美國(guó)燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)復(fù)墾應(yīng)用對(duì)我國(guó)的啟示

蘇清發(fā)，陳永瑞，賴毅強(qiáng)，吳慕正

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

美國(guó)燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)復(fù)墾應(yīng)用對(duì)我國(guó)的啟示

蘇清發(fā)，陳永瑞，賴毅強(qiáng)，吳慕正

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

從美國(guó)礦區(qū)土地復(fù)墾的主體、資金來(lái)源、管理體系、費(fèi)用評(píng)估、效果評(píng)價(jià)及環(huán)境影響等角度，介紹了燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)土地復(fù)墾的應(yīng)用情況。美國(guó)自1977年聯(lián)邦《復(fù)墾法》施行以來(lái)，已形成了完整的礦區(qū)土地復(fù)墾指導(dǎo)體系，并擁有大量成功案例。若能借鑒美國(guó)經(jīng)驗(yàn)，將我國(guó)燃煤副產(chǎn)物應(yīng)用于礦區(qū)土地復(fù)墾，不僅能促進(jìn)我國(guó)土地復(fù)墾工作開(kāi)展，還能有效解決燃煤副產(chǎn)物處置難的問(wèn)題。

美國(guó)；燃煤副產(chǎn)物；土地復(fù)墾

1 前言

燃煤副產(chǎn)物主要包括：粉煤灰、爐渣、脫硫石膏和脫硫灰等。早期一些燃煤企業(yè)如：發(fā)電廠、供熱鍋爐、企業(yè)自備鍋爐、鋼鐵廠等都位于城市邊緣，大量燃煤副產(chǎn)物被用于建材制品、水泥、混凝土和石膏制品等。隨著城市化進(jìn)程加快，人們對(duì)生活環(huán)境的要求越來(lái)越高，更多企業(yè)和鋼鐵廠外遷，坑口電廠涌現(xiàn)，使得燃煤副產(chǎn)物的產(chǎn)生地與使用地距離越來(lái)越遠(yuǎn)，給燃煤副產(chǎn)物綜合利用帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

國(guó)辦發(fā)〔2014〕31號(hào)文“能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃”提出[1]，到2020年，國(guó)內(nèi)一次能源生產(chǎn)總量達(dá)到42億噸，并推進(jìn)煤電大基地大通道建設(shè)，重點(diǎn)建設(shè)14個(gè)億噸級(jí)大型煤炭基地和9個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)的大型煤電基地，發(fā)展遠(yuǎn)距離大容量輸電技術(shù)，擴(kuò)大西電東送規(guī)模，實(shí)施北電南送工程。由此可見(jiàn)，我國(guó)一次能源主要依賴于煤炭的情況在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)難以改變，國(guó)內(nèi)的燃煤副產(chǎn)物貯存量將進(jìn)一步增加，且集中在中西部和內(nèi)蒙古地區(qū)，將進(jìn)一步加劇地區(qū)綜合利用不平衡的趨勢(shì)。

在美國(guó)，自1977年《露天采礦管理與土地復(fù)墾法》頒布以來(lái)，大部分臨近礦區(qū)的燃煤副產(chǎn)物被用于規(guī)?；V區(qū)復(fù)墾，一方面減少了因燃煤副產(chǎn)物填埋處置帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，另一方面充分可發(fā)揮燃煤副產(chǎn)物的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)在礦區(qū)土地復(fù)墾中綜合利用，消除由不當(dāng)處置帶來(lái)的二次污染。截至目前，尚未出現(xiàn)因燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)土地復(fù)墾應(yīng)用而導(dǎo)致環(huán)境破壞的現(xiàn)象[2,3]，相反還有助于礦區(qū)原有生態(tài)的恢復(fù)。

