山西工业水处理：膜技术与脱盐会是最终归宿吗？

2021年1月1日，山西省地方标准《污水综合排放标准》开始实施，有一项新的控制因子惹人注目：全盐量。2020年11月，国家三部委联合发布关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知，明确提出矿井水需要外排的，含盐量不得超过1000毫克/升。

对于山西的产业而言，影响不可谓不大。环保作为一个政策驱动型产业，行业痛点决定产业方向。对于以煤炭产业为主的山西，未来五年，工业废水领域盐的管理将是行业不得不面临的一大痛点，进而催生脱盐的市场需求。

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众所周知，山西是能源大省。传统产业以煤、焦、冶、电、建为主，主要营业收入依然占据半壁江山以上。2019年年末，全省发电装机容量 9249.2 万千瓦，原煤产量9.7亿吨，煤层气产量71.4亿立方米，焦炭9699.5万吨，水泥4982.4万吨，生铁5557.1万吨，粗钢6039.1万吨，氧化铝1996.3万吨。

而这些行业中，以煤矿、焦化、煤层气为主要涉水行业。截至2019年底，山西共有煤矿965座，焦化企业140户，运行钻井超过1.5万余口。

根据山西省煤成气增储上产三年行动大会战的要求，山西省将重点推动沁水、鄂东两大煤成气基地项目建设，预计经过连续3年的投资建设，到2022年实现产量200亿立方米，比2019年产量增大2倍。

而在焦化产业，随着焦炭产业升级，4.3米焦炉将逐步淘汰，所有的焦化企业将进行干熄焦升级，湿法熄焦将退出山西焦化产业历史的舞台，预计未来近70%的焦炭企业面临升级改造的需求。

煤炭开采行业主基调以压减产能和智能化矿山建设为主，随着焦炭行情的高歌前进，加之电煤的增长需求，有专业人士估计山西2020年煤炭的产量将突破10亿吨大关。

中国煤炭工业协会和中国矿业大学（北京）水污染控制工程研究所曾对我国22个省、市、自治区136个煤矿进行过调查统计，全国平均每采1t煤即排放矿井水2.1m³。西北地区最低，华北地区次之，中南地区最大。而山西省在《山西21世纪议程》中也指出，山西每生产1t煤，矿井就要排放1m³废水。由此推算，山西每年矿井水的涌水量达到10亿m³。

根据焦化行业产排污系数，每生产一吨焦炭产生0.58吨废水，2019年山西焦炭产量为9699.5万吨，预计焦化行业年废水产生量5625万吨。

非常规天然气这一行业，有其自身特点，其气井开发为滚动式开发，且分散布局，单井排采水量不大，但水质特殊，部分井盐含量高，布局分散，不易集中收集，目前尚无相对准确的行业排水量测算结果。

仅这三个行业，就涉及超过1000家中大型企业，每年有超过10亿立方米废水处理的需求。

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矿井水通常以含煤粉等悬浮物为主，但在我国较为缺水的西北及北方矿井往往排出高矿化度的矿井水，据不完全统计，中国煤矿高矿化矿井水的水量约占中国北方国有重点矿井涌水量的30%。

有学者研究了中国部分矿井水离子构成及含盐量，总体以K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、HCO₃^-、Cl^-、F^-为主，根据离子构成不同，高矿化度矿井水分为高硬度型、高硫酸盐型、高氯化物型或这几种类型的混合型。

山西沿黄及中北部区域，由于降水量少，蒸发量大，强烈的蒸发作用致使在这一区域地下水矿化度高，加之煤系地层中含有大量碳酸盐、硫酸盐岩层，开采时地下水广泛接触加剧可溶性矿物溶解，同时水中游离酸再同碳酸盐矿物、碱性物质发生中和作用，使矿进水中Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、SO₄^2-增加。

有资料表明，山西的高矿化度的矿井水，一般溶解性总固体在1000mg/L以上，并含有硫酸盐、重碳酸盐类，主要分布在大同、阳泉、西山及汾西地区。且由北向南、由大变小，补给区小于径流区，山区小于平原区。矿化度高的水硬度一般也高，总硬度变化规律与总矿化度基本一致。

2012年5月31日，山西省人大常委会通过了一项地方法规《山西省循环经济促进条例》，明确规定煤炭生产企业应当优先选择将矿井水用于煤炭洗选、井下生产、消防、绿化等。矿井水确需排放的，应当达到地表水环境质量标准III类。

山西省以地方立法的形式确立了矿井水排放应达到地表水环境质量标准III类的要求，并且在2018年发布的《山西省水污染防治2018年行动计划》，明确煤矿外排矿井水化学需氧量、氨氮、总磷三项主要污染物达地表水环境质量Ⅲ类标准。

矿井水的外排标准就这样以地方法规和规范性文件的形式确定了下来。直至2020年11月，矿井水外排的政策又一次发生了变化。国家三部委联合发文，对矿井水含盐量提出了明确要求，规定外排矿井水含盐量不得超过1000毫克/升。

