在过去五年里全球页岩气开采的快速发展已经震动了全世界。在某些地方，像在北美的对消费者和企业降低能源成本这方面，页岩气成为了规则改变者，在工业化国家之中很快地回应了这个长期的关注 – 从石油输出国家组织中取得能源独立。在(美国)过去的20年里，从其他重要利益的过渡到生产页岩天然气是一种更清洁碳燃料转换到产生温室效应气体最低量的过程 – 远远超过京都条约规定的任何指标。在马塞勒斯页岩区域(包括美国的俄亥俄州，宾夕法尼亚和西维吉尼亚州)发现的这个新的廉价能源不是仅为业主、生产商、和州政府赚钱，还在这些州内增加了国内人和外国人的投资，人们渴望更便宜的能源，还有基于精炼过程中生产碳氢化合物产品的生意，例如塑料。
这不是没有代价的。水电直接的过程需要大量的淡水 (使用化学物质) 在压力下注入这些深层
的垂直/水平水井为了分离页岩地层和释放天然气。每天在这个过程中都使用数十亿加仑的水。在这一过程中通常在井中平均使用五百万加仑的水。一旦完成水力压裂过程，那里将有水返回到表面的两个阶段是必须处理的。水力压裂油井之后立即产生的所谓的“回流式”水是从新鲜的压裂井中出来的。在压力下，油井在水力压裂后两周内返回相当于100万加仑的当量。这水被页岩地层里自然产生的盐给污染了，但主要是由水力压裂过程中使用的化学物质和其他有机和无机材料。在马塞勒斯页岩区域的水通常是在资源里经处理和再次使用，去水力压裂其他油井。“生产”水是来自一口现在正生产和提供气体的油井。当占到50万到100万加仑的水最初用于压裂水，生产水少量的出现，油井的寿命在此过程中可达15 - 20年的寿限。越老的油井产生的污染水就越多。 在页岩层里像马塞勒斯，产生的压裂水可以包含的总溶解固体上涨了20%的量。 这些固体主要是盐，重金属， 有机物， 和通常发生的放射性物质。在这两种排液的情况下，特别是生产水，把它们含有的这些废水污染物返回集水区做直接处理是不可能的。
(注意：从宾夕法尼亚州的马塞勒斯页岩区域的一个活跃的油井站里采集的生产水的样品)
如上所述的这种浮现在油井表面的生产废水超过油井的寿命。典型的废水成分如下：
上面的表格显示了金属的分布，从目前一个马塞卢斯页岩气井里的生产水所包含的化学物质。如果不及时治疗这种水的毒性，作为集水区的返回能造成生态灾难。好消息是有处理技术如Epiphany公司的太阳能供水系统，可以经济地净化污水，比开始的办法更能达到清洁的状态。如果我们向社会保证水力压裂和安全行业声称的一样安全，是至关重要的。
考虑到中国政府有雄心去探索和提取大量的生产水，这是一个必要的天然气开采过程的一部分，这是中国的规划者很紧急去理解和计划的。
在中国，在钻井的广阔的地域上使用数百万加仑的生产水会对野生动物和农业造成巨大的伤害，最终人们通过水和食物供应链。作为中国的政策制定者和世界其他国家的理解，在任何可持续的经济和商业发展计划中，合理的环境管理是一个主要成分。获得可靠的清洁淡水是仅次于获得可呼吸的空气，是绝对的生活必需品之一。当我们本质上理解这一点时， 我们却在内地的其他产业里做的不足够去保护它。本文竭诚指出在新兴的中国页岩气产业里从媒体及讨论的问题与合理的方法去处理对水资源管理的忧虑的使用例子。我们还将可以通过复制和修改以适应中国人的能源需求而举出像宾夕法尼亚州的马塞勒斯页岩区的示例–这是多个利益集团合作的一个很好的例子，使页岩气可以经济型的开采，最重要的是在这些油站附件的生活和工作是安全的。
目前有大量的资源被中国政府证实，中国私营企业和国外关注到中国拥有巨额非常规页岩
