今年春节期间，一条“山东潍坊许多企业将污水排到1000多米深的水层污染地下水”的微博，引发社会各界强烈关注。也有网友发文提到，向地下乱排污当然不能允许，但正规的地下灌注排污是一种高科技的排污手段。本文拟就国外地下灌注与控制技术作些介绍，希望能对我国环保有所助益。

　　本图显示了典型的美国第一类地下灌注井输送管关键构造，由三层或三层以上的同心管建成，如此复杂的构造是为了防止废水污染可饮用地下含水层。 来源/果壳网

　　灌注井选址很苛刻

　　地下灌注与控制技术(简称UIC)，是通过深井将污染物等物质注入地下多孔岩石或土壤中的一种技术，该技术利用深层地质环境来雪藏污染物，确保污染物不进入生物圈的物质循环。该技术充分利用了地球地质结构的特点，将污染物通过高压深井灌注到地层深处，由于地层深处与浅表地下水层之间有多个隔离岩层，只要无法发生物质交换，那么被灌注的污水就不会污染到可能被人类使用的地下水。

　　要实现这一目的，就得建设地下灌注井。灌注井的建造要求是很高的，可以用“层层加套”来形容其基本结构。

　　首先，打通一个竖井到灌注层深度，插一根很结实的钢管，钢管外面灌水泥；接着，在钢管内再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，又加上一层隔离措施；最后在地面上修一个灌注站。如此重重密封之下，方可保证灌注过程中没有废液渗出。

　　灌注井的施工建设有很多注意事项，其一是选址很苛刻，既要地质结构简单，没有复杂断层和褶皱现象，又要地层结构稳定，地震活动少或受地震破坏影响小，同时又保证岩石矿物能与污水相容。其二是在灌注层选择上，井太深会提高灌注压力和成本，井太浅则会存在污染地下水的风险，所以需要达到足够的厚度，即必须位于地下含水层之下，而且其间有隔水层，并且具有足够的孔隙率去吸收和过滤污染物。

　　美国地下灌注曾引发地震

　　罗马城非一夕筑就，美国的地下灌注和控制技术能在当今世界领先，也经过了较长时期的发展历程。美国环保署(EPA)网站对此有详细介绍，有趣的是，早期灌注井的使用要从公元300年的中国说起，这种井当时被用来采盐，9世纪的法国也有类似应用。

　　20世纪30年代，有文献表明得克萨斯州油田开采过程中产生的高含盐量废水被排注到含油岩层里。

　　20世纪40年代，美国的炼油厂开始向地下灌注液态废物。

　　20世纪50年代，化学品公司开始通过深井向地下灌注工业废弃物，美国许多州开始为污染物处理制定法规。

　　20世纪60年代，发生了一起可能由于地下灌注引发的饮用水水源污染；1967年，科罗拉多州丹佛市在地下灌注过程中引发了地震。

　　20世纪70年代，一口废弃油井中扩散出废弃物，人们顺藤摸瓜，发现源头居然是远处一家造纸厂使用的灌注井；1974年，美国国会通过了《安全饮用水法》(SDWA)，授权环保署对地下灌注进行管控，保护饮用水的水源地。

　　20世纪80年代，五类地下灌注井的标准被制定出来。1984年，美国国会通过了《有害固体废物修正案》，该法案对灌注井提出了“无扩散”要求。20世纪90年代，美国环保署通过了关于地下灌注的多个法案，第一次国际地下灌注研讨会在加利福尼亚州伯克利举行。

　　2010年，环保署将现有的地下灌注规范创造性地用于二氧化碳封存，把原来的灌注井种类从五类拓展到六类。

　　美环保署：一种风险极低的选择

　　地下灌注技术的风险问题牵动着政府和公众的视线，不安全因素可能来自井体本身发生泄漏、灌注液体直接进入饮用水层等。有害物灌注井在六类井中属于第一类井，美国对此类井采取了严密的风险防范措施，如检验区半径应大于3200米，选址、地质条件、建设、操作、闭井要求等方面都有严格限制。

　　本文重点介绍一下“无扩散”这一指标，即有害物灌注井管理者必须保证灌注物在1万年内，或在确认无害化之前不会扩散到限制地层和区域之外。为此要通过两种方法进行论证，一种是管理者要证明灌注物在1万年内不会在垂直方向流出灌注带，也不会在水平方向接触饮用水底层；第二种是管理者应证明，灌注物在流出灌注带或者与饮用水地层接触之前，由于衰减、转化等反应实现了无害化。

　　在如此严密管控下，自1974年以后，美国再未出现由地下灌注引起的严重环境污染事故。美国环保署2001年发布的研究报告《第一类地下灌注井风险研究》称：“这些灌注活动为公众安全和环境提供了额外保护……环保署认为目前地下灌注和控制的规定是足够安全的，为废液的管理提供了一种风险极低的选择。”

　　美国地下灌注井有六类

　　美国环保署在《地下灌注技术规范》文档中对六类井做了分级，具体每一类井的用途和数量，请见本页和后两页的图片和文字说明。

　　第一类井目前有680口，用于灌注有害废液(含炼油、金属生产、化工生产、制药等产生的废液)、工业无害废液或市政废水等，根据灌注物种类，本类井具体分为4种：有害废水井、无害工业废水井、市政废水处理井和辐射性废水井。本类井的深度最浅为1700英尺(518米)，保证在饮用水地层之下，最深达10000英尺(3048米)。

　　第二类井有172068口，用于灌注石油天然气开采过程中产生的废液，本类井的深度一般是到储油层。现代石油天然气生产过程中产生的盐水等废液数量惊人，如果冒出地面对环境危害非常大。每天，美国因石油天然气开采产生的废液有20亿加仑(约75.7亿升)被灌注到本类井中。

