折 樂，丁紅英，王 萌

（1.寧夏回族自治區(qū)生態(tài)環(huán)境工程評估中心，寧夏 銀川 750001；2.寧夏回族自治區(qū)應對氣候變化與機動車污染防治中心，寧夏 銀川 750001）

引言

寧東基地是全國十四個大型煤炭基地之一，長期以來，煤炭資源的大規(guī)模開發(fā)利用有力地支撐了全區(qū)經濟社會的發(fā)展，但同時由于煤炭資源的大規(guī)模、高強度開發(fā)不可避免地帶來了生態(tài)環(huán)境問題。受地質條件等因素的影響，寧東基地地下水多為苦咸水，目前生產運營煤礦產生的礦井水均為高礦化度礦井水。自“十一五”以來，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得到有效利用而造成資源浪費。各礦區(qū)在建、擬建煤礦項目陸續(xù)投產后，高礦化度礦井水的產生量還將大幅增加。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)保難點問題之一。

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個礦區(qū)，其中國家規(guī)劃礦區(qū)7個，現(xiàn)有生產煤礦18座，分布在靈武、橫城、鴛鴦湖、積家井、馬家灘等五個礦區(qū)，實際產能為8 865萬噸/年。生產煤礦中國能寧煤集團所屬13座（羊場灣煤礦一、二號井合稱一座）煤礦，寶豐集團、銀星煤業(yè)、羊四煤業(yè)所屬煤礦各1座，長城能化寧夏公司所屬煤礦2座。在寧東基地18座生產煤礦中，除了馬蓮臺煤礦依托寶豐化工項目污水處理廠、梅花井煤礦僅有礦井水預處理設施、麥垛山煤礦礦井水依托紅柳煤礦礦井水處理站外，其他煤礦均設有礦井水預處理+深度處理設施，預處理工藝為混凝沉淀過濾，深度處理多為膜（超濾/納濾+反滲透）處理，部分煤礦為兩級膜處理。預處理規(guī)模遠大于深度處理規(guī)模，即礦井水均全部經過預處理，出水僅有少部分進入深度處理工序。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、洗煤廠補水、園區(qū)化工項目生產等。寧煤公司的其余煤礦礦井水經預處理后，部分排入南湖、圓疙瘩湖，部分經深度處理后回用于井下生產、綠化等，深度處理濃鹽水用于黃泥灌漿和洗煤廠補水。銀星一井礦井水經預處理后，部分送入寧夏圣友德實業(yè)有限公司礦井水資源化利用項目進行綜合利用，其余部分經深度處理后由礦井自用及供給銀星電廠，濃鹽水儲存于蓄水池。

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施外，寧東基地目前運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目和南湖中水廠。為了滿足國家能源集團寧夏煤業(yè)寧東基地內外排的礦井尾水和煤化工高鹽水收集處理的需求，國能寧煤公司投資建設了寧東礦區(qū)礦井水和煤化工廢水處理利用項目，在項目規(guī)模、工藝路線完善、產品鹽資源化利用、低雜鹽率等方面是目前國內領先的工業(yè)廢水分鹽零排放項目。該項目于2016年10月啟動，2019年投產運行，實現(xiàn)了裝置廢水的“近零排放”。

1.3 寧東基地出臺的相關制度

2021年以來，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)水資源的開發(fā)利用。同時全面封堵了工業(yè)廢水排污口，使工業(yè)廢水能夠全部得到回收利用，并實現(xiàn)了工業(yè)廢水不入黃河的目標。另外，寧東基地還制定并出臺了《寧東基地核心區(qū)水資源剛性約束管理辦法（試行）》《關于推進寧東基地非常規(guī)水資源化利用實施意見》《寧東能源化工基地水資源節(jié)約集約利用獎補辦法》《寧東基地推進寧東水務一體化工作方案》等政策措施，明確了產業(yè)項目用水準入標準、水耗控制指標和工業(yè)廢水利用原則，并要求園區(qū)百萬方以上的用水企業(yè)所產生的工業(yè)廢水需要自行處理，從而實現(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題

2.1 礦井水礦化度高、產生量大，脫鹽成本高

寧東基地降水量少，蒸發(fā)量遠大于降水量，而且地下水的補給條件差，加之煤層中含有大量碳酸鹽類礦物，使礦井水中的鹽類離子增加，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），水質多偏堿性。

