熊春平 向啟貴 羅小蘭 鄧 皓

1.中國(guó)石油西南油氣田公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院 2.頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)與開(kāi)采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.中國(guó)石油安全環(huán)保技術(shù)研究院 4.石油石化污染物控制與處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

在頁(yè)巖氣開(kāi)采的中后期，含有高濃度化學(xué)需氧量（COD）、固體懸浮物（SS）、總?cè)芙夤腆w（Total Dissolved Solids，簡(jiǎn)稱TDS，也稱“總含鹽量”）壓裂返排液的處理和排放是一個(gè)難題，其中高達(dá)數(shù)萬(wàn)毫克每升的TDS被眾多的研究者關(guān)注，并主要借鑒反滲透（Reverse Osmosis，簡(jiǎn)稱RO）海水淡化技術(shù)，開(kāi)展了眾多處理壓裂返排液中TDS的研究工作[1-6]。反滲透法是一種高效的脫鹽技術(shù)，在典型的海水淡化工程應(yīng)用上，一級(jí)RO脫鹽率可超過(guò)99%，其出水TDS介于300～350 mg/L，滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求[7-8]，當(dāng)然也滿足污水排放的要求。

但是，將RO應(yīng)用于壓裂返排液的達(dá)標(biāo)排放處理，與海水淡化相比，在處理對(duì)象、處理目標(biāo)和濃縮液的最終處置方面存在著諸多明顯差異：①在處理對(duì)象上，除了TDS含量相似，壓裂返排液中COD、SS和其他污染物濃度是海水的幾百至上千倍，需要更為復(fù)雜的預(yù)處理工藝才能滿足RO脫鹽的進(jìn)水要求；②在處理目標(biāo)上，借鑒海水淡化技術(shù)的壓裂返排液處理已將其處理至接近“純水”，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于排放標(biāo)準(zhǔn)而忽略了受納水體的自凈能力；③壓裂返排液采用RO脫鹽產(chǎn)生的濃縮液的處置在海水淡化時(shí)通常無(wú)需考慮。以上因素導(dǎo)致將RO用于壓裂返排液的處理時(shí)，其成本比海水淡化高十幾倍。同時(shí)，將壓裂返排液中含量高達(dá)數(shù)千毫克每升的COD幾乎100%地降解和去除以滿足RO膜嚴(yán)苛的進(jìn)水水質(zhì)要求，也存在著一定的技術(shù)難度。高昂的處理成本和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)可能嚴(yán)重制約海水淡化技術(shù)在壓裂返排液中的應(yīng)用。

針對(duì)壓裂返排液的達(dá)標(biāo)排放，如果不考慮TDS，僅降解和去除包括COD、SS在內(nèi)的其他污染物，可以極大的降低處理技術(shù)難度和處理成本，但如何避免壓裂返排液中過(guò)高的TDS濃度對(duì)受納水體的生態(tài)環(huán)境和用水安全的影響則是必須重視的問(wèn)題。因此，需要根據(jù)現(xiàn)有的壓裂返排液中氯化物排放標(biāo)準(zhǔn)，研究在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行的壓裂返排液達(dá)標(biāo)排放處理方法和實(shí)施途徑。

1 頁(yè)巖氣壓裂返排液達(dá)標(biāo)排放是否必須脫鹽

從美國(guó)的“頁(yè)巖氣革命”到國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的逐步推進(jìn)，壓裂返排液中高含鹽量對(duì)環(huán)境的影響，始終得到眾多機(jī)構(gòu)和學(xué)者的持續(xù)關(guān)注，但關(guān)注點(diǎn)主要集中在具體的脫鹽方法和技術(shù)方面，而對(duì)于地表水環(huán)境含鹽量的變化中僅有少數(shù)文獻(xiàn)涉及，也僅限于美國(guó)Marcellus頁(yè)巖氣田所在地區(qū)部分地表水體曾短暫監(jiān)測(cè)出高鹽分或超出氯化物等無(wú)機(jī)鹽的背景值[2,9]；而因含鹽工業(yè)廢水排放導(dǎo)致地表水體鹽含量的增高對(duì)于用水安全和水生生態(tài)環(huán)境的影響則少有文獻(xiàn)涉及。

