地热资源应用及尾水处理研究：以北京市为例
北京市地热资源开发利用及远景分析
北京市地热资源开发利用及远景分析摘要：文章简要追溯了北京市地热资源勘查开发的历史。
详细叙述了北京地区深层地热资源开发利用的现状，分析了热储层主要为蓟县系雾迷山组和铁岭组以及奥陶系地层，热储层的顶板温度一般在25～80℃之间，地温梯度在2～2.5℃/100m之间的地区，北京市平原区分布范围较广；根据掌握的资料将北京市平原区（包括延庆盆地）具备地热开发利用条件的地区分为十个地热田及远景区；通过对地热田内的监测井的水位动态观测及开采量的统计看出，热储压力（水位）的变化主要受开采量的影响；北京市平原区受地质构造影响地热水产生了几个不同的补、径、排体系，地热水在运移过程中其各阴阳离子的组份含量发生着变化，从而使水化学类型发生了过渡性的变化。
北京地区储层顶板埋深4000m以浅2578.38km2面积内的地热资源量为70130.44×1012 kj，资源量、静储量及可开采量较为可观，开发利用潜力较大，每年可开采地热水约7775.15万m3，最后，对未来北京市地热资源开发提出了远景分析，并给出了开发利用的建议。
关键词：地热资源；地热田；热储层；地温场；地温梯度；地热资源量中图分类号： p314 文献标识码： a 文章编号：序言：1956年，我国地质人员在苏联专家的指导下圈定了不足1km2的温度较高的中心区及6km2的温度较低的外围区，提交了《昌平县小汤山热矿泉水文地质勘测总结报告》，标志着我国地热勘勘查工作的开始。
到了1970年，李四光倡导地热开发，“将地热把开采热水与采煤、石油放在同等地位”。
1971年在没有温泉露头的条件下，首先在氧气厂和天坛公园打出了地下热水，取得了成功，之后不断扩大成果，至1978年打成地热井27眼，并先后提交了《北京市区热矿水水文地质勘探年度研究报告》、《北京市东南城区地下热矿水水文地质勘察总结报告》等。
特别是1997年之后，由于城市经济的发展和对环境质量要求的提高，以及勘探技术水平的进步，北京地区地热资源开发进入一个新的阶段，地热井数量快速增加。
热泵技术利用地热尾水在集中供热系统的应用案例
一 � 前言 能源是人类赖 以生存和发 展的物质基础 .随着人类 文 明的进步和社会发展， 人类对能源的消耗愈来愈多. 因此， 大 力发展新能源与 可再生能源已成为我国 21 世纪发展国民 经 济和建设小康社会刻不容缓的主要任务和战略目标. 国务院 总理温家宝在十一届 全国人大三次会议上指 出： 要大力发 展 新能源, 新材料, 节能环保等产业.大力发 展低碳技术， 推广 高效节能技术， 积极发展新能源和可再生能源 . 供热是能源消 耗的大户，从 目前我国的 能源利用结 构 和城市集中供热发展 态势看， 以 热电联产和大型区域锅炉 房 为热源集中供热仍 然为主体.但近年来， 随着一次石化能 源 开采量飞速增加而 带来的能源紧张情势促使 以利用地热, 工 业废水 , 地表 水, 城 市污水 , 燃 气, 太阳能 等方式作 为辅助 性 环保热源参与集中供热所占的比例逐年增加. 热泵技术是应 用低位可再生能源的重要技术措施之一. 人们愈来愈关注如 何通过热泵技术， 将贮存在土建 , 地下水, 地表水或空气 中的 太阳能之类的自然能 源以及生活和生产排除 的废热， 用于建 筑物采暖和热水供应 等方面， 从 而有效地降低高位能的耗散 速度. 本文通过阐述 天津塘沽渤海 石油水电服 务公司港区 水 暖分公 司 （下 简称 "港区 " ） 采用热 泵技术 利用地热 尾水资 源 替代原有燃气锅炉进 行供热所取得的可观经济 和社会效益， 从而为同行业的供热企业提供借鉴和参考. 二 � 热泵技术简 介 （ 一 ） 热泵. 热泵 仅需要 消耗少 量高 品位能 源 （电能 或燃 料 ） ， 就能 从低温 热源 （如环境空 气, 海水, 土壤 等 ） 中抽取 大量低温 热 能， 将其温度升高后 "泵送" 给用户. 顾名思义， 热泵也就是向 泵那 样, 可以 把不能 直接 利用 的地 位热 能 （如 地热 , 工业 废 热, 城市 污水, 空气 , 土壤, 太阳能等 ） 转换为可以利用的高 位 热能， 从而达 到节约部分 高位能 （如 煤, 燃气, 油, 电能 等 ） 的 目的. 热泵虽然需要 消耗一定量 的高位能，但 所供给用户 的
