页岩气压裂返排废水处理研究

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页岩气可以借助于热成熟作用，或者是在某些生物作用下形成天然气，该能源属于清洁能源之一。一般来说，页岩气主要分布于地势平坦的区域，存储地点主要集中在烃源岩之中，具备较强的稳定性。在开采过程中，决不能进行随意迁移，应保证其相互作用之后就地存储，让区域有机质含量更加丰富。

1页岩气开采现状及压裂返排废水特点

1.1我国目前页岩气的开采现状。在我国，页岩气储量最为丰富的区域集中在重庆涪陵一带，相关数据显示，该区域已经生产页岩气10亿m3，页岩气储量还能供全国使用200多年。从2005年开始，我国效仿美国的技术和经验，在国内开展大范围的勘探和开发工作，发现我国很多区域的页岩气储量极为丰富，如塔里木、四川盆地、东北平原等等。到了2009年，我国与壳牌公司达成合作，建设了我国第一个页岩气开采项目，取得了不错的效果。截止到2012年，我国对页岩气能源进行了合理划分，形成172种矿产，相关投资主体更是多种多样，如国资、外资等，并注重对新技术的开发和应用，确保页岩气开发工作深入开展。现如今，我国有80%的气田实现了现代化开发，进一步降低了页岩气的开采成本，而且在产出和产量提升上发挥出了重要作用。1.2压裂返排。废水的特点在具体页岩气钻井操作过程中，主要包括3个操作阶段，即钻探、水力压裂和返排。从实际操作过程中可以看出，水力压裂作业耗水量极高，每口气井需水量为19000m3，所需的水罐车大约为1000车次。压裂返排废水的特点主要集中在以下几方面。1.2.1组分复杂。在压裂返排废水组分研究上，主要与以下几方面因素有关：压裂液配液情况、压裂液的化学成分、地层水质和返排液等等。其中，水基压裂液极为常见，主要成分有交联剂、降阻剂和杀菌剂等等。除了上述添加剂之外，水基压裂液还含有很多烃类化合物、油脂等等。一般情况下，压裂返排废水自身含有较高的盐量和TDS，而且还涉及到一些重金属和放射性物质，分布范围极广，容易对相关工作的开展产生影响[1]。1.2.2黏度大，乳化程度较高。压裂返排废水的乳化现象极为严重，而且自身黏度也较大，整个处理过程十分复杂，甚至还会超过油田废水。在压裂操作上，有所使用的复合型压裂液来自于油井，具备明显的混合物特征，很容易出现乌黑、黏稠度较大等问题，与此同时，还会伴有刺激性气味。1.2.3处理难度较大。在整个压裂返排废水处理过程中，会添加很多的添加剂，如此一来，导致废液之中的COD、TDS、TSS等含量进一步提升，为后续处理工作带来了极大挑战。倘若直接进行外排操作，极容易对周围环境产生污染，影响居民的正常生活，严重时，还会导致行业价值大幅下滑，无法实现可持续发展。1.3传统压裂返排废水处理技术。压裂返排废水容易对周围环境产生严重影响，为此，国内外相关研究人员对其展开了深入性研究。据美国环保署统计，在整个石油和天然气开发过程中，实际废水处理方式有深井灌注、市政污水处理厂处理、脱盐工艺处理等等。我国很多研究人员也参与了该项研究，通过对美国研究人员的结果梳理之后，发现返排废水处理技术路线具备较强的技术经济性特点，并整理出实际页岩气压裂返排废水处理途径，并取得了很大成效。

