寧東基地高礦化度礦井水處置及資源化利用存在的問(wèn)題與對(duì)策建議

折 樂(lè)，丁紅英，王 萌

（1.寧夏回族自治區(qū)生態(tài)環(huán)境工程評(píng)估中心，寧夏 銀川 750001；2.寧夏回族自治區(qū)應(yīng)對(duì)氣候變化與機(jī)動(dòng)車(chē)污染防治中心，寧夏 銀川 750001）

引言

寧東基地是全國(guó)十四個(gè)大型煤炭基地之一，長(zhǎng)期以來(lái)，煤炭資源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用有力地支撐了全區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，但同時(shí)由于煤炭資源的大規(guī)模、高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)不可避免地帶來(lái)了生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。受地質(zhì)條件等因素的影響，寧東基地地下水多為苦咸水，目前生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)煤礦產(chǎn)生的礦井水均為高礦化度礦井水。自“十一五”以來(lái)，隨著基地煤炭資源的深入采掘，大量高礦化度礦井水因未及時(shí)得到有效利用而造成資源浪費(fèi)。各礦區(qū)在建、擬建煤礦項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)后，高礦化度礦井水的產(chǎn)生量還將大幅增加。因此，礦井水能否得到高效處置及資源化利用已經(jīng)成為影響和制約寧東基地煤炭行業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展的環(huán)保難點(diǎn)問(wèn)題之一。

1 寧東基地礦井水處置及資源化利用現(xiàn)狀

1.1 各煤礦礦井水處理情況

寧東基地有9個(gè)礦區(qū)，其中國(guó)家規(guī)劃礦區(qū)7個(gè)，現(xiàn)有生產(chǎn)煤礦18座，分布在靈武、橫城、鴛鴦湖、積家井、馬家灘等五個(gè)礦區(qū)，實(shí)際產(chǎn)能為8 865萬(wàn)噸/年。生產(chǎn)煤礦中國(guó)能寧煤集團(tuán)所屬13座（羊場(chǎng)灣煤礦一、二號(hào)井合稱(chēng)一座）煤礦，寶豐集團(tuán)、銀星煤業(yè)、羊四煤業(yè)所屬煤礦各1座，長(zhǎng)城能化寧夏公司所屬煤礦2座。在寧東基地18座生產(chǎn)煤礦中，除了馬蓮臺(tái)煤礦依托寶豐化工項(xiàng)目污水處理廠、梅花井煤礦僅有礦井水預(yù)處理設(shè)施、麥垛山煤礦礦井水依托紅柳煤礦礦井水處理站外，其他煤礦均設(shè)有礦井水預(yù)處理+深度處理設(shè)施，預(yù)處理工藝為混凝沉淀過(guò)濾，深度處理多為膜（超濾/納濾+反滲透）處理，部分煤礦為兩級(jí)膜處理。預(yù)處理規(guī)模遠(yuǎn)大于深度處理規(guī)模，即礦井水均全部經(jīng)過(guò)預(yù)處理，出水僅有少部分進(jìn)入深度處理工序。目前礦井水可以全部回用的煤礦有馬蓮臺(tái)煤礦、羊四煤礦、任家莊、紅石灣、梅花井煤礦，回用途徑主要為礦井生產(chǎn)、洗煤廠補(bǔ)水、園區(qū)化工項(xiàng)目生產(chǎn)等。寧煤公司的其余煤礦礦井水經(jīng)預(yù)處理后，部分排入南湖、圓疙瘩湖，部分經(jīng)深度處理后回用于井下生產(chǎn)、綠化等，深度處理濃鹽水用于黃泥灌漿和洗煤廠補(bǔ)水。銀星一井礦井水經(jīng)預(yù)處理后，部分送入寧夏圣友德實(shí)業(yè)有限公司礦井水資源化利用項(xiàng)目進(jìn)行綜合利用，其余部分經(jīng)深度處理后由礦井自用及供給銀星電廠，濃鹽水儲(chǔ)存于蓄水池。