全盐量的要求，将掀起煤炭领域矿井水治理的又一次升级。

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焦化产业亦是山西最受关注的一个行业之一，近5年在环保领域的投入风头正近，随着环保治理升级，5年时间，焦化行业经历了脱硫、脱硝、特别排放限值改造、熄焦废水治理、无组织治理、VOCs治理的历程，初略估计山西的焦化企业在“十三五”期间的投入在500亿元左右的规模。

焦化废水来源包括蒸氨工段产生的蒸氨废水、各类水封水、煤气净化过程中冷凝液、冲洗水、初期雨水、循环冷却水排污等，以蒸氨废水为主。焦化废水是一种典型的有毒难降解且成分复杂的工业废水, 其毒性主要来自于氰化物、硫化物、硫氰化物氨分子等无机污染物, 以苯和苯酚为主的有机污染物, 还有浓度较低的二英、多环芳烃和卤代烃等。

传统的焦化厂蒸氨废水通过蒸氨塔后进入生化处理，生化单元以 A/O²、A²/O、A/O、A²/O²工艺为主，经处理后达到GB16171熄焦的标准后回用于熄焦环节。一般投资费用在1000-1300万之间，运营费用10-15元/吨（水）。这套工艺难说对BaP等有毒物质有良好的去除效果。

2018年11月，中央第二生态环境保护督察组对山西省开展“回头看”，指出焦化废水未经处理直接熄焦情况普遍，熄焦水超标问题十分突出。督察组抽取14家焦化企业的熄焦水进行检测，有12家存在超标现象，其中10家挥发酚超标，平均超标174.3倍。

彼时，熄焦废水问题突出，有生产废水未经处理直接熄焦的，有生产废水未经处理混入熄焦池的，有熄焦废水处理系统闲置的，有蒸氨塔、冷凝水与熄焦水沉淀池直接连通的，大量污染物转化为气态排放。

山西省自此开始了对熄焦废水的严格管控，要求对熄焦池中水开展监测，要求熄焦池水达到GB16171相关要求，焦化企业进行了新一轮熄焦废水的治理改造，通用的做法是采用一次熄焦水，即将熄焦池水引出处理后返回至补水池。混凝、沉淀、过滤在此时是绝大多数焦化企业熄焦废水处理的首选。

2018年，为了推动山西焦化绿色发展水平，省政府出台了一系列新的发展和管控要求，提高了新建焦化企业的要求，明确要求焦化企业配套干熄焦，制定焦化生产废水零排放措施。

以独立焦化厂为主的山西焦化产业又一次面临水污染治理的升级，不同于钢焦联合企业，传统独立焦化厂生产废水通常是经预处理达标后用于湿法熄焦，而干熄焦的配置，直接切断了独立焦化厂废水的最终去向。

熄焦废水零排放，对独立焦化厂而言，是一个巨大的挑战。

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回到开篇的总结行业痛点决定产业方向，不难发现，企业的环保治理一直随着治理要求的提升不断的升级改造。

煤矿达Ⅲ类的过程中，以混凝、沉淀、过滤、超滤为主的工艺大行其道，通常是投加PAC/PAM，混凝沉淀后的水经过石英砂过滤或活性炭过滤，进入超滤单元，实现COD、氨氮、TP三项指标达Ⅲ类，部分矿井在超滤后继续进入反渗透单元，进一步净化水质。

对于除盐，有传统蒸馏、多级闪蒸、多效蒸馏等蒸馏技术、离子交换技术、电渗析及反渗透技术。从调研的实际情况来看，矿井水再进一步深度处理中，RO技术的应用占据了绝对的主导地位。

对于焦化企业，在焦化废水进一步深度处理过程中高级氧化技术、超滤、反渗透等膜技术应用越来越广泛， 对于独立焦化企业来说，浓缩技术总归是要有浓相的存在，对于RO后浓相问题，或许结晶分盐将是不得不面临的一个选择。

4.3米的焦炉正处于逐步淘汰的过程中，新建的焦炉大部分正处于建设过程，独立焦化企业废水问题是否还未集中凸显，焦化产业最终升级过程中水处理究竟去往哪个方向，也只能拭目以待了。

山西省污水综合排放标准以及焦化、煤化工、甚至部分煤矿、煤层气企业废水零排放的管控策略下，将把山西工业废水治理引向何方，膜技术与脱盐技术是否会成为终极解决方案，让子弹飞一会儿吧。

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环保是一个政策性很强的产业，也是一个地域性很强的产业。纵观环保领域头部企业，尚且受限于地域特征，中小企业则更是如此。而我们在对焦化行业的调研过程中，很难发现山西本土环保企业的影子。

从国家及山西的政策，不难发现，山西省环境保护领域的需求是较为旺盛的，环境问题的暴露引导环境治理需求的出现。而科城研究院对山西省环保产业的研究发现，营收在1亿以上的山西环保企业屈指可数。

不管是在公共领域还是在企业环境治理领域，山西几千亿的环保市场，本土环保产业的存在感很低。