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矿井水:一股被排掉的供水水源,标准表里却没有“盐”这一项

全国煤炭主产区(山西/陕西/内蒙古/新疆/贵州等),重点为黄河流域及西部干旱矿区——含神东矿区(布尔台、哈拉沟、石圪台)、鄂尔多斯、陕北等
单体工程数千至数万 m³/d(神东 13 矿 14 井日均矿井水约 27.72 万 m³/d;单体提标治理项目 2 万~6.3 万 m³/d)

矿井水:一股被排掉的供水水源,标准表里却没有“盐”这一项

政策把矿井水分成三类——含悬浮物、高矿化度、酸性及含特殊组分,三类的处理目标完全不同。但《煤炭工业污染物排放标准》的三张表一共十六个指标,没有一项是“含盐量”。于是“标准全项达标”和“这股水能不能外排”是两件事:盐的判据被外挂到了农田灌溉标准与外排文件上。本文用标准原文、部委政策、重点实验室论文与煤矿企业的公开工程数据,把这条链路拆开。

稿务通 · 工业水处理技术系列 · 面向行业技术人员 · 全部数据标注公开标准原文、政府公开文件与文献来源

先立一个判据:矿井水的第一道工艺不是反应池,而是“这股水属于哪一类”。它随煤层与岩层涌出,含什么、缺什么,由矿区的水文地质条件先天决定——有的只是带岩粉,沉淀过滤即可;有的矿化度数千毫克/升,不脱盐就算全项达标也落不下地;有的 pH 只有两三点几,还带着上百毫克/升的铁。而这三类水要解决的问题根本不是同一件事:一类要降悬浮物,一类要脱盐,一类要中和并压金属。把三类水混在一套工艺里想,是这一行最常见的返工来源。

一、两类矿井水:作为“废水”要达标,作为“水源”要配置

矿井水是采矿过程中与煤层、岩层接触后涌出的地下水,属于伴生产物。它有两个身份,而这两个身份在政策文件里被同时承认——这一点决定了整套治理逻辑。

作为“废水”,它有排放标准,要按 GB 20426—2006 的三张表逐项达标;作为“水源”,它被当成非常规水源纳入区域水资源统一配置。2024 年 2 月,国家发展改革委、水利部、自然资源部、生态环境部、应急管理部、市场监管总局、国家能源局、国家矿山安监局八部门联合印发《关于加强矿井水保护和利用的指导意见》(发改环资〔2024〕226 号),把这件事的两头写在同一份文件里:一头是“推进矿井水源头保护、分类处理、综合利用”,另一头是“加强矿井水配置,推动矿井水用于生产、生活、生态和农业用水”。

这份文件对“分类处理”给了三句非常具体的表述,实际上就是三类水型:推进含悬浮物矿井水规模化智能化处理,高矿化度矿井水分级绿色处理,酸性和含特殊组分矿井水高效定向处理。三句话的主语不同、动词不同,处理目标自然也不同。

水型特征污染物处理目标(要降的那个数)与限值的接口
含悬浮物矿井水煤泥、岩粉等悬浮物悬浮物(SS)GB 20426 表 2/表 3 的 SS 限值
高矿化度矿井水溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、氟化物含盐量(TDS)排放标准里没有这一项,外挂灌溉标准与环评要求
酸性及含特殊组分矿井水pH、铁、锰、铝、硫酸盐、重金属、放射性pH 与溶解态金属GB 20426 表 1(有毒污染物)+表 2 总铁总锰

三类的划分依据是《关于加强矿井水保护和利用的指导意见》中“推进矿井水分质分级处理”一段的三项任务;限值对应关系为本文按 GB 20426—2006 表 1~表 3 逐项归并所得。三类水的处理目标没有一项重叠,这是“分质分级”在工程上的真实含义。

矿井水的两个身份与三类水型示意:上层为同一股矿井水在矿区内作为需达标外排的废水、在矿区之外作为可替代地表水的非常规水源;下层为含悬浮物、高矿化度、酸性及含特殊组分三类水型各自流向不同的处理主线,分别对应降悬浮物、脱盐与中和压金属
图 1 一股水的两个身份与三种水型。上层:同一股矿井水,在矿区内是必须处理到达标才能外排的废水,在矿区之外是可以替代地表水的非常规水源。下层:按政策口径分成三类,三类水的处理目标互不重叠——含悬浮物型降悬浮物,高矿化度型脱盐,酸性及含特殊组分型中和并压金属。分质分级处理的第一步是判定水型,而不是选定工艺。

从“水源”这一侧看,政策的要求比“鼓励利用”更硬。上述《指导意见》提出矿井水纳入区域水资源规划和水资源统一配置,煤矿所在地级市要制定矿井水处理及综合利用规划和分年度方案;严格取水许可,重点产煤区域建设用水项目时,应充分利用矿井水代替地表水。云南省曲靖市 2023 年的一则市级文件把这条边界写得更直白:“可以利用的矿井水未得到合理、充分利用的,不得开采及使用其他地表水和地下水水源作为生产水源,并不得擅自外排”。

