（环境工程专业论文）国外近海冶炼废弃物深海填埋技术方案研究.pdf

摘要 摘要 由于受国内外环境政策影响以及课题研究兴趣和导向的影响，国内对于固 体废弃物深海填埋鲜有研究和应用，尤其是近海湿法冶金废弃物的深海填埋处 置和处理方法。本文结合巴新拉姆项目对国外近海冶炼废弃物深海填埋进行技 术方案研究。 首先，针对本项目，深海填埋必须取得主权国家环境许可。 其次，针对近海矿山冶炼固体废弃物的陆地渣库、回收利用和深海填埋处 置三种方案进行分析与比较，得出针对本项目的方案策略：深海填埋是目前可 行方案，陆地渣库是备用方案、回收利用是长远的理想方案。 第三，对本项目深海填埋的基础以及需要考虑的各种因素进行研究和论述， 深海填埋不仅要处理好废弃物本身，而且要充分考虑环境标准、自然环境、社 会生态、本底调查、环境监测与管理等各方面的影响因素。 第四，研究论述了本项目深海填埋需要满足基本的一般条件，海洋地貌调 查和分析，数学模型和分析，异重流符合条件和沿程速度数学测算，进行了小 坡度海沟水沙运动s s ii m 模拟和解释、大坡度异重流c f x 模拟和解释，比照既有 工程异重流泥沙运动勘察和模拟解释。结果表明本项目适用深海填埋技术。 第五，从深海填埋工程角度研究论述了需要考虑的问题，包括本项目的设 计基础、设计、安装、运行和控制、维护、风险、成本核算。 本文的研究目的为了在国际框架内、在许可国的法规下，研究一定条件下 深海填埋技术的岛国适用性和局限性，使其服务于中国企业，并且指出其风险。 关键词：伦敦公约近海冶炼废弃物深海填埋技术研究 a b s t f a c t a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ee n v i r o n m e n t a lp o l i c yi nb o t ht h ew o r l d w i d ea n dc h i n a ，a sw e l lt h e t o p i c so fr e s e a r c hi n t e r e s t i n ga n d t h eg u i d e ，d e e ps e at a i l i n gp l a c e m e n t ( d s t p ) w a s f e wo fr e s e a r c ha l s oa p p l i c a t i o ne l s ei nc h i n a h e r e b yt h ep a p e ra n dr e s e a r c ha sa r e f e n e n c eo fp n gr a m up r o j e e rw a sc o n & i c f e dt h 色t e c l i f i 6 1 6 9 ，, m e t h o ds t t i d yo f d e e ps e at a i l i n gp l a c e m e n ti nf o r e i g ne n t e r p r i s er e f i n e r yi n s h o r et a i l i n gs y s t e r r 【 f i r s t l y ，f o rt h er a m up r o j e c t ，t h ep r o j e c tm u s tg e tt h ee n v i r o n m e n t a lp e r m i to f t h e d e e ps e at a i l i n gp l a c e m e n t s e c o n d l y ，t h ec o m p a r em e t h o da s s e s s m e n tf o ri n s h o r er e f i n e r yt a i l i n gb e t w e e n t h eo n l a n dt a i l i n gs y s t e mo p t i o n ，r e c y c l es y s t e mo p t i o na n dd s t ps y s t e mo p t i o nw e r eb e a d d r e s s e di nt h er e s e a r c ha n da s s e s s m e n t f o rt h er a m up r o j e x ：t , t h ed s t po p t i o ni s f e s s i a b l e ，t h eo nl a n dt a i l i n gs y s t e mo p t i o nc a nb et a k e na st h eb a c ku pa n dt h e r e c y c l es y s t e mo p t i o ni st h el o n g t i m eg o a l t h i r d l y ，f o l l o w i n gw e r eb ea d d r e s s e d ，i n c l u d i n gt a i l i n g sc h a r