目前，我國正處於頁岩氣開發起步階段，為降低我國頁岩氣大規模可持續發展帶來的水環境風險，促進其可持續發展，加強頁岩氣壓裂回流液處理處置管理尤為重要。 近年來，一些學者研究了頁岩氣開發中的水環境影響，從環境影響評價制度、環境沉積制度、環境風險應急管理制度等方面主張建立健全我國頁岩氣開發環境監管法律法規。 本文以頁岩氣開發過程中的水環境保護為重點，通過回顧中美兩國頁岩氣開發過程中壓裂回流液處置的相關政策、法律法規，提出了我國壓裂回流液管理的對策。
地下水含水層和含水層示意圖。
頁岩氣開採壓裂過程中的環境汙染
水力壓裂示意圖 （A） 和採出水 TDS 和 δ18O 隨時間變化的示意圖 （B）。
水力壓裂技術是頁岩氣開發的核心技術，水力壓裂作業過程需要在短時間內消耗大量的水資源，開採過程中需要鑽井數量大，單井需水量大。 一些注入的水力壓裂液會留在地層中，但仍有5%至80%的注入水在壓裂液釋放壓力後返回地表，這些回流液通常含有支撐劑、化學殘留物以及地層水和岩屑中的各種物質。 頁岩氣開發造成的地表水汙染主要是由壓裂回流液成分複雜造成的。 由於回流液與頁岩儲層長期緊密接觸，壓裂液組分以外的物質，如石油烴凝析油等有機物進入附近水體，會汙染地表水。 壓裂液中新增劑的可溶性化學成分也可能滲入地下水，從而增加地下水被有毒有害有機物等溶解化學物質汙染的風險。
美國對頁岩氣開發是否會造成地下水汙染進行了大量研究，發現馬塞勒斯頁岩氣井1km以內地下水中甲烷含量遠高於1km以外地下水。 美國懷俄明州的頁岩氣開發是淺層地下鹽水（高濃度的鈉、氯、溴化物和其他無機成分）和天然存在的放射性物質。 回流液水質指標中化學需氧量（COD）和懸浮物（SS）含量常高於我國GB89781996《汙水綜合排放標準》中的一級標準限值，該類廢水由於汙染物種類多、鹽度大，難以處理，如果處理不當，排放水中就會檢測到壓裂液新增劑成分。 因此，為了降低環境汙染風險，保持頁岩氣產業的綠色可持續發展，必須有效控制壓裂過程對水環境的影響。 以下是中美兩國監管方式和管理基礎的比較和總結。
美國監管方針和管理基礎
美國的監管機構由聯邦和州政府共同擁有，監管機構是分層的。 在美國聯邦頒布的法律法規中，與水環境保護有關的主要法律法規有《清潔水法》、《安全飲用水法》和《油汙法》。
其中，《清潔水法》採用國家汙染物排放消除系統許可程式，從汙水排放許可和總量控制的角度控制油氣開採對水環境可能產生的影響。 2009年，《聯邦壓裂責任和化學品意識法案》出台，進一步明確了地下注入控制（UIC）的監管框架包括用於油氣開發的地下注入材料和支援介質，並要求公司披露水力壓裂液的化學成分，以監測和規範壓裂液中各種化學品的使用。
美國頁岩氣開發的環境方面根據相關聯邦**機構批准的協議和計畫委託給各州。 如果州標準具有同等保護性或更具保護性，以滿足當地的環境要求，則美國各州可以強制執行區域性、州特定的監管標準。
美國各州在實施環境監管方面具有鮮明的特點，優勢很大，州政府**和開發區的環境監管機構因地制宜開展環境監管，提出適合區塊開發的具體監管政策法規，以彌補聯邦水力壓裂具體環節監管的不足法律上，有的州已經建立了比較嚴格和完善的法規、制度、標準體系。例如，美國有14個州要求頁岩氣開發商在不洩露商業秘密的情況下，以**為基礎向公眾提交和披露有關水力壓裂液化學成分的資訊，蒙大拿州和懷俄明州要求頁岩氣開發商自願披露所用壓裂液的化學成分。
美國各州、**和頁岩氣開發商按照保護地表水和地下水資源甚至減少未來淡水需求的原則處理回流體，並遵循“減量、再利用、迴圈”的汙染防治原則，對回流液的處理和管理主要有三種方式：地下注入、利用和標準排放。
根據美國地下注入監測監管框架（UIC），蒙大拿州和懷俄明州要求頁岩氣開發商自願披露壓裂液化學品的使用量。
根據美國環保署的報告，II類注入井的大部分液體都是在石油和天然氣生產過程中被帶到地表的鹽水，這些鹽水在地層中自然存在，通常鹽度很高，可能含有天然存在的放射性物質，如果排放到地表水或地表，可能會危害環境和公眾健康。
