陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液處理工藝探究

任翔

摘 要：目前，我國(guó)開發(fā)頁(yè)巖氣的主要技術(shù)手段為水力壓裂技術(shù)，產(chǎn)生了很多成分復(fù)雜的返排液。無(wú)論重復(fù)利用，還是排放污水，返排液都必須經(jīng)過(guò)處理。陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液的處理流程可分為三級(jí)，處理工藝更多，常常聯(lián)合使用。比如，物理處理工藝有重力分離法、離心力分離法、過(guò)濾分離法、自然風(fēng)干填埋處理工藝、凍融處理工藝、蒸餾處理工藝、吸附處理工藝，等等;化學(xué)處理工藝有絮凝沉淀法、電絮凝法、氧化還原法、Fenton試劑法、中和法、微電解法，等等;最后，還有微生物處理工藝。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣;壓裂液;返排液;處理工藝

隨著石油、煤炭等傳統(tǒng)化石能源儲(chǔ)量逐年減少，頁(yè)巖氣的開發(fā)受到了廣泛關(guān)注。然而，頁(yè)巖氣的開發(fā)過(guò)程中有很多環(huán)境問(wèn)題，其中之一就是對(duì)水資源的污染與耗費(fèi)。比如，壓裂返排液就是頁(yè)巖氣開發(fā)中產(chǎn)生的一種污水。為了頁(yè)巖氣的長(zhǎng)遠(yuǎn)開采，必須妥善處理壓裂返排液。

1 陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液的簡(jiǎn)介

1.1 處理陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液的必要性

目前，我國(guó)開發(fā)頁(yè)巖氣的主要技術(shù)手段為水力壓裂技術(shù)，即向頁(yè)巖層注入水、砂、減阻劑等物質(zhì)。使用這種技術(shù)，會(huì)大量消耗水資源，而且產(chǎn)生很多返排液，這就是陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液的來(lái)源。我國(guó)的頁(yè)巖氣田多位于西北地區(qū)，當(dāng)?shù)厮Y源緊缺，所以陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液一般需要重復(fù)利用。但是，陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液成分復(fù)雜，并不符合二次壓裂用的標(biāo)準(zhǔn)，也不能直接外排[1]。因此，必須處理陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液。

1.2 陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液的典型成分

雖然不同地區(qū)的陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液成分都有所差別，但總體而言，陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液懸浮物多、粘度大，含硫酸鹽、氯根、碳酸氫鹽、多種金屬離子、細(xì)菌、溶解固體、有機(jī)物，與我國(guó)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)相去甚遠(yuǎn)。

2 陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液處理工藝

2.1 陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液的三級(jí)處理流程

根據(jù)各地陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液成分的不同，以及處理的目的之不同，陸相頁(yè)巖氣井壓裂返排液的處理流程可分為如下三級(jí)[2]。各級(jí)處理中，又有相應(yīng)的處理工藝。各種處理工藝常常聯(lián)合使用。

2.2 處理返排液的物理工藝

這一類處理工藝主要分離返排液中的懸浮物，利用的手段主要有過(guò)濾、重力、離心力。比如說(shuō)，重力分離法利用了油水比重的不同，可以使二者分離沉降，這種處理工藝的效果與處理時(shí)間正相關(guān)。離心分離法也利用了油與水的質(zhì)量不同，導(dǎo)致水受到較大的離心力，而油受到較小的離心力，從而甩出水而分離。膜過(guò)濾分離法則利用的是膜的選擇透過(guò)性，包括正滲透、反滲透兩種工藝技術(shù)。這種分離工藝不會(huì)產(chǎn)生二次污染，但是需要一些預(yù)處理。此外還有自然風(fēng)干填埋工藝、利用溶解度隨溫度降低而降低的原理的凍融處理工藝。蒸餾處理工藝也可以去除返排液中溶解的鹽，而且隨著技術(shù)的進(jìn)步，成本逐漸降低了。蒸發(fā)處理工藝還可以與膜過(guò)濾法相結(jié)合，能夠高效地去除返排液中的不揮發(fā)的大分子、無(wú)機(jī)鹽。其他返排液處理工藝都用過(guò)之后，還可以再用吸附法去除未氧化的有機(jī)物。這種方法的缺點(diǎn)是，吸附劑（優(yōu)質(zhì)活性炭）的成本較高。

2.3 處理返排液的化學(xué)工藝

這一類處理工藝?yán)没瘜W(xué)物質(zhì)之間的反應(yīng)，使返排液中的有機(jī)物、成垢金屬物質(zhì)分離、沉淀，從而降低返排液的化學(xué)需氧量。這一類處理工藝有絮凝沉淀法、氧化還原法、中和法、微電解法，等等。其中，絮凝沉淀法最為常用，因?yàn)樗幚砹看蠖顿Y低，能夠有效地降低返排液的化學(xué)需氧量。這種處理工藝就是向返排液加入絮凝劑，使懸浮物質(zhì)沉降，從而分離固體和液體。

氧化還原法則是向返排液中加入氧化劑，降解有機(jī)物，從而降低返排液的化學(xué)需氧量。這種處理工藝常用的氧化劑有高錳酸鉀、次氯酸鹽、二氧化氯，等等，但這些氧化劑常常會(huì)造成二次污染。此外，還有一種氧化法不用這些氧化劑，而是利用Fenton試劑，來(lái)與有機(jī)物加成反應(yīng)，生成二氧化碳、水、無(wú)機(jī)鹽。這種氧化法將有機(jī)物分解得更徹底，而且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

中和法是向返排液中加入堿性物質(zhì)，來(lái)中和返排液的酸性，減少管道、設(shè)備受到的腐蝕，并去除懸浮物。微電解法法通常與氧化還原法聯(lián)合使用，才能使返排液處理達(dá)標(biāo)，這種處理工藝?yán)玫氖墙饘匐姌O的反應(yīng)腐蝕原理，操作簡(jiǎn)單、適用范圍較廣、成本較低。

2.4 處理返排液的生物工藝

生物處理工藝?yán)昧宋⑸锶悍纸庥袡C(jī)物的能力，將返排液中的有機(jī)物分解、轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物。這種處理工藝能夠去除返排液中溶解的膠體有機(jī)物，但是處理效率較低。

3 結(jié)語(yǔ)

全球范圍內(nèi)，頁(yè)巖氣井都越來(lái)越多，開發(fā)中產(chǎn)生的壓裂返排液這種污水也越來(lái)越不可忽視。只有根據(jù)當(dāng)?shù)貕毫逊蹬乓旱乃|(zhì)特點(diǎn)，采取合格的壓裂返排液處理工藝，才能避免污染、破壞環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]李佳.頁(yè)巖氣田污水處理研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2015.