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注入井は、砂岩や石灰岩などの多孔質の岩石層の地下深く、または浅い土壌層の内部またはその下に流体を注入する装置です。流体は、水、廃水、塩水（塩水）、または産業化学廃棄物が混合された水である可能性があります。[1]
意味
米国環境保護庁(EPA) は、注入井を「掘削、掘削、または打ち込みされたシャフト、または幅よりも深い掘削穴、または改良された陥没穴、または地下流体分配システム」と定義しています。井戸の建設は、注入される注入流体と注入ゾーンの深さによって異なります。地球の地表の深部に有害廃棄物または二酸化炭素を注入するように設計された深井戸には、複数の保護ケーシングとセメントの層がありますが、飲料水源の中または上に非有害流体を注入する浅井戸は、より単純な構造になっています。[1]
アプリケーション
注入井戸はさまざまな目的で使用されます。
廃棄物処理
処理された廃水は、地表水の汚染を避けるために、不浸透性の岩石層の間に地中に注入することができます。注入井は通常、注入物が周囲の環境と混ざるのを防ぐために、深いところまで固い壁のパイプで造られています。[1]注入井は、地下水をフィルターとして利用し、帯水層に到達する前に廃水を処理します。この廃水処理方法は、注入物を広範囲に拡散させるのにも役立ち、環境への影響をさらに減らします。[要出典]
米国には、化学メーカー、石油精製所、食品製造業者、都市下水処理場などの産業で使用されている深部注入廃棄物処分井戸が約800基あります。[2]米国の石油・ガス採掘井で生成された生産水のほとんども深部注入井戸で処分されています。[3]
廃水注入井戸の批判者は、地下水汚染の可能性を懸念している。注入された廃棄物の一部が地下水に与える影響は十分に理解されておらず、科学機関や規制機関が、2012年時点で68万以上の井戸がある米国における廃棄慣行の急速な拡大に追いついていないと主張されている。[4]
注入井戸の代替案としては、処理済み廃水を直接受水域に排出すること、石油掘削や水圧破砕で生産された水を再利用用に調整すること、処理済み水を灌漑や家畜の給水に利用すること、産業廃水処理場で水を処理することなどがある。[5]直接排出では水が広範囲に拡散しないため、環境への影響は河川の特定の区間とその下流域、または沿岸水域に集中する。生産水が塩分を多く含む傾向がある地域では、大規模な灌漑は一般的ではない。[5]また、この方法は法外な費用がかかることが多く、継続的なメンテナンスと大量の電力消費が必要となる。[6]
ハワイ州マウイ郡は、1990年代初頭以来、ラハイナ廃水再生施設の下に注入している1日300万～500万ガロンの廃水をめぐり、その水が浸出液となって藻類の大量発生やその他の環境被害を引き起こしているとして争ってきた。約20年後、注入水の半分以上が近隣の沿岸水域に現れていることが複数の調査で判明したことを受け、環境保護団体から訴えられた。訴訟の判事は郡の主張を退け、郡は連邦から数百万ドルの罰金を科される可能性があった。2001年の同意判決では、郡はハワイ州保健局から水質認証を取得することが義務付けられていたが、訴訟が提起された2010年まで取得していなかった。[7]この訴訟は、米国第9巡回控訴裁判所を経て、米国最高裁判所に持ち込まれた。 2020年に裁判所は、マウイ郡対ハワイ野生生物基金の訴訟において、注入井戸は水質浄化法の下では「直接排出と同等の機能」を持つ可能性があるとの判決を下し、EPAに対し、裁判所と協力してこの種の井戸に許可が必要となる規制を確立するよう指示した。[8]
石油・ガス生産
注入井のもう一つの用途は、天然ガスと石油の 生産です。蒸気、二酸化炭素、水、その他の物質を石油生産ユニットに注入することで、貯留層圧力を維持したり、石油を加熱したり、粘度を下げたりして、近くの生産井に流すことができます。[9]
廃棄物処理場の修復
注入井戸のもう一つの用途は、環境修復、つまり土壌または地下水汚染の浄化です。注入井戸は帯水層にきれいな水を注入し、それによって地下水の流れの方向と速度を変え、おそらく下流の抽出井戸に向かわせることができます。そうすることで、汚染された地下水をより迅速かつ効率的に除去できます。注入井戸は、たとえばオゾン化システムの使用によって、土壌汚染の浄化にも使用できます。土壌に閉じ込められ、他の方法ではアクセスできない複雑な炭化水素やその他の汚染物質は、反応性の高いガスであるオゾンによって分解することができ、多くの場合、影響を受けた領域を掘削するよりも費用対効果が高いです。このようなシステムは、建物が建っているために掘削が非現実的である可能性のある、密集した都市環境で特に役立ちます。[10]
帯水層の補給
最近では、注入や浸透によって天然帯水層を補充するという選択肢が、特に世界で最も乾燥した地域であるMENA地域（中東および北アフリカ）で重要になってきています。[11]
