海洋石油勘探开发污染物排放管控分析与建议

吴 迪 丛丕福 程嘉熠 王晓萌 苏 晴 周 鑫 刘 珂 韩建波

(1.中海油研究总院有限责任公司;2.国家海洋环境监测中心)

0 引 言

随着经济飞速发展,陆地能源日趋紧张,海洋石油开发已成为人类获取能源的另一重要途径,海洋能源将成为能源增长的原动力[1]。近年来,随着海洋石油勘探开发技术的不断提升,海洋石油的开采力度逐渐加大,海上油气开发已经成为重要的能源增长极。预计2022年中国海洋原油产量达到5 760万t,继续保持全国原油增量的领军地位。海洋油气开发的广度和强度在逐渐加大,海洋环境污染事件逐步增多。为了加强对我国海洋石油勘探开发过程中污染物的排放管理,2009年GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》(以下简称为GB 4914)颁布实施[2]。随着海洋石油开发污染海洋事件的不断出现,现有海洋石油勘探开发管理体系不完善,部分石油勘探开发管控要求不明确、不完备,部分污染要素采样测试标准缺乏可操作性等矛盾逐渐显现,海上石油勘探开发相关标准制修订工作还有很大的发展空间[3-4]。国际社会各国国内立法和国际条约之间对于海上石油钻井平台是否划入“船舶”范围,有着不同的法律规定。在各国际公约、区域性条约和可参考的国内法中,虽然有诸多关于防治海上石油污染的规定,但是有部分将钻井平台纳入了船舶范畴进行管理规范。因此,收集总结国内外海洋石油勘探开发和船舶在排放污染物管控方面的要求,思考并解决执行和监管中遇到的问题,有助于进一步规范海洋油气开发要求,加强海洋油气行业的环保措施,有效降低乃至避免海洋石油勘探开发所造成的污染,更好地满足海洋石油勘探开发方面的环保要求。

1 分区距离

分区距离指的是石油勘探开发过程中对污染物排放分级管控所依据的空间距离。不同国家和组织对分区距离的规定不尽相同。《国际防止船舶造成污染公约》(MARPOL)是防止船舶因操作或意外原因污染海洋环境的主要国际公约(以下简称为MARPOL公约)[5]。该公约适用于航行船舶以及固定或浮动式平台。该公约一共包含六个附录,主要对6类有害物质的处理和排放(包括排放入海和排放到大气)做出详细要求,包括附录Ⅰ(矿物油)、附录Ⅱ(散装运输的有毒物质)、附录Ⅲ(包装形式运输的有害物质)、附录Ⅳ(生活污水)、附录Ⅴ(垃圾)和附录Ⅵ(空气污染)。MARPOL公约附录Ⅳ规定“禁止直接排放生活污水,除非船舶配备有经认可的生活污水处理装置,或在距离最近陆地3海里以外排放经粉碎和消毒的生活污水。12海里以外可排放未经粉碎和消毒的生活污水”。美国、英国和澳大利亚等也都是采用3海里和12海里为依据来划分[6]。对于钻井液和钻屑以及生活垃圾,大部分公约标准也都是以3海里和12海里为分级管控要求。国内对海洋石油平台生产水、钻井液和钻屑的管控要求标准主要是GB 4914。在生活污水和生活垃圾管控方面,除了GB 4914外,船舶相关标准也可参考。

GB 4914在海区等级划分时以特定海域和距离海岸4海里以内的海域、4～12海里内的海域、其他海域等标准来划分海区等级。这是参照GB 3552—83《船舶污染物排放标准》制定。该标准针对不同类型的污染物以距最近陆地4海里以内海域、4～12海里范围内的海域、12海里以内海域、25海里以内海域等为海区等级划分依据的。2018年新修订的GB 3552—2018《船舶水污染物排放控制标准》(以下简称GB 3552)[7]已参照MARPOL公约附录Ⅳ,按距陆地3海里、12海里为基准对生活污水排放做出不同要求。因此海区等级划分也可参照相关公约标准的变化以3海里和12海里为依据进行分区距离调整优化。

