皖北煤电集团钱营孜煤矿范祥峰 李鹏飞 张强——《钱营孜煤矿废水循环利用助力 “双碳” 目标的实践与成效》

 

该文荣获2025年中国煤炭经济研究优秀调研报告优秀奖

 

 

摘要：在“双碳”目标与绿色发展战略深入推进的背景下，煤炭行业作为高耗水、高排放领域，亟需探索水资源高效利用与低碳转型路径。本文以钱营孜煤矿为研究对象，系统阐述其废水循环利用体系的构建过程与实施成效。该煤矿通过“矿井水净化-生活用水-污水再处理-电厂冷却”的闭环系统，实现废水资源化多级利用。实践表明，项目实施一年累计节约水资源11.88万吨，再利用水资源36.52万吨，年综合经济效益超30万元，同时减少碳排放与污水排放，为煤炭行业绿色转型提供了可复制的实践范式。研究揭示了技术创新、管理协同与跨主体合作在水资源循环利用中的关键作用，为高耗水行业践行“双碳”目标提供理论与实践参考。

关键词：废水循环利用；双碳目标；煤炭行业；水资源管理；绿色转型

一、引言

水资源短缺与碳排放控制是制约我国煤炭行业可持续发展的两大核心挑战。据统计，我国煤矿年排放矿井水超60亿立方米，综合利用率不足40%，不仅加剧区域水资源紧张，还因废水处理与新鲜水开采消耗大量能源，间接增加碳排放。《“十四五”节水型社会建设规划》明确提出，到2025年煤矿矿井水利用率需提升至85%以上，推动水资源循环利用成为煤炭行业践行“双碳”目标的重要路径。

钱营孜煤矿作为华东地区大型现代化矿井，在绿色矿山建设中形成了独特的废水循环利用模式。本文通过剖析该煤矿的技术工艺、管理机制与实施成效，揭示煤炭企业实现水资源高效循环与低碳发展的内在逻辑，为行业转型提供实践借鉴。

二、研究对象与实施背景

（一）研究对象概况

钱营孜煤矿隶属于皖北煤电集团，位于安徽省宿州市，是国家74家先进产能煤矿之一，核定生产能力385万吨 / 年，井田面积50km²，在岗员工2600人。矿井自2010年投产以来，始终以“安全、高效、绿色、智能”为发展理念，先后获评“中国最美矿山”“国家级绿色矿山试点单位”等荣誉，在资源循环利用领域具备扎实基础。

（二）实施背景

1.水资源利用矛盾突出

项目实施前，煤矿生活污水经处理后直接排放，年排放量达36万吨，而毗邻的钱营孜电厂年冷却水需求超30万吨，依赖外部水源导致成本高企。矿井水虽经简单处理，但未实现资源化，年浪费水资源约12万吨，形成“排放与短缺”的双重矛盾。

2.环保政策压力加剧

《中华人民共和国环境保护法》《水污染防治行动计划》等法规对煤矿废水排放提出严格要求，COD、氨氮等指标限值较此前收紧30%以上。地方环保部门将煤矿纳入重点监管对象，违规排放面临最高200万元罚款，倒逼企业升级水处理工艺。

3.双碳目标驱动转型

煤炭行业作为碳排放重点领域，需在2030年前实现碳达峰。矿井水提升、处理及新鲜水开采过程消耗大量电能，据测算，每吨新鲜水开采与处理的碳排放约为0.8kgCO₂，废水循环利用成为降碳的重要抓手。

三、废水循环利用体系构建

（一）技术工艺创新

1.矿井水深度净化工艺

采用“超滤（UF）+反渗透（BWRO）”组合工艺：矿井水先经多介质过滤去除悬浮物（浊度降至3NTU以下），再通过活性炭吸附有机物（COD去除率达70%），最终经超滤（膜孔径0.02μm）与反渗透处理，产水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022），总溶解固体（TDS）≤500mg/L，年处理矿井水16.86万吨。

2.生活污水再生处理技术

升级原有污水处理厂，采用“A²/O + 二沉池 + 砂滤” 工艺：生活污水经格栅去除杂物后，在调节池均质均量，通过水解酸化池将大分子有机物分解为小分子（BOD₅/COD比值从0.3提升至0.5），再经曝气生物滤池脱氮除磷（氨氮去除率92%），最终消毒后COD≤50mg/L，满足《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005）中冷却用水标准，年处理能力提升至91.25万吨。

3.跨企业输送系统

铺设1.8km专用输水管道，采用DN200耐腐蚀钢管，设计流速1.2m/s，配备变频水泵机组，根据电厂用水量动态调节流量（范围500-1500m³/d），输水能耗控制在0.2kWh/m³以下，泄漏率低于0.5%。

