美国燃煤副产物在矿区复垦应用对我国的启示

苏清发，陈永瑞，赖毅强，吴慕正

（福建龙净脱硫脱硝工程有限公司，福建 龙岩 364000）

美国燃煤副产物在矿区复垦应用对我国的启示

苏清发，陈永瑞，赖毅强，吴慕正

（福建龙净脱硫脱硝工程有限公司，福建 龙岩 364000）

从美国矿区土地复垦的主体、资金来源、管理体系、费用评估、效果评价及环境影响等角度，介绍了燃煤副产物在矿区土地复垦的应用情况。美国自1977年联邦《复垦法》施行以来，已形成了完整的矿区土地复垦指导体系，并拥有大量成功案例。若能借鉴美国经验，将我国燃煤副产物应用于矿区土地复垦，不仅能促进我国土地复垦工作开展，还能有效解决燃煤副产物处置难的问题。

美国；燃煤副产物；土地复垦

1 前言

燃煤副产物主要包括：粉煤灰、炉渣、脱硫石膏和脱硫灰等。早期一些燃煤企业如：发电厂、供热锅炉、企业自备锅炉、钢铁厂等都位于城市边缘，大量燃煤副产物被用于建材制品、水泥、混凝土和石膏制品等。随着城市化进程加快，人们对生活环境的要求越来越高，更多企业和钢铁厂外迁，坑口电厂涌现，使得燃煤副产物的产生地与使用地距离越来越远，给燃煤副产物综合利用带来了挑战。

国办发〔2014〕31号文“能源发展战略行动计划”提出[1]，到2020年，国内一次能源生产总量达到42亿吨，并推进煤电大基地大通道建设，重点建设14个亿吨级大型煤炭基地和9个千万千瓦级的大型煤电基地，发展远距离大容量输电技术，扩大西电东送规模，实施北电南送工程。由此可见，我国一次能源主要依赖于煤炭的情况在未来相当长的一段时间内难以改变，国内的燃煤副产物贮存量将进一步增加，且集中在中西部和内蒙古地区，将进一步加剧地区综合利用不平衡的趋势。

在美国，自1977年《露天采矿管理与土地复垦法》颁布以来，大部分临近矿区的燃煤副产物被用于规模化矿区复垦，一方面减少了因燃煤副产物填埋处置带来的经济负担，另一方面充分可发挥燃煤副产物的优势，实现在矿区土地复垦中综合利用，消除由不当处置带来的二次污染。截至目前，尚未出现因燃煤副产物在矿区土地复垦应用而导致环境破坏的现象[2,3]，相反还有助于矿区原有生态的恢复。

在我国，目前矿区土地复垦率只有25%，远低于国际上50%～70%的平均水平[4]。虽然在国家层面，关于矿区复垦的法律有很多，但现行的有关矿区复垦法律条文过于分散、规定较笼统、复垦标准不明确、缺乏执法和保障机制等，尤其是没有对燃煤副产物是否可以在矿区土地复垦中应用、如何开展燃煤副产物在矿区复垦应用等做出明确规定[5]。从而导致我国矿区土地复垦率较低，且鲜有燃煤副产物用于矿区土地复垦的报道。

因此，美国燃煤副产物在矿区土地复垦的综合利用方式值得我国借鉴，尤其是对燃煤副产物综合利用较低、位置偏远的中西部和内蒙古地区的煤电基地。

2 美国燃煤副产物综合利用情况

如图1所示，根据美国煤灰协会（ACAA）的统计[6]，从2002年起，美国燃煤副产物产量在11～13亿吨/年，综合利用量稳中有升，从2002年的约4600万吨上升到2015年的约6100万吨，其中矿区土地复垦综合利用量从约233万吨上升到1380万吨，占燃煤副产物综合利用上升量的76.5%。

图1 美国燃煤副产物产量、综合利用量及其在矿区土地复垦的应用比例

由此可见，受市场体量和需求的限制，美国近年来燃煤副产物综合利用率的提高，主要得益于燃煤副产物在电厂临近矿区土地复垦的大量推广应用。美国燃煤副产物综合利用趋势与我国西北、西南、内蒙古等煤电基地区域相类似，其综合利用方式对我国具有一定的借鉴意义。

3 美国燃煤副产物在矿区土地复垦应用情况

3.1 法律法规

1939年，西弗吉尼亚州发布了美国历史上第一部管理煤炭开采业的法律《露天采矿与土地复垦法》（以下简称“复垦法”），并指定州矿业主管部门为这部法律实施的唯一管理机构。

1975年，有34个州政府制定了相关的土地复垦法规，其余州也按照本州的特点颁布了土地复垦管理条例。

1977年，美国联邦政府颁布了《露天采矿管理与土地复垦法》，并成立专门土地复垦管理机构—美国露天采矿与复垦执行办公室（OSMRE），并在23个州政府设置了机构，使美国的露天采矿管理与土地复垦走上了法制化的轨道。

