页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置的制作方法

本技术涉及页岩气废水处理设备领域，具体涉及一种页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置。

背景技术：

1、页岩气是以吸附或游离状态存在于泥页岩中的非常规天然气，具有资源潜力大、开采寿命长和生产周期长的优点。页岩气藏有别于常规天然气，在成藏机理和赋存特征方面有其独特之处，只能在特定条件下才能被开采出来。水平井钻井技术和水力压裂法是用于页岩气开采的核心技术，其中水力压裂技术是用高压液体使岩层裂开，高压液体中支撑剂保持住裂缝，使油气能够从裂缝中溢出。水力压裂技术带来了大量的油气产量，但同时每年采出水数量也十分惊人，并且这些采出水中混有烃类和其他化学物质、重金属、地层水以及压裂井中随着气体一同回到地表的剩余压裂液等，这势必给页岩气压裂返排废水的有效处理带来困难。

2、申请人开发了一种用于处理页岩气压裂返排废水的组合装置，包括提升泵、电化学催化氧化槽、混凝反应罐、固液分离器、水质调节槽、臭氧催化氧化反应塔、臭氧发生器、过滤罐、高温热解器、中间水箱、清水池；所述页岩气压裂返排废水由提升泵泵入电化学催化氧化槽，氧化后出水经管道自流进入混凝反应罐；混凝出水由泵送入固液分离器，滤液自流进入水质调节槽；废水在水质调节槽调整好ph值后由提升泵经管道进入臭氧催化氧化反应塔，经催化氧化处理后的出水自流进入中间水箱；中间水箱的废水再由提升泵泵入过滤罐，过滤后的废水排放到清水池。页岩气压裂返排废水依次通过上述处理单元后变得十分清澈，可达到国家污水相关排放要求。

3、其中，臭氧与水的传质效果差，在水中的溶解度低，进行氧化反应的臭氧比较少，影响到氧化反应的速度，从而导致氧化效率低下。

技术实现思路

1、本实用新型意在提供页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，以解决目前臭氧在水中溶解度低，导致氧化效率较低的问题。

2、为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，包括依次连通的氧气瓶、臭氧发生机和反应器；所述氧气瓶和臭氧发生机连通管道上设有氧气流量计，所述臭氧发生机通过臭氧管与反应器连通，所述臭氧管上设有臭氧流量计，所述臭氧管位于反应器内端连通有曝气机构，所述曝气机构用于增加臭氧在反应器溶液中溶解量，所述臭氧管与反应器连通处靠近反应器底部；所述反应器侧面设有进水管和出水管，所述进水管靠近反应器底部，所述出水管靠近反应器顶部，所述反应器的顶部设有尾气管，所述尾气管与进水管连通，所述尾气管与进水管连通端与进水管之间的夹角为锐角。

3、本方案原理：打开进水管和出水管，使进水管内的页岩气压裂废水进入到反应器中，然后调整氧气流量计和臭氧流量计，调整完成后打开氧气瓶和臭氧发生机，氧气在臭氧发生机作用下生成臭氧，臭氧进入到反应器中，臭氧进入到反应器中并溶解在反应器的溶液中，水中溶解的臭氧和污染物同时被吸附到反应器内的非均相催化剂表面，臭氧在催化剂的作用下通过一系列自由基链式反应分解产生大量高活性的羟基自由基(·oh)，·oh再进一步与污染物发生反应，从而实现对污染物的有效氧化降解；部分臭氧未溶解在水中参与反应变成尾气排出(本申请反应器产生的尾气只有臭氧)，然后尾气通过尾气管进入到进水管中，进水管中废水流动时在尾气管处产生负压吸取尾气管中尾气，尾气被吸入到进入管中并溶解在废水中，提高臭氧在反应溶液中的溶解量，提高氧化效率；同时曝气机构增加臭氧在水中的溶解量，提高氧化效率。

4、本方案优点：本方案通过曝气机构增加臭氧在废水中的溶解量和臭氧与废水接触面积，提高氧化效率；臭氧管与反应器连通处靠近反应器底部，增加臭氧在废水中溶解量；将尾气通入到进水管中再次利用，增加臭氧在废水中溶解量，提高氧化效率；同时对尾气进行处理，减少对环境的影响；尾气管与进水管连通端与进水管之间的夹角为锐角，使得废水流动时在尾气管处产生负压，方便快速将尾气混合到进水管的废水中。

5、优选的，作为一种改进，所述进水管位于反应器端预设距离内直径逐渐增加，所述尾气管与进水管连通处位于进水管直径逐渐增加段内。增加臭氧在废水中溶解量，提高氧化效率。

6、优选的，作为一种改进，所述氧气瓶与臭氧发生机的连通端位于臭氧发生机的底部，所述臭氧管与臭氧发生机的连通端位于臭氧发生机的顶部。方便臭氧发生机产生的臭氧快速进进入到臭氧管中，减少氧气混入到臭氧管中。

