煤炭是我国重要的能源基础和化工原料，在我国能源消费总量中占比为55.3%，其开采过程中伴随产生大量矿井水，每开采1吨煤，约产生2吨水。据统计，我国目前矿井水总产生量约90亿m3/年。矿井水具有水量水质差异大、SS高（SS>500 mg/L，甚至10000 mg/L以上）、含盐量高（TDS＞1000 mg/L，甚至8000 mg/L以上）、水质复杂多变等特点。矿井水处理存在井下原位处理难度大、提升能耗高、SS沉降慢、除硬效率低、膜易结垢、分质利用未成体系等难点，研发矿井水分质处理与回用工艺、技术、装备以及构建分质利用技术体系，既是提升矿井水资源化利用率的迫切需求，也是推动矿井水处理行业技术升级的关键所在。

项目团队重点针对矿井水井下原位处理、高效除硬、零排放高通量预处理以及高效脱盐四个关键环节开展了关键技术及装备攻关，研发突破了超效磁盘分离井下原位除浊技术装备、磁混凝沉淀快速除硬技术装备、高通量超滤膜组建及井下集约式装备、高效能反渗透膜污染预测及清洗技术等，建立了“井下原位处理与回用”“井下/井上深度处理与回用”“高盐矿井水分质处理与零排放”的矿井水分质处理与回用技术体系，突破了矿井水原位快速处理难题，解决了高浊高盐矿井水资源化利用率低、成套技术装备缺乏、膜污染精准清洗难等技术难题，为推动我国矿井水资源化利用与零排放提供了关键技术支撑。

1.构建了高浊高盐矿井水分质处理与回用技术体系，提出了3种处理模式及其对应的工艺路线。通过耦合水质特征、技术适配性、资源化利用效果等多因素，实现了不同类型矿井水处理与回用工艺及方案的精准筛选。

2.发明了超效磁盘分离矿井水原位除浊技术及装备，具有宽通量、净化快、占地少、能耗低等特点。首次将磁分离技术应用于矿井水井下原位处理，实现SS削减95%以上，综合能耗节省69%以上，单套处理规模达30000 m3/d。配套精准加药系统，降低药剂用量20%以上，出水可直接回用，攻克了传统技术在井下运行的难题。

3.发明了磁混凝沉淀快速除硬技术及装备，通过提升式导流筒和多层级异构桨叶设计，实现“一级池体多级强度”絮凝，使总水力停留时间缩短25%以上，能耗降低15%以上，药剂减少15%以上，节约占地面积10%以上。开发了高效磁回收技术，进一步降低药剂耗量15%以上，解决传统除硬技术加药量大、能耗高、成本高的问题。

4.开发了高通量超滤膜组件及井下集约式装备，以PVDF为原料制备膜丝，优化结构设计，开发出膜面积80m2的组件。该组件产水量大、集成度高、占地小、成本低，适用于井下用地紧张项目；能耗低、预处理要求低、水质好、寿命长、维护简单，可用于井上大型工程。井下集约式装备占地少、维护便捷、可自控，处理水平均通量＞60 LMH，产水浊度＜1 NTU，可在高盐条件下稳定运行，解决传统超滤膜组件过滤面积小、效率低等问题。

5.研发了反渗透膜污染精准清洗技术，多角度分析高浊高盐矿井水RO膜污染特性，明确进水有机物最佳浓度，构建运行压力变化数学模型，开发了复合污染精准清洗方法，实现污堵膜通量高效恢复，延长膜寿命，解决RO膜污染机制不清、污染严重、寿命短等问题。

项目成果获得发明专利20项、实用新型专利68项，发表论文35篇（SCI/EI论文13篇，SCI一区8篇），形成标准16项（国际标准2项，国标7项，行标2项），出版专著2项。成果成功应用于济宁、榆林、咸阳、大同、锡林郭勒等30多个城市地区，累计矿井水处理、资源化利用与零排放工程196项（近三年61项），矿井水处理规模达7.66亿m3/年，近三年实现合同额22.4亿元以上，利润2.3亿元以上。在国际上首次将超效磁盘分离矿井水原位除浊技术应用于实际工程，建成了井下处理能力最大且同等规模下占地面积最小的矿井水处理工程。核心技术支撑的济宁高盐矿井水资源化利用项目采用“强化预处理+多级膜浓缩+蒸发结晶”工艺，建设周期仅11个月，成为快装模块化标杆，实现长期稳定运行，年处理矿井水370万m3，回收水资源350万m3，年产99.5%工业I类一等品硫酸钠3500 t，作为中建集团第一例矿井水零排项目，为南水北调与黄河流域生态环境高质量发展提供了有力保障。

图1 三种矿井水分质处理与回用模式及工艺路线

超效磁盘分离原位除浊技术（a）装备示意图；（b）装备结构示意图；（c）井下原位处理项目

磁混凝沉淀快速除硬（a）装备示意图；（b）装备结构示意图；（c）中试装置；（d）一体化装备示意图；（e）构筑物化示意图

济宁高盐矿井水资源化利用项目

矿井水处理与回用对于保障水资源循环利用、降低煤炭开采对环境的影响、推动资源型城市可持续发展具有极为重要的战略意义。我们团队秉持科技创新理念，坚持问题导向，聚焦关键环节，采用新技术、新方法，联合多领域领军团队开展“研-产-用”一体化科技攻关，成功研发出超效磁盘原位除浊、磁混凝沉淀快速除硬、高通量超滤、反渗透膜精准清洗等关键技术及装备，构建了矿井水分质处理与回用技术体系，攻克原位处理、高效除硬、膜污染精准清洗等难题，为矿井水资源化利用提供有力支撑。我们坚持将成果应用于实际工程，助力南水北调与黄河流域生态保护。未来，我们将持续加大研发投入，推动技术转化与推广，欢迎更多专家、学者加入，共同为我国矿井水处理行业的高质量发展贡献力量！