高礦化度礦井水處理技術及資源化利用研究

嚴新峰，折 樂，蔡亞萍，丁紅英

（寧夏回族自治區生態環境工程評估中心，寧夏銀川 750001）

高礦化度礦井水的處理是一個復雜而關鍵的過程。傳統的處理方法往往效果有限，難以滿足環境保護和資源利用的要求。因此，研究人員不斷探索新的處理技術，以提高處理效率和資源回收率。離子交換法、蒸餾法、電滲析法和反滲透法等新型處理技術因其高效性和環保性而備受關注。同時，高礦化度礦井水的資源化利用也成為一個研究熱點，通過回收金屬、鹽類和熱能等資源，可以實現礦井水的循環利用，降低對自然資源的依賴。

1 高礦化度礦井水處理及資源化利用的重要性

寧夏回族自治區位于我國的西北部，是一個礦產資源豐富的地區。在該地區，礦井水處理及資源化利用工作具有重要意義。

1）高礦化度礦井水處理及資源化利用工作對于保護生態環境具有重要意義。隨著煤礦開采和利用的不斷深入，礦井水問題日益突出。高礦化度的礦井水一旦排放到環境中，會對周邊土壤、水源和生態系統造成嚴重污染，甚至危害周邊居民的健康。因此，對高礦化度礦井水進行有效處理，可以有效減少對環境的污染，保護當地的生態環境。

2）高礦化度礦井水處理及資源化利用工作對于促進資源循環利用和節約能源具有重要意義。在資源緊缺的當今社會，礦井水中所含的各種礦物質和元素資源并不可忽視。通過科學的處理和提取技術，可以將礦井水中的有價值物質進行有效回收和利用，實現資源的再利用和循環利用。同時，在處理過程中，還可以充分利用礦井水中的熱能和壓力能等能源，實現能源的節約和資源的高效利用，符合可持續發展的理念。

3）高礦化度礦井水處理及資源化利用工作對于改善當地人民生活和經濟發展具有重要意義。寧夏回族自治區是一個人口密集、資源相對匱乏的地區，而且煤礦資源開發也是當地的支柱產業之一。

通過對高礦化度礦井水進行有效處理和資源化利用，可以提供清潔的飲用水資源，改善當地居民的生活條件。同時，將礦井水中的有價值物質進行回收利用，可以為當地經濟發展提供新的增長點，推動當地產業結構的調整和優化，促進經濟的可持續發展[1]。

2 高礦化度礦井水處理技術的應用

2.1 離子交換法

在離子交換法應用的過程中，進行預處理。這一步驟旨在去除水中的懸浮物、懸浮膠體、顆粒物等雜質，以減少對離子交換劑的污染和損壞。預處理方法包括過濾、絮凝、沉淀等，可以根據實際情況選擇合適的方法。之后，使用離子交換劑，將水中的有害離子與交換劑上的對應離子進行交換。

將離子交換劑裝填在固定床或流動床的柱子中，形成離子交換膜。然后，將待處理的高礦化度礦井水通過離子交換膜，使水中的離子與交換劑上的對應離子進行交換。交換劑上的對應離子會吸附水中的有害離子，從而實現水質的改善。

在離子交換過程中，需要注意交換劑的選擇。不同的離子交換劑對特定離子有不同的親和力，因此需要根據水中的離子成分選擇合適的交換劑。常見的離子交換劑包括陰離子交換劑和陽離子交換劑，可以根據水質分析結果確定使用哪種交換劑。處理過程中，離子交換膜的運行時間會隨著水中離子的吸附而逐漸增長。當離子交換膜達到飽和狀態時，需要進行再生。再生過程包括洗滌、反洗和再生三個步驟。

（1）通過洗滌步驟去除交換膜上的雜質和吸附的離子；

（2）進行反洗步驟，以恢復交換劑的吸附能力；

（3）通過再生步驟將吸附的離子釋放出來，使交換劑得以重復利用。

在高礦化度礦井水處理中，離子交換法可以有效去除水中的硬度離子、重金屬離子等有害離子，提高水質[2]。

2.2 蒸餾法

蒸餾法通過蒸發和冷凝的過程，將水中的鹽分和雜質去除，從而實現淡化處理。具體來說，蒸發器是蒸餾法處理的核心設備，它通常由加熱器、蒸發室和冷凝器組成。將高礦化度礦井水引入蒸發室，加熱器提供熱能使水蒸發。

