粉煤灰充填塌陷區(qū)復(fù)墾技術(shù)研究

趙凱

摘 要：通過對(duì)樣本的實(shí)驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)分析，得出粉煤灰中重金屬含量低于塌陷區(qū)土壤水體中的重金屬元素含量，符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)粉煤灰充填塌陷區(qū)復(fù)墾技術(shù)對(duì)徐莊煤礦塌陷區(qū)進(jìn)行復(fù)墾，與傳統(tǒng)復(fù)墾相比，投入成本大幅減低。既恢復(fù)了塌陷區(qū)耕地，又利用了粉煤灰，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益巨大。

關(guān)鍵詞：塌陷區(qū)復(fù)墾；粉煤灰充填；重金屬元素；淋溶作用；經(jīng)濟(jì)效益

1 概述

徐莊煤礦塌陷區(qū)塌陷深度從0.7～5.5m不等。由于該塌陷區(qū)屬于高潛水位地區(qū)，故地表塌陷后積水嚴(yán)重，當(dāng)前該區(qū)域主要為魚塘、坑塘水面，部分塌陷影響較小區(qū)域?yàn)楹档?。大屯發(fā)電廠每年用于發(fā)電、供熱消耗燃煤約166萬噸，因而每年產(chǎn)生的粉煤灰40萬噸。發(fā)電廠的粉煤灰、脫硫灰無場地存放，將嚴(yán)重影響電廠生產(chǎn)，甚至停爐。將粉煤灰作為充填材料，充填至徐莊煤礦塌陷區(qū)內(nèi)，再在其上覆蓋一定厚度的土壤，復(fù)墾為耕地。這樣既可以解決粉煤灰的堆存問題，也能解決復(fù)墾充填材料的問題，大大降低復(fù)墾成本，減輕企業(yè)經(jīng)濟(jì)壓力。

2 粉煤灰重金屬元素含量檢測分析

實(shí)驗(yàn)通過對(duì)大屯發(fā)電廠粉煤灰中重金屬元素含量檢測，檢測結(jié)果：砷7mg/kg；鎘未檢出；鉻13mg/kg；銅29mg/kg；汞未檢出；鎳11mg/kg；鉛11mg/kg；鋅37mg/kg；硒4mg/kg；氟19.2mg/l。由此得出以下結(jié)論：粉煤灰樣品中重金屬鎘元素Cd和汞元素Hg均未檢出，可見粉煤灰中這兩種元素的含量極低，可以忽略。將粉煤灰中的重金屬元素含量與國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限制值對(duì)比，尤其是與《GB 15618-2008 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》相比較可見，除了硒Se和氟F兩種元素外，其余重金屬元素含量均低于限制值。

3 粉煤灰中重金屬元素對(duì)土壤的影響分析

由于粉煤灰充填至塌陷區(qū)后，在其上覆蓋土壤，用于種植。粉煤灰中的重金屬元素可能會(huì)滲出至水中，可能造成粉煤灰周圍土壤受到污染。因此通過淋濾實(shí)驗(yàn)檢測粉煤灰中重金屬元素對(duì)土壤的影響。

實(shí)驗(yàn)以淋溶作用為理論基礎(chǔ)，選擇直徑10cm的PVC管，管下口放置濾紙。濾紙上方充填60cm粉煤灰，管道上部通過供液箱淋濾去離子水，管道下方用漏斗和燒杯裝淋濾液，淋濾實(shí)驗(yàn)示意圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)先通過供液箱控制去離子水流速和流量，使粉煤灰達(dá)到水飽和狀態(tài)，淋濾開始時(shí)，適當(dāng)調(diào)高供液箱流量，確保在整個(gè)淋濾過程中，PVC管道中液面始終高于粉煤灰6cm左右，分別接7h、14h、21h、28h和35h的淋濾液，測定其中的重金屬元素含量。通過測試淋濾得到的五種淋濾液中的重金屬元素含量，得知淋濾液中重金屬含量較低，除了硒Se之外，其余元素均為未檢出。粉煤中的重金屬元素在淋濾狀態(tài)下，不易向土壤中轉(zhuǎn)移。

