铬铁矿在冶金工业中非常重要

工业发展无可避免，如何最大化地减少污染，是问题的关键

深井结构剖面图

关于地下灌注，依照灌注物性质的不同，EPA将地下灌注所采用的灌注井分为五类

　　作者：光猪

　　垃圾不可以乱扔，工业废液更不能随意处置。于是，人们想了个办法——挖口深井，把这些不受地表生物欢迎的玩意儿送到千米之下的地质深层。

　　今年6月，曲靖市发生震惊全国的铬渣污染事件，曲靖陆良化工实业有限公司5000多吨剧毒工业废料铬渣被非法丢弃在当地水库中，对附近居民生命财产安全造成严重威胁；而在陆良化工实业有限公司后门处，还有一处总量达28.84万吨的露天铬渣堆，距南盘江仅一条土路之隔。

　　铬原本就是自然存在的物质，铬矿是一种对工业极其重要的金属矿产，几万年内都和人类相安无事，为什么突然成了污染源呢？

　　究其根本是因为铬以不合适的形态出现在了不该出现的地方，污染了人类赖以生存的土壤、空气和水。实际上，石油工业、化学工业等产生的各种天然的、非天然的固、液态有害物质，在多数情况下是通过污染土壤、水源或大气对人类造成损害的。

　　人类无法停下工业发展的脚步，因此除了从源头上减少废物、废液的产出，如何处置这些废物、废液，也是人们必须面临的选择。目前，人们处理这些废物的主要方式有六种：倾倒于海洋、在远洋进行焚烧、直接堆积于地面、在地面贮存、填埋于浅层地表和深井灌注。其中深井灌注(Deep Well Injection)，就是将废液灌注到与人类日常生活环境隔绝的地质深层，从而实现安全处置。作为一种环境处置技术，它在美国已经有50余年的历史，主要用于处置工业或市政废液、废水。

　　将废液封存在岩层中

　　“深井灌注”有个基本前提，就是要保证排放物与地下水完全隔绝。我们知道，并非所有地层都含有地下水，目前人们开采地下水的深度一般不超过300～500米。“深井灌注”的井深通常从约800米到超过3200米不等，这跟当地地下水所在的地层深度相关。井太深会加大灌注压力和应用成本，井太浅则会存在污染地下水的风险。

　　同时，并非所有的地方都适合打深井，深井灌注技术的安全使用对地质条件有着严格要求。首先，灌注层需要有足够的厚度，并且具有足够的孔隙率，即选择多孔的岩层。事实上，地下水和石油正是存储于这样的岩石里，可见里面的空间是非常大的。其次，选址一定要避开地震多发带，以防止封存在岩层中的废液借地层活动之际，流溢到其他地下水层中或地表。另外，灌注地要和其他钻井保持安全距离，以免这边灌下去，那边又抽上来了。除此之外还有其他更细节的要求，来不得半点含糊。

　　灌注地的选择至关重要，灌注井的安全系数同样重要。具体方法是这样的，先打通一个井到灌注层，插一根很结实的钢管，钢管外面灌水泥；然后在钢管内再接着往下打一口直径小一点的竖井，插进一根细一些的管子，外围也灌上水泥；井的末端开有孔，可以让废液泄出；然后在这个井里面插一根耐腐蚀的管子，在它和外面的管子之间灌有非腐蚀性的液体(环空流体)，又加上一层隔离措施；最后在地面上修一个灌注站。重重密封保证在灌注过程中没有废液渗出。

　　要保证1万年无转移

　　“深井灌注”是“地下灌注”(Underground Injection Control，详见注脚)的一种，因其所使用的灌注井比较深而得名。美国利用灌注处置技术始于20世纪30年代，当时主要是石油公司用来处置石油和天然气生产产生的盐水及其他废液。20世纪50年代，有些企业开始了把化学废料灌注到深地质层的尝试。1988年，美国国家环保署(EPA)发布“无转移可能豁免计划”，建立了有害成分无转移可能的示范证明制度。该规定强化了对危险性废物灌注井的管理要求，要求I类井的管理者应提供“无转移可能”的示范证明，即在一万年的时间里，所灌注液体的有害成分不会从灌注区发生转移，或者含有危险性质的灌注液在离开灌注区时已经不再含有有害成分。