a c t e r i s t i c s ， e n v i r o n m e n t a lc r i t e r i a ，d e e ps e ae n v i r o n m e n t ，s e aw a t e rc h a r a c t e r s ， e n v i r o n m e n t a la n ds o c i a l e c o l o g ys u r v e ya n dm o n i t o r ，e c t f o r t h l y ，m a r i n es u r v e ya n db a t h y m e t r y ，d s t pn u m e r i cm o d e l ，c f dm o d e l s i m u l a t i o n ( s s i i m ，c f x ) a n de x p l a i n a t i o n ，c o m p a r a t i o nw i t ht h e e x i s td s t p e n g i n e e r i n gs y s t e m f i t h l y ，d s t pe n g i n e e r i n gd e s i g na s p e c t sw e r eb ea d d r e s s e d i n c l u d i n gg e n e r a l ， p r o c e s sa n df a c i l i t i e sd e s i g n ，s u b s e ap i p e l i n ed e s i g n ，c o n s t r u c t i o n ，s y s t e m o p e r a t i o na n dc o n t r o l ，m a i n t e n a n c e ，r i s k ，c o s t ，e t c t h i sr e s e a r c hr e s u l t si nt h es u r ec e r t a i ni s l a n dc o u n t r yc o n d i t i o na n dt h ed s t p a p p l i c a b i l i t ya n dl i m i t a t i o nw i t h i nt h e 四o b a la n d l o c a lc o u n t r yl e g i s l a t i o nf r a m e ，a n d t h er e f e r e n c ew i t ht h er i s kf o rt h ec h i n e s ee n t e r p r i s ei n v e s t m e n t k e y w o r d s ：l o n d o nc o n s e r v a t i o n ，i n s h o r e ，r e f i n e r yt a i l i n g ，d s t p ，m e t h o ds t u d y i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在 解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：2 舀企 日期：兰型：生：2 第l 章绪论 l1 课题背景 环境、资源是国际社会意识到的影响2 1 世纪可持续发展的关键问题。资源 开靛利用是各国仍至全球经济发展的支柱而自然环境是人类生存和发展的基 础，而占地球表面积7 0 的海洋环境质量的好坏，直接关系到人类的生存和发展。 与陆地资源开发相比蓝色海洋将愈加举世瞩目，它是2 l 后世纪人类社会可持 续发展的宝贵财富和虽后空间( 见图卜1 ) 。世界各临海国都在声称海洋权属，制 定和实施各自的海洋战略国策。中国在9 6 0 万平方公里之外，根据联合国海洋 法公约和我国的一贯主张，可划归我国管辖的海域约3 0 0 万平方公里( 见图 卜2 ) 。此外，根据全球经济发展和中国能源安全战略中国走出国门开发世界 资源，目前已经走出了改革开放的阳光犬道。 闰自 豁 图1 - ! 全球海洋卫星图 ； _ 1 琴黪锈鬈 鹾藏 图1 2 中国东海和南海深海圈“ 海洋处置或海洋倾废是人类社会生存发展过程中利用和开发海洋举动之 一。海洋本身的稀释自净能力以及简便、费用低廉在一定程度上是海洋倾废的 原始依据：但是海洋倾废会不同程度污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链 北京丁业大学工程硕士学位论文 量曼曼皇曼曼曼曼! 鼍i 一一 一一一1 一一 一i o 一一i i 曼皇曼曼 造成一定的威胁。因此，开发和保护海洋必须协调发展。 海洋带来巨大经济发展的同时，海洋被污染和海洋自然生态平衡被破坏的代 价也不容乐观。随着世界人口的增加，工业化生产程度的提高，向海上倾倒的 废弃物的规模、数量和成分都较以前有了很大变化，向海洋输入的污染物质不 断增加，对海洋环境造成的污染损害己越来越严重。 