场地土壤分析：焦化厂场地土壤污染分布特征

查看全部 · 发表于 2021-4-6 16:12:23

焦化厂在炼焦过程中将烟煤隔绝于空气，并加热到 900 ～ 1 050℃，再经过干燥、热解、熔融、黏结、固化和收缩等阶段最终制得焦炭 [1]。焦炭生产过程中产生大量含有多环芳烃、氰化物、氟化物、总石油烃、重金属等污染物的废水、废气、废渣，这些含有有害物质的污染物经沉降、泄露、淋溶会进入焦化厂所在场地的土壤中，造成土壤污染。近年来，国家加大了高耗能、高污染型行业的调整力度，随着城市布局中“退二进三”战略的实施，一些焦化企业陆续搬迁原址重建，这些遗留场地的土壤中含有大量的致癌、致畸和致突变的多环芳烃等，对人体健康构成严重威胁。因此，焦化类场地的土壤污染调查及其特征分析逐渐受到社会各界的普遍关注。

1 炼焦过程污染物分析

如图 1 所示，焦化工序包括备煤、装煤、高温干馏、推焦、熄焦、荒焦炉煤气净化和废水处理等环节，各个环节在生产过程中会产生废气、废水和废渣，有必要开展炼焦工序分析，这对于分析预测焦化场地土壤中的污染物分布及特征具有积极的指导意义 [2]。

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1.1 备煤

备煤是炼焦的初始环节，是将炼焦所要用到的煤进行装卸、分选、破碎和运输等，备煤阶段产生的污染主要来自原煤的装卸、破碎、筛选等产生的煤尘、矸石以及废水，其中，煤尘中含有有毒有害物质芳烃、酚及硫化物；选煤废水含有 Cu2+、Mn2+、Zn2+ 等重金属元素，一些露天堆放的原煤、储煤场、残渣物料场等场地，经雨水淋洗等，导致土壤中的 Hg、As、 Zn、Cd 等重金属元素超标。

综上，在备煤、装煤过程中，煤与焦运输、装卸、破碎过程中会产生大量煤尘、H2S 废气、HCN、酚类、苯类等污染物。

1.2 焦炉内煤气燃烧及煤高温干馏

炼焦炉燃烧以净焦炉煤气为主要燃料，为炭化室内提供热量，在煤气燃烧过程中所产生的废气经斜道区进入蓄热室，余热被回收，废气经焦炉烟囱排出。焦炉内燃气燃烧过程中所产生的污染物主要有烟尘和废气。焦炉内的燃烧室内的煤气燃烧中所产生的污染物为二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等。煤高温干馏过程中会产生煤气、炭黑、飞灰和苯类等。

1.3 推焦、熄焦、破碎筛分

焦化厂推焦过程中产生的废气、粉尘的污染物主要为二噁英、呋喃、二氧化硫、硫化氢、一氧化碳等污染物。熄焦中湿法熄焦污染最为严重，会产生大量含有 BaP、H2S、SO2、NH3 和苯等污染物的饱和水蒸气，其经熄焦塔顶排向周边。经熄焦后冷却，焦炭还需要进一步作破碎筛分，最终制成焦炭成品。破碎筛分环节会产生焦尘。综上，炼焦过程中的推焦、熄焦以及破碎筛分等环节所产生的主要污染物为粉尘和废气。

1.4 焦炉煤气净化

碳化室中产生的荒焦炉煤气含有 BaP、硫化氢、氨气、挥发酚、苯类、一氧化碳、二氧化碳以及非甲烷总烃等污染物，为满足回收利用，还需对荒焦炉煤气作进一步的除尘净化，在除尘净化环节所产生的烟气、废水，主要包含有机氮类、酚类化合物、多环芳烃、氧、硫、SS 等。焦炉煤气净化环节产生的固废等大多露天堆放，经雨水淋滤会加重周边环境污染，此类废水毒性大，水质成分复杂，处理难度较大。