在我國(guó)，目前礦區(qū)土地復(fù)墾率只有25%，遠(yuǎn)低于國(guó)際上50%～70%的平均水平[4]。雖然在國(guó)家層面，關(guān)于礦區(qū)復(fù)墾的法律有很多，但現(xiàn)行的有關(guān)礦區(qū)復(fù)墾法律條文過(guò)于分散、規(guī)定較籠統(tǒng)、復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)不明確、缺乏執(zhí)法和保障機(jī)制等，尤其是沒(méi)有對(duì)燃煤副產(chǎn)物是否可以在礦區(qū)土地復(fù)墾中應(yīng)用、如何開(kāi)展燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)復(fù)墾應(yīng)用等做出明確規(guī)定[5]。從而導(dǎo)致我國(guó)礦區(qū)土地復(fù)墾率較低，且鮮有燃煤副產(chǎn)物用于礦區(qū)土地復(fù)墾的報(bào)道。

因此，美國(guó)燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)土地復(fù)墾的綜合利用方式值得我國(guó)借鑒，尤其是對(duì)燃煤副產(chǎn)物綜合利用較低、位置偏遠(yuǎn)的中西部和內(nèi)蒙古地區(qū)的煤電基地。

2 美國(guó)燃煤副產(chǎn)物綜合利用情況

如圖1所示，根據(jù)美國(guó)煤灰協(xié)會(huì)（ACAA）的統(tǒng)計(jì)[6]，從2002年起，美國(guó)燃煤副產(chǎn)物產(chǎn)量在11～13億噸/年，綜合利用量穩(wěn)中有升，從2002年的約4600萬(wàn)噸上升到2015年的約6100萬(wàn)噸，其中礦區(qū)土地復(fù)墾綜合利用量從約233萬(wàn)噸上升到1380萬(wàn)噸，占燃煤副產(chǎn)物綜合利用上升量的76.5%。

圖1 美國(guó)燃煤副產(chǎn)物產(chǎn)量、綜合利用量及其在礦區(qū)土地復(fù)墾的應(yīng)用比例

由此可見(jiàn)，受市場(chǎng)體量和需求的限制，美國(guó)近年來(lái)燃煤副產(chǎn)物綜合利用率的提高，主要得益于燃煤副產(chǎn)物在電廠臨近礦區(qū)土地復(fù)墾的大量推廣應(yīng)用。美國(guó)燃煤副產(chǎn)物綜合利用趨勢(shì)與我國(guó)西北、西南、內(nèi)蒙古等煤電基地區(qū)域相類似，其綜合利用方式對(duì)我國(guó)具有一定的借鑒意義。

3 美國(guó)燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)土地復(fù)墾應(yīng)用情況

3.1 法律法規(guī)

1939年，西弗吉尼亞州發(fā)布了美國(guó)歷史上第一部管理煤炭開(kāi)采業(yè)的法律《露天采礦與土地復(fù)墾法》（以下簡(jiǎn)稱“復(fù)墾法”），并指定州礦業(yè)主管部門(mén)為這部法律實(shí)施的唯一管理機(jī)構(gòu)。

1975年，有34個(gè)州政府制定了相關(guān)的土地復(fù)墾法規(guī)，其余州也按照本州的特點(diǎn)頒布了土地復(fù)墾管理?xiàng)l例。

1977年，美國(guó)聯(lián)邦政府頒布了《露天采礦管理與土地復(fù)墾法》，并成立專門(mén)土地復(fù)墾管理機(jī)構(gòu)—美國(guó)露天采礦與復(fù)墾執(zhí)行辦公室（OSMRE），并在23個(gè)州政府設(shè)置了機(jī)構(gòu)，使美國(guó)的露天采礦管理與土地復(fù)墾走上了法制化的軌道。

隨后，《復(fù)墾法》正式實(shí)施，并授權(quán)各州政府、部門(mén)，在與《復(fù)墾法》不相沖突的情況下，均可建立自己的土地復(fù)墾法規(guī)、指南等。以俄亥俄州為例：1992～1999年，俄亥俄州環(huán)保署在0400.007政策下，開(kāi)展了脫硫副產(chǎn)物在礦區(qū)復(fù)墾應(yīng)用項(xiàng)目；1999年修訂ORC 1513，正式允許脫硫副產(chǎn)物用于俄亥俄州煤礦礦區(qū)土地復(fù)墾。

