礦井水綜合處理在綠色礦山建設中的實踐和應用

文/張建春

綠色礦山建設關系著我國生態環境的保護和企業的可持續和諧發展。為切實履行社會責任，服務經濟社會發展大局，改善地方生活環境，徹底解決陜北荒漠長期缺水和所屬礦區水污染問題，華電煤業小紀汗煤礦投資4.62億元建設陜西省內第一家規模最大、投資最多的礦井水綜合利用示范項目，礦井水經處理后全部利用，實現零排放，徹底解決了礦井水的排放污染問題。在滿足環保要求的同時取得了良好的經濟效益和社會效益，用實際行動為建設綠色礦山提供了技術支持和實踐經驗。

一、項目實施背景

當前我國煤炭開采方式主要以井工為主，開采過程中會產生大量的礦井水。礦井水外排，在礦區周邊形成黑湖和咸水湖，造成淺層地下水含鹽量增大，土壤堿化，農業和林業植被遭受破壞。同時，水資源是煤炭開采與利用的重要保障，在我國14個億噸級大型煤炭生產基地中，有11個煤炭生產基地面臨著嚴重缺水問題，尤其是晉、陜、蒙、寧、甘等西部地區煤炭產量超過全國煤炭總產量的70%，而水資源占有量僅為全國總量的3.9%。

黨的十八大報告提出，大力推動生態文明建設，必須守住節約資源和保護環境的發展底線，踐行“綠水青山就是金山銀山”的發展理念。近年來，國家和地方各級政府出臺的地方發展規劃、循環經濟發展規劃等政策文件中，均對煤礦礦井水資源處理和利用提出了嚴格的要求。因此，利用科學有效的技術和工藝，處理和利用好礦井水，是節約水資源，減少環境污染，保護礦區生態的重要舉措，更是煤炭企業建設綠色礦山、實現經濟社會可持續發展的必然要求，實施礦井水處理再利用項目、發展礦山綠色循環經濟已刻不容緩。

二、項目簡介

華電煤業小紀汗煤礦位于陜北侏羅紀煤田榆橫礦區,地處毛烏素沙漠與陜北黃土高原接壤地帶，礦井水屬于含懸浮物、鈣離子及高硫酸根的高礦化度礦井水。小紀汗煤礦投產以來，礦井排水量逐年增加，2018年以來礦井排水量均在1250m3/h以上。根據《小紀汗煤礦13盤區涌水量預測報告》，2021年排水量將達到峰值1762m3/h。

小紀汗煤礦礦井水綜合利用項目包括生活污水處理系統、礦井水處理系統和礦井輸水管線。礦井水處理系統處理能力為1900m3/h，產品水水質達到國家《地下水質量標準（GB/T14848-2017）》III類標準并滿足《石油化工給水排水水質標準（SH3099-2000）》的要求。經處理后的礦井水，一部分供煤礦生產及生活；一部分通過管道輸送至榆橫發電廠作為循環冷卻補充用水；一部分供給周邊水資源缺乏地區作為其生態補充用水及農田灌溉用水；剩余全部輸送給榆林市水務集團統一調配使用。同時，系統產出的濃鹽水經過濃縮結晶處理后，全部轉化為符合GB/T6009-2014的I類一等品工業硫酸鈉，礦井疏干水全部實現達標處理和綜合利用，真正實現礦井水“零排放”，推動了綠色礦山建設和水資源綜合利用進程。

三、處理工藝

1.項目主要優點

小紀汗煤礦礦井水處理項目采用國內、外先進成熟的超濾、反滲透、納濾、強制結晶工藝，處理設施設備高效、節能、環保，工藝流程簡單，操作簡便，便于管理和維護，運行成本較低。礦井水處理站外形設計美觀、大方，構筑物布置緊湊、合理，設施及管線布置流暢、整齊，有效減少了占地面積和管道費用。整個礦井水處理系統的自控水平高，配套高性能的在線儀表，實現自動化運行，操作管理的勞動強度低，系統運行安全可靠。

