我國礦井水資源化利用現狀及前景展望

閆佳偉，王紅瑞，趙偉靜，曾 萌

(北京師范大學水科學研究院城市水循環與海綿城市技術北京市重點實驗室，北京 100875)

2019年4月，國家發展和改革委員會、水利部聯合印發了《國家節水行動方案》，指出在缺水地區要加強非常規水利用，強制推動非常規水納入水資源統一配置，逐年提高非常規水利用比例，并嚴格考核。隨著我國社會經濟的高速發展，今后水資源供需矛盾將更為突出[1-2]，包括海水、雨水、礦井水等在內的非常規水源及污水回用逐步引起政府的重視[3-5]。煤炭作為我國最主要的化石能源，煤炭開采與利用均需要大量的水資源作為支撐，在晉北、晉中、晉東、神東、陜北、黃隴、寧東、魯西、兩淮、云貴、冀中、河南、內蒙古東部、新疆等14個億噸級國家大型煤炭基地中，有10個以上的煤炭基地缺水嚴重[6]。礦井水資源化利用、發展礦區循環經濟，是緩解我國北方地區“富煤貧水”矛盾的重要舉措，也是實現經濟社會可持續發展的現實選擇[7]。

近年來，礦井水資源化利用逐漸成為國內學者的研究熱點。楊信榮等[8-9]是較早提出礦井水資源化概念的學者之一，就礦井水資源化的必要性、可行性，礦井水資源化過程中需要注意的問題及對策進行了相關論述。武強等[10]在礦井水害防治和礦井水資源化利用方面開展了大量的研究，先后提出了“排、供、環保”三位一體及控制、處理、利用、回灌與生態環境保護五位一體優化結合的礦井水資源化方式。莫樊等[11-13]就我國不同類型礦井水的處理方法及利用途徑進行了總結，并通過實例證明礦井水資源化利用可以帶來良好的社會效益和經濟效益。苗立永等[14-16]就高礦化度礦井水、酸性礦井水的處理利用開展了大量的研究，為礦井水資源化的落地生產提供了技術支持。郭雷等[17]指出我國礦井水利用的相關研究多集中在技術層面，對于礦井水的管理缺乏系統研究，并就健全礦井水資源化利用相關標準體系等提出了對策建議。此外，何緒文等[18]就礦井水處理技術的研究進展進行了闡述，并指出了礦井水資源化利用的發展趨勢和方向。

我國在礦井水資源化技術方面取得了較多的研究成果，并處于國際領先水平，但在礦井水資源化利用管理及政策方面的研究明顯不足。中國煤炭工業協會和中國礦業大學(北京)水污染控制工程研究所曾對我國礦井水資源化利用水平進行了調查，結果表明，2005年，全國煤礦礦井水資源化利用率為26.2%[19]，與發達國家高達80%的礦井水資源化利用率水平有較大的差距，這是一次較為全面、系統地對我國礦井水資源化利用率的評價，之后鮮有相關文獻。為摸清我國現階段礦井水資源化利用情況，探究礦井水資源化的利用方向，本文對我國礦井水資源化利用發展歷程進行了回顧，對全國11個主要產煤省份的53個煤礦(煤礦企業)礦井水資源化利用現狀進行了調查分析。

