摘要
焦化厂遗留地块土壤地下水污染问题长期以来受到广泛关注。本文以某区域焦化企业拆除后形成的2处遗留地块为样本，通过样品采集和数据检测统计等方法，开展污染特征研究。结果显示，土壤污染物类型主要为多环芳烃类有机物，污染深度主要集中在表层—浅层，∑PAHs的检出值范围7.79～13.36 mg/kg；地下水样品中仅检出特征污染物苯，表明挥发性有机物已经扩散至潜水层。地块边界外四周点位均未检出特征污染物，说明污染尚未扩散至企业范围外。研究认为焦化厂污染类型主要为多环芳烃类有机物以及苯系物，污染扩散范围主要聚集在化产区域表层-浅层土壤以及潜水含水层，且尚未扩散至企业范围外部。
Abstract
The soil and groundwater pollution issue left by historical coking plants have long been a subject of widespread concern. This paper takes two remaining sites formed after the demolition of coking plants as sample,lanuched pollution characteristic research through sample collection and data statistics. The testing results showed that the main types of soil pollutants are polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), and the pollution depth is mainly concentrated in the surface to shallow layers, with the testing range of ∑PAHs being 0.1-1.8 mg/kg. Only the characteristic pollutant benzene was detected in the groundwater samples, indicating that volatile organic compounds have diffused into the phreatic aquifer. The results demonstrate that no characteristic pollutants were detected outside the plots, proved that the pollution has not yet spread outside the boundaries of plots.This study concludes that the main types of pollution in coking plants are polycyclic aromatic hydrocarbons and benzene series, and the pollution diffusion range is mainly concentrated in the surface to shallow layers of soil and the phreatic aquifer within the site's of chemical production area, and has not yet spread beyond the enterprise's boundaries.
0 引言
在山西省持续推进经济转型升级，优化城镇功能布局、加快发展现代服务业的背景下，以国土空间规划为引领，城市进一步加快“退二进三”处置及储备土地盘活利用。这就导致大量城市中心或边缘的重点工业企业被关停搬迁，而化工生产过程各类型污染物泄露可能对区域地下水造成严重污染 （李淼清等，2025），导致形成一大批疑似污染地块 （高艳丽等，2013）。焦化行业作为重要工业污染排放源（楼春和钟茜，2019），具有污染物种类多，污染程度严重（张红振等，2016），污染范围广（周才鑫， 1989）等特点，已经成为目前土壤地下水污染防治重点领域。
