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我國礦井水治理領域的發(fā)展概況及發(fā)展趨勢
思瀚產業(yè)研究院 中煤環(huán)保    2024-07-16

1、礦井水治理領域發(fā)展概況

礦井水通常是指煤炭開采過程中滲入井下采掘空間的水，其成分主要受地質構造、水文地質類型條件、地區(qū)環(huán)境條件等因素的影響。礦井水的外排、滲漏會造成嚴重的污染和水資源浪費。一方面，礦井水中含有大量的粉塵、煤塵以及煤礦生產中產生的鹽類、懸浮物、石油類等有害物質，礦井水未經處理直接排放會引起嚴重的土壤板結與植被退化。

此外，西部煤礦區(qū)普遍存在的高礦化度礦礦井水外排，會造成土壤鹽漬化和植被枯萎。另一方面，煤炭開采會在煤層的上覆巖層中形成較多裂縫，當裂縫穿過含水層時，含水層中的水隨著裂縫而漏失，形成下降漏斗，導致地下水流失，造成大量水資源浪費。我國煤炭資源豐富，煤炭開采常伴隨著大量礦井水的產生。

根據平安證券研報數據，每開采 1噸煤約產生 2 噸礦井水，2022 年，我國原煤產量為 45.6 億噸，初步估算 2022 年我國礦井水產生量約為 91.2 億噸。因此，將礦井水作為重要的非常規(guī)水資源進行科學處理和合理利用，不僅可以減少礦井水無序排放造成的污染、節(jié)約地下水資源，還可以緩解我國礦區(qū)煤炭開發(fā)和下游產業(yè)發(fā)展所面臨的水資源短缺問題。

礦井水處理技術根據水質類型的不同，可分為高懸浮物礦井水處理技術、高礦化度礦井水處理技術、含特殊組分礦井水處理技術等，不同技術原理應用場景與應用效果不同。高懸浮物礦井水的處理包括常規(guī)沉淀處理技術、超磁分離技術、重介速沉處理技術和煤礦地下水庫凈化技術等，主要應用于礦井水的預處理工藝段。

高礦化度礦井水處理包括預處理、脫鹽濃縮和蒸發(fā)結晶等工藝流程；預處理工藝階段通常采用混凝沉淀和軟化工藝，去除礦井水中的懸浮物和鈣、鎂離子，避免結垢；脫鹽濃縮工藝通過常見的反滲透、納濾等技術，降低礦井水中超標的溶解性固體總量，使其達到回用要求；蒸發(fā)結晶工藝則通過將高鹽水進行水鹽分離，最終實現零排放。

含特殊組分礦井水處理技術主要包括化學沉淀、吸附、膜分離等，用以去除礦井水中含有的氟、鐵、錳以及少量的重金屬等。近年來，礦井水處理與利用問題得到了國家高度重視。2013 年，國家發(fā)改委、國家能源局出臺《礦井水利用發(fā)展規(guī)劃》，提出要以提高礦井水利用率為目標，提高技術裝備水平，降低處理成本，促進礦井水凈化處理工程建設，推動礦井水利用產業(yè)化發(fā)展；

2015 年，國務院發(fā)布《水污染防治行動計劃》（水十條），明確指出要推進礦井水綜合利用，煤炭礦區(qū)的補充用水、周邊地區(qū)生產和生態(tài)用水應優(yōu)先使用礦井水；

2017 年，《節(jié)水型社會建設“十三五”規(guī)劃》提出應大力發(fā)展非常規(guī)水資源開發(fā)利用，將礦井水納入國家水資源統(tǒng)一配置；同年，《擴大水資源稅改革試點實施辦法》在試點地區(qū)將礦井水納入了征收范圍；

2020 年，《煤炭法》修訂征求意見稿中增加了鼓勵礦井水利用的專門條款，同年，生態(tài)環(huán)境部等部門聯(lián)合發(fā)布《關于進一步加強煤炭資源開發(fā)環(huán)境影響評價管理的通知》，提出礦井水應優(yōu)先用于項目建設及生產，并鼓勵多途徑利用多余礦井水；可以利用的礦井水未得到合理、充分利用的，不得開采及使用其他地表水和地下水水源作為生產水源，并不得擅自外排。

2022 年，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《現代煤化工建設項目環(huán)境影響評價文件審批原則》，強調具備條件的地區(qū)優(yōu)先使用再生水、礦井水作為生產用水。國家持續(xù)出臺的相關政策促進了礦井水治理領域的發(fā)展。