1 我國礦井水資源化發展進程及現狀

1.1 發展進程

近年來，國家逐漸重視礦井水資源化的利用，2005年《國務院關于促進煤炭工業健康發展的若干意見》指出，按照高效、清潔、充分利用的原則，開展煤矸石、煤泥、煤層氣、礦井排放水以及與煤共伴生資源的綜合開發與利用。國家發展和改革委員會、國家能源局分別于2006年和2013年出臺了《礦井水利用專項規劃》《礦井水利用發展規劃》等文件，指出國家礦井水資源化利用存在的問題并提出了發展目標，明確指出要逐漸建立完善礦井水資源利用的法律法規體系、宏觀管理政策和政策技術體系、創新技術和機制。2013年，國務院發布的《循環經濟發展戰略及近期行動計劃》明確提出要推動礦井水用于礦區補充水源和周邊地區生產、生活、生態用水。2015年國務院發布的《水污染防治行動計劃》指出，推進礦井水綜合利用，煤炭礦區的補充用水、周邊地區生產和生態用水應優先使用礦井水，加強洗煤廢水循環利用；同年環境保護部(現生態環境部)頒發了《現代煤化工建設項目環境準入條件(試行)》，文件要求，“現代煤化工發展，必須要強化節水措施，減少新鮮水用水量。在具備條件的地區，倡導優先使用礦井疏干水、再生水，禁止取用地下水作為生產用水”。2019年，國家發展和改革委員會、水利部發布了《國家節水行動方案》，要求在缺水地區加強礦井水等非常規水的利用。近年來，在有礦井水資源的各地市，出臺的地方發展規劃、循環經濟發展規劃等均提及要充分利用礦井水資源(礦井疏干水)，但專門針對礦井水資源(礦井疏干水)利用的文件并不多，僅有個別省(自治區)市如山西省、榆林市、晉城市、鄂爾多斯市、寧夏回族自治區等出臺相關文件。如2008年山西省生態環境廳(原山西省環境保護廳)的《關于加快汾河流域煤礦礦井水處理及回用工程項目實施的通知》；2016年榆林市人民政府的《關于礦井疏干水綜合利用的意見》、榆林市發展和改革委員會的《榆林市礦井疏干水綜合利用規劃》；2018年晉城市煤炭煤層氣工業局的《關于推進全市地方煤礦煤矸石礦井水綜合利用的通知》和鄂爾多斯市水務局的《鄂爾多斯市礦井疏干水和再生水綜合利用方案及分年度方案》；2019年伊金霍洛旗人民政府的《伊金霍洛旗加快推進礦井疏干水綜合利用實施意見》、寧東能源化工基地委員會的《寧東基地礦井疏干水利用現狀及配置方案》和貴州省能源局的《關于加強煤礦礦井水和煤矸石綜合利用調度統計分析工作的通知》。

煤礦開采與水資源的短缺一直為一對矛盾。在近代煤炭規模化開采初期，我國一些缺水的煤礦就意識到要將排放的礦井水加以利用，直接將礦井水用于洗煤、選煤。由于我國大部分煤礦水質較好，僅含有煤粉等雜質，所以經過簡單的沉淀過濾后就可以用于洗澡、灌溉。更有部分煤礦將未經污染的礦井水經簡單處理后供礦區的生活飲用[20]。1970年前后，我國逐漸與英、美、日本等國家建交，在煤礦生產等方面學到了不少新技術、新方法，水處理技術進一步提高。1968年北京煤礦設計研究院等相關設計單位在大臺煤礦開展了礦井水經深度處理后進行飲用的相關研究，結果表明經處理后的礦井水達到了當時我國礦井水的飲用標準[21]。

自20世紀80年代以來，中國的一些煤礦已經建立了一些礦山水處理站，如大同、徐州等煤礦高產地區。我國礦井水處理站的數量一直在增加，據不完全統計，我國各地區煤礦礦區礦井水經過凈化處理后達到生活飲用水平的處理量已超過50萬m3/d。2010年以后，各省市逐步加強礦井水的利用，礦井水資源化利用率逐年提高。

1.2 現狀

根據國家能源局的相關數據，截至2017年12月，我國共有煤礦5 063處，其中生產煤礦共3 907處。由于煤礦數量龐大，加之部分煤礦沒有進行礦井水資源化利用的相關統計工作，選取山西、陜西、內蒙古、寧夏、新疆、山東、河南、吉林、安徽、江蘇、貴州等11個主要產煤省(自治區)的53處煤礦進行問卷調查研究。53處煤礦主要分布于山西中部、山西北部、新疆北部、陜西北部、內蒙古東部等地區，基本涵蓋了我國主要煤礦及礦井水資源化地區。2013年，53處煤礦礦井水產生量共計20 889.8萬m3，隨著國家去產能及采煤保水技術的提高，到2018年，煤礦礦井水產量略有所下降，為19 658.6萬m3，但礦井水資源化利用量從2013年的9 041.2萬m3增長到2018年的11 440.5萬m3，礦井水資源化利用率逐年提高，從2013年的43.28%增長到2018年的58.20%