1 9 7 2 年斯德哥尔摩人类环境会议为各国海洋倾废立法及制定海洋倾废政策 提供了方针及原则，制定了环境保护的蓝图。各国对海洋倾废的立法在各区域 国家范围内起到一定的作用；而从全球、人类等宏观和大众利益出发的海洋倾 废公约和协议也应运而生。 1 9 7 2 年伦敦倾废公约，即防止倾倒废弃物及其他物质污染海洋的公约， 1 9 7 2 年1 2 月2 9 日订于伦敦、墨西哥城、莫斯科和华盛顿；于1 9 7 5 年8 月3 0 日生效， 1 9 8 5 年1 2 月1 5 日对中国生效口1 。1 9 8 2 年1 2 月1 0 h 联合国海洋法公约在牙买加 签署，于1 9 9 4 年1 1 月1 6 日正式生效；我国于1 9 9 6 年5 月1 5 日批准联合国海洋法 公约；联合国组织与伦敦倾废公约一起的相关协商会议探讨海洋倾废问题， 而伦敦倾废公约正朝向联合国海洋法公约接轨哺5 3 1 。 伦敦倾废公约1 9 9 3 修正案，即“就逐步停止工业废弃物的海上处置问题 对( 1 9 7 2 年防止倾倒废物及其他物质污染海洋公约附件的修正案 ，简称 l c 4 9 ( 1 6 ) 号决议，由缔约国协商会议于1 9 9 3 年1 1 月1 2 日在伦敦通过，中国代表 在表决该决议时投了赞成票，该决议于1 9 9 4 年2 月2 0 日生效。 伦敦倾废公约1 9 9 6 议定书，即1 9 7 2 年防止倾倒废弃物及其他物质污染 海洋的公约1 9 9 6 年议定书，1 9 9 6 年1 1 月7 日订于伦敦，中国政府代表签署了该 公约，之后中国积极参与其各项活动。我国于2 0 0 6 年9 月1 日批准伦敦倾废 公约1 9 9 6 议定书并生效，2 0 0 6 年l o 月2 9 日将伦敦倾废公约1 9 9 6 议定书有 效性延伸至香港特别行政区嘲1 。 联合国海洋法公约规定了一系列的海洋制度，包括规定沿海国可享有至 多1 2 海里的领海、2 4 海里的毗连区、2 0 0 海里的专属经济区、至多不超过3 5 0 海 里的大陆架以及海洋环境保护等。 以伦敦倾废公约为开始，这些公约规定了禁止向海洋倾倒的有毒有害物 质，严格控制向海洋倾倒的有害物质和允许向海洋倾倒的一般物质，并通过缔 约国采取办法特别许可证和普通许可证制度，对向海洋倾倒废物和其他物质进 行管理。伦敦倾废公约系列公约的产生，是人类联合向海洋污染作斗争的一 种手段，也是全球化有条件利用海洋的一种尝试。它们要求协约国禁止向海洋 倾倒有毒工业废物、限制倾倒工业废弃物。 安全环保地处理矿业废物( 包括废石、弃土、矿渣和冶炼废渣等) ，是全球 矿业面临的最大的环境挑战，其处理费用占矿业公司的主要成本。现代露天矿 第1 章绪论 山有着非常高的废物产出比( 大致情况：9 9 吨废物1 吨铜；4 0 吨废物1 吨镍； 甚至更高) ，矿业产出大量的废物。例如，加拿大矿业每年产出约6 亿5 千万吨废 物，1 9 9 9 年产出1 6 1 亿8 千万吨矿石。据不完全统计至1 9 9 1 年底，金川铜镍矿开 发利用生产过程中，每年排放废渣中尾矿渣1 5 2 万吨，冶炼熔渣5 6 万吨左右( 年 产1 0 万吨金属左右) 。处置和储存这些矿业废物是严重的工程挑战。在全球每天 有矿渣大坝泄漏、破坏、渗出毒液；而目前的矿渣大坝带来的环境和社会灾难 压力饱受公众关注。 矿业废物的环境威胁不仅表现在占用土地空间方面，而且表现在毒性方面。 尤其是作为三大冶金方法( 火法、湿法、电冶) 之一的湿法冶金。矿渣一般含 有硫化物、镉、铜、银、铁、铅、锰、汞 锌、钴、镍、砷等；当硫化物暴露 在空气中时会被氧化，氧化物遇水转化为对环境有毒害的含硫酸性物质。此外 硫酸经常用于加速矿渣酸浸出。这些统称为酸性矿渣。酸性矿渣对矿区地表和 水体表面带来毒性影响。根据美国环保局指出，来源于矿业的水污染占据世界 上三大生态安全威胁之首。矿业废物的表现形式多样，如剥离碎石、浮土、矿 渣、矿浆等，其进入水体后表现为污泥。 矿业废物海洋处理是矿业海洋倾废的形式之一。通常废矿石、矿渣排入海洋 主要有两种方式，一种是直接排入当地天然河流中，再随河水流入大海；另一 种为深海填埋技术。第一种方法成本较低，但是由于难以对矿渣废物在大海中 的储存区域进行控制，而且不易沉降，扩散面积大，对海域污染大，直接影响 该区域的海洋生物生长，受到民众和组织强烈反对，因此不为大多数国家所用。 第二种方法需要确定排放区域近海海域的潮汐、温度、传导性、风力、海浪等 方面的条件，确定在该处实施深海填埋是否可行。然而在开发利用海洋、保护 海洋和禁止海洋倾废的导向矛盾下，深海填埋依旧饱经各界争议。 湿法冶金固体废弃物处理一直是个难以理想解决的问题，本文拟从近海矿业 采矿冶炼角度看待湿法冶金固体废弃物深海填埋技术，并从岛国应用角度进行 该技术的研究。 1 2 深海填埋技术发展概况 深海填埋或深海处置( d s t p ，d e e ps e at a i li n gp l a c e m e n t ) 是一种固体废 弃物海洋处置( s t d ，s e at a i l i n gd e p o s i t ) 的方法。