持续开发利用地热资源的实例分析
该井地热水对治疗各种慢性湿症 ： 如慢性关
节炎 ， 肩椎炎 ， 慢性风湿性心肌炎 ； 湿疹 、 神经性皮 炎、 牛皮癣等皮肤病均有较好的疗效 ； 对神经系统
疾病如糖尿病 、 甲状腺肿等亦有显著的疗效 。
２ 地 热 利 用流 程
职工 的洗浴 用水 。
北京北 苑 家 园小 区依 靠 ３眼 地 热 万 ｍ 建筑 的供暖、 洗 浴和夏季制冷等问题。 天津《 今晚报》 的地热井位建在 ３ ８层高楼 的 地下 ２层 ， 地热 开采井 和 回灌 井在 地面 相距 为
６ 在地 下两井 最 远 相距 为 ６０ 地 热 井水 经 过 ｍ， ０ ｍ，
４ 地热供 暖的主要问题和解 决方案
该 地 热 井 成 井 时 ， 水 位 一２ｍ， 水 量 为 静 ０ 出
开采 和回灌多年来一直正常使用 ， 井静水位一直 保持在 一 ０ ７ ｍ左右 ， 供暖面积达到 ８万 ｍ 。
北京 小 汤 山 地 区是 北 京 市 的地 热 回灌 试 验
５ｔ ， ０ ｈ 动水位降深为 ２ ｍ ／ ０。 由于该井 主要 用 于供 暖 ， 常 年抽 水 ， 需 到 ２０ ０５年 ３月 ， 静水位 已下降为 一 ４ ．ｍ， １２ ２ 平均静 水位降深达到 １ｍ ｙ２０ ２ ／ ，０３年 以后 ， 地热井静水 位降深达到 ２ ｍ ｙ ０ ／ 。随着静水位 的逐年下降， 该 井 将 面临着 抽不 出地 热 水 的严 重 问题 ， 导 致 学 将 院的冬季采暖无法实现的严重局面。为解决此问
医疗 矿 泉水 。
图 １ 地 热 利 用 流 程 图
３ 梯级开发 利用地热资 源
该地热井能够承担学 院 ５ ５万 ｍ 建 筑的供 ． 暖任务 ， 主要取决 于其利用 模式采取 了梯级开发 利用地热水的模式 。 第１ 级 从地热井抽取地热水通过换热器进 入储水池 ， 换热器将第 １ 循环供暖管 网人 口水 级 温加热至 ５ ￣ ６ Ｃ。通过循 环泵将热 水供应 ２幢家 属楼 、 ３幢学 生公 寓 楼 后返 回换 热 器 循 环 加 热 ， 该
地热资源开发利用产生的主要环境问题及保护措施
地热资源开发利用产生的主要环境问题及保护措施摘要：地热是来自地球内部的一种自然能源，具有水资源和矿产资源双重属性，它是一种可再生资源，应用广泛、易于开发、费用低廉，可应用于工业、农业与人民生活等多个领域。
地热资源的开发对充分利用清洁能源、缓解当今世界能源紧张问题、发展循环经济有重要意义。
但随着对地热水利用范围和规模的日益扩大,开采量急剧增加,从而在利用过程中和利用后产生了诸如地面沉降、热污染、大气污染、水体污染、土壤污染等一系列主要环境问题。
本文分析了地热水开采利用、排放所产生的环境问题,并提出了防治这些问题的五项环境保护措施。
只有采取有力的保护措施，地热能才能成为真正的“清洁能源”，从而实现其可持续发展。
关键词：地热水；地质环境问题；环境污染问题；保护措施一、地热资源分布及利用我国蕴藏着丰富的地热资源[1] ,遍布30个省市和自治区,其中温泉出露最多的省是西藏、云南、台湾、广东和福建,约占全国的二分之一以上,其次是辽宁、山东、山西、湖南、湖北、河北和四川等省,每省温泉数都在50处以上。
地热水作为新能源中唯一的地下矿藏，它广泛应用于工业、农业与人民生活。
二、地热水利用产生的主要环境问题1、对地质环境的影响（地面沉降）近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等直接导致了地面沉降，其中过量开采地下水是引起地面沉降的主要原因。