2 生产水

不同国家和组织[8-17]对石油勘探开发生产水的含油浓度要求如表1所示。

OSPAR公约即《保护东北大西洋海洋环境公约》,是东北大西洋的沿岸国为保护海洋生态系统而缔结的一项区域性公约,主要目的是为防止来自陆地、近海设施排放的污染物和海洋倾倒废物污染海洋。OSPAR公约要求海上设施排放生产水的月均含油浓度不得超过30 mg/L,允许的最大含油浓度不超过100 mg/L,12 h内排放的生产水含油量不得超过1 t。由表1可见,不同国家和组织对月均排放浓度要求基本接近,但对单日最大浓度要求差别较大,OSPAR公约、科威特公约及英国和澳大利亚的要求一致,都是100 mg/L,其他国家则相对严格且比较接近,单日最大浓度约为30～40 mg/L。

相比而言,中国GB 4914标准对于生产水进行分级分区管控,一级海域的管控相对严格,与欧洲最严格的管控要求相当,三级海域的管控要求略有宽松,与其他公约组织或国家相比,处于中等水平。

3 钻井液和钻屑

钻井液由水或油、黏土、化学处理剂及一些惰性物质组成,在石油勘探开发钻井过程中用来润滑和冷却钻头、携带钻屑、平衡地层压力和稳定井壁等。不同国家和组织对于钻井液和钻屑的管控要求如表2所示。

表2 不同国家和组织对石油勘探开发过程钻井液和钻屑的管控要求

海上钻井对海洋环境的污染主要包括钻屑污染、废弃钻井液污染、废水污染、钻井过程中噪声污染和弃置钻井平台污染等,其中钻屑、钻井液和废水是主要污染物。就钻井液体系来说,国内外均把钻井液分为水基钻井液和非水基钻井液。非水基钻井液包括油基钻井液和合成基钻井液。钻屑分为水基钻井液钻屑和非水基钻井液钻屑。钻井液对环境的影响程度取决于所使用的钻井液类型和主要的环境条件。在海上,较之油基钻井液,各种水基钻井液通常危害性最小。不同国家和组织对于钻井液和钻屑的管控要求有所不同。根据表2来看,对水基钻井液一般要求较为宽松,部分可以直接排放,部分要求离岸一定距离排放,也有的则是禁止排放。而对于油基钻井液和合成基钻井液基本所有国家或组织要求都是禁止排放。对于钻屑,对油基钻井液和合成基钻井液伴随产生的钻屑控制严格,一般禁止排放。一般要求含油量不超过1%,重晶石干重计,汞含量不超过1 mg/kg,镉含量不超过3 mg/kg。

国标GB 4914要求非水基钻井液(油基钻井液和合成基钻井液)不得排放入海。其他水基钻井液、水基钻井液钻屑和非水基钻井液钻屑达到以下要求经批准后可向海排放:一级含油量≤1%,二级≤3%,三级≤8%;重晶石干重计,一、二、三级都是要求汞含量不超过1 mg/kg,镉含量不超过3 mg/kg。上述要求与国际上对海洋石油平台的排放要求基本一致。

4 生活污水

4.1 污水定义

MARPOL公约中《附录Ⅳ 防止船舶生活污水污染规则》把船上产生的污水废物分为黑水和灰水两类,统称为废水。黑水具体指船上产生的如下废物:

1)各种形式的厕所排出物和其他废弃物;

2)医务室(药房、病房等)的面盆、洗澡盆和这些处所排水孔的排出物;

3)装有活畜活禽等处所的排出物;

