矿井水综合处理在绿色矿山建设中的实践和应用

文/张建春

绿色矿山建设关系着我国生态环境的保护和企业的可持续和谐发展。为切实履行社会责任，服务经济社会发展大局，改善地方生活环境，彻底解决陕北荒漠长期缺水和所属矿区水污染问题，华电煤业小纪汗煤矿投资4.62亿元建设陕西省内第一家规模最大、投资最多的矿井水综合利用示范项目，矿井水经处理后全部利用，实现零排放，彻底解决了矿井水的排放污染问题。在满足环保要求的同时取得了良好的经济效益和社会效益，用实际行动为建设绿色矿山提供了技术支持和实践经验。

一、项目实施背景

当前我国煤炭开采方式主要以井工为主，开采过程中会产生大量的矿井水。矿井水外排，在矿区周边形成黑湖和咸水湖，造成浅层地下水含盐量增大，土壤碱化，农业和林业植被遭受破坏。同时，水资源是煤炭开采与利用的重要保障，在我国14个亿吨级大型煤炭生产基地中，有11个煤炭生产基地面临着严重缺水问题，尤其是晋、陕、蒙、宁、甘等西部地区煤炭产量超过全国煤炭总产量的70%，而水资源占有量仅为全国总量的3.9%。

党的十八大报告提出，大力推动生态文明建设，必须守住节约资源和保护环境的发展底线，践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念。近年来，国家和地方各级政府出台的地方发展规划、循环经济发展规划等政策文件中，均对煤矿矿井水资源处理和利用提出了严格的要求。因此，利用科学有效的技术和工艺，处理和利用好矿井水，是节约水资源，减少环境污染，保护矿区生态的重要举措，更是煤炭企业建设绿色矿山、实现经济社会可持续发展的必然要求，实施矿井水处理再利用项目、发展矿山绿色循环经济已刻不容缓。

二、项目简介

华电煤业小纪汗煤矿位于陕北侏罗纪煤田榆横矿区,地处毛乌素沙漠与陕北黄土高原接壤地带，矿井水属于含悬浮物、钙离子及高硫酸根的高矿化度矿井水。小纪汗煤矿投产以来，矿井排水量逐年增加，2018年以来矿井排水量均在1250m3/h以上。根据《小纪汗煤矿13盘区涌水量预测报告》，2021年排水量将达到峰值1762m3/h。

小纪汗煤矿矿井水综合利用项目包括生活污水处理系统、矿井水处理系统和矿井输水管线。矿井水处理系统处理能力为1900m3/h，产品水水质达到国家《地下水质量标准（GB/T14848-2017）》III类标准并满足《石油化工给水排水水质标准（SH3099-2000）》的要求。经处理后的矿井水，一部分供煤矿生产及生活；一部分通过管道输送至榆横发电厂作为循环冷却补充用水；一部分供给周边水资源缺乏地区作为其生态补充用水及农田灌溉用水；剩余全部输送给榆林市水务集团统一调配使用。同时，系统产出的浓盐水经过浓缩结晶处理后，全部转化为符合GB/T6009-2014的I类一等品工业硫酸钠，矿井疏干水全部实现达标处理和综合利用，真正实现矿井水“零排放”，推动了绿色矿山建设和水资源综合利用进程。

三、处理工艺

1.项目主要优点

小纪汗煤矿矿井水处理项目采用国内、外先进成熟的超滤、反渗透、纳滤、强制结晶工艺，处理设施设备高效、节能、环保，工艺流程简单，操作简便，便于管理和维护，运行成本较低。矿井水处理站外形设计美观、大方，构筑物布置紧凑、合理，设施及管线布置流畅、整齐，有效减少了占地面积和管道费用。整个矿井水处理系统的自控水平高，配套高性能的在线仪表，实现自动化运行，操作管理的劳动强度低，系统运行安全可靠。