　　第三类井有22131口，用于灌注液体提取铀、盐、铜、硫等资源，因此本类井的深度一般是到矿脉深度。在美国，一半以上的盐是用清水注入地下再抽回地面开采出来的；80%的铀是用碱液注入铀矿脉后抽回表面，再将铀分离出来的。

　　第四类井目前约有33口，最初用于将有害或辐射性废水灌注到最低可饮用含水层之上，因此属于浅井。由于其可能危害饮用水，美国环保署1984年禁止此类井再用于灌注有害或辐射性废水。如今此类井只用于地下水净化，即抽出井下被污染的可饮用地下水，尽可能将污染物清除后再回灌到原地层中，如此反复操作直到水质达标。

　　第五类井估计有65万口，用于灌注无害废水到饮用水地层之上的区域，如果管理不善，会威胁饮用水源头，从井深上看也是浅井。本类井大部分用来向地下灌注人类生活中产生的无害废水，如暴雨排水井，生活污水池等，有少数用于灌注工业设施产生的无害废水。但第五类井经过检验已经被污染，那么就要归入第四类井。

　　第六类井属于试验性质的深井，用于向地层深处灌注二氧化碳以控制温室效应，也就是大家常说的碳埋存。此类井是为2010年8月奥巴马政府提出的《机构间碳捕获和储存特别工作组》而准备的，旨在实现二氧化碳的捕获、压缩、运输和永久储存。预计到2016年会有6到10口此类井投入商业运营。    (第一至第六类井的插图均来自美国环保署网站)

　　阿联酋利用灌注技术储水

　　细心的读者们在了解了美国地下灌注井的六个类别之后，会发现地下灌注的功能不仅仅限于处理废水。

　　如用于石油开采的提高石油采收率(EOR)技术，就是充分运用了油井中原油的特性，将蒸汽、二氧化碳、水、化学品和聚合物等物质灌注到油井里，或保持产油区的压力，或提高产油区温度，达到降低原油粘性，实现驱使原油流向附近油井的目的。《国外石油动态》杂志披露，仅在2008年，美国就利用EOR技术每天开采634000桶石油。

　　美国的第四类井是用来净化被污染的地下水的。类似做法是向灌注井里输入臭氧，利用臭氧的强分解性来清理深处污染物，这比挖地三尺来清理成本低多了。利用地下灌注进行含水层补给，对于在中东和北非地区缺水的人们也很有意义，中东水资源网站“h2ome.net”刊登2010年10月16日的一篇文章，提到阿联酋正在利用灌注技术解决水资源的储备问题。

　　在北美洲，很多天然气公司均采用一种新技术处理其废气，该废气的主要成分为硫化氢和二氧化碳，俗称酸气。酸气回注技术就是将酸气压缩后，利用地下灌注井输送、注入到深层地下。加拿大在阿尔伯塔盆地的采油区成功地运用灌注井处理了大量酸气，加拿大能源和公用事业委员会的一份报告显示，这些灌注井最浅的824米，最深的3432米，按照监控程度分为4类。

　　碳埋存则是利用灌注技术将二氧化碳埋存在不可采煤层、采空的油气层、深部盐水层中，安全可靠，埋存能力充裕。德国在柏林西部，英国石油公司在阿尔及利亚均开展过这方面的研究，其他欧盟国家、加拿大、美国和日本等都在这方面进行了大量尝试，有的项目已开始实施。另据新华社2011年12月报道，中国石油天然气集团公司在中国东北地区率先突破二氧化碳埋存与驱油技术，并实现规模化应用，在驱油增产的同时通过循环注入系统实现“零排放”，最终实现二氧化碳的全部埋存。

　　我国搞深井灌注有技术基础

　　以美国和加拿大为首的西方国家在地下灌注技术的研究和应用上，动手早，技术先进，值得我国学习和借鉴。从2003年起，国家环保总局同美国环保署开展了地下灌注与监控技术研究与合作。2005年，我国环保总局开展了题为《工业废液地下灌注技术示范和环境监督管理的应用和研究》的重点科研项目研究。但在法规标准的制定方面，比起美国每一类灌注井都有严格的工程技术措施和评估标准，我国的确落后不少。今年本刊2月电话咨询国家环保部，了解到目前尚无地下灌注技术方面的法规和标准出台。

　　不过，我国的一些公司已经利用这种技术进行了开发活动。《中国环境报》2011年9月在《地质环境污染防治管理体系亟待建立》的报道中称，自上世纪90年代以来，重庆索特盐化股份有限公司已经采用深井灌注技术，成功处理了公司60万吨/年真空制盐装置的制盐废水废渣，江苏省金坛市在西气东输工程配套建设工程中共建设有14口盐穴井筒和6口盐穴腔体，用以储存天然气，用于季节调峰。大庆油田建设设计研究院同大庆油田勘探开发研究院，曾联合开展了含氰污水深井回注技术研究，可最终解决226万吨/年含氰污水的排放问题。

　　值得指出的是，我国在实行地下灌注方面也有一些优势。国际地质科学联合会环境地质委员会副主席、中国地质环境监测院副总工程师何庆成认为，不是任何地方都可以进行深井灌注的，中国的几大盆地，包括松嫩、松辽、华北、江汉等，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。

　　(本文写作过程中参考了王晓华的《美国工业废液和地下灌注与控制技术介绍》、杨运的《深井地下灌注数值模型SWIFT》等文，以及美国环保署、维基百科、加拿大能源和公用事业委员会、美国地质勘探局、洛杉矶公共工程部等网站的信息，在此一并致谢。)

美国的一处地下灌注井

　  资料来源/美国地质勘探局网站