3.2 復(fù)墾主體

以1977年為分界線，礦區(qū)復(fù)墾主體分為兩類：1977年以前的廢棄礦區(qū)土地（Abandoned Mine Land, AML）由當(dāng)?shù)卣栈夭⒇?fù)責(zé)復(fù)墾；1977年以后在建和新建的礦區(qū)土地復(fù)墾由礦主負(fù)責(zé)。

3.3 資金來(lái)源（如圖2所示）

圖2 美國(guó)礦區(qū)復(fù)墾資金來(lái)源

（1）在建、新建礦山——保證金制度

礦主必須提交煤炭開(kāi)采計(jì)劃與土地復(fù)墾計(jì)劃，并向內(nèi)政部繳納土地復(fù)墾保證金，才能申請(qǐng)采礦許可證。保證金的數(shù)額根據(jù)各個(gè)采礦區(qū)的地理、水文、地質(zhì)、植被等不同而有所差異，由管理機(jī)關(guān)決定。

（2）廢棄礦區(qū)——復(fù)墾基金

基金由內(nèi)政部管理，主要用于已廢棄礦山的復(fù)墾，在國(guó)庫(kù)中設(shè)立了廢棄礦山復(fù)墾基金，各個(gè)州也在本州設(shè)立了廢棄礦山復(fù)墾保證金。

3.4 管理主體

由各州政府制定的礦區(qū)復(fù)墾管理機(jī)構(gòu)主管，OSMRE執(zhí)行監(jiān)督權(quán)力。例如，在美國(guó)俄亥俄州，礦區(qū)復(fù)墾管理機(jī)構(gòu)為自然資源部礦物資源管理局（DMRM）。

每個(gè)州的礦區(qū)復(fù)墾管理機(jī)構(gòu)根據(jù)聯(lián)邦礦區(qū)復(fù)墾法制定適合本州的具體細(xì)則。以俄亥俄州為例：對(duì)于廢棄礦區(qū)土地（AML）項(xiàng)目（包括使用燃煤副產(chǎn)物），基于編制的復(fù)墾計(jì)劃，由DMRM頒發(fā)許可證書(shū)給承包商。在使用燃煤副產(chǎn)物的項(xiàng)目中，項(xiàng)目完成5年內(nèi)需對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且地面無(wú)侵蝕或侵蝕得到解決，隨后DMRM將最終完成許可頒發(fā)給承包商。

對(duì)于正在開(kāi)采的礦區(qū)項(xiàng)目，需對(duì)原有的采煤許可進(jìn)行修正（APR）。APR被批準(zhǔn)后，運(yùn)營(yíng)商需提交2500美元/畝保證金。一旦CCBs復(fù)墾完成，將返還一半的保證金給運(yùn)營(yíng)商。接下來(lái)5年內(nèi)需進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)和植被恢復(fù)評(píng)估，如果最終通過(guò)評(píng)估，則返還全部保證金。

3.5 復(fù)墾費(fèi)用

復(fù)墾費(fèi)用與礦區(qū)場(chǎng)地情況、復(fù)墾難度、運(yùn)輸距離等息息相關(guān)。

根據(jù)2004～2008年俄亥俄州自然資源部礦產(chǎn)資源管理局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，礦區(qū)復(fù)墾費(fèi)用約為1.2萬(wàn)美元/畝，折算燃煤副產(chǎn)物復(fù)墾費(fèi)用1.05美元/噸。費(fèi)用分?jǐn)偟降V區(qū)復(fù)墾各流程單元的情況為：1）運(yùn)輸/道路，總費(fèi)用的5%；2）清理、除根和邊坡穩(wěn)定，1775美元/畝；3）排水，1.32美元/m3；4）土方工程，2.62美元/m3；5）石頭引水溝道，31美元/噸；6）植被恢復(fù)，1468美元/畝；7）景觀維護(hù)，400美金/畝。

