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煤矿高盐废水近零排放技术：清洁水与高纯度矿物的协同回收创新方案
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年06月18日 来源：Desalination 8.4
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针对煤矿废水高盐度引发的生态破坏问题，研究人员开发了集成膜技术（UF/NF/RO）、电渗析（ED）和热法结晶的近零排放（near-ZLD）系统，成功回收纯度>84%的Mg(OH)2 、>96%的CaCO3 /CaSO4 及>99.9%的NaCl，水回收率达91%，能耗421 kWh/t盐，为煤矿废水资源化提供可持续解决方案。
煤矿开采活动产生的高盐废水对生态环境造成严重威胁，其盐度甚至可达海水两倍以上，导致土壤盐渍化、水生生态系统破坏。尽管全球煤炭产量下降，但冶金用焦煤仍被欧盟列为关键材料，而波兰作为欧洲最大硬煤生产国，其煤矿废水每日向河流排放6500吨氯化物，加剧了环境压力。传统处理方法如反渗透（RO）或直接排海无法实现资源回收，亟需开发可持续的废水管理技术。
在此背景下，由希腊国家技术大学（NTUA）等机构组成的团队在欧盟LIFE BRINE-MINING项目支持下，设计了一套集成膜技术、化学沉淀和热法结晶的近零排放（near-ZLD）系统，并在波兰Ziemowit煤矿进行了18个月的中试试验。研究发表在《Desalination》期刊，通过多技术协同实现了高纯度矿物与清洁水的同步回收。
关键技术方法包括：1）超滤（UF）预处理去除悬浮物；2）三级化学沉淀分别回收Mg(OH)2
、CaCO3
和CaSO<>
；3）纳滤（NF）分离多价离子；4）电渗析（ED）-反渗透（RO）循环浓缩盐水；5）多效蒸馏（MED）和真空结晶器生产高纯NaCl。研究以Ziemowit-650煤矿废水（TDS 8%）为对象，处理规模0.8 m3
/h。
研究结果
3.1 长期运行稳定性
系统在冬夏两季稳定运行，仅因冬季停电导致管道冻结损坏。UF有效控制进水浊度<1 NTU，未发生膜污染恶化，表明技术具备工业化潜力。
3.2 预处理与矿物回收
UF-NF组合实现80%水回收率，NF对Mg2+
/SO4
2?
截留率达84-87%。三级沉淀分别回收2.49 kg/h Mg(OH)2
（纯度84%）、8.45 kg/h CaCO3
（96%）和3.17 kg/h CaSO4
（97%），化学消耗为NaOH 5.26 kg/h、Na2
CO3
4.91 kg/h。
3.3 浓缩结晶与水回收
ED-RO循环将盐水浓缩至234 g/L TDS，RO产水电导率0.06 mS/cm。MED与真空结晶器联产99.9%纯度NaCl，整体水回收率91%，产水符合欧盟饮用水标准（Cl?
165.4 mg/L，Na+
90 mg/L）。
3.4 能耗与经济性
系统总能耗44 kWh/m3
，其中ED占比53%。化学成本26.1 �/m3
，但可通过销售矿物抵消。与同类技术相比，真空结晶器能耗仅4.6 kWhe
/m3
，较传统工艺降低90%。
结论与意义
该研究首次在煤矿废水处理中实现镁、钙化合物与氯化钠的协同高值化回收，填补了现有技术仅关注脱盐的空白。通过模块化设计整合膜法与热法技术，不仅将盐负荷排放降低91%，更契合循环经济（CE）理念——Mg(OH)2
可应用于阻燃剂和污水处理，CaCO3
/CaSO4
可用于建筑和汽车材料。尽管化学药剂成本较高，但环境效益与资源回收价值为煤矿废水管理提供了新范式，尤其适用于波兰等高盐废水排放地区。未来研究可探索地热能源利用进一步降低能耗，推动近零排放技术的规模化应用。
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