在蒸發室中，水分子蒸發成水蒸氣，而鹽分和其他雜質則留在蒸發室中。蒸發后的水蒸氣進入冷凝器，通過冷卻使水蒸氣重新凝結成液態水。在冷凝過程中，水蒸氣釋放出的熱量被冷卻介質吸收，從而使水蒸氣迅速冷凝。凝結后的淡水被收集起來，并進一步處理以達到所需的水質標準。這可能包括過濾、殺菌、調節pH 等步驟，以確保水的安全和適用性。蒸餾法處理高礦化度礦井水的流程的注意事項：

（1）熱能消耗是一個重要的考慮因素，因為蒸發過程需要大量的熱能作為驅動力。這可能導致能源成本較高，特別是在礦井等偏遠地區。

（2）蒸餾法對水中的鹽分含量有一定的要求。如果水的鹽分含量過低，可能會導致蒸發器操作不穩定或產生過多的廢水。因此，在處理高礦化度礦井水時，水中的鹽分含量應超過一定的標準。

（3）燃料選擇也是一個需要考慮的因素。一些文獻提到使用煤矸石作為蒸餾法的燃料，但煤矸石含硫量高且熱值較低，不符合大氣防治控制政策，且獲得的熱量有限。因此，燃料選擇需要綜合考慮環境因素和經濟代價[3]。

2.3 電滲析法

原水經過預處理，如過濾、加藥等工序，去除懸浮物和有機物質，以減少對電滲析單元的影響。接下來，原水進入電滲析單元，在電場的作用下，陽離子和陰離子被遷移至相應的電極，從而實現脫鹽。電滲析單元通常由陽極室、陰極室和中間隔膜組成，通過電場作用使得離子在膜中遷移，從而實現脫鹽。遷移的速度如式（1）所示。

其中，v代表離子的遷移速度（單位為m/s），μ代表離子的遷移率（單位為m/(s·V)，E代表電場強度（單位為V/m.S）處理后的水經過后處理工序，如消毒、調整水質等，最終得到符合要求的水質。在整個處理流程中，需要注意設備的維護和清洗，以防止結垢問題的發生。同時，對處理后的廢水也需要進行合理的處理，以減少水資源的浪費。電滲析法的處理流程相對簡單，但也存在著局限性。

（1）電滲析法在運行過程中存在不穩定性，可能導致處理效果不一致，因此需要對設備進行精細的調控。

（2）電滲析法容易產生結垢問題，需要定期進行清洗和維護，以保證處理效果。此外，電滲析法所需的設備較多，占用空間較大，需要合理規劃工藝布局，以確保設備的正常運行。

（3）電滲析法適用于原水含鹽量較小的礦井水脫鹽處理，以及需要連續出水的大規模處理場景。然而，其工藝流程單一，缺乏靈活性和適應性，且缺乏全面性分析，無法有效分析水型等因素，導致處理效果有限。

此外，電滲析法對濃度不循環水進行排放，積水利用清水，導致水資源浪費嚴重，回收率低，這也是其局限性之一。

2.4 反滲透法

反滲透技術利用膜分離原理，通過施加高于溶液滲透壓的外界壓力，使原水中的水分透過膜而溶質被截留在膜表面上，實現液體分離。在處理高礦化度礦井水時，反滲透技術的流程主要包括預處理、反滲透膜分離、后處理等階段。反滲透膜分離階段是反滲透技術處理高礦化度礦井水的核心環節。

經過預處理后的原水被送入反滲透膜分離裝置，施加高壓力，使水分透過膜而溶質被截留在膜表面上。通過這一過程，高礦化度礦井水中的溶解性鹽和離子等溶質得以有效分離和去除，從而實現脫鹽和凈化的目的。在反滲透膜分離后，產生的濃水和凈水需要進行后續處理，以達到對濃水的再循環利用和對凈水的二次凈化的目的。后處理通常包括濃水處理、凈水再處理等環節，通過這些步驟可以有效地提高反滲透系統的水資源利用效率和凈水質量。

3 高礦化度礦井水資源化利用的策略

3.1 金屬回收

金屬回收可以用于金屬制品的生產。高礦化度礦井水中含有多種金屬離子，例如鐵、錳、銅等。通過適當的處理和提取技術，可以將這些金屬離子回收利用，用于金屬制品的生產?；厥盏蔫F和錳可以用于鋼鐵工業的生產，用于制造建筑材料、機械設備等?；厥盏你~可以用于電線、電纜等電子產品的制造。金屬回收不僅可以降低對原始礦石的依賴，減少對自然資源的開采，還可以為金屬制品的生產提供可持續的原材料來源。

