顧大釗院士：我國(guó)煤礦礦井水處理技術(shù)現(xiàn)狀與展望
煤礦礦井水主要來(lái)自于受到開(kāi)采影響而進(jìn)入巷道的地下水，相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，我國(guó)噸煤開(kāi)采約產(chǎn)生２t礦井水。受污染礦井水的外排、滲漏會(huì)造成地表水和地下水污染以及礦區(qū)生態(tài)破壞等問(wèn)題。解決礦井水污染問(wèn)題的最有效路徑就是加強(qiáng)礦井水的處理與利用。
隨著我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的不斷提升，我國(guó)礦井水處理利用技術(shù)與裝備也經(jīng)歷了近20年的高速發(fā)展，由最早的簡(jiǎn)單沉淀處理，到深度處理，到發(fā)展成功應(yīng)用“零排放”技術(shù)，我國(guó)礦井水處理技術(shù)與裝備上與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距正在縮小，在礦井水產(chǎn)生機(jī)理、水質(zhì)特征、處理工藝和材料研制上進(jìn)行了大量的研究，并開(kāi)展了一系列工程示范。
但目前我國(guó)煤礦礦井水利用率明顯偏低，2018年我國(guó)煤礦礦井水資源總量約68.9億m3，但平均利用率僅為35%。影響煤礦礦井水利用率的重要因素是利用渠道不暢、處理成本高、處理后的水質(zhì)與用戶(hù)需求不匹配。
近年來(lái)，國(guó)家相關(guān)部門(mén)陸續(xù)出臺(tái)了關(guān)于礦井水處理的相關(guān)政策，給礦井水處理利用工作提出了更高的要求。受《煤炭科學(xué)技術(shù)》編輯部邀約，顧大釗院士團(tuán)隊(duì)在《煤炭科學(xué)技術(shù)》2021年第1期撰文“我國(guó)煤礦礦井水處理技術(shù)現(xiàn)狀與展望”，系統(tǒng)地介紹我國(guó)礦井水處理技術(shù)如何通過(guò)科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)礦井水大規(guī)模低成本處理，支撐礦井水高效利用。
摘 要
系統(tǒng)梳理了我國(guó)煤礦礦井水的處理技術(shù)現(xiàn)狀，對(duì)高懸浮物礦井水、高礦化度礦井水和含特殊組分礦井水的常用處理技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。近年來(lái)高礦化度和含特殊組分礦井水逐年增多，相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)大幅提高，給煤礦礦井水處理提出了更高的要求。為了適應(yīng)新形勢(shì)，煤礦礦井水處理技術(shù)應(yīng)通過(guò)科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)礦井水大規(guī)模低成本處理，支撐礦井水高效利用，一是要大力發(fā)展井下處理技術(shù)，利用井下空間和巖體自然凈化優(yōu)勢(shì)大幅降低礦井水處理成本，并實(shí)現(xiàn)礦井水大規(guī)模調(diào)配與利用；二是要因地制宜利用西部礦區(qū)豐富的太陽(yáng)能、地?zé)岬刃履茉匆约盎痣姀S(chǎng)余熱等，驅(qū)動(dòng)低溫多效蒸發(fā)、膜蒸餾等處理技術(shù)，可大幅降低處理能耗；三是要通過(guò)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的完善，促進(jìn)礦井水處理實(shí)現(xiàn)“分級(jí)處理、分質(zhì)利用”。
1煤礦礦井水處理技術(shù)現(xiàn)狀
1）高懸浮物礦井水的澄清處理。我國(guó)高懸浮物礦井水處理技術(shù)已較為成熟，尤其煤礦地下水庫(kù)凈化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了礦井水的大規(guī)模低成本自?xún)艋。主要有常?guī)處理技術(shù)、超磁分離水技術(shù)、高密度沉降技術(shù)（重介速沉）、煤礦地下水庫(kù)凈化技術(shù)。
2）高礦化度礦井水處理。按照處理工藝順序主要分為預(yù)處理(通常采用混凝沉淀和軟化工藝對(duì)高礦化度礦井水進(jìn)行預(yù)處理)、脫鹽濃縮（主要有膜法和熱法兩大技術(shù)類(lèi)別)和蒸發(fā)結(jié)晶(主要有蒸汽機(jī)械再壓縮、多效蒸發(fā)和蒸發(fā)塘)3個(gè)工藝段。
3）含特殊組分的礦井水的處理。主要是含氟和含鐵、錳礦井水，以及少量的含重金屬礦井水，主要處理技術(shù)包括含氟礦井水處理技術(shù)和含鐵、錳礦井水處理技術(shù)。目前處理技術(shù)都存在明顯的技術(shù)缺陷，還需要通過(guò)科技創(chuàng)新和工程實(shí)踐提高處理水平。
2我國(guó)礦井水處理利用面臨的新挑戰(zhàn)
1）高礦化度和含特殊組分礦井水逐年增多給礦井水處理帶來(lái)新挑戰(zhàn)。西部礦區(qū)干旱少雨蒸發(fā)量大，以及復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，造成西部礦井水中高礦化度礦井水和含特殊組分礦井水的比例較高。近年來(lái)，隨著我國(guó)西部煤炭開(kāi)采規(guī)模和產(chǎn)量的逐年增加，高礦化度礦井水和含特殊組分礦井水處理利用問(wèn)題給我國(guó)煤炭綠色開(kāi)發(fā)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