表面流出水は、乾いた井戸や、単に不毛の井戸を改造して貯水槽として機能させるなどして、再涵養することもできる。 [12]これらのハイブリッド雨水管理システムは再涵養井戸と呼ばれ、帯水層の再涵養と飲料水の即時供給を同時に実現できるという利点がある。既存のインフラを活用でき、改造や運用にほとんど労力はかからない。作動は、井戸のシャフトにポリマーカバー（ホイル）を挿入するだけという簡単なものである。オーバーフロー水を底に導くための垂直パイプにより、性能が向上する。井戸の周囲は漏斗の役割を果たす。このエリアが適切に維持されていれば、水は貯水槽に入る前にほとんど浄化を必要としない。[13]
地熱エネルギー
注入井は、地中深くの高温の多孔質岩石層から地熱エネルギーを取り出すために使われます。地中に流体を注入し、地中で加熱された流体を隣接する井戸から抽出します。加熱された蒸気と流体は、発電に利用することも、直接地熱暖房に利用することもできます。[14] [15] [16]
規制要件
米国では、注入井戸の活動は安全飲料水法（SDWA）に基づきEPAと州政府によって規制されている。[1] SDWAの「州の第一の執行責任」の項では、州が提案するUICプログラムをEPAに提出し、州が第一の執行責任を引き受けるよう要請できると規定されている。[17] 34州がクラスI、II、III、IV、Vの井戸に対するUICの第一執行権限を付与されている。[18]承認されたUICプログラムがない州については、EPA長官が適用するプログラムを規定する。[19] EPAは飲料水源を保護するために地下注入制御（UIC）規制を発行している。[20] [21]
EPA規制では、注入井戸を6つのクラスに定義しています。クラスI井戸は、飲料水の地下水源の下に自治体および産業廃棄物を注入するために使用されます。クラスII井戸は、水圧破砕からの廃棄物を含む、石油およびガス生産に関連する流体を注入するために使用されます。クラスIII井戸は、飲料水の地下水源の下に鉱物溶液採掘で使用される流体を注入するために使用されます。クラスIV井戸は、クラスI井戸と同様に有害廃棄物の注入に使用されますが、廃棄物を飲料水の地下水源の下ではなく、地下水源の中または上に注入します。EPAは1984年にクラスIV井戸の使用を禁止しました。[22]クラスV井戸は、クラスIからIVでカバーされていないすべての非有害注入に使用される井戸です。クラスV井戸の例には、雨水排水井戸や浄化槽浸出フィールドが含まれます。最後に、クラスVI井戸は、二酸化炭素を隔離または長期貯蔵のために注入するために使用されます。[1] 2010年にクラスVIが導入されて以来、2022年現在、クラスVIの井戸はイリノイ州の同じ施設で2つしか建設されておらず、他の4つの承認されたプロジェクトは建設に進んでいません。[23]
注入誘発地震
2013年7月に米国地質調査所の科学者ウィリアム・エルズワースが行った研究では、地震と廃水注入場所との関連が指摘されている。2010年から2013年の4年間で、米国中部および東部でマグニチュード3.0以上の地震の数が劇的に増加した。数十年にわたり地震発生率が安定していた後（平均で年間21回）、2001年以降、地震活動が増加し、2011年には188回の地震でピークに達した。これには、オクラホマ州プラハ近郊で発生したマグニチュード5.7の記録破りの地震が含まれており、これはオクラホマ州で記録された史上最強の地震であった。USGSの科学者らは、一部の場所で地震活動の増加が深部廃棄井への廃水注入と一致していることを発見した。[24] 2016年9月3日、オクラホマ州ポーニー近郊でマグニチュード5.8の地震が発生し、その後3時間半以内にマグニチュード2.6から3.6の余震が9回発生した。この地震は5年前に記録された過去最高を記録した。揺れはテネシー州メンフィスやアリゾナ州ギルバートでも感じられた。オクラホマ州知事メアリー・ファリンは地域非常事態を宣言し、オクラホマ州企業委員会は地域の廃棄井戸の閉鎖命令を出した。[25] [26] 2015年に発表された米国地質調査所（USGS）による誘発地震に関する複数年にわたる継続研究の結果によると、1952年のマグニチュード5.5のエルリノ地震などオクラホマ州の大地震のほとんどは、石油産業による廃水の深部注入によって引き起こされた可能性があることが示唆された。[27]
注記
- ^ abcdef 「注入井戸に関する一般情報」。ワシントン D.C.：米国環境保護庁（EPA）。2020年4月20日。
- ^ 「クラス I 産業廃棄物および都市廃棄物処分井戸」。地下注入管理。EPA。2016 年 9 月 6 日。
- ^ 清浄水法に基づく石油・ガス採掘廃水管理慣行に関する意見の要約（報告書）。EPA。2020年5月。2ページ。EPA 821-S-19-001。
- ^ Lustgarten, Abrahm (2012-06-21). 「注入井戸: 私たちの下にある毒物」. ProPublica . ニューヨーク.