1.2 礦井水處置及利用工程

除了各煤礦自建的礦井水處理設(shè)施外，寧東基地目前運(yùn)行的礦井水處置及利用工程還有寧東礦區(qū)礦井水和煤化工廢水處理利用項(xiàng)目和南湖中水廠。為了滿(mǎn)足國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)寧東基地內(nèi)外排的礦井尾水和煤化工高鹽水收集處理的需求，國(guó)能寧煤公司投資建設(shè)了寧東礦區(qū)礦井水和煤化工廢水處理利用項(xiàng)目，在項(xiàng)目規(guī)模、工藝路線(xiàn)完善、產(chǎn)品鹽資源化利用、低雜鹽率等方面是目前國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的工業(yè)廢水分鹽零排放項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2016年10月啟動(dòng)，2019年投產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了裝置廢水的“近零排放”。

1.3 寧東基地出臺(tái)的相關(guān)制度

2021年以來(lái)，寧東基地編制了《寧東基地“十四五”水資源配置規(guī)劃》，統(tǒng)籌規(guī)劃水資源的利用及配置，加大工業(yè)廢水、礦井疏干水等非常規(guī)水資源的開(kāi)發(fā)利用。同時(shí)全面封堵了工業(yè)廢水排污口，使工業(yè)廢水能夠全部得到回收利用，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢水不入黃河的目標(biāo)。另外，寧東基地還制定并出臺(tái)了《寧東基地核心區(qū)水資源剛性約束管理辦法（試行）》《關(guān)于推進(jìn)寧東基地非常規(guī)水資源化利用實(shí)施意見(jiàn)》《寧東能源化工基地水資源節(jié)約集約利用獎(jiǎng)補(bǔ)辦法》《寧東基地推進(jìn)寧東水務(wù)一體化工作方案》等政策措施，明確了產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目用水準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、水耗控制指標(biāo)和工業(yè)廢水利用原則，并要求園區(qū)百萬(wàn)方以上的用水企業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)廢水需要自行處理，從而實(shí)現(xiàn)“近零排放”。

2 寧東基地礦井水處置及資源化利用存在的問(wèn)題

2.1 礦井水礦化度高、產(chǎn)生量大，脫鹽成本高

寧東基地降水量少，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量，而且地下水的補(bǔ)給條件差，加之煤層中含有大量碳酸鹽類(lèi)礦物，使礦井水中的鹽類(lèi)離子增加，所以礦井水普遍為高礦化度礦井水（溶解性總固體大于1 000 mg/L），水質(zhì)多偏堿性。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，高礦化度礦井水的水量約占我國(guó)北方重點(diǎn)煤礦礦井水量的30%以上[1]。寧夏高礦化度礦井水主要分布在寧東基地，寧東基地18座生產(chǎn)煤礦礦井水100%為高礦化度礦井水，礦化度為2 700～45 000 mg/L不等。寧東基地礦井水不僅礦化度高，產(chǎn)生量也較大，據(jù)研究分析，寧東煤田各礦區(qū)2015年-2018年平均噸煤涌水量為0.82 m3/t，大于西北煤礦的平均噸煤涌水量（0.54 m3/t），寧東煤田2018年的平均噸煤涌水量（0.76 m3/t）是生產(chǎn)噸煤供水量（0.37 m3/t）的2.1倍，是西北礦區(qū)煤礦生產(chǎn)噸煤供水量的3倍以上[2]。高礦化度礦井水具有一定的腐蝕性，在經(jīng)過(guò)常規(guī)混凝沉淀預(yù)處理（主要作用為去除懸浮物）后，除了黃泥灌漿、洗煤等少數(shù)用途外，不能作為生產(chǎn)用水直接利用，即使用于黃泥灌漿、洗煤也要重點(diǎn)考慮設(shè)備的防腐問(wèn)題。為了拓寬高礦化度礦井水的利用途徑，需要在常規(guī)預(yù)處理工藝的基礎(chǔ)上增加超濾、反滲透等深度脫鹽處理工藝，而深度處理工藝的費(fèi)用約為常規(guī)處理工藝的2～3倍，極大地增加了處理成本和企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。處理成本高的原因主要是深度處理環(huán)節(jié)的電耗、膜損耗、藥劑及設(shè)備維護(hù)成本都比較高，因而限制了該工藝的使用。