深海填埋中文译文主要 考虑d s t p 实现的手段：利用海底斜坡和异重流作为自身动力，将自身向远一深处 填放；并且由于在洋底沉积和堆积，被后来的陆源沉积物和海水层填埋。它是 深海处置的一种方式。即国外近海矿山或冶炼厂通过海底管线向1 0 0 米或者更深 的海洋海床中倾倒矿渣或矿浆，连续的矿渣泥浆密度比海水大，在重力和异重 流的作用下沿着海洋斜坡一直滑向大洋深处，最后在1 0 0 0 米深水低坡盆地处积 聚。西太平洋矿业公司认为深海填埋是最好的解决方案。通过将矿渣排入海洋， 北京1 = 业大学t 程硕l 二学位论文 一 ii i 曼曼皇曼! 皇曼曼曼! 曼! 曼曼曼曼曼 矿业公司解决了陆地矿渣大坝、排洪等问题。由于地震平凡、多山岛屿没有平 地储存矿渣( 并且陆地急需用于农业) 、雨量充沛( 陆地矿渣大坝容易冲垮) ， 在这些地区陆地存储矿渣是充满危险的。在现代的深海填埋系统中，系统的目 标是在深海的缺氧层处置矿渣，矿渣在此较少可能地氧化和浸出金属：并且在 深海海洋生物较少，对人类食物链影响较小。 根据t a i t ( 1 9 8 1 ) 提出的主要分区方法哺引，海洋分为水层部分和海底部分。 水层部分通常可分为大洋、海、海湾海峡。大洋的水深深度一般大于- 2 0 0 0 米。海的一般水深小于2 0 0 0 米，水深小于2 0 0 米称为浅海区，水深大于2 0 0 米笼 统称为深海区。对于深海概念，除上面笼统将水深视为大于2 0 0 米有不同的定义， 有以5 0 0 米水深为界的，有以1 0 0 0 米水深为界的，或者在这之间再分为多层( 如 t a i t 介绍：浅海( 上层) 2 0 0 米、2 0 0 米( 中层( 1 0 0 0 米、1 0 0 0 米( 深海( 4 0 0 0 米、4 0 0 0 米( 深渊) 。 海底形态分为大陆边缘和大洋底( 盆地) 两部分。而大陆边缘是从海岸向 深海方向延伸的稳定形态，它包括大陆架、大陆坡和大陆隆。从低潮线向海直 至海底坡度突然变大和水深变深的地方是大陆架的范围，也有的以2 0 0 米水深作 为大陆架的下界：大陆架的特点是地势平坦、坡度较小，其边缘水深度一般在 1 0 0 - 2 0 0 米间。大陆架上的沉积物主要来自大陆的泥沙，由于受到风浪和潮流影 响，再加上上升流作用，泥沙在该处上下混合可达海底。大陆坡是大陆架外缘 向深海陡倾的海底倾斜部分，坡度最陡。大陆坡的沉积物主要为陆源泥沙。大 陆坡表面被海底峡谷间歇地切割，地形崎岖不平。大陆隆是大陆坡向大洋底盆 平缓倾斜过度的扇状沉积体，有海沟的地方缺失大陆隆。大陆架示意见图1 - 3 所示 n l 隧豫l 太麓囊 l 太 稳竣天倍纂l 椭劫镶謦，纛 矿 一。萄f 。! f 。 l 潮一蝴豢 - 镶 发 o 一细素 图1 - 3 火陆架示意图 深海填埋是最便宜的矿业废物解决方案。p l a c e rd o m e sd i c kz a n d e e 在 1 9 8 5 年撰文指出他们的陆地矿渣系统转为排入菲律宾的c a l a n c a n 湾，“目前的 海洋处置矿渣系统的运行成本比原有矿渣系统的运行成本少了一半 。加拿大 釜豫劢蠢 一鹱劢 一麓 一警勿 上降易曩 第l 章绪论 _ i _曼曼 ii 曼曼- i 皇寰量毫曼曼量曼皇鼍曼曼皇蔓鼍曼皇皇曼曼曼皇! 曼蔓寡 k i t s a u l t 矿，1 9 7 9 年给予例外许可，可以运行矿渣深海填埋系统，预计与原先 陆地矿渣处理系统运行成本比较起来，每年可省2 千5 百万加元。美国国土部指 出：平均而言，矿渣深海填埋系统比陆地渣库系统减少1 7 的固定投资和1 麟的 运行成本。 虽然将矿渣排入浅海、近海的历史由来已久，而且具有费用低廉的优点，但 是，近些年由于浅海被排入矿渣而造成了非常严重的环境生态后果，比如菲律 宾p l a c e rd o m e 的m a r c o p p e r 矿( 1 9 7 5 - 1 9 9 1 ) ，自从1 9 世纪7 0 年代以来，矿渣深 海填埋系统向更远和中层水域排出矿渣，加拿大的i s l a n dc o p p e r 矿和菲律宾的 a t l a s 矿，这些海洋处理系统造成了环境损害，因为矿渣并非向预计的那样呆在 设计区域，而回流到更浅的区域。 目前在国际上有很多矿业项目已经采用深海填埋技术，它们是： 英国：c l e v e l a n dp o t a s h ； 加拿大：i s l a n dc o p p e r 、k i t s a u l t 、j o r d a nr i v e rc o p p e r 、v o i s e y sb a y n i c k e l c o b a lt - c o p p e r ： 美国：a l a s k aj u m e a u ( a j ) g o l d 、q u a r t zh i l lm o l y b d e n u ma l a s k a ； 智利：h u a s c oi r o np e l l e t i s i n gp l a n t ； 秘鲁：t o q u e p a l a 、c u a j o n e ； 格林兰( 丹麦) ：b l a c ka