圖1為2013—2018年煤礦礦井水資源化分行業利用情況。由圖1可以看出，近幾年我國礦井水分行業資源化利用相差不大。礦井水資源化利用中，2018年工業用水占比達59%；生態用水次之，為32%；農業用水最少，僅為1%；其他年份礦井水資源化利用中工業用水和生態用水也基本占據80%以上。工業方面，資源化利用的礦井水主要用于煤炭開采及加工過程中的井下滅火、除塵、防爆、洗煤、消防等；生態方面，礦井水則主要用于生態綠化、河道補水等方面；在民用和農業方面，礦井水主要用于浴室、鍋爐用水和灌溉用水。礦井水基本上屬于采礦區內部利用。

圖1 2013—2018年煤礦礦井水資源化分行業利用情況

從七大地理分區來看，我國礦井水資源化利用率在分區上有著明顯的差異，見圖2。由圖2可見，華北地區礦井水資源化利用率最高，且從2013年開始，礦井水資源化利用率整體呈上升趨勢，2018年超過了93%，這與華北地區礦井水水質較好(多為潔凈礦井水和含懸浮物礦井水)和水資源供需矛盾突出有關。華中、西南、華東地區礦井水資源化利用率近幾年來基本保持不變，分別在75%、60%、60%左右浮動，礦井水資源化利用率沒有進一步突破的原因是這些地區水資源相對較為充足且礦井水水質較差，礦井水利用成本相對偏高。西北地區近幾年來礦井水資源化利用率從59%上升至73%，利用率穩步上升，主要原因是地下水庫等礦井水就地使用概念的提出與實際應用。東北地區礦井水資源化利用率近幾年來有較大的突破，尤其從2015年開始，礦井水資源化利用率大幅上升，這主要與錫林郭勒盟幾大露天煤礦礦井水利用率大幅提升有關。

圖2 2013—2018年我國分區礦井水資源化利用率

按照煤礦的開采方式，我國煤礦主要分為井工開采和露天開采兩種方式。①井工開采煤礦的礦井水資源化利用率基本能反映當地礦井水資源的綜合利用率，與礦井水產生量關系不大；②目前露天開采煤礦礦井水基本用于煤礦開采，所以其水資源化利用率與礦井水產生量有較大關系，礦井水產生量較低時，可被全部利用，礦井水產生量較高時，利用率則相對較低。

不同地區、不同煤礦因礦井水資源的性質、處理及利用方式的不同，礦井水資源化的利用成本也有一定的差異。但單位礦井水資源化利用成本在1～15元之間，絕大部分處于1～5元之間。在調研的53個煤礦中，共有37個煤礦有礦井水資源化利用成本的相關數據，平均為4.10元，相較于常規水源水價，利用成本相對偏高。

2 我國礦井水資源化利用的制約因素

2.1 落地性政策缺失

雖然國家和地方政府出臺了眾多法規文件，鼓勵礦井水資源的循環利用，但這些政策在具體操作時有很大的模糊和不確定性。如礦井水資源如何界定計量、分類使用的水質標準、稅收如何優惠、主管部門的確定等問題仍然沒有統一的標準，也無相關政策、標準，直接影響了企業利用礦井水資源的積極性。

2.2 礦井水處理成本偏高

我國礦井水資源化利用主要用于工業方面，對水質的要求并不很高，礦井水資源化利用的平均成本已達5元/t，這在北方干旱缺水、地下水超采、礦井水水質較好的地區可能會被接受，但對于云南、貴州、安徽、江蘇、蒙東等水資源相對豐富的煤礦，礦井水資源化利用成本相對較高，尤其是云貴地區，礦井水多為酸性，處理成本偏高，企業利用礦井水的積極性大幅度降低。此外，礦井水資源化處理工程前期投資少則幾千萬元，多達幾億元，對于一些規模較小的煤礦來說，前期投資是一個巨大的問題。

