顾大钊院士：我国煤矿矿井水处理技术现状与展望

2021-01-29 　　来源：煤炭科学技术　　作者：顾大钊

　　煤矿矿井水主要来自于受到开采影响而进入巷道的地下水，据统计，我国吨煤开采约产生2 t矿井水。

　　矿井水水质主要取决于地下水原生水质，并且受到巷道内的煤粉、岩粉和开采活动中排放的油脂、乳化液、废弃物和人类排泄物的影响。

　　矿井水按照水质主要划分为洁净矿井水、高悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、含特殊组分矿井水和酸性矿井水。

　　目前我国煤矿矿井水利用率明显偏低。中国工程院“2035我国矿井水保护利用战略与工程科技”重点战略咨询项目，对11个省、自治区的近300座煤矿开展了调研。根据研究结果，2018年我国煤矿矿井水资源总量约68.9亿m3，但平均利用率仅为35%。影响煤矿矿井水利用率的重要因素是利用渠道不畅、处理成本高、处理后的水质与用户需求不匹配。

　　近年来，矿井水处理与利用问题得到了国家高度重视，《关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知》《扩大水资源税改革试点实施办法》等政策给矿井水处理利用工作提出了更高的要求。

　　受《煤炭科学技术》编辑部邀约，顾大钊院士团队在《煤炭科学技术》2021年第1期撰文《我国煤矿矿井水处理技术现状与展望》（点击查看），系统介绍了我国煤矿矿井水处理技术现状与展望。

　　研究从高悬浮物矿井水的澄清处理、高矿化度矿井水处理、含特殊组分的矿井水的处理三个方面介绍了我国矿井水处理技术现状。

　　我国矿井水处理同样面对更多新的挑战：

　　（1）高矿化度和含特殊组分矿井水逐年增多给矿井水处理带来新挑战

　　由于西部矿区干旱少雨蒸发量大，以及复杂的水文地质条件，造成西部矿井水中高矿化度矿井水和含特殊组分矿井水的比例较高。以国家能源集团为例，下辖宁煤集团所在的宁东矿区矿井水矿化度在3 000～12 000 mg/L，均属于高矿化矿井水；神东矿区作为2亿吨级的西部超大型矿区，经过多年的高强度开采目前大部分矿井已开始转向下层煤开采，随着开采深度的增加，矿井水中的矿化度和氟化物含量也有明显升高，目前已有半数以上的矿井水中的TDS超过1 000 mg/L或者F-质量浓度超过1 mg/L，造成原先的矿井水常规处理工艺已无法满足处理需求，需投入大量资金进行技术升级改造。

　　（2）水质标准的提高给矿井水处理提出了更高的要求

　　长期以来，主要采用GB 20426—2006《煤炭工业污染物排放标准》作为矿井水处理标准，绝大多数矿井水处理站都是按照该标准设计建造的。在此标准中，对矿井水的pH、总悬浮物、化学需氧量、石油类、总铁、总锰等6项污染物定了最高排放浓度。

　　随着《水污染防治行动计划》(水十条)的深入开展和新的煤矿环境影响评价制度的执行，外排矿井水含盐质量浓度要达到1 000 mg/L以下，且山西、陕西、内蒙古等省份的煤炭主产区近年来开始要求将矿井水外排标准根据受纳水体环境功能区划规定提高到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准及以上，地表水质量标准中的基本水质项目有24项，远多于《煤炭工业污染物排放标准》的6项，且在共有水质项目中，《地表水环境质量标准》Ⅲ类的标准限值都要严格于《煤炭工业污染物排放标准》。

　　煤矿矿井水污染物排放主要限值

　　在面临水质变复杂和监管变严格的新形势下，顾大钊院士团队从3个方面提出了发展建议：

　　（1）井下处理成为矿井水处理技术的主要发展趋势。尤其是煤矿地下水库净化技术，由于充分利用了采空区空间，可以实现对矿井水的大规模保护存储与低成本高效处理。在煤矿地下水库群净化与调用的基础上，结合最新的矿井水处理技术，国家能源集团提出了矿井水井上—井下联合高效低耗处理技术体系。

　　矿井水井上—井下联合高效低耗处理技术体系

　　（2）利用矿区能源优势处理高矿化度矿井水成为新趋势。充分利用西部矿区丰富的太阳能、地热等新能源以及火电厂余热等，驱动低温多效蒸发、膜蒸馏等处理技术，可大幅降低处理能耗。

　　（3）矿井水处理逐渐转入“分级处理、分质利用”。“分级处理、分质利用”的中心思想就是根据矿井水水质和最终的用途选用适合的处理技术，实现“好水高用、劣水低用”，同时避免矿井水过度处理提高成本。

　　未来矿井水处理，必将根据原水水质和利用标准选用适用的技术。而目前矿井水利用相关标准还不够系统，影响了矿井水的处理。例如，煤矿矿井水重要的生态利用途径，目前大多使用的是《农田灌溉水质标准》，但由于不同矿区地理环境差异较大，该标准不适用于部分矿区的生态恢复需求。此外，矿井水蒸发结晶后生成的氯化钠和硫酸钠，由于没有相关的结晶盐标准，造成目前矿井水产盐质量差距大，难以外销，严重影响了结晶盐的后续利用。

　　综上，各主管部门应根据区域水环境功能，合理制定区域排放标准，同时根据各地区山水林田湖草的用水需求，因地制宜地科学制定矿井水利用标准，利用标准引领和促进矿井水实现“分级处理、分质利用”。

文章来源：中国煤炭行业知识服务平台

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