礦物資源管理局2016年最新估計(jì)，高墻邊坡復(fù)墾費(fèi)用約2萬(wàn)美元/畝。AEP在Conesville電廠Five-Points礦區(qū)復(fù)墾的費(fèi)用為：8.1萬(wàn)美元/畝×22畝 = 178.2萬(wàn)美元，回填量為170萬(wàn)噸，相當(dāng)于復(fù)墾費(fèi)用約為1.05美元/噸。

3.6 復(fù)墾限制因素及評(píng)估

礦區(qū)復(fù)墾方案是經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境三方面綜合考慮后確定（如圖3），礦區(qū)復(fù)墾項(xiàng)目評(píng)級(jí)系統(tǒng)如圖4所示。1）必須與固廢處置系統(tǒng)或設(shè)施不同；2）必須對(duì)人類健康、安全和環(huán)境無(wú)不利影響；3）必須不降低現(xiàn)有土地、空氣和水的質(zhì)量；4）經(jīng)濟(jì)性要求。

圖3 燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)復(fù)墾的限制因素

圖4 礦區(qū)復(fù)墾項(xiàng)目評(píng)級(jí)系統(tǒng)

3.7 地下水監(jiān)測(cè)及環(huán)境影響評(píng)估

礦區(qū)復(fù)墾水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及步驟為：第1年：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室研究、設(shè)計(jì)方案數(shù)值模擬、背景水質(zhì)監(jiān)測(cè)；第2年、第3年：項(xiàng)目許可、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、示范工程項(xiàng)目建設(shè)；3年以后：至少持續(xù)5年水質(zhì)監(jiān)測(cè)。

礦區(qū)復(fù)墾地下水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：溫度、電導(dǎo)率、TFe可溶解固體總量（TDS）、總懸浮固體兩（DSSUM）、pH、Fe、Fe3+、、、Cl-、、Na、K、Ca、Mg、Al、As、Ba、B、Cd、Cr、Cu、F、Pb、、P、Mn、Mo、Ni、、、Se等。

環(huán)境影響評(píng)估項(xiàng)目包括：地勢(shì)地形變化、地面水和地表水水質(zhì)、植被恢復(fù)情況、濕地、野生動(dòng)物等。

迄今為止，還未在美國(guó)燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)復(fù)墾應(yīng)用的項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)因使用燃煤副產(chǎn)物導(dǎo)致地下水或地表水污染的情況。如下表所示，美國(guó)科羅拉多州Trapper Mine礦區(qū)采用干法脫硫燃煤副產(chǎn)物進(jìn)行礦區(qū)復(fù)墾前后地下水水質(zhì)未有明顯變化[7]。俄亥俄州立大學(xué)工程學(xué)院Jason Cheng研究員對(duì)采用穩(wěn)定化脫硫副產(chǎn)物方案的Conesville電廠礦區(qū)復(fù)墾案例及僅采用脫硫石膏方案的Cardinal電廠礦區(qū)復(fù)墾案例的地下水水質(zhì)分別跟蹤監(jiān)測(cè)、分析，結(jié)果見(jiàn)圖 5。

從圖5可看出，無(wú)論是氯離子、硫酸鹽還是堿度指標(biāo)，采用穩(wěn)定化脫硫副產(chǎn)物的Conesville電廠礦區(qū)復(fù)墾案例前后地下水水質(zhì)變化極??；而采用純脫硫石膏的Cardinal電廠礦區(qū)復(fù)墾案例復(fù)墾后地下水的硫酸鹽和氯離子指標(biāo)逐漸向脫硫石膏浸出濃度指標(biāo)靠攏，表明地下水水質(zhì)已一定程度受到脫硫石膏影響，這與脫硫石膏自身無(wú)自硬性、硫酸鈣溶解度較高有關(guān)。