主要由 Na+、K+、Ca2+、Mg2+及 Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-等離子組成的無(wú)機(jī)鹽廣泛存在于地表水、地下水、海水中，對(duì)于與人類活動(dòng)密切相關(guān)的地表水而言，由于各地區(qū)地下水的排泄和交換、氣象條件中降水量和自然蒸發(fā)量等因素的不同，其TDS含量存在很大的差異。習(xí)慣上，將TDS≤1 000 mg/L的水稱為淡水，是人類可以直接使用的。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 14848—2017《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中，可飲用的水中氯化物（以Cl-計(jì)，下同）和硫酸鹽（以SO42-計(jì)，下同）的限值均為250 mg/L[10-11]。換句話說(shuō)，水中的主要無(wú)機(jī)鹽含量在此濃度限值之下，人長(zhǎng)期飲用是安全的。

氯化物和大多數(shù)硫酸鹽通常都是溶解度較大的鹽類，是否在水和土壤環(huán)境中富集，與當(dāng)?shù)貧庀髼l件和水的排泄通道有關(guān)。在降水量大于自然蒸發(fā)量的地區(qū)或外流河中，氯化物濃度會(huì)不斷地稀釋降低并維持平衡；反之，在降水量小于自然蒸發(fā)量的地區(qū)且所在的流域?yàn)閮?nèi)流河，其中的氯化物濃度（即使沒(méi)有人為的排放）就會(huì)不斷地濃縮增高。

因此，在國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣資源豐富、同時(shí)也是水資源相對(duì)豐富的西南地區(qū)，在保證受納水體中氯化物和硫酸鹽濃度不影響用水安全的情況下，頁(yè)巖氣壓裂返排液的達(dá)標(biāo)排放處理可以考慮采用非脫鹽技術(shù)。

2 氯化物的排放標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)受納水體的影響

考慮到頁(yè)巖氣的滾動(dòng)開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)相鄰的開(kāi)發(fā)區(qū)塊內(nèi)的新鉆井?dāng)?shù)減少，可重復(fù)回用的返排液量小于返排液產(chǎn)生量時(shí)，則必須為積存量日益增加的返排液找到去向，通常采取以下方法：①借鑒氣田采出水的處置方式，回注地層；②處理達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)后排放，減輕對(duì)地表水環(huán)境的影響。

2.1 壓裂返排液中氯化物排放標(biāo)準(zhǔn)

頁(yè)巖氣壓裂返排液如果需要外排，不論是直接排放還是間接排放，水質(zhì)上均須滿足國(guó)家和地方相應(yīng)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，污染物的排放總量也需要滿足國(guó)家和地方環(huán)保部門對(duì)污染物總量控制的要求。

頁(yè)巖氣開(kāi)采屬新興產(chǎn)業(yè)，包括其所屬的石油天然氣開(kāi)采業(yè)的污染物排放尚未制定和發(fā)布國(guó)家行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。壓裂返排液經(jīng)處理后排放，目前在四川省應(yīng)執(zhí)行的有效標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[12]和四川省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 51/190-93《四川省水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[13]。

而壓裂返排液中含量最高的“特征物質(zhì)”——氯化物或TDS在GB 8978—1996中未做規(guī)定，在DB 51/190-93中則有較嚴(yán)格的規(guī)定：氯化物直接排放的允許濃度分為1～5級(jí)，范圍為300～600 mg/L；W級(jí)為間接排放，即進(jìn)入污水處理廠的濃度范圍為小于等于1 000 mg/L。需要說(shuō)明是，DB 51/190-93標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氯化物還有例外規(guī)定，其表后注釋中特別說(shuō)明“氣田水另行規(guī)定”，即豁免了氣田水執(zhí)行氯化物標(biāo)準(zhǔn)限值。

