钢铁行业土壤污染综述

焦晓强

上海宝发环科技术有限公司 上海 201999

引言

2021年1月25日,习近平在世界经济论坛“达沃斯议程”对话会上发表特别致辞:中国将全面落实联合国2030年可持续发展议程。力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和。钢铁行业做为碳排放大户,在促进国民经济发展的同时,也使土壤受到不同程度的污染,污染种类包括有机污染、重金属污染等,不仅对周围环境造成影响,而且通过污染物迁移,对周边受体健康产生长期危害。随着城市开发扩张,技术、产能落后钢铁企业关停并重新开发利用,污染场地成为焦点。造成土壤污染的成因复杂类型多样,实际修复过程难度比较大。文章分析了土壤修复技术及案例,旨在为钢铁企业土壤修复工作提供参考,以有效降低土壤污染程度,促进社会经济可持续发展。

1 污染类型及危害

目前中国钢铁企业退役地块土壤污染类型及危害主要有:

（1）重金属污染。主要是指汞、铅、镉等以及类金属砷等生物毒性显著的重元素对土壤的污染。具有较强的隐匿性、持续时间长、无法被生物降解,造成粮食减产等影响。

（2）土壤有机物污染。有机物污染物可通过地表径流、大气干湿沉降或土气交换作用进入土壤或大气,多具有致畸、致癌、致突变、内分泌干扰性的特点。

2 修复措施

常用的土壤修复技术主要有:

（1）原位电渗析。是利用电化学、电动力学原理将污染物富集到电极区处理,适用污染范围小的场地。

（2）异位热脱附。将污染土壤移运到专门修复场地,加热使污染物挥发去除。该技术适用于高浓度有机物污染土壤修复,周期跟设备处理能力、污染物性质等有关。国内处理成本约600-3000元/吨。

（3）化学氧化。通过加入氧化剂,使其与土壤中污染物发生反应降低污染物含量。对有机污染土壤处理效果较好,一般用于土壤地下水有机污染联合修复。国内处理成本一般为500-1500元/m3。

（4）多项抽提。将污染物转移到有机溶剂或者超临界液体中,然后对废溶剂进行处理。

（5）土壤淋洗技术修复。通过添加水或合适的增效剂,采用物理分离或增效淋洗等手段,分离重污染土壤组分或使污染物从土壤相转移到液相的技术,淋洗处理可以有效地减少污染土壤的处理量,实现减量化。异位淋洗技术适合处理被重金属、半挥发及难挥发性有机污染的土壤,不适用于土壤细粒（粘/粉粒）含量高于25%的土壤,处理成本约为150-500元/m3。

（6）水泥窑协同处置技术。将污染土壤经预处理后投入水泥回转窑进行焚烧处理,实现无害化处置。水泥回转窑温度高、热稳定性好,能将有机污染物转化为无机物或将重金属固定在水泥熟料中。处理周期与生产能力及土壤量相关,国内成本为800-1000元/m3。

表1 我国工矿业污染土壤修复主要应用的技术

3 案例

案例一:华中某钢铁企业主要从事酸洗、冷轧、连退、热镀锌和彩涂生产,在土壤和地下水自行监测中发现厂区内部分区域存在不同程度的土壤重金属污染,主要污染因子为铅、砷。

污染三维模拟图

通过调查获得数据,制作三维模拟图,污染类型主要为砷污染、铅污染和砷、铅混合污染,按照《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》GB36600-2018中第二类用地筛选值,铅共有10个点位超标,最大超标倍数为1.85倍,超标点位占比20%。砷共有19个点位超标,最大超标倍数为2.9倍,超标点位占比28%。砷超标土壤方量约47603.924m ;铅超标土壤方量约4874.941m ;砷、铅混合超标土壤方量约47823.685m ,合计总修复方量为100302.55m 米。采用土壤淋洗工艺处置重金属砷、铅超标的土壤,处置后能达到目标值通过验收。