也就是说,矿井水在这个行业里已经不是一个“要不要处理”的技术问题,而是一个配置次序问题:先用它,再用地表水;用不完的才可以谈外排。这一条决定了后面所有工艺的选择方向——工艺不是为达标服务的,是为“把这股水接到某个用水点上”服务的。

二、量级:95.2 亿立方米,与两个差了一倍的“利用率”

先看这股水有多大。《煤炭学报》2025 年刊出的一篇论文给出了一组行业量级数据:2024 年全国煤炭开采产生的矿井水量约 95.2 亿立方米,这一数字超过了南水北调中线工程一年的调水总量(约 83.37 亿立方米),相当于约 2 248 万人的年用水量。同一篇论文还给出了一个常被忽略的现场系数:平均每生产 1 吨煤,约需抽采 1.5 吨地下水。

95.2 亿 m³2024 年全国矿井水量
83.37 亿 m³南水北调中线年调水量(对比)
1.5 t每采 1 吨煤抽采的地下水

但“利用率”这件事上,公开数据出现了明显的分叉:

数据数值样本口径来源
矿井水综合利用率74.6%大型煤炭企业(2023 年)中国煤炭工业协会《2023 煤炭行业发展年度报告》
矿井水平均利用率约 35%全国(2024 年量级)《煤炭学报》2025 年矿井水深部地质封存论文
政策目标68% 以上黄河流域(2025 年目标)发改环资〔2024〕226 号

两组利用率并非互相矛盾:协会数据统计的是大型煤炭企业(年产 120 万吨及以上煤矿产量占全国 85% 以上),而全国口径还包含大量中小煤矿。两个样本的差就是这 2.1 倍。

把这两个数换算成水量,规模感会更清楚:按 95.2 亿立方米的总量,若确实只利用了约 35%,则未利用量约 61.9 亿立方米;若利用率提到政策目标 68%,未利用量降为约 30.5 亿立方米。两者相差约 31.4 亿立方米,接近一个南水北调中线年调水量的四成。这就是“利用率每提高几个点”在这件事上的真实量纲。

三、GB 20426 的三张表:一张管毒性,两张管两条产品线

《煤炭工业污染物排放标准》(GB 20426—2006)替代了 GB 8978—1996 与 GB 16297—1996 中煤炭工业的部分,自 2006 年 10 月 1 日实施。它的水污染物部分由三张表加一节技术规定组成,这个结构本身就是判据:

条款名称项目数是否分现有/新建
4.1 表 1煤炭工业废水有毒污染物排放限值10 项不分,现有与新建同值
4.2 表 2采煤废水污染物排放限值6 项分(现有/新扩改)
4.3 表 3选煤废水污染物排放限值6 项分(现有/新扩改)
4.4煤炭开采(含露天开采)水资源化利用技术规定无具体限值—

表 1 适用对象是“煤炭工业(包括现有及新(扩、改)建煤矿、选煤厂)废水”。表 2/表 3 的过渡期安排:现有采煤生产线自 2007 年 10 月 1 日起执行表 2,现有选煤厂自 2007 年 10 月 1 日起执行表 3,并自 2009 年 1 月 1 日起应实现水路闭路循环。

表 1 是这份标准里最容易被忽略的一张表,因为它不管浓度是几十还是几百,只管“有毒”且现有与新建同值:

序号污染物限值(mg/L)序号污染物限值(mg/L)
1总汞0.056总砷0.5
2总镉0.17总锌2.0
3总铬1.58氟化物10
4六价铬0.59总 α 放射性1 Bq/L
5总铅0.510总 β 放射性10 Bq/L

高于日最高允许排放质量浓度即不得排放。氟化物与两项放射性列入表 1,是煤炭行业区别于多数行业标准的地方——氟是矿区地下水的高频特征组分,放射性则来自煤系地层中的天然核素。

表 2 与表 3 是两条产品线的日常指标。把两张表并排看,会出现一个很干净的结果:

污染物表 2 采煤废水(现有/新建)表 3 选煤废水(现有/新建)两张表的差
pH 值6~9/6~96~9/6~9完全相同
总悬浮物 SS70/50100/70不同(选煤更宽)
化学需氧量 CODCr70/50100/70不同(选煤更宽)
石油类10/510/5完全相同
总铁7/67/6完全相同
总锰4/44/4完全相同(脚注限定)

表 2 注:总锰限值仅适用于酸性采煤废水。表 3 适用条件是选煤厂应实现水路闭路循环,偶发排放执行新(扩、改)建生产线限值——也就是说,选煤废水的常态不是排放,闭路循环才是主线。

六项里四项一字不差,只有悬浮物与化学需氧量两项不同,而且方向一致:选煤废水的限值比采煤废水更宽。这不是宽严不一致,而是因为这两项在这条产品线上的身份不同——选煤废水里的悬浮物是煤泥,它是产品,不是废物。既然标准要求它闭路循环、把这部分煤泥收回去,那么偶发排放时的限值宽松一点是有底气的;而采煤废水的悬浮物是岩粉,回收价值低,才需要用更紧的限值约束。总铁、总锰两项不区分产品线,是因为它们来自地层而不是来自工艺。