气储备的潜在开采。使用水力压裂页岩天然气需要使用大量的水，根据地质形成，为了“压裂”基本的页岩和释放天然气，在某些情况下其他液态碳氢化合物，如丙烷和乙烷。
在美国清洁水法案(公告)主要管理监管环境，作为国家环境保护部门的一部分，直到2005年当美国联邦法律特别免除水力压裂法的时候和放回各州去监管。在大多数情况下，国家继续使用清洁水法案 作为应该如何监管在一个国家的水力压裂操作部分的模式。国家规定受到了当前状态的影响，联邦立法的解释，国家内的商业和政治气候，资源可用性，和生产水的处理/修复选项。
我们大多数的经验是在宾夕法尼亚州，是将专注于本白皮书的其余部分。
宾西法尼亚州是现代能源产业的发源地，石油使用的发现和发展从1855年的泰特斯维尔井。同时，宾夕法尼亚州作为(这是真正的到现在)无烟煤和沥青煤的主要产地而成长起来的。这两项发展燃起了宾夕法尼亚州的经济增长，作为一个在工业革命时期的工业和经济强国。包罗万象的钢铁工业，是由卡内基在19世纪后期以大量的化石燃料推动了钢铁企业和他们扩张油井到20世纪。
由于这种发展，从环境的角度来看，在20世纪它成为重要的并开始调控煤炭、石油和天然气行业。二战后围绕各行业日益增长的环境，在很多机构中的环境管制被分离了。为了创建和执行一套统一的指导方针和法规，在1995年建立了PA DEP，在全州基础上覆盖了环境问题。在本文中，我们将关注这个如何影响了在马塞勒斯页岩中页岩气的提取。
水
水是水力压裂过程的关键元素，由于大量使用，这也是产生废物量最多的地方。如前所述先前的废水量是以油井通常在1到2百万加仑的范围内产生的。在马塞勒斯页岩的油井数量预计会达到20000口，预期在油井总体的平均寿命(15年)上，将意味着大约100，000，000，000加仑的水用于水力压裂过程和将有30，000，000，000加仑的废水产生。这些大量的对偶问题是基于区域的：
1. 可用性、物流和水需要的成本。
2. 修复和/或产生的废水处理。
即使在水资源丰富的州像宾夕法尼亚州， 在一个合理的市场价格里的水的收购 对页岩气资源的向前开发。在水收购的情况下，相信至少50%的水注入油井后会留在井中。水力压裂作用下，带着开始产生大量气流的水的出现——这就是所谓的“返排”。 返排的水通常是微咸，往往不与其他水混合去水力压裂新油井。根据这一政策，大多数运营商可以声称他们回收大部分的水在压裂过程中使用。一旦油井上线，目前在生产阶段和所有水离开油井，称为“生产”。 这通常是500000 - 1000000加仑的水从井的寿命上显露出来。生产水和燃气一样出现相同的偏差率。生产水是最潜在破坏环境的物质。它通常包含大量的盐、重金属、化学物质(从水力压裂过程)和生物病原体。从水力压裂过程中的所有污水，生产水处理， 修复和/或处置是最高规定。
有许多现有的和新开发的选项处理生产水和确保它不破坏供水。 有一些选择如下：
1. 地下注水井 – 这种技术传输着生产水 从油井到一个有一个钻了倾倒水的目的深孔的可以安全处理和存储的井孔位置。这个解决方案的缺点是，水通常必须由卡车运输到处理油井站。这是有问题的，因为它需要许多卡车将水随着时间的推移损害公路和容易遇到风险事故，可能无意中把有毒的水释放到环境里。它也永久地从集水区清除。
2. 集中废水治理 – 大型水处理工厂用生产废水和既修复指定化学也纠正监管化学。 像地下注水井的解决方案， 卡车运输所需的多数废水提出了相同的成本和环境问题。