n g e ll e a d - z i n c ； 印度尼西亚：m i n a h a s a 、b a t uh i j a u 、t o l k at i n d u n g 、a s i ap a c i f i c n i c k e l 、p t m e a r e ss o p u t a n 、a w a km a sg o l d ； 挪威：b a l l a n g e n ； 巴布亚新几内亚：m i s i m a 、l i h i r 、s u m b e r ig o l d 、w o o d l a r kg o l d ； 所罗门：b a g o t u 斐济：m o u n tk a s ig o l d 、n a m o s i ； 新克里都里：k a n a k y ； 巴拿马：p e t a q u i l l ac o p p e r ； 土耳其：c a y e lib a k i r ： 菲律宾；m a r i n d u q u ec o p p e r 、k i n g k i n g 、m i n d o r o 、t a m p a k a n ； 古巴：m o ab a y 。 深海填埋技术在国际上已经具备了一定的理论条件和实践经验。对于深海填 埋技术，在工程设计中应该重点考虑以下因素： ( 1 ) 脱气设施要保证排入深海中的流体没有空气，以免空气将流体带到海洋 上层区域； ( 2 ) 流体排出点的位置要低于混合区和生物区： ( 3 ) 排出流体的容重应该适合形成一定容重的水流，这样可以将流体带到更 北京t 业大学工程硕+ 学位论文 深的海洋层。 ( 4 ) 流体排入深海沟后，海沟的坡度可以保证将流体导入到一个即要有足够 的深度，还要使物料占用最小面积的区域； ( 5 ) 确保海洋上涌不能将流体带入到混合区。 1 3 深海填埋环境许可 深海填埋一般在所在国领土( 大陆架和领海) 实施，所以项目必须取得所在 国家的环境许可。 联合国海洋法公约涉及的专属经济区是领海以外并邻接领海的一个区 域，其宽度从领海基线量起不应超过2 0 0 海里。在这一海域，沿海国享有对其自 然资源的专属权利及其管辖权；其他国家享有航行权、飞越权以及铺设海底电 缆和管道的权利。而公海是“不包括在国家的专属经济区、领海或内水或群岛 国的群岛水域内的全部海域”。公海对所有国家开放，不论其为沿海国或内陆国； 任何国家不得有效地声称将公海的任何部分置于其主权之下；公海应只用于和 平目的。任何国家在公海享有六项自由：航行自由、飞越自由、铺设海底电缆 和管道自由、建造国际法所容许的人工岛屿和其他设施的自由、捕鱼自由和科 学研究自由。任何国家不得对公海行使管辖权，但公海上仍存在管辖权，它主 要与船舶所悬挂的旗帜相联系。 所以在一个国家领土、领海、专属经济区内进行深海填埋是一个主权国家 的内务。 1 4 深海填埋全球化影响和反晌 深海填埋除与所在国法规之外，一般还与联合国海洋公约、伦敦倾 废公约等公约相关。 据1 9 7 2 伦敦倾废公约的精神，涵盖的事宜包括从船只、飞机及海事构筑 物往海中及海床下的任何地方卸置及倾倒物质及物品，以及有关的装载运作及 海上焚化。伦敦倾废公约规定禁止向海洋倾倒附件1 ( 黑名单) 的废物例表， 获得主权国家自己的特别许可倾倒附件2 ( 灰名单) 的废物例表，附件卜2 之外 其他物质( 白名单) 获得主权国家自己的许可倾倒；没有单独对工业废物的海洋 处置作出规定；后续决议上对工业废物的含义是指制造和加工过程中产生的废 物，其中不包含天然组成的未经污染的有机物质和稳定物质。 “黑名单”的废弃物，主要包括含汞、镉和有机氯化合物的废弃物，强放 射性废弃物，原油和石油产品，塑料废弃物等，这一类是严格禁止向海洋倾倒 的物质。“灰名单”的废弃物，主要包括含砷、铅、铜、锌、氰化物、氟十七物、 铍、铬、镍等废弃物，含弱放射性物质的废弃物，各种废金属和金属容器以及 某些杀虫剂等，这类废弃物要采取特别有效的防范措施并经特别许可后才能倾 倒。“白名单 的物质，也就是除上述一二类以外的其他无毒无害或毒性害处很 第1 章绪论 轻的废弃物，倾倒这类废弃物也要在指定的区域内进行。 伦敦倾废公约第4 条规定禁止在海上倾倒任何物质或物品，但下列类别 则不在此限： ( a ) 疏浚挖出物； ( b ) 污水污泥； ( c ) 鱼类废物或工业性鱼类加工作业产生的物质； ( d ) 船舶、平台或其它海上人造结构物； ( e ) 惰性、无机地质物料； ( f ) 自然起源的有机物；以及 ( g ) 主要由铁、钢、7 混凝土和对其的关切是物理影响的类似无害物质构成 的大块物体，并且限于这些情况：此类废物产生于除倾倒外无法使用其它实际 可行的处置选择的地点，如与外界隔绝的小岛。 伦敦倾废公约1 9 9 6 议定书主要采取预防性的方式，要求缔约当事国保 护及保育海洋环境，避免受到各种污染源头污染，并根据本身的科学、技术及 经济能力，采取有效措施，防止、减少，并在可行情况下消除由在海上倾倒或 焚化废物或其它物质所产生的污染。更重要的是，在进行海上倾倒废物前，应 妥善考虑其它废物处理方法，例如再利用、再循环，以及陆上处理及或处置。 