依托丰富的优质炼焦煤资源，山西省长期以来一直是全国最大的焦炭生产供应基地。由于发展起步较早，4.3 m规格焦炉占比较大。焦炭生产过程资源和能源消耗大，效率低，产生的“三废”污染物通过跑冒滴漏、雨水淋滤以及大气沉降等方式渗透进入土壤和地下水，可导致重金属、有机质等污染物对城市生态环境造成严重污染（Peng et al.，2013； Wang et al.，2018；徐群星，2019；陈自然等，2025）。同时污染物赋存于土壤以及地下水中不断迁移，通过从口摄入含有污染物的农作物、皮肤接触地下水以及吸入室内外空气中气态污染物等途径可能进一步对人体健康造成潜在风险。在国家环保和能耗双控产业出台新要求的背景下，焦化行业产业结构调整逐步加快步伐。据统计，截止 2023 年底，山西省146户在产4.3 m焦炉焦化企业全部关停（新华网，2023），关停后形成大量疑似污染地块。
国内已有大量文献开展了焦化地块土壤地下水污染特征研究，如王耀锋等（2021）通过对北方地区焦化厂重金属污染进行研究，发现焦化地区土壤 Cd、Hg超标准值较严重，其余重金属污染程度较轻； 冯嫣等（2009）以北京市某废弃焦化厂为例，研究了不同车间土壤样本中 16 种多环芳烃类有机物 （PAHs）的含量，结果表明地块内未扰动土壤样品 PAHs 主要聚集在土壤表层，并且随着深度增加而迅速减少；郝丽虹等（2018）认为山西某低山丘陵区焦化厂土壤中 PAHs多环芳烃类有机物主要分布于化产车间，不同深度土壤污染物分布存在一定差异性（0~4.0 m）；Weigand et al.（2001）通过对工业场地多环芳烃有机物的迁移特征进行研究，发现地块内土壤受到挖掘、填埋以及污染源分布情况等因素影响，土壤中污染物含量以及分布存在明显差异；王佩等（2015）通过对某焦化厂土壤和地下水采样分析，发现多环芳烃类有机物在化产车间污染程度最为严重，不同地层土壤防污性强弱与污染物空间分布密切相关。以上文献对焦化厂的研究多以单个地块为样本开展，对于焦化企业集中分布区域且处于同一水文地质单元的焦化遗留地块缺乏比对研究，且大多研究集中在企业内部点位，缺乏企业内部及四周边界处土壤地下水在空间上污染扩散状况的比对分析，从而难以判断污染物是否会扩散至地块边界外。
全面获取污染物的空间分布对污染场地的风险评估与管控修复具有重要意义（刘庚，2013）。为完善同一水文地质单元焦化厂边界内外土壤地下水污染物分布特征，本研究选取两个焦化厂地块为样本，分别在地块内部重点区域以及地块边界范围外布设点位。上述两处研究区均处于河谷阶地水文地质单元，河谷东西两侧为低山丘陵，中间为河谷阶地。其中 Z 厂附近地表水流向自南向北，Y 厂附近地表水流向自西向东。浅层地下水流向主要受地表水系和地形地貌两方面控制，根据钻孔揭露潜水含水层水位深度，结合研究区地形地貌以及地表水流向，综合分析研究区地下水流向为自西向东。本文旨在对处于同一水文地质条件的焦化厂污染程度以及污染范围进行比对研究，重点关注污染是否扩散至厂外，研究成果也为该区域处于同一水文地质单元的地块开展管控治理提供依据。
1 研究概况
1.1 企业概况
本研究选择2座已完成拆除的焦化厂作为研究样本。Z企业始建于90年代初期，占地面积13.6 hm2。 2007 年技改后建设 TJL4350D 型双联下喷单热焦炉，生产规模为年产干全焦 60 万 t。重点生产区域包括炼焦区、化产区以及生化处理区等。企业于 2023 年完成所有设施设备拆除。目前地块处于闲置状态。
Y 企业始建于 1998 年，占地面积 23.7 hm2。 2006 年技改后建设 TJL4350D 型双联下喷单热焦炉，生产规模为年产干全焦 60 万 t。重点生产区域包括炼焦区、化产区以及生化处理区等。企业于 2022年对所有焦化项目设施设备完成拆除，地块内仅保留部分洗煤项目。
