电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合工艺深度处理压裂废水

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-1198

工业水处理 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (12): 109-113. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2022-1198

电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合工艺深度处理压裂废水

杨德敏¹^,²(), 张烨¹^,², 袁建梅¹^,³, 王益平⁴, 阚涛涛⁵

^1. 重庆地质矿产研究院，页岩气勘探开发国家地方联合工程研究中心，重庆 401120
^2. 重庆地质矿产研究院，自然资源部页岩气资源勘查重点实验室，重庆 401120
^3. 重庆华地资环科技有限公司，重庆 401120
^4. 中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031
^5. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300451

收稿日期:2023-09-16 出版日期:2023-12-20 发布日期:2024-01-11
作者简介:
杨德敏（1986— ），正高级工程师。E-mail：yangdemin8628@163.com。
基金资助:
重庆市自然科学基金面上项目(CSTC2020JCYJ-MSXM0128); 重庆市技术创新与应用发展重点研发项目(CSTB2022TIAD-KPX0196); 重庆市重点产业共性关键技术创新专项项目(CSTC2016ZDCY-ZD20001); 重庆市科研机构绩效激励引导专项项目(CSTC2022JXJL20012)

Advanced treatment of fracturing wastewater by electroflocculation hybrid with micro-bubble ozone oxidation process

Demin YANG¹^,²(), Ye ZHANG¹^,², Jianmei YUAN¹^,³, Yiping WANG⁴, Taotao KAN⁵

^1. National and Local Joint Engineering Research Center of Shale Gas Exploration and Development，Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources，Chongqing 401120，China
^2. Key Laboratory of Shale Gas Exploration，Ministry of Natural Resources，Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources，Chongqing 401120，China
^3. Chongqing Huadi Resources and Environmental Technology Co. ，Ltd. ，Chongqing 401120，China
^4. China Railway Eryuan Engineering Group Co. ，Ltd. ，Chengdu 610031，China
^5. CNOOC Energy Technology & Services Engineering Technology Co. ，Ltd. ，Tianjin 300451，China

Received:2023-09-16 Online:2023-12-20 Published:2024-01-11

摘要/Abstract

摘要：

采用电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合工艺处理页岩气压裂废水，考察了不同工艺、初始pH、电流密度、臭氧投加量、反应时间等因素对压裂废水COD去除效果的影响。结果表明，电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合工艺对页岩气压裂废水具有较好的处理效果，在初始pH为9.5、电流密度为15 mA/cm²、臭氧投加量为80 mg/L和反应时间为60 min最优反应条件下，压裂废水COD去除率可达到85.96%。电絮凝与微气泡臭氧氧化之间存在协同作用，碱性环境更有助于页岩气压裂废水的电絮凝耦合微气泡臭氧氧化处理，过高的电流密度将出现显著的浓差极化现象和导致絮凝体与悬浮颗粒失稳脱附，适当增加臭氧投加量将有利于加快电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合体系中·OH的生成速率和产生量，提高废水处理效果。

关键词: 页岩气压裂废水, 电絮凝, 臭氧氧化, 耦合工艺, 协同作用

Abstract:

A hybrid process of electroflocculation and micro-bubble ozone oxidation was applied for the treatment of shale gas fracturing wastewater，and the influences of the different treatment processes，the initial pH，current density，ozone dosage，reaction time on the COD removal of fracturing wastewater treatment were investigated. The results showed that the hybrid process of electroflocculation and micro-bubble ozone oxidation had a good effect on the treatment of shale gas fracturing wastewater. The removal rate of COD had reached 85.96% under the initial pH 9.5，current density 15 mA/cm²，ozone dosage 80 mg/L，reaction time 60 min. There was a synergistic effect between electroflocculation and micro-bubble ozone oxidation. The alkaline environment was more conducive to the electroflocculation coupled micro-bubble ozone oxidation treatment of shale gas fracturing wastewater. A significant concentration polarization would lead to unstable desorption of flocs and suspended particles when the current density was excessive. An appropriate increase in ozone dosage would accelerate the formation rate and quantity of ·OH，and improve the wastewater treatment effect.

Key words: shale gas fracturing wastewater, electroflocculation, ozone oxidation, hybrid process, synergistic effect

中图分类号:

X703.1

杨德敏, 张烨, 袁建梅, 王益平, 阚涛涛. 电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合工艺深度处理压裂废水[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 109-113.