為了防止土地和地表水受到汙染，II類注入井允許共層回注。 根據N**igant Consulting的報告，考慮到環境因素，如運輸、處置和場外處理地表廢水處理的回流液的成本，以及地質條件等環境因素，II類注入井已成為水力壓裂作業中回流液的首選處理方式， 以及各州為防止地表水和土壤受到鹽水汙染而採用的處理法規。
然而，並非所有頁岩氣開發區都可以使用地下注入處理回流液，因為有些地區是不可注入的，例如賓夕法尼亞州只有五口II類注入井用於地下注入回流液，而德克薩斯州和科羅拉多州更適合II類注入井。 在紐約和賓夕法尼亞州，通過深井注入處理回流液已獲得美國環境保護署和環境機構的許可。
在使用回流解決方案之前，需要由服務公司和開發商進行評估，以確定回流解決方案的處理程度和補給所需的水量。 一般情況下，現場處理裝置和技術方法是根據待處理液體的流量和總體積、待除去的組分及其含量、處理要達到的目標、回用和排放的要求來確定的。
回流液通常經過處理，達到滿足水力壓裂要求或可用作其他工業用水的程度，不需要處理到可以排放到地表水或用作飲用水的程度。
雖然回流液的回用可以節約用水，減少對其他處理方法的需求，並解決與取水有關的問題，但為了提高配置回流液的壓裂液的效能和成本節約，美國正在進行研究，以尋找新的方法和技術，使回流液的最佳利用成本更高。
在美國，當回流液含有需要進一步處理且無法排放到地表水的汙染物時，服務公司將不得不將回流液轉移到廢水處理廠。 美國工業廢水處理設施的運營商將根據處理設施的汙水許可標準處理廢水，然後再將其排放到附近的接收水體中。
中國的監管方式和管理基礎
與北美不同，中國目前處於頁岩氣開發的早期階段，大部分開採區域集中在生態脆弱、人口稠密的敏感地區，由於中美兩國法律法規體系的差異，在頁岩氣開採相關的水環境管理方面也與美國存在差異（表1）。
表1 中美頁岩氣開發中水環境保護管理的異同
我國頁岩氣開發環境監管機構分為生態環境部、自然資源部、國家發展改革委、國家稅務總局、財政部兩級。
在中國頒布的有關水環境保護的各種法律法規中，與頁岩氣開採有關的主要法律法規有《中華人民共和國環境保護法》、《水汙染防治法》、《環境影響評價法》和《油氣開採行業汙染防治技術政策》。 總體來看，與頁岩氣開發環境監管相關的環境法規和標準分散在相關法律法規中，對於頁岩氣開發過程中產生的特殊生態環境影響問題，如水力壓裂技術、高鹽度回流液等，沒有具體的解決方案。
此外，根據國家能源局的《頁岩氣開發規劃》（20162020），雖然我國在注重生態保護的同時強調要大幅增加頁岩氣產量，但尚未從排汙許可和總量控制的角度規劃頁岩氣行業的環保政策。
我國頁岩氣壓裂回流液的處理主要採用“大量回用、少量回注、少量排放”的方法。 一般而言，中美兩國均採用回注、回用、外流三種方式處理處置壓裂回流液，但由於兩國管理基礎不同，壓裂回流液的實施存在異同（表2）。
表2 中美頁岩氣開採壓裂回流液管理特點
在水力壓裂回流液的地下注入方面，美國在聯邦監管層面的地下注入監測監管框架下進行監管，而中國主要依靠能源行業標準和油氣公司標準進行回注。 我國要求頁岩氣開發壓裂回流回注目標層應為封閉地質構造地層，一般應回注活動油氣藏或枯竭廢棄油氣藏。
回注處理的提取廢水應符合能源行業標準NB T140023 2015年《頁岩氣儲層改造第3部分：壓裂回流液**及處理方法》，油氣行業標準SY T6596 2016《氣田注水技術要求》和油氣公司企業標準Q SY01004 2016《氣田注水技術規範》。
近年來，一些地區的環保部門對回注方法持謹慎態度，對回注處理方法提出了嚴格的環境監管要求。 例如，2019年12月發布的《關於進一步加強油氣行業環境影響評價管理的通知》中提到，如果涉及廢水回注，應證明回注的環境可行性，採取可行的地下水汙染防治和監測措施，不對與油氣開採無關的廢水進行回注; 地下水汙染不應重新劃分;例如，2018年2月頒布的《四川省頁岩氣開採汙染防治技術政策》提出，“對於壓裂回流液的回注處理，應充分考慮回注井的完整性、注入層的密封性、隔離性和可行性，以及壓裂回流液與注入層的相容性，確保環境安全。 回注井的相關程式必須齊全，執行監控和管理制度必須健全。
