压裂返排液废水处理技术(二）之高级氧化

常用于处理压裂返排液的物理技术主要有：过滤、吸 附、软化、气浮、絮凝等。这些技术往往应用于预处理阶段，后续还需要结合深度处理工艺。

化学法是压裂返排液处理中最常用的方法，通过投加各种化学药剂来去除返排液中的污染物。

压裂返排液的资源化利用与再循环技术是对物理、化学以及生物处理方法的集成创新，能够实现对有害物质的有效去除，优化水资源的循环利用，该技术的应用与完善不但能够提升水力压裂作业的环境友好性，也能为油气行业的生态安全和长期发展奠定坚实基础。

随着油气田的不断开采，压裂技术作为提高油气产率的关键技术会得到更加广泛地应用，高效节能地处理压裂返排液将有助于我国双碳目标的顺利实现。

一、高级氧化法处理压排液的优势

压裂返排液长期处理研究中心，发现使用高级氧化技术将有机污染物氧化，具有良好效果，主要是由于压裂返排液成分复杂，仅采取物理方法难以获得理想效果，通过添加氧化剂，降解高分子有机物，可减少污染物浓度，多用于排除压裂返排液有害成分，运用范围广泛。

当前，常用高级氧化及包括臭氧、高锰酸钾、双氧水、次氯酸钠等，通过强氧化剂，可有效、迅速的降解废液有害无机物与有机物，也可称之为初级化学氧化法，是自由基反应。例如，污水中添加次氯酸钠会发生水解,生成不稳定次氯酸分子，生成新生态氧，氧化性较高，可氧化废液难以降解的污染物，断裂污染物支链，改变分子结构。同时，该方法还能破坏废液发色基团，污水色度降低，操作简单。

二、高级氧化技术的种类级氧化技术的种类

1、电化学氧化技术

该方法主要是根据污染物杂质得失电子方法去除污染物,污染物得失电子后,将吸附于电极位置，通过诸多反应，达到净水效果。

氧化机理有两种，一是直接氧化,即污染物阳极丧失电子被直接降解;二是间接氧化,电化学氧化中生成氧化性中间产物，利用中间产物将污染物氧化降解。

而在实际处理污水中，两种机制均可能存在，有研究者利用电化学氧化法对油田废水进行处理，发现可降低废水COD值，直至排放标准，还不会造成二次污染，实现自动化操作。

 

2、 微电解催化氧化技术

该方法是兼具絮凝吸附、催化氧化、氧化还原与电沉积作用的处理方法，也称为Fe/C微电解法。在酸性水溶液内,碳粒和铁屑形成诸多微小原电池，生成电场效应，破坏溶液分散胶体稳定体系，沉淀的胶体粒子吸附于电击伤，可去除胶体状态或悬浮状态污染物。

而电极反应下，产生Fe²⁺和[H]原子态化学活性较高，可和废水高分子有机物产生化学反应，分解大分子物质为小分子物质，将发色基团破坏，失去发色能力。并且，Fe²⁺和Fe³⁺新生态是良好絮凝剂，碱性条件下生成、，絮凝效果良好，可吸附聚集为电池反应生成的不溶物、不溶性胶体及悬浮物质。

有学者使用微电解法对原油田压裂废水进行处理，先将压裂废水实施氧化、混凝预处理，再使用微电解法，确定最佳反应条件是pH值1.0，铁:碳为0.67，停留时间是30min，结果显示，COD质量浓度<150mg·L-1，总COD去除率为98.0%，满足国家二级排放标准。

通过微电解技术，能够有效去除COD，加药量少，处理成本低，适用范围广。

3、臭氧催化氧化法

在水中催化剂诱导下,臭氧产生自我分解反应，生成拥有强氧化性羟基自由基，对水中有机物具有降解氧化作用。

在处理压裂返排液中，可采取“降黏-混合反应-混凝-沉淀-臭氧催化氧化-活性炭吸附”工艺，工艺选择高锰酸钾为催化剂，催化氧化时间是30~60min，其投加量是1g·L-1，保证处理最终废水满足排放标准。

该方法具有产泥量低、加药量少的有点，却受限于臭氧发生率低的问题。

4、光催化氧化法

在特定光照下,半导体催化剂会产生电子迁越，发生光致电子-空穴，诱发产生氢氧基，利用氢氧基强氧化性，对有机物进行降解。

例如，光催化氧化技术采取纳米级作为催化剂，提供最佳条件，COD质量浓度低于100mg·L-1，去除率达到96%，水质满足一级排放要求。氧化方法具有处理速度快、降解效果好的特点，是最有潜力处理方法之一，却存在高能耗、高成本问题。

三、多种工艺组合工艺组合处理

压裂返排液处理技术的深入研究，仅采取一种方法处理污水，难以达到处理水质要求，通常为优化处理效果，会根据实际情况，联合使用多种技术，实现互相配合，优化处理效果。

例如，五步处理法，经过五个步骤处理后，能够减少压裂返排液有害物质含量，达到处理标准，工艺处理流程十分简单，对人员操作无较高要求，不会腐蚀设备，应用广泛。

此过程中，可通过物理化学脱稳后，再使用复合催化氧化、过滤等组合工艺进行返排液处理，保证处理水质满足一级排放标准。

压裂返排液具有处理难度高、影响范围广的特点，对于油田开采勘探造成严重制约，尽管近几年压裂返排处理技术研发诸多新工艺、新方法，却存在处理成本高、工序复杂的情况。因此，在压裂返排液处理中，需要加强对绿色处理剂的研究，优化现有工艺，通过多种方法资源化利用压裂返排液，降低处理难度。