基于LCSA的大型露井联采矿水资源高效利用动态评价体系研究

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水资源以其独特的多重属性始终成为煤炭开采不可或缺的生产资料。“水”的高效利用是促进区域健康水循环的关键因素。大型露井联采煤矿的用水水源多元化,用排水结构复杂,水资源系统相关技术体系、工艺流程及装备系统,链条长、环节多,表征指标复杂多变,亟需反馈调整优化。以科学全面的评价体系指导区域水资源生命周期(取水、配水、利用、排水、水处理、循环利用/废弃)的使用和管理,对于突破企业用水效率不协调和不充分的瓶颈,实现水资源合理开发、优化配置以及可持续高效利用具有重要的现实意义。
  本文以中煤平朔集团安太堡、安家岭大型露井联采矿区为例,在研究生命周期相关理论的基础上,探索分析了该矿区的水代谢和水足迹,借鉴生命周期可持续性评估理论(Life Cycle Sustainability Assessment,LCSA),集成资源消耗、经济性、技术性能、社会影响、环境影响5个维度,共19项清单因子,建立了水资源高效利用生命周期可持续性动态跟踪评价体系。通过博弈论法对层次分析和CRITIC法计算的权重进行优化求解得到融合权重,利用CW-VIKOR方法进行评价结果的解释,并进行持续改进信息反馈。研究主要结论如下:
  (1)水代谢分析结果表明,2015~2018年区域新鲜水占供水比例下降,再生水回用量逐渐增多,但仍然有大量再生水富余。主要是由于水质不能满足高要求用水户,回用范围受到限制,无法实现水资源高效利用。煤炭主业的用水需求下降,其他途径用水量增加,用水结构发生了改变。水足迹核算结果表明,区域灰水足迹超出蓝水足迹的1.3倍,供应链水足迹超出运营水足迹的1.4倍。表明区域直接水资源利用以外的间接水耗应当备受关注。
  (2)从生命周期角度出发,系统环境影响主要源于直接或间接环境排放,包含区域排水、生活污泥填埋处置和水系统运行能耗3个方面。全球变暖(GWP)、富营养化(EP)、酸化(AP)和人体毒性(HTP)影响潜值占比分别约为:53%、26%、20%和1%,全球变暖的影响最为显著,人体毒性潜力值最弱。水资源系统的电力能源消耗产生的环境影响最大,约占73%,区域排水约占26%,生活污泥填埋占比约为1%。
  (3)CW-VIKOR方法能够协调系统边界内资源消耗、经济性、技术性能、社会影响和环境影响之间的相互关系,最终成为水资源生命周期可持续性评价的有效手段。评价结果的可信度高,且接近实际情况。2015~2018年矿区水资源生命周期可持续性综合效用值Qi分别为0.983、0.813、0.000和0.587,说明2017年水资源生命周期可持续性位列第一,其次为2018年和2016年,2015年较低。安太堡、安家岭区域水资源生命周期可持续性整体提高,但依然有较大的提升空间。主要表现在新鲜水占供水比例较高,工业用水重复用利用率仍然较低,水处理阶段的工艺稳定性有待提高。通过节能降耗是缓解系统运行水量增加与环境排放、运行成本增加之间矛盾的有效办法。
  依据水资源生命周期可持续性动态跟踪评价结果,从区域水资源高效利用生命周期可持续发展角度,反馈如下持续改进信息:一是持续改善水资源管理模式;二是持续提升废水分质处理和分质供给;三是持续提高污水处理工艺的稳定性;四是持续变革工艺,提质增效;五是持续节能降耗,降低成本。
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