宁东基地高矿化度矿井水处置及资源化利用存在的问题与对策建议

折 乐，丁红英，王 萌

（1.宁夏回族自治区生态环境工程评估中心，宁夏 银川 750001；2.宁夏回族自治区应对气候变化与机动车污染防治中心，宁夏 银川 750001）

引言

宁东基地是全国十四个大型煤炭基地之一，长期以来，煤炭资源的大规模开发利用有力地支撑了全区经济社会的发展，但同时由于煤炭资源的大规模、高强度开发不可避免地带来了生态环境问题。受地质条件等因素的影响，宁东基地地下水多为苦咸水，目前生产运营煤矿产生的矿井水均为高矿化度矿井水。自“十一五”以来，随着基地煤炭资源的深入采掘，大量高矿化度矿井水因未及时得到有效利用而造成资源浪费。各矿区在建、拟建煤矿项目陆续投产后，高矿化度矿井水的产生量还将大幅增加。因此，矿井水能否得到高效处置及资源化利用已经成为影响和制约宁东基地煤炭行业健康、持续发展的环保难点问题之一。

1 宁东基地矿井水处置及资源化利用现状

1.1 各煤矿矿井水处理情况

宁东基地有9个矿区，其中国家规划矿区7个，现有生产煤矿18座，分布在灵武、横城、鸳鸯湖、积家井、马家滩等五个矿区，实际产能为8 865万吨/年。生产煤矿中国能宁煤集团所属13座（羊场湾煤矿一、二号井合称一座）煤矿，宝丰集团、银星煤业、羊四煤业所属煤矿各1座，长城能化宁夏公司所属煤矿2座。在宁东基地18座生产煤矿中，除了马莲台煤矿依托宝丰化工项目污水处理厂、梅花井煤矿仅有矿井水预处理设施、麦垛山煤矿矿井水依托红柳煤矿矿井水处理站外，其他煤矿均设有矿井水预处理+深度处理设施，预处理工艺为混凝沉淀过滤，深度处理多为膜（超滤/纳滤+反渗透）处理，部分煤矿为两级膜处理。预处理规模远大于深度处理规模，即矿井水均全部经过预处理，出水仅有少部分进入深度处理工序。目前矿井水可以全部回用的煤矿有马莲台煤矿、羊四煤矿、任家庄、红石湾、梅花井煤矿，回用途径主要为矿井生产、洗煤厂补水、园区化工项目生产等。宁煤公司的其余煤矿矿井水经预处理后，部分排入南湖、圆疙瘩湖，部分经深度处理后回用于井下生产、绿化等，深度处理浓盐水用于黄泥灌浆和洗煤厂补水。银星一井矿井水经预处理后，部分送入宁夏圣友德实业有限公司矿井水资源化利用项目进行综合利用，其余部分经深度处理后由矿井自用及供给银星电厂，浓盐水储存于蓄水池。

1.2 矿井水处置及利用工程

除了各煤矿自建的矿井水处理设施外，宁东基地目前运行的矿井水处置及利用工程还有宁东矿区矿井水和煤化工废水处理利用项目和南湖中水厂。为了满足国家能源集团宁夏煤业宁东基地内外排的矿井尾水和煤化工高盐水收集处理的需求，国能宁煤公司投资建设了宁东矿区矿井水和煤化工废水处理利用项目，在项目规模、工艺路线完善、产品盐资源化利用、低杂盐率等方面是目前国内领先的工业废水分盐零排放项目。该项目于2016年10月启动，2019年投产运行，实现了装置废水的“近零排放”。

1.3 宁东基地出台的相关制度

2021年以来，宁东基地编制了《宁东基地“十四五”水资源配置规划》，统筹规划水资源的利用及配置，加大工业废水、矿井疏干水等非常规水资源的开发利用。同时全面封堵了工业废水排污口，使工业废水能够全部得到回收利用，并实现了工业废水不入黄河的目标。另外，宁东基地还制定并出台了《宁东基地核心区水资源刚性约束管理办法（试行）》《关于推进宁东基地非常规水资源化利用实施意见》《宁东能源化工基地水资源节约集约利用奖补办法》《宁东基地推进宁东水务一体化工作方案》等政策措施，明确了产业项目用水准入标准、水耗控制指标和工业废水利用原则，并要求园区百万方以上的用水企业所产生的工业废水需要自行处理，从而实现“近零排放”。

2 宁东基地矿井水处置及资源化利用存在的问题

2.1 矿井水矿化度高、产生量大，脱盐成本高

宁东基地降水量少，蒸发量远大于降水量，而且地下水的补给条件差，加之煤层中含有大量碳酸盐类矿物，使矿井水中的盐类离子增加，所以矿井水普遍为高矿化度矿井水（溶解性总固体大于1 000 mg/L），水质多偏碱性。