四、表里没有“盐”:高矿化度矿井水的判据有三处,都不在排放标准里

现在把三张表加起来:表 1 十项、表 2/表 3 共六项,取并集是十六个指标——pH、悬浮物、化学需氧量、石油类、总铁、总锰、氟化物、总汞、总镉、总铬、六价铬、总铅、总砷、总锌、总 α 放射性、总 β 放射性。

十六项里,没有一项是含盐量。没有溶解性总固体,没有氯化物,没有硫酸盐。这一点常被忽略,但它直接决定了高矿化度矿井水为什么绕不开膜法与蒸发结晶。

标准并非没有意识到这股水。GB 20426—2006 第 4.4 节“煤炭开采(含露天开采)水资源化利用技术规定”里有三条要求,读起来很有意思:

第 4.4 节三条要求(原文要点):① 4.4.1 对于高矿化度采煤废水,除执行表 2 限值外,还应根据实际情况深度处理和综合利用;高矿化度采煤废水用作农田灌溉时,应达到 GB 5084 规定的限值要求。② 4.4.2 在新建煤矿设计中应优先选择矿井水作为生产水源,用于煤炭洗选、井下生产用水、消防用水和绿化用水等。③ 4.4.3 建设坑口燃煤电厂、低热值燃料综合利用电厂,应优先选择矿井水作为供水水源优选方案。

请注意这一条的逻辑:标准没有给含盐量定限值,而是给出了“去向”——深度处理、综合利用、优先做生产水源。至于盐要降到多少,它把判据转交给了下一本标准:用作农田灌溉时执行 GB 5084。

而《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)表 1 基本控制项目共十六项,其中两项直接管盐:氯化物(以 Cl⁻ 计)≤350 mg/L;全盐量 ≤1 000 mg/L(非盐碱土地区),≤2 000 mg/L(盐碱土地区)。全盐量按 HJ/T 51 重量法测定。

这里出现了第一个可以自算的地方。以陕西某煤矿矿井水原水溶解性总固体 3 700~4 000 mg/L 计:要满足 1 000 mg/L 的全盐量,需要把盐压掉约 73%~75%;而若这片地属于盐碱土地区、限值放宽到 2 000 mg/L,则只需压掉约 46%~50%。同一股水、同一本标准,合格与否取决于土壤类型,不取决于水源。这也是 GB 5084 把 1 000 与 2 000 并列写在同一个格子里、用括号区分适用区域的原因。

事实核查框:两个“1 000 mg/L”不是同一个 1 000。① GB 5084—2021 表 1 的全盐量 1 000 mg/L,是农田灌溉水的基本控制项目,属于“用什么水浇地”的判据,限值数值由土壤类型决定;② “外排矿井水含盐量不得超过 1 000 mg/L”,出现在国家能源局《关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知》(2020-12-03)与云南省曲靖市 2023 年市级文件中,属于“这股水排到河里”的环评要求,且同句还要求水质因子满足或优于受纳水体环境功能区划对应值。两处数值相同、来源与法律性质不同:一处是标准,一处是环评与地方管理要求。引用时若只写“含盐量 1 000”,读者无法判断它是灌溉判据还是外排判据。
煤炭工业污染物排放标准三张表的十六项指标与含盐量的缺席示意:左侧为表1十项有毒污染物、表2与表3共六项常规指标,其中没有任何一项含盐量;右侧为盐的三处外挂判据——农田灌溉全盐量一千或两千、外排含盐量一千、以及深度处理与综合利用的去向要求
图 2 标准表里的一项缺席。左:GB 20426—2006 三张表取并集共十六项指标,没有含盐量、氯化物与硫酸盐。右:盐的判据被分置在三处——GB 5084 表 1 的全盐量(1 000/2 000 mg/L,按土壤类型)、环评与地方文件的外排含盐量(1 000 mg/L),以及第 4.4 节给出的“深度处理和综合利用”去向要求。判据分工不同源,是这条链路上最容易混用的一处。

五、含悬浮物矿井水:处理的是悬浮物,回收的是煤泥

这一类最常见、也最成熟。处理目标只有悬浮物,工艺主线是混凝—沉淀—过滤,把水中的煤泥转移到污泥里,出水即可满足 GB 20426 表 2/表 3 的悬浮物限值,然后回用于井下工作面与洗煤用水。

工程上真正的优化点不在“怎么沉”,而在“在哪一级把它拿走”。神东矿区的三级做法可以作为一个完整的参照:

第一级:在井下就拿走

利用采区矸石对水体的过滤净化作用与自然压差输水,把井下所有污水注入采区,经采区沉淀过滤后把清水收集打入供水系统,实现井下直接复用。神东 13 座生产矿井均建有采区过滤净化系统,每天可减少矿井水外排量近 6 万立方米。这一级的价值在于它把处理放在用水点之前,避开了从井下提升到地面再返回井下的往返能耗。

