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目前,随着美国和加拿大页岩气的商业化,国内的页岩气开采技术也得到了迅猛发展。开启页岩气矿藏最常用的技术措施是水力压裂技术,而多级分段压裂与水平井钻井技术又是最关键的核心技术。压裂施工完成之后,会产生大量的压裂废液,并且压裂废液因具有产量大、稳定性高、成分复杂、处理难度大等特点,已成为页岩气开发与开采过程中的主要环境污染源之一。对中国石化西南油气分公司德阳新页HF-1井压裂废液进行污染物组分分析,分析结果发现,新页HF-1井压裂废液呈弱酸性,成分复杂,各项指标严重超标,其中pH为 6.52,CODCr 浓度为 2 679.2 mg/L,NaCl 浓度为 53 533 mg/L,总铁浓度为 12.40 mg/L,SS浓度为60.85mg/L。通过GC-MS检测分析发现压裂废液中主要含有直链烷烃、吖啶类和苯结构的有机物。采用“破胶-预氧化”对压裂废液进行回用处理,实验确定在破胶pH值9.5、CaO投加量4 000 mg/L,预氧化pH值5.5、氧化剂次氯酸钠浓度80 mL/L、氧化时间60 min的最佳条件下,经处理后的出水中CODCr、SS、石油类、NaCl、K+、Mg2+、总铁、Ca2+和细菌等分别为 1 170.2 mg/L、7.92 mg/L、0.53 mg/L、67 870 mg/L、10.33 mg/L、0.33 mg/L、620.06 mg/L、0.59mg/L和2.5cell/L,色度降至20倍,达到《页岩气压裂返排液处理回用水质标准》(中石化企业内部标准)中Ⅰ级标准的要求。将回用出水用于配制压裂液,通过单因素实验发现回用水中的钾离子、钠离子、镁离子对压裂液基液粘度和交联效果的影响都不大,钙离子和铁离子浓度分别低于800 mg/L和80 mg/L时,压裂液基液粘度可稳定在40 mPa·s以上;钙离子和铁离子浓度分别低于800 mg/L和120 mg/L时,压裂冻胶液弹性好、挑挂性强。回用水配制的压裂冻胶液能挑挂、弹性好,流变性能和清水配制的压裂液性能相差不大。因此,压裂废液经处理后可重新回用。为实现达标外排、降低预氧化出水中电导率的目的,采用“湿式氧化-真空膜蒸馏”处理预氧化出水。在湿式氧化处理实验中,通过单因素和正交实验发现,反应温度对处理效果影响最大,其次是搅拌速度、氧化时间、氧气分压;在反应温度为230℃、搅拌速度为240 r/min、反应时间为180 min、氧气分压为3.50 MPa的最佳条件下,CODCr浓度从1 170.2 mg/L降至299.8 mg/L,去除率达到74.38%,出水色度降低至5倍。通过膜蒸馏单因素和正交实验发现,料液温度和冷凝温度对膜蒸馏处理效果影响较大,真空度和反应时间的影响较小;在料液温度、冷凝液温度、真空度、反应时间分别为80℃、8℃、0.090 MPa、60 min的最佳工艺条件下,膜通量可达1 750 mL/m2·h,出水CODCr浓度为92.15 mg/L,出水水质可满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中一级排放的要求。另外,膜蒸馏出水中电导率为63uS/cm,氯化钠的质量浓度为1.1680mg/L,可有效降低处理后的压裂废液对周围土壤的盐碱化伤害。