“氣田水”是天然氣開(kāi)采中伴隨天然氣采出而涌出地面的地層水，與頁(yè)巖氣壓裂返排液的水質(zhì)有些差別，但在氯化物（或TDS）含量范圍上，則與頁(yè)巖氣壓裂返排液基本相同。若壓裂返排液不屬“氣田水”，經(jīng)處理后直接排放，其中的氯化物應(yīng)執(zhí)行300～600 mg/L的限值要求，間接排放氯化物也應(yīng)小于1 000 mg/L，要達(dá)到這樣的要求，除了要去除其他污染物，還必須采用成本很高的RO法或熱法進(jìn)行鹽水分離。若將壓裂返排液視為“氣田水”的一種，則面臨在“氯化物（或TDS）”這一項(xiàng)壓裂返排液中含量最高的特征物質(zhì)上無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依的尷尬局面。壓裂返排液如果經(jīng)過(guò)處理后間接排放，其最終執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》也未對(duì)氯化物做出規(guī)定[14]。

綜上所述，對(duì)于可能需要排放到自然水體的頁(yè)巖氣壓裂返排液，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)其中氯化物的濃度限值做出規(guī)定，地方標(biāo)準(zhǔn)也未明確規(guī)定。

2.2 可參考的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

在國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系中，對(duì)氯化物或無(wú)機(jī)鹽做出明確規(guī)定的，主要有GB 3838—2002、GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 14848—2017。

另外，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》屬于健康衛(wèi)生類的標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)氯化物或無(wú)機(jī)鹽的限值規(guī)定也基本與GB 3838—2002和GB/T 14848—2017一致。各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氯化物和相關(guān)物質(zhì)的規(guī)定如表1所示。

需要特別說(shuō)明的是GB 5084—2005，其理論上屬于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)而非排放標(biāo)準(zhǔn)，適用對(duì)象為“以地表水、地下水和處理后的養(yǎng)殖業(yè)廢水及以農(nóng)產(chǎn)品為原料加工的工業(yè)廢水作為水源的農(nóng)田灌溉用水”。換句話說(shuō)，如果某地區(qū)以地表水和地下水作為農(nóng)田灌溉用水時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)是衡量水源是否適合農(nóng)田灌溉的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；而如果某地區(qū)將處理后的工業(yè)廢水全部直接用于農(nóng)田灌溉時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)也是企業(yè)需執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氯化物限值為350 mg/L。

在指導(dǎo)性文件《四川省頁(yè)巖氣開(kāi)采業(yè)污染防治技術(shù)政策》（四川省環(huán)境保護(hù)廳公告2018年第3號(hào)，2018年2月1日發(fā)布）中，水污染防治方面針對(duì)鉆井廢水和壓裂返排液的去向，提出了4種處置方式，各種處置方式及相應(yīng)的要求見(jiàn)表2。

上述文件的要求中，間接排放方式未對(duì)“進(jìn)廠廢水”或最終排放自然水體的污水中氯化物做出濃度限值規(guī)定。直接排放方式對(duì)氯化物的管理可以參照GB 5084—2005中的有關(guān)規(guī)定，即小于等于350 mg/L。

2.3 可參考的其他標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于氯化物和TDS的排放，可參考的標(biāo)準(zhǔn)還有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)氯化物和硫酸鹽濃度限值的規(guī)定[15]，以及GB 8978—1996中“3.2 排水量”和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ 2.3—2018《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則地表水環(huán)境》中“表1、注2”的規(guī)定[16]。

表1 環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氯化物和無(wú)機(jī)鹽的濃度限值規(guī)定簡(jiǎn)表 mg/L