第二级:地面高效沉淀过滤

每座煤矿配套预处理系统,通过药剂、混凝、沉淀、过滤把煤泥转入污泥,出水满足 GB 20426,再回用于井下生产与地面洗煤。

第三级:为提标与灌溉做深度处理

针对矿区矿井水中溶解性总固体、氟化物偏高的特点,神东累计投资 7.71 亿元,按地表水Ⅲ类水标准建设矿井水深度处理系统,建成多套专项除氟系统与除盐系统;除氟采用羟基磷灰石吸附工艺,除盐采用三级反渗透加蒸发结晶工艺。其中布尔台区域项目是国内首套碳酸钠盐结晶系统应用项目,设计处理规模 2 万立方米/天,出水水质优于地表水Ⅲ类。

事实核查框:同一家企业、同一批系统,两次公开报道的套数不一致。一处报道为“建成 18 套矿井水混凝沉淀过滤系统、5 套专项除氟系统、4 套膜过滤蒸发结晶系统”;较早的另一处报道为“建设 6 套专项除氟系统和 2 套除盐系统”;同一材料里还有“自有 12 矿矿井水全部实现废水零排放”与“13 矿 14 井日均产生矿井水 27.72 万吨”两处表述。套数与矿数在不同报道里的差异,通常来自统计时点不同或“套”的计数口径不同(按车间、按系列还是按矿井)。引用这类企业自述数据时,宜带年份与统计口径,不宜直接当作现状值。

三级处理之后是三级利用。按神东公开的口径,矿井水处理达标后按三个方向分配:生产复用量占矿井水产生量的 46.3%(井下生产、洗煤补水、黄泥灌浆、厂区消防洒水与绿化)、生活杂用占 5.2%、生态回用占 48.5%(采煤沉陷区生态复垦与沙棘、沙柳、牧草等作物灌溉)。三个数相加正好等于 100.0%——这不是巧合,而是“全部利用、零外排”这个目标在数据上的表现;报道也称自有矿井水全部实现了废水零排放。

把处理做到这个程度,用水强度会直接落下来:神东生产矿井原煤生产水耗为每吨煤 0.058 立方米,而《清洁生产标准 煤炭采选业》(HJ 446—2008)的一级清洁生产指标(国际清洁生产先进水平)是每吨煤 0.1 立方米——前者约为后者的 58%。

六、高矿化度矿井水:三个脱盐账本,成本都在每吨水几元

高矿化度矿井水的处理目标是含盐量,主线是膜法脱盐。同样是脱盐,工程把它分成三段来算账:预处理把悬浮物与硬度拿走、膜法把盐与水分开、浓盐水再找去处。三段里最容易被低估的是第三段——这也是后文单独一节的原因。

工程进水/原水工艺产水与浓水关键数据
陕西某煤矿(UF+RO 双膜法)TDS 3 700~4 000 mg/L、硬度 450~500 mg/L格栅+预沉调节池+磁加载沉淀+超滤+反渗透设计进水 7 200 m³/d,产水 4 800 m³/d脱盐率 98%;产水 TDS 约 70 mg/L、硬度 ≤6.0、Cl⁻ <35、SO₄²⁻ <5.5
某煤矿零排放系统TDS 1 900~2 400 mg/L苦咸水反渗透(BWRO)+碟管式反渗透(DTRO)+多效蒸发(MED)浓盐水 TDS ≥90 000 mg/L系统回收率 ≥96.5%;出水 TDS ≤300 mg/L;综合运行费约 7.89 元/t 水
西北干旱煤区某矿(梯度脱盐)盐度约 19.8 g/L反渗透(RO)段+高盐度反渗透(HSRO)段,盐水回流进水 20 m³/h → 产水 12 m³/h、浓水 8 m³/h压力 32 bar;产水盐度约 0.443 g/L、浓水约 48.8 g/L;产水率 44%→60%

三行数据分别来自《净水技术》双膜法应用实例、矿井水零排放工艺研究论文与《Journal of Water Process Engineering》2025 年梯度脱盐论文。三者的“运行成本”口径不同:7.89 元/t 为含蒸发结晶的全系统综合运行费,另两项未含浓盐水终端处置。

三行数据里有两处可以自己算穿。

第一处是流量守恒。第三行给出进水 20 立方米/小时、产水 12 立方米/小时、浓水 8 立方米/小时:12 + 8 = 20,产水率 12 ÷ 20 = 60%,浓水率 8 ÷ 20 = 40%,与其报告的“产水率由原工艺的 44% 提升至 60%”一致。盐的收支同样对得上:进水盐度 19.8 g/L × 20 m³/h = 396 kg/h;产水 0.443 × 12 = 5.3 kg/h,浓水 48.8 × 8 = 390.4 kg/h,两者相加 395.7 kg/h,与进水相差不到 0.1%。这说明“梯度脱盐”做的不是提高去除率,而是把同样的盐挤进更少的水里——浓水盐度从常规 RO 的水平被推到 48.8 g/L,下游蒸发器的进料浓度提高 1.4 倍,蒸汽与电耗随之下降。

