張 春,劉 璞,梅緒東,熊德明,王 丹,徐烽淋

(重慶市涪陵頁巖氣環(huán)保研發(fā)與技術服務中心，重慶 涪陵 408000)

鉆井巖屑是頁巖氣勘探開發(fā)過程中產生的固體廢物，主要包括水基鉆屑和油基灰渣(油基鉆屑熱脫附脫油處理后的產物)，簡稱“鉆屑”。水基鉆屑是二開鉆井階段產生的混合地層巖屑和水基鉆井液的一種固體廢物，單井產生800～1 000 m3；油基灰渣是油基鉆屑(三開鉆井階段產生的混合地層巖屑和油基鉆井液的一種固體廢物)通過熱脫附工藝進行脫油處理后的最終產物，其固相含油率小于2%。水基鉆屑和油基灰渣表面殘留少部分的堿、鹽、重金屬、石油類等污染物，若對其處理不當，將會對周邊土壤及水體環(huán)境等造成不同程度的影響，其中對土壤環(huán)境的影響尤為明顯[1～3]。水基鉆屑和油基灰渣含鹽量較高，過量的鹽和可交換性鈉離子會導致土壤板結，使植物難以吸收水分而萎蔫[4-5]；鉆屑中還含有一些重金屬等，通過地表徑流遷移或擴散至土壤中，土壤重金屬富集到一定程度會對土壤-植物系統(tǒng)產生毒害，進而導致農作物產量和品質的降低[6～9]。目前，西南某頁巖氣田對鉆屑主要采用固化處理技術，先檢測固化體浸出液，達標后再進行分類填埋。鉆屑固化填埋僅限于對其有害物質的固定和封存，使其短時間內不外溢，暫時可實現(xiàn)無害化處理。然而，由于鉆屑填埋量較大、填埋物質成分相對復雜、污染物比較集中、地質沉降、固化不均勻、降雨頻繁特別是大雨或暴雨對固化池沖蝕和浸泡等，隨著時間的遷移，很可能會造成固化池內部有害物質浸出液溢出，進而隨地表徑流污染池體周邊土壤[10]。本文針對以上問題，選取了西南某頁巖氣田具有代表性的水基鉆屑固化填埋池和油基灰渣固化填埋池，對兩類鉆屑固化填埋池的土壤徑流液和土壤進行了監(jiān)測與評價，旨在研究固化體浸出液溢出或遷移對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，為固化體進一步資源化利用提供理論依據(jù)，對西南某頁巖氣開發(fā)環(huán)境影響評價也具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 鉆屑固化填埋池基本情況

目前西南該頁巖氣田水基鉆屑和油基灰渣固化填埋池的設計和防滲均參照Q/SY XN0276-2007《四川油氣田鉆井廢棄物無害化處理技術規(guī)范》執(zhí)行，水基鉆屑和油基灰渣分類固化填埋。針對鉆屑固化填埋情況，并結合西南該地形地貌特點和現(xiàn)場不同固化方式，分別選取了1個水基鉆屑固化填埋池和1個油基灰渣固化填埋池。鉆屑固化方式主要是在池內添加主固化劑水泥、粉煤灰與鉆屑進行機械攪拌均勻，加強固化效果及縮短固化時間。經過5～10d的凝固，在固化體表面澆筑一層C20砼隔斷層，厚度為200mm，然后覆蓋400mm表土(表土來源于井場周圍荒地土壤)，最后播撒草種進行復綠。鉆屑固化填埋池基本情況詳見表1。在已完成的兩類鉆屑固化填埋作業(yè)池中，挖開覆土后利用鉆機鉆孔取樣，用透明密封袋收集樣品并對固化體浸出液各因子污染物濃度進行檢測，檢測結果見詳表2。