表2 《四川省頁(yè)巖氣開(kāi)采業(yè)污染防治技術(shù)政策》對(duì)鉆井廢水和壓裂返排液的處置要求表

GB/T 50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》是工程建筑設(shè)計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從1983年發(fā)布以來(lái)，前后經(jīng)過(guò)4次修訂，2017年修訂前均為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)分別為GBJ 80—83、GB 50050—95、GB 50050—2007）。主要基于節(jié)水的考慮，在2007年修訂時(shí)[17]提高了循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)。因此將對(duì)氯化物和硫酸鹽的濃度限值有所提高，其中對(duì)間接冷卻水中氯化物的最高限值為700 mg/L或1 000 mg/L（數(shù)值的差別在于循環(huán)水的流程及設(shè)備材質(zhì)的不同），對(duì)“硫酸鹽+氯化物”最高限值為2 500 mg/L。

循環(huán)冷卻水因散熱蒸發(fā)水分導(dǎo)致其中的無(wú)機(jī)鹽不斷地濃縮，而較高的氯化物含量將產(chǎn)生嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕和因結(jié)垢導(dǎo)致的熱交換效率降低，因此在運(yùn)行中通過(guò)排放一定量的循環(huán)冷卻水（高TDS）、補(bǔ)充新鮮水（低TDS）的方式保持其中無(wú)機(jī)鹽濃度穩(wěn)定。而排放的間接循環(huán)冷卻水，其氯化物和硫酸鹽最高濃度即為GB/T 50050—2017中規(guī)定的限值（與GB 50050—2007 相同）。

HJ 2.3—2018為環(huán)境保護(hù)行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在GB 8978—1996和HJ 2.3—2018中規(guī)定“間接冷卻水，循環(huán)水以及其他含污染物極少的清凈下水”一般不統(tǒng)計(jì)為污水排放量。在實(shí)際執(zhí)行和監(jiān)管上，通常在設(shè)置了清污分流排水系統(tǒng)的企業(yè)，該部分清凈下水允許不經(jīng)處理與雨水混合直接排放。

也就是說(shuō)，污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB 8978—1996沒(méi)有對(duì)氯化物和無(wú)機(jī)鹽的排放（不論是濃度還是排放量）做出限制，實(shí)際執(zhí)行時(shí)也是通過(guò)其中3.2條款對(duì)間接冷卻水等的豁免而允許氯化物的排放；只是在客觀上通過(guò)這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)執(zhí)行，間接規(guī)定了污水排放中氯化物的最高排放濃度為1 000 mg/L、“硫酸鹽+氯化物”的最高排放濃度為2 500 mg/L。

根據(jù)2018年1月1日起生效執(zhí)行的《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)稅法》第三條及附表規(guī)定，“氯化物”和“硫酸鹽”未列入應(yīng)稅污染物名單，不屬于應(yīng)稅污染物，其他包括SS、COD、BOD、N-NH3等在內(nèi)的指標(biāo)則屬于應(yīng)稅污染物。

綜上所述，通過(guò)系統(tǒng)梳理國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范性文件，筆者發(fā)現(xiàn)：有的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范性文件未規(guī)定氯化物濃度限值，而有的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范性文件規(guī)定氯化物濃度限值高達(dá)1 000 mg/L，有的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范性文件規(guī)定氯化物濃度限值僅為350 mg/L，充分表明目前國(guó)家或地方標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范性文件對(duì)外排廢水中氯化物濃度限值缺少統(tǒng)一、明確的規(guī)定。

2.4 壓裂返排液中的氯化物對(duì)用水安全的影響

不論是直接排放還是間接排放污水，是否影響地表水環(huán)境質(zhì)量和功能，特別是用水安全方面的影響，則與污染物的排放量、受納水體的環(huán)境容量有關(guān)。而污染物的排放量由污水排放量和污水中的污染物濃度確定；環(huán)境容量則由河流流量、相應(yīng)污染物的環(huán)境本底濃度和根據(jù)地表水環(huán)境功能確定的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值確定。