3. 蒸发式解决方案 – 新技术就像Epiphany 公司的多路传输系统， 在一个封闭的循环格式里油井的工艺水。这样做的目的是降低生产水蒸馏，然后使用蒸发雾化纯水到大气中。提供纯水处理的选择也存在这种解决方案。这种解决方案的优点和那些喜欢它消除卡车运输和可能的负面影响。也不浪费水，重用或回通过大气的集水区。
所有这些废水方案需要各种各样的明确的许可，操作员/承包商必须成功地收到了州(宾夕法尼亚州)。签发许可证允许州降低法律/法规，以战术标准提供一个解决生产废水问题的方案。合理的环境许可过程至关重要，如果一个国家或国家的机构希望提取这丰富的新能源供应，当保持了信任和信心的人，毫无疑问是关心供水和环境的潜在影响的人。
许可的例子和他们在宾夕法尼亚州的目的如下：
1. OG71 – PA DEP处理所需的许可证在油井站的生活十二个月前开始安排，相关安装和开始生产气井，服务员的操作处理所有废物包括最初的返排和生产废水。 在这段时间必须清理和恢复油井的合理条件包括长期持续(废水)过程的选择。
2. GM 123 – 许可证要求在油井的使用期限之内允许操作员分步生产废水。由于许可证的长期承诺，国家要求运营商或服务承包商不仅申请许可证，也需要水测试协议，通知周围的社区，如果另一个服务承包商或解决方案要安装合理的涵盖清理和转换焊接要求。本许可证不允许纯净水直接引入的分水岭。它允许上述3个解决方案:地下注入，中央设备修复，现场蒸发排放。
3. NPDES – 是一个通用排污许可证和需要更严格的许可。本许可证的经营者或服务承包商有能力处理生产水直接排放到集水区的国家规定水平。如果任何人建立了一个大容量加工厂本许可证通常会被选择。考虑到潜在的风险审批周期要更长一些。根据特定的业务任务的运营商和服务承包商，GM123之间的差异和NPDES提供一条清晰的路径。这是PA DEP如何监管机构模式的一个例子，能够很好地与业务监管一起工作。
4. WSGR123 – 提供许可证结构的存储水在未来用于压裂操作。最初的排液在这许可的存储池安装，水压裂过程在开始时返回。本许可证允许返排但生产水不能储存在这个开放的蓄水系统，水可以用来压裂操作或出售给其他运营商去用于压裂操作。WSGR123许可证结构允许操作员在逻辑上有效的方式使用储存水。
尽管这些许可提供一种方法来处理，整治水以某种方式或另一个，由于公众的关注可能仍然是包含在水里他们在许多方面最优化。正如之前提到的，目前生产水的处理方法是把深地下水井的自然水循环里把水抽出来。在干旱的地区，像西德克萨斯一样，这个方案显然也是毫无意义的。必须利用技术来治疗资源里的水，把生产水的程度处理得比开始干净一些，然后使用可控的回水循环方式重新采用最终的纯水。
新技术存在是做好治疗好油井的生产水从而消除卡车运输、危险、污染和破坏道路基础设施。这些技术把干净的水，分裂成水分子以便它返回大气层。这个想法是为了让大气层再吸收水进入水循环，将分成下雨和冷凝的形式。这是越来越被视为不仅环保，而且不会浪费在地下井注入的方式。
实体管理
另一个问题，正日益成为一个问题/问题与生产水用从非传统的页岩气井里潜在的固体高溶解浓度留下的水产生的。大多数包含生产水的溶解固体是来自古盐沉积。一般盐溶解固体的最大组成部分，形成不同规模。在马塞勒斯页岩区域、生产水的盐度海水可高达6 - 7倍。其中包含生产水的其他固体是重金属、有机物和通常在大多数情况下产生的放射性材料(规范)，其中包括放射性钡、锶和在某些情况下是镭。大量不同地层中形成，有时不同的形成。关于因为大部分盐废物进入垃圾填埋场的大问题，而不仅是分开这些材料和担心的是重金属可能引入的集水区，最终污染食物链。
