页岩气在美国的大规模商业化开发改写了美国的能源版图，促进了相关产业的复苏，但同时也带来了旷日持久的环境争论。水力压裂技术是目前页岩气开发依靠的主要储层改造手段。
根据美国环保署的统计，单口页岩气水平井耗水量一般在7600——19000m³，压裂作业完成后有15%——80%返排液排至地面。
压裂返排液由于曾与地层接触，往往有含量较高的金属离子、有机质和氯根等污染物，如处置不当，则存在环境污染风险。
可以说，如何减少水资源消耗量、合理处置页岩气开发中产生的大量返排液已成为页岩气规模化开发的瓶颈问题之一。
美国页岩气压裂返排液水质特点及处置方式
严格意义上讲，水力压裂施工完成后，返排到地面的液体包括返排液和采出水。由于页岩层几乎不含水，与传统油气和煤层气不同，页岩气压裂返排液和采出水的定义主要从阶段和时间上来加以区别。
在施工中，“返排液”有时指完井阶段产生的废水，其处理处置成本作为完井成本的一部分；也有公司定义为返排后30天内收集到的液体。为便于讨论，本文在此将返排液和产出水都统称为返排液。
页岩气压裂返排液水质特点
随着返排时间的延长，累积返排液量不断增加，返排液中总溶解固体、氯根、一些金属离子（总钙、总镁、总钡、总锶等）的含量也不断增高；尤其是在产出水阶段，由于与地层接触时间长，返排液中总溶解固体含量往往超过10×104 mg/L，同时也含有相对较高量的金属离子和有机物等。
表１列出了美国Marcellus页岩区和Barnett页岩区返排液的主要水质指标。
从表１中可以看出，页岩气压裂返排液具有悬浮物多、总溶解固体含量高和成分复杂等特点。但不同页岩区由于地质条件差异等原因在某些水质指标上可能存在着较大差别：比如较之于Barnett页岩区，Marcellus页岩区的压裂返排液中具有较高的总钡含量、总锶含量，较低的硫酸盐含量和较高的总溶解固体含量等。
从每一项水质指标的波动幅度来看，即便是在同一页岩区，不同气井的压裂返排液也存在着一定的差别。
页岩气压裂返排液处置方式
美国页岩气压裂返排液的处置主要包括以下几种方式。
１）深井灌注。
同石油和天然气开发过程中产生的伴生水一样，页岩气压裂返排液可通过深井灌注进行处置。按照美国环保署的要求，能够接纳上述废水的为第二类灌注井。相关法律对灌注井的选址、施工、运行以及法律责任等均有非常系统和明确的规定。
２）市政污水处理厂处理后外排。
由于市政污水处理厂工艺流程对水中总溶解固体几乎没有去除效果，Monongahela流域部分地表水体曾短暂监测出高盐分，宾夕法尼亚州因而采取了更加严格的污水排放标准和管理要求。因此，从2011年开始，Marcellus 页岩区的市政污水处理厂不再接受页岩气压裂返排液。
３）现场或中心建厂处理后回用。
研究结果显示，随着Marcellus 页岩区开发规模的扩大和环保要求的日趋严格，返排液回用比例从2008年的不到10%上升到2011年的70%以上。
４）现场或中心建厂处理后外排。
针对多次回用后水质不再适合继续回用的返排液，或者因为现实原因回用成本较高的情况，现有的水处理服务技术能够达到外排标准要求。目前也有研究进行“零排放”处理技术的尝试，并回收氯化钠等副产品。
通过对美国页岩气压裂返排液管理现状的梳理可知，返排液管理技术路线建立在对政策法规、水质特点、地质条件、技术经济性、开发现状等因素的系统分析和综合评估上。
下图整理了压裂返排液的可能处置。