以流經(jīng)某頁(yè)巖氣田的NG河為例，在保證氯化物濃度不超過(guò)GB 3838—2002標(biāo)準(zhǔn)限值的前提下，以其近年最枯月的最小流量計(jì)算，該河段氯化物的環(huán)境容量為190.67 t/d（表3）。理論上該頁(yè)巖氣田產(chǎn)生的全部壓裂返排液中的氯化物總含量最高也僅為100.75 t/d，為計(jì)算環(huán)境容量的52.84%。即使全部排放NG河，該河段氯化物濃度最高可達(dá)132.3 mg/L，也僅為GB 3838—2002中氯化物標(biāo)準(zhǔn)限值250 mg/L的52.92%，為GB 5084—2005中氯化物標(biāo)準(zhǔn)限值350 mg/L的37.8%，對(duì)水體環(huán)境和功能影響較小，不影響“用水安全”。

表3 某頁(yè)巖氣田壓裂返排液中氯化物產(chǎn)生情況及所在流域環(huán)境容量計(jì)算表

考慮到這種計(jì)算的假設(shè)條件是一種極端狀況，在頁(yè)巖氣田開(kāi)發(fā)后期，真正需要處理后排放的壓裂返排液遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于“最大產(chǎn)生量”，并且在有監(jiān)管控制、按各集中式污水處理廠的處理規(guī)模的一定比例處理且排放到多條河流的情況下，這種影響將會(huì)較小。

3 壓裂返排液處理技術(shù)對(duì)策

3.1 回用處理技術(shù)

近年的國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣田開(kāi)發(fā)處于開(kāi)始階段，壓裂返排液經(jīng)處理后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)NB/T 14002.3—2015《頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造第3部分：頁(yè)巖氣藏壓裂返排液回收與處理》[19]，基本上全部回用于配制壓裂液。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 14002.3—2015中主要對(duì)SS、Fe和部分特定細(xì)菌的濃度/含量規(guī)定了限值，壓裂返排液在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)“混凝沉淀—過(guò)濾—?dú)⒕惫に囂幚砑纯蛇_(dá)標(biāo)，近年相關(guān)單位研究的重點(diǎn)主要在裝置的橇裝化集成、自動(dòng)化控制和污泥同步干化等方面。

3.2 回注處理技術(shù)

壓裂返排液的回注處理技術(shù)上與氣田水回注處理基本相同，與回用處理技術(shù)也大同小異，主要去除其中的SS和石油類。因現(xiàn)階段壓裂返排液全部可回用而無(wú)實(shí)際回注需求，且現(xiàn)有的頁(yè)巖氣田與有回注條件的常規(guī)氣田距離較遠(yuǎn)，在運(yùn)輸成本上也過(guò)于昂貴。

3.3 壓裂返排液達(dá)標(biāo)排放處理技術(shù)及實(shí)施途徑

3.3.1 可借鑒的其他廢水處理方式

在論述壓裂返排液達(dá)標(biāo)排放處理的新途徑之前，可以先借鑒2種污水處理的通常做法，一種是前面提到的循環(huán)冷卻水處理及其脫鹽濃縮液的處置，另一種是近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的垃圾滲濾液的處理。

3.3.1.1 循環(huán)冷卻水處理及其脫鹽濃縮液的處置

在本文前面曾分析，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 8978—1996和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ 2.3—2018實(shí)際上對(duì)循環(huán)冷卻水中的氯化物、硫酸鹽排放作了豁免，其實(shí)際的排放量和氯化物、硫酸鹽排放濃度主要從節(jié)約用水的角度通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50050—2017進(jìn)行間接規(guī)定。

為了達(dá)到節(jié)約用水的目的和要求，使用循環(huán)冷卻水的大多數(shù)企業(yè)都通過(guò)提高濃縮比來(lái)實(shí)現(xiàn)。要提高濃縮比，則循環(huán)冷卻水中鹽含量會(huì)大幅度增加，導(dǎo)致增加含磷緩蝕劑和阻垢劑的用量，因而高濃縮比的循環(huán)冷卻水中總磷含量通常介于1～3 mg/L，甚至超過(guò)5 mg/L[20-22]，遠(yuǎn)超過(guò)GB 8978—1996的濃度限值（0.5 mg/L），COD值也會(huì)有所增加，這種循環(huán)冷卻水排污顯然不能作為“清凈下水”直接排放。

