[科普中国]-地热水

地热水简介

温度在饱和曲线以下的地热水叫非饱和态地热水。温度与压力对应的地热水叫饱和态地热水(saturated geothermal water)。在饱和状态下，汽水两相共存，因此饱和态地热水又指两相共存体系中的液态水部分。如果温度超过饱和点时仍保持液态，则叫过热态地热水(superheated geother-mal water)，或简称过热水。过热水产生于环境温度突然升高，或围压突然下降而饱和态热水又来不及汽化之际。过热水很不稳定，它总是趋于转化成饱和态汽与水的混合物。

地热水成分实验结果表明：国内许多地热井点地热水中氟含量偏高，一般在0．5－17mg/l之间，最高可达40mg/l（国家饮水水质氟含量标准为1．0mg/l）；利用地热水养鱼，当地热水中氟含量高于1．0mg/l时，鱼体内氟化物含量高于2．0mg/kg，超过了国家食品卫生标准的要求。

地热水检验结果与我国《饮用天然矿泉水标准》 GB8537-1995 比较，地热水中氟、砷、碘、偏硼酸、耗氧量、挥发性酚、银、汞、铬（六价）、色度、臭和味指标超过标准限值，不符合卫生要求，不能作为饮用。

依据国家的“医疗热矿水水质标准”规定，地热水中氟、砷、溴、碘、偏硅酸、偏硼酸等成分达到有医疗价值浓度，可命名矿水名称为：氟水、硅水、砷水、溴水、碘水、硼水等。1

地热的开发利用地热资源是一种宝贵的自然财富。它可以作为热源、水源和矿物资源加以利用,例如供发电、取暖、淋浴和养鱼等等,对发展国民经济有重要意义。我国地热资源丰富,是世界上开发和利用地热资源最早的国家之一。利用温泉治疗某些疾病在我国已有悠久的历史。目前我国已有二十多个省、市、自治区开展了地热资源的普查、勘探和综合利用,仅北京市就有二十多个单位利用地热水取暖、洗染、淋浴、养鱼和游泳等。

地热水几种化学成分浸浴的医疗作用我国对浴用矿泉水特殊化学成分含量只有最低要求，而没有上限要求。如我国规定砷必须> 0.7 mg/L 才能称为砷水，才有治疗作用。根据前苏联对浴用矿泉水砷的分类： 0.7 ～ 5.0 mg/L 为低、中浓度砷浴用矿水； 5.0 ～ 10.0 mg/L 为高浓度砷浴用矿水；> 10.0 mg/L 为极高浓度砷浴用矿水，不同浓度的砷水洗浴治疗的对象和时间是不同的。

⑴碘：碘能加强机体免疫功能，改善新陈代谢，调节内分泌，特别是甲状腺功能；并能扩张血管，降血压，改善虚弱眼循环，促进炎症渗出物的吸收，软化瘢痕和组织再生；对皮肤粘膜有防腐杀菌作用。

浸浴适应症：甲状腺功能亢进、动脉硬化、风湿性关节炎、月经失调、皮肤病等。

⑵溴 : 溴对中枢神经有抑制和镇静作用。

浸浴适应症：神经官能症、神经痛、失眠、高血压病等。

⑶砷 : 砷能促进骨髓的造血功能，降低代谢水平，使肝和肌肉中糖原的储存增加。浸浴可使皮肤丰润，皮下脂肪沉着，有杀菌、灭菌作用。

浸浴适应症：皮肤红斑狼疮、真菌病、疥疮、结节性痒疹等。

⑷偏硅酸 : 浴用对人体皮肤和粘膜有清洁消炎作用。给皮肤以肥皂和类似脂肪样的润滑感。

浸浴适应症：湿疹、银屑病、荨麻疹、神经性皮炎、皮肤瘙痒症、慢性附件炎、子宫内膜炎、阴道炎

五偏硼酸 ：消炎、消毒作用

地热能发电一般用于发电的地热流体要求温度较高。我国地热能发电始于1970年,是中间介质发电的先驱之一,比如河北的后郝窖、湖北的灰汤等低温试验电站,但由于缺乏商业价值均相继关闭。1977年在西藏羊八井建立第一个高温地热发电机组。1996年在羊八井打出高温高产地热井,可建一个10MW的发电机组。

地热直接利用地热直接利用要求的热水温度相对较低,中低温地热资源都可以加以利用。近年来,北方地区的地热供暖,特别是城市供暖发展迅猛。天津、北京、西安等有地热的城市申请凿地热井的企业越来越多。如天津市紫金新里居民小区地热供暖工程取得的效益就十分明显。其他方面如天津静海县团头村建立的地热综合利用、多种经营的生产基地;天津市宝坻县里自沽农场的地热鸡场都取得了可观的经济效益。

总之,我国中低温地热水利用已有采暖、育种育苗、花卉栽培、水产养殖、洗浴、医疗、孵化、游泳、皮革加工、食品加工等二十余项,名目繁多。但是在充分利用地热资源的同时也给环境带来了许多负面影响。1

