顧大釗院士：我國煤礦礦井水處理技術現狀與展望
煤礦礦井水主要來自于受到開采影響而進入巷道的地下水，相關研究統計，我國噸煤開采約產生２t礦井水。受污染礦井水的外排、滲漏會造成地表水和地下水污染以及礦區生態破壞等問題。解決礦井水污染問題的最有效路徑就是加強礦井水的處理與利用。
隨著我國煤炭產業技術水平的不斷提升，我國礦井水處理利用技術與裝備也經歷了近20年的高速發展，由最早的簡單沉淀處理，到深度處理，到發展成功應用“零排放”技術，我國礦井水處理技術與裝備上與發達國家的差距正在縮小，在礦井水產生機理、水質特征、處理工藝和材料研制上進行了大量的研究，并開展了一系列工程示范。
但目前我國煤礦礦井水利用率明顯偏低，2018年我國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、處理后的水質與用戶需求不匹配。
近年來，國家相關部門陸續出臺了關于礦井水處理的相關政策，給礦井水處理利用工作提出了更高的要求。受《煤炭科學技術》編輯部邀約，顧大釗院士團隊在《煤炭科學技術》2021年第1期撰文“我國煤礦礦井水處理技術現狀與展望”，系統地介紹我國礦井水處理技術如何通過科技創新實現礦井水大規模低成本處理，支撐礦井水高效利用。
摘 要
系統梳理了我國煤礦礦井水的處理技術現狀，對高懸浮物礦井水、高礦化度礦井水和含特殊組分礦井水的常用處理技術進行了對比分析。近年來高礦化度和含特殊組分礦井水逐年增多，相關水質標準大幅提高，給煤礦礦井水處理提出了更高的要求。為了適應新形勢，煤礦礦井水處理技術應通過科技創新，實現礦井水大規模低成本處理，支撐礦井水高效利用，一是要大力發展井下處理技術，利用井下空間和巖體自然凈化優勢大幅降低礦井水處理成本，并實現礦井水大規模調配與利用；二是要因地制宜利用西部礦區豐富的太陽能、地熱等新能源以及火電廠余熱等，驅動低溫多效蒸發、膜蒸餾等處理技術，可大幅降低處理能耗；三是要通過對相關標準體系的完善，促進礦井水處理實現“分級處理、分質利用”。
1煤礦礦井水處理技術現狀
1）高懸浮物礦井水的澄清處理。我國高懸浮物礦井水處理技術已較為成熟，尤其煤礦地下水庫凈化技術的發展和應用，實現了礦井水的大規模低成本自凈化。主要有常規處理技術、超磁分離水技術、高密度沉降技術（重介速沉）、煤礦地下水庫凈化技術。
2）高礦化度礦井水處理。按照處理工藝順序主要分為預處理(通常采用混凝沉淀和軟化工藝對高礦化度礦井水進行預處理)、脫鹽濃縮（主要有膜法和熱法兩大技術類別)和蒸發結晶(主要有蒸汽機械再壓縮、多效蒸發和蒸發塘)3個工藝段。
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，主要處理技術包括含氟礦井水處理技術和含鐵、錳礦井水處理技術。目前處理技術都存在明顯的技術缺陷，還需要通過科技創新和工程實踐提高處理水平。
2我國礦井水處理利用面臨的新挑戰
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新挑戰。西部礦區干旱少雨蒸發量大，以及復雜的水文地質條件，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，隨著我國西部煤炭開采規模和產量的逐年增加，高礦化度礦井水和含特殊組分礦井水處理利用問題給我國煤炭綠色開發帶來了新的挑戰。
2）水質標準的提高給礦井水處理提出了更高的要求。隨著《水污染防治行動計劃》（水十條）的深入開展和新的煤礦環境影響評價制度的執行，外排礦井水含鹽質量濃度要達到1000mg/L，且山西、陜西、內蒙古等省份的煤炭主產區近年來開始要求將礦井水外排標準根據受納水體環境功能區劃規定提高到GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類標準及以上。
3煤礦礦井水處理技術發展展望
1）井下處理成為礦井水處理技術的主要發展趨勢。相比傳統井上處理，大部分礦井水處理后直接井下利用無需升井，有效降低了水泵提升費、管路費等，并減少了地面建筑費用和占地。在煤礦地下水庫群凈化與調用的基礎上，結合最新的礦井水處理技術，國家能源集團提出了礦井水井上-井下聯合高效低耗處理技術體系（圖4）。
2）利用礦區能源優勢處理高礦化度礦井水成為新趨勢。在大型煤炭基地，一般都配套建設有大型火電和煤化工項目，存在大量的蒸汽余熱資源，我國西部礦區的地熱資源也非常豐富，這些熱源配合相應的工藝，都非常適合于高礦化度礦井水的處理。
利用蒸汽余熱驅動的低溫多效蒸發技術在海水淡化中已非常成熟，應用于礦井水處理可大幅降低能耗成本，但同時重點要解決好水質波動、除硬等技術問題。
膜蒸餾是近年來發展較快的海水淡化技術，通過加熱海水產生蒸汽，水蒸汽透過疏水膜再進行冷凝實現了水鹽分離。
3）礦井水處理逐漸轉入“分級處理、分質利用”。“分級處理、分質利用”的中心思想就是根據礦井水水質和最終的用途選用適合的處理技術，實現“好水高用、劣水低用”，同時避免礦井水過度處理提高成本。
各主管部門應根據區域水環境功能，合理制定區域排放標準，同時根據各地區山水林田湖草的用水需求，因地制宜地科學制定礦井水利用標準，利用標準引領和促進礦井水實現“分級處理、分質利用”。
4結論與建議
1）近年來我國煤礦礦井水處理技術穩步發展，很多技術都得到了大規模工程應用，取得了一定的處理效果，顯著降低了污染風險，為我國煤炭產業綠色發展提供了有力的技術支撐。
2）隨著我國西部煤炭開采規模和產量的逐年提高，高礦化度礦井水和含特殊組分礦井水也在逐年增多，再加上近年來環保政策趨嚴大幅提高了礦井水外排標準，這些新的形勢給我國礦井水處理帶來了新的挑戰。
3）井下處理應成為礦井水處理技術的主要發展趨勢。尤其是煤礦地下水庫凈化技術，由于充分利用了采空區空間，可以實現對礦井水的大規模保護存儲與低成本高效處理，在神東礦區的應用取得了顯著的經濟和環境效益。而高礦化度礦井水井下處理與濃鹽水采空區存儲技術，使得濃鹽水無需蒸發結晶，在寧煤集團示范項目中，實現了處理成本大幅降低。
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