第二处是成本结构。该工程报告的年运营费由 543 万元降至 442 万元,降幅 18.6%;而它给出的运行成本算式是每吨水 6.36 元(= 5.88 + 1.93 × 480 ÷ 1 920):其中 5.88 元/t 是脱盐与输送的本体成本,1.93 元/t 是浓盐水深部封存的单价,480 ÷ 1 920 = 25% 恰为浓水比例——换句话说,每处理 4 吨水,就有 1 吨要去封存,这笔钱按 4 吨水来摊。同一篇论文同时给出:二级反渗透产水约 1 438 t/h(产水率 75%),深部封存约 480 t/h、TDS 约 24 000 mg/L;投资约为常规蒸发结晶零排放的 1/2;年碳排放 32 425 吨,比蒸发结晶路线减少 131 888 吨,相当于约 15 万亩碳汇林的年吸收量。

七、浓盐水去哪:三种去处,账完全不同

高矿化度矿井水的真正难点在浓盐水,因为它不能像普通污水那样“再处理一遍就干净了”——盐只是被浓缩,没有被去掉。目前工程上三条去处:

去处一:蒸发结晶分盐

把浓盐水蒸干,结晶出氯化钠与硫酸钠。前述零排放系统的蒸发结晶单元分离出硫酸钠和氯化钠,满足工业盐标准要求,可作为化工原料利用;布尔台项目则采用浓盐水冷却结晶产碳酸钠工艺。

这里有一笔很值得记录的账:按其公开数据,产碳酸钠相比产硫酸钠,可减少硫酸药剂投用约 180 万元/年,且碳酸钠本身价值更高,年可增收约 830 万元。也就是说,同一个蒸发结晶单元,产出哪一种盐是可以选的——而选错的话,一年少收八百多万元。这是分盐工艺里最容易被忽略的一个决策点:它不影响出水水质,只影响这条线的经济性。

去处二:深部地质封存

不下蒸发结晶,而是把浓盐水回注到深部地层长期封存。前述鄂尔多斯案例的公开结论是:投资约为常规零排放路线的 1/2,运行能耗与成本都更低,占地与人员配置更少,运行成本 6.36 元/t 水。但它同时明确提出了配套条件:需要长期监测深部溶质运移与扩散、浅层地下水质量指标,并制定相应的应急措施与保护方案。

去处三:回用与生态配置

不追求分盐产品,只把盐压到用水点的水质要求以下。这其实是政策最鼓励的一条——神东的做法是管网灌溉:处理后的矿井水经 946 公里灌溉主(支)管道输送至沉陷区生态林与农田,管网灌溉较原水车拉水节约费用 1 300 万元/年,同时缓解土壤盐碱化;生态产业年产值约 2 619 万元(大果沙棘 2 850 亩、果树 1 950 亩、苜蓿 10 000 亩、饲料桑 1 965 亩)。另一个提标治理项目的口径更直接:预处理用高效沉淀与锰砂滤池去除硬度及悬浮物,深度处理用超滤、反渗透与管式膜把关键污染物降到地表水Ⅲ类 29 项全指标、全盐量不超过 1 000 mg/L,蒸发结晶阶段热法分盐(氯化钠达工业干盐一级、硫酸钠符合《工业无水硫酸钠》Ⅱ类一等品);该项目设计总处理规模 6.3 万立方米/天,每年可减少地下水开采 1 600 万立方米。

高矿化度矿井水脱盐与浓盐水去路示意:左侧为预处理去除悬浮物与硬度、中间为反渗透与高盐度反渗透梯度脱盐分离产水与浓水、右侧为浓盐水的三条去路即蒸发结晶分盐、深部地质封存、以及压到用水点要求后回用与生态配置
图 3 盐只是被搬走,没有被去掉。左侧预处理解决悬浮物与硬度,中间膜法把盐挤进更少的水里——梯度脱盐的意义就在这里:产水率由 44% 提到 60%,浓盐水盐度由常规 RO 水平推到 48.8 g/L。真正的决策点在右侧:蒸发结晶分盐(产什么盐要选)、深部地质封存(要长期监测)、或压到用水点要求后回用。三条路线的吨水成本和风险完全不同源。

八、酸性矿井水:铁要压三十倍,锰本来就在线内

酸性矿井水(AMD)来自煤系地层中硫化物的氧化:硫化物遇水与氧生成硫酸,pH 随之降到两三点几,铁、铝、锰、硫酸盐同时被溶出。它的处理目标的 pH 与溶解态金属,主线是中和沉淀。

巴西一处煤矿废渣堆的酸性矿井水,提供了一组罕见的长周期现场数据——从 2007 年起每月采样,连续观测 17 年(该场地在 2007 年建成了 pH 中和与金属沉淀的主动处理设施):

