嚴新峰，折 樂，蔡亞萍，丁紅英

（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）

高礦化度礦井水的處理是一個復(fù)雜而關(guān)鍵的過程。傳統(tǒng)的處理方法往往效果有限，難以滿足環(huán)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(shù)，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(shù)因其高效性和環(huán)保性而備受關(guān)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(xiàn)礦井水的循環(huán)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(qū)位于我國的西北部，是一個礦產(chǎn)資源豐富的地區(qū)。在該地區(qū)，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(tài)環(huán)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(huán)境中，會對周邊土壤、水源和生態(tài)系統(tǒng)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(huán)境的污染，保護當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)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(huán)利用和節(jié)約能源具有重要意義。在資源緊缺的當(dāng)今社會，礦井水中所含的各種礦物質(zhì)和元素資源并不可忽視。通過科學(xué)的處理和提取技術(shù)，可以將礦井水中的有價值物質(zhì)進行有效回收和利用，實現(xiàn)資源的再利用和循環(huán)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(xiàn)能源的節(jié)約和資源的高效利用，符合可持續(xù)發(fā)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(dāng)?shù)厝嗣裆詈徒?jīng)濟發(fā)展具有重要意義。寧夏回族自治區(qū)是一個人口密集、資源相對匱乏的地區(qū)，而且煤礦資源開發(fā)也是當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)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(dāng)?shù)鼐用竦纳顥l件。同時，將礦井水中的有價值物質(zhì)進行回收利用，可以為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展提供新的增長點，推動當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化，促進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 高礦化度礦井水處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 離子交換法

在離子交換法應(yīng)用的過程中，進行預(yù)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(zhì)，以減少對離子交換劑的污染和損壞。預(yù)處理方法包括過濾、絮凝、沉淀等，可以根據(jù)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(yīng)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(yīng)離子進行交換。交換劑上的對應(yīng)離子會吸附水中的有害離子，從而實現(xiàn)水質(zhì)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(jù)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(jù)水質(zhì)分析結(jié)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(dāng)離子交換膜達到飽和狀態(tài)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(zhì)和吸附的離子；

（2）進行反洗步驟，以恢復(fù)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(fù)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(zhì)[2]。

2.2 蒸餾法

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

在蒸發(fā)室中，水分子蒸發(fā)成水蒸氣，而鹽分和其他雜質(zhì)則留在蒸發(fā)室中。蒸發(fā)后的水蒸氣進入冷凝器，通過冷卻使水蒸氣重新凝結(jié)成液態(tài)水。在冷凝過程中，水蒸氣釋放出的熱量被冷卻介質(zhì)吸收，從而使水蒸氣迅速冷凝。凝結(jié)后的淡水被收集起來，并進一步處理以達到所需的水質(zhì)標準。這可能包括過濾、殺菌、調(diào)節(jié)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(fā)過程需要大量的熱能作為驅(qū)動力。這可能導(dǎo)致能源成本較高，特別是在礦井等偏遠地區(qū)。

（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(dǎo)致蒸發(fā)器操作不穩(wěn)定或產(chǎn)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(yīng)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(huán)境因素和經(jīng)濟代價[3]。

2.3 電滲析法

原水經(jīng)過預(yù)處理，如過濾、加藥等工序，去除懸浮物和有機物質(zhì)，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(yīng)的電極，從而實現(xiàn)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(xiàn)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(jīng)過后處理工序，如消毒、調(diào)整水質(zhì)等，最終得到符合要求的水質(zhì)。在整個處理流程中，需要注意設(shè)備的維護和清洗，以防止結(jié)垢問題的發(fā)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(wěn)定性，可能導(dǎo)致處理效果不一致，因此需要對設(shè)備進行精細的調(diào)控。

（2）電滲析法容易產(chǎn)生結(jié)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(shè)備較多，占用空間較大，需要合理規(guī)劃工藝布局，以確保設(shè)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(xù)出水的大規(guī)模處理場景。然而，其工藝流程單一，缺乏靈活性和適應(yīng)性，且缺乏全面性分析，無法有效分析水型等因素，導(dǎo)致處理效果有限。