2.2 “零排放”中的低碳、環(huán)保問(wèn)題不容忽視

目前寧東基地有礦井水外排的煤礦，通常的做法是將礦井水全部經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，一部分再進(jìn)行深度處理，一部分直接外排（外排水對(duì)礦化度未做要求，超過(guò)1 000 mg/L）。而按照當(dāng)前煤礦項(xiàng)目環(huán)評(píng)審批管理的要求，外排礦井水礦化度不得高于1 000 mg/L，這就意味著煤礦需要將全部礦井水進(jìn)行深度處理，而隨著反滲透濃縮倍數(shù)的增加，最終產(chǎn)出的濃鹽水具有極高的鹽分和較強(qiáng)的腐蝕性，因而已經(jīng)無(wú)法進(jìn)行再利用（或只能少部分利用），對(duì)于礦井水產(chǎn)生量不大的個(gè)別礦井可以做到全部回用，但對(duì)于大多數(shù)礦井，無(wú)法回用又不能外排的濃鹽水只能做到“零排放”。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，“零排放”除了需要重視經(jīng)濟(jì)性外，低碳、安全問(wèn)題也不容忽視。目前國(guó)內(nèi)通行的做法是對(duì)濃鹽水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，以目前常用的MVR機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器為例，蒸發(fā)一噸水大約需要15～55 kW·h的電耗，平均為35 kW·h。根據(jù)收集的資料可知，如果寧東基地目前現(xiàn)有的礦井水全部經(jīng)過(guò)深度處理，則年產(chǎn)生濃鹽水量接近2千萬(wàn)m3，如此體量的濃鹽水再經(jīng)結(jié)晶蒸發(fā)帶來(lái)的碳排放影響不可估量，而且蒸發(fā)產(chǎn)生的結(jié)晶鹽，尤其是雜鹽還需要按照危廢進(jìn)行安全處置。雖然結(jié)晶蒸發(fā)方式徹底實(shí)現(xiàn)了礦井水的零排放，但同時(shí)又帶來(lái)了高能耗和碳排放的新問(wèn)題，所以實(shí)際的環(huán)境效益就會(huì)大打折扣。

2.3 礦井水回用途徑受限

除了煤礦自身的生產(chǎn)用途外，火電廠和化工企業(yè)是用水大戶(hù)，而且是較為穩(wěn)定可靠的利用途徑，但寧東基地工業(yè)園區(qū)和火電廠主要聚集在北部基地的核心區(qū)，而礦區(qū)由北向南排列，目前生產(chǎn)礦井主要分布在其中部和南部，且分布較為分散，供水管網(wǎng)的覆蓋率低，周邊無(wú)大型化工園區(qū)及集中分布的火電廠，不具備建設(shè)礦井水集中處理項(xiàng)目的條件。除此之外，現(xiàn)狀途徑還用于井田周邊牧草地生態(tài)綠化、農(nóng)田灌溉。雖然礦井水用于井田周邊生態(tài)綠化對(duì)改善礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境具有積極作用，但是受季節(jié)條件的限制很大，冬季5個(gè)月無(wú)法實(shí)施。礦井水用于農(nóng)田灌溉則受區(qū)位條件（礦井周邊有可供灌溉的農(nóng)田）及季節(jié)條件限制大，而且因?yàn)橛糜谵r(nóng)田灌溉的水關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品、食品安全，所以是否適合大范圍灌溉及灌溉的安全保障性還有待一步論證。

2.4 缺少法規(guī)的剛性約束，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范依據(jù)不足