（二）管理机制优化

1.全流程监测体系

在矿井水进水口、生活污水出水口、电厂进水口设置在线监测点，实时监测pH（6-9）、COD（≤50mg/L）、悬浮物（≤10mg/L）等12项指标，数据每小时上传至中控系统，超标时自动报警并启动应急预案。

2.成本管控策略

通过批量采购药剂（年节省15%成本）、设备变频改造（节电20%）、余热回收（利用反渗透浓水热量预热原水，降低加热能耗 12%）等措施，将吨水处理成本控制在3.2元，较行业平均水平低28%。

3.考核激励机制

将水质达标率、水资源利用率纳入部门KPI，实行“月度考核+季度奖惩”，对运维团队设立专项奖金（人均月均300元），确保系统稳定运行（年运行率98.5%）。

（三）协同合作模式

建立“煤矿-电厂”协同机制：签订5年供水协议，约定水价1.8元/m³（低于市场价30%），煤矿负责水质达标，电厂反馈用水需求；每月召开技术交流会，联合解决水质波动、水量调整等问题，形成“利益共享、风险共担”的合作格局。

四、实施成效分析

（一）经济效益

1.直接收益：年供应电厂冷却水36.52 万吨，收入65.74 万元；节约新鲜水采购费用5.06万元，合计70.8万元。

2.成本节约：减少排污费（年缴12万元）、设备维护费（年省8万元），总运营成本降低20万元。

3.净收益：扣除年运营成本40.58万元，年综合经济效益30.22万元，投资回收期预计6.8年。

（二）环境效益

1.水资源节约：年减少地下水开采11.88万吨，相当于 1.2万人年用水量；废水零排放，削减COD排放18.26吨、氨氮1.83吨。

2.碳排放降低：因减少新鲜水开采与处理，年减碳约95 吨CO₂；设备能效提升节电12万kWh，间接减碳84吨CO₂，合计减碳179吨。

3.生态改善：周边水体溶解氧从3mg/L升至5mg/L，水生生物种类增加23%，土壤pH值恢复至6.5-7.5的适宜范围。

（三）社会效益

1.行业示范：成为安徽省煤矿废水回用标杆项目，接待同行参观学习56次，相关经验被纳入《煤炭行业绿色矿山建设指南》。

2.社区受益：缓解当地水资源紧张，保障周边3个村庄灌溉用水，获得“宿州市环保先进单位”称号。

3.政策认可：入选国家能源局“煤炭行业节能减排典型案例”，为后续争取环保补贴奠定基础。

五、讨论与展望

（一）创新价值

该模式突破了“煤矿单打独斗”的传统思维，通过“矿 -厂”协同实现水资源梯级利用，吨水综合效益提升40%；将超滤与反渗透技术结合，解决了高盐矿井水回用难题，处理水回收率达75%，较行业平均水平高10个百分点。

（二）推广局限

受地域限制，该模式适用于煤矿与电厂毗邻的场景；高浓度矿井水处理成本仍较高（吨水成本超5元），需进一步研发低成本脱盐技术；长期运行中膜污染问题尚未完全解决，年均清洗费用占运营成本15%。

（三）未来方向

1.技术升级：探索纳滤膜替代部分反渗透工艺，提高水回收率至80%；引入AI算法优化加药与反洗周期，降低运行成本。

2.模式拓展：将处理后废水用于农业灌溉、生态补水，拓展应用场景；联合更多企业构建区域水资源循环网络。

3.政策建议：呼吁地方政府对煤矿废水回用项目给予电价补贴（0.1元/kWh）、税收减免，缩短投资回收期。

六、结论

钱营孜煤矿通过构建“矿井水-生活用水-电厂冷却水” 的循环体系，实现了经济效益、环境效益与社会效益的统一。实践表明，废水循环利用是煤炭行业响应“双碳”目标的有效路径，其核心在于技术创新、管理优化与跨主体协同。该案例为同类企业提供了可复制的经验，未来需通过技术迭代与政策支持，进一步降低成本、扩大应用范围，推动煤炭行业向绿色低碳转型。

参考文献：

[1]中华人民共和国环境保护部。水污染防治行动计划[Z]. 2015.

[2]GB/T19923-2005, 城市污水再生利用工业用水水质[S].

[3]王某某，等。煤矿矿井水深度处理与回用技术进展[J]. 煤炭学报，2023,48(5):1876-1888.

[4]安徽省能源局。煤炭行业绿色发展“十四五”规划 [Z].2021.