临沂市地热尾水环境负效应及处理方案研究_刘连.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 008临沂市地热尾水环境负效应及处理方案研究刘连1，2，冷旭勇1，2，李庆义1，2，许洪芳3，孙国权3，李婷婷3(1 山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250010;2 山东省富铁矿勘查技术开发工程实验室，山东 济南250010;3 临沂市自然资源和规划局，山东 临沂 276301)摘要临沂市地热资源丰富，开发历史悠久，已建成河东汤头、沂南铜井、沂南松山、沂水许家湖等四个温泉开发示范区。地热资源利用过程中会产生尾水污染，破坏地表环境，为实现地热尾水无害化排放，对地热尾水进行处理尤为关键。本文在对临沂市各个示范区温泉开发企业地热尾水特征调查基础上，对临沂市地热尾水排放的环境负效应进行分析，对比探讨地热尾水处理的合理方案。结果表明:临沂市地热资源开发利用形式以医疗、洗浴为主，利用形式单一，利用效率整体较低，高温尾水直接排放到天然水体，会迅速和天然水体进行热量交换和物质弥散，引起河流水温升高、水质变化、影响生物生长、破坏局部水生态平衡，造成热污染;会引起化学污染，间接引发土壤化学成分的改变;参考已有地热尾水处理的典型案例，认为临沂地区地热水矿化度高、组分复杂，地热尾水化学 生物复合处理方案在沂南铜井温泉示范区已取得较好应用，具有推广意义。关键词临沂市;地热尾水;环境负效应;处理方案中图分类号P314 1文献标识码A文章编号1004 1184(2023)03 0026 03收稿日期2022 08 19作者简介刘连(1984 )，男，安徽太和人，高级工程师，主要从事水文地质、地热地质、地质灾害相关研究工作。通讯作者李婷婷(1980 )，女，辽宁凌海人，高级工程师，主要从事地热资源开发管理工作。Study on the negative environmental effects ofgeothermal tailwater and treatment options in Linyi cityLIULian1，2，LENG Xu yong1，2，LI Qing yi1，2，XU Hong fang3，SUN Guo quan3，LI Ting ting3(1 Shandong First Geological and Mineral Exploration Institute，Jinan，Shandong 250010，China;2 Engineering Labo-ratory for the Development of Iron rich Ore Exploration Technology，Shandong Province，Jinan 250010，China;3 Naturalesources and Planning Bureau，Linyi City，Shandong Province，China 276301)Abstract:Linyi is rich in geothermal resources and has a long history of development Four model hot spring developmentareas have been built，including Tangtou in Hedong，Tongjing in Yinan，Songshan in Yinan and Xujiahu in Yishui The useof geothermal resources can produce tailwater pollution and damage the surface environment，so it is particularly crucial to treatgeothermal tailwater in order to achieve a harmless discharge This paper analyses the negative environmental effects of geo-thermal tailwater discharge in Linyi on the basis of a survey of the characteristics of geothermal tailwater from hot spring devel-opment enterprises in various demonstration zones in Linyi，and compares and discusses reasonable options for geothermal tail-water treatment The results show that the development and utilization of geothermal resources in Linyi is mainly in the form ofmedical treatment and bathing，with a single form of utilization and an overall low utilization efficiency，and that the direct dis-charge of high temperature tailwater into natural water bodies will rapidly exchange heat and disperse materials with naturalwater bodies，causing an increase in river water temperature，changes in water quality，affecting biological growth，destroyingthe