Trapper Mine礦區(qū)復(fù)墾GP-4地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況表

圖5 穩(wěn)定化脫硫副產(chǎn)物與純脫硫石膏礦區(qū)復(fù)墾對(duì)地下水的影響

4 對(duì)我國(guó)的啟示

4.1 我國(guó)燃煤副產(chǎn)物綜合利用現(xiàn)狀

根據(jù)2015年中國(guó)環(huán)境年鑒[8]，全國(guó)一般工業(yè)固廢平均綜合利用率為62%（如圖6），各地方工業(yè)固廢綜合利用率極不平衡，中東部地區(qū)綜合利用率較高，其他區(qū)域綜合利用率低；雖然全國(guó)固廢平均綜合利用率尚可，但由于工業(yè)固廢產(chǎn)生量和綜合利用率存在錯(cuò)位，絕大部分產(chǎn)生工業(yè)固廢大省仍有大量工業(yè)固廢不能得到有效利用，如圖7所示，我國(guó)大部分地區(qū)工業(yè)固廢未綜合利用量超過(guò)500萬(wàn)噸/年，如內(nèi)蒙古、山西、河北和遼寧等地，一般工業(yè)固廢未綜合利用量高達(dá)上億噸。

圖6 2014年我國(guó)各地方一般工業(yè)固廢綜合利用率（%）

圖7 2014年我國(guó)各地方一般工業(yè)固廢未綜合利用量（萬(wàn)噸）

燃煤副產(chǎn)物是一般工業(yè)固廢的重要構(gòu)成，主要包括：粉煤灰、高鈣高硫灰、爐渣、脫硫石膏和脫硫灰等。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委發(fā)布最新的《中國(guó)資源綜合利用年度報(bào)告》[9]，2013年末，綜合利用粉煤灰1.8億噸、脫硫石膏2114萬(wàn)噸。不同地域的差異較大，京津冀、珠三角及長(zhǎng)三角等地區(qū)綜合利用率高，而內(nèi)蒙古、西南、西北等地區(qū)綜合利用率相對(duì)較低，累計(jì)存量較大，這與中國(guó)環(huán)境年鑒的一般工業(yè)固廢情況相類似。

隨著14個(gè)億噸級(jí)大型煤炭基地和9個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)大型煤電基地的建設(shè)，我國(guó)燃煤副產(chǎn)物產(chǎn)生量和對(duì)燃煤副產(chǎn)物需求的地域分布矛盾將進(jìn)一步加劇，對(duì)我國(guó)燃煤副產(chǎn)物綜合利用帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。

4.2 對(duì)我國(guó)燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)土地復(fù)墾應(yīng)用的啟示

（1）加強(qiáng)科技支撐。目前，由于缺乏對(duì)國(guó)內(nèi)燃煤副產(chǎn)物的理化特性的深入研究，尤其是重金屬含量及浸出的特性，加上國(guó)家缺乏燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)土地復(fù)墾應(yīng)用的相應(yīng)法規(guī)和指南，從而導(dǎo)致大多數(shù)業(yè)主對(duì)燃煤副產(chǎn)物是否能夠用于礦區(qū)土地復(fù)墾心存疑慮。因此，建議國(guó)家加強(qiáng)對(duì)該領(lǐng)域的科技投入，依托高校、研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)等產(chǎn)、學(xué)、研平臺(tái)，根據(jù)國(guó)內(nèi)具體情況，對(duì)燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)土地復(fù)墾應(yīng)用技術(shù)做系統(tǒng)評(píng)估。