随后，《复垦法》正式实施，并授权各州政府、部门，在与《复垦法》不相冲突的情况下，均可建立自己的土地复垦法规、指南等。以俄亥俄州为例：1992～1999年，俄亥俄州环保署在0400.007政策下，开展了脱硫副产物在矿区复垦应用项目；1999年修订ORC 1513，正式允许脱硫副产物用于俄亥俄州煤矿矿区土地复垦。

3.2 复垦主体

以1977年为分界线，矿区复垦主体分为两类：1977年以前的废弃矿区土地（Abandoned Mine Land, AML）由当地政府收回并负责复垦；1977年以后在建和新建的矿区土地复垦由矿主负责。

3.3 资金来源（如图2所示）

图2 美国矿区复垦资金来源

（1）在建、新建矿山——保证金制度

矿主必须提交煤炭开采计划与土地复垦计划，并向内政部缴纳土地复垦保证金，才能申请采矿许可证。保证金的数额根据各个采矿区的地理、水文、地质、植被等不同而有所差异，由管理机关决定。

（2）废弃矿区——复垦基金

基金由内政部管理，主要用于已废弃矿山的复垦，在国库中设立了废弃矿山复垦基金，各个州也在本州设立了废弃矿山复垦保证金。

3.4 管理主体

由各州政府制定的矿区复垦管理机构主管，OSMRE执行监督权力。例如，在美国俄亥俄州，矿区复垦管理机构为自然资源部矿物资源管理局（DMRM）。

每个州的矿区复垦管理机构根据联邦矿区复垦法制定适合本州的具体细则。以俄亥俄州为例：对于废弃矿区土地（AML）项目（包括使用燃煤副产物），基于编制的复垦计划，由DMRM颁发许可证书给承包商。在使用燃煤副产物的项目中，项目完成5年内需对水质进行监测，并且地面无侵蚀或侵蚀得到解决，随后DMRM将最终完成许可颁发给承包商。

对于正在开采的矿区项目，需对原有的采煤许可进行修正（APR）。APR被批准后，运营商需提交2500美元/亩保证金。一旦CCBs复垦完成，将返还一半的保证金给运营商。接下来5年内需进行水质监测和植被恢复评估，如果最终通过评估，则返还全部保证金。

3.5 复垦费用

复垦费用与矿区场地情况、复垦难度、运输距离等息息相关。

根据2004～2008年俄亥俄州自然资源部矿产资源管理局的统计数据，矿区复垦费用约为1.2万美元/亩，折算燃煤副产物复垦费用1.05美元/吨。费用分摊到矿区复垦各流程单元的情况为：1）运输/道路，总费用的5%；2）清理、除根和边坡稳定，1775美元/亩；3）排水，1.32美元/m3；4）土方工程，2.62美元/m3；5）石头引水沟道，31美元/吨；6）植被恢复，1468美元/亩；7）景观维护，400美金/亩。

矿物资源管理局2016年最新估计，高墙边坡复垦费用约2万美元/亩。AEP在Conesville电厂Five-Points矿区复垦的费用为：8.1万美元/亩×22亩 = 178.2万美元，回填量为170万吨，相当于复垦费用约为1.05美元/吨。

3.6 复垦限制因素及评估

矿区复垦方案是经技术、经济和环境三方面综合考虑后确定（如图3），矿区复垦项目评级系统如图4所示。1）必须与固废处置系统或设施不同；2）必须对人类健康、安全和环境无不利影响；3）必须不降低现有土地、空气和水的质量；4）经济性要求。

图3 燃煤副产物在矿区复垦的限制因素

图4 矿区复垦项目评级系统

3.7 地下水监测及环境影响评估

矿区复垦水质监测系统及步骤为：第1年：现场调查、实验室检测、实验室研究、设计方案数值模拟、背景水质监测；第2年、第3年：项目许可、水质监测、示范工程项目建设；3年以后：至少持续5年水质监测。

矿区复垦地下水监测项目包括：温度、电导率、TFe可溶解固体总量（TDS）、总悬浮固体两（DSSUM）、pH、Fe、Fe3+、、、Cl-、、Na、K、Ca、Mg、Al、As、Ba、B、Cd、Cr、Cu、F、Pb、、P、Mn、Mo、Ni、、、Se等。

环境影响评估项目包括：地势地形变化、地面水和地表水水质、植被恢复情况、湿地、野生动物等。

迄今为止，还未在美国燃煤副产物在矿区复垦应用的项目中发现因使用燃煤副产物导致地下水或地表水污染的情况。如下表所示，美国科罗拉多州Trapper Mine矿区采用干法脱硫燃煤副产物进行矿区复垦前后地下水水质未有明显变化[7]。俄亥俄州立大学工程学院Jason Cheng研究员对采用稳定化脱硫副产物方案的Conesville电厂矿区复垦案例及仅采用脱硫石膏方案的Cardinal电厂矿区复垦案例的地下水水质分别跟踪监测、分析，结果见图 5。

