文章编号 西南某焦化场地土壤中典型污染物的特征分布

第36卷第9期2011年

9月煤炭学报

JOURNALOFCHINACOALSOCIETY

Vol．36Sep．

No．92011

文章编号：0253－9993（2011）09－1587－06

西南某焦化场地土壤中典型污染物的特征分布

1，21121

王培俊，刘俐，李发生，胡振琪，白利平

（1.中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室，北京100083）

100012；2.中国矿业大学（北京）土地复垦与生态重建研究所，北京

要：在西南某焦化场地采集了18个土壤剖面样和5个表层样，利用GC－MS等，对土壤中的总

氰化物、重金属、挥发性有机物、总石油烃和二噁英等进行了定量分析，并研究了其在不同功能区土摘

壤中的特征分布。结果表明：①该焦化厂污染较严重的区域主要在推焦线路、焦油回收点、沥青传

4－甲基酚、2，4－二甲基酚和甲苯的浓度均未超送带和固废室外堆场附近；②厂区土壤中菲、蒽、a］过展览会用地土壤质量评价A级标准，而总氰化物、汞、萘、荧蒽、芘、苯并［芘、咔唑、石油烃超标

但都不超过《荷兰土壤修复通告2009》点较多；③二噁英在本次所检测的3个样点中全部被检出，中的土壤修复干涉值。

关键词：土壤；污染；焦化厂；钢铁生产中图分类号：X53

文献标志码：A

Characteristicdistributionoftypicalcontaminantsinthesoilof

acokingplantsiteinthesouthwestofChina

2

WANGPei-jun1，，LIULi1，LIFa-sheng1，HUZhen-qi2，BAILi-ping1

（1.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalCriteriaandRiskAssessment，ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences，Beijing2.InstituteofLandReclamationandEcologicalRestoration，ChinaUniversityofMiningandTechnology（Beijing），Beijing100083，China）

100012，China；

Abstract：EighteenprofilesamplesandfivesurfacesamplesofthesoilatacokingplantsiteinthesouthwestofChinawerecollected．Totalcyanide，heavymetals，volatileorganiccompounds，totalpetroleumhydrocarbons，dioxinandsoonandcharacteristicdistributionoftheirsinthesoilofdifferentfunctionalwereanalyzedbyGC-MSandothermethods，areaswerediscussed．Theresultsindicatethattheareasaroundcokepushingline，coaltarrecoverypoint，asphaltcon-veyorbeltandoutdooryardofsolidwasteofthiscokingplantaremoreseverelypolluted．Theconcentrationofphenan-threne，anthracene，4-methylphenol，2，4-dimethylphenolandtolueneinthesoilisnomorethanA-levelstandardval-ueofsoilqualityassessmentforexhibitionsites．However，thenumberofthepointsoverstandardoftestingtotalcya-nide，mercury，naphthalene，fluoranthene，pyrene，benzo［a］pyrene，carbazole，petroleumhydrocarbonsiscomparative-lymore．Dioxininthethreetestedsamplesisalldetected，butthehighI-TEQvalueofitisnomorethanthesoilreme-diationinterventionvalueofDutchsoilremediationcircular2009．Keywords：soil；contamination；cokingplant；ironandsteelproduction炼焦生产过程中产生的废气、废水和废渣通过沉

降、泄露、淋溶、扩散等过程最终进入到土壤和地下水中，其中所含的多环芳烃、苯类、酚类、氰化物、重金属等物质会对土壤和地下水造成污染。中国的焦化行

业自20世纪90年代以来得到了飞速发展，截至2003年，中国焦炭产量约占世界焦炭总产量的46%，出口焦炭约占世界焦炭贸易总量的56%，已成为世消费及贸易的第一大国界焦炭生产、

［1］

。随着各地

收稿日期：2010－12－16责任编辑：张晓宁

基金项目：环保公益性行业科研专项资助项目（200909074）；POPs斯德哥尔摩公约履约行动与运行管理资助项目（C/V/S/10/184）

E－mail：wangpeijun1227@http://www.77cn.com.cn。联系人：刘作者简介：王培俊（1986—），男，安徽阜南人，硕士研究生。Tel：010－84928849，