地热水的深度与饮用问题地热水是一个统称，但具体分类却有不同，不同深度的地热水适宜饮用程度不同。由于各个地区具体情况不同，适宜饮用的开发深度不同。下面举一例子：

开封市位于华北平原的中南部，大地构造单元属于济源——开封凹陷区东南隅，境内深层地下水资源较为匮乏。根据目前掌握的资料，在开封凹陷区深度300米～2600米内具有开发价值的深层地下水储层虽然有7个，但目前主要开发利用的是300米～1400米的淡水储层。根据计算得知，在水位降深50米时，深层地下水可采资源量每日仅9万立方米，降深80米时每日只有15万立方米。

深层地下水水温一般在25℃～53℃，水中含有多种对人体有益的微量元素，是较为理想的饮用水和浴疗用水。目前，地热水是开封市唯一没有被污染的水资源，是对维持开封市远期水安全具有十分重要地位的“子孙水”。但开封市的地热水是不可再生的“一盆死水”，且贮量有限，用一点少一点，必须采取措施加以保护，严格控制开发。

因此，对于网络上的流传的地热水有害的传言需要甄别，不可一概而论。具体能否饮用可到地热开发商那里询问，因为其在开发前都应当有可饮用性检验报告。

地热水在使用中存在的问题地热利用设备的腐蚀1、地热水的腐蚀及危害

地热水腐蚀是地热开发利用中普遍存在的问题，地热水腐蚀通常与其自身化学成分、管道材料、系统运行环境及运行参数有关。地热水中舍有多种化学成分，它们对金属材料的腐蚀有重大影响。其中造成腐蚀的主要成分有O2，H+，CI一，，H2S，CO2等，这些物质能与金属材料发生化学腐蚀和电化学腐蚀。由于地热水的腐蚀作用，一般会对地热水管道和系统设备造成严重的破坏。使输送地热水的金属管壁变薄、脆化，甚至造成泄露或爆管，不仅影响用水的可靠性。同时也增加了系统的维护成本。

2、地热水腐蚀的原因

地热水腐蚀的主要原因大致有3个方面。

（1）地热水中的氧腐蚀

氧是地热水中主要的腐蚀性物质，通常氧和被腐蚀的金属发生析氢反应，该反应的进行使金属腐蚀异常明显；O2与Cl—结合会造成较为严重的孔蚀，在承受应力作用的情况下．可能会产生氯化物应力腐蚀破坏。

（2）地热水的pH值较低

地热水pH值过低．一方面使金属材料发生酸性侵蚀破坏；另一方面易使高强度的合金钢产生硫化物应力腐蚀

破裂。

（3）金属材料问题

通常碳钢表面有一层致密的Fe3O4钝化保护膜，它可以较好地抵抗氧腐蚀。然而，地热水中大量游离的CO2降低了地热水的pH值。低pH值的地热水不仅使抗腐蚀作用的钝化膜难以形成，而且能加速钢铁的腐蚀。这些游离的CO2，通常来自地热水或水处理曝气工艺。

3、地热水的防腐措施及建议

（1）使用耐腐蚀材料

地热水系统应采用耐腐蚀材料．建议使用塑料管道。对于已建成且正在使用的管道系统。如果腐蚀情况比较严重，建议根据Larson指数或Ryznar指数判断地热水腐蚀趋势。依据判断结果选择相应的处理方法和合适的水处理工艺，一般可在管道系统中适当地加入Na2SO3，或HEDP等缓蚀刺。

（2）加强系统密封措施

地热水腐蚀主要是氧腐蚀。相关研究表明，地热水中的氧大多是由于地面管道系统密封不严而融入的。因此要加强系统的密封措施．尤其是加强地热井口装置、地面管道系统的阀门及管道接口处的密封。

（3）采用间接地热采暖

为了防止地热水管道系统及设备被过快腐蚀。目前国内外一致推荐使用换热器进行间接采暖，否则其防腐和运行成本将非常大。使地热利用得不偿失。在利用地热采暖的场合，地热水不直接进入供热循环系统，而通过换热设备将热量传给经过软化的循环清洁水，这样可以使采暖热力管网系统的维护费用大大降低。2

地热水回灌（1）地热水回灌简述

地热水的回灌是将地热尾水回灌到地层深部的过程。回灌到热储层的低温地热水可以吸收岩层中蕴藏的巨大热量，然后在渗透作用下通过地层岩性特征(裂隙或孔隙)形成的地热水运移补给通道，使地热水得以补给。地热水回灌可以有效地维持热储层地热水的压力：实现地热水可再生、可循环的利用过程。

（2）地热水回灌的必要性

地热资源是在漫长的地质历史时期形成的．其补偿来源非常有限，长期以单井形式开发．不仅造成了热储层水位下降、地热井水量不足、压力及温度降低等。而且往往因地热水利用率不高，造成对环境的污染。目前，我国各地地热利用率有很大差异。很少有地热回灌井，大量的地热尾水排入地表环境中，造成这种宝贵的复合型地热资源的巨大浪费和损失。

