页岩气绿色开发的“蕞后一公里”：高盐返排液如何实现近零排放？

页岩气压裂返排液水量大、水质复杂，对生态环境具有较大危害，其高！效处理与处置技术是制约页岩气规模化开发的关键瓶颈之一。页岩气作为一种赋存于富有机质页岩层中的非常规天然气，随着开采技术的不断进步，已成为全球天然气供应增长的重要推动力。由于页岩气储层具有低孔隙度和低渗透率的特点，水力压裂成为提高采收率的必要手段。该过程中注入地层的压裂液在不同阶段会部分返排至地面，形成压裂返排液和产出水，统称为采出水。

当前，全球页岩气资源储量丰富，美国、中国、阿根廷和加拿大等国家已实现页岩气的商业化开发。页岩气具备开采寿命长、生产周期久、清洁高！效及污染较低等优势，开发潜力巨大。然而，页岩气储层地质条件复杂，孔隙度和渗透率极低，开发难度远超常规油气资源，必须依靠特殊技术手段才能实现经济有效的开采。压裂技术是提升页岩气产能的关键途径，对保障页岩气项目经济可行性具有重要作用。

1 压裂返排液的特点

在页岩气水力压裂过程中，为确保施工顺利进行，通常会在压裂液中添加多种高分子聚合物及化学添加剂，如稠化剂、支撑剂、稳定剂等。据统计，仅2005年至2009年间，就有约750种化学试剂被用于压裂液配制，其中既包括无~毒组分，也涵盖多种有毒物质，涉及29个类别。这些添加剂使得返排液呈现高化学需氧量（COD）、高稳定性和高粘度的特征。此外，返排液中还含有泥沙、油类、硫化亚铁等悬浮物（SS）以及大量溶解性总固体（TDS）。TDS主要来源于地层水及岩层中矿物质，以Na⁺、Cl⁻为主，部分地区还可能溶出重金属和放射性元素，如钡、锶等。

2 页岩气压裂返排液无害化处理技术

2.1 水平井分段压裂技术

水平井分段压裂技术融合了水平钻井与分段压裂两项关键技术，适用于页岩气的有效开采。水平井增大了井筒与储层的接触面积，提高了裂缝相遇几率，特别适用于低渗透率页岩气藏。此外，该技术地面占地小，有利于扩大开采范围。分段压裂通过在水平井筒中设置分割器逐段实施压裂，形成多级裂缝系统，通常包括前置液注入、中浓度支撑剂压裂液注入和高浓度支撑剂压裂液注入三个阶段，以有效释放页岩气。

2.2 同步压裂技术

同步压裂技术通过多套压裂设备同时对多口井进行作业，优化设备移动路径，增强水力裂缝网络的密度和覆盖范围。该技术通过改变裂缝壁周围的应力场，促使裂缝转向扩展，进而提高储层改造效果。裂缝可能向内延伸连通，增强裂缝网络密度，或向外扩展增大控制储量，从而实现增产目标。

2.3 高！效氧化技术

压裂返排液中的有机物若未有效去除，将对后续膜处理和MVR蒸发等脱盐单元造成不利影响，并可能影响出水水质与结晶盐品质。高盐环境和复杂水质限制了常规生物法、Fenton法及臭氧氧化等工艺的效果。例如，盐分超过10000 mg/L时易导致微生物失活；Fenton法易受Cl⁻、Br⁻等离子干扰；臭氧氧化也因Br⁻等消耗氧化剂而效率受限。因此，研发适用于高盐复杂水质的高！效氧化工艺是当前返排液处理的重点研究方向。

2.4 芬顿氧化技术

芬顿氧化法在酸性条件下（pH 3–5）利用Fe²⁺与H₂O₂反应生成羟基自由基（·OH），降解有机污染物。其处理效果受pH、温度、有机物浓度及药剂投加比例等因素影响。尽管该技术设备简单、应用广泛，但仍存在反应效率不高、污泥产量大等问题。

2.5 撬装模块化MVR蒸发器技术

在处理高盐压裂返排液方面，广东环美撬装模块化机械蒸汽再压缩（MVR）蒸发器展现出显著的技术优势。该设备采用一体化/模块化、可移动式设计，适合在场地受限的页岩气开采区域灵活部署。MVR技术通过电能驱动蒸汽压缩，回收二次蒸汽潜热，实现高！效蒸发浓缩，能耗远低于多效蒸发系统。在处理压裂返排液时，MVR蒸发器能有效去除溶解性盐分和部分有机物，净化水可回用或达标排放，浓缩液则可进一步资源化或妥善处置，具有良好的环境与经济效益。

在缺乏回用条件或回注经济性较差时，页岩气压裂返排液的处理与外排成为现实选择。我国在借鉴国外经验基础上，已逐步形成“混凝沉降—软化—氧化—脱盐”为主的模块化集成工艺路线。未来应聚焦高盐、高有机物、水质波动大等核心问题，持续开展技术优化与创新，重点研发低能耗脱盐技术、高盐复杂废水高！效氧化工艺、水质响应型调控方法，以及基于环境风险的智能决策管理系统。在管理层面，应强化对返排液中特征污染物的识别与评估，结合其环境行为、毒理效应及受纳水体容量，科学制定排放标准，推动页岩气产业绿色、可持续发展。