伦敦倾废公约1 9 9 6 议定书主要修订在于对倾倒废弃物的要求原则：除了议 定书附录1 清单上所列废弃物可有条件倾倒外，基本上禁止倾倒所有废弃物；这 与1 9 7 2 年公约规定( 除了公约附录1 所列的废弃物，其它则可有条件倾倒于海洋 中) ，成为强烈的对比。伦敦倾废公约1 9 9 6 议定书的规定附件1 是可以倾倒 物质例表；没有明确写入禁止工业废物的具体内容。附件l 中“可以考虑倾倒的 废物和其他物质名单中列出了工业废物的豁免物质类别，如疏浚物、阴沟污 泥、鱼废物或渔业加工作业中产生的物质、船舶和平台或其它海上人工构造物、 惰性的无机的地质材料、自然有机物等共7 项类别“ 6 l 引，条文如下： 附件1 可考虑倾倒的废物或其它物质 1 注意到本议定书第2 和3 条中的目标和一般义务，下列废物或其它物质可 考虑倾倒： 1 1 疏浚物； 1 2 污水污泥； 1 3 鱼类废物或渔业加工作业产生的物质； 1 4 船舶、平台或其它海上人工构造物； 1 5 惰性、无机地质材料； 1 6 自然起源的有机物；和 1 7 主要由铁、钢、混凝土和类似无害物质构成且主要仅造成物理影响的 北京工业大学工程硕十学位论文 大块物体、并且该类废物的生成地是与外界隔绝的小岛，除就地倾倒外，无法 选用其它切实可行的处置方法者。 2 第1 4 和1 7 款中所列的废物或其它物质可考虑倾倒，但须最大程度地 消除能产生漂浮碎片或以其它方式造成海洋环境污染的物质，并须被倾倒的物 质不对渔业或航行构成严重妨碍。 伦敦倾废公约没有违规责任处罚和赔偿条款，因此没有强制性，对违 反公约的行为没有约束力。而联合国海洋法公约所创设的争端解决机制，b 旷 强制性争端解决方式的国际海洋法法庭、仲裁、特别仲裁以及非强制性解决方 式的谈判、调解等在海洋环境保护方面发挥了重要作用p 3 。 可见伦敦倾废公约及其议定书明确地指明了反对海洋倾废的方向，顺 应人类日益重视环境保护的趋势；但并未明确详细界定可倾倒或不可倾倒更加 广泛范围，以及其国际法和国内法法律意义上的局限：此外的局限性在于它只 控制人为的海上倾倒废物，而通过河流、管道等方式倾倒没有具体化限制。所 以对于采矿和冶炼废物管道倾倒、深海填埋的定义和是否适用伦敦倾废公约 联合国海洋法公约海洋倾废界定，无论在学术上还是在实践上，仍存在较 大的争议n 们n 。我国海事法专家司玉琢指出，“以往人们对于海洋倾废的理解 上存在着一定的问题，对海洋倾废的概念的准确理解应注意以下问题从海 洋环境保护角度出发，不包括陆岸排污、船舶和海洋勘探开发废弃物和其他物 质处理的海洋倾废不可能是一个完整的海洋倾废概念。【7 0 1 ” 深海填埋与伦敦倾废公约一样，在国际上目前存在否定、赞成和保守 三种不同态度，即所谓的“制止型 、“利用型”、“中间型 观点n 卅咖3 。否定 的观点认为，深海填埋污染海洋环境必须制止。持赞成观点的人认为充分利用 海洋的稀释自净作用和环境容量，比将全部废物置于人类生存的陆地环境和地 表水环境是相对有益的。保守观点认为虽然在排放前对废物进行了必要的中和 和稳定化处理，但是其最终还是带来的环境影响，还需对海洋，尤其是深海的 物理化学过程、海水的输送速率、海床上海水垂直运动以及混合程度等作进一 步深入研究的基础上才能对海洋环境和生态造成的危害给出评价。保守观点至 少得到反对者和大众在内的大多数人赞同，我国本土基本上也是这种观点u 羽。 采用深海填埋方案的巴新l i h i r 金矿作业者l m c 在其官网1 嗍1 i h i r c o m p g 的f a c t o rs h e e t 3 的“环境管理责任”上宣称“符合当地国的法规和世界标准 。 “在海洋处置矿业废物方面已经严格应用符合国际条约和公约的要求， 比如联合国海洋公约( u n i t e dn a t i o n sc o n v e n t i o no nt h el a wo ft h es e a ( u n c l o s ) ) 和伦敦倾废公约( d u m p i n go fw a s t e sa ts e aa c t ( t h el o n d o n c o n v e n t i o n ) ) 。通过取得的深海填埋政府许可，许可要求必须严格向海洋生态 环境排入废岩石和矿渣，许可要求必须严格达到当地的水质标准，这些标准起 第l 章绪论 曼曼量曼曼詈曼曼曼詈曼曼鼍i _ 一一 ；i ii 。；l u 曼! 鼍曼皇曼鼍曼毫曼皇曼曼曼曼曼曼 源于也符合世界组织的标准。如，“世界卫生组织)( w o r l dh e a l t h o r g a n i s a t i o n ( w h o ) ) 、“美国环保局 ( u n i t e ds t a t e se n v i r o n m e n t p r o t e c t i o na g e n c y ( u s e p a ) ) 和“澳大利亚新西兰环保议会( a u s t r a l i aa n d n e wz e a l a n de n v i r o n m e n ta n dc o n s e r v a ti o nc o u n cil ( a n z e c c ) ) 。