此外，電滲析法對濃度不循環(huán)水進行排放，積水利用清水，導(dǎo)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(shù)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(zhì)被截留在膜表面上，實現(xiàn)液體分離。在處理高礦化度礦井水時，反滲透技術(shù)的流程主要包括預(yù)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(shù)處理高礦化度礦井水的核心環(huán)節(jié)。

經(jīng)過預(yù)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(zhì)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(zhì)得以有效分離和去除，從而實現(xiàn)脫鹽和凈化的目的。在反滲透膜分離后，產(chǎn)生的濃水和凈水需要進行后續(xù)處理，以達到對濃水的再循環(huán)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(huán)節(jié)，通過這些步驟可以有效地提高反滲透系統(tǒng)的水資源利用效率和凈水質(zhì)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(chǎn)。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(dāng)?shù)奶幚砗吞崛〖夹g(shù)，可以將這些金屬離子回收利用，用于金屬制品的生產(chǎn)?；厥盏蔫F和錳可以用于鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)，用于制造建筑材料、機械設(shè)備等?；厥盏你~可以用于電線、電纜等電子產(chǎn)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(chǎn)提供可持續(xù)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?jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗图庸?，得到純凈的金屬產(chǎn)物。這些金屬產(chǎn)物可以重新投入生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)資源的再利用。例如，回收的鐵和銅可以經(jīng)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(chǎn)生，還可以節(jié)約能源和減少環(huán)境污染。

（2）金屬回收還可以用于環(huán)境治理。高礦化度礦井水中的金屬離子如果未經(jīng)處理直接排放，可能會對環(huán)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(huán)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(fēng)險，保護環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的健康。

（3）金屬回收對于經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展也具有重要意義。金屬回收可以創(chuàng)造就業(yè)機會，促進經(jīng)濟增長?；厥绽媒饘儋Y源可以降低生產(chǎn)成本，提高資源利用效率，從而增強企業(yè)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(yīng)的水質(zhì)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(dāng)?shù)奶幚砗吞崛〖夹g(shù)，可以將這些鹽類回收利用，用于化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)。回收的氯化鈉可以用于氯堿化工生產(chǎn)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(yè)、造紙工業(yè)等領(lǐng)域的生產(chǎn)。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(xué)工業(yè)提供可持續(xù)的原材料來源。同時，鹽類回收可以用于冶金工業(yè)生產(chǎn)。

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(dāng)?shù)奶幚砗吞崛〖夹g(shù)進行回收利用，用于冶金工業(yè)的生產(chǎn)?；厥盏穆然V可以用于鎂金屬的生產(chǎn)、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(yè)提供可持續(xù)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(huán)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(fēng)險，保護環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的健康。

3.3 熱能回收

（1）熱能回收可以應(yīng)用于供暖領(lǐng)域。高礦化度礦井水中的溫度較高，通過熱交換技術(shù)，可以將礦井水中的熱能轉(zhuǎn)化為熱水或蒸汽，用于供暖系統(tǒng)中的暖氣、熱水等需求。這種方式不僅可以減少對傳統(tǒng)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(zhuǎn)化為蒸汽，通過蒸汽發(fā)電機組產(chǎn)生電力。這種方式可以利用礦井水中的熱能資源，實現(xiàn)能源的有效利用，減少對傳統(tǒng)燃料的需求，降低發(fā)電成本。尤其對于那些位于熱能資源稀缺地區(qū)的礦井，熱能回收可以提供可持續(xù)的發(fā)電解決方案，促進當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。

（2）許多工業(yè)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(shù)，可以將高礦化度礦井水中的熱能轉(zhuǎn)移到工業(yè)生產(chǎn)過程中，用于加熱、蒸餾、干燥等工藝。這不僅可以降低工業(yè)生產(chǎn)過程中的能源消耗，提高能源利用效率，還可以減少對傳統(tǒng)能源的需求，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的競爭力。

（3）熱能回收對于環(huán)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(jīng)回收直接排放，可能會對環(huán)境造成熱污染，影響生態(tài)系統(tǒng)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(fēng)險，保護環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)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(shù)，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(xiàn)高礦化度礦井水的有效處理和資源化利用，為礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護作出貢獻。