4)混有上述排出物的其他废水。

《附录Ⅴ 防止船舶垃圾污染规则》的实施指南中,明确给出了灰水(grey water)的定义:灰水是指洗碗水、淋浴、洗衣房、浴缸和洗脸盆排水管的排水。

国内关于海上生活污水标准政策较多。除了GB 4914和GB 3552外,还有2015年修订的国家标准GB/T 10833—2015《船用生活污水处理设备技术条件》[18]和2018年1月生态环境保护部颁布的《船舶水污染防治技术政策》[19]。《船用生活污水处理设备技术条件》在把生活污水称为“黑水”的基础上,新增了“灰水”的定义。灰水指“除黑水外的其他生活废水,包括洗碟水、淋浴水、洗衣水以及洗脸水等”。船用生活污水处理装置随着该标准实施,也都已升级改造为具备综合处理“黑水”和“灰水”的能力。

《船舶水污染防治技术政策》中则明确提出生活污水是指船舶上主要由人员生活产生的污水,分为黑水和灰水两类,其中黑水包括:1)任何形式便器的排出物和其他废物;2)医务室(药房、病房等)的洗手池、洗澡盆,以及这些处所排水孔的排出物;3)装有活的动物处所的排出物;4)混有上述排出物或废物的其他污水。灰水是指来自洗碗水、厨房水槽、淋浴、洗衣、洗澡池和洗手池下水道的排水,不包括来自货物处所的排水。

目前在国内海洋设施排放生活污水管控标准方面GB 4914和GB 3552这两个标准在分级管控和排放污染物种类及浓度限值等方面有所差异[20]。GB 3552中生活污水定义实际上只有黑水概念,未包括灰水。但在后面附表中加上了灰水概念,在后面船舶垃圾分类表中提到了灰水。生活废弃物定义为“船上起居处所产生的各类废弃物,不包括生活污水和灰水(洗碟水、淋浴水、洗衣水、洗澡水以及洗脸水等)”。早期海上开发活动中,海洋油气田作业人员常常在海上长期作业值守,很难要求他们把淋浴、洗衣用水和厨房、厕所清洁用水区别处理分别排放。近几年,为进一步消减污染物排海总量,渤海海域部分海上油气田开始将“灰水”过滤后与生产水一同回注地层,“黑水”单独进入生活污水处理装置处理后外排。

而GB 4914中生活污水定义为“由海上钻井平台、油气生产设施区的厨房、洗手间排出的含有洗涤剂的污水,厕所排出的含有粪、尿的污水以及医务室排出的污水”[2]。这个定义,虽然考虑了厨房、洗手间排出的含有洗涤剂的污水,但没考虑淋浴、洗衣等日常生活废水,没有把传统意义上的“灰水”概念都涵盖在内,因此需要进一步补充明确。

4.2 排放要求

MARPOL公约禁止直接排放生活污水,除非船舶配备有经认可的生活污水处理装置,或在距离最近陆地3海里以外排放经粉碎和消毒的生活污水。12海里以外可排放未经粉碎和消毒的生活污水。船速不低于4节,且排放速率不超过主管机关制定的标准。MARPOL公约附录Ⅳ(生活污水)则根据2010年1月1日前后安装(更换)污水处理装置的不同而分别要求BOD5、SS、耐热大肠菌群数、CODCr、pH值、总氯(总余氯)。

GB 3552标准对船舶生活污水排放,增加pH值、CODCr、总氯(总余氯)、总氮、氨氮和总磷等污染物控制项目。国内船舶与海洋石油生活污水污染物排放限值对比见表3。

表3 国内海洋石油开发与船舶生活污水污染物排放限值比较

2012年1月1日前安装(更换)污水处理装置的要求BOD5、SS、耐热大肠菌群数(个/L)三个指标,2012年1月1日后安装(更换)污水处理装置的除上述三个指标外,还要求CODCr、pH值(无量纲)、总氯(总余氯)。而对CODCr的要求较GB 4914严格,浓度限值是125 mg/L。GB 4914中生活污水只对CODCr做出浓度限制,GB 4914中CODCr浓度限值是:一、二级海域为300 mg/L;三级海域500 mg/L。