当前最先进的思维是为了分离这些固体水离开纯盐水，生产水应该经过了处理阶段，然后可以在蒸汽压缩蒸馏结晶器过程中产生98.5%的纯钠和氯化钙和蒸馏水。纯盐是必需的，这种纯盐可以把有益的再生路盐(在结冰条件下)，精制成软水盐药片或用于其他工业用途。最终的概念是提炼的所有材料成为浓聚物，可以被认为可再生的(盐、水、一些金属)或安全处置(规范)。
当这些事情越来越可行时，他们必须完成和与政府和地方当局合作。天然气运营商为了证明自己是一个好邻居，提供就业机会，而不是破坏环境的公民和员工，透明的操作从环保角度来说是至关重要的。
作为一个战略商品的水
虽然我们都是关心井钻尽可能地快速和经济实惠，前所未有的生产水正日益成为通道产品来实现上述目标。在美国生产水的问题在多维视角中非常规页岩气已经勘探了。目前，当然在未来增加石油和天然气运营商需要考虑以下问题的理由：
收购——越来越多的因为物理剥夺(干旱)或政治/社会压力，为了水力压裂寻找可靠的自来水的能力变得越来越困难。过去不担心生产水，即使在发达地区也正碰到了问题的最小化，与监管和社会控制程度的最大化。
处理/回收-在美国许多地区生产水压裂是源源不断地提供“流失”或放到一个深井或UIC井，永久保持。从永久的水循环和越来越被监管机构消除了数百万加仑的水、公众和政治家。特别的问题是正处在五年的干旱德克萨斯州西南等领域
运输与物流——取决于该地区大多数生产水和废水必须由卡车运输。这是一些问题的原因:
o 为了压裂和运走这些废水的比例，需要大量的卡车将数百万加仑的淡水。在基于操作的社区内，这对道路基础设施造成损害，并干扰(噪声、污染、等等)操作。
o 大量卡车产生的污染能带走一些低碳效益被提取的天然气。
o 运输成本因距离而不同，在美国运输成本是业务操作内最高的可变成本。基于世界石油价格，根据燃料使用的卡车，运输成本会受到燃油成本飙升的影响。
监管——甚至在美国监管环境处于不断变化的状态中，因为它与用水量和压裂。不同的地区有不同的问题，因为它涉及到水的收购和污水治理和处置。规定，如果没有在商业需求和环境需求之间的适当平衡，合理发展将成为一个负担。
政治/社会——关键是勘探与生产经营者是透明的开发和操作区域内的商业交易。社区对真实的和想象中的压裂危险是敏感的，政治阶层会做出相应的反应。在为什么他们做正在进行的事情上，运营商是明智地去教育了公众。
基于商业原因的所有工业，21世纪的生产水已经是一个战略问题。在很多方面我们从线性2维水1.0模型先前时代到由于新的多维水2.0倍的电流，扩张到非常规天然气和石油开采等行业，经济迅猛发展，这在像巴西、印度和中国那样的国家。在聚焦于手头的事——从水力压裂产生的水处置——我们需要确保在开采尽可能多的油井，我们不忘记责任，以既经济又环保的方式治疗这种水是一个数十年的工作和责任。以下页面的研究机构的图形很好地说明了这个:
虽然大部分的水处理是返排，出现在第一个月内的操作，生产水是真正需要长期关注的。这种关注被事实放大了，油井业主可以在平均20年寿命的页岩气井上多次更改。这应该关注政府和监管当局根据负责生产水(但是少量)，将继续退出这些油井。这将要求增加了行业的管理以及与政府的合作，以防止潜在地去污染公众流域水，造成污染物的产生。尽管IHS研究机构呼吁1 - 2%的用水返回生产水，我们必须在20年综合窗口里观察它。假设计划开发10000口油井，下表提供了一个简单计算的生产水是必须处理的。这个数字给中国的愿望可能较低，一些人的预测估计是这一数字的两倍和三倍。
压裂油井所需的平均水量5，000，000加仑
头一个月内的平均返排 1，750，000
