工業(yè)廢液存地下千米 我國環(huán)境治理延伸至深井灌注
垃圾不可以亂扔，工業(yè)廢液更不能隨意處置。于是，人們想了個(gè)辦法——挖口深井，把這些不受地表生物歡迎的玩意兒送到千米之下的地質(zhì)深層。
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關(guān)于地下灌注，依照灌注物性質(zhì)的不同，EPA將地下灌注所采用的灌注井分為五類
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今年6月，曲靖市發(fā)生震驚全國的鉻渣污染事件，曲靖陸良化工實(shí)業(yè)有限公司5000多噸劇毒工業(yè)廢料鉻渣被非法丟棄在當(dāng)?shù)厮畮熘校瑢Ω浇用裆?cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅；而在陸良化工實(shí)業(yè)有限公司后門處，還有一處總量達(dá)28.84萬噸的露天鉻渣堆，距南盤江僅一條土路之隔。
鉻原本就是自然存在的物質(zhì)，鉻礦是一種對工業(yè)極其重要的金屬礦產(chǎn)，幾萬年內(nèi)都和人類相安無事，為什么突然成了污染源呢？
究其根本是因?yàn)殂t以不合適的形態(tài)出現(xiàn)在了不該出現(xiàn)的地方，污染了人類賴以生存的土壤、空氣和水。實(shí)際上，石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等產(chǎn)生的各種天然的、非天然的固、液態(tài)有害物質(zhì)，在多數(shù)情況下是通過污染土壤、水源或大氣對人類造成損害的。
人類無法停下工業(yè)發(fā)展的腳步，因此除了從源頭上減少廢物、廢液的產(chǎn)出，如何處置這些廢物、廢液，也是人們必須面臨的選擇。目前，人們處理這些廢物的主要方式有六種：傾倒于海洋、在遠(yuǎn)洋進(jìn)行焚燒、直接堆積于地面、在地面貯存、填埋于淺層地表和深井灌注。其中深井灌注(Deep Well Injection)，就是將廢液灌注到與人類日常生活環(huán)境隔絕的地質(zhì)深層，從而實(shí)現(xiàn)安全處置。作為一種環(huán)境處置技術(shù)，它在美國已經(jīng)有50余年的歷史，主要用于處置工業(yè)或市政廢液、廢水。
將廢液封存在巖層中
“深井灌注”有個(gè)基本前提，就是要保證排放物與地下水完全隔絕。我們知道，并非所有地層都含有地下水，目前人們開采地下水的深度一般不超過300～500米。“深井灌注”的井深通常從約800米到超過3200米不等，這跟當(dāng)?shù)氐叵滤诘牡貙由疃认嚓P(guān)。井太深會加大灌注壓力和應(yīng)用成本，井太淺則會存在污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)。
同時(shí)，并非所有的地方都適合打深井，深井灌注技術(shù)的安全使用對地質(zhì)條件有著嚴(yán)格要求。首先，灌注層需要有足夠的厚度，并且具有足夠的孔隙率，即選擇多孔的巖層。事實(shí)上，地下水和石油正是存儲于這樣的巖石里，可見里面的空間是非常大的。其次，選址一定要避開地震多發(fā)帶，以防止封存在巖層中的廢液借地層活動之際，流溢到其他地下水層中或地表。另外，灌注地要和其他鉆井保持安全距離，以免這邊灌下去，那邊又抽上來了。除此之外還有其他更細(xì)節(jié)的要求，來不得半點(diǎn)含糊。
灌注地的選擇至關(guān)重要，灌注井的安全系數(shù)同樣重要。具體方法是這樣的，先打通一個(gè)井到灌注層，插一根很結(jié)實(shí)的鋼管，鋼管外面灌水泥；然后在鋼管內(nèi)再接著往下打一口直徑小一點(diǎn)的豎井，插進(jìn)一根細(xì)一些的管子，外圍也灌上水泥；井的末端開有孔，可以讓廢液泄出；然后在這個(gè)井里面插一根耐腐蝕的管子，在它和外面的管子之間灌有非腐蝕性的液體(環(huán)空流體)，又加上一層隔離措施；最后在地面上修一個(gè)灌注站。重重密封保證在灌注過程中沒有廢液滲出。
要保證1萬年無轉(zhuǎn)移
“深井灌注”是“地下灌注”(Underground Injection Control，詳見注腳)的一種，因其所使用的灌注井比較深而得名。美國利用灌注處置技術(shù)始于20世紀(jì)30年代，當(dāng)時(shí)主要是石油公司用來處置石油和天然氣生產(chǎn)產(chǎn)生的鹽水及其他廢液。20世紀(jì)50年代，有些企業(yè)開始了把化學(xué)廢料灌注到深地質(zhì)層的嘗試。1988年，美國國家環(huán)保署(EPA)發(fā)布“無轉(zhuǎn)移可能豁免計(jì)劃”，建立了有害成分無轉(zhuǎn)移可能的示范證明制度。該規(guī)定強(qiáng)化了對危險(xiǎn)性廢物灌注井的管理要求，要求I類井的管理者應(yīng)提供“無轉(zhuǎn)移可能”的示范證明，即在一萬年的時(shí)間里，所灌注液體的有害成分不會從灌注區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)移，或者含有危險(xiǎn)性質(zhì)的灌注液在離開灌注區(qū)時(shí)已經(jīng)不再含有有害成分。
那么，深井灌注的安全性如何呢？1989年，EPA完成了一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)研究，該研究認(rèn)為：與地表填埋、貯存罐藏或焚燒等其他處置技術(shù)相比，深井灌注技術(shù)對于人體健康和環(huán)境所構(gòu)成的危害極低，可能造成的危害風(fēng)險(xiǎn)最小。
