非常规油气资源分布在全球各地，例如中国的四川、内蒙古和贵州[1]、[2]。通过水力压裂开采页岩气会产生含有盐分、重金属和放射性核素的回流水和产出水（FPW）[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。FPW的毒性主要来源于盐分、颗粒物和有机物[9]。有效的FPW处理必须优先去除这些污染物[3]、[9]。美国2011至2020年的水力压裂活动在气候变化背景下严重加剧了水资源压力，这凸显了FPW再利用的紧迫性，尤其是在像内蒙古这样水资源匮乏的地区[3]。
FPW的常见处理方法包括深井注入、高级处理和回收[10]、[11]。随着全球环境法规的日益严格，深井注入正在逐步被淘汰[12]。为了去除悬浮固体，广泛采用了油分离、絮凝沉淀、砂滤和活性炭吸附等技术。对于导致土壤盐碱化和水质下降的溶解盐，已采用化学沉淀（CP）、正向渗透（FO）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、膜蒸馏（MD）、机械蒸汽再压缩（MVR）和电渗析（ED）等方法[13]、[14]。特别是基于膜的技术在FPW处理中越来越受到重视[15]、[16]、[17]，这些技术通常需要有效的预处理来提高出水质量[18]。虽然对单个处理技术（如NF、FO、MD）的实验室研究已经较为成熟，但将其作为组合系统进行大规模应用的研究仍不足，这限制了整体FPW处理方案的实用性和优化。
对于盐度适中的FPW，反渗透（RO）通常是能效最高的选择；而在高盐度条件下，由于能量需求稳定，蒸发系统（如MVR）更具竞争力[19]。混合膜-MVR系统在节能和可持续FPW处理方面展现出潜力，但需要进一步详细研究以验证其污染物去除、资源回收和碳减排的效果[19]。MVR工艺在总溶解固体浓度为35–150克/升（TDS）、水回收率为50%的情况下，脱盐能耗为20–42千瓦时/立方米。相比之下，OARO工艺在总溶解固体浓度为50–140克/升的情况下，能耗为3–16千瓦时/立方米（相比MVR节能30–60%），水回收率为35–50%[19]。优化的OARO系统在总溶解固体浓度为50–125克/升的进水条件下，可实现30–70%的回收率，能耗低于6美元/立方米[20]。OARO还能在低水压（25巴）和渗透梯度下有效浓缩海水反渗透（SWRO）盐水（总溶解固体浓度50–130克/升），从而实现最小液体排放（MLD）。然而，工业化实施还需要解决规模放大、膜组件的可用性和技术经济性分析等问题[21]。
本研究开发了一种创新的FPW处理系统，以解决纳滤膜污染、MVR能耗高和固体废物处理成本高的问题。核心技术OARO-based AMBC是其在FPW处理中的首次大规模应用。对整个系统的出水质量、毒性、运营成本和碳足迹进行了全面评估，为低成本的FPW处理系统设计和运行提供了参考。