2.3 心理認同仍有差距

盡管近年來礦井水逐漸用于生產、生活，但提及礦井水，人們首先想到的是礦井突水造成的安全事故以及礦井水外排造成的環境污染。據報道，2000—2014年中國因礦井突水造成超過4 500人遇難。2009年以來，山西陽泉發現大量的礦井水流出地表，這類礦井水多為酸性且礦化度高，對山底河流造成了嚴重的污染。關閉多年的太原西山牛家口老窯水流出高礦化度礦井水，對附近著名景區晉祠公園的水域造成了一定影響。因此大多數人并沒有認識到礦井水是一種寶貴的水資源，更無從談及對礦井水進行資源化利用。此外，再生水、淡化海水利用現今都有專門的組織及機構進行研究及宣傳，而關于礦井水資源化再利用宣傳的社會組織、宣傳平臺、信息化系統均處于缺位狀態，礦井水資源化利用的宣傳工作還遠不到位。

2.4 產學研用模式尚未形成

現階段盡管國家高度重視礦井水資源化利用，但是關于礦井水資源化利用的基礎研究還很薄弱，人才培養尚有缺位，校企之間的合作有待加強。在我國現有的煤炭礦業類高校中，如中國礦業大學、中國礦業大學(北京)、山東科技大學、太原理工大學、長安大學等在培養碩、博學生時有關礦井水的研究等較多集中在礦井水害防治方面，關于礦井水資源化利用的文獻僅為礦井水害防治的1/5～1/4，見圖3(數據來源于中國知網)。此外，有關于礦井水資源化利用的企業仍然較少，該專業學生實習機會不足。

圖3 2013—2018年煤炭礦業類高校礦井

3 我國礦井水資源化利用對策

3.1 出臺落地性政策

我國作為法治社會，任何事情必須堅持有法、有規可依。礦井水資源化利用的前提就是要完善礦井水資源化利用的政策法規。對策可以由國家或各地方水利部門牽頭[22]，會同發展和改革委員會、生態環境部(廳、局)等，就礦井水資源開發利用過程中的水質、環境保護等方面的問題進行統一研究。

在國家層面，要進一步制定詳細的礦井水利用專項規劃，明確目標年的礦井水利用目標；考慮將礦井水列入水資源系統進行統一配置[23]；年度對礦井水利用目標進行考核，考核以省(自治區)或基地為單位。

在地方層面，可設置以省(自治區)或基地為單元的管理部門，根據各地實際進一步細化與國家礦井水利用相關的標注規范，制定合理的稅收補貼政策等，具體如圖4所示。在政策制定過程中，要有政府、科研人員、一線工作人員的參與，保證政策在大的框架下穩定，在具體操作方面可行。

圖4 礦井水利用政策設計

3.2 加強創新人才建設培養

關于礦井水資源化利用，既是傳統的研究，又有創新的研究。在傳統研究方面，各類礦井水的化學處理方法較多，研究也相對較為深入，但如何將礦井水以較低成本處理為生活用水或者更高質量的飲用水、礦泉水，目前研究還相對較少。此外，礦井水資源化利用管理方面的政策研究鮮有文獻論述。因此，水利或地礦類高校要進行礦井水資源化利用人才的培養，集技術與管理于一身，在培養階段加強校企合作，積極前往企業實習鍛煉，從而有效推動礦井水資源化的利用。

3.3 分質分類利用

按照我國常見礦井水的分類，不同類型的礦井水可根據實際分質分類用于工業、生活、農業、生態等方面。各類礦井水利用方式見圖5。礦井水在進行實際利用時還要考慮多方面的因素，如運輸距離、處理成本等。

圖5 礦井水綜合利用流程

3.4 加大宣傳，發揮行業協會作用

行業協會具有溝通、監督、協調、統計等作用。目前我國還未有以礦井水資源化利用命名的行業協會，與之相關的有“中國煤炭加工利用協會”“昆明市再生水協會”等。在對礦井水資源化利用愈加重視的今天，有必要組建專門的協會，開展我國礦井水資源化利用的統計工作；組織行業會議，加強科研機構與企業之間的溝通；積極協調企業與政府之間的矛盾與需求[17，24]。此外，在人們尚未完全接受礦井水的情況下，積極開展礦井水可再生利用的公眾普及，縮小群眾的心理認同差距。