表1 鉆屑固化填埋池基本情況Tab.1 Basic situation of drilling solidification landfill

1.2 樣品采集

1.2.1 土壤樣品采集與前處理

2016年3月，分別對水基鉆屑固化填埋池和油基灰渣固化填埋池上覆土壤及池體周邊5m范圍內荒地，利用5點法采集0～20cm土壤樣品，同時分別選取兩類鉆屑固化填埋池100m外未受影響荒地作為對照。土樣采集后，采用聚乙烯封口塑料袋密封標號后帶回實驗室，自然風干，揀去碎石、植物殘根等雜物，磨碎后過孔徑100目的尼龍篩，裝瓶待用。

1.2.2 土壤徑流液樣品采集

在兩類鉆屑固化填埋池內較低位置、池體上游、池體下游分別架設土壤徑流液收集裝置(詳見下圖)；當下大雨時，土壤表面會產生徑流，徑流液沿一定坡度通過箱體濾網匯入土壤徑流液收集裝置內。土壤徑流液采集時間為2016年3月。在大雨過后，在現(xiàn)場及時采集箱體內液體，先用瓢取水樣于1 000mL瓶中，然后將水樣瓶子豎放于盛滿冰塊的泡沫箱中，并將其帶回實驗室放在冰箱冷藏保鮮(小于4℃)，最后分析測試。

圖 土壤徑流液收集裝置Fig. Soil runoff collection device

1.3 測試方法

固化體浸出液中pH值采用玻璃電極法測定，懸浮物采用重量法測定，Cr6+采用二苯碳酰二肼分光光度法測定，CODCr采用重鉻酸鉀法測定，揮發(fā)酚采用4-氨基安替比林分光光度法測定，色度采用稀釋倍數(shù)法測定，石油類采用紅外分光光度法測定。土壤徑流液pH采用玻璃電極法測定，COD采用重鉻酸鉀法測定，徑流液中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn均采用原子吸收分光光度法測定，Hg采用冷原子吸收法測定，As采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法測定，石油類采用紅外分光光度法測定。土壤pH值采用玻璃電極法測定，土壤鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鋅、鎳采用原子吸收分光光度法測定，土壤石油類采用紅外分光光度法測定。

1.4 評價方法

1.4.1 土壤徑流液評價

采用單項污染指數(shù)法評價。單項污染指數(shù)計算公式為：Pi=Ci/ Si。式中：Pi—單項污染指數(shù)；Ci—i污染物實測濃度(mg/L)；Si—污染物標準限值(mg/L)。評價指數(shù)分級：Pi<1表示清潔；13表示重度污染。

1.4.2 土壤環(huán)境質量評價

采用內梅羅指數(shù)法對鉆屑固化填埋池上覆土壤及周邊土壤重金屬污染狀況進行綜合評價。綜合污染指數(shù)計算方法如下：

2 結果與討論

2.1 鉆屑固化效果評析

由表2可知，水基鉆屑和油基灰渣固化體浸出液均呈堿性，這主要是由于固化劑摻入了部分水泥和粉煤灰，其水化產物呈堿性[11]。水基鉆屑和油基灰渣固化體浸出液監(jiān)測指標均能滿足GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級排放標準。

表2 固化體浸出液監(jiān)測結果Tab.2 Monitoring results of solidification lixivium (mg/L)

注：pH無單位；ND表示未檢出；標準參照GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級排放標準限值。

2.2 鉆屑固化填埋對土壤徑流液的影響

由表3可知，水基鉆屑固化填埋池和油基灰渣固化填埋池土壤徑流液均呈堿性，徑流液各項監(jiān)測指標均滿足GB5084-2005《農田灌溉水質標準》旱作標準。為了進一步明確水基鉆屑固化填埋池和油基灰渣固化填埋池對土壤徑流液的影響程度，通過利用單因子指數(shù)法分別對其土壤徑流液進行評價，經過計算可知，水基鉆屑固化填埋池和油基灰渣固化填埋池土壤徑流液各項監(jiān)測指標的單因子污染指數(shù)均小于1，說明土壤徑流液屬于清潔水平，土壤徑流液擴散不會對周圍土壤產生影響。

