬t/a），每兩臺蘭炭爐共用1個氨水池進行焦油和氨水沉淀分離。基于此，本研究在使用油水分離處理工藝的10家蘭炭生產企業的污染防治設施車間周圍采集土壤樣品進行分析，揭示蘭炭生產場地不同土層的PAHs組成和分布特征，以期對研究區土壤進行生態風險評價，這對當地土壤環境保護有重大意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

鑒于場地布局、PAHs遷移路徑已清楚，采用專業判斷布點法布設采樣點，共布設19個采樣點，如圖1所示。根據《建設用地土壤污染狀況調查 技術導則》（HJ 25.1—2019），現場采集土壤樣品。對每個焦油池周圍進行采樣，不同土層的采樣深度分別為0.0～0.5 m（表層）、1.5～3.0 m（中層）和3.0～3.5 m（深層）。

1.2 試驗方法

參考《土壤和沉積物 多環芳烴的測定 氣相色譜-質譜法》（HJ 805—2016），對土壤中16種PAHs進行測定分析。

2 結果與分析

2.1 研究區土壤PAHs水平分布特征

研究區土壤PAHs含量測定結果如表1所示。16種PAHs在研究區土壤中均被檢出，其單體化合物含量最小值均低于檢出限[4]。16種PAHs分別為萘（Naphthalene，Nap）、苊烯（Acenaphthylene，Acy）、苊萘嵌戊烷（Acenaphthene，Ace）、芴（Fluorene，Flu）、菲（Phenanthrene，Phe）、蒽（Anthracene，Ant）、熒蒽（Fluoranthene，Flt）、芘（Pyrene，Pyr）、苯并[a]蒽（Benzo[a]anthracene，BaA）、?（Chrysene，Chr）、苯并[b]熒蒽（Benzo[b]fluoranthene，BbF）、苯并[k]熒蒽（Benzo[k]fluoranthene，BkF）、苯并[a]芘（Benzo[a]pyrene，BaP）、茚并[1，2，3-cd]芘（Indeno[1，2，3-cd]pyrene，Ipy）、二苯并[a，h]蒽（Dibenzo[a，h]anthracene，DBA）和苯并[g，h，i]芘（Benzo[g，h，i]perylene，BgP）。其中，Nap平均含量最大，為162.06 mg/kg，DBA平均含量最小，為0.70 mg/kg，7種致癌性多環芳烴（Chr、BaA、BbF、BkF、BaP、DBA和Ipy）中[5]，Ipy檢出率最高，為52.80%。由此可以看出，研究區PAHs分布比較普遍，且Flt、Pyr和Phe均是焦爐煉焦的特征污染物，其檢出率與含量較高。

PAHs按環數可劃分為3類，即低環（2～3環）、中環（4環）和高環（5～6環）。表層土高環PAHs檢出率最高，為59.26%；中層土和深層土中低環PAHs檢出率最高，分別為29.63%和24.51%。研究區低環PAHs污染最嚴重，原因可能是中高環PAHs水溶性低，易被土壤顆粒物吸附，很難擴散至深層土壤。

2.2 研究區土壤PAHs垂直分布特征

如圖2所示，研究區各土層中PAHs含量的排序為表層（167.74 mg/kg）＞深層（82.32 mg/kg）＞中層（20.55 mg/kg），基本符合土壤的富集規律。經分析，PAHs主要吸附于可溶有機質或其他有機體上，不容易向下遷移[6]，其中深層土壤污染可能是研究區地下滲漏造成的。各土層中，Nap含量均最高，除了與蘭炭廠排放的PAHs有關外，還可能與周邊煤炭運輸車輛有關。

2.3 研究區土壤PAHs生態風險評價

依據《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600—2018）中二類建設用地的篩選值及管制值，分析16種PAHs的風險等級，并對其在各個土層的危害程度進行評估[7]。結果顯示，研究區污染物含量超二類風險篩選值的為萘和苯并[a]芘，其中超二類風險管制值的為萘，表層土PAHs污染比較嚴重。

采用毒性當量法，對各點位土壤中PAHs進行生態風險評價[8]。16種PAHs相對于BaP的毒性當量采用式（1）進行計算。結果表明，表土層致癌PAHs毒性當量占總PAHs毒性當量的比例為94.9%，中土層致癌PAHs毒性當量占總PAHs毒性當量的比例為96.5%，深土層致癌PAHs毒性當量占總PAHs毒性當量的比例為77.8%。根據毒性當量，各土層中

16種PAHs的風險排序為中層＞表層＞深層。

Q=∑（Ci×Fi）（1）

式中：Q為16種PAHs相對于BaP的毒性當量；Ci為物質i的質量濃度；Fi為物質i的毒性當量因子，取值參考《多環芳烴環境健康風險評估技術規范》

（T/CSES 40—2021）。

3 結論

本文選取10家相同生產工藝的蘭炭生產企業污染防治設施車間，對其氨水池和焦油池周邊土壤中PAHs含量進行檢測，分析其分布特征并進行風險評價。結果表明，16種PAHs單體化合物含量最小值均低于檢出限，Nap平均含量最大，為162.06 mg/kg，

DBA平均含量最小，為0.70 mg/kg。Ipy檢出率最高，為52.80%，研究區PAHs分布比較普遍；各土層的PAHs含量排序為表層（167.74 mg/kg）＞深層（82.32 mg/kg）＞中層（20.55 mg/kg），基本符合土壤的富集規律。研究區污染物含量超二類風險篩選值的為萘和苯并[a]芘，其中超二類風險管制值的為萘，研究區表層土壤PAHs污染比較嚴重。根據毒性當量，各土層中16種PAHs的生態風險排序為中層＞表層＞深層。

參考文獻

1 宋曉娟，李海燕，尹明明，等.快速溶劑萃取-氣相色譜-串聯質譜法分析海洋沉積物中16種多環芳烴[J].色譜，2018（1）：51-58.

2 劉炎坤，汪 青，劉 敏，等.上海市大氣沉降物中多環芳烴賦存特征及其來源[J].中國環境科學，2015（9）：2605-2614.

3 馬金霞，牛鴻權，張晉豪，等.蘭炭生產工藝及應用研究[J].煤化工，2022（3）：95-97.

4 張秀秀，朱昌達，王 飛，等.南京城郊不同土地利用類型農業土壤多環芳烴污染特征及風險評價[J].環境科學，2023（2）：944-953.

5 冉宗信，陳靖宇，王亞婷，等.典型工業區土壤多環芳烴污染特征及影響因素[J].環境科學，2019（10）：4594-4603.

6 鐘名譽，李慧穎，賈曉洋，等.不同焦化廠土壤中多環芳烴污染特征比較研究[J].生態與農村環境學報，2021（5）：627-635.

7 黃 丹，黃 勇，安永龍，等.北運河流域（北京段）表層土壤多環芳烴空間分布特征及來源解析[J].水文地質工程地質，2023（3）：159-171.

8 何 麗，鎖瑞妮，馬苗苗.我國典型區域土壤中多環芳烴污染特征研究及風險評價[J].皮革制作與環保科技，2023（11）：118-120.