m 1 目前国际公约并没有明文禁止深海填埋。伦敦倾废公约、联合国海 洋公约并没有明文禁止通过陆地管线向海洋处置废物，它允许主权国家在严 格进行环境管理和许可的条件下授予海洋处置废物。深海填埋技术是向1 0 0 米以 下深海通过海底管线将废物排放。 发达国家也没有全面禁止深海填埋技术。深海填埋技术是研究特定地理和 物理条件下允许使用的海洋矿渣处理技术。深海填埋技术尤其那些岛上、近海 矿山，地理技术条件和人文社会条件许可，陆上不适合建尾矿库地方，是一项 日益成熟的矿渣处理技术。它通常为一些适用条件的国家接受( 如英国、法国、 加拿大) 并且在世界上许多矿山应用和运营。 各国对深海填埋的法规规定不一。发达国家，象美国严令禁止深海填埋并 且无一例外申请得到批准；加拿大自1 9 7 7 年后严令禁止深海填埋，而k i t s a u l t 矿是在老法规许可下的例外情形。而一些发展中国家由于经济发展和地理优势， 深海填埋得到许可，如菲律宾、印尼、土耳其、古巴、巴新等国。我国在国际 上的态度是积极支持伦敦倾废公约联合国海洋法公约。我国海洋倾废 管理法规的原则与上述两是一致的，是两个公约在我国范围内的应用，既符合 我国海洋倾废管理工作的需要，也符合国际公约的基本精神。在中国本土实旌 的海洋环境保护框架，以海洋环境保护法、海洋倾废管理条例和海 洋倾废管理条例实施办法等海洋倾废管理的一套较完备的法律体系。其主要 内容包括海洋倾废管理目标、海洋倾废管辖范围、海洋倾废管理对象、海洋倾 废主管部门、海洋倾废许可证制度、废弃物分类规定、海洋倾倒区选划原则以 及法律责任等等n 盯n 胡n 引。 一些非政府n g o 组织，如m i n e r a lp o li c yi n s t i t u t e ，h i n i n gw a t c h 等n g o 组织对深海填埋持反对意见m m 们n 9 儿舯m ；一些组织和国家对深海填埋高度重视， 如世界银行、美国、澳洲和英国。 深海填埋地区当地社区的人们由于利益不一，所持观点也不一。 与矿业公司有联系的科学界和独立的科学界对深海填埋也持截然不同的态 度。 如同伦敦倾废公约一样，深海填埋不仅是经济、科学问题，它还是个 政治问题。 从环境保护趋势和国际公约角度看，包括深海填埋在内的固体废弃物海洋 处置方法，在国际上目前面临着赞成和否定的态度。深海填埋是利用海洋具有 北京工业大学t 程硕0 二学位论文 j i i 。 -,i i i , i i i i 曼曼曼鼍 相对的巨大稀释能力和净化能力；但是它仍对海洋带来绝对的环境影响和一定 的环境危害。以伦敦倾废公约为代表的海洋环境保护意识和趋势导向是新 世纪的主流，在环境可持续发展的框架下，深海填埋虽然具有自然地理经济优 势，是充分利用异重流优势的典范，同时具有一定时空的限制性。具体项目、 深海填埋利弊需要采用审慎的态度具体分析综合评估。对于本文研究巴新拉姆 项目，深海填埋是否符合伦敦倾废公约许可或例外概念范围存在两派争议， 但不难依据海洋环境保护和趋势得出其时空局限性：无论依据伦敦倾废公约 和联合国海洋公约，深海填埋取得其国家的许可是其主权内部事务。 1 5 本文主要研究内容 1 5 1 主要研究内容 本文主要研究内容为：固体废弃物海洋处置涉及的国际公约和环境保护趋 势，国外近海冶炼废弃物陆地渣库、回收利用和深海填埋三种方案比较分析、 深海填埋对象和相关因素、深海填埋技术评估、深海填埋工程设计、深海填埋 工程实例介绍。具体内容如下： 首先，深海填埋必须取得所在主权国家的环境许可。从环境保护趋势和国 际公约角度研究论述。包括深海填埋在内的固体废弃物海洋处置方法，在国际 上目前面i 临着赞成和否定的态度。深海填埋是利用海洋具有相对的巨大稀释能 力和净化能力；但是它仍对海洋带来绝对的环境影响和一定的环境危害。 其次，从湿法冶金废弃物处置方案选择角度研究论述。针对近海矿山冶炼 固体废弃物的陆地渣库、回收利用和深海填埋处置三种方案进行分析与比较， 得出针对具体项目的方案策略：深海填埋是目前可行方案，陆地渣库是备用方 案、回收利用是长远的理想方案。 第三，从深海填埋对象和相关因素角度进行研究论述。对深海填埋的基础 以及需要考虑的各种因素进行研究和论述，深海填埋不仅要处理好废弃物本身， 而且要充分考虑环境标准、自然环境、社会生态、本底调查、环境监测与管理 等各方面因素。 第四，从深海填埋技术评估角度进行研究和论述。研究论述了深海填埋需 要满足基本的一般条件，海洋地貌调查和分析，数学模型和分析，异重流符合 条件和沿程速度数学测算，进行了小坡度海沟水沙运动s s i i m 模拟和解释、大坡 度异重流c f x 馍拟和解释，比照既有工程异重流泥沙运动勘察和模拟解释。对具 体项目的深海填埋可行性研究和论述，结果支持项目适用深海填埋技术。 第五，从深海填埋工程角度研究论述需要考虑的问题。包括设计基础、设 计、安装、运行和控制、维护、风险、成本核算。 研究内容和研究思路逻辑见图1 - 4 。 