20年里生产水的出量 (1口油井) 100，000 加仑
20年里生产水的出量 (1口油井) 2，381 桶
预计油井的数量10，000
所有油井的全部生产水/20 年 1，000，000，000 加仑
所有油井的全部生产水/1 年 50，000，000 加仑
正如你所看到的甚至在生产水2%的量里所有发展是压倒性的。总之，为了得到适当的平衡环境和运营成本的彻底性，生产水的问题必须提前计划。如果不认真对待，生产水是一个潜在的定时炸弹，可能严重影响健康和关闭一个能对中国经济提供廉价、清洁能源的行业。
关于Epiphany公司的太阳能供水系统9(EPSW)
Epiphany公司的太阳能供水系统是在宾夕法尼亚州匹兹堡的一个新的公司。我们是位于宾夕法尼亚州西部的马塞勒斯页岩地层。自2009年以来我们一直从商，最初我们的太阳能海水淡化系统开发提供饮用水，这在电力基础设施的地区并不存在。2011年我们决定调整我们的技术来解决从页岩气井的生产水的高总溶解固体这一问题。目标是创建一个设备，首先是经济——将竞争生产每桶水的速度，油井站的过程，使用聚光太阳能发电来提供能源的过程高达80%取决于地理位置。这不仅使EPSW净化环保设备市场上也是最稳定的经济，由于太阳能的有效利用提供热能的净化过程。设计还允许EPSW净化单元用于网站的能力，远程或电力基础设施不可用或安装。我们看到这种分布式的、低成本的生产水补救作为一系列情况和场景的答案。在美国西南部包括康索尔能源在匹兹堡和能源在德克萨斯州的休斯顿，EPSW的系统已经采用了大量的勘探公司。
EPSW的技术代表了一个新的、高科技方法，使用绿色能源和分散式方法带来更经济环保的方式解决了多年的管理问题，补救了页岩气井的生产水。下面的图形显示了E3H单元，可以运输到任何油井站，无论该油井站有没有电力基础设施。这种方法是最先进的，尤其是在新兴业务，不能依赖存在的成熟的电力和管道基础设施。
正如你所看到的我们的单元划分为一个标准国际集装箱。系统完整的安全性，可以在大约1小时内建立和拆除。单元包含所有必要采取高TDS生产水和分离处
正如你所看到的我们的单元划分为一个标准国际集装箱。系统完整的安全性，可以在大约1小时内建立和拆除。单元包含所有必要采取高总溶解浓度的生产水和分离处理的重金属，盐为恢复和有利的再使用，最后的纯化水为不到100总溶解浓度蒸馏水，可重复使用或与我们的新蒸发器单元可以雾化和蒸发到大气中。这两个解决方案确保水不浪费和再进入压裂周期或水循环。下图显示了一个E3H系统的剖面图。
E3H单位的一些主要特征:
安全的航运附件，坚持所有的国际联合运输的标准。
安全的集装箱化的加工设备和进行中的液体。
专利的抛物线碟罩，不断跟踪太阳，便宜和易于维护。
混合太阳能最大和丙烷或天然气的混合能源设计达到最适宜条件的经济和补救。
船上遥测系统，提醒服务人员故障和收集性能数据的警报用于自动调节能力和性能。
控制盐水的能力——创建大量盐水形成固体结晶盐。
专利生物反应器和结晶器技术清理被污染的水。
将水返回到大气中的雾化技术。
在结果里证明了它提供的技术，下面的图表显示了在马塞勒斯页岩油井中一年的时间里测试的结果。
可以看到E3H单位可以得到高盐生产水，高盐生产水也含有高百分比的重金属，这使它比水纯净，高盐生产水最初是在油井中用于初始压裂过程。
以下照片显示E3H单元设置在在匹兹堡的康索尔能源停车场，在宾夕法尼亚州西南部康索尔的油井。
作者: Ron Pettengill，是美国Epiphany公司，太阳能供水系统、石油、天然气和煤炭部门的执行副总裁 翻译者：边正才