通常在高濃縮比的循環(huán)冷卻水處理中，采用與海水淡化類似的“雙膜法”（超濾+反滲透）脫鹽后補(bǔ)充循環(huán)冷卻水使用，因排污水中總?cè)芙夤腆w含量只有2 000 mg/L左右，淡水回收率一般可達(dá)75%。循環(huán)冷卻水排污經(jīng)“雙膜法”處理后的濃縮液，其總?cè)芙夤腆w含量可介于7 000～8 000 mg/L。而通常的做法是將濃縮液引入廠內(nèi)或廠外的二級(jí)污水處理場(chǎng)進(jìn)行處理后排放[23-24]。

3.3.1.2 垃圾滲濾液及其濃縮液的處理

生活垃圾填埋后，在降解、熟化、穩(wěn)定的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的滲濾液，垃圾滲濾液是一種高濃度有機(jī)廢水，COD高達(dá)1 000～30 000 mg/L，N-NH3高達(dá)200～3 000 mg/L[25]。大量的文獻(xiàn)也更多地關(guān)注在其高濃度COD、N-NH3的去除上面，其實(shí)垃圾滲濾液同時(shí)也是一種高含鹽廢水，其氯化物濃度介于2 000～ 20 000 mg/L[26-28]。GB 16889—2008《 生 活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，在2011年7月1日前，垃圾滲濾液可送往二級(jí)污水處理廠，以不超過(guò)污水處理量0.5%的比例混合處理，未對(duì)氯化物濃度進(jìn)行規(guī)定；2011年7月1日起，垃圾滲濾液須自行處理達(dá)標(biāo)排放[29]。

而現(xiàn)階段垃圾滲濾液的主要處理工藝為“UASB+ MBR+NF/RO（升流式厭氧污泥床+膜生物反應(yīng)器+納濾/反滲透”），其末端工藝NF/RO會(huì)產(chǎn)生30%～40%的濃縮液，其中的氯化物含量小于或接近海水濃度[30]。濃縮液的處置部分采用回灌垃圾填埋場(chǎng)（這種處置方式會(huì)導(dǎo)致垃圾滲濾液中氯化物的不斷增高，加大后期垃圾滲濾液的處理難度），大多數(shù)的去向還是二級(jí)城鎮(zhèn)污水處理廠[31-32]。

針對(duì)NF/RO處理垃圾滲濾液會(huì)產(chǎn)生更難處理的濃縮液的問(wèn)題，徐輝等[33-35]提出采用“高級(jí)氧化+生化”處理垃圾滲濾液的技術(shù)方向，并列舉了上海某垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理廠100 m3/d 的示范性工程（2012年）、杭州市天子嶺垃圾填埋場(chǎng)污水處理廠1 500 m3/d Fenton+BAF（芬頓氧化+曝氣生物濾池）核心工藝（2012年通過(guò)環(huán)保驗(yàn)收）2個(gè)運(yùn)行實(shí)例，出水均達(dá)到GB 16889—2008規(guī)定的濃度限值。值得注意的是，這2個(gè)工程實(shí)例都未對(duì)氯化物進(jìn)行處理，這一技術(shù)途徑與筆者后面提出的處理途徑思路基本一致。

3.3.2 壓裂返排液達(dá)標(biāo)排放處理新途徑

由此，筆者提出：對(duì)于頁(yè)巖氣田建設(shè)后期及開(kāi)采階段產(chǎn)生的無(wú)法回用的壓裂返排液，可采取在頁(yè)巖氣田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行深度預(yù)處理，將其中絕大部分COD、SS、石油類、重金屬等去除，至少達(dá)到GB 8978—1996的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后，通過(guò)管道向氣田所在范圍內(nèi)的多個(gè)集中式污水處理場(chǎng)按其實(shí)際處理規(guī)模的一定比例配送，與生活污水充分混合后，經(jīng)污水處理場(chǎng)二級(jí)處理后達(dá)標(biāo)排放（圖1）。

