[发明专利]一种三维电催化氧化页岩气压裂返排液处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种三维电催化氧化页岩气压裂返排液处理装置及方法。

背景技术

页岩气作为一种清洁、低碳和非常规的天然气资源，其开发具有生产周期长、产量高和开采寿命长等优点。随着近十年水平井钻井和水力压裂技术的发展成熟，使得页岩气大规模开采成为全球油气资源开发的新热点。水力压裂技术是利用高压液体诱导产生裂缝网络，同时支撑剂保持并改善裂缝系统，使得油气能够从裂缝中溢出。水力压裂开采过程虽然提高了油气产量，但同时会产生大量的高盐、高化学需氧量和高悬浮物的采出水。

目前页岩气采出水的处置方式主要包括深井灌注、处理后回用以及深度处理后排放。页岩气采出水是一种难降解(COD约为2000-4000mg/L)、成分复杂(包括降阻剂、表面活性剂、凝胶剂、阻垢剂、交联剂、破乳剂、灭菌剂、防腐剂)的有机废水，同时其氯离子含量较高(Cl^-约为10000-30000mg/L)，因此常规的水处理办法，如化学絮凝和化学氧化，往往难以实现达标排放。

发明内容

基于此，针对上述问题，本发明提出一种三维电催化氧化页岩气压裂返排液处理装置及方法，利用电化学过程产生的活性自由基，将废水中的难降解有机污染物氧化成小分子或易降解的有机物，或者完全氧化成H₂O和CO₂，实现达标排放的目的。

本发明的技术方案是：一种三维电催化氧化页岩气压裂返排液处理装置，包括电解槽、阴极电极板、阳极电极板和直流稳压电源；所述阴极电极板的一端与所述直流稳压电源的阴极连接，阴极电极板的另一端设于所述电解槽内；所述阳极电极板的一端与所述直流稳压电源的阳极连接，阳极电极板的另一端设于所述电解槽内，且阳极电极板和所述阴极电极板相互平行设置；所述电解槽内设有粒子电极，且该粒子电极位于所述阳极电极板和阴极电极板之间。

粒子电极电解水产生·OH，同时析氯反应产生的Cl₂与水生成HClO，ClO^-，这些强氧化性物质能够有效氧化页岩气返排废水中的有机污染物，达到降低化学需氧量COD的效果。

作为本发明的进一步改进，所述粒子电极由活性炭、无机粘结剂、有机粘结剂和金属氧化物平模混合碾压而成，具有较好的抗压强度。

作为本发明的进一步改进，所述电解槽内粒子电极的体积占电解槽容量的30％-60％。

作为本发明的进一步改进，所述阴极电极板和阳极电极板之间的间距为15cm-25cm。

作为本发明的进一步改进，所述阴极电极板为石墨阴极板，所述阳极电极板为钛涂二氧化钌阳极板。该电极系统具体良好导电性能和稳定电化学性能，同时有机物降解速率更快，降解效率更高。

作为本发明的进一步改进，所述电解槽的底部设有曝气装置，所述曝气装置包括气体流量计、空气压缩机和多孔曝气头；所述空气压缩机的出气口与所述多孔曝气头的入气口相连，所述多孔曝气头的出气口设于所述电解槽的底部。电解时，以0.5L/min-1.0L/min的压缩空气通过多孔曝气头由底部均匀鼓入电解槽内。

作为本发明的进一步改进，该三维电催化氧化页岩气压裂返排液处理装置还包括循环泵和反冲洗泵；所述电解槽的两侧分别设有压裂返排液进水口和反冲洗进水口，所述循环泵的出水口与所述压裂返排液进水口相连，所述反冲洗泵的出水口与所述反冲洗进水口相连。

作为本发明的进一步改进，该三维电催化氧化页岩气压裂返排液处理装置还包括电流检测仪和电压检测仪；所述电流检测仪串联于所述直流稳压电源的阳极与所述阳极电极板之间；所述电压检测仪与所述直流稳压电源并联。

本发明还公开了一种三维电催化氧化页岩气压裂返排液处理方法，包括以下步骤：

A、在电解槽中加入占电解槽容量30％-60％的粒子电极；

B、对待处理的页岩气压裂返排液进行水质水量调节和化学絮凝预处理，并添加硫酸调节其pH值为4.0-7.0，再由循环泵泵入电解槽中；

C、给电解槽中的阴极电极板和阳极电极板加载10V-20V的直流稳定电压，开始电解，并在电解的同时以0.5-1.0L/min的曝气量从电解槽的底部进行曝气。

作为本发明的进一步改进，所述步骤A中的粒子电极由活性炭、无机粘结剂、有机粘结剂和金属氧化物平模混合碾压而成。

本发明的有益效果是：