参数2007 年起始17 年后变化
pH2.14.7上升 2.6 个单位
铁(mg/L)177.80.1下降 99.9%
铝(mg/L)29.00.1下降 99.7%
锰(mg/L)3.10.6下降 80.6%
硫酸盐(mg/L)2 023307下降 84.8%
酸度(mg CaCO₃/L)539.53.96下降 99.3%

数据为原水(未处理水)参数随时间的衰减,符合一阶动力学模型。该研究的结论之一是:尽管多数水质参数已达到排放标准,主动处理设施仍必须运行——用于防止 pH 波动并进一步降低锰浓度,并因此考虑由主动处理转向被动处理。

把这张表与 GB 20426 表 2 对照,会出现一个与常识相反的结果。表 2 的总铁限值是 6 mg/L(现有 7),总锰限值 4 mg/L,且注文限定总锰限值仅适用于酸性采煤废水——正好适用于这股水。但按 2007 年起始值算:总铁 177.8 ÷ 6 ≈ 29.6 倍,超标近三十倍;而总锰 3.1 ÷ 4 = 0.78 倍,从一开始就在限值以内。

事实核查框:“酸性矿井水要除铁除锰”这句话,按现行限值只对一半。在 GB 20426—2006 表 2 的口径下,铁是绝对主角(起点超标近 30 倍),锰从一开始就没超标。并且表 2 把总锰限值的适用范围限定为“酸性采煤废水”——也就是说,这条脚注专门为酸性矿井水写的限值,在这股水里反而是最容易满足的那一项。这不是标准写错了,而是因为锰的难点不在“浓度高”,而在去除难:同一批实验数据显示,石灰石对锰的去除随剂量增加下降得很慢,属于典型的“压得下去、但压得费劲”。判据:遇到“某类水的两大任务”这类说法,先按现行限值算一遍倍数,再决定哪个是主角。

中和药剂的选择也有明确数据支撑。坦桑尼亚一项针对金矿酸性矿井水的石灰石投加试验(初始硫酸盐 2 277 mg/L)显示:剂量达 100 g/1 000 mL 时 pH 升至 8.6;提高到 200 g/1 000 mL 时硫酸盐由 2 277 降至 506 mg/L(去除 77.8%),铁、铜、锌、锰、镍去除率分别为 99%、92%、68%、96%、99%。研究者同时指出,锰随石灰石剂量增加下降缓慢,并提出石灰石可作为酸性矿井水的初级处理剂。

比这条更值得记住的是处理方式的切换。巴西那处场地的结论是:主动处理(加药、沉淀、持续运行)17 年后,绝大部分参数已达标,但设施仍不能停;于是中试研究了被动处理——用砾石粒径的石灰石或矿渣填充沟渠,靠水流自然接触实现中和与残余金属去除,中试出水对大型溞无毒性水平。主动处理买的是“随时可调”,代价是从此停不下来;被动处理买的是“不用人管”,代价是响应能力归零。对于矿井水这种水量与水质会随开采推进持续变化的股水,这个取舍比选哪种药剂更重要。

九、“利用率”的分母:行业里本来就有这个指标,它叫富水系数

回到第二节那个差了一倍的利用率。矿井水这个行业其实早就有一个“吨煤水量”指标,只是名字不叫利用率:矿井富水系数(含水系数)KB = Q ÷ P,其中 Q 为矿井某一时期的排水量(立方米),P 为同期开采煤量(吨)。它是反映矿井充水程度的水文地质指标,也用于矿井涌水量的经济评价。

这个定义里藏着本轮最实用的一条判据:它的分子是“排水量”,不是“涌水量”。涌出量与排水量、与利用量,是三个不同的数:

口径含义典型场合
涌水量含水层涌入矿井的水量水文地质评价、水仓与排水能力核定
排水量实际排出矿井的水量(富水系数的分子)排放核算、排污许可
利用量处理后被某个用水点用掉的水量利用率、节水考核

三者关系不固定:井下直接复用的部分可能从未被排出矿井(既不进排水量、也不进排放量,但计入利用量);外排的部分计入排水量但不计入利用量。

于是“利用率”这个词出现了至少三种分母写法,而公开数据往往不写明用的是哪一种:利用量 ÷ 涌水量、利用量 ÷ 排水量、以及大型煤炭企业口径下的综合利用率。这就是 74.6% 与约 35% 并存的技术原因——它们不只是样本不同,分母也可能不同。

神东那一组“46.3% + 5.2% + 48.5% = 100.0%”的数据之所以好用,恰恰是因为它把分母写清楚了:三个占比的分母都是“矿井水产生量”,而且三块加起来刚好是全部。凡看到企业只报一个利用率的,问一句“分母是产生量还是排水量”,往往就能解释掉另一半差异。

十、收束:这不是一道处理题,是一张配置表

矿井水这条链路上真正需要判断的东西不多,但每一件都不能省:

第一,先分类,再选工艺。含悬浮物的只需混凝沉淀过滤,目标是悬浮物;高矿化度的必须脱盐,目标是含盐量;酸性的先中和,目标是 pH 与铁。三类水的目标没有一项重叠,用一套工艺同时对付三类水,等于同时在追三个互不相干的指标。

第二,标准表里没有的那一项,才是高矿化度矿井水的真问题。GB 20426—2006 的三张表十六项指标里没有含盐量,第 4.4 节也只写“深度处理和综合利用”。盐的判据被分置在 GB 5084 表 1(全盐量 1 000/2 000 mg/L,按土壤类型)与外排文件的 1 000 mg/L 上。“全项达标”与“能外排”是两件事——这决定了高矿化度矿井水必须走到回用或零排放,而不是走到达标。

第三,浓盐水的去向是决策点,不是收尾项。蒸发结晶产哪种盐(碳酸钠比硫酸钠一年多收约 830 万元)、深部地质封存要配多久的监测、还是压到用水点要求后回用——三条路的吨水成本与风险完全不同源。把“盐被浓缩”当成“盐被去除”,是这条链路上最贵的一次误读。

本文结论摘要:① 政策把矿井水分为含悬浮物、高矿化度、酸性及含特殊组分三类(发改环资〔2024〕226 号),三类水处理目标分别为悬浮物、含盐量、pH 与溶解态金属,互不重叠;② 2024 年全国矿井水量约 95.2 亿 m³,超过南水北调中线年调水量 83.37 亿 m³,平均每采 1 吨煤抽采约 1.5 吨地下水;③ 利用率的两个公开数并存——大型煤炭企业综合利用率 74.6%(2023 年)、全国平均约 35%,政策目标是黄河流域 2025 年达 68% 以上;④ GB 20426—2006 水污染物部分为表 1(有毒污染物 10 项,不分生产线)、表 2(采煤废水 6 项)、表 3(选煤废水 6 项),并集十六项指标中没有含盐量;⑤ 表 2 与表 3 六项里四项完全相同(pH、石油类、总铁、总锰),仅悬浮物与化学需氧量不同,且选煤废水更宽——因为它的悬浮物是煤泥;⑥ 总锰限值的注文限定“仅适用于酸性采煤废水”,而实测酸性矿井水锰本就在限值内(3.1 对 4 mg/L),铁却超标近 30 倍;⑦ 高矿化度脱盐的三个账本运行费在每吨水几元量级,其中含浓盐水深部封存的全系统成本 6.36 元/t(浓水比例 25%);⑧“利用率”的分母至少三套,行业原有指标富水系数的分子是排水量而非涌水量。