1.2 水文地质概况
研究区二级水文地质单元为燕山、太行山水文地质亚区。两座焦化厂直线距离约9 km，紧邻同一地表水系沿岸两侧（图1）。两地块地下水类型为潜水，含水层岩性一致，均为卵砾石-砂土。地下水流向总体受地表水系与地形影响，表现为河谷一侧由地势高处向河谷低洼处径流。研究区潜水含水地层松散，且基本稳定连续，地下水与地表水之间以及同一层位地下水上下游之间连通性较好。地下水总体上呈相互补给关系，补给来源主要为大气降水入渗、河道径流入渗及两岸裂隙水入渗补给；排泄方式主要有侧向排泄进入河谷、蒸发排泄、垂直入渗补给下伏基岩含水层等。
根据本次浅层钻孔揭露情况，研究区工程地质概况分为以下4层：第①层：杂填土层，呈褐黄色，可见砖石块，该层厚度 3.5 m。第②层：中砂土，杂色，土层较松散，稍湿。该层厚度 1.0 m。第③层：卵砾石、砂土层，杂色，砾径 0.5～5 cm，本层为潜水含水层，层厚1.5 m。第④层：粉质黏土，棕黄色，致密，顶板较湿。本层为相对隔水层，揭露深度 3 m（未揭穿，图2，表1）。
图1焦化厂位置分布影像图
表1地层岩性特征参数一览
图2研究区水文地质剖面图
2 点位布设
2.1 厂布点位置
（1）Z厂点位布设
厂内所有设施设备包括地下储槽、储罐、管线以及池体等均已完成拆除。结合厂区历史卫星影像以及平面布置图，在厂区内土壤具有明显污染痕迹（黑色焦油泄露，刺激性气味明显）的硫铵工段原废液池边布设一处内部监测点（水土共用点），编号 GW04；在厂区范围外西侧约 25 m 布设 1 处西扩散点（同时为上游对照点，土壤点位），编号 S01；在厂区东边界外约 10 m 布设一处东扩散点（水土共用点），编号 GW02；在厂区外南侧约 39 m 布设一处下游扩散点（水土共用点），编号 GW03。点位布设情况详见图3。
（2）Y厂点位布设
厂内焦化设施设备均已于2022年完成拆除，目前仅保留洗煤项目。根据历史影像以及现场核查，在精煤堆场事故池北侧 3 m 布设一处水土共用点位，编号GW05；在原冷鼓电捕工段紧邻废液池下游方向 5 m 布设一处土壤点位，编号 S06；在厂区西侧边界外 27 m 布设一处西扩散点 GW01；在厂区东侧边界外 57 m 布设一处东扩散点（同时为下游扩散点），编号GW02。点位布设详见图4。
图3Z厂土壤地下水点位分布图
图4Y厂土壤地下水点位分布图
2.2 样品采集
土壤、地下水样品采集按照《地下水环境监测技术规范》（HJ 164-2020）、《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》（HJ 25.2-2019）开展（生态环境部，2019，2020）。Z企业采集土壤样品14个，地下水样品 2 个。Y 企业采集土壤样品 14 个，采集地下水样品3个。以上样品不包含平行样。
钻探采用 GJ 240-2S 钻机，钻进方式冲击。用于检测重金属及无机污染物的土壤样品使用木铲采集，用于检测 VOCs 和 SVOCs 的土壤样品使用非扰动采样器进行采集，并装入放置有甲醇保护剂的 40 ml棕色瓶内密封保存。地下水含水层类型为潜水，采集深度为2.6~5.8 m。地下水样品使用贝勒管采集，使用聚乙烯瓶和棕色硬质玻璃瓶作为采集容器。地下水样品保存根据不同的检测项目，分别在棕色玻璃瓶放入硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氧化钠以及抗坏血酸等保护剂密封保存。所有样品均放入置有蓝冰的保温箱（0~4℃）内避光保存，使用汽车运输12 h内送达实验室。
2.3 检测分析
根据《地下水环境监测技术规范》附录F石油加工、炼焦和核燃料加工业”中污染源潜在特征污染项目，结合企业原辅材料使用情况及生产工艺，识别特征污染物主要包括汞、砷、苯并[a]蒽、苯并[a] 芘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、䓛、二苯并[a，h]蒽、茚并[1，2，3-cd]芘、萘、蒽、苯酚、苊烯、苊、芴、菲、荧蒽、芘、苯并（g，h，i）苝、氰化物、氟化物、苯、甲苯、乙苯、间二甲苯+对二甲苯、邻二甲苯、硝基苯、苯乙烯、石油烃（C10~C40）等。土壤地下水样品采用现行标准方法进行检测（环境保护部，2009，2011，2012，2016）。