4 我國礦井水資源化利用前景展望

4.1 高質量礦井水的開發

近年來，隨著社會經濟的發展，人們對飲用水的要求越來越高。現在市面上瓶裝純凈水普遍在2～5元之間，更有甚者高達幾十元。礦井水主要來源于地下水，一些不受污染的礦井水經過簡單處理即可成為高質量的飲用水，富含人類所需的多種微量元素。如開灤股份公司范各莊礦將礦井水開發成為弱堿性飲用水，每小時灌裝1 000瓶瓶裝水、120桶桶裝水的生產能力，年可節省830萬元的排水電費、排污費、水資源費等，為企業創造了十分可觀的收入。因此，面對國家去產能的大趨勢，在煤礦利潤有所下降的情況下，開發高質量的礦井水將是大勢所趨。

4.2 礦井水資源熱能利用

礦井水除了經過處理作為水資源再生利用外，礦井水所蘊含的熱能也引起了相關學者的注意。礦井水的熱能恒定，幾乎不受外界影響。王力力[25]分析了唐山礦礦井水余熱用于職工洗浴用水加熱的可行性，得出該方案環保且可行。李峰等[26]通過分析水源熱泵技術在礦井水余熱方面的應用研究，得出礦井水余熱在節能減排方面有著明顯的效果，具有較高的經濟價值。辛嵩等[27]對礦井水余熱利用從理論、技術及經濟方面進行可行性分析，得出該技術可以為礦區供暖和降溫，同時具有一定的經濟效益和環境效益。在日益重視生態文明及循環經濟的今天，礦井水資源的熱能利用必將成為大勢所趨，為節能減排做出貢獻。

4.3 產業化和規模化

如今礦井水的資源化利用尚未形成規模，各個礦井之間的礦井水再利用也僅各為其用，很少對外進行供水。在技術與國家政策補貼到位后，礦井水資源化利用的成本將逐步降低，形成具有價格優勢的可利用水源。礦井水資源化利用產業化與規模化應以政府引導、企業為主體進行建設，拓寬融資渠道，將礦井水收集、處理、運輸、銷售等多個環節有機結合起來，進行市場化經營。在保證水質的情況下，逐步擴大供水規模，形成具有競爭力的供水主體。在產業化和規模化發展前期，政府要制定完善的利用政策、利用標準以及相應的優惠補貼政策，企業則需要做好融資、場地建設、管道鋪設及市場的開發；在運營階段，政府要根據實際運營情況做好政策的完善與監督管理工作，企業則需要做好水質監測和應急預案等的演練。

4.4 廢棄礦礦井水資源化利用

近年來，隨著去產能的穩定推進，大量產能較低的煤礦被關閉，主要分布于西南和華北地區。2014—2018年，我國共關閉7 281處煤礦，截至2018年，廢棄煤礦的礦井水接近48億m3。棄煤礦產生的礦井水被大量閑置、廢棄，不僅導致了水資源的大量浪費、威脅鄰近生產礦井的安全、礦井水位回升可能引發地質災害等問題，還對礦區生態環境造成了一定影響。因此，在水資源日益短缺的今天，加大廢棄礦井水資源化的利用，在解決用水緊張的同時也可以進一步提升煤礦開采安全，同時保護礦區的生態環境。廢棄礦井水資源可以通過修建地下水庫、用于地下發電、作為后備水源以及進一步加工處理后利用[28]。近年來，廢舊煤礦經過開發改造成為工業遺產旅游公園，如唐山開灤煤礦國家礦山公園、晉華宮國家礦山公園、阜新海州露天礦國家礦山公園等。廢棄煤礦的礦井水經處理后可用于公園的景觀用水及周邊河流的生態補水。此外，廢棄礦礦井水資源化利用的前提，是要由政府相關部門對廢棄礦井水進行探查、核實、統計，在此基礎上對礦井水加以應用。

5 結 語

在水資源日益短缺與環境保護愈加重視的今天，礦井水資源化利用定將成為國家的必然選擇。我國礦井水資源化利用正處于發展階段，加之區域水資源之間存在差異性，利用程度各不相同，與淡水、地下水等水源相比價格優勢不突出等現實問題，礦井水開發利用仍存在難點。在未來礦井水資源化產業化進程中，要著重突破礦井水資源化利用各個環節的核心技術，研發高效安全的礦井水資源化全產業鏈技術；建立完善的政策、標準支持體系，加強礦井水資源化設計運營公司的對外輸出；積極開展礦井水資源化利用的試點城市、示范基地等工作。