圖1 壓裂返排液達(dá)標(biāo)排放處理新途徑示意圖

在頁(yè)巖氣田內(nèi)，根據(jù)各生產(chǎn)井及開(kāi)發(fā)井的壓裂返排液的返排量和水質(zhì)，可采用集中處理與一體化橇裝裝置處理2種方式相結(jié)合，靈活配制。氣田內(nèi)的處理工藝根據(jù)水質(zhì)的變化，可采用“高級(jí)氧化+絮凝沉降”“預(yù)氧化+厭氧/好氧MBR”等處理工藝，去除大部分COD、SS、石油類、重金屬，并提高難降解高分子有機(jī)物的可生化性（為集中式污水處理廠二級(jí)生化創(chuàng)造條件），并同步進(jìn)行污泥脫水減量。污水處理后達(dá)到GB 8978—1996的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)前面對(duì)壓裂返排液達(dá)標(biāo)排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的分析，筆者認(rèn)為該處理途徑是合規(guī)可行的。該處理途徑的最大優(yōu)勢(shì)是節(jié)省了高昂的處理費(fèi)用，包括COD的深度處理、脫鹽及濃縮液的處置。這種處理方式需要考慮以下2個(gè)方面：①壓裂返排液中高濃度COD的可生化性。通過(guò)對(duì)壓裂返排液中高濃度COD的來(lái)源分析，其中的有機(jī)物大部分是可生化降解的，或是經(jīng)預(yù)氧化后能提高其可生化性。關(guān)于壓裂返排液的生化處理方面，已有部分學(xué)者的試驗(yàn)結(jié)果可證實(shí)[38-41]。②壓裂返排液中的氯化物對(duì)用水安全的影響。由于未采用脫鹽工藝，這種間接排放的壓裂返排液中的氯化物未得到有效消減，因此環(huán)境保護(hù)部門和頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)企業(yè)均需重視用水安全方面的影響。在科學(xué)論證和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，環(huán)境保護(hù)門需規(guī)定并監(jiān)管集中式污水處理廠接收壓裂返排液的比例，并加強(qiáng)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠排污口下游水體氯化物濃度的監(jiān)測(cè)。企業(yè)需對(duì)壓裂返排液進(jìn)行有效的預(yù)處理，提高其可生化性并至少達(dá)到GB 8978—1996的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；排放去向必須是采用二級(jí)生化法的集中式污水處理廠。

4 結(jié)論及建議

1）在頁(yè)巖氣田進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，壓裂返排液無(wú)法回用時(shí)，除采用在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)基礎(chǔ)上已證明技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的脫鹽技術(shù)處理外，還可采用在氣田內(nèi)預(yù)處理后按適當(dāng)比例配送至集中式污水處理廠進(jìn)行生化處理，達(dá)標(biāo)后排放。該處理途徑依法合規(guī)，從借鑒相關(guān)污水處理的案例來(lái)看，處理成本相對(duì)較低，具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。

2）建議開(kāi)展壓裂返排液以生化法為最終處理方式，包括預(yù)氧化、高級(jí)氧化在內(nèi)的預(yù)處理技術(shù)研究。為保證將來(lái)接收壓裂返排液的集中式污水處理廠的正常運(yùn)行，需開(kāi)展氯化物濃度對(duì)常規(guī)活性污泥法工藝中環(huán)境微生物活性的影響研究。

3）為保證頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)域內(nèi)的用水安全，應(yīng)開(kāi)展對(duì)區(qū)域內(nèi)主要河流地表水體氯化物和硫酸鹽的本底調(diào)查研究，為壓裂返排液在各集中式污水處理廠的調(diào)配比例提供科學(xué)的依據(jù)。