工业燃煤的环境遗产：追踪土壤中无机与有机污染物的指纹图谱

《International Journal of Coal Geology》：The environmental legacy of industrial coal combustion: tracing inorganic and organic contaminants in soils

本研究针对葡萄牙Sines热电厂（S-TPP）停运后遗留的环境问题，通过多分析方法（岩石学与地球化学技术）揭示了周边土壤受燃煤活动影响的污染指纹。研究发现，污染物（如As、Ba、Co、Cr、Ni、Se、U、V等潜在毒性元素及多环芳烃等有机污染物）在南部区域富集程度更高，主要源于飞灰、煤颗粒的迁移与沉降，导致土壤粒度、碱度、电导率、总有机碳（TOC）和总硫（TS）等理化性质显著改变。该研究为识别燃煤遗留污染提供了关键方法学支持，对全球类似区域环境修复与能源转型政策制定具有重要参考意义。

　　

随着全球应对气候与能源危机并推动能源转型，尽管煤炭正逐步被淘汰，但认识化石燃料遗留的环境影响对于识别其使用对碳循环的影响至关重要。葡萄牙于2021年关停了最后两座燃煤热电厂，其中包括运营数十年的Sines热电厂（S-TPP）。然而，其长达数十年的工业活动留下的环境遗产却未知。这片区域紧邻大西洋海岸和Costa Vicentina自然公园，环境敏感，但此前缺乏系统的土壤质量研究。识别燃煤活动在土壤中留下的污染指纹，不仅关乎当地生态健康，也是理解全球范围内类似工业遗产影响的关键。

为了揭示Sines热电厂遗留的环境影响，研究人员在《International Journal of Coal Geology》上发表了题为"The environmental legacy of industrial coal combustion: tracing inorganic and organic contaminants in soils"的论文。研究团队在S-TPP周边采集了34个表层土壤样本，重点分析了南部（S）和北部（N）区域的差异，并采用多分析方法进行综合表征。

研究采用的关键技术方法包括：1) 土壤样品的粒度分析以及pH、电导率（EC）、总有机碳（TOC）和总硫（TS）的测定；2) 通过电感耦合等离子体发射光谱/质谱（ICP-ES/MS）和高频原子吸收光谱（HF-AAS）分析主要、次要和微量元素化学组成；3) 应用有机岩石学（Organic Petrology）技术，通过光学显微镜观察抛光块片，识别和定量土壤中的污染物颗粒，如煤颗粒、炭屑（char）、玻璃质团聚体（glassy agglomerates）、无机球体（inorganic spheres）和金属颗粒（metallic particles），并依据ICCP（国际煤与有机岩石学委员会）命名法进行分类。

4.1. 土壤的粒度组成和理化特性

土壤样品以砂质为主，砂粒（0.063–2 mm）平均占比88.31%。南部区域样品的粉砂+粘土含量平均约为13%，显著高于北部区域（约5%）和本地参考土壤（SS25，6.40%）。样本SS8（观察到与灰烬样物质混合）的粉砂+粘土含量高达46.66%。南部区域土壤的pH值、EC、TOC和TS普遍更高且变异性更大。例如，南部土壤EC平均值（131.0 μS/cm）远高于北部（41.7 μS/cm）；TOC在南部样本中最高可达18.96%（SS10 A），而北部样本均低于2%。这些差异表明南部土壤受到了外源污染物（如飞灰）的混入影响。

4.2. 化学组成

土壤的化学组成分析显示，南部区域样品中多种主要、次要和微量元素（如Al、Fe、Ca、Ti以及As、Ba、Co、Cr、Ni、U、V等潜在毒性元素）的浓度显著高于北部区域和参考土壤。样本SS8（土壤与灰烬混合物）中大多数微量元素浓度异常高，例如Ni含量达194 mg kg^-1，V含量达425 mg kg^-1。与欧洲土壤基线值及葡萄牙环境署（APA）规定的阈值相比，南部区域多个样品的As、Ba、Co、Cr、Ni、Se、U、V等元素浓度超标，尤其是Se（13个样品超标）。这表明飞灰和煤颗粒的输入是土壤中潜在毒性元素富集的主要来源。

4.3. 岩石学组成

岩石学观察在土壤中识别出天然近期有机质以及源自燃煤的污染物颗粒。南部区域污染物颗粒（煤、炭屑、金属颗粒等）的数量显著多于北部。样本SS3 B（覆盖土壤的黑色薄层）主要由煤细粒团聚体组成；SS8（土壤与飞灰混合物）富含炭屑颗粒；SS10 A（覆盖在灰层上的土壤）则富含煤和炭屑颗粒。这些观察结果与TOC的高值相吻合，证实了有机污染物（煤和炭屑）的输入。玻璃质团聚体和铁质球体在所有样品中均有发现，但数量较少。

研究表明，Sines热电厂数十年的运营在周边土壤，特别是其南部区域，留下了清晰的环境污染指纹。污染物主要来自烟囱排放的飞灰和气体，以及煤炭、飞灰在储存、处理和填埋过程中的迁移扩散。受盛行风（N-NW方向）影响，污染物在南部区域更易富集。飞灰和煤颗粒的混入改变了土壤的物理化学性质：增加了细颗粒物质（粉砂+粘土）比例；飞灰的碱性特性导致土壤pH升高；飞灰中可溶性元素的浸出使电导率（EC）增加；煤和未燃碳颗粒的输入显著提高了总有机碳（TOC）和总硫（TS）含量，二者呈现强正相关（r = 0.93）；飞灰作为潜在毒性元素的富集体，导致了As、Ba、Co、Cr、Ni、Se、U、V等元素浓度升高，部分甚至超过国家参考值。相关性分析进一步揭示了元素之间的共生关系，例如TOC与TS、Hg、Mo的强相关性指示了这些元素与有机质的亲和性。

这项研究的意义在于，它综合运用地球化学和有机岩石学方法，精准地识别和表征了工业燃煤在土壤中遗留的无机和有机污染物，建立了可靠的污染指纹识别体系。这不仅为Sines地区的环境评估和修复提供了科学依据，其方法学和研究结论也可推广至全球其他拥有或曾有燃煤热电厂的区域，有助于评估能源转型过程中的环境遗产，并为制定相应的环境管理和修复策略提供关键信息。在追求气候中和目标的背景下，认清并妥善处理化石燃料的遗留问题，是实现真正绿色转型不可或缺的一环。