如果超量开采地下热水引起水位下降[ 2 ] , 必然要引起热储层的压缩变形而导致地面沉降。
西藏羊八井地热田1983～1991年的监测结果显示, 热田南区地面沉降达276.16mm。
天津塘沽、大港的地热开采造成的地面沉降约为6～10mm/a[ 3]。
西安、昆明城区的地热开发也引起局部地区地面沉降，造成地面塌陷、房屋开裂等严重地质环境问题。
2、热污染就目前而言，大部分的地热井开发利用程度较低，多以单一利用为主，没有形成梯级的多次利用，尾水的温度仍然较高。
特别是利用地热供暖后的尾水，如果没有采取地热回灌或是相应的处理措施，尾水的温度甚至仍能达到40℃，如北京延庆和天津等地。
北京市水资源可持续利用研究
北京市水资源可持续利用研究北京市作为中国的首都，面对着着急剧增长的人口数量和面积不断扩大的城市规模，相应的，水资源问题也受到了极大的关注。
随着人们生活水平的提高，对水资源的需求也越来越高。
因此，如何合理地利用北京市的水资源，确保水资源的可持续利用，已经成为北京市发展的必要条件之一。
首先，了解北京市的水资源情况是非常重要的。
北京市的特殊地理位置使它的水资源十分珍贵。
作为一个内陆城市，北京城区完全依靠外部供水，而且北京市的水资源主要来自于长江、黄河和海河。
然而，随着城市的扩大，过度地利用水资源，加上严重的污染问题导致水资源的质量不断下降，这给北京市的可持续发展带来了极大的挑战。
为了解决这些问题，政府不断加强北京市水资源的管理和保护。
政府提出了一系列政策，以促进水资源利用的可持续发展。
其中，最重要的一项是节约用水。
政府呼吁人们节约用水，从而减少对水资源的需求。
政府还出台了一系列措施，如实行定量水价政策，进行水资源的监测和管理，加强城市地下水管理等，以确保水资源足够、质量优良，让人们更好的享用水资源。
此外，政府也积极鼓励推广可再生能源，例如太阳能和风能，减少对水资源的依赖，实现对水资源的可持续利用。
政府还推出了一些环保政策，例如在北京市的水资源保护区进行垃圾、污染源治理，从源头上保障了水资源的质量。
除了政府的措施，个人和企业在日常生活中也可以做出一些贡献。
例如，在个人日常生活中，可以合理用水，减少废水和废弃物的排放，有针对性的选择水资源的利用方式，减少浪费。
而在企业层面，可以选择环保型的生产设备，严格管理生产过程中的废水、废气等污染物，推广可再生资源等可持续的发展方式来降低对水资源的依赖。
总之，北京市水资源的可持续利用是一个长期而又复杂的过程。
无论是政府还是个人和企业，都应该尽自己的努力来保护和利用水资源，让我们能够拥有更好的生活。
同时，我们也要时刻关注水资源的变化，及时调整和改进水资源的利用方式，保护水资源的绿色生态环境，推进可持续发展。
房山地热报告
目录前言 (3)第一章自然地理概况 (6)第一节交通位置 (6)第二节地形及河流 (7)第三节气候条件 (8)第二章区域地质概况 (9)第一节大地构造位置特征 (9)第二节区域地层特征 (10)第三节区域构造特征 (12)第三章工区地热地质条件 (15)第一节地球物理场特征 (15)第二节新地球物理勘探方法的应用 (24)第三节地层 (25)第四节构造 (28)第五节地热形成条件 (30)第六节地温场特征 (32)第七节产水量分布特征 (34)第八节热储层压力变化特征 (35)第四章评价区地热水水化学特征 (38)第一节对兰格利厄—路德维奇图的分析 (38)第二节同位素地球化学分析 (40)第三节主要元素比值的分析 (42)第四节水中主要元素的变化 (45)第五章储量计算及评价 (48)第一节热储层的有关参数 (48)第二节资源量计算 (56)第三节弹性储量 (60)第四节储量计算 (61)第五节资源和储量的评价 (68)第六章地热资源开发利用综合评述 (70)第一节地热水质评价 (70)第七章热田开发的效益评述 (75)第一节投资效益分析 (75)第二节经济效益分析 (76)第三节环境效益分析 (80)第四节地热开发环境保护区的建立 (81)第八章结论与建议 (83)参考文献 (85)前言良乡地区赋存有丰富的地热资源。