（1）金屬回收可以用于資源再利用?；厥盏慕饘倏梢越涍^適當的處理和加工，得到純凈的金屬產物。這些金屬產物可以重新投入生產過程中，實現資源的再利用。例如，回收的鐵和銅可以經過熔煉和再加工，用于制造新的金屬制品。通過資源再利用，不僅可以減少廢棄物的產生，還可以節約能源和減少環境污染。

（2）金屬回收還可以用于環境治理。高礦化度礦井水中的金屬離子如果未經處理直接排放，可能會對環境造成污染和危害。通過金屬回收，可以將這些金屬離子從礦井水中回收出來，減少其對環境的影響。特別是對于含有重金屬的礦井水，金屬回收可以有效地減少重金屬的排放量，降低對土壤和水體的污染風險，保護環境和生態系統的健康。

（3）金屬回收對于經濟可持續發展也具有重要意義。金屬回收可以創造就業機會，促進經濟增長?；厥绽媒饘儋Y源可以降低生產成本，提高資源利用效率，從而增強企業的競爭力。此外，金屬回收還可以減少對進口金屬的依賴，提高國家的資源安全性和自給能力[4]。礦井水的回用要滿足對應的水質指標，如表1所示：

表1 礦井水常用的指標滿足項

3.2 鹽類回收

高礦化度礦井水中含有豐富的鹽類，例如氯化鈉、硫酸鈉等。通過適當的處理和提取技術，可以將這些鹽類回收利用，用于化學工業的生產?；厥盏穆然c可以用于氯堿化工生產中的氯化鈉電解、氯堿法制堿等工藝。硫酸鈉可以用于玻璃工業、造紙工業等領域的生產。鹽類回收不僅可以降低對原始鹽礦石的依賴，減少對自然資源的開采，還可以為化學工業提供可持續的原材料來源。同時，鹽類回收可以用于冶金工業生產。

高礦化度礦井水中的鹽類含量較高，其中包括氯化鈉、氯化鎂等。這些鹽類可以通過適當的處理和提取技術進行回收利用，用于冶金工業的生產?；厥盏穆然V可以用于鎂金屬的生產、合金制備和防腐蝕劑制造等。鹽類回收不僅可以降低對原始礦石的依賴，減少對自然資源的開采，還可以為冶金工業提供可持續的原材料來源。

通過鹽類回收，可以將這些鹽類從礦井水中回收出來，減少其對環境的影響。特別是對于含有氯化物的礦井水，鹽類回收可以有效地減少氯化物的排放量，降低對土壤和水體的污染風險，保護環境和生態系統的健康。

3.3 熱能回收

（1）熱能回收可以應用于供暖領域。高礦化度礦井水中的溫度較高，通過熱交換技術，可以將礦井水中的熱能轉化為熱水或蒸汽，用于供暖系統中的暖氣、熱水等需求。這種方式不僅可以減少對傳統能源的依賴，降低供暖成本，還可以提高能源利用效率，減少碳排放。同時，高礦化度礦井水中的熱能可以轉化為蒸汽，通過蒸汽發電機組產生電力。這種方式可以利用礦井水中的熱能資源，實現能源的有效利用，減少對傳統燃料的需求，降低發電成本。尤其對于那些位于熱能資源稀缺地區的礦井，熱能回收可以提供可持續的發電解決方案，促進當地的經濟發展。

（2）許多工業過程需要大量的熱能，例如：煉油、冶金、化工等。通過熱交換技術，可以將高礦化度礦井水中的熱能轉移到工業生產過程中，用于加熱、蒸餾、干燥等工藝。這不僅可以降低工業生產過程中的能源消耗，提高能源利用效率，還可以減少對傳統能源的需求，降低生產成本，提升企業的競爭力。

（3）熱能回收對于環境保護也具有重要意義。高礦化度礦井水中的熱能如果未經回收直接排放，可能會對環境造成熱污染，影響生態系統的健康。通過熱能回收，可以將礦井水中的熱能有效利用，減少熱能的浪費，降低熱污染的風險，保護環境和生態系統的可持續發展。

4 結束語

離子交換法適用于去除離子污染物；蒸餾法可以高效地去除溶解性固體；電滲析法在處理高礦化度礦井水方面具有潛力；反滲透法是一種常用的處理技術，可以同時去除溶解性固體和金屬離子。在高礦化度礦井水資源化利用方面，金屬回收、鹽類回收和熱能回收是可行的策略。通過綜合利用這些策略，可以實現高礦化度礦井水的有效處理和資源化利用，為礦業的可持續發展和環境保護作出貢獻。