页岩气水力压裂法的废水处理之道

因为有了水力压裂法才有了页岩气在美国的蓬勃发展，但关于水力压裂法的争论也是此起彼伏、不绝于耳。

一方认为，得益于水力压裂法，天然气开发热潮引发了美国的能源变革，减少了对外国能源的依赖，并创造了国内就业机会;另一方认为，水力压裂法是将砂、水和化学剂注入到页岩层来提取天然气的过程，该过程耗水量大，并且具有毒害性，将有毒化学物质泵入土地，污染了空气和水，也给人类、野生动物和农业生产带来了危害。两种截然相反的观点让水力压裂法成为争议焦点。

水力压裂法，即借助高压将大量水、沙子、以及化学物质的混合物通过钻孔打入地下，对页岩层进行液压破碎，从而将其中的石油或天然气储备释放出来的开采方法。该方法带来了大量的油气产量，但同时每年采出水数量也很惊人。这些水中混有烃类和其他化学物质、天然水以及压裂井中随着气体一同回到地表的剩余液压液等。该技术在消耗大量淡水资源的同时，还产生了大量需要处理的废水。这引发了公众和业界的担忧。

据统计，美国近百万口石油天然气井每年产生的采出水就达210多亿桶。

不少专家表示，开发一系列水处理技术，大程度地寻求水处理过程的经济合理性，并根据矿井在生命周期不同阶段的不同需求对水进行循环利用是水力压裂法可持续前进的一个重要因素。

根据全球领先的水务公司威立雅公司向记者提供的相关材料显示，水力压裂法所使用的水包括地下水、地表水和饮用水，目前地下水使用率一般占比为45%到90%。开采一口页岩气井，需要耗费120万到350万加仑的水，而且压裂用水要求较高，要符合特定的水质要求，要避免有腐蚀性，要与操作过程相匹配等。另外，水力压裂法回流水，即废水重复利用的比例一般介于15%-60%之间。

经过多年研发试验，威立雅公司已拥有专利技术、精密技艺来处理页岩气生产过程中产生的废水或再回收利用，继续萃取天然气或将废水再处理，用于其它用途，从而减少了废水量以及污染水的储存。

在美国加州的圣阿尔多项目页岩气项目中，雪佛龙与威立雅就废水再利用展开合作，威立雅为该项目提供集工艺流程设计、基础工程、设备采购以及建设管理等于一体的交钥匙工程，有效地提高采出水的回收利用水平。

圣阿尔多项目初的采出水水温是99.3摄氏度，每单位采用出水中含有25ppm的散油，80ppm的碳类物，240ppm的二氧化硅，26ppm的硼，240ppm的坚硬物以及6500ppm的总溶解固体颗粒。

为达到给水要求：总溶解固体颗粒少于510ppm, 硼少于0.64ppm，水中坚硬物如碳酸钙少于2ppm，可回收利用75%的采出水，威立雅支招如下解决方案。一是前期处理步骤，主要依靠其专利的 OPUS技术进行散油分离，提高采出水质量，并通过系列软化程序，用直流蒸汽发生器(OTSG)来补给水。二是散油分离系统，包括感应天然气浮选系统以及过滤系统，将散油含量减少至0.5ppm以内。三是通过OPUS技术，其中包括多种处理步骤如热传导、除气、化学软化、媒介过滤、离子交换软化、双向反渗透系统等，这样一来，经处理的污水质量显著提高。并且，该过程中产生的固体物质也进行了脱水，并安置在垃圾掩埋场。四是系列软化系统，包括两级强酸性阳离子软化器，减少给水的硬度，以满足水质要求。

为了节约淡水和降低作业成本，哈里伯顿公司也推出了CleanWave水处理技术创新解决方案。该技术解决了困扰作业公司多年的难题，处理或重复利用了油气生产过程中产生的数量巨大的废水，而且在经济上证明可行。这项技术还在2011年美国国际石油、天然气展会上被认为是行业领先的创新解决方案。

美国亚利桑那州水化技术创新公司(HTI)是一家在该领域非常活跃的企业。这家公司的渗透过滤技术应用在油气开发的钻井废水处理中，通过渗透膜将含盐的提取溶液与污水分离，这样既可以回收利用勘探和作业过程中所消耗的淡水，又降低油气开采整体的碳足迹。

鉴于水力压裂法的重要意义，美国能源部下属的国家能源技术实验室(NETL)也在极力寻找解决压裂过程中产生的废水处理之道。去年8月，国家能源技术实验室宣布，将在3年内向科罗拉多州、纽约、以及德克萨斯州的页岩气项目出资1030万美元的研发资助。接受资金的企业也必须在总成本中拿出670万美元作为投入。在国家能源技术实验室的监督下，这些项目将对新的净水膜进行测试，并对目前的固井措施进行评测。