7、优选的，作为一种改进，还包括溶液池，所述溶液池用于吸收反应器中产生的尾气，所述尾气管通过第一支管与溶液池连通，所述尾气管与第一支管连通处设有电磁阀。在反应器反应结束后打开电磁阀，溶液池对反应器产生的尾气进行吸收处理，避免尾气直接排放对环境造成影响。

8、优选的，作为一种改进，所述尾气管位于进水管端设有控制进气的控制阀。在尾气较少的时候关闭控制阀，避免反应器顶部形成真空，导致水无法从排水管排出。

9、优选的，作为一种改进，所述溶液池中填充有ki溶液。臭氧通过与碘化钾反应而被消耗，从而减少了臭氧的浓度。这可以有效地降低臭氧对环境和生物体的危害。

10、优选的，作为一种改进，所述反应器底部设有排污口，所述反应器连通有自来水管，所述自来水管与反应器的连通端位于反应器的顶部，所述自来水管上设有用于控制自来水管进水的电磁阀。在反应器反应前和反应后，利用自来水管进行冲洗反应器，冲洗后的水从排污口排出。

11、优选的，作为一种改进，所述曝气机构包括微气泡发生器，所述微气泡发生器位于反应器的底部，所述微气泡发生器用于增加臭氧在反应器溶液中溶解量。微气泡发生器将臭氧分成多个小气泡，增加臭氧在反应器溶液中的溶解量；增加臭氧与废水的接触面积，加快反应速度。

12、优选的，作为一种改进，所述进水管位于臭氧管的正上方。进水管在进水时可以使水流动，增加臭氧在反应器溶液中溶解量，提高氧化效率。

13、优选的，作为一种改进，所述进水管位于反应器内连通有喷头，所述喷头上设有多个喷水口。设置喷头和喷水口形成多个方向水流，增加臭氧在反应器中溶解量和臭氧与废水的接触面积，提高氧化效率。

技术特征：

1.页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于，包括依次连通的氧气瓶、臭氧发生机和反应器；所述氧气瓶和臭氧发生机连通管道上设有氧气流量计，所述臭氧发生机通过臭氧管与反应器连通，所述臭氧管上设有臭氧流量计，所述臭氧管位于反应器内端连通有曝气机构，所述曝气机构用于增加臭氧在反应器溶液中溶解量，所述臭氧管与反应器连通处靠近反应器底部；

2.根据权利要求1所述的页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于：所述进水管位于反应器端预设距离内直径逐渐增加，所述尾气管与进水管连通处位于进水管直径逐渐增加段内。

3.根据权利要求1所述的页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于：所述氧气瓶与臭氧发生机的连通端位于臭氧发生机的底部，所述臭氧管与臭氧发生机的连通端位于臭氧发生机的顶部。

4.根据权利要求1所述的页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于：还包括溶液池，所述溶液池用于吸收反应器中产生的尾气，所述尾气管通过第一支管与溶液池连通，所述尾气管与第一支管连通处设有电磁阀。

5.根据权利要求1所述的页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于：所述尾气管位于进水管端设有控制进气的控制阀。

6.根据权利要求4所述的页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于：所述溶液池中填充有ki溶液。

7.根据权利要求1所述的页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于：所述反应器底部设有排污口，所述反应器连通有自来水管，所述自来水管与反应器的连通端位于反应器的顶部，所述自来水管上设有用于控制自来水管进水的电磁阀。

8.根据权利要求1所述的页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于：所述曝气机构包括微气泡发生器，所述微气泡发生器位于反应器的底部，所述微气泡发生器用于增加臭氧在反应器溶液中溶解量。

9.根据权利要求1所述的页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于：所述进水管位于臭氧管的正上方。

10.根据权利要求1所述的页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，其特征在于：所述进水管位于反应器内连通有喷头，所述喷头上设有多个喷水口。

技术总结
本技术涉及页岩气废水处理设备领域，公开了页岩气压裂废水臭氧深度氧化实验装置，包括依次连通的氧气瓶、臭氧发生机、臭氧管和反应器；臭氧管位于反应器内端连通有曝气机构，臭氧管与反应器连通处靠近反应器底部；反应器侧面设有进水管和出水管，进水管靠近反应器底部，出水管靠近反应器顶部，反应器的顶部设有尾气管，尾气管与进水管连通，尾气管与进水管连通端与进水管之间的夹角为锐角。本方案通过曝气机构增加臭氧在废水中的溶解量和臭氧与废水接触面积，提高氧化效率；将尾气通入到进水管中再次利用，增加臭氧在废水中溶解量，提高氧化效率；同时对尾气进行处理，减少对环境的影响。

技术研发人员：李林芝,杨德敏
受保护的技术使用者：重庆地质矿产研究院
技术研发日：20240319
技术公布日：2024/10/31