从图5可看出，无论是氯离子、硫酸盐还是碱度指标，采用稳定化脱硫副产物的Conesville电厂矿区复垦案例前后地下水水质变化极小；而采用纯脱硫石膏的Cardinal电厂矿区复垦案例复垦后地下水的硫酸盐和氯离子指标逐渐向脱硫石膏浸出浓度指标靠拢，表明地下水水质已一定程度受到脱硫石膏影响，这与脱硫石膏自身无自硬性、硫酸钙溶解度较高有关。

Trapper Mine矿区复垦GP-4地下水水质监测情况表

图5 稳定化脱硫副产物与纯脱硫石膏矿区复垦对地下水的影响

4 对我国的启示

4.1 我国燃煤副产物综合利用现状

根据2015年中国环境年鉴[8]，全国一般工业固废平均综合利用率为62%（如图6），各地方工业固废综合利用率极不平衡，中东部地区综合利用率较高，其他区域综合利用率低；虽然全国固废平均综合利用率尚可，但由于工业固废产生量和综合利用率存在错位，绝大部分产生工业固废大省仍有大量工业固废不能得到有效利用，如图7所示，我国大部分地区工业固废未综合利用量超过500万吨/年，如内蒙古、山西、河北和辽宁等地，一般工业固废未综合利用量高达上亿吨。

图6 2014年我国各地方一般工业固废综合利用率（%）

图7 2014年我国各地方一般工业固废未综合利用量（万吨）

燃煤副产物是一般工业固废的重要构成，主要包括：粉煤灰、高钙高硫灰、炉渣、脱硫石膏和脱硫灰等。根据国家发改委发布最新的《中国资源综合利用年度报告》[9]，2013年末，综合利用粉煤灰1.8亿吨、脱硫石膏2114万吨。不同地域的差异较大，京津冀、珠三角及长三角等地区综合利用率高，而内蒙古、西南、西北等地区综合利用率相对较低，累计存量较大，这与中国环境年鉴的一般工业固废情况相类似。

随着14个亿吨级大型煤炭基地和9个千万千瓦级大型煤电基地的建设，我国燃煤副产物产生量和对燃煤副产物需求的地域分布矛盾将进一步加剧，对我国燃煤副产物综合利用带来极大的挑战。

4.2 对我国燃煤副产物在矿区土地复垦应用的启示

（1）加强科技支撑。目前，由于缺乏对国内燃煤副产物的理化特性的深入研究，尤其是重金属含量及浸出的特性，加上国家缺乏燃煤副产物在矿区土地复垦应用的相应法规和指南，从而导致大多数业主对燃煤副产物是否能够用于矿区土地复垦心存疑虑。因此，建议国家加强对该领域的科技投入，依托高校、研究机构及企业等产、学、研平台，根据国内具体情况，对燃煤副产物在矿区土地复垦应用技术做系统评估。

（2）完善法律法规。虽然我国拥有类似美国《露天采矿管理与土地复垦法》的法律，对行业的方向进行把控，但是缺乏诸如美国联邦法“CFR Title30”和俄亥俄州“ORC 1513”等可操作性强的法律法规。因此，建议可以从行业协会着手，制定可行、统一的矿区土地（3）建立评估系统。从环境、经济和技术等方面考虑，建立一套符合我国国情的燃煤副产物在矿区土地复垦综合利用的评估系统，以更好地指导用户根据企业特点进行评估。

（4）加强宣传力度。对欧美国家矿区土地复垦各类案例进行剖析，分析其与我国燃煤副产物和矿区情况的异同，论证评估我国燃煤副产物用于矿区土地复垦的可行性，学习欧美国家矿区土地复垦的经验，消除业主的疑虑。如，美国俄亥俄州Conesville电厂和美国科罗拉多州Trapper Mine分别采用具有一定自硬性和低渗透系数的稳定化脱硫副产物（亚硫酸钙+粉煤灰+石灰）作为矿区复垦底层和边坡，以消除其它燃煤副产物，如溶解度较高、渗透系数高的脱硫石膏对矿区复垦后地下水及地表水造成影响。

[1] 国务院. 能源发展战略行动计划（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.美国煤矿复垦保证金制度及启示[J].中国土地，2016（10）：43-45.

[5] 王珊珊.美国土地复垦制度及对中国的启示[J].法制与社会，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] 杨明森.中国环境年鉴[Z].2015.

[9] 发改委.中国资源综合利用年度报告（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