例如，在2016年頒布的《重慶頁岩氣勘探開發行業環境保護指導意見（試行）》中，首次提出“壓裂回流液用於配置壓裂液，如果再利用未用盡，應在處理達標後排放，嚴禁秘密排放; 稀釋或重新注射”。
我國壓裂回流液的回用主要符合能源行業標準和當地產業政策，而美國壓裂回流液的回用主要基於商業市場需求。
目前，我國已出台多項環保技術政策，規範油氣開採行業水汙染防治工作。 根據大量現場工廠應用資料，2015年國家能源局下發了N-B T140023 2015年《頁岩氣儲層改造第三部分：壓裂回流液**及處理方法》規定了壓裂回流液等廢水回用處理的水質要求。
2018年，《四川省頁岩氣開採行業汙染防治技術政策》出台，明確指出鑽井廢水和壓裂回流液應優先回用，平台鑽井廢水和平台或區域壓裂回流液回用率應達到85%以上。
在四川長寧威遠國家頁岩氣示範區建設過程中，中石油著力加強壓裂回流液迴圈利用，降低用水量，採取平台內回用和區域內平台回用的方式，減少壓裂施工取水和處置的清潔水量，符合“壓裂回流液回水回用率應達到85%以上”的要求。2018年出台的《四川省頁岩氣開採行業汙染防治技術政策》。
我國頁岩氣開採行業仍缺乏廢水排放標準。 在我國，汙水處理後的汙水是指經汙水處理廠處理後，回流液達到相應水質標準和指標要求的能力。 壓裂回流液的回用率通常達不到100%，特別是當排出期不是井場壓裂作業期，貯存池不能滿足長期儲存大量回流液回用時，會造成大量壓裂回流液排出。
從環境管理和政策導向的角度來看，回注不利於環境管理，只是暫時控制汙染，並沒有從根本上從源頭上消除汙染。
目前，我國部分地區回流液的排放要求達到《汙水綜合排放標準》一級GB89781996標準的排放限值，其中壓裂回流液所屬的汙水行業型別未明確，頁岩氣開採行業汙水排放標準限值也未給出。
隨著國家生態環保要求的提高，越來越多的省份限制了鹽或氯化物的含量，貴州、雲南、四川等地方政策要求對壓裂回流液進行集中處置和深度處理，以達到排放標準。
此外，壓裂回流液排放前必須取得環境主管部門的汙染物排放許可證，壓裂回流液海水淡化處理工藝產生的結晶鹽必須交由具有危險廢物處置資質的企業進行處置。
2018年，四川省印發《四川省頁岩氣開採行業汙染防治技術政策》，指出如果區域內有集中處理條件，可納入汙水集中處理廠進行處理; 如果區域內沒有集中處理條件，達到相關標準後可排放，氯化物管理可參照《農田灌溉水質標準》GB50842005相關規定。
目前，頁岩氣開採行業尚無準確的廢水排放標準，各級各類標準和規範性檔案中對壓裂回流液外排氯化物含量限值也沒有明確規定。
廣東環美
頁岩氣鑽探
廢水處理
整體解決方案整合商。
模組化。 整合。
智慧型。
頁岩氣鑽井廢水的特點
壓裂回流液原水的質量。
反衝流體具有產量變化大、成分複雜、不穩定、難降解、COD高、TDS高、硬度高等特點。
壓裂回流液外排處理技術
外排處理技術必須包括去除SS、油、COD、氨氮、硬度和TDS，難度和重點是將高TDS與水中分離出來，以達到外排標準。
根據外流標準，外排處理包括氣浮、催化氧化、軟化沉澱、超濾、濃縮、蒸發結晶和深度處理，既能達到外排標準，又能將NaCl作為產品放入回流液中。 分離出的NaCl可用作化工原料和畜牧用鹽，達到貴重物料回收利用的目的。 標準外排工藝中的先進處理裝置主要是針對使用不同的膜濃縮工藝或不同的蒸發條件而造成的不合格，但需要根據不同的水質設定不同的先進處理裝置。 如果使用電滲析裝置，則需要增加淡水COD去除裝置; 如果蒸發結晶在鹼性條件下蒸發，氨氮進入冷凝液，則需要新增脫氨氮除氮裝置。 由於壓裂回流液標準高，處理過程較複雜，過程較長，因此建議收集回流液，建汙水廠進行集中處理。
公司願景
成為蒸發系統行業領導品牌
公司使命
深耕蒸發技術，服務廢水零排放，注重資源利用，為雙碳目標貢獻力量
經營理念
以客戶為導向，利他共生
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