2.主要工艺流程

小纪汗煤矿矿井水处理工艺主要分为脱盐段、二次浓缩段、蒸发结晶段三个阶段。

（1）预处理及脱盐阶段。采用药剂澄清沉淀+超滤+反渗透工艺。

矿井原水进入高密度澄清池前混合池，通过投加碳酸钠、氢氧化钠和混凝剂等，搅拌混合后进入高效澄清池絮凝沉淀区，使产生的碳酸钙充分沉淀，从而达到降低硬度的作用，出水Ca2+含量小于150mg/L。在后中和池内投加硫酸，去除澄清池出水中的过饱和碱度，同时投加杀菌剂，杀灭原水中的微生物。处理后的水进入超滤装置，超滤产水再通过反渗透装置进行脱盐。经过高效澄清池、原水超滤和第一次反渗透，可以有效去除水中的悬浮物、胶体微粒、细菌和大部分病毒等，降低原水中含盐量。经过该阶段处理，有效降低了原水中总硬度、总碱度、胶体和悬浮物，产品水达到国家饮用水标准，处理后的浓盐水排入到反渗透浓水池，作为下段工艺的原水。此阶段原水回收率达到75%，除盐率达到98%以上。

（2）反渗透浓水二次浓缩处理阶段。再次采用药剂澄清沉淀+变孔隙滤池+超滤+弱酸阳床离子交换+脱碳+纳滤+碟管式反渗透工艺。

上一阶段产生的浓盐水进入本阶段的高密度沉淀池，再次通过加入氢氧化钙、氧化镁、碳酸钠、聚合硫酸铁，使其沉淀分离，上层清液进入集水槽后流入中和水池，中和水池通过投加硫酸回调PH度，自流进入变孔隙滤池去除大量悬浮物后，出水进入浓水超滤系统，最终产水浊度小于0.2NTU。再通过纳滤膜去除水中的色度、硬度和异味，进入产品水池。剩余浓水通过碟管式反渗透（DTRO）系统再次进行浓缩处理，保证出水持续稳定、达到国家一级排放标准。

（3）蒸发结晶段。此阶段采用MVR强制结晶工艺，对碟管式反渗透(DTRO)浓缩后的高浓度盐水进行蒸发结晶处理。

高浓度盐水经蒸发预处理后，转料进入MVR硫酸钠结晶罐，经过进一步蒸发浓缩后，当料液温度达到硫酸钠的过饱和浓度时，硫酸钠以晶体的形式结晶析出。对固液分离后的结晶盐进行干燥、包装处理，其白度、纯度均达到GB/T6009-2014《工业无水硫酸钠》A类一等品标准，全部资源化利用。蒸发结晶产生的冷凝水统一收集至冷凝水罐，然后输送至产品水池统一使用，真正实现废水“零排放”。

四、经济与社会效益

小纪汗煤矿矿井水综合处理项目日平均处理水量3.4万m3，日平均产水量约2.9万m3，水质达到国家标准，其中煤矿每日生产生活自用水量6156m3，剩余约2.3万m3供给榆横电厂和榆林市水务集团，售价4～6元/吨，无水硫酸钠售价100～150元/吨，产生了良好的经济效益。

小纪汗煤矿矿井水综合处理项目极大地缓解了所属矿区缺水问题，一方面置换出了大量宝贵的地表及地下水资源，改善了陕北荒漠缺水的问题，年节水量33万m3；另一方面，避免了矿井水直接排放，减少了周边环境的污染，满足了建设资源节约型、环境友好型国家循环经济示范区的基本要求，在实现100%复用、零排放目标的基础上造福企业、造福人民，成为保护生态环境的成功典范。

小纪汗煤矿也因此被成功纳入2019年全国绿色矿山名录,荣获国家2019年度绿色矿山科学技术奖重大工程类二等奖，2020年顺利通过国家一级安全生产标准化矿井验收。

五、小结

实践证明，建设绿色矿山是新形势下矿产资源管理与矿产企业发展的重要方向和工作抓手，是推进生态文明建设、践行绿色发展理念的关键要素。矿井水综合处理再利用不仅是有效缓解矿区水资源短缺、提高水资源循环利用效率的重要举措，也是改善环境质量、保护矿区生态的必然要求。

小纪汗煤矿矿井水综合利用项目使得每年超千万吨的矿井水实现“零排放”，同时使结晶盐得到资源化利用，强力推动了地方生态环境保护和水资源综合利用进程，为创建绿色矿山打下了坚实的基础。小纪汗煤矿在建设绿色矿山、推进绿色矿业发展工作中的成功做法和经验，对于推广先进技术、引领煤炭行业绿色发展具有重大指导作用，对于推进全国绿色矿山建设工作健康发展具有典型示范带动作用。