（1961—），Tel：010－84915216，E－mail：liuli@http://www.77cn.com.cn

俐

1588

煤炭学报2011年第36卷

产业结构和城市布局“退二进三”战略的实施，位于城区的很多焦化企业面临着搬迁，以便腾出空间发展第三产业。对于这些经历了长期严重污染的场地，在改作其他用途前，有必要对其土壤的污染状况进行监测和评价。目前国内外有关焦化生产对环境影响的研究大多集中在监测炼焦过程产生的颗粒物及厂区

［2－13］［14］

、挥发性有机物、二周围空气中的多环芳烃

的含量和成分，以及探寻更［18－25］

。Ciaparra等［3］在对英好的焦化废水处理方法噁英类

和重金属

国两家钢铁联合企业生产区域的空气进行监测后发

a］现，苯和苯并［芘的最高浓度都出现在炼焦炉附近的下风向位置，炼焦是造成钢铁联合企业相关区域空

气中多环芳烃浓度变化的最主要原因之一。Lai等

主要对生物膜反应器和零价铁工艺组成的联合系统高效去除焦化废水中的污染物进行了研究。然

［22］

［15］

［16－17］

修复、管理和土地再利用提供科焦化企业场地调查、

学依据。

1

1.1

材料与方法

样品采集

根据对该焦化厂生产工艺的分析结果和场地的

按照分区布点原则，重点对生产中可能导前期调查，

致场地污染的环节、区域进行布点采样。将该焦化厂

场地分为焦煤区域、回收车间、焦油车间、污水处理站、固废堆场5个子区域。整个焦化厂区域的采样点布设情况如图1所示。此次共布设了23个采样点，G3、G17、G20和G22号点采集表层样，其中G2、其他

18个点采集剖面样。选取位于厂房大门口外500m山坡上的G20号点作为对照点。采样过程按照《土

（HJ/T166－2004）要求进行。壤环境监测技术规范》

剖面采样采用钻探和人工开挖两种方式，在18个剖

面样采集过程中，除9号点采用钻探外，其余各点均钻探和开采用人工开挖方式进行。钻杆直径50mm，

0.5及挖深度均大于1.0m。剖面采样分别在0.2、

1.0m处各取一个土样。每个土壤样品湿重约为1kg

。

而，国内外对焦化厂区及其周围土壤的污染状况研究较少，且都集中在土壤中的PAHs等有机污染物的含量及分布状况

，对焦化厂区土壤中二噁英类和其他典型污染物的研究鲜有报道。

［26－32］

本文通过对西南某焦化场地土壤进行采样分析，

研究不同车间土壤中典型污染物的特征分布，以期为

图1

Fig.1

西南某焦化厂土壤采样点

SoilsamplingpointsofacokingplantinthesouthwestofChina

1.2分析方法

根据焦化生产工艺特点，选取的分析项目包括：总氰化物、铅、锌、汞、砷、萘、芴、蒽、菲、荧蒽、芘、苯并［a］2－甲基萘、4－甲基酚、2，4－二甲基芘、咔唑、

酚、苯、甲苯、二甲苯、总石油烃、二噁英共21项。总

氰化物的分析方法为《展览会用地土壤环境质量评（HJ350－2007）附录B中的异烟酸价标准（暂行）》

吡唑啉酮光度法；铅、锌的分析方法为《土壤元素近

第9期王培俊等：西南某焦化场地土壤中典型污染物的特征分布1589

代分析方法》中的火焰原子吸收分光光度法；汞和砷

《土壤元素近代分析方法》的分析方法分别为中的冷原子吸收法和原子荧光光度法；苯、甲苯、二甲苯、萘

的分析方法为USEPA5035中的气相色谱质谱法；a］芘、2－甲基萘、4芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并［咔唑、

