雷兆武，孙京敏，张尊举，景长勇，金泥沙，董亚荣，张俊安

(河北环境工程学院，河北 秦皇岛 066102)

高矿化度矿井水是部分煤矿亟须解决的难题。高矿化度矿井水一般是指含盐量大于1000mg/L的矿井水，水质多呈中性或偏碱性，据统计，我国矿井水中约30%为高矿化度矿井水[1]。各矿山大力推行保水采煤，从源头削减矿井水产生量，根据2012年的相关统计，全国煤矿年实际排水量达71.7亿m3[2]，除部分矿井水被利用外，大部分矿井水被外排，由地下水进入地表循环。

高矿化度矿井水由于矿化度高，限制了矿井水的利用途径，大部分高矿化度矿井水在经达标处理后排放，并未进行脱盐处理，这增大了高矿化度矿井水外排对环境的风险如地表受纳水体含盐量增加、土壤盐碱化等[3，4]。根据《关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知》(环环评〔2020〕63号)中，“鼓励多途径利用多余矿井水”；“矿井水在充分利用后仍有剩余且确需外排的，经处理后拟外排的，除应符合相关法律法规政策外，其相关水质因子值还应满足或优于受纳水体环境功能区划规定的地表水环境质量对应值，含盐量不得超过1000mg/L，且不得影响上下游相关河段水功能需求”。国家相关政策在鼓励多途径利用矿井水的同时，对矿井水的外排提出了更高的要求，这要求产生高矿化度矿井水的煤矿亟须寻找矿井水的出路，解决高矿化度矿井水的出路问题。

1 高矿化度矿井水处理与利用现状

1.1 高矿化度矿井水脱盐处理

高矿化度矿井水脱盐处理工艺主要有超滤-反渗透工艺、活性炭过滤-砂滤-反渗透工艺，以及蒸馏法、电渗析、电吸附除盐等工艺[1]，目前应用最广泛、最成熟的工艺是以反渗透为脱盐关键过程的超滤-反渗透工艺。反渗透脱盐技术具有适用范围广、脱盐率高、水回收率高、工艺技术成熟、出水水质好等特点，是目前矿井水深度处理的主要技术工艺[5]。

内蒙古红庆河煤矿采用“超滤-反渗透”工艺深度处理矿井水，产水可用于生活用水[1]。灵新煤矿矿井水总矿化度约5000mg/L，采用“陶瓷膜-反渗透”工艺，产品水矿化度小于等于200mg/L，产品水回收率85%，产水可用于生活用水[6]。其他如神华宁煤清水营煤矿、安徽谢桥煤矿、山西汾西曙光煤矿、山西阳泉煤矿、陕西黄陵一号煤矿等，脱盐效率可达到98%～99.3%[2，4]。以反渗透过程进行高矿化度矿井水脱盐，产水主要指标优于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)，可满足生活饮用水要求，为高矿化度矿井水的利用提供了巨大的空间。

反渗透工艺在使用过程中，产生约30%左右的浓水，浓水中具有更高的含盐量，浓水去向问题成为制约超滤-反渗透工艺应用的重要因素。内蒙古红庆河煤矿对反渗透浓水通过“两级浓缩—三效蒸发结晶—离心分离”工艺，得到工业级硫酸钠、氯化钠，以及少量杂盐[1]。灵新煤矿陶瓷膜-反渗透工艺，浓水经两级反渗透浓缩，将矿化度为4500mg/L矿井水浓缩到浓度为32000mg/L的浓盐水，对浓盐水进行封存[6-8]。

在煤矿区，由于黄泥灌浆用水对水质矿化度无要求，反渗透浓水可用于黄泥灌浆用水[9]。但由于反渗透浓水产生量大，在用于黄泥灌浆用水后，还有大量剩余反渗透浓水，因此在使用反渗透脱盐时，反渗透浓水的去向是必须要解决的问题。

高矿化度矿井水反渗透脱盐，浓水多级浓缩脱盐或蒸发结晶工艺，具有能耗高、工艺流程长、设备多等特点，制约着该工艺在高矿化度矿井水中的应用[10]。

1.2 高矿化度矿井水井下回灌

井下回灌是矿井水地下储存的途径之一。矿井水地下储存包括地下水库储存、地表回灌以及井下回灌等方式，是实现合理利用水资源、涵养补充地下水、净化水质的有效手段[11]。对于高矿化度矿井水，由于矿化度高，对矿井水的利用和排放构成了极大的制约，井下回灌是解决高矿化度矿井水去向的重要途径。高矿化度矿井水井下回灌，有利于保持矿区地下水的动态平衡，减少地表沉降、地面塌陷等地质灾害的发生，保护矿区周边生态环境。井下回灌适用于水文地质单元相对独立封闭、含水层处于相对停滞状态的矿区，回灌水水质应不高于回灌目标含水层的水质背景值[12]。

矿井水井下回灌是一种广义的零排放技术，在地质条件可行的情况下，比蒸发结晶技术具有更好的成本优势[13]。在目前达标处理情况下外排不符合国家政策要求，高矿化度矿井水井下回灌，是个较为理想的途径[14]。

梧桐庄煤矿根据井田地质构造和水文地质条件、突水机理，对矿井水源头减量，经井下“混凝-沉淀”工艺处理系统后，提升至地面深度处理系统进行处理，出水深层回灌，实现了矿井水零排放。矿井水矿化度5000mg/L，回灌量300m3/h 以上，削减总盐排放量4万t/a，解决了该矿高矿化度矿井水的出路问题，保护了矿区周边环境，有利于推进该矿绿色生产方式的转变[12、15]。

