1、壓裂返排液的產(chǎn)生及特點

頁巖氣是蘊藏于頁巖層中，賦存于以富有機質(zhì)頁巖為主的一種非常規(guī)天然氣。隨著頁巖氣開采技術(shù)的進步，已成為天然氣產(chǎn)量增長的主要推動力。由于頁巖氣的氣藏特點，采用水力壓裂技術(shù)是提高天然氣收率的必要手段。而在水力壓裂過程中，大量高壓水注入礦井中破裂巖層，釋放天然氣。被注入到地層的高壓水，會在頁巖氣產(chǎn)氣的不同階段返排回地面，即壓裂返排液和產(chǎn)出水，統(tǒng)稱為采出水[1]。據(jù)統(tǒng)計，一個典型的頁巖氣鉆井在鉆探和水力壓裂過程中需使用100～400萬加侖（0.4～1.5萬m3）的水[2]。不同地區(qū)，不同地質(zhì)條件，地層含水率不同，導致返排率也不相同。

在頁巖氣開采過程中，為保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，會向壓裂液中加入大量的高分子聚合物，包括稠化劑、支撐劑、穩(wěn)定劑等十幾種添加劑。僅在2005年之后的4年內(nèi)，就有多達750種的化學試劑被用于壓裂液中，在這些化學試劑中，也含有毒物質(zhì)，且有毒物質(zhì)的種類多、范圍廣，共涵蓋29種類別[4]。因此，眾多添加劑導致返排液具有高COD、高穩(wěn)定性、高粘度的特點。返排液中除含大量高分子聚合物外，還含一定量的泥沙、油類、硫化亞鐵等懸浮物(SS)和溶解性固體(TDS)。返排液中的TDS取決于地層水和巖層中礦物質(zhì)的組分和濃度，主要以Na+、Cl-為主，多種無機鹽共存的復雜體系，部分地區(qū)還攜帶出巖層中的重金屬和放射性元素，如鋇、鍶。

綜上，返排液具有產(chǎn)量變化大、成分復雜、不穩(wěn)定性、難降解、高COD、高TDS、高硬度等特點。隨著頁巖氣的大力開采，開采過程中產(chǎn)生的大量返排液給環(huán)境保護帶來了巨大風險，特別是水環(huán)境保護，隨著節(jié)能環(huán)保力度的加大，返排液的循環(huán)利用，降低水資源需求，減少廢液量，是頁巖氣生產(chǎn)節(jié)能增效的蕞佳手段，廢液的無害化資源化處理勢在必行。

2、壓裂返排液達標外排技術(shù)

壓裂返排液經(jīng)多次回用后，因水質(zhì)發(fā)黑發(fā)臭，TDS升高等原因不再適合回用，加之回用成本升高、返排水量的逐漸增大（增加量主要為地層水）等問題，導致必須處理達標外排。相比回用標準，外排標準要求嚴格的多，否則勢必對環(huán)境造成污染。因此，達標外排需滿足《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中一級A標排放標準。但也有部分地區(qū)對外排水提出需執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）中Ⅲ類水標準。但兩個標準主要控制指標為SS、油濃度、NH3-N、COD和TDS。從控制指標可以得出，達標外排處理技術(shù)必須包含去除SS、油類、COD、氨氮、硬度和TDS，而難點和重點在于將高TDS從水中分離，以達到外排標準。

3、壓裂返排液達標外排工藝流程

根據(jù)外排水標準，外排處理包含氣浮、催化氧化、軟化沉淀、超濾、提濃、蒸發(fā)結(jié)晶和深度處理等工藝。該工藝不僅能達標外排，還能將返排液中的NaCl作為產(chǎn)品提出。分離出的NaCl可作為化工原料和畜牧用鹽，達到了有價物質(zhì)資源化的目的。達標外排工藝中的深度處理裝置主要針對采用不同的膜提濃工藝或不同蒸發(fā)工況造成不達標而增加的，但需根據(jù)不同的水質(zhì)設(shè)置不同的深度處理裝置。如采用電滲析裝置，需增加淡水除COD裝置；如蒸發(fā)結(jié)晶在堿性條件下蒸發(fā)，氨氮進入冷凝水，需增加脫氨氮裝置。由于壓裂返排液達標外排標準較高，處理工藝較為復雜，流程較長，所以宜將返排液收集建污水廠集中處理。

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