我国是煤炭大国,煤化工行业在发展国民经济的同时对环境造成了沉重负担。焦化厂属于煤焦加工产业,焦化厂主要废弃物包括焦化污泥、焦油渣、焦粉、硫膏与焦化废水等,焦化废弃物对焦化厂区内以及周边环境都会造成较严重的污染,焦化厂工业生产会改变厂区土壤生态环境,对厂区及周围生态环境产生严重不良影响。重金属是一项重要的污染评价指标,对焦化厂废弃物中重金属含量和赋存形态进行分析,并对厂区内土壤进行重金属含量、空间变异性及风险评价研究有利于对进一步加强废弃物资源化利用及综合管理。本研究选取山西省中部、西部和南部的3个典型焦化厂中焦化污泥、焦油渣、焦粉、硫膏、焦化废水及固废存储区周边表层土壤为研究对象,通过微波消解法与原子吸收光谱法对固废、废水及周边表层土壤中Cu、Ni、Pb、Zn、Mn、Cd、Cr共7种重金属含量进行测定。结果发现,不同的废弃物中各重金属含量都有所差异,焦化污泥与焦油渣重金属中Zn、Pb与Mn元素含量相对较高,其中分别位于山西西部B厂与南部C厂的三种重金属含量都达到100 mg/kg以上,B厂三种元素含量甚至超过200 mg/kg;焦粉中含量最高的Zn元素在50 mg/kg以上,B厂焦粉中Pb与Mn含量也相对较高,都超过50 mg/kg;硫膏中Zn和Cr元素含量较高,山西中部的A厂中Zn与Cr含量都在50-160mg/kg范围内;焦化废水进水与出水中含量最高的重金属都是Zn,进水Zn含量在0.40-0.65 mg/L之间,出水Zn含量在0.35-0.45 mg/L之间。通过对固体废弃物中重金属的赋存形态进行分析以及风险评价,结果表明焦化污泥、焦油渣、硫膏的可提取重金属中可氧化态与残渣态占比相对较高,说明p H发生变化时重金属对植物的有效性较强;焦化污泥中Zn元素可提取态占比约50%,迁移性相对较强,Pb与Mn元素可提取态占比约20%-60%之间;B、C厂焦油渣可提取的重金属中可氧化态占比较高,可氧化态Zn约占总Zn的40%;焦油渣中Pb、Zn污染情况较严重;焦粉与焦油渣组分相似,主要包含石英、铁矿等物质,由于固定碳含量较高,因此Zn与Mn元素主要以酸可交换及碳酸盐结合态和残渣态形式存在,B、C厂焦粉中酸可提取态Zn、Mn元素的占比都在20%-40%范围内;硫膏中含有大量S元素与S-O键,容易与重金属结合并提高可提取态重金属的占比,A厂可提取态Zn与Cr占比约70%-90%;对于焦化污泥都存在Cd、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn不同程度的污染情况,引起焦油渣的重污染水平与极高生态风险的重金属除Cd外还有高含量Pb的影响,硫膏中Pb与Zn存在低至中度污染;尽管各固废中Cd元素含量较低,但其较高的毒性响应系数是固废高至极高生态风险的主要原因;人体健康风险评估结果表明固废中Cr元素容易对焦化厂工作人员产生一定的健康风险,主要暴露途径为误食与皮肤接触。对于焦化厂区表层土壤中重金属分布的进一步研究发现,焦化厂内固废存储区周边水平表层土壤中Mn、Zn、Pb、Cu含量较高,Mn元素含量在300–800 mg/kg之间,Zn与Cu都超过50 mg/kg,Pb在20–150 mg/kg范围内;主成分分析表明A厂土壤中Ni、Cd、Mn元素受焦化厂影响较大,B厂土壤中Ni、Pb元素与焦化厂有关,C厂土壤中Mn、Cd、Cr受焦化厂的影响相对较大;土壤重金属残渣态占比相对较高,可提取态中Mn主要为酸可提取态、易还原态,占比都在10%-50%之间,Zn与Pb主要为酸可提取态,Zn的残渣态占比较大,酸可提取态占比都小于20%,Pb的酸可提取态占比基本都大于20%;Mn、Cu、Zn元素在垂直方向都具有明向的空间变异性:随着垂直深度的增大,Mn总量升高,Cu、Zn总量降低,酸可提取态Mn逐渐占比减少,易还原态Mn占比增大,Cu逐渐转化为不可提取形式;结合主成分分析发现B厂与C厂土壤中Cu与Mn的空间变异性受自然因素的影响相对较大。土壤重金属污染的生态风险评价表明Cu、Pb与Cd的污染程度较严重,土壤重金属较高的生态风险由Cd元素引起,而人体健康风险评价表明焦化厂内成人与儿童都可能面临一定Cr暴露的致癌风险。