案例二:华中某钢铁企业配套附属产业地块占地面积159637m2,历史上主要从事特种气体的制备、存储、输送等业务,地块内有生产区、污水处理区、原辅材料堆存区域、鼓风冷凝区、粗笨区等,目前企业已经关停闲置,未来拟开发为住宅。调查监测因子主要有重金属、有机物、挥发性有机物、石油烃、多氯联苯（总量）等。通过土壤污染状况调查发现苯、氯乙烯、苯并蒽、苯并[a]芘、苯并{b}荧蒽、印并{123-cd）芘、萘、五氯酚、二苯并[a,h]蒽及石油烃等超过《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》GB36600-2018中第一类用地筛选值,超标污染物类型主要是半挥发性有机物,超标深度主要集中于表层土壤。经过对污染土壤的小试、中试,用热脱附工艺可以去除土壤中半挥发性有机物污染情况,去除率达到95%。

4 分析

钢铁企业原址场地可能因原生产活动遗留有各种有害污染物,例如重金属、多环芳烃、二噁英与钛酸酯类化合物等,这些污染物可以通过大气沉降及废渣渗滤等方式进入工业区周边土壤,导致土壤严重污染。当原场址改做其他用途,如住宅、商业用途时,土壤环境中的重金属和有机污染物会严重影响人体健康,引起免疫系统水平失调,影响中枢神经系统,有些物质可能影响消化系统,严重时甚至可能损伤肝脏和造血系统。因此,针对污染物的特性、类别,以及在哪些工序、如何产生污染等问题的深入研究就显得十分必要。

鉴于冶金工业生产自身的特性,其对土壤的污染具有如下特点。

隐蔽性和滞后性。大气、水和废弃物污染比较直观,通过感官即可发现。土壤污染有所不同,它往往需要通过对土壤样品和农作物样品进行化验和检测,甚至通过研究对动物和人的健康状况的影响才能确定。因此,冶金工业对土壤的污染从产生污染到出现问题会滞后较长的时间,不易受到重视。

积累性。在大气和水体中,冶金工业污染物一般都比在土壤中更容易迁移。这使得污染物在土壤中不易扩散和稀释,因此易在土壤中积累而超标,同时也使土壤具有较强的地域性。

不可逆性。冶金工业废物,特别是重金属,对土壤的污染基本上是一个不可逆过程,某些重金属污染的土壤可能需要100年～200年时间才能恢复。

难治理性。切断污染源之后,大气和水体污染通过稀释和自净作用不断好转,但是积累在土壤中的难降解污染物则很难依靠稀释和自净作用来缓解和消除。土壤污染一旦发生,仅仅依靠切断污染源的方法往往很难奏效,有时需要换土、淋洗土壤等方法才能解决问题,其他治理技术可能见效较慢。因此,治理污染土壤通常成本较高,治理周期较长。

结语

随着十四五规划的实施,国内供给侧结构性改革使得传统重工业领域不断升级整合,钢铁行业是重要的基础工业部门,是发展国民经济与国防建设的物质基础。钢铁工业水平也是衡量一个国家工业化的标志。钢铁企业不断升级并购、重组,城市钢铁企业搬迁后,原先的场地可能会遗留多种有毒有害物质而无法直接利用,需要进行场地修复。目前,整个钢铁行业对搬迁后的场地修复尚处于起步阶段,还未形成完善的解决方案。这也从一个侧面说明,城市钢厂搬迁是一个需要慎重考量的问题。针对钢铁企业土壤污染,可从源头抓起促进工业企业转型升级,做好防渗、防污染等工作防止污染。现状调查可引入遥感技术、定期采样监测等便于查明污染。针对已污染场地不同类型采取相应措施,对复合型污染结合多种方法修复,修复过程要考虑对周围环境影响避免二次污染。加强新技术研发并予以政策支持。通过以上措施可有效降低土壤污染程度,促进社会经济可持续发展。