圃圆衄 躅圜圈曩目 l 圄盘蟹 j 二 圉1 - 4 研究内容和研究思路逻辑圈 15 2 重点 本文研究的重点是近海冶炼周体废弃物方案选择比较，深海填埋对象和相 关因素、深海填埋技术评估、深海填埋工程。 1 6 本文研究目的和意义 1 6t 研究目的 国内由于受国内外环境政策导向影响以及课题研究兴趣和思想的限制影 响，对于固体废弃物深海填埋鲜有研究和应用。无论从理论、道德、技术、应 用、正向和负向研究等方面考虑，我们认为有必要、有价值研究此类课题。 我国面临着巨大的能源、资源，环境安全问题。我国出产的石油、煤、矿 等能源和资源远远不能满足生产和生活的需要依赖于大量的国外进口：我们 的能源、资源与环境的压力矛盾巨大，能源、资源的工艺、技术、开发指导思 想等等都有待于可持续发展、走循环经济的道路。在上述内需和环境矛盾的形 式下，中国和中国企业走出去。既保护本国资源和能源，又能拓展国际能源、 资源同时也尽到相应的环境安全义务。 本文研究的目的：在国际框架内、在许可国的法规下，研究一定条件下深 海填埋技术的适用性和局限性，使其服务于中国企业并且指出其风险。 162 研究意义 本文研究的深海填埋和我们中国的一些项目、课题有着直接或相关的联系。 北京工业大学t 程硕十学位论文 随着全球经济一体化和中国企业竞争力的上升，越来越多的企业参与了国际的 能源和建设项目，其中不少项目在第三世界亚非拉国家。如何在所在国和地区 进行固体废弃物合理处理，既赢得中国利益，又为所在国和地区某利益走可持 续发展道路。大洋金属结核资源丰富，如金属镍在陆地分布都是贫镍，即低品 位，而洋底金属铜钻锰镍结合品位高，并且采洗成本比陆地便宜。中国在8 0 年 代后追随海洋强国进行大洋探矿、并且在不久将来要进行大洋采一洗矿，并且同 样面临采一洗处理。海洋石油勘探开发中的泥浆和钻井液处理，也可借鉴深海填 埋方式。 中国目前虽然建立了海洋环保法规标准体系，2 0 0 2 年8 月批准了我国包括入 海排污口、陆源污染物深海排放口等特殊利用区在内的全国海洋功能区划分 划，建立了海洋倾废区监测技术规程口幻，但是近海固体倾废仍不容乐观 1 5 , 1 , 6 2 3 ，一些过时的方式需要革新和改造乜钆2 钆锄。国内去年发布海洋生态调查规 范，今年开始实施；而国外企事业组织对于生态社会环境调查、影响评价体系 完整，操作成熟。等等。 所以，本文研究的意义和应用价值可以体现但不仅限于如下几个方面： 中资国外近海矿山固体废弃物处理工程一深海填埋借鉴； 大洋采矿洗矿固体废弃物处理工程借鉴； 海洋勘探开发固体( 淤泥) 废弃物海洋处理工程； 传统近海固体倾废抛弃方式革新和借鉴； 社会经济环境生态本底调查借鉴。 第2 章巴新拉姆项目介绍 第2 章巴新拉姆项目介绍 本文研究采用的实例基本以巴新拉姆( r a m u ) 项目介绍为主。世界级的巴 新拉姆项目位于南太平洋岛国巴布亚新几内亚的马丹省境内，它以低成本处理 红土镍矿，生产和销售高品位的硫化镍钴中间商用产品。拉姆项目获得巴新国 家矿业开采和环境许可。以下简单介绍巴新的基本国情、项目基本和工艺介绍。 包括深海填埋涉及到所在地的自然地理、工业基础、经济就业、环境和社会生 态等基本情况。 2 1国情介绍 巴新，即巴布亚新几内亚独立国。巴新地图见图2 1 所示。属于西南太平洋 岛国，西邻印度尼西亚的伊里安查亚省，南隔托雷斯海峡与澳大利亚相望。它 由北部的新几内亚和南部的巴布亚两部分组成，包括新几内亚岛( 伊里安岛) 东部和布干维尔、新不列颠、新爱尔兰等6 0 0 多个岛屿，岛屿数量位居世界第二。 巴新属于热带雨林岛国。海岸线全长8 3 0 0 公里。海拔1 0 0 0 米以上属山地气 候，其余属热带雨林气候。5 - 1 0 月为旱季，1 1 4 月为雨季，沿海地区平均温 度2 1 1 3 2 2 ，山地比沿海低5 - - 6 。年平均降水量2 5 0 0 毫米。地震、海啸、 洪水、泥石流自然灾害频繁。 巴新是发展中国家，资源丰富，经济落后，财政收入的主要来源是税收和 国际援助。2 0 0 2 年联合国开发计划署人类发展指数显示，巴新在1 7 4 个国家中列 第1 3 3 位，居南太岛国之末。 巴新工业基础薄弱，但矿藏丰富，国民经济5 0 以上的出口收入来自矿业。 金、铜产量居世界前列，铜矿储量9 4 4 亿吨，黄金储量1 8 3 1 吨，铜金共生矿储量 约4 亿吨。此外还有富金矿、铬、镍、铝矾土、海底天然气和石油等资源。巴新 矿业分布见图2 1 所示。 巴新比邻太平洋，因为自然地理优势，风景和环境优美，农林渔业丰富， 是国民经济的支柱。巴新海洋资源丰富，深海填埋海洋条件见图2 2 所示。 巴新人民生活水平低下，相当一部分人民迄今仍过着原始部落自给自足经 济生活，近4 0 的人口挣扎在国际贫困线以下。社会治安和健康卫生水平很差。 巴新文化教育总体落后。国民识字率、职业教育和大学教育和素质等方面 不足。 巴新是国家独立、人民自由国家，也是英联邦成员国之一。曾经受澳大利 亚政府托管多年。由于人民自由意识、政府间交往、国家历史、民族、经济、 社会人文等方面的特色，使得许多项目外国投资者深感复杂。 北京i 业大学i 程硕士学位论文 一 一一一 + ；!扎。：，：。 、 自_ - ： 一 2 乡： + ， ，一。 。 j r *二 图