随着全球经济的繁荣发展，常规油气资源的供需缺口逐渐增大，煤层气作为一种清洁、高效的新型非常规能源被大规模开采。然而在煤层气资源产业化、规模化发展过程中，煤层气开采废水对环境产生的污染问题不容忽视，为实现煤层气开采废水的无害化处理，达到保护环境的目的，本文基于国内外煤层气开发及开采废水处理现状，采用文献分析法、现场调研法、实验法和对比研究法对煤层气开采废水的处理方法和技术展开研究，研究内容及主要结论包括以下部分：
　　（1）对国内外煤层气开发及开采废水处理现状进行分析，借鉴美国、加拿大、澳大利亚等具有成熟的煤层气产业化体系国家的开采废水处理技术，并参考国内现有的处理技术和方法，提出煤层气开采废水处理方法与技术研究的思路和内容。
　　（2）结合煤层气地面开采工程组成以及工艺流程，明确煤层气开采废水的产生阶段，研究开采废水的环境影响特征。煤层气开采废水主要来源于钻井工程的钻井废液、压裂工程的压裂废水以及排采工程的煤层气采出水。开采废水对环境产生的负面影响主要表现为地表水水质下降、土壤理化性质的改变、植物减产以及地下水污染等方面。
　　（3）基于不同水质对煤层气开采废水进行处理工艺设计：根据开采废水的产生阶段和水质水量特征将其分为三类，即钻井废液、压裂废水和煤层气采出水，在研究各类废水现有处理技术和效果以及处置方式的基础上，结合其水质水量特征提出设计处理工艺。钻井废液需混凝沉淀后，对产生的固液相根据实际需要分别进行处理。压裂废水采用“混凝沉淀+缺氧/好氧工艺（A/O）”组合处理技术，沁水盆地某压裂废水在聚合氯化铝（PAC）投加量为40mg/L的条件下处理后，水中的悬浮物（SS）和有机物（CODCr）分别为42.0mg/L和32.0mg/L，均达到《污水综合排放标准（GB8978-1996）》二级要求；对于有机物含量较高的压裂废水，在混凝沉淀后增加A/O工艺，处理后水中各类污染物的去除率预计均可达80%以上。沁水盆地某采出水在三氯化铁（FeCl3）投加量为30mg/L的条件下，出水中SS以及COD值分别为95.6mg/L、74.7mg/L，满足排放标准；针对采出水高矿化度和高盐度的特征，混凝出水经过滤后，通过“离子交换+除气+反渗透”工艺去除水中的矿化度，处理后采出水中悬浮物、COD以及矿化度等污染因子的处理效率预计均可达到90%以上。
　　（4）对钻井废液、压裂废水和采出水设计处理工艺分别进行生命周期分析与评价，探究其生命周期内资源、能源消耗和环境影响负荷。钻井废液对Fe/C填料的消耗最大；固化处理过程对能耗影响最大；固化处理阶段对全球变暖潜值（GWP）、酸化潜值（AP）、富营养化潜值（EP）和人体毒性潜值（HTP）的影响均较大。压裂废水对混凝剂的消耗最大；一级和二级处理过程在能源消耗中的占比最大；二级处理对GWP、AP和HTP贡献最大，而污泥处理过程对EP和固体废弃物潜值（SWP）影响最大。采出水处理工艺对煤、石油和天然气的消耗较均匀；反渗透和离子交换过程对能源消耗影响最大；混凝沉淀及滤池阶段对AP、EP、HTP和SWP影响较大，而离子交换系统对GWP的贡献起主要作用。
　　（5）经处理的煤层气开采废水回用研究：根据煤层气开采废水处理后的具体水质情况选择井场回用、灌溉和绿化以及作饮用水源等合适的方式进行水资源的再次利用。