EPA2009年的數(shù)據(jù)顯示，美國用來處理工業(yè)危險(xiǎn)性和無危險(xiǎn)性廢液、市政廢液的I類深井總數(shù)超過500口，用于處理石油和天然氣采掘過程中伴生鹽水的II類深井超過147000口，當(dāng)時(shí)全美約89%難以處理的危險(xiǎn)工業(yè)廢液均通過深井灌注方式來進(jìn)行處置，以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境影響的最小化。
如前所述，人類不可能停止對自然資源的開發(fā)和大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，因噎廢食的做法無益于任何問題的解決。人們必須在權(quán)衡利弊的前提下，尋找一種相對最為安全合理的廢棄物處置方式，包括開辟新的、安全的環(huán)境處置空間。在這樣的背景之下，深井灌注技術(shù)雖然并不是人類的終極環(huán)境解決方案，但目前它應(yīng)當(dāng)是最好的選擇之一。
對話
深井灌注的安全性到底怎么樣？這項(xiàng)技術(shù)適合中國嗎？看過上文之后，你可能更加關(guān)注它何時(shí)會在國內(nèi)應(yīng)用。為此，我們采訪了國際地科聯(lián)環(huán)境管理地球科學(xué)委員會副主席、中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院副總工程師何慶成博士。
提問：中國適合深井灌注技術(shù)嗎？如何保證灌注層不斷裂？
何慶成：不是任何地方都可以進(jìn)行深井灌注的。在進(jìn)行深井灌注之前，一定要選擇合適的地質(zhì)空間，準(zhǔn)備好配套的工程措施，這樣才能保證液體灌注的安全。灌注井選址和灌注層選擇需要符合很多條件，比如灌注層需要有足夠的厚度，并且具有足夠的孔隙率；地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件應(yīng)該簡單，沒有復(fù)雜的斷層和褶皺現(xiàn)象；灌注區(qū)受地震破壞影響小，地震活動少；污水能與巖石礦物相容，或經(jīng)過處理后可以相容等。同時(shí)，要保證地下有足夠的空間進(jìn)行灌注，地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不會因?yàn)閴毫υ龃笳T發(fā)地震。如果說年產(chǎn)200萬噸廢液的話，每小時(shí)也就是灌下90來個(gè)立方米，灌幾十年也就幾千萬噸(作為比較，北京每年僅高爾夫球場耗費(fèi)的地下水就達(dá)到4000萬噸，編者注)。像日本這樣處在板塊連接處的地方就不適合進(jìn)行深井灌注。相反，中國有不少合適的地方。中國的幾大盆地，包括松嫩、松遼、華北、江漢盆地等，以及許多廢棄的油氣田地區(qū)等，都是很好的灌注地址。作為地質(zhì)大國，我國有很好的深井鉆井技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，在我國實(shí)行深井灌注在技術(shù)層面上是完全可行的。
提問：深井灌注是否曾發(fā)生過事故？
何慶成：20世紀(jì)80年代之前，美國的深井灌注曾經(jīng)發(fā)生過兩次事故。一次是灌注壓力過大引發(fā)周邊的巖石破裂，誘發(fā)小型地震。另一次是管道腐蝕，造成滲漏。1980年美國環(huán)保署制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，將原來的三層安全保護(hù)提高到六層安全保護(hù)，之后沒有發(fā)生過事故。
提問：我國就深井灌注技術(shù)的使用是否已經(jīng)制定了法規(guī)？
何慶成：我國對此還沒有成文的法規(guī)。環(huán)保部現(xiàn)在主要監(jiān)管地表，大氣和水，地下部分只監(jiān)管土壤，管不了那么深；而國土資源部監(jiān)管的是地下的礦產(chǎn)和一些施工，目前還沒有專門針對深井灌注的法規(guī)。
提問：那深井灌注在我國是否有合法性？
何慶成：環(huán)保部已經(jīng)認(rèn)識到深井灌注的必要性，從2006年開始就開展了地下灌注科研示范項(xiàng)目，目前已取得了積極進(jìn)展。在我國沒有成文法的情況下，我們可以采用其他國家已經(jīng)成熟的法則。美國的相關(guān)法規(guī)非常完善，經(jīng)過了實(shí)踐的考驗(yàn)，如果我國開展這樣的工作的話，可以引用美國完善的法規(guī)。
提問：如果已經(jīng)開始灌注，是否有辦法實(shí)時(shí)監(jiān)控地下的情況？
何慶成：我們有一些方法可以監(jiān)控地下灌注的情況。灌注井將持續(xù)監(jiān)測灌注速率、井頭壓力、環(huán)空壓力、環(huán)空壓差、灌注溫度、井底壓力(此值通過其它變量計(jì)算得出)、環(huán)空流體流量、灌注液的平均比重。除了以上內(nèi)容，總灌注速率也被監(jiān)測和記錄比如說壓力監(jiān)控，我們可以測灌注孔的壓力，如果壓力減少，上面就可能漏掉了；如果壓力太大，我們就立刻關(guān)閉閥門。除了灌注孔的壓力，還會實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)空流體壓力。正常情況下，環(huán)空流體壓力始終比灌注壓力高1.7個(gè)大氣壓。一旦環(huán)空壓力發(fā)生異常且15分鐘內(nèi)無法找到原因，自動聯(lián)鎖裝置都會自動關(guān)停灌注操作。也可以監(jiān)測上面的含水層的物質(zhì)，如果里面出現(xiàn)了有害物質(zhì)，就說明有滲漏。
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