高盐度矿井水深度处理中的环境挑战：从生命周期评估的角度出发

《Environmental Impact Assessment Review》：Environmental challenges in advanced treatment of high-salinity mine water: A life cycle assessment perspective

高盐矿山水处理工艺的环境影响评估与优化建议。采用生命周期评估法对比纳滤（S-1）与电渗析（S-2）工艺的环境表现，发现S-1在致癌物和资源稀缺方面更具优势，主要贡献过程为化石资源消耗（49.8%）、化学物质排放（80.2%）及能源生产。建议推动可再生能源转型（TP→SP/WP）、强化资源回收（ED/NF副产物利用）和分级处理体系构建。

　　在中国，矿井水的处理是防止盐分扩散和保护周边生态系统的重要环节。矿井水的年产量约为8亿吨，其中高盐度矿井水（HSMW）因其高盐分、复杂的污染物组成以及强烈的腐蚀性，成为处理过程中的主要挑战。HSMW通常定义为总溶解固体（TDS）浓度超过1000 mg/L的矿井水，主要分布于北方、西南和西北地区。传统处理方法主要去除悬浮物、部分有机物和易沉淀的污染物，但处理后的水仍存在环境风险，且再利用潜力有限。随着排放标准的日益严格，传统的低效脱盐技术已难以满足要求，因此需要结合先进处理技术以提高效率。然而，这些集成系统往往伴随着更高的能耗和资源消耗，以及额外的环境影响，如温室气体排放、废弃物产生、土地利用和建设活动等。

本研究采用生命周期评估（LCA）方法，对两种常用的HSMW处理工艺进行了环境影响量化、比较和分析。这两种工艺分别是基于纳滤技术的S-1工艺和基于电渗析技术的S-2工艺。LCA作为一种标准化的环境绩效分析工具，已被广泛应用于评估废水处理技术、工艺及其应用场景的环境影响。然而，在实际应用中，LCA仍面临诸多挑战，特别是在数据获取和区域适用性方面。例如，目前许多LCA研究仍依赖于欧洲背景数据库和参数，而未能充分考虑中国特有的地理特征和污染物的迁移转化规律。这种不足可能导致评估结果与实际情况存在偏差，从而限制其在政策制定、环境管理和可持续技术部署中的有效性。

本研究的目的是填补这一研究空白，并提供更精确的环境影响评估。研究的核心目标包括：1）使用更新的LCA方法，准确量化和比较两种处理工艺的生命周期环境影响；2）识别导致这些影响的关键过程和物质；3）通过敏感性分析探讨输入参数的不确定性对LCA结果的影响；4）基于上述分析结果，提出针对性的缓解路径，为可持续技术选择和基于证据的政策制定提供指导。为了实现这一目标，研究采用了“门到门”（gate-to-gate）的系统边界定义，涵盖了从原始水到处理后可用于再利用或排放到生态系统中的所有输入和输出。这一方法确保了评估的全面性和准确性。

研究结果表明，S-1工艺在多个环境影响类别中表现出比S-2工艺更低的潜在影响，尤其是在致癌物和矿物资源稀缺方面。具体而言，在中点层面，化石资源稀缺占S-1总影响的49.8%，而S-2则为35.6%。在终点层面，资源类别占S-1总影响的80.2%，S-2则为79.3%。这表明，两种工艺的主要环境负担都集中在化石资源稀缺和资源消耗方面，但S-1的负担相对较小。煤炭、石油和二氧化碳排放是造成整体环境影响的关键物质。此外，电力生产、化学品制造以及处理后水的直接排放被认为是导致环境影响的主要过程。

基于上述分析，研究提出了三个缓解环境影响的建议：首先，推动从煤炭为主的电力生产向可再生能源发电的转变，以减少温室气体排放和资源消耗；其次，鼓励资源回收和副产品生成，以提高处理过程的资源利用效率；最后，实施分类处理和分级利用的策略，以优化HSMW的再利用潜力。这些措施不仅有助于降低环境影响，还能提高处理工艺的经济性和可持续性。

在电力生产方面，研究发现无论是S-1还是S-2，电力生产都是影响环境的主要因素。目前，中国主要依赖热电联产（TP）技术进行电力生产，但该技术存在诸多问题，如加剧能源短缺、效率低下、污染严重以及安全风险。相比之下，太阳能（SP）和风能（WP）等可再生能源具有显著更低的环境影响。因此，推动可再生能源的使用，尤其是在处理工艺中对电力需求较高的环节，将是降低整体环境影响的重要途径。

在资源回收方面，研究指出处理过程中产生的副产品和废弃物可以通过合理的技术手段进行回收和再利用，从而减少资源消耗和废弃物排放。例如，某些处理工艺可能会产生有价值的矿物质或化学品，这些物质可以通过进一步加工和利用，实现资源的闭环管理。此外，通过优化处理流程，提高资源回收率，可以有效降低对新资源的需求，减少环境负担。

在分级利用方面，研究建议根据不同水质和用途进行分类处理，以提高水资源的利用效率。HSMW的处理目标应根据其最终用途进行调整，例如，若用于工业生产，可能需要更高的脱盐率和更严格的污染物去除标准；而若用于农业灌溉或环境净化，则可以适当放宽标准，以降低处理成本和环境影响。这种分级处理策略不仅可以提高处理效率，还能确保水资源的合理配置和高效利用。

尽管本研究取得了一定成果，但仍存在一些局限性。首先，HSMW的水质在不同地区存在显著差异，特别是在TDS浓度和离子组成方面。这种异质性可能会影响处理工艺的适用性和评估结果的普遍性。因此，未来的研究应结合更广泛的区域特定数据，以提高评估的准确性和适用性。其次，研究中使用的某些数据可能不够全面或精确，尤其是在污染物迁移转化和区域环境影响方面。因此，需要进一步完善数据收集和分析方法，以提高评估的科学性和可靠性。

综上所述，本研究通过LCA方法对两种HSMW处理工艺进行了系统评估，揭示了它们在环境影响方面的差异。研究结果表明，S-1工艺在多个环境影响类别中具有更小的潜在影响，尤其是在致癌物和矿物资源稀缺方面。电力生产、化学品制造和处理后水的直接排放是导致环境影响的主要过程，而煤炭、石油和二氧化碳排放是关键的环境负担物质。基于这些发现，研究提出了三个缓解环境影响的建议，包括推动可再生能源的使用、鼓励资源回收和实施分级利用策略。这些措施不仅有助于降低处理过程的环境影响，还能促进可持续技术的发展和应用。未来的研究应进一步考虑区域差异和数据完整性，以提高评估的全面性和适用性，从而为政策制定和环境管理提供更坚实的科学依据。