地熱開發利用過程中的環境保護措施

王慶元

摘 要：我國蘊藏著豐富的地熱資源，開發利用遠景十分廣闊，合理開發與利用地熱資源，對于緩解我國能源緊張形勢，改善能源結構，具有重要意義，充分發揮地下熱能資源應有的作用是一件利國利民的好事。然而地熱資源開發過程中對環境的污染也是不容小視的問題。為了合理開發利用和保護地熱水資源，應采取相應的保護措施，保障其持續利用。

關鍵詞：地熱水；地質環境問題；環境污染問題；保護措施

1、地熱開發利用的現狀

地熱資源開發利用規模化、產業化水平不高，企業生產布局、產品結構和利用方式不合理，重開發輕管理現象普遍存在，影響了地熱開發整體經濟效益的提高。部分地熱企業生產工藝流程落后，技術力量薄弱，經營粗放，競爭無序，盲目追求高額利潤，不按規定開采地熱資源，不采取綜合利用措施，資源利用率低，浪費了有限的資源，如采取直供、直排供暖方式的地熱井，其熱能利用率僅為20%-30%，嚴重浪費了地熱資源。部分地區地熱井過于集中，超強度開采地熱資源，造成地熱水位持續下降，影響地熱田穩定開采和長期利用，而且易引發地面沉降、地下水熱污染和化學污染等許多環境問題。

2、地熱水利用產生的主要環境問題

山東省地熱資源十分豐富，且含有大量有益組分；但大部分含鹽量過高，尤其是魯北魯西新生代坳陷區新生界熱儲所產出的熱水，任意排放容易造成環境污染。其中部分地熱水的主要化學成分，其礦化度均遠遠地超過了1g/L，東營部分地段東營組熱水礦化度可以高達50g/L以上。地熱水資源開發利用中存在的一些問題有待于研究解決，以實現地熱水資源的可持續開發利用。

2.1對地質環境的影響

裂隙及巖溶熱儲熱水的開發，當其埋藏較深時，就不會出現地面塌陷或地面沉降問題；但是對于新生界孔隙熱儲或孔隙一裂隙熱儲就不同，實踐證明長期、大規模開發孔隙水，必然會引起地面沉降。因此對于大面積分布、巨厚的熱儲來說，其熱水的持續、規模開采，必須防止地面沉降前提下進行。

2.2大氣污染

地熱水在排放過程中，H2S和CO2氣體會排放到大氣中，從而影響周圍的環境。H2S氣體對人體危害較大，濃度低時能使人惡心、嘔吐和頭痛，濃度高時可引起人的肺水腫、神經刺激癥狀及呼吸停止。較高H2S含量一般發生在高溫地熱田中、溫泉浴室及井口周圍。CO2有一定的窒息作用，最主要的是其對氣候的溫室效應。

2.3熱污染

就目前而言，大部分的地熱井開發利用程度較低，多以單一利用為主，沒有形成梯級的多次利用，尾水的溫度仍然較高。特別是利用地熱供暖后的尾水，如果沒有采取地熱回灌或是相應的處理措施，尾水的溫度甚至仍能達到40℃。這些尾水排放后將會促使局部空氣和水體的溫度升高，改變生態平衡，影響附近生物的生長。熱污染的主要危害在于：一是使水中缺氧，水體更易發生富營養化，水生生物大量繁殖。二是隨著水體溫度的升高，會影響水生生物的正常生活、發育、繁殖，改變局部地區的生態環境。三是水溫的升高會使水分子熱運動加劇，使水面上的大氣受熱膨脹而上升，加強了水汽在垂直面上的對流運動，從而導致液體蒸發加快，使陸地上失水增多，這對缺水地區尤其不利。

2.4水體污染

地熱水的水質是影響環境的主要因素，由于溫度對溶濾作用的影響，地熱水中氟化物、硫化物、氯化物、礦化度遠比一般地下水高。未加處理的地熱尾水直接排放會污染地表水或淺層地下水。我國地熱水對地表水的污染在南北方的表現有一定的差別。南方雨水多，河水流量大，有限的地熱水排入河水后，經河水稀釋后，對河水影響不明顯；北方降水和地表水少，受污染程度高。此外，過量開采地熱水造成地下水水位大幅度下降，會造成淺部污染源從地下水位降落漏斗區直接進入深層基巖水體，沿海地區還可能引起海水入侵。

2.5對土壤和農作物的影響

地熱水的礦化度一般比較高，滲入土壤后大量的鹽類容易造成土壤板結和鹽堿化，影響作物的生長。另外地熱水含有一些有害成分和污染物，其中最重要的是氟。使用后的高氟地熱水（地熱尾水）長期排放，會引起附近地區土壤或農田污染。

3、地熱開發利用過程中的環境保護措施

為了合理開發利用和保護地熱水資源，保障其持續利用，可以采取如下相應的保護措施：

3.1對地下熱水資源進行勘查評估與管理

國家應制定相應法律、法規，把地熱資源作為礦產資源進行嚴格管理，科學規劃、合理開采，才能實現地熱資源的可持續利用，才能確保開采活動不帶來負面環境影響。

3.2加強地下熱水動態和地面沉降監測

建立完善的地下熱水動態監測網絡系統。對地熱井的流量、水位、水溫及水質進行每旬監測一次，并對往期監測數據進行比對分析，及時了解本區域地熱資源的動態情況。

3.3對于熱污染，控制和解決的方法較多

最好的方法是盡量采用梯級多次利用熱資源來提高地熱水的利用率，同時降低排放尾水的溫度。如地熱梯級利用技術，該技術是將高溫的地熱水分多級利用，地熱水經板換換熱后的二次測溫度能夠滿足供暖需求時可直接供暖，不滿足需求時用水源熱泵提升后再供暖。也可以通過回灌的方法，但需對尾水進行處理，使之符合回灌水的水質要求，不造成二次污染。

3.4采用人工回灌技術

此技術目前被認為是各個國家普遍應用經濟有效的處理方法。地熱尾水回灌，不僅可以人為地加快地下熱水的補給速度或增加補給水量，而且還能保持熱儲流體的壓力穩定，地熱井的水量穩定，消除地熱尾水對環境的影響，可延長地熱資源的開發利用壽命，實現可持續利用。

3.5在地熱尾水排放前進行處理

隨著地熱資源開發的越來越多，每年有大量地熱尾水需要排放，因此尾水處理顯得尤為必要。在地熱尾水排放以前，應根據其尾水的水質情況，采用經濟有效的地熱廢水處理工藝，凈化廢水，達到相應的廢水排放標準，防止水體污染。

結論

地熱是來自地球內部的一種自然能源，具有水資源和礦產資源雙重屬性，它是一種可再生資源，應用廣泛、易于開發、費用低廉，可應用于工業、農業與人民生活等多個領域。地熱資源的開發對充分利用清潔能源、緩解當今世界能源緊張問題、發展循環經濟有重要意義。