2 土壤污染水平分布特征

2.1 有机污染

一直以来，理论和实务界关于污染物的研究多集中于水、大气中，土壤污染物积累及迁移介质探讨相对较晚。20 世纪 80 年代，人们陆续加强了土壤表层的多环芳烃等污染物分布及污染源研究。冯嫣以北京市某一废弃的焦化厂为例，在该场的原 6 个车间分别采集了 0 ～ 4 m 深的 26 个土壤样本，利用 EPA 优控 16 种多环芳烃含量，分析了在表层土壤中，总多环芳烃的残留量在 672.8 ～ 144 814.3 ng/g，从土壤污染程度来看，制气车间＜水处理车间＜炼焦车间＜焦油车间＜老粗苯车间＜回收车间 [3]。焦化厂土壤中的多环芳烃中主要集中于 3、4 环单体上。

王培俊以西南某一焦化场地为例，采集了该场地的 5 个表层样本，选用 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，焦化厂的推焦线路、沥青传送带、焦油回收点以及固废室外堆场附近的土壤表层污染较为严重，此外，总氰化物、汞、苯、咔唑、石油烃等超标点较多。尹勇以苏南某焦化厂场地土壤监测为例，采集了 0.0 ～ 4.5 m 的 22 个土壤样品进行分析，选用 GC-MS 等监测，经过监测后发现，该焦化厂土壤不同程度地受到多环芳烃类、总石油烃、氰化物、挥发酚等污染，污染最为严重的区域主要位于该焦化厂的焦油、洗油储罐区、炼焦炉周边以及粗苯加工车间等，其中，回收车间萘的浓度达到了 1 330 mg/kg，苯并吡的浓度也达到了 16 800 mg/kg[5]。

2.2 无机污染

焦化厂的场地土壤中除了有机污染外，还受到无机污染。选煤过程中排放的废水、焦化沉降的烟气、堆煤受到雨水的淋洗等，都会成为焦化厂周围场地土壤无机污染产生的重要因素。耿婷婷等以某北方钢铁厂区土壤重金属污染进行实地调查，结果发现，原焦化厂区及制苯车间的土壤污染最为严重，土壤中的主要污染物为锰、锌、铜、砷、汞等 [6]。

3 土壤污染垂直分布特征

3.1 重金属

张容海等以某焦化厂为例，研究该场土壤中的重金属污染特征 : 煤场表层土壤中的重金属砷、汞、铬、镉和铅的含量均高于底层土壤中的含量；硫酸罐区、焦炉区的土壤重金属表层与底层土壤中的含量差别不大，而在综合罐区土壤中的汞、镉、铅的含量均呈现出从表层到底层的递减态势 [7]。高燕等以吕梁市某焦化厂为例，采集了 60 镉土壤表层，土壤中的重金属单因子污染数值为汞＜锌＜锰＜铜、砷＜铬，厂区内的土壤重金属含量均比厂区周边土壤重金属含量高，表明焦化厂土壤重金属含量与污染源的距离有着较为紧密的关联性 [8]。

3.2 多环芳烃

贾晓洋以某焦化厂为例，研究了该场土壤中的 PAHs 含量，其中，BaP 超标最为严重，其次分别为 DBA、BaA、B（b+k）F、Ipy、Phe 和 Nap 等 [9]。在 5 ～ 6 m 出现了较为明显的累积效应，5 层被监测的土壤中，低环 PAHs 含量依次为 5 ～ 6 m ＞ 0 ～ 1 m ＞ 3 ～ 5 m ＞ 1 ～ 3 m ＞ 6 ～ 18 m，而在高环 PAHs 含量则依次为 :0 ～ 1 m ＞ 5 ～ 6 m ＞ 1 ～ 3 m ＞ 3 ～ 5 m ＞ 6 ～ 18 m，主要是因为该区域土壤中的地质特征、防污染性能以及 PAHs 的迁移性具有关联性。魏萌等以北京焦化厂为例，研究不同粒径土壤中的 PAHs 的累积含量，分别研究了 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 六种不同粒径的土壤中的 PAHs 累积情况 [10]。结果表明，土壤粒径对 SA（比表面积）、 TOC（土壤总有机碳含量）、DOC（可溶解性有机碳）有着显著影响，但对 pH、CEC（阳离子交换量）无显著影响，低、中、高环 PAHs 随着粒径的减小呈现出先降后升高的趋势。

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