2页岩气压裂返排废水处理技术的具体应用方式

在水力压裂施工工作结束之后，返排到地面中的液体数量不断增多，这是使得整个地面之中的金属离子含量进一步提升，最终引发严重的环境质量问题。如何将这些金属离子和有机污染物彻底清除，减少水资源消耗量，强化页岩气压裂返排废水的处理效果，已经成为整个行业发展的关键内容。2.1深井灌注。在该种方式实施过程中，需要进行另外选址操作，并开展有效施工，进而将页岩气压裂返排废水引入到灌注井之中，该种形式也被称之为第二类灌注井。美国环保部门专门对此进行了规定，在第二类灌注井操作过程中，应该以深井灌注中的各项标准为主线，开展后续的施工操作，否则将不允许相关施工的开展。我国想要对该项技术标准进行深入性完善，强化管理控制力度，深井灌注返排液的安全性维护显得十分重要。还可以借助于污水处理厂进行废液处理，之后再向外排放。在该种方式实施过程中，所选择的污水处理厂应该由政府部门指定，将水中的总溶解固体去除，在各项指标均达标之后，才可以继续向外排放。如果是早期返排的地层水，可以借助于回用水质标准对其进行测定，让废水得到更加充分的回用，避免水资源浪费的同时，把握好运营成本，进而将区域影响性降到最低。2.2组合工艺及有机废水处理。这里所提到的组合工艺，即臭氧、超声波和电解之间的组合，而且该工艺能够充分满足页岩气水力压裂废水的处理需求，让废水沿着特殊容器进行过滤操作，在细小气泡产生之后，人们可以将超声波技术应用其中，进而产生更多数量的气泡，将水中的生物污染物彻底分解，并形成新形式的消毒因子，将臭氧作用更好地发挥出来，让水中的有机盐分获得更多沉淀机会。如果盐分的讲解难度较高，想要将废水之中的大量无机盐去除，常见的处理方法有生物处理法、膜技术和电化学法等等，确保页岩气压裂返排废水得到有效净化。除了无机盐之外，废水之中还会涉及到很多溶解性较高的固体物，同样可以应用上述方法进行处理，避免出现微生物大量流失等问题，强化水的提炼纯度[2]。2.3返排液的集中处理。在返排液针对性处理操作结束之后，压裂液回用操作便可以得到开展，该项操作可以节约用水，而且还能保证固体废物的集中处理，如果遇到不能处理和回用的废液和废品，可以将其交付于第三方机构。例如，在2017年，西南油田威远区块页岩气开发施工中，总出处理的压裂返排废液数量大约为34.03万m3，其中有27万m3借助于现场统一处理来实现，并确保二次配液的循环应用，整个回用效率达到了80%以上，在水资源节约上展示出良好效果。又如，在长庆油田某区块压裂施工操作之中，由于地质条件极为复杂，返排废水的成分变化也较大，为了维护处理效果，相关工作人员应用了三级水处理方法，根据不同的返排废水构成成分和回用目标，建立新的水质标准要求，进行实现针对性处理。在该项操作的帮助之下，返排液处理效率得到了进一步提升，施工时间大大缩短，水资源消耗量大大降低，弱化了整个操作对环境的污染程度。2.4回注技术的应用。将回注技术应用于页岩气压裂反排废水处理工作之中，人们首先需要利用格栅将粗大的悬浮物去除，借助于破乳破胶反应，实现油水分离，在后续溶气气浮工艺除油操作的作用下，确保浮油可以得到充分回收利用。其次，通过脱盐反应和混凝土沉淀操作之后，可以将废液中的金属元素分离出来，如钙、镁等等。再次，使用核桃壳过滤或者是多介质过滤手段，将溶液之中的悬浮物和残油去除干净，并进行杀菌处理操作，其中主要涉及到的细菌类型有FB细菌和SRB细菌等。最后，经过精密过滤之后，可以进行循环回用和回注操作。总的来说，在具体回注技术作用下，页岩气压裂返排废水的处理效果能够得到更好保障。2.5机械蒸汽再压缩蒸发技术。机械蒸汽再压缩蒸发技术的应用，主要是压缩机压缩操作结束之后，将二次蒸汽送到蒸发器加热室之中，进而实现加热蒸汽的全面应用。在该项技术的作用之下，可以让废气的蒸汽得到充分利用，降低蒸发能耗。在实际MVR蒸发装置设计过程中，主要涉及到的内容有蒸发器、分离器以及压缩机等等。如果借助于该项技术对压裂返排水进行处理，可以将废水之中的重金属离子去除，对总矿化程度进行合理控制。另外，在该工艺设计上，并不需要增加冷却塔装置，可以对占地面积进行合理化控制。还能与实际结晶器联合在一起进行使用，实现液体零排放操作，节约施工成本。

3结语

综上所述，页岩气压裂返排废水如果单纯应用生物、化学等处理方法进行处理操作，很难达到国家规定标准和排放要求。为此，相关工作人员需要对废水中的水质情况进行深入性分析，选择合适的处理方法，避免二次污染出现。另外，相关部门还要强化与国外相关部门的技术交流，引进更多先进设备和技术，为后续工作开展创造有利条件。

参考文献

[1]陈柯锦，关统伟，王姝歆.絮凝菌处理页岩气压裂返排液的响应面优化[J].西南石油大学学报(自然科学版)，2018，40（5）：181-188.

[2]李鑫，张定凯，郑妙洁.页岩气压裂返排液及排放废液的研究现状及微藻资源化处理应用前景综述[J].生态科学，2018，37（5）：195-202.

作者:杨林 单位:重庆华地资环科技有限公司