五十年代中末期在良乡东昊天塔坡附近进行供水水源勘探时就发现了30℃左右的温水，1968年北京水文队（北京市地质工程勘察院前身）在良乡陶瓷厂院内施工地震观测孔时，获得了出水温度为36℃的地下热水。
七十年代良乡镇附近又先后施工了几眼地热井，井深均在1000m以内，出水最高温度为38.6℃。
八十年代初在良乡线路器材厂院内施工的一眼地热井，井深达到1300m，井底温度为43.7℃，出水温度为41.0℃。
到一九九五年良乡地区共有地热井10余眼，出水温度始终徘徊在36～41℃之间。
1995年7月北京市地质工程公司在长阳乡南广阳城附近施工了一眼地热井，井深1500m，出水温度达到54.6℃，为在良乡地区寻找温度较高的地热水指明了方向。
中国地热资源开发与利用的思考
中国地热资源开发与利用的思考我国利用温泉已有数千年历史。
新中国成立后，特别是在着名地质学家李四光的倡导下，于70年代初期开始了较系统的地热资源普查勘探工作，发现与圈定了一批有开发价值的地热田，为日后开发利用提供了资源条件。
30年来，随着我国的改革开放、经济发展、人民生活水平提高以及保护生态环境的要求，我国地热资源开发利用取得了长足发展，平均每年以12％速度增长，开采地区已遍及除上海市外的全国各省(区、市)，开采深度已从70年代初期的1000余米到目前的4000余米，开采利用最高温度已达250度。
据不完全的统计，年开采利用地热水总量已超过3．45亿m3，年利用总热量1776．31Mw，折合191．2万t标准煤的发热量。
我国地热直接利用(非发电)已处于世界的前列(第二位)，仅次于美国，我国地热发电由于受地理、高温地热资源条件等众多因素的影响．在21个地热发电的国家内，排在第13位，装机29．17MWe。
目前我国地热资源开发利用在地热发电、供暖、供热、医疗、洗浴、康乐、水产、温室等应用方面已形成一定规模与相应产业，产生了较好的经济、社会与环境效益。
当前我国地热资源开发利用溉况进入21世纪，我国地热资源开发利用面临着前所未有的发展机遇与有利条件：地热资源是一种清洁无污染或极少污染的清洁能源，开始受到人们的重视。
我国一些大城市为净化环境出现开发地热能部分替代常规能源的新形势，如北京、天津、西安等大城市，为治理大气环境，发展地热采暖呼声很高，北京市已将发展地热采暖列人能源调整规划；在我国一些地区为发展现代化高效生态农业，对开发清洁的地热能的积极性也很高。
地热资源既是一种清洁能源，同时又是一种具有医疗保健等多种用途的资源。
随着国家经济发展、人民生活水平提高，在人们普遍重视提高生活质量与健康水平的时候，地热资源的这一特有的作用已引起了人们广泛的注意。
一些旅游业、康乐业、房地产业的投资商，为了提高竞争力，吸引游客，休闲度假群体及购置房产者，开发地热资源建筑以温泉为依托的温泉度假村、温泉康乐中心、温泉住宅小区等，地热旅游业、地热房地产业如雨后春笋步入市场经济。
北京地热资源
北京地热资源北京地热资源勘查在北京地质工程勘察院历届地热工程技术人员的主要参与下, 自上世纪五十年代中期开始小汤山温泉地区的地热勘查、七十年代初期开展北京东南城区隐伏地热资源勘查工作以来, 经过近40年的不断努力,累计已钻地热井200多个, 累计钻进深度已近30万米, 对北京地区地热资源条件已取得比较清楚的认识, 其中以北京东南城区、小汤山和良乡地区勘查程度最高, 已投入了全面的开发利用。
勘查发现了四条地热带, 即怀来-延庆地热带、温泉-沙河-小汤山地热带、良乡-城区-天竺-李遂地热带和榆垡-凤河营地热带; 证实了具有地热资源开发利用条件的地区2372km2, 分属延庆、沙河、小汤山、良乡、城区、天竺、后沙峪、李遂、双桥和凤河营十个地热田或地热开采区（见图）; 地热钻井最大深度已超过4000m; 获得的最高地热水温已达88℃（井深3608m的京热59井）。
