地下灌注技术有效处理污染物2007-03-13 陈宏坤 王晓华 于景琪 张云峰 编者按:地下灌注技术是一把双刃剑，它既开辟了新的环境空间也存在一定的风险。我国对地下灌注的研究、应用和管理还不够系统和规范，因此需要深入研究和学习国际上先进的研究成果和管理地下灌注项目的经验和技术。本文以地下灌注应用最为成熟的美国为主要研究对象，介绍了地下灌注的概念、在美国的管理历程、灌注井的分类、风险防范措施和美国环保局对地下灌注技术系统研究的结论，对我国开展地下灌注的管理、环境影响评价工作和相关研究具有一定的指导作用。 美国地下灌注历史悠久 地下灌注是指通过井将液体污染物(灌注液)注入地下多孔的岩石或土壤中的污染物处置技术，是利用第四类环境介质深层地质环境有效地处理污染物的一种方式，可以使污染物不进入生物圈的物质循环。 美国利用深井灌注处理废液始于 1930 年，当时人们利用“衰竭的油层”处理石油开采作业产生的油田盐水和其他废液，同时也为了提高石油的产量。上世纪 50 年代左右，化学和钢铁工业也开始利用地下灌注技术处理废水。 美国已经有 50 多年的地下灌注管理经验，并制定了一整套比较完善的法规及相关的条例，在这方面有安全运行 30 年的记录。1974 年以前美国也曾经出现过由地下灌注项目引起的环境污染事故，因此 1974 年美国国会颁布的安全饮用水法案要求美国环保局(EPA)制定法规保护地下饮用水源。1980 年 EPA 颁布了地下灌注控制法规；1984 年美国国会颁布的危险固体废物修正案对地下灌注提出了“无转移”要求。自从 1974 年美国开始严格管理地下灌注井以来，没有再发生过由地下灌注引起的严重的环境污染事故。 目前美国环保局按照注入液体类型和注入地层的不同，把灌注井分为从 IV 类共 5 种不同类型。 到 2001 年为止，美国的 19 个州有 I 类灌注井 529 座，其中危险性液体处理井 163 座；处理设施 272 个，其中危险性液体处理设施 51 个，非危险液体处理设施 221 个。每年有 342 亿升的危险性废液经深井被灌注到地下，大约相当于地面处理总量的 60。 I 类危险灌注井是各类井中风险最大的，因此美国对此类井的要求也是最严格的。 采取严格措施防范风险 对于地下灌注项目，政府和公众主要担心灌注污染物扩散可能引起环境污染事故以及对其他自然资源可能带来的不利影响。美国对于地下灌注项目的管理和审批也主要是从风险防范的角度进行。美国针对 I 类危险地下灌注项目的法规，主要采取了以下风险防范措施: 一是划定安全的评价区域。I 类有害灌注井的评价区域半径应大于 3.2 公里，并可根据模型计算的扩散锥体，指定更大的区域。其他 I 类井的的评价区域应不小于 0.4 公里。 二是要求提出“无转移”申请。地下灌注井的所有者，要证明所灌注液在 1 万年或无害化之前不会运移到目标地层和区域之外，即提出“无转移”申请。 三是执行严格的选址标准。选址是实施地下灌注的核心内容，选择合适的地址构造和灌注层位是安全运行地下灌注的前提。 四是执行严格的建设要求。必须采用多层井身，而且所有井体材料都必须是耐腐蚀的。建设过程中要严格检测井的完整性。 五是制定严格的操作要求。运行过程中，灌注液的压力和环空流体的压力都应受到动态的监控，并能够自动报警和闭井。环空压力要高于灌注压力，当发生灌注管破裂时环空流体会进入灌注管，从而避免了灌注液的泄漏。环空流体与灌注流体应当不相容。必须采用不会使隔离层产生新的裂隙的灌注压力，灌注压力需要通过测井和实验来确定。此外还要定期测试灌注井的机械完整性；定期检测灌注液的成分，保证其相对稳定性；定期对地层温度、压力等进行监测；定期利用放射性示踪剂对封隔器进行测试；对建井材料进行连续腐蚀性监测；必要时进行地震监测。各种监测和测试数据要定期向管理部门汇报。 六是制定闭井要求。一旦发生异常的监测数据要马上查明原因，达到一定程度时必须马上停止灌注，并通知环境主管部门，在查明原因并确保未出现泄漏之前不得恢复灌注。灌注井停止使用时，要使用不相互反应的液体洗井，标记并测试每一段水泥的位置、类型、等级、密封性和稳定性，通过适当的测井手段验证闭井效果。在灌注井停止使用前提交闭井计划，回顾和总结灌注历史，在完成后提交闭井报告和闭井后计划，预测污染物的前沿位置和后续迁移情况。灌注井停止使用后，所有者应通过使用信托基金、履约保证、贷款、保险或公司担保等方法，履行闭井后的财务保障；必要时继续进行地下水监测，直到灌注带的压力值降低到足够安广告全的压力值。 美国 1996 年颁布的土地处理过程适用性法案要求 EPA 完成一项关于在地下灌注管理的控制下 I 类灌注井危险废液处理对于人类和环境的风险的研究，2001 年 EPA 发布了这项研究的报告。美国针对地下灌注技术和控制管理方法开展了大量的研究，得出的主要结论是地下灌注是安全的。 地下灌注在中国的发展及前景 中国正处于经济的高速发展期，经济发展与生态环境保护的矛盾已经成为人们日益关注的热点问题，地面及大气中容纳污染物的容量在许多地方已经达到极限，地下灌注技术的应用将为工业污染物的处理开辟容量巨大的地下新空间，在中国将具有很大的发展潜力。 在我国地下灌注技术虽未进行系统的研究，但已在石油等少数行业中得到应用，但是没有进行系统的评价和管理。在这样的背景下，有必要对地下灌注技术进行系统的研究，严格避免地下灌注项目可能带来的环境风险和污染，同时又充分利用地下空间的纳污能力。美国是地下灌注技术应用最多的国家也是管理最完善的国家，因此有必要对美国地下灌注管理和评价技术进行详细的调查和研究。