同時(shí)對(duì)徐莊礦儲(chǔ)灰場生長植物重金屬元素含量測試分析，該儲(chǔ)灰已經(jīng)超過三年，一直處于未利用狀態(tài)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在儲(chǔ)灰場的粉煤灰上直接種植多種作物，如高粱、黃豆、南瓜、芝麻、棉花等。其中黃豆為主要農(nóng)作物，故測定黃豆在粉煤灰中生長過程中，粉煤灰中重金屬元素向黃豆中轉(zhuǎn)移的結(jié)果。經(jīng)測定：黃豆中的重金屬元素含量整體較低，在檢測的十種重金屬元素中，只有銅Cu和鋅Zn兩種元素含量較高，其余八種重金屬元素均未檢出。因《GB 2762-2012 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》中，規(guī)定了食品中鉛、鎘、汞、砷、錫、鎳、鉻等重金屬元素的限量指標(biāo)，而無銅Cu和鋅Zn的限量指標(biāo)，說明銅Cu和鋅Zn兩種重金屬元素不屬于對(duì)人體危害程度較高的重金屬元素。而且相對(duì)于之前的舊標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)取消了硒、鋁、氟的限量規(guī)定。

4 復(fù)墾土地利用方向及農(nóng)作物選擇

根據(jù)《上海大屯能源股份有限公司徐莊煤礦塌陷地復(fù)墾可行性研究》（2008.9）中對(duì)于徐莊煤礦塌陷地復(fù)墾的適宜性評(píng)價(jià)，徐莊煤礦塌陷土地原本為耕地的實(shí)際情況，徐莊煤礦塌陷地適宜的復(fù)墾方向?yàn)楦?。通過前文的研究結(jié)果，粉煤灰中的重金屬元素含量低于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且析出情況較小，不會(huì)對(duì)復(fù)墾區(qū)域的土壤及農(nóng)作物造成污染，故徐莊煤礦塌陷區(qū)采用粉煤灰充填復(fù)墾方法復(fù)墾后，土地適宜作為耕地使用。

而由于需要考慮復(fù)墾成本，故粉煤灰上方覆蓋的表土不宜過厚，一般最厚不超過1m。適合種植冬小麥、黃豆、玉米、棉花等。待復(fù)墾土地經(jīng)過數(shù)年種植后，土壤重金屬元素含量比較穩(wěn)定，可考慮種植水稻。

5 粉煤灰充填塌陷區(qū)復(fù)墾實(shí)施及經(jīng)濟(jì)效益

5.1 具體實(shí)施步驟

（1）首先根據(jù)塌陷坑周邊高程與覆土厚度，設(shè)計(jì)粉煤灰的充填標(biāo)高，設(shè)計(jì)在粉煤灰上部壓覆80cm厚土壤；（2）粉煤灰充填至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，靜置并沉淀，上層清水從堤壩的水閘排至堤壩外，優(yōu)先利用其它塌陷坑或順堤河作為泄水區(qū)；（3）堤壩水閘深度要與粉煤灰設(shè)

計(jì)標(biāo)高一致，待粉煤灰沉淀之后，提起水閘，將上層清水排出；（4）粉煤灰充填完畢后，先覆蓋20cm粘土，并用打夯機(jī)夯實(shí)，作為隔離層；（5）在隔離層上部再覆蓋60cm厚耕植土。

在復(fù)墾過程中，要充分考慮粉煤灰充填復(fù)墾帶來的環(huán)境影響，避免造成新的重金屬污染、水土流失、土壤退化等問題。粉煤灰罐車向塌陷積水坑中排粉煤灰時(shí)，要控制出灰壓力，避免粉煤灰出灰過快造成的揚(yáng)散。通過合理布局，降低復(fù)墾投入資金，提高復(fù)墾經(jīng)濟(jì)收益。

5.2 粉煤灰充填塌陷區(qū)復(fù)墾經(jīng)濟(jì)效益

利用粉煤灰充填塌陷區(qū)復(fù)墾，可以大量減少充填塌陷區(qū)所需的土方量，僅表層覆蓋80cm厚土壤。目前徐莊煤礦二期復(fù)墾塌陷積水坑總面積1098.75畝，采用湖泥充填方式，總土方量為154.92萬m3，利用粉煤灰充填，粉煤灰上覆土壤總方量約為58.6萬m3，節(jié)約土方量為96.32萬m3，按照設(shè)計(jì)時(shí)的土方量綜合單價(jià)15.87元/m3計(jì)算，僅此一項(xiàng)，可節(jié)約成本1528.6萬元，畝均投資節(jié)約13912元。

6 結(jié)束語

利用粉煤灰充填塌陷區(qū)復(fù)墾，不僅能恢復(fù)原塌陷區(qū)耕地，改善當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境和生活水平，而且土地復(fù)墾過程中，大大減少復(fù)墾土方量方面的資金，降低復(fù)墾成本，減輕企業(yè)經(jīng)濟(jì)壓力，并解決大屯電廠粉煤灰儲(chǔ)灰場地選擇困難的問題。綜上所述，利用大屯電廠粉煤灰充填徐莊煤礦塌陷區(qū)復(fù)墾，總體利益價(jià)值非?？捎^。

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