local water ecological balance and causing thermal pollution;It will cause chemical pollution and indirectly lead to changesin soil chemical composition;with reference to existing typical cases of geothermal tailwater treatment，it is considered that thegeothermal water in Linyi is highly mineralized and has complex components，and the chemical biological composite treat-ment scheme for geothermal tailwater has been well applied in the Tongjing Hot Spring Demonstration Area in Yinan，whichhas significance for promotionKey words:Linyi city;Geothermal tailwater;Negative environmental effects;Treatment options地热水是地热能的载体，是一种重要的水资源，地热水利用过程中会产生尾水热污染、水质污染，从而制约着地热资源的开发利用1。地热尾水若不经处理排放，会引起一系列的环境问题，近年来越发引起科技工作者的关注，地热尾水处理技术迅速发展。目前地热尾水处理方法主要有物理方法(磁 分 离 法、电 解 法、反 渗 透 膜 法、气 浮 法、冷 冻 法等)1 2、化学方法(沉淀法、混凝法、吸附法、离子交换法等)3 5、生物方法、尾水回灌。本文基于示范区温泉开发企业地热尾水特征的调研，为了寻求地热尾水处理的合理方案，对示范区地热尾水处理进行研究，并对地热尾水处理方案提出全面合理化建议。1临沂市地热资源概况临沂市地处郯庐断裂带中部，地热资源丰富，有 2 600 多622023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3年的温泉开发利用历史，先后获得“中国地热城”、“中国温泉之城”称号。地热地质遥感调查结果显示，临沂市共有地热异常区 49 处，预测远景地热资源总量约为 5 4 1018J，折合标准煤 1 84 亿 t，为 大 型 地 热 田，地 热 资 源 开 发 潜 力 巨大6 8。临沂市已探明可采热流体 27 215 m3/d，其中 18 348m3/d 已经完成储量备案。临沂市设立地热勘查专项资金查证地热田 22 处，加速了地热资源开发利用步伐，现已建成河东汤头、沂南铜井、沂南松山等三个温泉开发示范区，示范区内共有温泉开发企业 10 余家(表 1)。表 1临沂市主要温泉开发示范区地热水概况序号名称允许开采量/m3/d矿化度/mg/LpH水化学类型偏硅酸/mg/L氟化物/mg/L1河东汤头温泉旅游度假区2 6002 1007 65Cl NaCa83 972 202沂南智圣汤泉旅游度假村6 9711 5078 2SO4CO3 NaCa58 342 03沂南松山温泉示范区1 2002 8317 8Cl Na89 763 22地热尾水直接排放对环境的影响地热水运移路径长，经历了比常温地下水更充分的水岩反应，其矿化度、氟化物、偏硅酸等组分含量往往是常温地下水的几倍甚至几十倍。部分物质如氟化物、氯化物含量达到一定含量，通过洗浴，具有一定医疗保健作用，但并不适宜饮用和农田灌溉。如汤头温泉示范区地下热水中氟、全盐含量和氯 化 物 含 量 分 别 为 2 4 mg/L、1 900 mg/L 和 769 84mg/L，铜井温泉示范区地热水中氟、全盐含量和总铅含量分别为 5 0 mg/L、1 750 mg/L 和 1 1 mg/L，松山温泉地热田地热水中偏硅酸、氟和氡含量分别为 87 75 mg/L、4 75 mg/L和 227 15 mg/L，均超过农田灌溉水质标准(GB5084 2021)，不能直接用于农田灌溉。地热水经洗浴利用之后，其化学组成还会发生一些变化，有毒有害物质进一步富集，成分更加复杂。就临沂地区而言，地热尾水的排放对环境存在以下影响。2 1热污染当前临沂市地热资源开发利用形式以医疗、洗浴为主，利用形式单一，利用效率整体较低，仅有智圣汤泉旅游度假村一家进行了地热资源梯级利用。洗浴尾水温度仍然较高，高温尾水如果直接排放到天然水体，会迅速和天然水体进行热量交换和物质弥散，使河流水温升高，水质变化，进而影响生物生长，破坏局部水生态平衡，造成热污染。2 1 1降低水体溶解氧含量地热水注入引发水体温度升高，提升水中含氮有机残体分解速度。另外地热水中富含的有机物质，是部分水生生物的营养物质，其大量混入使水体富营养化，水生生物迅速繁殖，大量消耗水体溶解氧，最终水体溶解氧含量急剧下降。2 1 2影响水生生物水生生物在长期进化过程中已经形成了最佳适宜生长温度，水体温度过高，会影响水生生物的生产繁殖，改变微水体生态系统。2 1 3改变局部水循环水温升高直接引起水分子热运动加强，同时水面附近大气也被加温，受热后体积膨胀上升，水汽垂向对流得到加强，水面蒸发加快，引发区域蒸发量变大，如果地热水影响水体面积较大，则引发的蒸发量变化不可忽略，对缺水山区影响尤其明显9。2 2化学污染前文已述及地热水经过深循环，并封存于深部热储岩石中，经长期水岩作用形成各具特色的特殊水化学类型，不经过处理排放会改变纳污水体的水化学组成，地下水的下渗和对河流两岸的侧向补给，又间接引发土壤化学成分的改变。地热水中含有氟化物，不能直接排放，氟化物通过影响土壤结构从而改变土壤渗透性能。调查显示，黏性土壤渗透性不如沙质土壤渗透性好，对氟化物的吸附能力也弱，例如农田土壤中的氟化物的含量低于其旁的鱼塘底的泥沙质土