在全國(guó)十四個(gè)大型煤炭基地中，黃河流域省份占了8個(gè)，作為西部地區(qū)的煤炭資源大省，2015年新疆出臺(tái)了《新疆維吾爾自治區(qū)煤炭石油天然氣開(kāi)發(fā)環(huán)境保護(hù)條例》，2019年陜西修訂通過(guò)了《陜西省煤炭石油天然氣開(kāi)發(fā)生態(tài)環(huán)境保護(hù)條例》，對(duì)礦井水處置過(guò)程的生態(tài)環(huán)境保護(hù)提出了明確要求。山西省2012年出臺(tái)了《山西省循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)條例》，其中明確規(guī)定，煤炭生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇礦井水用于煤炭洗選、井下生產(chǎn)、消防、綠化等。礦井水確需排放的，應(yīng)當(dāng)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類(lèi)[1]。寧夏煤炭資源儲(chǔ)量位于全國(guó)前列，生態(tài)環(huán)境脆弱，環(huán)境承載能力低，煤炭行業(yè)生態(tài)保護(hù)壓力巨大，目前寧夏還沒(méi)有煤炭行業(yè)生態(tài)保護(hù)方面的法規(guī)，執(zhí)法部門(mén)對(duì)煤礦企業(yè)礦井水的處置利用監(jiān)管還缺少剛性依據(jù)。

3 對(duì)策建議

3.1 優(yōu)化礦井水處置工藝設(shè)計(jì)，降低運(yùn)行成本

經(jīng)膜處理后的濃鹽水具有較高的腐蝕性，可利用的途徑稀少，所以要想提高礦井水的利用率，首先要著力在合理能耗的前提下提高膜處理淡水的產(chǎn)水率，減少濃鹽水產(chǎn)量，繼而減少需要進(jìn)入“零排放”工段的水量。除硬效果的好壞直接影響膜系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)膜造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。因此，研發(fā)高效的預(yù)處理除硬技術(shù)、開(kāi)發(fā)抗污堵膜材料、提高膜濃縮倍率、降低投資與運(yùn)行成本是高礦化度礦井水高效處置技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。煤礦企業(yè)要加大科研攻關(guān)力度，深化產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制，積極與國(guó)內(nèi)外知名高校、科研院所、環(huán)境科技公司對(duì)接，并依托企業(yè)的相關(guān)設(shè)施創(chuàng)建科技創(chuàng)新平臺(tái)、科研基地，進(jìn)一步提高煤礦企業(yè)的科研能力和節(jié)能降耗水平。另外，要鼓勵(lì)寧東基地煤礦企業(yè)積極學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外海水淡化企業(yè)、大型電廠脫鹽水處理節(jié)能降耗技術(shù)，積極與國(guó)內(nèi)頂尖膜處理科研單位進(jìn)行溝通協(xié)作，參與礦井水處置領(lǐng)域新技術(shù)、新工藝、新材料、新裝備的研發(fā)和示范。

3.2 審慎實(shí)施礦井水的“零排放”。

當(dāng)前礦井水零排放的主流路徑為結(jié)晶蒸發(fā)，具有能耗高、碳排放強(qiáng)度大、建設(shè)運(yùn)行成本高的缺點(diǎn)，所以應(yīng)該審慎實(shí)施。一是要鼓勵(lì)加大科研攻關(guān)力度，加強(qiáng)濃鹽水綜合利用技術(shù)的研發(fā)與示范。二是要嚴(yán)格控制零排放項(xiàng)目的數(shù)量。除了必要且無(wú)任何利用途徑的礦井水集中處理工程外，單個(gè)煤礦不再允許建設(shè)零排放工程，確需建設(shè)的，其設(shè)備能耗須達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平以上，而且應(yīng)有相應(yīng)的降碳措施。三是要因地制宜，結(jié)合《城市污水再生利用-景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB 18921-2019）要求，允許部分預(yù)處理后且滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn)的礦井水用于景觀濕地補(bǔ)水，但應(yīng)考慮鹽度及累積作用對(duì)植物生長(zhǎng)的潛在影響，而且濕地植物類(lèi)型要選擇耐鹽植物。同時(shí)，要對(duì)景觀濕地的水體水質(zhì)、底泥、地下水做好跟蹤監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問(wèn)題并采取改進(jìn)措施。

3.3 拓寬途徑，切實(shí)提高礦井水的利用率

一是要進(jìn)一步“摸清底數(shù) 疏堵結(jié)合”，優(yōu)化配置礦井水資源?！秾帠|化工基地“十四五”水資源配置規(guī)劃》已經(jīng)對(duì)寧東基地礦井水的水量及利用情況，現(xiàn)狀和規(guī)劃用戶(hù)情況進(jìn)行了調(diào)查，近兩年客觀情況又發(fā)生了變化，所以需要進(jìn)一步摸清寧東基地礦井水水質(zhì)、水量以及利用情況底數(shù)，從全局謀劃礦井水的綜合利用。

