目前，我国正处于页岩气开发起步阶段，为降低我国页岩气大规模可持续发展带来的水环境风险，促进其可持续发展，加强页岩气压裂回流液处理处置管理尤为重要。 近年来，一些学者研究了页岩气开发中的水环境影响，从环境影响评价制度、环境沉积制度、环境风险应急管理制度等方面主张建立健全我国页岩气开发环境监管法律法规。 本文以页岩气开发过程中的水环境保护为重点，通过回顾中美两国页岩气开发过程中压裂回流液处置的相关政策、法律法规，提出了我国压裂回流液管理的对策。
地下水含水层和含水层示意图。
页岩气开采压裂过程中的环境污染
水力压裂示意图 （A） 和采出水 TDS 和 δ18O 随时间变化的示意图 （B）。
水力压裂技术是页岩气开发的核心技术，水力压裂作业过程需要在短时间内消耗大量的水资源，开采过程中需要钻井数量大，单井需水量大。 一些注入的水力压裂液会留在地层中，但仍有5%至80%的注入水在压裂液释放压力后返回地表，这些回流液通常含有支撑剂、化学残留物以及地层水和岩屑中的各种物质。 页岩气开发造成的地表水污染主要是由压裂回流液成分复杂造成的。 由于回流液与页岩储层长期紧密接触，压裂液组分以外的物质，如石油烃凝析油等有机物进入附近水体，会污染地表水。 压裂液中添加剂的可溶性化学成分也可能渗入地下水，从而增加地下水被有毒有害有机物等溶解化学物质污染的风险。
美国对页岩气开发是否会造成地下水污染进行了大量研究，发现马塞勒斯页岩气井1km以内地下水中甲烷含量远高于1km以外地下水。 美国怀俄明州的页岩气开发是浅层地下盐水（高浓度的钠、氯、溴化物和其他无机成分）和天然存在的放射性物质。 回流液水质指标中化学需氧量（COD）和悬浮物（SS）含量常高于我国GB89781996《污水综合排放标准》中的一级标准限值，该类废水由于污染物种类多、盐度大，难以处理，如果处理不当，排放水中就会检测到压裂液添加剂成分。 因此，为了降低环境污染风险，保持页岩气产业的绿色可持续发展，必须有效控制压裂过程对水环境的影响。 以下是中美两国监管方式和管理基础的比较和总结。
美国监管方针和管理基础
美国的监管机构由联邦和州政府共同拥有，监管机构是分层的。 在美国联邦颁布的法律法规中，与水环境保护有关的主要法律法规有《清洁水法》、《安全饮用水法》和《油污法》。
其中，《清洁水法》采用国家污染物排放消除系统许可程序，从污水排放许可和总量控制的角度控制油气开采对水环境可能产生的影响。 2009年，《联邦压裂责任和化学品意识法案》出台，进一步明确了地下注入控制（UIC）的监管框架包括用于油气开发的地下注入材料和支持介质，并要求公司披露水力压裂液的化学成分，以监测和规范压裂液中各种化学品的使用。
美国页岩气开发的环境方面根据相关联邦**机构批准的协议和计划委托给各州。 如果州标准具有同等保护性或更具保护性，以满足当地的环境要求，则美国各州可以强制执行区域性、州特定的监管标准。
美国各州在实施环境监管方面具有鲜明的特点，优势很大，州政府**和开发区的环境监管机构因地制宜开展环境监管，提出适合区块开发的具体监管政策法规，以弥补联邦水力压裂具体环节监管的不足法律上，有的州已经建立了比较严格和完善的法规、制度、标准体系。例如，美国有14个州要求页岩气开发商在不泄露商业秘密的情况下，以**为基础向公众提交和披露有关水力压裂液化学成分的信息，蒙大拿州和怀俄明州要求页岩气开发商自愿披露所用压裂液的化学成分。
美国各州、**和页岩气开发商按照保护地表水和地下水资源甚至减少未来淡水需求的原则处理回流体，并遵循“减量、再利用、循环”的污染防治原则，对回流液的处理和管理主要有三种方式：地下注入、利用和标准排放。
根据美国地下注入监测监管框架（UIC），蒙大拿州和怀俄明州要求页岩气开发商自愿披露压裂液化学品的使用量。
根据美国环保署的报告，II类注入井的大部分液体都是在石油和天然气生产过程中被带到地表的盐水，这些盐水在地层中自然存在，通常盐度很高，可能含有天然存在的放射性物质，如果排放到地表水或地表，可能会危害环境和公众健康。
