4 我国矿井水高盐废水处理应用可行性

4. 1 矿井水高盐废水的水质特征

矿井水高盐废水是指用双膜法处理矿井水后所 产生的浓缩液，总有机污染物及氨氮等并不是很高， 经过预处理后浊度、石油类、悬浮物等物理指标皆为 0; 同时由于软化及混凝沉淀的处理，总 Fe、Al 3 + 、 Cu2 + 、Sr 2 + 、As 3 + 高分子质量离子浓度也为 0; 但由 于高倍浓缩的原因，低分子质量的阴阳离子 Na + 、 K + 、Cl － 、SO2 － 4 的浓度却非常高。某矿井水处理工 程的高盐废水水质见表 1。

矿井水是煤炭工业地区的重要水源来源，矿井 水本身的有机污染物及氨氮都非常低［20］，虽然悬浮 物及浊度比较高，但其对环境生态的危害较低。矿 井水高盐废水由于经过一定的处理，只有高盐为其 最主要的污染特性，因此相比其他工业废水或废弃 物，采用深井灌注技术处理矿井水高盐废水的环境 风险相对较低。 对于煤矿高盐废水的深井灌注技术应用主要对 标美国深井灌注技术Ⅱ类井的相关技术要求，区别 于国内传统意义的矿井涌水回灌，深井灌注技术是 在对地层结构进行详细识别及准确判断的基础上， 将高盐废水封存在远离煤层开采区及含水层的安全 屏障区域，以确保被封存物的绝对隔离，因此对煤矿 生产的安全影响风险较低。

4. 2 地质条件的可行性

适合封存高盐水的地质条件普遍存在，我国的 煤炭产地按照深井灌注的选址要求［3］寻找适合的 深部灌注地质结构也是完全可行的，西北某些地区 的古生代和中新元古代地层是可供选择的存储层， 此外江汉、苏北盆地也可以在其构造相对简单的部位选择灌注层［16］。我国积累了大量的地质环境信 息与实践经验，并且近年来地质数字信息系统科学 发展迅速，为深井灌注技术的研究与发展提供了基 础。从 20 世纪 50 年代以来，随着石油开采行业的 发展，我国的钻井技术不断突破。先进的钻井技术、 丰富的钻井经验以及充足的钻井人才为深井灌注技 术的实施及推广提供了有力保障［21］，在我国实行高 盐废水地质封存处置技术推广完全可行。 4. 3 技术应用特点

4. 3. 1 技术优势及劣势分析

深井灌注属于终端处置技术，用于处理矿井水 高盐废水具有以下优势: ①通过深井灌注处理矿井 水高盐废水真正实现了将浓缩污染物与人类生态圈 的隔绝，可以认为是一种广义的零排放技术。②深 井灌注技术被证实具有较高安全性，1989 年 EPA 固 废及应急中心( OSWEＲ) 对该技术进行了风险评估， 研究证明用深井灌注技术处置危废是安全有效的， 并且比填埋、罐装贮存以及焚烧等方法更为安全可 靠［16］。③深井灌注技术与蒸发结晶零排放技术相 比具有绝对的成本优势。④我国的勘探技术、科学 钻井技术的发展为推广深井灌注技术提供了一定的 技术保障［21］。 该技术的劣势体现在以下方面: ①灌注位置及 灌注总量需完全依据地质条件而定，且最大贮存量 无法准 确 预 计。② 深井灌注存在引发地震的风 险［22］，1967 年 8 月 9 日在丹佛科罗拉多附近的 Mw4． 8 级地震是科学界广泛接受的由污水注入引 发的最大事件［23］。研究证明，地震可以通过增加作 用在断层上的孔隙压力或作用于断层上的剪切力和 正应力而引起，灌注速率以及总的灌注量可能是地 震的重要影响因子［23 － 24］。③具有潜在的地下水源 污染的风险，因此需在运营维护过程中配置监控监 测设施，并建立完善的运行管理体系及应急控制 方法。 深井灌注技术与其他终端处置技术的比较如表 2 所示［25］。

4. 3. 2 经济性分析

以美国德州埃尔帕索市一个用于处置废液及高 盐废水的深井灌注项目为例，该项目建设的深井处 理能力为 4 000 m3 /h，钻井深度超过 1 200 m。项目 总建设成本为 1 900 万美元，包括深井的钻井工程、 施工及全部设备设施，但不包括前期的勘探与试验 井的探测工程。每年处置高盐废水的运行成本为 20 万 美 元，包 括 电 费、人 工 费、套管清洗药剂等 费用。 与中国相比，由于美国知识产权费用较高，因此 后续的管理维护以及长期的监测及控制平台的技术 服务费相对较高。 对蒸发塘、蒸发结晶及深井灌注工艺进行了经 济性对比，结果见表 3。 由表 3 可知，深井灌注技术具有明显的成本优 势［26］。深井灌注工艺的建设成本与蒸发塘的建设 成本( 不含征地费用) 相近，运行成本也相近，远低 于蒸发结晶工艺。蒸发塘会对周边生态环境造成影 响，蒸发结晶会产生少量杂盐需按危废要求处置，深 井灌注需长期进行不间断的压力监测，这些都会带 来后续的经济投入; 环境风险方面，由于蒸发塘建在 地表，其渗漏会带来严重环境破坏，我国发生过类似 事件，因此环保部门已禁止新建蒸发塘类项目，相比 之下蒸发结晶工艺和深井灌注工艺环境风险较低; 安全方面，由于蒸发结晶工艺所涉及的设备较多且 操作较为复杂，相比之下更要注意安全保障; 我国目 前部分地区建议采用蒸发结晶的方法解决煤矿高盐 废水的处置问题，但对深井灌注技术还没有明确的 态度。

5 结语

深井灌注技术在美国等国已经得到广泛应用， 并且被证实是一种安全的废水处置技术; 我国对于 深井灌注技术的研究还比较少，针对该技术的管理 政策及方法几乎没有，有待于结合我国的特色进行 研究开发。矿井水是煤炭工业地区的重要水资源， 矿井水高盐废水有别于其他废水，虽然盐浓度非常 高，但是有机污染物及氨氮等对环境危害较大的污 染物浓度非常低，可以优先考虑采用深井灌注技术。 与其他处理技术相比，深井灌注技术的建设成本和 运行成本都较低，有望解决我国矿井水高盐废水处 置的难题。