據統(tǒng)計，高礦化度礦井水的水量約占我國北方重點煤礦礦井水量的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，產生量也較大，據研究分析，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）是生產噸煤供水量（0.37 m3/t）的2.1倍，是西北礦區(qū)煤礦生產噸煤供水量的3倍以上[2]。高礦化度礦井水具有一定的腐蝕性，在經過常規(guī)混凝沉淀預處理（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，不能作為生產用水直接利用，即使用于黃泥灌漿、洗煤也要重點考慮設備的防腐問題。為了拓寬高礦化度礦井水的利用途徑，需要在常規(guī)預處理工藝的基礎上增加超濾、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)經濟負擔。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、藥劑及設備維護成本都比較高，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過預處理后，一部分再進行深度處理，一部分直接外排（外排水對礦化度未做要求，超過1 000 mg/L）。而按照當前煤礦項目環(huán)評審批管理的要求，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行深度處理，而隨著反滲透濃縮倍數(shù)的增加，最終產出的濃鹽水具有極高的鹽分和較強的腐蝕性，因而已經無法進行再利用（或只能少部分利用），對于礦井水產生量不大的個別礦井可以做到全部回用，但對于大多數(shù)礦井，無法回用又不能外排的濃鹽水只能做到“零排放”。從長遠看，“零排放”除了需要重視經濟性外，低碳、安全問題也不容忽視。目前國內通行的做法是對濃鹽水進行蒸發(fā)結晶，以目前常用的MVR機械蒸汽再壓縮蒸發(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)有的礦井水全部經過深度處理，則年產生濃鹽水量接近2千萬m3，如此體量的濃鹽水再經結晶蒸發(fā)帶來的碳排放影響不可估量，而且蒸發(fā)產生的結晶鹽，尤其是雜鹽還需要按照危廢進行安全處置。雖然結晶蒸發(fā)方式徹底實現(xiàn)了礦井水的零排放，但同時又帶來了高能耗和碳排放的新問題，所以實際的環(huán)境效益就會大打折扣。

2.3 礦井水回用途徑受限

除了煤礦自身的生產用途外，火電廠和化工企業(yè)是用水大戶，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，目前生產礦井主要分布在其中部和南部，且分布較為分散，供水管網的覆蓋率低，周邊無大型化工園區(qū)及集中分布的火電廠，不具備建設礦井水集中處理項目的條件。除此之外，現(xiàn)狀途徑還用于井田周邊牧草地生態(tài)綠化、農田灌溉。雖然礦井水用于井田周邊生態(tài)綠化對改善礦區(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個月無法實施。礦井水用于農田灌溉則受區(qū)位條件（礦井周邊有可供灌溉的農田）及季節(jié)條件限制大，而且因為用于農田灌溉的水關系到農產品、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，相關標準規(guī)范依據不足

在全國十四個大型煤炭基地中，黃河流域省份占了8個，作為西部地區(qū)的煤炭資源大省，2015年新疆出臺了《新疆維吾爾自治區(qū)煤炭石油天然氣開發(fā)環(huán)境保護條例》，2019年陜西修訂通過了《陜西省煤炭石油天然氣開發(fā)生態(tài)環(huán)境保護條例》，對礦井水處置過程的生態(tài)環(huán)境保護提出了明確要求。山西省2012年出臺了《山西省循環(huán)經濟促進條例》，其中明確規(guī)定，煤炭生產企業(yè)應當優(yōu)先選擇礦井水用于煤炭洗選、井下生產、消防、綠化等。礦井水確需排放的，應當達到地表水環(huán)境質量標準Ⅲ類[1]。寧夏煤炭資源儲量位于全國前列，生態(tài)環(huán)境脆弱，環(huán)境承載能力低，煤炭行業(yè)生態(tài)保護壓力巨大，目前寧夏還沒有煤炭行業(yè)生態(tài)保護方面的法規(guī)，執(zhí)法部門對煤礦企業(yè)礦井水的處置利用監(jiān)管還缺少剛性依據。

