尚偉

摘 要：在油氣田的壓裂生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量返排液。該廢水含有大量成分復(fù)雜的有機和無機化合物（主要是鹽，礦物質(zhì)和油），處理難度大，對環(huán)境的污染嚴(yán)重，引起了全球范圍的廣泛關(guān)注。目前存在多種物理和化方法來處理頁巖氣廢水，但都存在各種缺陷。只有對每個問題全面深入了解才能帶來更好，更高效的解決方案。本文根據(jù)最新發(fā)現(xiàn)和最近發(fā)表的相關(guān)文章，對返排液的四種膜技術(shù)處理方法進行了研究。此外，對這些治理方法遇到的挑戰(zhàn)和機遇進行了討論分析。最后提出了返排液回用的潛在應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：返排液；膜技術(shù)；廢水回用

1返排液性質(zhì)

返排液是油氣田水力壓裂生產(chǎn)過程中的產(chǎn)物，主要由含水層中的水和鉆井時向地層注入的水組合。返排液通常與油藏，井或管道中的碳?xì)浠衔锝佑|，因此它是一種非常復(fù)雜的混合物，包括有機組分，陽離子（如鎂、鈣和鐵），陰離子（如碳酸鹽、溴化物和硫酸鹽）和重金屬（如鋇，鈾，鎘，鉻和鉛）[1]。重金屬與一般有機成分相比毒性較低[2]。另外，它還含有在鉆井和生產(chǎn)過程中添加的化學(xué)藥劑。返排液的物理化學(xué)性質(zhì)根據(jù)油氣田的地理位置，地質(zhì)構(gòu)造和生產(chǎn)的碳?xì)浠衔锏念愋停ɡ缰赜?，中油，輕油，貧煤氣等）不同而發(fā)生很大差異。此外，返排液的水質(zhì)特征和產(chǎn)水量在油氣田的整個使用壽命期間都會發(fā)生變化：油氣開始生產(chǎn)階段，產(chǎn)水量非常小，隨著油層變老，產(chǎn)量增加。返排液通常含有一些固體，包括沙子，淤泥，碳酸鹽和粘土。 此外，返排液含有一些厭氧細(xì)菌，這些細(xì)菌可能會造成腐蝕?？傊蹬乓撼煞謴?fù)雜，產(chǎn)量巨大。

2 膜處理方法

目前存在多種物理和化方法來處理返排液，但高昂的處理成本，使用有毒化學(xué)品，設(shè)備安裝的空間限制以及產(chǎn)生額外的污染等各種局限促使研究人員開發(fā)出用于該廢水處理的膜方法[3]。膜是由有機和無機材料合成的薄膜，在外壓力驅(qū)動下將進水中特定組分與水分離。分離的具體組分依賴于所用膜的孔徑 [4]。按照孔徑的由大到小分為微濾（MF），超濾（UF），納濾（NF）和反滲透（RO）。膜工藝便根據(jù)應(yīng)用的膜進行分類[5]。

微濾膜可用于懸浮顆粒的分離，因此它只能用于返排液的預(yù)處理。 Cakmakc等人[24]研究了膜工藝在返排液處理中的應(yīng)用，他們使用了孔徑為0.2微米的乙酸纖維素制成的MF膜，作為NF和RO工藝的預(yù)處理。 Ebrahimi等人[6]研究了用不同陶瓷膜（MF膜）處理油田返排液。

超濾膜是處理石油污染廢水的膜技術(shù)之一，比其他常規(guī)方法（固液分離器、混凝、吸附等）更有效。該方法的優(yōu)點包括除油效率高，無化學(xué)添加劑，低能源成本和安裝空間小。在一項工作研究中，通過利用中試規(guī)模工廠比較了MF和UF膜用于油田返排液處理的效果[6]。這項工作的結(jié)果表明，與MF膜相比，UF膜出水符合排放標(biāo)準(zhǔn)。還得出結(jié)論：對于返排液處理，優(yōu)選截留分子量為100至200kDa的UF膜。

實驗研究表明，RO/NF膜技術(shù)處理返排液效果最好，出水水質(zhì)可達到灌溉或者回用的標(biāo)準(zhǔn)。但RO/NF之前必須使用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理以降低膜污染。所有前面提到的常規(guī)方法都可以用作RO/NF膜系統(tǒng)的預(yù)處理階段。RO/NF系統(tǒng)的資金成本取決于所需廢水的回收率，膜的材料和現(xiàn)場位置。另外，廢水水質(zhì)（如總?cè)芙夤腆w（TDS）、有機物等）也會影響運營成本。

3 結(jié)論

這項工作主要闡述了油氣壓裂返排液的來源和特征。主要針對這種高鹽度、高污染的廢水的不同膜處理方法進行了討論。實際工業(yè)中不會存在單一處理返排液工藝，所以開發(fā)和改進混合和綜合工藝意義重大。本文對返排液處理的最佳方法的選擇也進行了研究，這些工藝在很大程度上取決于返排液來源，其化學(xué)性質(zhì)和設(shè)備安裝的空間限制條件。最后，處理后的返排液將成為某些應(yīng)用的有效水資源，例如工業(yè)和灌溉。

參考文獻：

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