参考文献

  1. 环境保护部、国家质量监督检验检疫总局:《煤炭工业污染物排放标准》(GB 20426—2006),2006-09-01 发布,2006-10-01 实施。第 4.1 条表 1、第 4.2 条表 2(含“总锰限值仅适用于酸性采煤废水”注)、第 4.3 条表 3(含水路闭路循环要求)、第 4.4 条煤炭开采(含露天开采)水资源化利用技术规定。
  2. 国家发展改革委、水利部、自然资源部、生态环境部、应急管理部、市场监管总局、国家能源局、国家矿山安监局:《关于加强矿井水保护和利用的指导意见》(发改环资〔2024〕226 号)。含“三类水分质分级处理”“综合利用”“统计计量考核”与 2025 年黄河流域 68% 目标。
  3. 国家发展改革委:《国家发展改革委等部门印发〈关于加强矿井水保护和利用的指导意见〉》政策发布稿。
  4. 中国政府网:《提升矿井水保护利用水平》,2024-03。含矿井水纳入区域水资源规划与统一配置、严格取水许可、重点产煤区域建设用水项目应充分利用矿井水代替地表水。
  5. 国家能源局:《关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知》,2020-12-03。含矿井水优先用于项目建设及生产、未充分利用不得开采其他水源、剩余外排含盐量不得超过 1 000 mg/L 与在线自动监测要求。
  6. 云南省曲靖市人民政府办公室:《关于进一步加强煤炭全产业链生态环境保护和污染防治工作的通知》,2023。同前条要求,并含选煤厂煤泥水闭路循环、工业场地初期雨水收集处理。
  7. 中国煤炭工业协会:《2023 煤炭行业发展年度报告》。2023 年原煤产量 47.1 亿吨;大型煤炭企业原煤入洗率 69%、矿井水综合利用率 74.6%、煤矸石综合利用处置率 73.6%、土地复垦率 57.9%。
  8. 《煤炭学报》2025 年:《煤矿矿井水深部地质封存技术体系与工程应用》(doi:10.13225/j.cnki.jccs.2025.0974)。含 2024 年全国矿井水量约 95.2×10⁸ m³、超过南水北调中线年调水量约 83.37×10⁸ m³、相当于约 2 248 万人年用水量、平均利用率约 35%。
  9. Z.Y. 等:《含盐矿井水零排放的梯度脱盐 RO 与蒸发结晶工艺》,J. Water Process Eng.,2025。进水 20 m³/h、盐度 19.8 g/L;产水 12 m³/h(0.443 g/L)、浓水 8 m³/h(48.8 g/L);产水率 44%→60%。
  10. D. S. 等:《煤矿高盐浓盐水深部地质封存技术经济性分析》,Sustainability,2025, 15(19):14553。二级 RO 产水 1 438 t/h(75%);深部封存 480 t/h、TDS 约 24 000 mg/L;运行成本 6.36 元/t。
  11. 《净水技术》:双膜法工艺在矿井水深度处理中的应用实例。陕西某煤矿设计进水 7 200 m³/d、产水 4 800 m³/d、回收率 65%;原水 TDS 3 700~4 000 mg/L、硬度 450~500 mg/L;产水 TDS 约 70 mg/L、脱盐率 98%、实测回收率 71.4%。
  12. 《煤矿矿井水零排放处理技术与应用》。TDS 1 900~2 400 mg/L 矿井水,采用 BWRO+DTRO 浓缩、MED 蒸发结晶,浓盐水 TDS ≥90 000 mg/L,系统回收率 ≥96.5%,出水 TDS ≤300 mg/L,全系统综合运行费约 7.89 元/t 水;蒸发结晶分离出硫酸钠与氯化钠。
  13. 生态环境部:《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)表 1 基本控制项目限值,2021-01-20 发布、2021-07-01 实施。全盐量 ≤1 000 mg/L(非盐碱土地区)、≤2 000 mg/L(盐碱土地区);氯化物(以 Cl⁻ 计)≤350 mg/L;配套 HJ/T 51《水质 全盐量的测定 重量法》。
  14. 鄂尔多斯市生态环境局:《减污降碳协同创新第二批典型案例⑧:矿井水“零排放+分盐处理+排水综合利用”》,2026-01。含浓盐水冷却结晶产碳酸钠工艺减少硫酸药剂投用约 180 万元/年、较产硫酸钠工艺年增收约 830 万元;管网灌溉较原水车拉水节约费用 1 300 万元/年;年减排氟化物约 40 吨、溶解性总固体约 8 800 吨;生态产业年产值约 2 619 万元。
  15. 神东煤炭集团相关报道(《“水难题”的神东答卷》等):13 矿 14 井日均矿井水 27.72 万 t;18 套混凝沉淀过滤、5 套除氟、4 套膜过滤蒸发结晶系统;累计投资 7.71 亿元按地表水Ⅲ类建深度处理;布尔台规模 2 万 m³/d;生产复用 46.3%、生活杂用 5.2%、生态回用 48.5%;原煤水耗 0.058 m³/t。
  16. 《煤矿矿井水零排放与提标治理工程》(哈拉沟、石圪台矿井水提标治理项目公开报道):设计总处理规模 6.3 万 m³/d;预处理采用高效沉淀与锰砂滤池,深度处理采用超滤、反渗透与管式膜,关键污染物达《地表水环境质量标准》Ⅲ类 29 项全指标、全盐量不超过 1 000 mg/L;蒸发结晶热法分盐,氯化钠达工业干盐一级、硫酸钠符合《工业无水硫酸钠》Ⅱ类一等品;每年减少地下水开采 1 600 万 m³。
  17. Keller F S 等:《巴西南部某煤矿废渣堆酸性矿井水的衰减与主动处理转被动处理研究》,Minerals,2025, 15(10):1068。2007—2024 年月度监测:pH 2.1→4.7;铁 177.8→0.1、铝 29.0→0.1、锰 3.1→0.6、硫酸盐 2 023→307 mg/L;主动处理设施仍须运行以防 pH 波动并压低锰。
  18. Marwa A, Sweya L N:《石灰石预处理用于酸性矿井水可持续水质管理》,J. Degraded Min. Lands Manage.,2024, 11(3):6009-6015。石灰石 100 g/1 000 mL 时 pH 升至 8.6;200 g/1 000 mL 时硫酸盐 2 277→506 mg/L,铁、铜、锌、锰、镍去除率 99%、92%、68%、96%、99%。
  19. 《煤矿生产能力核定标准》与矿井富水系数(含水系数)定义:K_B = Q ÷ P,Q 为矿井同期排水量(m³),P 为同期开采煤量(t);用于矿井充水程度分级与涌水量经济评价。
  20. 生态环境部:《清洁生产标准 煤炭采选业》(HJ 446—2008),一级清洁生产指标原煤生产水耗 0.1 m³/t。
  21. 神东煤炭分公司布尔台区域矿井水提标治理项目竣工环境保护验收报告及环境影响报告(公开文件):工艺为预处理+一级苦咸水反渗透(BWRO)+浓缩与蒸发结晶单元,回用水执行《地表水环境质量标准》(GB 3838)相应类别要求。
  22. 包头市、郑州市、铜川市、新华县等地生态环境部门公开环境影响评价与入河排污口论证文件中关于 GB 20426—2006 表 1/表 2/表 3 的转引,用于本稿表 1、表 2、表 3 限值的多源交叉核对。
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