Demin YANG, Ye ZHANG, Jianmei YUAN, Yiping WANG, Taotao KAN. Advanced treatment of fracturing wastewater by electroflocculation hybrid with micro-bubble ozone oxidation process[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(12): 109-113.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I12/109

图/表 6

图1 电絮凝+微气泡臭氧氧化耦合处理实验装置

Fig.1 Experimental setup of electroflocculation coupled with micro-bubble ozone oxidation

图2 不同工艺条件下的COD去除率

Fig.2 Removal rates of COD under the different treatment processes

图3 不同初始pH条件下的COD去除率

Fig.3 Removal rates of COD under the different initial pH conditions

图4 不同电流密度下的COD去除率

Fig.4 Removal rates of COD under the different current densities

图5 不同臭氧投加量下COD去除率

Fig.5 Removal rates of COD under the different ozone dosages

图6 COD去除率随着反应时间的变化

Fig.6 COD removal rates under different reaction times

参考文献 24

1	SUN Yuqing， WANG Di， TSANG D C W，et al. A critical review of risks，characteristics，and treatment strategies for potentially toxic elements in wastewater from shale gas extraction［J］. Environment International，2019，125：452-469. doi:10.1016/j.envint.2019.02.019
2	SUN Yu， WU Minghuo， TONG Tiezheng，et al. Organic compounds in Weiyuan shale gas produced water：Identification，detection and rejection by ultrafiltration-reverse osmosis processes［J］. Chemical Engineering Journal，2021，412：128699. doi:10.1016/j.cej.2021.128699
3	江丽，刘春艳，王红娟，等. 国内外页岩气开发环境管理现状及对比［J］. 天然气工业，2021，41（12）：146-155. doi:10.3787/j.issn.1000-0976.2021.12.016
	JIANG Li， LIU Chunyan， WANG Hongjuan，et al. Domestic and foreign environmental management of shale gas development：Status and comparison［J］. Natural Gas Industry，2021，41（12）：146-155. doi:10.3787/j.issn.1000-0976.2021.12.016
4	李静，陈天欣，周微，等. 页岩气压裂返排液外排处理技术研究现状及展望［J］. 工业水处理，2022，42（5）：34-40.
	LI Jing， CHEN Tianxin， ZHOU Wei，et al. Research status and prospect of the shale gas fracturing flowback fluids discharge treatment technology［J］. Industrial Water Treatment，2022，42（5）：34-40.
5	XIONG X， WANG Bing， ZHU Wei，et al. A review on ultrasonic catalytic microbubbles ozonation processes：Properties，hydroxyl radicals generation pathway and potential in application［J］. Catalysts，2018，9（1）：10. doi:10.3390/catal9010010
6	LIU Xinyu， TANG Peng， LIU Yuanhui，et al. Efficient removal of organic compounds from shale gas wastewater by coupled ozonation and moving-bed-biofilm submerged membrane bioreactor［J］. Bioresource Technology，2022，344：126191. doi:10.1016/j.biortech.2021.126191
7	杨德敏，夏宏，程方平. 臭氧法深度氧化处理页岩气钻井废水［J］. 水处理技术，2016，42（2）：88-91. doi:10.16796/j.cnki.1000-3770.2016.02.021
	YANG Demin， XIA Hong， CHENG Fangping. Advanced treatment of shale gas drilling wastewater by ozonation［J］. Technology of Water Treatment，2016，42（2）：88-91. doi:10.16796/j.cnki.1000-3770.2016.02.021
8	杨德敏，王益平，阚涛涛，等. 臭氧氧化处理页岩气钻井废水的机理与动力学［J］. 化工环保，2015，35（5）：464-468. doi:10.3969/j.issn.1006-1878.2015.05.004
	YANG Demin， WANG Yiping， KAN Taotao，et al. Kinetics and mechanism of ozonation treatment of shale gas drilling wastewater［J］. Environmental Protection of Chemical Industry，2015，35（5）：464-468. doi:10.3969/j.issn.1006-1878.2015.05.004
9	周姝岑，芦婉蒙，李攀. 微纳米气泡臭氧氧化处理印染废水产生的RO浓水［J］. 中国给水排水，2022，38（9）：88-93.
	ZHOU Shucen， LU Wanmeng， LI Pan. Micro-nanobubble ozone oxidation for the treatment of RO concentrated water from dyeing wastewater［J］. China Water & Wastewater，2022，38（9）：88-93.
10	张静，杨旭，康帆，等. 微气泡催化臭氧化深度处理制药废水的效果及DOM组分特性的变化［J］. 环境工程学报，2022，16（5）：1469-1479. doi:10.12030/j.cjee.202201172
	ZHANG Jing， YANG Xu， KANG Fan，et al. Performance of advanced treatment of pharmaceutical wastewater by microbubble catalytic ozonation and component variation characteristics of dissolved organic matter［J］. Chinese Journal of Environmental Engineering，2022，16（5）：1469-1479. doi:10.12030/j.cjee.202201172
11	游婷，王永磊，金丽，等. 臭氧化微气泡强化气浮技术研究［J］. 工业水处理，2023，43（8）：104-114.
	YOU Ting， WANG Yonglei， JIN Li，et al. Study on ozonized microbubbles enhanced air flotation technology［J］. Industrial Water Treatment，2023，43（8）：104-114.