－甲基酚、2，4－二甲基酚的分析方法为USEPA8270中的气相色谱质谱法；总石油烃的分析方法参考USEPA8260C；二噁英的分析方法参考USEPA1613。

于焦化厂搬迁遗留场地经过治理修复后一般用于二多用于商业和住宅用地，因此土壤评价标准次开发，

不适宜选用《土壤环境质量标准》（GB15618－1995）。目前我国还没有用于评价商业和居住用地《展览会用的土壤环境质量标准，只有2007年颁布的（HJ350－2007）。地土壤环境质量评价标准（暂行）》

因此，本次对西南某焦化厂的土壤环境质量评价采用了该标准。由于展览会用地土壤环境质量评价标准中没有规定二噁英的限值，因此本文对二噁英的评价采《荷兰土壤修复通告2009》中的土壤修复干涉值。用了

2结果与讨论

西南某焦化厂场地污染物分析数据见表1。由

表1

Table1

分析项目总氰化物

铅锌汞砷萘芴菲蒽荧蒽芘a］芘苯并［咔唑2－甲基萘4－甲基酚

采样点数2118418171888188828181818999103

浓度范围/（mg·kg－1）0.053～7.0417.7～24191.4～3260.035～4.1205.16～23.70.024～28200.025～3190.252～11300.043～3990.150～7760.109～7834.92～21.70.129～2750.029～263

n.d.0.233～0.2330.0007～1.080.001～6.460.0002～29.5118～174300.00～0.0027*

西南某焦化场地土壤的污染状况

SoilpollutionofacokingplantsiteinthesouthwestofChina

展览会用地标准/（mg·kg－1）

A级0.91402001.52054210230023003102300.332160391600.216510000.00018＊＊

B级86001500508053082006100010000820061000.6629041001000410013520160//

采样点超标率/%A级28.575.5625.0022.225.8816.6712.500025.0037.5010037.505.560011.11022.2270.000

B级0000011.11000001000000000

G10、G11

G4、G6、G7、G10、G17、G19、G21

G11G6、G10G6、G10、G17G2、G4G6、G10、G17

G10

G2、G4

超标点位A级

G4、G6、G8、G9、G10、G17

G9G1

G1、G6、G10、G17

G7G10、G11、G12

G10

G10、G11B级

2，4－二甲基酚

苯甲苯二甲苯总石油烃二噁英

注：A类标准为土壤环境质量目标值，代表了土壤未受污染的环境水平；B类标准为土壤修复行动值；*二噁英的实测毒性当量浓度，单位为ng/g；＊＊二噁英限值采用的是《荷兰土壤修复通告2009》中的土壤修复干涉值，单位为mg/kg。

此次采样，在受炼焦生产活动影响较小的厂区大

以代表该门口外500m的山坡上设置了对照点G20，

焦化厂区域背景土壤。从检测结果看，该点土壤中总

4－甲基酚、2，4－二甲基酚、石油烃、咔唑、苯、甲苯、二甲苯均未检出，其他指标虽有检出，但均不超过

《展览会用地土壤环境质量标准（暂行）》中的A级标准值。该焦化厂区域背景土壤未受污染，说明该厂其他生产区域的土壤污染是炼焦生产活动所致。

总氰化物在部分采样点土壤中被检出。在21个

采样点中共有6个采样点超过A级标准值，但都不超过B级标准。超标点位分别位于焦煤区域（G4）、G8、G9）、回收车间（G6、焦油车间（G10）和固废堆场

（G17）。究其原因，主要是该焦化厂采用湿法熄焦，熄焦废水中总氰化物浓度较高，熄焦水蒸汽沉降于周边土壤，导致位于焦煤区域推焦线路附近的G4点总氰化物超标；此外，回收车间焦化废水的“跑、冒、滴、漏”导致位于焦油回收点旁的G6点、废水井旁的G8点和硫铵、粗苯生产区的G9点的总氰化物超标也比

1590

煤炭学报2011年第36卷

较严重；焦油车间的焦化废水也存在“跑、冒、滴、漏”的现象，并且由于该车间至废水处理厂的废水采用未做规范防渗的暗渠收集、输送，渗漏的焦化废水中的总氰化物长期沉积导致位于该车间沥青传送带旁的G10点的总氰化物浓度超标；而位于固废室外堆场区域的G17点总氰化物浓度超标可能是因为沥青渣中的总氰化物随雨水淋溶进入土壤所致。