表3 鉆屑固化填埋池土壤徑流液監(jiān)測結果Tab.3 Monitoring results of the soil runoff of the drilling solidification landfill (mg/L)

注：標準參照GB5084-2005《農田灌溉水質標準》旱作標準限值；ND表示未檢出。

2.3 鉆屑固化填埋對土壤環(huán)境質量的影響

由表4可知，水基鉆屑固化填埋池和油基灰渣固化填埋池上覆土壤及周邊土壤pH值均偏弱堿性；土壤重金屬指標均滿足GB15618-1995《土壤環(huán)境質量標準》二級標準；石油類含量均遠遠低于GB4284-84《農用污泥中污染物控制標準》限值。

為了進一步明確各類重金屬對土壤的污染程度，采用內梅羅指數(shù)法對鉆屑固化填埋池上覆土壤和周邊土壤進行了綜合評價。經過計算可知，水基鉆屑固化填埋池和油基灰渣固化填埋池上覆土壤重金屬綜合污染指數(shù)分別是0.42、0.45；周邊土壤重金屬綜合污染指數(shù)分別是0.45、0.54。結合表5可知，與土壤綜合污染程度分級標準相比，鉆屑固化填埋池上覆土壤和周邊土壤重金屬綜合污染指數(shù)均小于0.7，說明鉆屑固化填埋暫時未對上覆土壤及周邊土壤造成影響，屬于清潔水平。另據(jù)現(xiàn)場調查，鉆屑固化填埋池均已復墾、復綠，并已種植油菜，長勢良好。綜上所述，說明西南某頁巖氣田對鉆屑所采取的固化方式積極有效，鉆屑固化填埋后對上覆土壤及周圍土壤環(huán)境影響較小。

表4 鉆屑固化填埋池土壤監(jiān)測結果Tab.4 Monitoring results of the soil of the drilling solidification landfill (mg/kg)

注：標準參照GB15618-1995《土壤環(huán)境質量標準》二級標準限值；“*”表示GB4284-84《農用污泥中污染物控制標準》限值。

表5 土壤綜合污染程度分級標準Tab.5 Grading standards for soil comprehensive pollution

3 結論與建議

3.1 結論

3.1.1 西南某頁巖氣田對鉆屑固化時主要采用水泥和粉煤灰的現(xiàn)場固化方式，結合現(xiàn)場踏勘和調查，該固化技術成熟有效，固化效果較好。

3.1.2 通過對鉆屑固化填埋池土壤徑流液和土壤監(jiān)測可知，土壤徑流液各項監(jiān)測指標均滿足GB5084-2005《農田灌溉水質標準》；鉆屑固化填埋池上覆土壤和周邊土壤均屬于清潔水平。因此，西南某頁巖氣田對鉆屑采取固化處理方式有效，短期內對上覆土壤及周邊土壤環(huán)境影響較小。

3.2 建議

3.2.1 從本文所選取的兩類鉆屑固化填埋池的徑流液和土壤監(jiān)測情況來看，各項監(jiān)測指標均滿足相關要求。然而隨著西南某頁巖氣勘探開發(fā)力度的逐漸加大，今后應該對鉆屑固化填埋池建設前后周邊環(huán)境(地表水、土壤、地下水)進行跟蹤調查，通過對比監(jiān)測結果，分析并論證鉆屑固化填埋對土壤及水體環(huán)境的影響。

3.2.2 雖然鉆屑固化填埋暫時實現(xiàn)了無害化處理，但是仍然存在占用大量土地和浪費固廢資源以及潛在的環(huán)境風險問題。因此，在滿足環(huán)境相關要求的情況下，針對水基鉆屑的特性，可加強水基鉆屑建材利用技術研究，例如制備免燒磚、混凝土、道路墊層等；結合油基灰渣的特性，加強油基灰渣資源化利用技術研究，例如水泥窯協(xié)同處置等，使鉆屑真正實現(xiàn)資源化利用和環(huán)保安全有效處置。

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