（2）完善法律法規(guī)。雖然我國(guó)擁有類似美國(guó)《露天采礦管理與土地復(fù)墾法》的法律，對(duì)行業(yè)的方向進(jìn)行把控，但是缺乏諸如美國(guó)聯(lián)邦法“CFR Title30”和俄亥俄州“ORC 1513”等可操作性強(qiáng)的法律法規(guī)。因此，建議可以從行業(yè)協(xié)會(huì)著手，制定可行、統(tǒng)一的礦區(qū)土地（3）建立評(píng)估系統(tǒng)。從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等方面考慮，建立一套符合我國(guó)國(guó)情的燃煤副產(chǎn)物在礦區(qū)土地復(fù)墾綜合利用的評(píng)估系統(tǒng)，以更好地指導(dǎo)用戶根據(jù)企業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。

（4）加強(qiáng)宣傳力度。對(duì)歐美國(guó)家礦區(qū)土地復(fù)墾各類案例進(jìn)行剖析，分析其與我國(guó)燃煤副產(chǎn)物和礦區(qū)情況的異同，論證評(píng)估我國(guó)燃煤副產(chǎn)物用于礦區(qū)土地復(fù)墾的可行性，學(xué)習(xí)歐美國(guó)家礦區(qū)土地復(fù)墾的經(jīng)驗(yàn)，消除業(yè)主的疑慮。如，美國(guó)俄亥俄州Conesville電廠和美國(guó)科羅拉多州Trapper Mine分別采用具有一定自硬性和低滲透系數(shù)的穩(wěn)定化脫硫副產(chǎn)物（亞硫酸鈣+粉煤灰+石灰）作為礦區(qū)復(fù)墾底層和邊坡，以消除其它燃煤副產(chǎn)物，如溶解度較高、滲透系數(shù)高的脫硫石膏對(duì)礦區(qū)復(fù)墾后地下水及地表水造成影響。

[1] 國(guó)務(wù)院. 能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）[Z].2014.

[2] KIMERY C.VORIES,ANNA K.HARRINGTON.Proceedings of Flue Gas Desulfurization (FGD) By-Products at Coal M ines and Responses to the National Academ y of Sciences Final Report“M anaging Coal Com bustion Residues in M ines”[J].2006.

[3] W ILLIAM E.WOLFE.FGD BY-PRODUCT UTILIZATION AT OHIO COAL M INE SITES PAST, PRESENT,&FUTURE [J].osu,2010.

[4] 程琳琳.美國(guó)煤礦復(fù)墾保證金制度及啟示[J].中國(guó)土地，2016（10）：43-45.

[5] 王珊珊.美國(guó)土地復(fù)墾制度及對(duì)中國(guó)的啟示[J].法制與社會(huì)，2008（3）：265.

[6] ACAA.Coal Com bustion Products Production & Use Statistics[Z].2016.

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[8] 楊明森.中國(guó)環(huán)境年鑒[Z].2015.

[9] 發(fā)改委.中國(guó)資源綜合利用年度報(bào)告（2014）[Z].2013.

Revelation of Reclamation Application of U.S. Coal-fi red Products in M ine Areas to China

SU Qing-fa, CHEN Yong-rui, LAI Yi-qiang, WU Mu-zheng
(Fujian Longjing Desulfurization and Denitration Engineering Co., Ltd, Fujian Longyan 364000, China)

From the point of view of the main body, sources of fund, management system, evaluation of cost, impact assessm ent and environmental im pact of land re-reclam ation in m ine areas, the paper introduces the app lication of coal-fired by-products in land re-reclamation of m ine areas. Since the U.S. federation < Re-reclamation Act> was imp lemented in 1977, the leading system of the integrated land re-reclamation in m ine areas has been formed and a large amount of successful cases has been held. If we can use the experience of U.S. A. for reference and app ly the coal-fired by-products in the land reclamation of m ine areas, we not only can promote the work development of the land reclamation in our country, but also can efficiently solve the difficult problems in the management of the coal-fired by-products

U.S.A.; coal-fired by-product; land reclamation; revelation

X773

A

1006-5377（2017）05-0057-05