所检测的4种重金属（铅、锌、汞、砷）浓度在部分采样点土壤中不同程度超过A级标准值，但都不超过B级标准。其中汞超标点较多，分别位于焦煤区域靠近5号炼焦炉的熄焦废水收集池旁（G1）、回收车间焦油回收点旁（G6）、焦油车间沥青传送带旁（G10）、固废室外堆场旁（G17）。而铅只在回收车间硫铵、粗苯生产区（G9）超标、锌只在焦煤区域的熄焦废水收集池旁（G1）超标、砷只在回收车间机械化澄

［16］

清槽旁（G7）超标。Weitkamp等对一座大型冶金焦生产设备排放的颗粒物结构进行的研究表明，颗粒

Zn、Se和Pb等微量元素。杨光冠等［17］物中包含As、

As、Hg、在对某焦化厂周围的大气降尘及其中的Cd、

Pb等金属元素的含量进行研究后发现，焦化厂周围降尘中的重金属含量远高于对照区和其它城市大气降尘中的金属含量；焦化厂对周围大气降尘中的重金属含量贡献较大。重金属元素均在煤中普遍存在，炼焦过程破坏了煤的化学结构，其中的重金属以烟尘、煤尘、焦末等颗粒物的形式释放到大气中，再通过沉降、雨水淋溶进入焦化厂土壤中。而湿法除尘、荒煤化学品回收过程又使含有重金属的颗粒物进气净化、

入焦化废水、煤焦油和焦油渣中，这些物质的“跑、冒、滴、漏”及不合理处置导致该焦化厂部分区域重金属含量超标。

从11种半挥发性有机物的检测结果来看，菲、4－甲基酚、2，4－二甲基酚均未超过A级标准蒽、

a］值。其他有机物均不同程度超标，其中萘和苯并［芘同时超过A级和B级标准。萘超过A级标准值的点位分别位于焦油车间的沥青传送带旁（G10）、焦油车间废水收集池旁（G11）和焦油车间粗苯储罐区域（G12）。在G10点萘的浓度超过A级标准值51.22

a］倍，超过B级标准值4.32倍。苯并［芘在检测的2个点位焦煤区域通行道旁（G2）和焦煤区域推焦线路

（G4）均超过A级标准值，最高浓度（G4点）超过A级标准71.33倍，超过B级标准值31.88倍。此外，荧蒽、芘、咔唑也超标较严重，超标点分别位于回收车间焦油回收点旁（G6）、焦油车间沥青传送带旁（G10）和固废室外堆场旁（G17）。冯嫣等［28］对北京该废弃焦化厂不同市某废弃焦化厂进行的研究显示，

车间表层土壤（0～20cm）总PAHs（∑PAHs）的残留

量介于672.8～144814.3ng/g之间；污染程度排序为：回收车间＞老粗苯车间＞焦油车间＞炼焦车间＞水处理车间＞制气车间；焦化厂土壤PAHs污染主要

［29］

集中在3环和4环的PAHs单体上。俞飞等对南京某炼焦厂和附近居住区土壤中PAHs的质量分数

结果显示炼焦厂厂区土壤中PAHs的质进行了测定，

量分数达到17638.1ng/g，炼焦厂土壤中PAHs的特征因子主要是苯环数在3～5之间的芳烃化合物。葛成军等

对南京市某一大型钢铁集团周边耕地土壤中多环芳烃（PAHs）的残留量进行了调查，结果表明：

［30］

PAHs总残留量范围为312.2～27580.9ng/g，且以4环以上多环芳烃组分为主。根据多环芳烃的来源，一般认为多环芳烃是含碳氢化合物在不完全燃烧或在还原气氛中热分解而产生的，有机物在高温缺氧下，热裂解产生碳氢自由基或碎片，这是多环芳烃形成的基本微粒，这些小的极为活泼的微粒，在高温下又立。炼焦过程即热合成为热力学稳定的多环芳烃是煤炭的干馏，因隔绝空气加强热而造成的高温缺氧a］芘在内的多环芳烃生成提供了环境为包括苯并［

