顾大钊院士：我国煤矿矿井水处理技术现状与展望

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，相关研究统计，我国吨煤开采约产生２t矿井水。受污染矿井水的外排、渗漏会造成地表水和地下水污染以及矿区生态破坏等问题。解决矿井水污染问题的最有效路径就是加强矿井水的处理与利用。

随着我国煤炭产业技术水平的不断提升，我国矿井水处理利用技术与装备也经历了近20年的高速发展，由最早的简单沉淀处理，到深度处理，到发展成功应用“零排放”技术，我国矿井水处理技术与装备上与发达国家的差距正在缩小，在矿井水产生机理、水质特征、处理工艺和材料研制上进行了大量的研究，并开展了一系列工程示范。

但目前我国煤矿矿井水利用率明显偏低，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，国家相关部门陆续出台了关于矿井水处理的相关政策，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”，系统地介绍我国矿井水处理技术如何通过科技创新实现矿井水大规模低成本处理，支撑矿井水高效利用。

摘 要

系统梳理了我国煤矿矿井水的处理技术现状，对高悬浮物矿井水、高矿化度矿井水和含特殊组分矿井水的常用处理技术进行了对比分析。近年来高矿化度和含特殊组分矿井水逐年增多，相关水质标准大幅提高，给煤矿矿井水处理提出了更高的要求。为了适应新形势，煤矿矿井水处理技术应通过科技创新，实现矿井水大规模低成本处理，支撑矿井水高效利用，一是要大力发展井下处理技术，利用井下空间和岩体自然净化优势大幅降低矿井水处理成本，并实现矿井水大规模调配与利用；二是要因地制宜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；三是要通过对相关标准体系的完善，促进矿井水处理实现“分级处理、分质利用”。

1煤矿矿井水处理技术现状

1）高悬浮物矿井水的澄清处理。我国高悬浮物矿井水处理技术已较为成熟，尤其煤矿地下水库净化技术的发展和应用，实现了矿井水的大规模低成本自净化。主要有常规处理技术、超磁分离水技术、高密度沉降技术（重介速沉）、煤矿地下水库净化技术。

2）高矿化度矿井水处理。按照处理工艺顺序主要分为预处理(通常采用混凝沉淀和软化工艺对高矿化度矿井水进行预处理)、脱盐浓缩（主要有膜法和热法两大技术类别)和蒸发结晶(主要有蒸汽机械再压缩、多效蒸发和蒸发塘)3个工艺段。

3）含特殊组分的矿井水的处理。主要是含氟和含铁、锰矿井水，以及少量的含重金属矿井水，主要处理技术包括含氟矿井水处理技术和含铁、锰矿井水处理技术。目前处理技术都存在明显的技术缺陷，还需要通过科技创新和工程实践提高处理水平。

2我国矿井水处理利用面临的新挑战

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。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。近年来，随着我国西部煤炭开采规模和产量的逐年增加，高矿化度矿井水和含特殊组分矿井水处理利用问题给我国煤炭绿色开发带来了新的挑战。

2）水质标准的提高给矿井水处理提出了更高的要求。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1000mg/L，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。

3煤矿矿井水处理技术发展展望

1）井下处理成为矿井水处理技术的主要发展趋势。相比传统井上处理，大部分矿井水处理后直接井下利用无需升井，有效降低了水泵提升费、管路费等，并减少了地面建筑费用和占地。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（图4）。

2）利用矿区能源优势处理高矿化度矿井水成为新趋势。在大型煤炭基地，一般都配套建设有大型火电和煤化工项目，存在大量的蒸汽余热资源，我国西部矿区的地热资源也非常丰富，这些热源配合相应的工艺，都非常适合于高矿化度矿井水的处理。

利用蒸汽余热驱动的低温多效蒸发技术在海水淡化中已非常成熟，应用于矿井水处理可大幅降低能耗成本，但同时重点要解决好水质波动、除硬等技术问题。

膜蒸馏是近年来发展较快的海水淡化技术，通过加热海水产生蒸汽，水蒸汽透过疏水膜再进行冷凝实现了水盐分离。

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。

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”。

4结论与建议

1）近年来我国煤矿矿井水处理技术稳步发展，很多技术都得到了大规模工程应用，取得了一定的处理效果，显著降低了污染风险，为我国煤炭产业绿色发展提供了有力的技术支撑。

2）随着我国西部煤炭开采规模和产量的逐年提高，高矿化度矿井水和含特殊组分矿井水也在逐年增多，再加上近年来环保政策趋严大幅提高了矿井水外排标准，这些新的形势给我国矿井水处理带来了新的挑战。

3）井下处理应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，在神东矿区的应用取得了显著的经济和环境效益。而高矿化度矿井水井下处理与浓盐水采空区存储技术，使得浓盐水无需蒸发结晶，在宁煤集团示范项目中，实现了处理成本大幅降低。