美國燃煤副產物在礦區復墾應用對我國的啟示

蘇清發，陳永瑞，賴毅強，吳慕正

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

美國燃煤副產物在礦區復墾應用對我國的啟示

蘇清發，陳永瑞，賴毅強，吳慕正

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

從美國礦區土地復墾的主體、資金來源、管理體系、費用評估、效果評價及環境影響等角度，介紹了燃煤副產物在礦區土地復墾的應用情況。美國自1977年聯邦《復墾法》施行以來，已形成了完整的礦區土地復墾指導體系，并擁有大量成功案例。若能借鑒美國經驗，將我國燃煤副產物應用于礦區土地復墾，不僅能促進我國土地復墾工作開展，還能有效解決燃煤副產物處置難的問題。

美國；燃煤副產物；土地復墾

1 前言

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

國辦發〔2014〕31號文“能源發展戰略行動計劃”提出[1]，到2020年，國內一次能源生產總量達到42億噸，并推進煤電大基地大通道建設，重點建設14個億噸級大型煤炭基地和9個千萬千瓦級的大型煤電基地，發展遠距離大容量輸電技術，擴大西電東送規模，實施北電南送工程。由此可見，我國一次能源主要依賴于煤炭的情況在未來相當長的一段時間內難以改變，國內的燃煤副產物貯存量將進一步增加，且集中在中西部和內蒙古地區，將進一步加劇地區綜合利用不平衡的趨勢。

在美國，自1977年《露天采礦管理與土地復墾法》頒布以來，大部分臨近礦區的燃煤副產物被用于規模化礦區復墾，一方面減少了因燃煤副產物填埋處置帶來的經濟負擔，另一方面充分可發揮燃煤副產物的優勢，實現在礦區土地復墾中綜合利用，消除由不當處置帶來的二次污染。截至目前，尚未出現因燃煤副產物在礦區土地復墾應用而導致環境破壞的現象[2,3]，相反還有助于礦區原有生態的恢復。

在我國，目前礦區土地復墾率只有25%，遠低于國際上50%～70%的平均水平[4]。雖然在國家層面，關于礦區復墾的法律有很多，但現行的有關礦區復墾法律條文過于分散、規定較籠統、復墾標準不明確、缺乏執法和保障機制等，尤其是沒有對燃煤副產物是否可以在礦區土地復墾中應用、如何開展燃煤副產物在礦區復墾應用等做出明確規定[5]。從而導致我國礦區土地復墾率較低，且鮮有燃煤副產物用于礦區土地復墾的報道。

因此，美國燃煤副產物在礦區土地復墾的綜合利用方式值得我國借鑒，尤其是對燃煤副產物綜合利用較低、位置偏遠的中西部和內蒙古地區的煤電基地。

2 美國燃煤副產物綜合利用情況

如圖1所示，根據美國煤灰協會（ACAA）的統計[6]，從2002年起，美國燃煤副產物產量在11～13億噸/年，綜合利用量穩中有升，從2002年的約4600萬噸上升到2015年的約6100萬噸，其中礦區土地復墾綜合利用量從約233萬噸上升到1380萬噸，占燃煤副產物綜合利用上升量的76.5%。

圖1 美國燃煤副產物產量、綜合利用量及其在礦區土地復墾的應用比例

由此可見，受市場體量和需求的限制，美國近年來燃煤副產物綜合利用率的提高，主要得益于燃煤副產物在電廠臨近礦區土地復墾的大量推廣應用。美國燃煤副產物綜合利用趨勢與我國西北、西南、內蒙古等煤電基地區域相類似，其綜合利用方式對我國具有一定的借鑒意義。

3 美國燃煤副產物在礦區土地復墾應用情況

3.1 法律法規

1939年，西弗吉尼亞州發布了美國歷史上第一部管理煤炭開采業的法律《露天采礦與土地復墾法》（以下簡稱“復墾法”），并指定州礦業主管部門為這部法律實施的唯一管理機構。

1975年，有34個州政府制定了相關的土地復墾法規，其余州也按照本州的特點頒布了土地復墾管理條例。

1977年，美國聯邦政府頒布了《露天采礦管理與土地復墾法》，并成立專門土地復墾管理機構—美國露天采礦與復墾執行辦公室（OSMRE），并在23個州政府設置了機構，使美國的露天采礦管理與土地復墾走上了法制化的軌道。