2、礦井水治理領域市場規(guī)模

我國能源結構具有以煤為主、多樣化發(fā)展的特點，煤炭在我國能源結構中具有核心地位。根據中國煤炭工業(yè)協(xié)會《煤炭行業(yè)發(fā)展年報》，2016-2022 年，我國原煤產量保持持續(xù)增長，其中，2022年原煤產量同比增長 10.50%；十年來，我國年產 120 萬噸以上的大型煤礦由 850 處發(fā)展到 1,200 處以上，年產千萬噸級的煤礦由 33 處發(fā)展到 79 處，我國煤炭產業(yè)將保持產量穩(wěn)定增長、產業(yè)集中度逐步提高的趨勢。隨著原煤產量逐年增加、煤礦企業(yè)規(guī)?；教岣吆偷V區(qū)生態(tài)文明建設持續(xù)推進，礦井水治理領域將迎來更大的增量空間。

根據國家統(tǒng)計局數據，2018-2022 年，我國能源消費總量保持持續(xù)增長，煤炭消費量占能源消費總量的絕對比重穩(wěn)定在 55%以上的較高水平，結合國家能源消費結構變化趨勢及國內資源稟賦結構，預計未來我國煤炭能源依然處于重要地位，煤炭消費量仍將保持高位穩(wěn)定增長，上游煤炭產量和礦井水治理的市場空間和經濟效益將得到有效保證。

根據 2022 年煤炭行業(yè)發(fā)展年度報告，煤炭開采產生的礦井水綜合利用率為 79.30%，由于礦井水總量規(guī)模較大，我國礦井水資源仍有較大部分沒有得到科學處理和合理利用，礦井水處理市場仍具有較大增長空間。

3、礦井水治理領域發(fā)展趨勢

礦井水處理利用技術的發(fā)展與國家政策、煤炭行業(yè)的發(fā)展等緊密相關。國家政策對礦井水處理水質標準的提高，對礦井水處理技術提出了更高的要求。長期以來，行業(yè)主要采用 GB20426-2006《煤炭工業(yè)污染物排放標準》作為礦井水處理標準，該標準經過十幾年的發(fā)展，存在指標項目偏少和標準限值偏低的問題。

隨著《水污染防治行動計劃》（“水十條”）的深入開展和新的煤礦環(huán)境影響評價制度的執(zhí)行，外排礦井水含鹽質量濃度要達到 1,000mg/L 以下，且近年來，山西、陜西、內蒙古等省份的煤炭主產區(qū)開始要求將礦井水外排標準根據受納水體環(huán)境功能區(qū)劃規(guī)定提高到GB3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類標準及以上，礦井水治理工作面臨著更高的標準和要求。此外，高礦化度、高氟礦井水處理正成為行業(yè)面臨的主要問題。

近年來，隨著我國西部煤炭開采規(guī)模和開采深度的逐年增加，礦井水中的礦化度和氟化物含量有明顯升高，給煤炭行業(yè)綠色開發(fā)帶來新的技術難題。成熟高效的高礦化度、高氟礦井水處理解決方案成為目前礦井水處理的主要發(fā)展趨勢。

以國家能源集團為例，下轄寧煤集團所在的寧東礦區(qū)礦井水礦化度在 3,000-12,000mg/L 之間，屬于高礦化礦井水；西部 2 億噸級超大型礦區(qū)神東礦區(qū)，隨著開采深度的增加，礦井水中的礦化度和氟化物含量有明顯升高，常規(guī)礦井水處理工藝已無法滿足處理需求，相關關鍵技術與工藝路線亟待研究。

針對高礦化度礦井水處理及零排放需求，其發(fā)展趨勢首先是解決處理流程長、投資運行成本高和副產結晶鹽消納處置難等難題，相關技術將在提效降能工藝流程、開發(fā)高效除硬技術、提高濃縮倍率、封存結晶鹽到井下廢棄采空區(qū)實現源頭減量處理等關鍵方面進行研發(fā)投入；

針對含氟等特殊組分的礦井水處理需求，其發(fā)展趨勢首先是解決精準化和標準化的技術方案與成套裝備，相關技術將在開發(fā)特殊污染組分的高效定向去除技術和通用性的技術方案與成套裝備方面實現技術突破。

井下處理同樣是行業(yè)技術發(fā)展的重要方向。相比傳統(tǒng)井上處理，大部分礦井水井下處理后直接井下利用，無需升井，減少地面征地費用、減少礦井水升井費用，更重要的是實現礦井水儲存、處理一體化。

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