为了防止土地和地表水受到污染，II类注入井允许共层回注。 根据N**igant Consulting的报告，考虑到环境因素，如运输、处置和场外处理地表废水处理的回流液的成本，以及地质条件等环境因素，II类注入井已成为水力压裂作业中回流液的首选处理方式， 以及各州为防止地表水和土壤受到盐水污染而采用的处理法规。
然而，并非所有页岩气开发区都可以使用地下注入处理回流液，因为有些地区是不可注入的，例如宾夕法尼亚州只有五口II类注入井用于地下注入回流液，而德克萨斯州和科罗拉多州更适合II类注入井。 在纽约和宾夕法尼亚州，通过深井注入处理回流液已获得美国环境保护署和环境机构的许可。
在使用回流解决方案之前，需要由服务公司和开发商进行评估，以确定回流解决方案的处理程度和补给所需的水量。 一般情况下，现场处理设备和技术方法是根据待处理液体的流量和总体积、待除去的组分及其含量、处理要达到的目标、回用和排放的要求来确定的。
回流液通常经过处理，达到满足水力压裂要求或可用作其他工业用水的程度，不需要处理到可以排放到地表水或用作饮用水的程度。
虽然回流液的回用可以节约用水，减少对其他处理方法的需求，并解决与取水有关的问题，但为了提高配置回流液的压裂液的性能和成本节约，美国正在进行研究，以寻找新的方法和技术，使回流液的最佳利用成本更高。
在美国，当回流液含有需要进一步处理且无法排放到地表水的污染物时，服务公司将不得不将回流液转移到废水处理厂。 美国工业废水处理设施的运营商将根据处理设施的污水许可标准处理废水，然后再将其排放到附近的接收水体中。
中国的监管方式和管理基础
与北美不同，中国目前处于页岩气开发的早期阶段，大部分开采区域集中在生态脆弱、人口稠密的敏感地区，由于中美两国法律法规体系的差异，在页岩气开采相关的水环境管理方面也与美国存在差异（表1）。
表1 中美页岩气开发中水环境保护管理的异同
我国页岩气开发环境监管机构分为生态环境部、自然资源部、国家发展改革委、国家税务总局、财政部两级。
在中国颁布的有关水环境保护的各种法律法规中，与页岩气开采有关的主要法律法规有《中华人民共和国环境保护法》、《水污染防治法》、《环境影响评价法》和《油气开采行业污染防治技术政策》。 总体来看，与页岩气开发环境监管相关的环境法规和标准分散在相关法律法规中，对于页岩气开发过程中产生的特殊生态环境影响问题，如水力压裂技术、高盐度回流液等，没有具体的解决方案。
此外，根据国家能源局的《页岩气开发规划》（20162020），虽然我国在注重生态保护的同时强调要大幅增加页岩气产量，但尚未从排污许可和总量控制的角度规划页岩气行业的环保政策。
我国页岩气压裂回流液的处理主要采用“大量回用、少量回注、少量排放”的方法。 一般而言，中美两国均采用回注、回用、外流三种方式处理处置压裂回流液，但由于两国管理基础不同，压裂回流液的实施存在异同（表2）。
表2 中美页岩气开采压裂回流液管理特点
在水力压裂回流液的地下注入方面，美国在联邦监管层面的地下注入监测监管框架下进行监管，而中国主要依靠能源行业标准和油气公司标准进行回注。 我国要求页岩气开发压裂回流回注目标层应为封闭地质构造地层，一般应回注活动油气藏或枯竭废弃油气藏。
回注处理的提取废水应符合能源行业标准NB T140023 2015年《页岩气储层改造第3部分：压裂回流液**及处理方法》，油气行业标准SY T6596 2016《气田注水技术要求》和油气公司企业标准Q SY01004 2016《气田注水技术规范》。
近年来，一些地区的环保部门对回注方法持谨慎态度，对回注处理方法提出了严格的环境监管要求。 例如，2019年12月发布的《关于进一步加强油气行业环境影响评价管理的通知》中提到，如果涉及废水回注，应证明回注的环境可行性，采取可行的地下水污染防治和监测措施，不对与油气开采无关的废水进行回注; 地下水污染不应重新划分;例如，2018年2月颁布的《四川省页岩气开采污染防治技术政策》提出，“对于压裂回流液的回注处理，应充分考虑回注井的完整性、注入层的密封性、隔离性和可行性，以及压裂回流液与注入层的相容性，确保环境安全。 回注井的相关程序必须齐全，运行监控和管理制度必须健全。