2.主要工藝流程

小紀汗煤礦礦井水處理工藝主要分為脫鹽段、二次濃縮段、蒸發結晶段三個階段。

（1）預處理及脫鹽階段。采用藥劑澄清沉淀+超濾+反滲透工藝。

礦井原水進入高密度澄清池前混合池，通過投加碳酸鈉、氫氧化鈉和混凝劑等，攪拌混合后進入高效澄清池絮凝沉淀區，使產生的碳酸鈣充分沉淀，從而達到降低硬度的作用，出水Ca2+含量小于150mg/L。在后中和池內投加硫酸，去除澄清池出水中的過飽和堿度，同時投加殺菌劑，殺滅原水中的微生物。處理后的水進入超濾裝置，超濾產水再通過反滲透裝置進行脫鹽。經過高效澄清池、原水超濾和第一次反滲透，可以有效去除水中的懸浮物、膠體微粒、細菌和大部分病毒等，降低原水中含鹽量。經過該階段處理，有效降低了原水中總硬度、總堿度、膠體和懸浮物，產品水達到國家飲用水標準，處理后的濃鹽水排入到反滲透濃水池，作為下段工藝的原水。此階段原水回收率達到75%，除鹽率達到98%以上。

（2）反滲透濃水二次濃縮處理階段。再次采用藥劑澄清沉淀+變孔隙濾池+超濾+弱酸陽床離子交換+脫碳+納濾+碟管式反滲透工藝。

上一階段產生的濃鹽水進入本階段的高密度沉淀池，再次通過加入氫氧化鈣、氧化鎂、碳酸鈉、聚合硫酸鐵，使其沉淀分離，上層清液進入集水槽后流入中和水池，中和水池通過投加硫酸回調PH度，自流進入變孔隙濾池去除大量懸浮物后，出水進入濃水超濾系統，最終產水濁度小于0.2NTU。再通過納濾膜去除水中的色度、硬度和異味，進入產品水池。剩余濃水通過碟管式反滲透（DTRO）系統再次進行濃縮處理，保證出水持續穩定、達到國家一級排放標準。

（3）蒸發結晶段。此階段采用MVR強制結晶工藝，對碟管式反滲透(DTRO)濃縮后的高濃度鹽水進行蒸發結晶處理。

高濃度鹽水經蒸發預處理后，轉料進入MVR硫酸鈉結晶罐，經過進一步蒸發濃縮后，當料液溫度達到硫酸鈉的過飽和濃度時，硫酸鈉以晶體的形式結晶析出。對固液分離后的結晶鹽進行干燥、包裝處理，其白度、純度均達到GB/T6009-2014《工業無水硫酸鈉》A類一等品標準，全部資源化利用。蒸發結晶產生的冷凝水統一收集至冷凝水罐，然后輸送至產品水池統一使用，真正實現廢水“零排放”。

四、經濟與社會效益

小紀汗煤礦礦井水綜合處理項目日平均處理水量3.4萬m3，日平均產水量約2.9萬m3，水質達到國家標準，其中煤礦每日生產生活自用水量6156m3，剩余約2.3萬m3供給榆橫電廠和榆林市水務集團，售價4～6元/噸，無水硫酸鈉售價100～150元/噸，產生了良好的經濟效益。

小紀汗煤礦礦井水綜合處理項目極大地緩解了所屬礦區缺水問題，一方面置換出了大量寶貴的地表及地下水資源，改善了陜北荒漠缺水的問題，年節水量33萬m3；另一方面，避免了礦井水直接排放，減少了周邊環境的污染，滿足了建設資源節約型、環境友好型國家循環經濟示范區的基本要求，在實現100%復用、零排放目標的基礎上造福企業、造福人民，成為保護生態環境的成功典范。

小紀汗煤礦也因此被成功納入2019年全國綠色礦山名錄,榮獲國家2019年度綠色礦山科學技術獎重大工程類二等獎，2020年順利通過國家一級安全生產標準化礦井驗收。

五、小結

實踐證明，建設綠色礦山是新形勢下礦產資源管理與礦產企業發展的重要方向和工作抓手，是推進生態文明建設、踐行綠色發展理念的關鍵要素。礦井水綜合處理再利用不僅是有效緩解礦區水資源短缺、提高水資源循環利用效率的重要舉措，也是改善環境質量、保護礦區生態的必然要求。

小紀汗煤礦礦井水綜合利用項目使得每年超千萬噸的礦井水實現“零排放”，同時使結晶鹽得到資源化利用，強力推動了地方生態環境保護和水資源綜合利用進程，為創建綠色礦山打下了堅實的基礎。小紀汗煤礦在建設綠色礦山、推進綠色礦業發展工作中的成功做法和經驗，對于推廣先進技術、引領煤炭行業綠色發展具有重大指導作用，對于推進全國綠色礦山建設工作健康發展具有典型示范帶動作用。