3 结果与讨论
3.1 土壤
3.1.1 检出情况分析
（1）Z厂
检出污染物 25 项，其中常规项目包括氨氮、总氟化物、砷、镉、铜、铅、汞、镍、锌；特征项目包括石油烃（C10~C40）、萘、苊烯、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a] 蒽、䓛、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1，2，3-cd]芘、二苯并[a，h]蒽、苯并[g，h，i]苝。常规项目以及特征污染物石油烃（C10~C40）检出率为100%，检测值均未超过一类用地筛选值。挥发性有机物在所有点位均未检出。多环芳烃类有机物在厂内 GW04点位有检出，其中萘、二苯并[a，h]蒽、苯并[g，h，i]苝检出率均为7.14%，其余多环芳烃有机物检出率 14.29%。PAHs检测值均未超过建设用地土壤污染风险一类用地筛选值。
（2）Y厂
检出污染物 26 项，其中常规项目包括氨氮、总氟化物、砷、镉、铜、铅、汞、镍、锌；特征项目包括石油烃（C10~C40）、萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、䓛、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1，2，3-cd]芘、二苯并[a，h]蒽、苯并[g，h，i]苝。常规项目以及特征污染物石油烃（C10~C40）检出率为 100%，检测值均未超过一类用地筛选值。
3.1.2 污染情况分析
Z厂重金属、氨氮、总氟化物和石油烃（C10~C40） 等常规项检出率100%，检测值均未超过一类用地筛选值；2 个土壤样品检出 15 项 PAHs，均位于厂内硫铵工段废液池 GW04 点位，样品采集深度 0~0.5 m、 0.5~1.0 m。以上多环芳烃类有机物虽然未超标一类用地筛选值，但结合地块特征，认为以上污染物检出即污染，进一步说明地块内硫铵工段在生产时废液可能通过跑冒滴漏进入表层土壤中，并且已经向浅层土壤中渗透。厂区边界外周边设置 3 处点位，均未检出特征污染物，判断污染未扩散至厂外。
Y厂重金属、氨氮、总氟化物和石油烃（C10~C40） 等常规项检出率 100%，检测值均未超过一类用地筛选值；S06点位表层（0~0.5 m）土壤样品检出16项 PAHs且均未超过一类用地筛选值。厂区边界外在地下水流向上下游分别设置一处水土共用点位，土壤样品检出项均未超标一类用地筛选值，特征污染物未检出，判断污染未扩散至厂外（表2）。
两家企业特征污染物检出项基本一致，主要为 PAHs，该类型有机物为焦化行业重点关注特征污染物，大量存在于焦油和各种焦化废水中。检出点位位于硫铵、冷鼓工段废液池周边，采样位置为表层—浅层（0~1.0 m）。废水池为各类生产废水、固废汇集处，包括酸焦油、冷凝液以及蒸氨废水等，具有废水储存量大，污染物种类多的特点。地下池体属于隐蔽设施，池体发生破损无法及时发现，废水通过地表管道跑冒滴漏以及池体破损处渗透至周边土壤，在重力作用下迁移至下层土壤，对土壤造成污染。
表2Z/Y厂土壤中污染物检测结果对比
3.2 地下水
3.2.1 检出情况分析
（1）Z厂
对地块内部以及周边地下水检测结果进行统计分析，发现在 GW03、GW02 两个点位耗氧量检测值超标Ⅳ类限值，最大检出值 24.6 mg/L，最大超标倍数1.46倍；硫酸盐在3个点位均超标，最大检出值 2020 mg/L，最大超标倍数 4.77 倍；锰在 GW04 点位超标，最大检出值4.31 mg/L，最大超标倍数1.87倍； 硝酸盐在GW02点位超标，最大检出值62.1 mg/L，最大超标倍数1.07倍；总硬度在3个点位均超标，最大检出值 1540 mg/L，最大超标倍数 1.4 倍。检出情况见统计表3。