2）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高給礦井水處理提出了更高的要求。隨著《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（水十條）的深入開(kāi)展和新的煤礦環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度的執(zhí)行，外排礦井水含鹽質(zhì)量濃度要達(dá)到1000mg/L，且山西、陜西、內(nèi)蒙古等省份的煤炭主產(chǎn)區(qū)近年來(lái)開(kāi)始要求將礦井水外排標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)受納水體環(huán)境功能區(qū)劃規(guī)定提高到GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)及以上。
3煤礦礦井水處理技術(shù)發(fā)展展望
1）井下處理成為礦井水處理技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。相比傳統(tǒng)井上處理，大部分礦井水處理后直接井下利用無(wú)需升井，有效降低了水泵提升費(fèi)、管路費(fèi)等，并減少了地面建筑費(fèi)用和占地。在煤礦地下水庫(kù)群凈化與調(diào)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的礦井水處理技術(shù)，國(guó)家能源集團(tuán)提出了礦井水井上-井下聯(lián)合高效低耗處理技術(shù)體系（圖4）。
2）利用礦區(qū)能源優(yōu)勢(shì)處理高礦化度礦井水成為新趨勢(shì)。在大型煤炭基地，一般都配套建設(shè)有大型火電和煤化工項(xiàng)目，存在大量的蒸汽余熱資源，我國(guó)西部礦區(qū)的地?zé)豳Y源也非常豐富，這些熱源配合相應(yīng)的工藝，都非常適合于高礦化度礦井水的處理。
利用蒸汽余熱驅(qū)動(dòng)的低溫多效蒸發(fā)技術(shù)在海水淡化中已非常成熟，應(yīng)用于礦井水處理可大幅降低能耗成本，但同時(shí)重點(diǎn)要解決好水質(zhì)波動(dòng)、除硬等技術(shù)問(wèn)題。
膜蒸餾是近年來(lái)發(fā)展較快的海水淡化技術(shù)，通過(guò)加熱海水產(chǎn)生蒸汽，水蒸汽透過(guò)疏水膜再進(jìn)行冷凝實(shí)現(xiàn)了水鹽分離。
3）礦井水處理逐漸轉(zhuǎn)入“分級(jí)處理、分質(zhì)利用”。“分級(jí)處理、分質(zhì)利用”的中心思想就是根據(jù)礦井水水質(zhì)和最終的用途選用適合的處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“好水高用、劣水低用”，同時(shí)避免礦井水過(guò)度處理提高成本。
各主管部門(mén)應(yīng)根據(jù)區(qū)域水環(huán)境功能，合理制定區(qū)域排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)根據(jù)各地區(qū)山水林田湖草的用水需求，因地制宜地科學(xué)制定礦井水利用標(biāo)準(zhǔn)，利用標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)和促進(jìn)礦井水實(shí)現(xiàn)“分級(jí)處理、分質(zhì)利用”。
4結(jié)論與建議
1）近年來(lái)我國(guó)煤礦礦井水處理技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，很多技術(shù)都得到了大規(guī)模工程應(yīng)用，取得了一定的處理效果，顯著降低了污染風(fēng)險(xiǎn)，為我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。
2）隨著我國(guó)西部煤炭開(kāi)采規(guī)模和產(chǎn)量的逐年提高，高礦化度礦井水和含特殊組分礦井水也在逐年增多，再加上近年來(lái)環(huán)保政策趨嚴(yán)大幅提高了礦井水外排標(biāo)準(zhǔn)，這些新的形勢(shì)給我國(guó)礦井水處理帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
3）井下處理應(yīng)成為礦井水處理技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。尤其是煤礦地下水庫(kù)凈化技術(shù)，由于充分利用了采空區(qū)空間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井水的大規(guī)模保護(hù)存儲(chǔ)與低成本高效處理，在神東礦區(qū)的應(yīng)用取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。而高礦化度礦井水井下處理與濃鹽水采空區(qū)存儲(chǔ)技術(shù)，使得濃鹽水無(wú)需蒸發(fā)結(jié)晶，在寧煤集團(tuán)示范項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了處理成本大幅降低。
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