［7，11，33］

。因此，条件焦化厂是多环芳烃的重要产生源，具体产生于装煤、炭化室泄漏、熄焦、粗焦油精制

等过程，以颗粒物、废气、焦化废水、焦油渣、沥青渣的形式进入环境中，最终对土壤造成污染。

挥发性有机物虽然在部分采样点土壤中被检出，但超标点较少。各点位甲苯均未超标，个别点位苯（G11）和二甲苯（G10、G11）超过A级标准值，但都不超过B级标准值，且位于焦油车间的沥青传送带旁（G10）和废水收集池旁（G11）的底层（1.0m）处。杨

［27］

国栋等通过实地采样，在分析某焦化厂周围农业土壤中的多环芳烃类污染物的含量时发现土壤中苯系物的含量较高，其苯的含量为6.148～11.96mg/kg，甲苯含量为1.56～5.238mg/kg，二甲苯含量为7.118～9.688mg/kg。王艳俊等［32］对从某焦化厂附近不同距离采集的农田土壤样品中的苯含量进行了检测，认为最高含量值（0.063mg/kg）出现在距离焦化厂200m左右处。焦化生产沉降到土壤中的苯系物易于挥发，导致其在该焦化厂土壤表层中的浓度较低。

从表1还可以看出，该焦化厂部分区域采样点土壤中总石油烃超标较严重，采样点超标率达到了70%。超标点分别位于焦煤区域推焦线路附近（G4）、熄焦台旁（G21）、回收车间焦油回收点旁（G6）、机械化澄清槽旁（G7）、焦油车间沥青传送带固废室外堆场旁（G17）和沥青堆场旁旁（G10）、

［11，33］

第9期王培俊等：西南某焦化场地土壤中典型污染物的特征分布1591

（G19）。对照点G20土壤中未检出总石油烃，说明炼焦生产活动会造成区域土壤大面积总石油烃污染。，炼焦过程中焦化废水和煤焦油的“跑、冒、滴、漏”提

炼粗苯及粗焦油等产品时分离出来的冷凝液，沥青及其固废堆场废渣中的石油类物质随雨水淋溶进入土壤都可能导致这些采样点土壤中的总石油烃浓度超标。

二噁英是目前已知毒性最大的化合物之一，其剂量低、难降解、易于生物富集，是一种对人体非常有害的物质。二噁英在本次所检测的3个样点中全部被

但都不超过《荷兰土壤修复通告2009》中的土检出，

壤修复干涉值（0.00018mg/kg）。Liu等分析了中国3个典型焦化厂装煤和推焦过程产生的烟气中3，7，8位取代的二噁英/呋的二噁英类多氯联苯和2，

喃的浓度，得出3个焦化厂排放的烟气中的二噁英/呋喃以及二噁英类多氯联苯的总毒性当量浓度范围

3

为1.6～1785.4pgWHO－TEQ/m。由于煤中含有氯、铜和硫等元素以及炼焦过程中存在着适宜的温度

［15］

为二噁英的生成提供了条件。逸散到空气区间，

中的二噁英最终沉降到周边区域土壤中，有可能是这3个点检出二噁英的主要原因。

［15］

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3结论

（1）该焦化厂污染较严重的区域主要在焦煤区

域推焦线路、回收车间焦油回收点、焦油车间沥青传送带和固废室外堆场附近。

（2）厂区土壤中菲、4－甲基酚、2，4－二甲基蒽、酚和甲苯的浓度均未超过展览会用地土壤质量评价A级标准，a］而总氰化物、汞、萘、荧蒽、芘、苯并［芘、咔唑、石油烃超标点较多。

（3）二噁英在本次所检测的3个样点中全部被检出，但都没有超过《荷兰土壤修复通告2009》中的土壤修复干涉值。参考文献：

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