四川大学刘百仓教授团队近期于期刊WaterResearch发表题为“页岩气废水全面检测：评估金属回收潜力以及重金属及放射性核素环境风险”的文章。该文章的第一作者为博士生谢宛岑，通讯作者为刘百仓教授。
「研究亮点」
1）绘制了四川盆地页岩气废水无机元素图谱，全面展示废水中元素种类及浓度。
2）考虑经济可行性，页岩气废水中的Sr、Li、Ga具有较大的回收潜力。
3）四川盆地页岩气废水的放射性超过排放标准，可能构成潜在的环境危害。
4）“预处理-DTRO”中试工艺出水的总α放射性仍超过排放标准。
「文章简介」
页岩气废水在回收有价值元素方面具有巨大潜力，但同时也存在环境污染风险，其中重金属和放射性核素(NORM)是主要的问题。然而，页岩气废水成分极其复杂，许多元素的种类和浓度范围并没有被全面地检测和报道。我们首次对四川盆地页岩气废水中的元素进行了全面检测，绘制出包含15个IUPAC族的71种元素的页岩气废水无机组成图谱。在此基础上，分析了废水中具有回收潜力和存在潜在环境风险的元素。页岩气废水中大部分金属元素以极低的浓度存在(0.2mg/L)，包括稀土元素，回收的经济可行性较差。然而，盐类、锶(Sr)、锂(Li)和镓(Ga)的浓度较高，且市场需求量很大，故具有很大的回收潜力。至于环境风险，综合考虑元素的浓度以及环境毒性，发现废水的盐度、F、Cl、Br、NO3-、Ba、B以及Fe、Cu、As、Mn、V和Mo具有相对较高的环境风险。页岩气废水的放射性也高于安全范围，废水的总α放射活性和总β放射活性分别为3.71~83.4Bq/L和1.62~18.7Bq/L，以镭-为主要的放射性核素。最后，我们采用“预处理-碟片式反渗透”中试组合工艺对页岩气废水进行处理，并对出水进行了安全性评估。研究发现，该工艺在去除金属元素和总放射性方面具有很高的效率，然而，出水的总α放射活性(1.3Bq/L)仍然略高于工业废水排放标准(1Bq/L)，长期不达标排放可能引发潜在的环境危害。
图1.图形摘要
图2.(A)四川盆地不同页岩气区块的5个页岩气废水水样采样点示意图。长宁页岩气区块共采集了2个水样(记为C1、C2)，威远页岩气区块共采集了3个水样(记为W1、W2、W3)。(B)“预处理-DTRO”中试处理组合工艺的现场图和流程图，最终出水记为W3-DTRO。(C)本研究示意图，用不同的仪器对所有水样C1、C2、W1、W2、W3和W3-DTRO进行成分分析，分析主要水质特征、金属元素浓度和NORM放射性。
图3.(A)四川盆地页岩气废水水样(C1、C2、W1、W2、W3)主要元素以及微量元素的平均浓度周期表。(B)DTRO中试装置出水(W3-DTRO)中的主要元素以及微量元素浓度周期表。“BDL”表示“检测限以下”，“CND”表示“无法检测”。Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、F、Cl和Br的浓度以离子浓度计。
图4.(A)四川盆地页岩气废水中含有的元素的平均浓度及其市场价格统计图。图中的元素不包括低于检测限的元素，元素浓度值为5个废水样品的平均值，市场价格基于年USGS金属商品概要，稀土元素价格基于美国稀土与金属研究所AG的统计数据(