- ^ ab Erickson, Britt E. (2019-11-17). 「フラッキングによる廃水：増大する処分課題か、それとも未活用の資源か？」。Chemical & Engineering News。第97巻、第45号。
- ^ Martin, DL; Dorn, TW; Melvin, SR; Corr, AJ; Kranz, WL (2011 年 2 月)。「灌漑用水の揚水におけるエネルギー使用の評価」(PDF)。第 23 回中央平原灌漑会議議事録。コロラド州バーリントン。
- ^ 「連邦判事、ラハイナ工場違反に関するマウイ郡の主張を却下」。Civil Beat。2014年7月9日。 2014年7月22日閲覧。
- ^ ストール、グレッグ（2020年4月23日）。「最高裁、水法で環境保護主義者に部分的勝利を与える」ブルームバーグニュース。
- ^ EPA. 「クラス II 石油・ガス関連注入井」 2015 年 10 月 8 日更新。
- ^ EPA。ニューヨーク、NY (2003-04-17)。「EPA がセントラル アイスリップ スーパーファンド サイトの汚染された土壌と地下水の浄化計画を発表。」現場での修復にオゾン井戸を使用する例。
- ^ H2O マガジン (2010-10-16)。「戦略準備金」アヌープ・K・メノン著
- ^ H2O マガジン (2011-05-03)。「枯渇した井戸の再充填」。2020-07-08 にニコル・アンドレ・ベルデレによってWayback Machineにアーカイブされました。
- ^ Prototype-Creation (2011-04-20)。「Recharge wells and ASR」、Nicol-André Berdellé 著
- ^ 「地熱技術プログラム：地球のエネルギーを活用して熱と電力のニーズを満たす」（PDF）。米国エネルギー省、エネルギー効率および再生可能エネルギー局。2004年4月。 2018年6月2日閲覧。
- ^ Fitch, David; Matlick, Skip (2008). 「Gold, silver and Other Metals in scale— Puna Geothermal Venture, Hawaii」(PDF) . GRC Transactions . 32 : 385–388. 2016年11月1日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2018年6月2日閲覧。
- ^ Gill, Andrea T. (2004). 「ハワイ州カポホにおける将来的な直接利用企業」(PDF)。ハワイ州ビジネス・経済開発・観光省、戦略産業部。 2018年6月2日閲覧。
- ^ 42 USC § 300h-1(b)
- ^ 「地下注入管理プログラムの主要執行機関」EPA 2019-04-15。
- ^ 42 USC § 300h-1(c)
- ^ EPA. 「地下注入管理規制」 2015 年 10 月 5 日更新。
- ^ EPA (2001 年 7 月)。「技術プログラム概要: 地下注入制御規制」文書番号 EPA 816-R-02-025。
- ^ 「クラスIV浅い有害物質および放射性物質注入井戸」地下注入管理。EPA。2016年9月6日。
- ^ Philip K. Lau と Nadav C. Klugman (2022-06-22)。「炭素回収、利用、貯留：クラス VI 井戸と米国の州の優位性」。
- ^ USGS. 「Man-Made Earthquakes Update」Wayback Machineで 2014 年 3 月 29 日にアーカイブ。2014 年 1 月 17 日に更新。
- ^ オクラホマ州で記録タイの地震、アリゾナ州まで遠くまで感じられた、AP通信、ケン・ミラー、2016年9月3日。2016年9月4日閲覧。
- ^ USGSが井戸の閉鎖を要請、オクラホマ州知事がマグニチュード5.6の地震発生を受け緊急事態を宣言、Enid News & Eagle、Sally Asher & Violet Hassler、2016年9月3日。2016年9月4日閲覧。
- ^ Hough, Susan E.; Page, Morgan (2015 年 10 月 20 日)。「オクラホマ州で誘発地震が 1 世紀も続いた?」。米国地質調査所。2015年11 月 8 日閲覧。
さらにいくつかの証拠から、20 世紀にオクラホマ州で発生した大地震の大半も石油生産活動によって引き起こされた可能性が示唆されている。現在では地震を誘発する可能性があると認識されている廃水の深部注入は、実は 1930 年代に同州で始まった。
参考文献
- 米国陸軍環境センター、アバディーン試験場、メリーランド州 (2002)。「深井戸注入」修復技術スクリーニング マトリックスおよびリファレンス ガイド。第 4 版。レポート番号 SFIM-AEC-ET-CR-97053。
外部リンク
- EPA - 地下注入制御プログラム