隨后，《復墾法》正式實施，并授權各州政府、部門，在與《復墾法》不相沖突的情況下，均可建立自己的土地復墾法規、指南等。以俄亥俄州為例：1992～1999年，俄亥俄州環保署在0400.007政策下，開展了脫硫副產物在礦區復墾應用項目；1999年修訂ORC 1513，正式允許脫硫副產物用于俄亥俄州煤礦礦區土地復墾。

3.2 復墾主體

以1977年為分界線，礦區復墾主體分為兩類：1977年以前的廢棄礦區土地（Abandoned Mine Land, AML）由當地政府收回并負責復墾；1977年以后在建和新建的礦區土地復墾由礦主負責。

3.3 資金來源（如圖2所示）

圖2 美國礦區復墾資金來源

（1）在建、新建礦山——保證金制度

礦主必須提交煤炭開采計劃與土地復墾計劃，并向內政部繳納土地復墾保證金，才能申請采礦許可證。保證金的數額根據各個采礦區的地理、水文、地質、植被等不同而有所差異，由管理機關決定。

（2）廢棄礦區——復墾基金

基金由內政部管理，主要用于已廢棄礦山的復墾，在國庫中設立了廢棄礦山復墾基金，各個州也在本州設立了廢棄礦山復墾保證金。

3.4 管理主體

由各州政府制定的礦區復墾管理機構主管，OSMRE執行監督權力。例如，在美國俄亥俄州，礦區復墾管理機構為自然資源部礦物資源管理局（DMRM）。

每個州的礦區復墾管理機構根據聯邦礦區復墾法制定適合本州的具體細則。以俄亥俄州為例：對于廢棄礦區土地（AML）項目（包括使用燃煤副產物），基于編制的復墾計劃，由DMRM頒發許可證書給承包商。在使用燃煤副產物的項目中，項目完成5年內需對水質進行監測，并且地面無侵蝕或侵蝕得到解決，隨后DMRM將最終完成許可頒發給承包商。

對于正在開采的礦區項目，需對原有的采煤許可進行修正（APR）。APR被批準后，運營商需提交2500美元/畝保證金。一旦CCBs復墾完成，將返還一半的保證金給運營商。接下來5年內需進行水質監測和植被恢復評估，如果最終通過評估，則返還全部保證金。

3.5 復墾費用

復墾費用與礦區場地情況、復墾難度、運輸距離等息息相關。

根據2004～2008年俄亥俄州自然資源部礦產資源管理局的統計數據，礦區復墾費用約為1.2萬美元/畝，折算燃煤副產物復墾費用1.05美元/噸。費用分攤到礦區復墾各流程單元的情況為：1）運輸/道路，總費用的5%；2）清理、除根和邊坡穩定，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，1468美元/畝；7）景觀維護，400美金/畝。

礦物資源管理局2016年最新估計，高墻邊坡復墾費用約2萬美元/畝。AEP在Conesville電廠Five-Points礦區復墾的費用為：8.1萬美元/畝×22畝 = 178.2萬美元，回填量為170萬噸，相當于復墾費用約為1.05美元/噸。

3.6 復墾限制因素及評估

礦區復墾方案是經技術、經濟和環境三方面綜合考慮后確定（如圖3），礦區復墾項目評級系統如圖4所示。1）必須與固廢處置系統或設施不同；2）必須對人類健康、安全和環境無不利影響；3）必須不降低現有土地、空氣和水的質量；4）經濟性要求。

圖3 燃煤副產物在礦區復墾的限制因素

圖4 礦區復墾項目評級系統

3.7 地下水監測及環境影響評估

礦區復墾水質監測系統及步驟為：第1年：現場調查、實驗室檢測、實驗室研究、設計方案數值模擬、背景水質監測；第2年、第3年：項目許可、水質監測、示范工程項目建設；3年以后：至少持續5年水質監測。

礦區復墾地下水監測項目包括：溫度、電導率、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。

環境影響評估項目包括：地勢地形變化、地面水和地表水水質、植被恢復情況、濕地、野生動物等。

迄今為止，還未在美國燃煤副產物在礦區復墾應用的項目中發現因使用燃煤副產物導致地下水或地表水污染的情況。如下表所示，美國科羅拉多州Trapper Mine礦區采用干法脫硫燃煤副產物進行礦區復墾前后地下水水質未有明顯變化[7]。俄亥俄州立大學工程學院Jason Cheng研究員對采用穩定化脫硫副產物方案的Conesville電廠礦區復墾案例及僅采用脫硫石膏方案的Cardinal電廠礦區復墾案例的地下水水質分別跟蹤監測、分析，結果見圖 5。