12	XIONG Zhaokun， LAI Bo， YANG Ping. Insight into a highly efficient electrolysis-ozone process for N，N-dimethylacetamide degradation：Quantitative analysis of the role of catalytic ozonation，Fenton-like and peroxone reactions［J］. Water Research，2018，140：12-23. doi:10.1016/j.watres.2018.04.030
13	WANG Yukun， KONG Fanxin， YANG Demin，et al. The synergistic effect of electrocoagulation coupled with E-peroxone process for shale gas fracturing flowback water treatment［J］. Chemosphere，2021，262：127968. doi:10.1016/j.chemosphere.2020.127968
14	张瑞，赵霞，李庆维，等. 电化学水处理技术的研究及应用进展［J］. 水处理技术，2019，45（4）：11-16. doi:10.16796/j.cnki.1000-3770.2019.04.003
	ZHANG Rui， ZHAO Xia， LI Qingwei，et al. Research and application progress of electrochemical technology in wastewater treatment［J］. Technology of Water Treatment，2019，45（4）：11-16. doi:10.16796/j.cnki.1000-3770.2019.04.003
15	张亮，周姝岑，李攀，等. 电絮凝-微纳米气泡臭氧氧化工艺处理高盐印染废水的研究［J］. 环境工程技术学报，2023，13（2）：639-647. doi:10.12153/j.issn.1674-991X.20220043
	ZHANG Liang， ZHOU Shucen， LI Pan，et al. Study on treatment of high-salt printing and dyeing wastewater by electroflocculation-micro-nano-bubble ozone oxidation process［J］. Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（2）：639-647. doi:10.12153/j.issn.1674-991X.20220043
16	杨德敏，王兵，袁建梅. 臭氧氧化降解水中苯酚的效能及动力学［J］. 石油学报（石油加工），2012，28（4）：683-690.
	YANG Demin， WANG Bing， YUAN Jianmei. Degradation efficiency and kinetics of ozonation of phenol in water［J］. Acta Petrolei Sinica（Petroleum Processing Section），2012，28（4）：683-690.
17	杨德敏，夏宏，门奇，等. 非均相催化臭氧氧化深度处理钻井废水的机理和动力学［J］. 石油化工，2014，43（3）：343-347. doi:10.3969/j.issn.1000-8144.2014.03.019
	YANG Demin， XIA Hong， Qi MEN，et al. Kinetics and mechanism of advanced treatment of drilling wastewater by heterogeneous catalytic ozonization［J］. Petrochemical Technology，2014，43（3）：343-347. doi:10.3969/j.issn.1000-8144.2014.03.019
18	袁建梅，杨德敏. 非均相催化臭氧化深度处理钻井废水的效能研究［J］. 工业水处理，2014，34（8）：36-40. doi:10.11894/1005-829x.2014.34(8).036
	YUAN Jianmei， YANG Demin. Efficiency research on the advanced treatment of drilling wastewater by heterogeneous catalytic ozonation［J］. Industrial Water Treatment，2014，34（8）：36-40. doi:10.11894/1005-829x.2014.34(8).036
19	刘雨果. 有机物强化去除的电诱导臭氧气浮工艺特性与机理研究［D］. 西安：西安建筑科技大学，2020.
	LIU Yuguo. The characteristic and mechanism for enhanced removal of organic matters in the electro-hybrid ozonation-coagulation（E-HOC） system［D］. Xi’an：Xi’an University of Architecture and Technology，2020.
20	谢新月. 电絮凝-臭氧耦合体系有机物去除特性与作用机制研究［D］. 西安：西安建筑科技大学，2021.
	XIE Xinyue. A study on the organic matter removal characteristics and mechanism in the electro-hybrid ozonation-coagulation system［D］. Xi’an：Xi’an University of Architecture and Technology，2021.
21	刘雨果，金鑫，许建军，等. 电凝聚臭氧化耦合工艺的二级出水处理特性与机理研究［J］. 环境科学学报，2020，40（11）：3877-3884.
	LIU Yuguo， JIN Xin， XU Jianjun，et al. Characteristics and mechanism of electro-coagulation ozonation hybrid process in the treatment of WWTP effluent［J］. Acta Scientiae Circumstantiae，2020，40（11）：3877-3884.
22	刁悦，杨超，金鑫，等. 芬顿阴极-电凝聚臭氧气浮工艺处理MBR出水特性［J］. 中国环境科学，2022，42（2）：728-735. doi:10.3969/j.issn.1000-6923.2022.02.026
	DIAO Yue， YANG Chao， JIN Xin，et al. Treatment of effluent from MBR by Fenton cathode-electrocoagulation ozone air flotation process［J］. China Environmental Science，2022，42（2）：728-735. doi:10.3969/j.issn.1000-6923.2022.02.026
23	樊玉新，张海兵，黄伟强，等. 电化学工艺处理油田聚合物型压裂返排液［J］. 工业水处理，2022，42（10）：139-145.
	FAN Yuxin， ZHANG Haibing， HUANG Weiqiang，et al. Electrochemical treatment process of polymer fracturing flowback fluid in oilfield［J］. Industrial Water Treatment，2022，42（10）：139-145.
24	石梁，姚梦，刘喆，等. 电絮凝-三维电极法预处理高浓度对氰基苯酚废水［J］. 工业水处理，2020，40（9）：89-93.
	SHI Liang， YAO Meng， LIU Zhe，et al. Pretreatment of high concentration p-cyanophenol wastewater by the combination of electrocoagulation and three-dimensional electrode method［J］. Industrial Water Treatment，2020，40（9）：89-93.