经勘查概略计算, 北京平原具有地热资源开发利用条件的2372km2范围内, 4000m深度以浅储存的地热资源总量约32195.756′1013kJ, 折合110.0亿t标准煤的发热量; 储存的地热水总量181.187′108m3, 所含热量317.2′1013kJ, 折合1.08亿t 标准煤的发热量; 每年可开采的地热水总量约1.087′108m3, 可利用热量1.9′1013kJ, 折合64.94′104 t 标准煤的发热量, 不足储层中储存总热量的万分之一, 表明了北京地热资源具有可持续利用的巨大潜力。
地热资源开发利用北京对地热资源的开发利用逐年增长, 目前地热和产井已增至100多眼, 开发单位上百家, 设备取水能力已超过6000m3/h, 年开采地热水总量已达1000′104m3,主要用于采暖、洗浴、医疗保健、休闲娱乐、温室种植、水产养殖、房地产开发等方面并已形成了一定规模。
温泉房地产开发地热是集热能、水和矿产于一体多用途的自然资源, 开发地热既可利用其热能, 亦可利用其水资源, 还可作为医疗矿水资源予以利用。
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1．2 地热资源应用中存在的问题…………………………………………………………………8 1.2.1 目前在地热资源应用中存在的主要问题 ………………………………………………8 1.2.2 热能转换与提取………………………………………………………………………………8 1.2.3 工程系统腐蚀…………………………………………………………………………………8 1.2.4 长期开采与地热水平衡问题…………………………………………………………………8 1.2.5 尾水处理………………………………………………………………………………………10
论文分类号
密
级
单 位 代 码 10183 研究生学号
吉林大学
硕士学位论文
地热资源应用及尾水处理研究
——以北京市为例
On The Application Of Geothermal Resource And Processing Of Wasted Geothermal Water __Taking The Case Of Beijing Area
2.地热资源特征………………………………………………………………………………10
2.1 地热资源类型……………………………………………………………………………………10 2.2 地热资源储量……………………………………………………………………………………13
3.地热水特征……………………………………………………………………………………13
3.1 地热水物理特征…………………………………………………………………………………13
3.2 地热水水化学类型………………………………………………………………………………14
3.3 地热水中有益元素组合…………………………………………………………………………14
3.4 有害元素组合……………………………………………………………………………………15
3.5 北京地下热水资源概况…………………………………………………………………………15 3.5.1 北京地下热水资源地质条件及特征…………………………………………………………15 3.5.2 北京地下热水动态特征………………………………………………………………………15 3.5.2.1 影响地下热水动态的主要因素……………………………………………………………15 3.5.2.2 地下热水水位动态特征……………………………………………………………………16 3.5.2.3 地下热水水温动态特征……………………………………………………………………16