2 矿井水综合利用要求

根据《煤炭采选业清洁生产评价指标体系》要求，井工开采煤矿，矿井水综合利用率要求见表1，露天开采煤矿，矿井水综合利用率要求见表2。

表1 井工开采矿井水综合利用率限定性指标

表2 露天煤矿疏干水及矿坑排水综合利用率限定性指标

在表1和表2中，煤矿企业如满足国内清洁生产一般水平，矿井水综合利用率指标必须满足Ⅲ级基准值；煤矿企业如满足国内清洁生产先进水平，矿井水综合利用率指标必须满足Ⅱ级基准值；煤矿企业如满足国际清洁生产领先水平，矿井水综合利用率指标必须满足Ⅰ级基准值；对不同水资源矿区的矿井水综合利用率限定性指标不同。在《煤炭采选业清洁生产评价指标体系》中，矿井水综合利用包括将矿井水用于矿区生产、生活、绿化、防尘，以及企业的工业补充用水、灌溉、养殖、居民生活用水等途径。

对于高矿化度矿井水，除可用于矿区部分生产、防尘外，高矿化度矿井水在生活、绿化、工业补充用水、灌溉、养殖等方面被利用，则必须进行脱盐处理，达到利用的水质标准要求，因此高矿化度矿井水煤矿必须面对如何提高矿井水综合利用率，满足《煤炭采选业清洁生产评价指标体系》的要求。

3 高矿化矿井水井下循环利用水质指标选择

3.1 高矿化矿井水井下循环利用水质确定

峰峰集团九龙矿为高矿化度矿井水矿区，矿井水矿化度4000～5500mg/L，现有矿井水处理工艺为“磁混凝—超磁分离”工艺，处理后出水进水仓，水仓出水部分井下回用，部分外排用于矿区周边用水。为满足政策要求，该矿开展矿井水井下生产利用和回灌研究，经处理后，部分矿井水回用于井下生产，其余部分回灌到矿区井下奥灰水层，以解决高矿化度矿井水对矿区周边生态环境的风险问题。

高矿化度矿井水是在水岩长期相互作用下形成的，这一过程决定了矿井水高矿化度的性质[16]，此外，矿井水中的污染物还有来自于煤炭开采过程中带入的煤粉岩粉、使用的原辅材料，以及员工在井下排放的粪污等，矿井水中的这些污染物影响高矿化度矿井水井下循环利用水质指标的确定。高矿化度矿井水井下循环利用方向包括回用于该矿井下生产用水和回灌到矿区井下含水层两个环节，由于井下回灌水质优于回用井下生产用水水质，因此根据井下回灌水质要求来确定高矿化度矿井水井下循环利用的水质指标。回灌水质要求为一是避免污染地下水，二是避免在回灌过程中发生堵塞[15]，基本原则为回灌水质优于回灌层水质指标或与回灌层水质相近，不对回灌层水质造成有害影响。

高矿化度矿井水，由于引入了生产过程的其他污染物，合理确定矿井水井下回灌水质指标，是避免矿井水回灌造成地下水污染的关键，也决定着该矿高矿化度矿井水深度处理的工程投资和运行成本。目前，国内关于地下水回灌水质的规定，只有《城市污水再生利用地下水回灌水质》(GB/T 19772—2005)规定了利用城市污水再生水进行地下回灌应控制的项目及其限值。高矿化度矿井水不同于城市污水及再生水，因此该矿的矿井水井下循环利用水质指标，需要综合该矿地下水水质指标和《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)进行综合确定工艺水质指标。

3.2 高矿化矿井水井下循环利用水质指标确定

按照“优于回灌层水质指标或与回灌层水质相近，不对回灌层水质造成有害影响”的原则，主要根据该矿地下水水质和《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中Ⅲ类水质，结合煤炭开采和矿井水处理过程可能引入的组分，进行水质指标体系确定。

根据以上条件，拟定该矿矿井水井下循环利用主要水质指标体系见表3。

表3 该矿化度矿井水井下循环利用主要水质指标体系

表3中的指标体系，以高矿化度矿井水井下生产利用和回灌为目标，降低了高矿化度矿井水中含盐组分去除的难度，使得矿井水深度处理工艺得以简化，也降低了矿区对高矿化度矿井水深度处理利用的工程投资和运行费用，该高矿化度矿化矿井水井下利用和回灌模式及深度处理水质指标，易被更多同类矿区接受和推广。

该矿矿井水经深度处理后回用于井下生产和回灌至奥灰水层，根据建议水质指标，推荐采用“超滤-消毒”工艺对矿井水进行深度处理，达到建议水质指标目标，满足“优于回灌层水质指标或与回灌层水质相近，不对回灌层水质造成有害影响”的要求。

矿区实施矿井水源头控制，降低矿井水产生量，控制高矿化度矿井水深度处理工程的规模，降低回灌量，实现矿井水产生量最少，深度处理工艺最佳，回灌量最低，对地下水影响最小的最优生产过程。

4 结 语

高矿化度矿井水井下回灌的工程应用，在国内开展得较少，对高矿化度矿井水井下回灌水质指标的研究更为少见。根据九龙煤矿地下水水质和《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中Ⅲ类水质，进行高矿化度矿井水井下回灌水水质指标的确定，优选矿井水深度处理工艺，满足深度处理出水水质“优于回灌层水质指标或与回灌层水质相近，不对回灌层水质造成有害影响”的目的。

根据九龙矿实际情况，确定高矿化度矿井水井下回灌水水质指标，优化矿井水深度处理工艺，降低工程投资和费用，是实现高矿化度矿井水综合利用指标和零排放目标的可行途径。