例如，在2016年颁布的《重庆页岩气勘探开发行业环境保护指导意见（试行）》中，首次提出“压裂回流液用于配置压裂液，如果再利用未用尽，应在处理达标后排放，严禁秘密排放; 稀释或重新注射”。
我国压裂回流液的回用主要符合能源行业标准和当地产业政策，而美国压裂回流液的回用主要基于商业市场需求。
目前，我国已出台多项环保技术政策，规范油气开采行业水污染防治工作。 根据大量现场工厂应用数据，2015年国家能源局下发了N-B T140023 2015年《页岩气储层改造第三部分：压裂回流液**及处理方法》规定了压裂回流液等废水回用处理的水质要求。
2018年，《四川省页岩气开采行业污染防治技术政策》出台，明确指出钻井废水和压裂回流液应优先回用，平台钻井废水和平台或区域压裂回流液回用率应达到85%以上。
在四川长宁威远国家页岩气示范区建设过程中，中石油着力加强压裂回流液循环利用，降低用水量，采取平台内回用和区域内平台回用的方式，减少压裂施工取水和处置的清洁水量，符合“压裂回流液回水回用率应达到85%以上”的要求。2018年出台的《四川省页岩气开采行业污染防治技术政策》。
我国页岩气开采行业仍缺乏废水排放标准。 在我国，污水处理后的污水是指经污水处理厂处理后，回流液达到相应水质标准和指标要求的能力。 压裂回流液的回用率通常达不到100%，特别是当排出期不是井场压裂作业期，贮存池不能满足长期储存大量回流液回用时，会造成大量压裂回流液排出。
从环境管理和政策导向的角度来看，回注不利于环境管理，只是暂时控制污染，并没有从根本上从源头上消除污染。
目前，我国部分地区回流液的排放要求达到《污水综合排放标准》一级GB89781996标准的排放限值，其中压裂回流液所属的污水行业类型未明确，页岩气开采行业污水排放标准限值也未给出。
随着国家生态环保要求的提高，越来越多的省份限制了盐或氯化物的含量，贵州、云南、四川等地方政策要求对压裂回流液进行集中处置和深度处理，以达到排放标准。
此外，压裂回流液排放前必须取得环境主管部门的污染物排放许可证，压裂回流液海水淡化处理工艺产生的结晶盐必须交由具有危险废物处置资质的企业进行处置。
2018年，四川省印发《四川省页岩气开采行业污染防治技术政策》，指出如果区域内有集中处理条件，可纳入污水集中处理厂进行处理; 如果区域内没有集中处理条件，达到相关标准后可排放，氯化物管理可参照《农田灌溉水质标准》GB50842005相关规定。
目前，页岩气开采行业尚无准确的废水排放标准，各级各类标准和规范性文件中对压裂回流液外排氯化物含量限值也没有明确规定。
广东环美
页岩气钻探
废水处理
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页岩气钻井废水的特点
压裂回流液原水的质量。
反冲流体具有产量变化大、成分复杂、不稳定、难降解、COD高、TDS高、硬度高等特点。
压裂回流液外排处理技术
外排处理技术必须包括去除SS、油、COD、氨氮、硬度和TDS，难度和重点是将高TDS与水中分离出来，以达到外排标准。
根据外流标准，外排处理包括气浮、催化氧化、软化沉淀、超滤、浓缩、蒸发结晶和深度处理，既能达到外排标准，又能将NaCl作为产品放入回流液中。 分离出的NaCl可用作化工原料和畜牧用盐，达到贵重物料回收利用的目的。 标准外排工艺中的先进处理装置主要是针对使用不同的膜浓缩工艺或不同的蒸发条件而造成的不合格，但需要根据不同的水质设置不同的先进处理装置。 如果使用电渗析装置，则需要增加淡水COD去除装置; 如果蒸发结晶在碱性条件下蒸发，氨氮进入冷凝液，则需要添加脱氨氮除氮装置。 由于压裂回流液标准高，处理过程较复杂，过程较长，因此建议收集回流液，建污水厂进行集中处理。
公司愿景
成为蒸发系统行业领导品牌
公司使命
深耕蒸发技术，服务废水零排放，注重资源利用，为双碳目标贡献力量
经营理念
以客户为导向，利他共生
值
感恩、正直和利他主义