4．3 水处理的工作原理…………………………………………………………………………17 4．3．1 水处理的物理原理……………………………………………………………………18 4．3．2 水处理的化学原理………………………………………………………………………20 4．3．3 本文采用的水处理方法…………………………………………………………………24
作者姓名：郑 桂 森 专 业：地质工程 导师姓名 卢 文 阁 及职称 副教授
论文起止年月：
年 月至 年 月
前言
地热作为一种资源正在为越来越多的领域所应用。它已经由最早的发电取暖发展到了目 前的养殖、种植、医疗保健以及娱乐、洗浴，成了人们高质量生活的标志。正因如此，地热 开发前景越来越广阔。 然而地热作为断断续续能量为人们利用绝大部分是利用水做为传输载体。地热水在形成过程 中不仅吸收了岩石中的热量，而且溶解了其储存运移经过的岩石中的各种元素，其浓度与地 球化学背景紧密相关。在利用过程中我们经常考虑的是有益的问题，对地热水利用之后对环 境的负面影响虑甚少。由于深部水源补给缓慢，造成水平衡破坏，水质含大量矿物质及腐蚀 性物质，对设备的破坏，综合利用程度不高对能量的浪费，长期地大量排放地热尾水对地表 环境的破坏。近年来政府部门已经明确意识到这些问题，对热水的应用管理提出了明确要求， 在规划开釆、综合利用、资源平衡、尾水排放等方面都提出了明确要求。这些都大大增加了 地热开釆利用的成本。打一口回灌井的技术要求和配套设备比釆水井还要严格；尾水处理中 目前己有许多对工业废水、生活废水的处理方法和实践，但价格昂贵，而且对地热水热、矿、 水三位一体的尾水处理尚无详细研究结论。
4．4 北京市地下热水处理方法讨论……………………………………………………………24 4．4．1 除氟……………………………………………………………………………………24 4．4．1．1 沉淀法………………………………………………………………………………24 4．4．1．2 吸附法（离子交换法）……………………………………………………………25 4．4．1．3 电絮凝气浮除氟法…………………………………………………………………25 4．4．2 除镉……………………………………………………………………………………26 4．4．2．1 化学沉淀法除镉……………………………………………………………………26 4．4．2．2 离子交换法除镉……………………………………………………………………26 4．4．2．3 铁氧体法除镉………………………………………………………………………26 4．4．2．3 吸附法除镉…………………………………………………………………………26
本文正是基于这种现状，为寻求合理价值的处理方法，在导师卢文阁教授指导下，釆用 多种材料吸附法对北京地区的不同地区尾水进行了处理研究，以期获得经济可行的方法，为 我们今后的环境保护作出贡献。
由于时间短，资金紧张，实验的项目和次数所限，本文中谬误难免，请名位专家指正。
目录
1． 地热资源利用和发展趋势………………………………………………………1
4.地热水应用前的水处理………………………………………………………………16
4．1 地热水应用前水处理的目的………………………………………………………………16 4．1．1 减少（降低）对人身皮肤剌激和损 降低或消除对人体有害的元素 ……………17 4．1．2 降低水产品中有害元素的含量………………………………………………………17 4．1．3 消除或降低对传输系统的腐蚀作用 …………………………………………………17
4．2 地热水应用前的处理装置…………………………………………………………………17 4．2．1 除硫装置………………………………………………………………………………17 4．2．2 除铁装置………………………………………………………………………………17 4．2．3 除氟装置………………………………………………………………………………17