我国船舶生活污水排放执行与MARPOL公约附录Ⅳ对应的GB 3552,该标准中仅对距陆地3海里以内的海域有具体的排放污染物浓度限制,而其他海域仅有粉碎消毒和船速要求,未做浓度要求。排放控制要求与MARPOL公约保持衔接,污染物排放限值方面对于2021年以后安装生活污水处理装置的客运船舶,略严于MARPOL公约的要求。

生活污水的排放,目前GB 4914比GB 3552要严格很多。GB 4914对于全海域包括一、二、三级海域,无论是12海里内外都有明确的COD排放浓度限值要求,级别越高要求越严,对超过12海里的三级区域还做出COD小于500 mg/L的限制。一、二级海域还有粪便的粉碎消毒要求。而船舶标准中仅对3海里以内(含)海域做出明确严格的浓度排放限制,其他海域只有粉碎消毒和排放速率要求。3海里以内可以处置在污染物浓度限值达标后航行排放。COD排放标准125 mg/L要严于GB 4914。而GB 4914在一级海域以内要求是300 mg/L。

因此可以考虑参照国内外船舶污染物排放要求,在一、二级海域外适当放宽要求,其他海域取消具体排放浓度限值要求,只做粉碎、消毒和排放速率要求。

4.3 测试方法及指标体系

当前海洋石油勘探开发平台生活污水检验测定方法要求已不能满足需求。生活污水中的COD测定方法在GB 4914规定为重铬酸盐法(GB/T 11914—89)。2017年生态环境部对该标准进行了修订,用HJ 828—2017重铬酸盐法替代对测定生活污水中的COD。在实际中,海上生产设施由于采用电解法处理生活污水,经常会混入部分海水,导致处理后的生活污水中氯离子浓度高,超过重铬酸盐法的氯离子检测要求,容易造成较大误差。因此对于稀释后含氯化物浓度大于1 000 mg/L的含盐水体,重铬酸盐法并不适用。为了降低氯离子的干扰稀释样品经常导致COD出现未检出或者低于方法检出限、方法测定下限的结果,导致检测结果不可信。而高锰酸钾法氧化率较低,适合测定COD含量较低的水质,因此对于COD值相对较高的生活污水更不适用。这也是国际上测定污水COD大都采用重铬酸盐法的原因。

如何消除氯离子对COD测定值的干扰已成为环境监测关注的焦点。因此,建议在检验测定方法中增加专门针对海洋石油勘探开发生活污水中COD检测的方法。HY/T 264—2018《海洋石油勘探开发生活污水化学需氧量的测定 硝酸银屏蔽-重铬酸盐氧化法》适用于氯离子质量浓度不大于20 g/L的海洋石油勘探开发过程中产生的含氯生活污水中COD的测定,其他行业的生活污水的COD测定也可参照使用。

目前对于生活污水指标体系问题,生活污水氯离子浓度高存在COD出现检测偏差问题。而原来根据国家节能减排政策和国家海洋局排污费收取的有关规定[21],管理监测部门目前只对COD进行检测,BOD5未进行检测。另外BOD5的现场化验不容易操作,如果污水拿到陆地检测,由于路途时间等限制,水样性质会发生改变。因此未来如何进一步研究完善生活污水污染控制指标体系是一个值得深入研究思考的问题。

5 结 论

总体看,不同国家和组织对石油勘探开发中的要求大体上一致,个别有所差别,其中包括生产水、钻井液和钻屑、生活污水等各方面。

从海洋石油勘探开发污染物排放的国内管控要求来看,总体而言国内的标准相对较为严格。未来建议结合国内海洋石油勘探开发行业污染物排放水平、治理技术发展、海洋生态环境保护要求综合设定海洋石油勘探开发污染物排放标准体系,包括在分区距离、生活污水定义、污染要素测定方法方面进一步优化完善。

1)建议海区等级划分可依据特定海域和距离海岸3海里以内(含)的海域、3～12海里范围内的海域、其他海域等进行调整优化。

2)生活污水定义进一步补充明确,明确黑水和灰水定义与范围,并分别明确管控要求。

3)污染要素测定方法可根据调研和实验结果适当调整优化。