從圖5可看出，無論是氯離子、硫酸鹽還是堿度指標，采用穩定化脫硫副產物的Conesville電廠礦區復墾案例前后地下水水質變化極小；而采用純脫硫石膏的Cardinal電廠礦區復墾案例復墾后地下水的硫酸鹽和氯離子指標逐漸向脫硫石膏浸出濃度指標靠攏，表明地下水水質已一定程度受到脫硫石膏影響，這與脫硫石膏自身無自硬性、硫酸鈣溶解度較高有關。

Trapper Mine礦區復墾GP-4地下水水質監測情況表

圖5 穩定化脫硫副產物與純脫硫石膏礦區復墾對地下水的影響

4 對我國的啟示

4.1 我國燃煤副產物綜合利用現狀

根據2015年中國環境年鑒[8]，全國一般工業固廢平均綜合利用率為62%（如圖6），各地方工業固廢綜合利用率極不平衡，中東部地區綜合利用率較高，其他區域綜合利用率低；雖然全國固廢平均綜合利用率尚可，但由于工業固廢產生量和綜合利用率存在錯位，絕大部分產生工業固廢大省仍有大量工業固廢不能得到有效利用，如圖7所示，我國大部分地區工業固廢未綜合利用量超過500萬噸/年，如內蒙古、山西、河北和遼寧等地，一般工業固廢未綜合利用量高達上億噸。

圖6 2014年我國各地方一般工業固廢綜合利用率（%）

圖7 2014年我國各地方一般工業固廢未綜合利用量（萬噸）

燃煤副產物是一般工業固廢的重要構成，主要包括：粉煤灰、高鈣高硫灰、爐渣、脫硫石膏和脫硫灰等。根據國家發改委發布最新的《中國資源綜合利用年度報告》[9]，2013年末，綜合利用粉煤灰1.8億噸、脫硫石膏2114萬噸。不同地域的差異較大，京津冀、珠三角及長三角等地區綜合利用率高，而內蒙古、西南、西北等地區綜合利用率相對較低，累計存量較大，這與中國環境年鑒的一般工業固廢情況相類似。

隨著14個億噸級大型煤炭基地和9個千萬千瓦級大型煤電基地的建設，我國燃煤副產物產生量和對燃煤副產物需求的地域分布矛盾將進一步加劇，對我國燃煤副產物綜合利用帶來極大的挑戰。

4.2 對我國燃煤副產物在礦區土地復墾應用的啟示

（1）加強科技支撐。目前，由于缺乏對國內燃煤副產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，加上國家缺乏燃煤副產物在礦區土地復墾應用的相應法規和指南，從而導致大多數業主對燃煤副產物是否能夠用于礦區土地復墾心存疑慮。因此，建議國家加強對該領域的科技投入，依托高校、研究機構及企業等產、學、研平臺，根據國內具體情況，對燃煤副產物在礦區土地復墾應用技術做系統評估。

（2）完善法律法規。雖然我國擁有類似美國《露天采礦管理與土地復墾法》的法律，對行業的方向進行把控，但是缺乏諸如美國聯邦法“CFR Title30”和俄亥俄州“ORC 1513”等可操作性強的法律法規。因此，建議可以從行業協會著手，制定可行、統一的礦區土地（3）建立評估系統。從環境、經濟和技術等方面考慮，建立一套符合我國國情的燃煤副產物在礦區土地復墾綜合利用的評估系統，以更好地指導用戶根據企業特點進行評估。

（4）加強宣傳力度。對歐美國家礦區土地復墾各類案例進行剖析，分析其與我國燃煤副產物和礦區情況的異同，論證評估我國燃煤副產物用于礦區土地復墾的可行性，學習歐美國家礦區土地復墾的經驗，消除業主的疑慮。如，美國俄亥俄州Conesville電廠和美國科羅拉多州Trapper Mine分別采用具有一定自硬性和低滲透系數的穩定化脫硫副產物（亞硫酸鈣+粉煤灰+石灰）作為礦區復墾底層和邊坡，以消除其它燃煤副產物，如溶解度較高、滲透系數高的脫硫石膏對礦區復墾后地下水及地表水造成影響。

[1] 國務院. 能源發展戰略行動計劃（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.美國煤礦復墾保證金制度及啟示[J].中國土地，2016（10）：43-45.

[5] 王珊珊.美國土地復墾制度及對中國的啟示[J].法制與社會，2008（3）：265.

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

[7] Trapper M ining,Inc.2015 Annual Hydro logic report[Z].2016.

[8] 楊明森.中國環境年鑒[Z].2015.

[9] 發改委.中國資源綜合利用年度報告（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