根據(jù)《寧東基地推進(jìn)寧東水務(wù)一體化工作方案》確定的基地水資源管理主體，做好基地供水公司與寧煤公司水務(wù)公司間的無(wú)縫銜接，立足水資源短缺的寧東區(qū)域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活和生態(tài)需水要求，充分挖掘當(dāng)?shù)氐V井水資源的潛力，變廢為寶。二是要抓住主要利用途徑。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前黃河流域現(xiàn)代煤化工行業(yè)用水總量約為5.3億立方米/年，尤其是寧夏、陜西、內(nèi)蒙古地區(qū)用水量偏高，占黃河工業(yè)用水的比例達(dá)9%～18%，煤電產(chǎn)業(yè)用水量更大，約占黃河工業(yè)用水總量的25%。

統(tǒng)籌黃河流域中上游有限的水資源并做到煤電、煤化工產(chǎn)業(yè)全過(guò)程節(jié)水運(yùn)行，對(duì)保護(hù)黃河流域水資源至關(guān)重要。根據(jù)《寧東化工基地“十四五”水資源配置規(guī)劃》，2021年，寧東基地電力、煤炭和煤化工用水占總用水量的70%，黃河水利用量占總?cè)∷康?7%。因此，在做好礦井水煤礦自用的前提下，加大礦井水供給電力和煤化工生產(chǎn)是落實(shí)礦井水利用的主要途徑。在落實(shí)對(duì)《寧東能源化工基地“十四五”水資源配置保障規(guī)劃》中煤化工企業(yè)礦井水配置的基礎(chǔ)上，對(duì)《規(guī)劃》中未配置和少配置礦井水水源的7座電廠，配置使用礦井水，并相應(yīng)削減甚至取消黃河水配置。

3.4 健全煤炭行業(yè)生態(tài)環(huán)境法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制度

建議自治區(qū)相關(guān)部門(mén)從推動(dòng)煤炭行業(yè)綠色發(fā)展的角度出發(fā)，結(jié)合區(qū)域地表水資源的分布狀況、水質(zhì)特點(diǎn)及用水行業(yè)類(lèi)型，探索制定《寧夏煤炭行業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)條例》，規(guī)定礦井水的處置及資源化利用要求，以及政府及其有關(guān)部門(mén)、供水公司、園區(qū)管委會(huì)、煤礦企業(yè)、第三方市場(chǎng)主體應(yīng)履行的法律責(zé)任和義務(wù)。建議以地方標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)化礦井水的環(huán)境管理，探索制定《寧夏煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，并結(jié)合區(qū)域礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上填補(bǔ)礦化度、氯離子和硫酸根離子的標(biāo)準(zhǔn)空白[2]。

4 結(jié)語(yǔ)

作為生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，低碳經(jīng)濟(jì)以其能耗低、排放低、污染少、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，深受社會(huì)各行各業(yè)青睞[3]。寧東基地既是寧夏產(chǎn)業(yè)融合集聚的重點(diǎn)區(qū)域，也是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域，受資源稟賦條件的限制，煤炭作為能源消費(fèi)的主體地位豐短期內(nèi)還難以根本改變。煤炭企業(yè)一方面要面對(duì)日益嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境管理要求，一方面還要面臨高昂的處理成本。為了解決高礦化度礦井水處置及資源化利用不暢的問(wèn)題，促進(jìn)寧東基地煤炭行業(yè)的綠色低碳、可持續(xù)發(fā)展，加快推進(jìn)黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)的建設(shè)，相關(guān)部門(mén)必須要實(shí)事求實(shí)，準(zhǔn)確把握好高質(zhì)量發(fā)展與高水平保護(hù)的關(guān)系。實(shí)踐充分證明，只有處理好生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，加快推動(dòng)形成綠色生產(chǎn)方式，積極發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，才能保護(hù)好寶貴的自然資源，讓綠水青山常在，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展與高水平保護(hù)的雙贏。