[1]	赵帆, 龚茜, 韩严和, 郭智, 季华, 马雪姣. EGSB-SBR-臭氧氧化组合工艺处理石化工业废水的研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 129-136.
[2]	倪宽, 山晓莉, 戚栋, 李强, 张文军. 商混站污水的双铝电极电絮凝研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 123-130.
[3]	王来春, 钱佳, 金凯, 许柯, 黄辉, 王庆. 内分泌干扰毒性深度削减关键技术及工艺研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 114-121.
[4]	谢亮, 石姝彤, 郑帅, 吴隽玮, 孙鑫格, 张琦, 杨萍萍, 曾玉彬. 高温超稠油采出水的电絮凝实验及机理分析[J]. 工业水处理, 2024, 44(6): 101-110.
[5]	樊勤琦, 刘春, 穆思图, 张静, 郭延凯, 马俊俊. 微气泡臭氧氧化+生化中试装置深度处理化工废水运行性能[J]. 工业水处理, 2024, 44(4): 120-126.
[6]	夏龙祥, 何昊东, 吴登峰. 非均相催化剂催化臭氧氧化含酚废水的研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(2): 1-10.
[7]	赵国华, 刘伟, 李京旭. AOO+催化臭氧工艺在寒冷区域焦化废水处理中的应用[J]. 工业水处理, 2024, 44(12): 205-210.
[8]	张辰飞, 何灿, 张忠国, 王建兵, 张健, 王梦玉, 孙红芳, 胡智丰, 宫晨皓, 韩军兴, 单悦. 不同高级氧化工艺预处理磷化废水[J]. 工业水处理, 2024, 44(11): 61-66.
[9]	童欣, 刘文杰, 龙一飞, 胡将军. 电絮凝处理脱硫废水及其用于反渗透预处理的研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(1): 169-176.
[10]	王若羽, 王文语, 卢西, 高翔, 宋宇, 马洪芳. 生物质炭/TiO₂复合材料去除偶氮染料的研究进展[J]. 工业水处理, 2023, 43(9): 32-42.
[11]	王海攀, 谷明川, 李洪涛, 靳海涛, 戴威. IFAS工艺处理尼龙66帘子布生产废水[J]. 工业水处理, 2023, 43(7): 207-211.
[12]	王箫, 马维超, 赵雷, 刘志伦, 马军, 常鹏. Co₃O₄催化臭氧氧化降解水中酮基布洛芬的研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(7): 94-103.
[13]	周超, 吴银生, 张海兵, 牛磊博, 吕秀荣. 煤气化灰水除硅方式对比与机理探讨[J]. 工业水处理, 2023, 43(6): 106-110.
[14]	于世虎, 常超, 陈星宇. 苏里格气田压裂返排液差异化处理及回用技术[J]. 工业水处理, 2023, 43(11): 195-200.
[15]	蒋利鑫, 吴楠, 王鹏堂, 马胜峰. 臭氧与电化学氧化在精细化工废水回用处理中的应用[J]. 工业水处理, 2023, 43(11): 61-65.

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