内容简介
本书共五章，聚焦页岩气开发带来的环境和健康风险，分析压裂返排液特性及污染物迁移对水资源和生态的影响，并通过数学模型进行风险评估。除此以外，还研究了返排液处理技术，涵盖多相Fenton 催化、压裂回流水处理、硼及结垢离子去除、废液资源化利用等，并提供创新性解决方案。
本书可供从事油气田环境保护技术开发及相关学科研究技术人员阅读，也可供高等院校相关专业师生参考。
目录
CHAPTER 1 INTRODUCTION 1
1.1 Unintended consequences of shale gas operations: Environmental risk 1
1.1.1 Chemicals in Wastewater 9
1.1.2 Wastewater Leakage 12
1.2 Human Health Risk Assessment 13
1.2.1 Planning -Planning and Scoping process 13
1.2.2 Step 1 -Hazard Identification 14
1.2.3 Step 2 -Dose-Response Assessment 16
1.2.4 Step 3 -Exposure Assessment 19
1.2.5 Step 4 -Risk Characterization 20
1.2.6 Step 5 Sensitive Analysis 20
CHAPTER 2 MATHMATIC MODELS 22
2.1 Human Health Risk Assessment Model 23
2.2 Monte-Carlo Method 24
CHAPTER 3 RISK ASSESSMENT MODEL APPLICATION 25
3.1 Introduction 25
3.2 Method and materials 27
3.2.1 Initial data 27
3.2.2 Pollutant concentrations in environmental compartments 27
3.2.3 Probabilistic risk assessment 33
3.3 Results 36
3.3.1 Air inhalation risks 36
3.3.2 Surface soil exposure risks 44
3.4 Discussion 47
3.5 Conclusion 48
CHAPTER 4 FLOWBACK WATER TREATMENT 50
4.1 Research progress of heterogeneous Fenton catalyst for organic wastewater treatment 50
4.1.1 Research status of Fenton reaction 50
4.1.2 Performance study of heterogeneous Fenton catalyst 51
4.1.3 Conclusion 55
4.2 Study on fracturing flowback fluid treatment technology for shale gas in Yangzhou 56
4.2.1 Water quality characteristics of the flowback fluid in Yangzhou 56
4.2.2 Experiment design 56
4.2.3 Results and discussions57
4.2.4 Conclusions 63
4.3 Study on treatment of acidified waste liquid by process of neutralization/oxidation/flocculation 63
4.3.1 Experimental methods 64
4.3.2 Results and discussion 64
4.3.3 Conclusions 68
4.4 Advances in the treatment of organic wastewater with heterogeneous supported Fenton catalyst 68
4.4.1 Performance study of heterogeneous supported Fenton catalyst 69
4.4.2 Summary and prospect 73
4.5 Removal of scaling ions from catalytic oxidation and flocculation-treated fracking flowback fluids 74
4.5.1 Materials and Methods 75
4.5.2 Results and Discussion 77
4.5.3 Conclusions 81
4.6 Factors influencing the removal of boron from fracturing fluid flowback by chemical oxidative precipitation 82
4.6.1 Materials and Methods 83
4.6.2 Results and Discussion 85
4.6.3 Conclusions 91
4.7 Method for synergistic degradation treatment of polysaccharide-containing polymer wastewater by controllable ·OH radical 91
4.7.1 Background 91
4.7.2 Results 94
4.7.3 Conclusion 97
4.8 Integrated boron removal and flocculation process for treating fracturing wastewater 99
4.8.1 Background 99
4.8.2 Results 102
4.8.3 Conclusion 104
4.9 Method for preparing superfine calcium carbonate by treatment process of waste liquid in oilfield operations 104
4.9.1 Background 104
4.9.2 Results 106
4.9.3 Conclusion 107
4.10 Method for modified clay assisted microbial treatment of oil-gas field produced water with large amount of scale buildup 108
4.10.1 Background 108
4.10.2 Results 111
4.10.3 Conclusion 114
APPENDIX 116
REFERENCES 120
前言/序言
随着社会发展和对能源需求的持续增长，开发绿色能源已成为当务之急。页岩气是一种以甲烷为主要成分的非常规天然气，因其储量丰富，被纳入我国能源战略规划。我国页岩气储量居世界首位，主要分布于地质条件复杂的西南和西北地区。然而，其开发过程中对水资源消耗巨大，单井用水量可达数千万吨。页岩气开发依赖水力压裂技术，使用含水、砂及多种化学添加剂的压裂液。若处理不当，这些化学物质以及地层水中的重金属和放射性物质可能渗入地下水层，导致污染。此外，钻井液与压裂返排液回流地面后，若在处理、回收利用或回灌过程中管理不善，含有化学试剂的废水可能污染地表水，严重威胁生态环境和居民用水安全。本书以页岩气开采过程中有机污染物的产生、特性及危害为研究重点，利用数值模拟评估其对周围环境的潜在风险，为污染控制与环境保护提供科学依据和技术支持。
本书分为两部分。第一部分（第1～3 章）重点介绍了页岩气开发过程带来的环境和健康风险，包括压裂返排液的化学特性、水污染途径及其对地下水和地表水的潜在影响。通过构建数学模型，研究了污染物的动态迁移、风险评估及其对生态系统和人体健康的影响，为评估开发风险提供了科学依据，由马岚婷负责撰写。第二部分（第4 章）主要探讨有机废水和页岩气压裂回流水的处理技术，涵盖Fenton 催化及性能研究、酸化废液处理、硼及结垢离子的去除方法以及含多糖聚合物废水的协同降解技术，同时，介绍了油田废液中超细碳酸钙制备和改性黏土辅助微生物处理技术的研究进展，为复杂废水处理提供创新性解决方案，由鱼涛和黄体校负责编写。
感谢西安石油大学优秀学术著作出版基金的支持。感谢陕西省教育厅服务地方专项计划“陕北区域油气田措施返排液回用技术研究（22JC054）”、国家自然科学基金“鄂尔多斯陆相页岩气开采回流水中甲烷逸散的动力学、机理及影响因素研究（42207462）”的共同资助。限于编者学识水平有限，书中不足和疏漏之处在所难免，恳请读者给予批评指正！
编者
2024年12月