（3）地热水回灌应注意的问题

①回灌堵塞问题

地热水回灌井的回灌能力通常会逐渐降低，使得地热水回灌的成本加大。这主要是由于回灌井的回灌系统堵塞引起的，甚至有的回灌井无法回灌下去。回灌堵塞的原因很多，主要是回灌水中有悬浮颗粒、气体、微生物及黏土物质等造成的。因此在回灌时要特别注意对曰灌水的过滤。

②回灌水量问题

地热一般都分布在特殊的地质区域。大规模地回灌低温她热水会对地下的地层结构产生影响。一些地学界学者认为，回灌有可能会导致水动力场、应力场发生变化。因此在回灌前须对回灌地区地质情况进行论证分析。防止因地热水回灌而引起地质环境问题。

③回灌水质问题

当回灌水灌入热储层，回灌水和地热水混合以后就会造成地热流体的化学成分变化。变化后的地热流体产生化学沉淀，将会导致地热井的滤水管堵塞，并有可能对地热水的运移通道产生影响。1

对地质环境的影响1、地震

地热异常区多数是现代火山、近代岩浆活动地区或近代地壳构造运动活跃地区,地热资源开发一般发生在自然断裂通道和活断层上,即地热资源开发大部分在区域地震活动性强的地区内进行。地热水是地球壳体的重要组成部分,具有缓冲地基岩石板块应力的作用,并承受和分散地表压力。当地下热水被过量开采后势必会使岩层内及岩层下的水体空缺,一旦流体压力超过启动断层运动所需的临导值时,大地的稳定性遭到破坏将诱发地震。王卫东等研究了西安及其邻近地区自从1976年以来该区域的地震活动,得出西安地区的地热水开采引起了西安附近地区地震活动性明显增强。在河北省怀来后郝窑地热田也有类似的现象发生。3

2、地面沉降

如果超量开采地下热水引起水位下降,必然要引起热储层的压缩变形而导致地面沉降。根据天津市地热水开采量和地面沉降的监测资料初步计算分析开采馆陶组热储层热水引起的地面沉降量约5mm/a～6mm/a左右。

3、对周边环境的影响

1、对土壤和农作物的影响

地热水含有一些有害成分和污染物,其中最重要的问题是氟。在我国的地热水中氟的含量最高,一般是015mg/L～17mg/L,最高的可达40mg/L。使用后的高氟地热水(地热尾水)长期排放,必然引起附近地区土壤或农田污染。例如河北省河间县马16井因尾水长期渗入农田,使耕地变成荒田,不得不向农民赔款。另外高氟水对土壤的污染还表现在水平分布上随着距离热井距离的增加而呈下降趋势。土壤中氟含量的增多是否影响农作物的品质目前还不能定论,国外有报道认为,高氟土壤对农作物品质影响不明显,而广东丰顺县研究结果表明高氟地区的农作物、蔬菜中氟含量高于低氟地区。4

2、地表水和水产养殖的影响

地热水利用后排入到江河、湖泊势必对地表水产生一定的影响,但由于降雨及自然水流的稀释,氟及溶解性固体含量可以明显的降低。此外我国地热水对地表水的污染在南北方的表现还有一定的差别。南方雨水多,河水流量大,有限的地热水排入河水后,经河水稀释,对河水影响不明显;北方降水和地表水少,受污染程度高。利用地热水进行养殖鱼及鱼苗越冬,已有悠久历史,目前其范围和数量已越来越大。但是地热水含高氟的水质特性不容忽视。

3、对人体健康的影响

由于我国地热水氟含量高,氟病在我国是比较多见的地方性疾病。广东丰顺县有62.22%的氟病区分布在温泉地带。陶勇等的调查表明经常接触地热水的儿童,其唾液溶菌酶含量有所增加。长期接触地热水的工作人员皮肤刺痒和脱发现象增多。杨明金等的研究表明长期接触含氟地热水的浴室工作人员,其白细胞均值明显低于一般浴室工作人员。因此开采地热水对人远期的健康影响应予以重视。

4、热污染

地热水具有较高的温度,如果未经利用和处理长期排放,其余热将给周边环境造成热污染。例如在我国西藏羊八井热田,由于弃水温度高达70℃～80℃,自1978年开始开采到1992年,在地热电站二分厂厂部附近约2000m的地面温度升至40℃～90℃。华北有些地区,如天津、河北雄县废水温度达40℃。这些尾水的排放,促使局部空气和水体的温度升高,改变了生态平衡,从而影响了环境和生物生长。4

民用存在的问题⑴根据国家《二次供水设施设计卫生要求》 GB17051-1997 和《生活饮用水集中式供水单位卫生规范》中的要求：“生活饮用水不得与非饮用水管道连接”。但是部分家庭在装修中管道安装不合理，存在卫生间、厨房的热水管污染自来水的现象。

⑵有些家庭直接用地热水漱口、刷牙、洗水果、蔬菜、碗筷，按照地热水砷含量计算，虽然有少量的砷可进入机体，短期不会影响健康。但长期如此，可能会带来一定影响。

⑶个别人直接饮用地热水或用地热水做饭。

总结地热水是宝贵的液态矿产资源，是一个较好的非饮用医疗矿水，有医疗保健价值。因为地热水更新周期很长，是短期难以恢复的，必须合理的开发使用，坚持可持续发展。1