3 對策建議

3.1 優(yōu)化礦井水處置工藝設計，降低運行成本

經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水率，減少濃鹽水產量，繼而減少需要進入“零排放”工段的水量。除硬效果的好壞直接影響膜系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，嚴重時甚至會對膜造成不可逆轉的破壞。因此，研發(fā)高效的預處理除硬技術、開發(fā)抗污堵膜材料、提高膜濃縮倍率、降低投資與運行成本是高礦化度礦井水高效處置技術的發(fā)展趨勢。煤礦企業(yè)要加大科研攻關力度，深化產學研合作機制，積極與國內外知名高校、科研院所、環(huán)境科技公司對接，并依托企業(yè)的相關設施創(chuàng)建科技創(chuàng)新平臺、科研基地，進一步提高煤礦企業(yè)的科研能力和節(jié)能降耗水平。另外，要鼓勵寧東基地煤礦企業(yè)積極學習國內外海水淡化企業(yè)、大型電廠脫鹽水處理節(jié)能降耗技術，積極與國內頂尖膜處理科研單位進行溝通協(xié)作，參與礦井水處置領域新技術、新工藝、新材料、新裝備的研發(fā)和示范。

3.2 審慎實施礦井水的“零排放”。

當前礦井水零排放的主流路徑為結晶蒸發(fā)，具有能耗高、碳排放強度大、建設運行成本高的缺點，所以應該審慎實施。一是要鼓勵加大科研攻關力度，加強濃鹽水綜合利用技術的研發(fā)與示范。二是要嚴格控制零排放項目的數(shù)量。除了必要且無任何利用途徑的礦井水集中處理工程外，單個煤礦不再允許建設零排放工程，確需建設的，其設備能耗須達到國內先進水平以上，而且應有相應的降碳措施。三是要因地制宜，結合《城市污水再生利用-景觀環(huán)境用水水質》（GB 18921-2019）要求，允許部分預處理后且滿足該標準的礦井水用于景觀濕地補水，但應考慮鹽度及累積作用對植物生長的潛在影響，而且濕地植物類型要選擇耐鹽植物。同時，要對景觀濕地的水體水質、底泥、地下水做好跟蹤監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題并采取改進措施。

3.3 拓寬途徑，切實提高礦井水的利用率

一是要進一步“摸清底數(shù) 疏堵結合”，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》已經對寧東基地礦井水的水量及利用情況，現(xiàn)狀和規(guī)劃用戶情況進行了調查，近兩年客觀情況又發(fā)生了變化，所以需要進一步摸清寧東基地礦井水水質、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《寧東基地推進寧東水務一體化工作方案》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公司間的無縫銜接，立足水資源短缺的寧東區(qū)域工農業(yè)生產、生活和生態(tài)需水要求，充分挖掘當?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。據統(tǒng)計，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、內蒙古地區(qū)用水量偏高，占黃河工業(yè)用水的比例達9%～18%，煤電產業(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、煤化工產業(yè)全過程節(jié)水運行，對保護黃河流域水資源至關重要。根據《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%，黃河水利用量占總取水量的97%。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是落實礦井水利用的主要途徑。在落實對《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)礦井水配置的基礎上，對《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)標準制度

建議自治區(qū)相關部門從推動煤炭行業(yè)綠色發(fā)展的角度出發(fā)，結合區(qū)域地表水資源的分布狀況、水質特點及用水行業(yè)類型，探索制定《寧夏煤炭行業(yè)生態(tài)環(huán)境保護條例》，規(guī)定礦井水的處置及資源化利用要求，以及政府及其有關部門、供水公司、園區(qū)管委會、煤礦企業(yè)、第三方市場主體應履行的法律責任和義務。建議以地方標準強化礦井水的環(huán)境管理，探索制定《寧夏煤炭工業(yè)污染物排放標準》，并結合區(qū)域礦井水的水質特點，在國家標準基礎上填補礦化度、氯離子和硫酸根離子的標準空白[2]。

4 結語

作為生態(tài)經濟發(fā)展模式，低碳經濟以其能耗低、排放低、污染少、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，深受社會各行各業(yè)青睞[3]。寧東基地既是寧夏產業(yè)融合集聚的重點區(qū)域，也是生態(tài)環(huán)境保護的重點區(qū)域，受資源稟賦條件的限制，煤炭作為能源消費的主體地位豐短期內還難以根本改變。煤炭企業(yè)一方面要面對日益嚴格的生態(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題，促進寧東基地煤炭行業(yè)的綠色低碳、可持續(xù)發(fā)展，加快推進黃河流域生態(tài)保護與高質量發(fā)展先行區(qū)的建設，相關部門必須要實事求實，準確把握好高質量發(fā)展與高水平保護的關系。實踐充分證明，只有處理好生產和生態(tài)環(huán)境的關系，加快推動形成綠色生產方式，積極發(fā)展綠色產業(yè)，才能保護好寶貴的自然資源，讓綠水青山常在，從而實現(xiàn)高質量發(fā)展與高水平保護的雙贏。