据统计，高矿化度矿井水的水量约占我国北方重点煤矿矿井水量的30%以上[1]。宁夏高矿化度矿井水主要分布在宁东基地，宁东基地18座生产煤矿矿井水100%为高矿化度矿井水，矿化度为2 700～45 000 mg/L不等。宁东基地矿井水不仅矿化度高，产生量也较大，据研究分析，宁东煤田各矿区2015年-2018年平均吨煤涌水量为0.82 m3/t，大于西北煤矿的平均吨煤涌水量（0.54 m3/t），宁东煤田2018年的平均吨煤涌水量（0.76 m3/t）是生产吨煤供水量（0.37 m3/t）的2.1倍，是西北矿区煤矿生产吨煤供水量的3倍以上[2]。高矿化度矿井水具有一定的腐蚀性，在经过常规混凝沉淀预处理（主要作用为去除悬浮物）后，除了黄泥灌浆、洗煤等少数用途外，不能作为生产用水直接利用，即使用于黄泥灌浆、洗煤也要重点考虑设备的防腐问题。为了拓宽高矿化度矿井水的利用途径，需要在常规预处理工艺的基础上增加超滤、反渗透等深度脱盐处理工艺，而深度处理工艺的费用约为常规处理工艺的2～3倍，极大地增加了处理成本和企业经济负担。处理成本高的原因主要是深度处理环节的电耗、膜损耗、药剂及设备维护成本都比较高，因而限制了该工艺的使用。

2.2 “零排放”中的低碳、环保问题不容忽视

目前宁东基地有矿井水外排的煤矿，通常的做法是将矿井水全部经过预处理后，一部分再进行深度处理，一部分直接外排（外排水对矿化度未做要求，超过1 000 mg/L）。而按照当前煤矿项目环评审批管理的要求，外排矿井水矿化度不得高于1 000 mg/L，这就意味着煤矿需要将全部矿井水进行深度处理，而随着反渗透浓缩倍数的增加，最终产出的浓盐水具有极高的盐分和较强的腐蚀性，因而已经无法进行再利用（或只能少部分利用），对于矿井水产生量不大的个别矿井可以做到全部回用，但对于大多数矿井，无法回用又不能外排的浓盐水只能做到“零排放”。从长远看，“零排放”除了需要重视经济性外，低碳、安全问题也不容忽视。目前国内通行的做法是对浓盐水进行蒸发结晶，以目前常用的MVR机械蒸汽再压缩蒸发器为例，蒸发一吨水大约需要15～55 kW·h的电耗，平均为35 kW·h。根据收集的资料可知，如果宁东基地目前现有的矿井水全部经过深度处理，则年产生浓盐水量接近2千万m3，如此体量的浓盐水再经结晶蒸发带来的碳排放影响不可估量，而且蒸发产生的结晶盐，尤其是杂盐还需要按照危废进行安全处置。虽然结晶蒸发方式彻底实现了矿井水的零排放，但同时又带来了高能耗和碳排放的新问题，所以实际的环境效益就会大打折扣。

2.3 矿井水回用途径受限

除了煤矿自身的生产用途外，火电厂和化工企业是用水大户，而且是较为稳定可靠的利用途径，但宁东基地工业园区和火电厂主要聚集在北部基地的核心区，而矿区由北向南排列，目前生产矿井主要分布在其中部和南部，且分布较为分散，供水管网的覆盖率低，周边无大型化工园区及集中分布的火电厂，不具备建设矿井水集中处理项目的条件。除此之外，现状途径还用于井田周边牧草地生态绿化、农田灌溉。虽然矿井水用于井田周边生态绿化对改善矿区周边生态环境具有积极作用，但是受季节条件的限制很大，冬季5个月无法实施。矿井水用于农田灌溉则受区位条件（矿井周边有可供灌溉的农田）及季节条件限制大，而且因为用于农田灌溉的水关系到农产品、食品安全，所以是否适合大范围灌溉及灌溉的安全保障性还有待一步论证。

2.4 缺少法规的刚性约束，相关标准规范依据不足

在全国十四个大型煤炭基地中，黄河流域省份占了8个，作为西部地区的煤炭资源大省，2015年新疆出台了《新疆维吾尔自治区煤炭石油天然气开发环境保护条例》，2019年陕西修订通过了《陕西省煤炭石油天然气开发生态环境保护条例》，对矿井水处置过程的生态环境保护提出了明确要求。山西省2012年出台了《山西省循环经济促进条例》，其中明确规定，煤炭生产企业应当优先选择矿井水用于煤炭洗选、井下生产、消防、绿化等。矿井水确需排放的，应当达到地表水环境质量标准Ⅲ类[1]。宁夏煤炭资源储量位于全国前列，生态环境脆弱，环境承载能力低，煤炭行业生态保护压力巨大，目前宁夏还没有煤炭行业生态保护方面的法规，执法部门对煤矿企业矿井水的处置利用监管还缺少刚性依据。