（2）Y厂
对超标Ⅳ类水检测项进行统计分析，氨氮在 GW05点位超标，最大检出值2.28 mg/L，最大超标倍数 0.52倍；铁在GW05点位超标，最大检出值3.48 mg/L，最大超标倍数0.74 mg/L；锰在GW05点位超标，最大检出值5.45 mg/L，最大超标倍数2.63倍；铝在GW05 点位超标最大检出值 3.5 mg/L，最大超标倍数 6 倍； 硫酸盐在 3 个点位均超标，最大检出值 1560 mg/L，最大超标倍数 3.46 倍。地块内外点位均未检出多环芳烃类有机污染物。检出情况见统计表4。
3.2.2 污染情况分析
通过比对研究，认为研究区地下水中主要超标污染物为一般化学指标，包括氨氮（以N计）、铁、锰、铝、硫酸盐、硝酸盐（以N计）、耗氧量等，超标点位在厂内外均有分布。研究区广泛分布煤矿、硫铁矿以及铝土矿，矿山开采破坏了地层原有化学环境，残留在其中的还原态硫化物氧化为硫酸，含有大量硫酸盐的矿井水、老窑水通过各种补径排方式渗入岩层裂隙以及地下水中，导致地下水中硫酸盐含量超标。本次工作对采集的地下水进行现场水质快速检测，地下水 ORP 为负值，说明地下水环境呈还原性。地层中铁锰铝等氧化物在还原环境下被淋滤溶解，进一步导致上述污染物的超标。
值得注意的是，Z 企业地块内 GW04 点位地下水样品检出特征污染物苯，检出值 0.0898 mg/L。苯为LNAPLE污染物，当其渗漏在地表时，在包气带重力及毛细力作用下跟水一样做垂直迁移（Fitter， 2018），长年渗漏使得苯在地下水饱和带上层聚集，在水力梯度作用下沿污染羽持续扩散（王瑞军等， 2024）。本研究在厂区南侧边界位置（下游方向）布设的监测点地下水样品中未检出苯，进一步说明该类型污染物尚未扩散至厂外。
表3Z厂地下水污染物检测结果统计
表4Y厂地下水污染物检测结果统计
4 结论
（1）通过对处于同一水文地质单元的 2 家已拆除焦化地块内部及边界外土壤污染状况进行研究，发现上述地块内表层—浅层土壤中分别检出15项、 16项PAHs。通过比对研究，发现PAHs检出点位分别位于硫铵工段以及冷鼓工段，均属于焦化厂化产区域。特征污染物的检出说明地块内土壤污染与企业历史生产活动具有紧密联系。土壤中污染物主要富集于表层—浅层（0~1.0 m），粉土以及粉质黏土互层有效阻隔了污染物在纵向的扩散。两家焦化地块均处于河谷二级阶地水文地质单元，特征污染物 PAHs在两处企业边界处对照点和扩散点均无检出，说明在河谷阶地水文地质单元背景下，焦化厂土壤中多环芳烃类有机物扩散能力有限，污染主要集中在企业内部重点区域，一般情况下不会扩散至厂区外部。建议后期对于该区域其他焦化企业土壤污染管控范围集中在厂区内部，以重点设施设备或重点区域为单元进行分级管控修复。
（2）研究区潜水埋藏深度基本一致（4.3~4.4 m），地块内部地下水样品检出超标项目主要为重金属、硫酸盐以及硝酸盐等一般化学指标，而这些项目在企业边界外点位均有检出，且检出值整体偏高。这与区域地层分布、矿山开采活动密切导致背景值整体偏高相关，与企业历史生产活动相关度较低。值得注意的是Z企业地块内地下水检出挥发性有机物苯，检测值虽然未超标Ⅳ类水限值，但苯作为焦化企业典型特征污染物，认为企业历史生产活动已经对潜水造成一定污染，检测结果同时表明污染范围尚未扩散至厂区外。粉质黏土作为研究区潜水隔水层，未检出特征污染物，说明污染物未随着地下水扩散至深部地层中。故在河谷阶地水文地质单元背景下，地下水重点防控层位为潜水含水层，重点防控范围集中在厂区内部。
（3）本研究以搬迁拆除焦化地块作为样本，对地块内外土壤和地下水样品污染分布特征进行比对分析。后续可从以下几方面深入开展：一是对焦化企业化产区域重点设施设备周边加密布点，探索焦化企业厂区内部重点区域污染物分布规律；二是开展污染物空间扩散迁移研究，尤其是进一步建立 PAHs、苯系物等特征污染物在地下水中迁移扩散模型，以期为焦化地块开展土壤和地下水污染协同防治提供空间分布依据。