　　那么，深井灌注的安全性如何呢？1989年，EPA完成了一项风险研究，该研究认为：与地表填埋、贮存罐藏或焚烧等其他处置技术相比，深井灌注技术对于人体健康和环境所构成的危害极低，可能造成的危害风险最小。

　　EPA2009年的数据显示，美国用来处理工业危险性和无危险性废液、市政废液的I类深井总数超过500口，用于处理石油和天然气采掘过程中伴生盐水的II类深井超过147000口，当时全美约89%难以处理的危险工业废液均通过深井灌注方式来进行处置，以实现对环境影响的最小化。

　　如前所述，人类不可能停止对自然资源的开发和大规模的工业生产，因噎废食的做法无益于任何问题的解决。人们必须在权衡利弊的前提下，寻找一种相对最为安全合理的废弃物处置方式，包括开辟新的、安全的环境处置空间。在这样的背景之下，深井灌注技术虽然并不是人类的终极环境解决方案，但目前它应当是最好的选择之一。

　　对话

　　深井灌注的安全性到底怎么样？这项技术适合中国吗？看过上文之后，你可能更加关注它何时会在国内应用。为此，我们采访了国际地科联环境管理地球科学委员会副主席、中国地质环境监测院副总工程师何庆成博士。

　　提问：中国适合深井灌注技术吗？如何保证灌注层不断裂？

　　何庆成：不是任何地方都可以进行深井灌注的。在进行深井灌注之前，一定要选择合适的地质空间，准备好配套的工程措施，这样才能保证液体灌注的安全。灌注井选址和灌注层选择需要符合很多条件，比如灌注层需要有足够的厚度，并且具有足够的孔隙率；地质结构条件应该简单，没有复杂的断层和褶皱现象；灌注区受地震破坏影响小，地震活动少；污水能与岩石矿物相容，或经过处理后可以相容等。同时，要保证地下有足够的空间进行灌注，地层结构稳定，不会因为压力增大诱发地震。如果说年产200万吨废液的话，每小时也就是灌下90来个立方米，灌几十年也就几千万吨(作为比较，北京每年仅高尔夫球场耗费的地下水就达到4000万吨，编者注)。像日本这样处在板块连接处的地方就不适合进行深井灌注。相反，中国有不少合适的地方。中国的几大盆地，包括松嫩、松辽、华北、江汉盆地等，以及许多废弃的油气田地区等，都是很好的灌注地址。作为地质大国，我国有很好的深井钻井技术和经验丰富的专业人员，在我国实行深井灌注在技术层面上是完全可行的。

　　提问：深井灌注是否曾发生过事故？

　　何庆成：20世纪80年代之前，美国的深井灌注曾经发生过两次事故。一次是灌注压力过大引发周边的岩石破裂，诱发小型地震。另一次是管道腐蚀，造成渗漏。1980年美国环保署制定了严格的标准，将原来的三层安全保护提高到六层安全保护，之后没有发生过事故。

　　提问：我国就深井灌注技术的使用是否已经制定了法规？

　　何庆成：我国对此还没有成文的法规。环保部现在主要监管地表，大气和水，地下部分只监管土壤，管不了那么深；而国土资源部监管的是地下的矿产和一些施工，目前还没有专门针对深井灌注的法规。

　　提问：那深井灌注在我国是否有合法性？

　　何庆成：环保部已经认识到深井灌注的必要性，从2006年开始就开展了地下灌注科研示范项目，目前已取得了积极进展。在我国没有成文法的情况下，我们可以采用其他国家已经成熟的法则。美国的相关法规非常完善，经过了实践的考验，如果我国开展这样的工作的话，可以引用美国完善的法规。

　　提问：如果已经开始灌注，是否有办法实时监控地下的情况？

　　何庆成：我们有一些方法可以监控地下灌注的情况。灌注井将持续监测灌注速率、井头压力、环空压力、环空压差、灌注温度、井底压力(此值通过其它变量计算得出)、环空流体流量、灌注液的平均比重。除了以上内容，总灌注速率也被监测和记录比如说压力监控，我们可以测灌注孔的压力，如果压力减少，上面就可能漏掉了；如果压力太大，我们就立刻关闭阀门。除了灌注孔的压力，还会实时监控环空流体压力。正常情况下，环空流体压力始终比灌注压力高1.7个大气压。一旦环空压力发生异常且15分钟内无法找到原因，自动联锁装置都会自动关停灌注操作。也可以监测上面的含水层的物质，如果里面出现了有害物质，就说明有渗漏。