1、壓裂返排液的產(chǎn)生及特點(diǎn)

頁巖氣是蘊(yùn)藏于頁巖層中，賦存于以富有機(jī)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(jìn)步，已成為世 界天然氣產(chǎn)量增長的主要推動(dòng)力。由于頁巖氣的氣藏特點(diǎn)，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(huì)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(jì)，一個(gè)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(dǎo)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(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)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(dá)750種的化學(xué)試劑被用于壓裂液中，在這些化學(xué)試劑中，既含無 毒物質(zhì)，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(dǎo)致返排液具有高COD、高穩(wěn)定性、高粘度的特點(diǎn)。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(jī)鹽共存的復(fù)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(fù)雜、不穩(wěn)定性、難降解、高COD、高TDS、高硬度等特點(diǎn)。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(hù)帶來了巨大風(fēng)險(xiǎn)，特別是水環(huán)境保護(hù)，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(shì)在必行。

2、壓裂返排液達(dá)標(biāo)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(dǎo)致必須處理達(dá)標(biāo)外排。相比回用標(biāo)準(zhǔn)，外排標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格的多，否則勢(shì)必對(duì)環(huán)境造成污染。因此，達(dá)標(biāo)外排需滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中一級(jí)A標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。但也有部分地區(qū)對(duì)外排水提出需執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。但兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要控制指標(biāo)為SS、油濃度、NH3-N、COD和TDS。從控制指標(biāo)可以得出，達(dá)標(biāo)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(diǎn)和重點(diǎn)在于將高TDS從水中分離，以達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)。

3、壓裂返排液達(dá)標(biāo)外排工藝流程

根據(jù)外排水標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)標(biāo)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(dá)到了有價(jià)物質(zhì)資源化的目的。達(dá)標(biāo)外排工藝中的深度處理裝置主要針對(duì)采用不同的膜提濃工藝或不同蒸發(fā)工況造成不達(dá)標(biāo)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(jìn)入冷凝水，需增加脫氨氮裝置。由于壓裂返排液達(dá)標(biāo)外排標(biāo)準(zhǔn)較高，處理工藝較為復(fù)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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