3 对策建议

3.1 优化矿井水处置工艺设计，降低运行成本

经膜处理后的浓盐水具有较高的腐蚀性，可利用的途径稀少，所以要想提高矿井水的利用率，首先要着力在合理能耗的前提下提高膜处理淡水的产水率，减少浓盐水产量，继而减少需要进入“零排放”工段的水量。除硬效果的好坏直接影响膜系统运行的稳定，严重时甚至会对膜造成不可逆转的破坏。因此，研发高效的预处理除硬技术、开发抗污堵膜材料、提高膜浓缩倍率、降低投资与运行成本是高矿化度矿井水高效处置技术的发展趋势。煤矿企业要加大科研攻关力度，深化产学研合作机制，积极与国内外知名高校、科研院所、环境科技公司对接，并依托企业的相关设施创建科技创新平台、科研基地，进一步提高煤矿企业的科研能力和节能降耗水平。另外，要鼓励宁东基地煤矿企业积极学习国内外海水淡化企业、大型电厂脱盐水处理节能降耗技术，积极与国内顶尖膜处理科研单位进行沟通协作，参与矿井水处置领域新技术、新工艺、新材料、新装备的研发和示范。

3.2 审慎实施矿井水的“零排放”。

当前矿井水零排放的主流路径为结晶蒸发，具有能耗高、碳排放强度大、建设运行成本高的缺点，所以应该审慎实施。一是要鼓励加大科研攻关力度，加强浓盐水综合利用技术的研发与示范。二是要严格控制零排放项目的数量。除了必要且无任何利用途径的矿井水集中处理工程外，单个煤矿不再允许建设零排放工程，确需建设的，其设备能耗须达到国内先进水平以上，而且应有相应的降碳措施。三是要因地制宜，结合《城市污水再生利用-景观环境用水水质》（GB 18921-2019）要求，允许部分预处理后且满足该标准的矿井水用于景观湿地补水，但应考虑盐度及累积作用对植物生长的潜在影响，而且湿地植物类型要选择耐盐植物。同时，要对景观湿地的水体水质、底泥、地下水做好跟踪监测，及时发现可能出现的问题并采取改进措施。

3.3 拓宽途径，切实提高矿井水的利用率

一是要进一步“摸清底数 疏堵结合”，优化配置矿井水资源。《宁东化工基地“十四五”水资源配置规划》已经对宁东基地矿井水的水量及利用情况，现状和规划用户情况进行了调查，近两年客观情况又发生了变化，所以需要进一步摸清宁东基地矿井水水质、水量以及利用情况底数，从全局谋划矿井水的综合利用。

根据《宁东基地推进宁东水务一体化工作方案》确定的基地水资源管理主体，做好基地供水公司与宁煤公司水务公司间的无缝衔接，立足水资源短缺的宁东区域工农业生产、生活和生态需水要求，充分挖掘当地矿井水资源的潜力，变废为宝。二是要抓住主要利用途径。据统计，目前黄河流域现代煤化工行业用水总量约为5.3亿立方米/年，尤其是宁夏、陕西、内蒙古地区用水量偏高，占黄河工业用水的比例达9%～18%，煤电产业用水量更大，约占黄河工业用水总量的25%。

统筹黄河流域中上游有限的水资源并做到煤电、煤化工产业全过程节水运行，对保护黄河流域水资源至关重要。根据《宁东化工基地“十四五”水资源配置规划》，2021年，宁东基地电力、煤炭和煤化工用水占总用水量的70%，黄河水利用量占总取水量的97%。因此，在做好矿井水煤矿自用的前提下，加大矿井水供给电力和煤化工生产是落实矿井水利用的主要途径。在落实对《宁东能源化工基地“十四五”水资源配置保障规划》中煤化工企业矿井水配置的基础上，对《规划》中未配置和少配置矿井水水源的7座电厂，配置使用矿井水，并相应削减甚至取消黄河水配置。

3.4 健全煤炭行业生态环境法规标准制度

建议自治区相关部门从推动煤炭行业绿色发展的角度出发，结合区域地表水资源的分布状况、水质特点及用水行业类型，探索制定《宁夏煤炭行业生态环境保护条例》，规定矿井水的处置及资源化利用要求，以及政府及其有关部门、供水公司、园区管委会、煤矿企业、第三方市场主体应履行的法律责任和义务。建议以地方标准强化矿井水的环境管理，探索制定《宁夏煤炭工业污染物排放标准》，并结合区域矿井水的水质特点，在国家标准基础上填补矿化度、氯离子和硫酸根离子的标准空白[2]。

4 结语

作为生态经济发展模式，低碳经济以其能耗低、排放低、污染少、节能环保等优势，深受社会各行各业青睐[3]。宁东基地既是宁夏产业融合集聚的重点区域，也是生态环境保护的重点区域，受资源禀赋条件的限制，煤炭作为能源消费的主体地位丰短期内还难以根本改变。煤炭企业一方面要面对日益严格的生态环境管理要求，一方面还要面临高昂的处理成本。为了解决高矿化度矿井水处置及资源化利用不畅的问题，促进宁东基地煤炭行业的绿色低碳、可持续发展，加快推进黄河流域生态保护与高质量发展先行区的建设，相关部门必须要实事求实，准确把握好高质量发展与高水平保护的关系。实践充分证明，只有处理好生产和生态环境的关系，加快推动形成绿色生产方式，积极发展绿色产业，才能保护好宝贵的自然资源，让绿水青山常在，从而实现高质量发展与高水平保护的双赢。