童志明 吳 達(dá) 江 南 陳 武

(1.長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 2.中石油HSE重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué)) 3.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院)

0 引 言

壓裂是非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)和增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要技術(shù)手段[1]，但是壓裂作業(yè)完成后會(huì)產(chǎn)生大量返排液，其組分復(fù)雜、穩(wěn)定性強(qiáng)，礦化度、化學(xué)需氧量(COD)及總懸浮物(TSS)均較高，毒性大[2]。為避免水資源浪費(fèi)及環(huán)境污染，國(guó)內(nèi)外對(duì)壓裂返排液主要處置方式是處理達(dá)標(biāo)后回注地層、排放或回用[3-4]。目前，壓裂返排液主要通過(guò)絮凝沉降、氣浮選及水力旋流等方法進(jìn)行油水初級(jí)分離，然后進(jìn)行化學(xué)處理后回注，存在工藝復(fù)雜、處理周期長(zhǎng)、處理成本高及二次污染嚴(yán)重等問(wèn)題[5]。

與上述幾種常規(guī)方法相比，電化學(xué)方法具有效率高、反應(yīng)條件溫和、操作方便及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[6]。因此，相關(guān)學(xué)者采用多種形式的電化學(xué)方法開(kāi)展了處理壓裂返排液的研究。牛會(huì)娟等[7]采用微電解法對(duì)壓裂返排液進(jìn)行處理，COD去除率達(dá)60%。王燕等[8]利用三維電化學(xué)氧化工藝處理壓裂返排液，使COD從606.4 mg/L降至68.5 mg/L，含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)從153.7 mg/L降至9.1 mg/L。孟宣宇等[9]對(duì)壓裂返排液進(jìn)行電絮凝處理，COD去除率達(dá)92.8%，濁度去除率達(dá)97.8%。上述研究所采用的電化學(xué)方法不同，效果也不同，但污染物的去除都是電氧化還原及電絮凝氣浮中的一種或多種協(xié)同作用的結(jié)果。

電絮凝技術(shù)主要通過(guò)陽(yáng)極板溶出金屬離子形成高活性、多形態(tài)絮凝劑，以網(wǎng)捕、壓縮雙電層、吸附架橋和電中和等作用使廢水中的污染物通過(guò)凝聚沉淀或氣浮而分離[10]，同時(shí)可能有少量有機(jī)物在陽(yáng)極被氧化，分解為小分子而易于被絮凝體吸附，重金屬離子則在陰極被還原或被絮體吸附而去除[11-12]。電氧化技術(shù)是通過(guò)陽(yáng)極對(duì)有機(jī)物進(jìn)行直接或間接氧化去除污染物[13]。其中，直接電氧化中有機(jī)物與電極表面直接發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，使有機(jī)物被氧化分解為小分子以及N2、CO2等氣體[14-15]；而間接氧化中水在陽(yáng)極表面生成氧化媒介·OH，氧化媒介·OH與有機(jī)物發(fā)生氧化作用，使其分解[16-17]。因此，電絮凝與電氧化去除污染物的途徑及機(jī)理均不同。

針對(duì)廢液處理的不同目標(biāo)，為了選擇出最具針對(duì)性及效果最好的電化學(xué)方法，有必要弄清電絮凝與電氧化在處理廢液過(guò)程的不同點(diǎn)及其原因，但是目前鮮見(jiàn)將電絮凝與電氧化方法進(jìn)行對(duì)比研究的報(bào)道。為了探討電絮凝與電氧化方法在處理壓裂返排液表現(xiàn)不同的原因，本文開(kāi)展了電絮凝氣浮與電氧化處理壓裂返排液對(duì)比試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)儀器與裝置

1.1.1 電解裝置

采用自制的連續(xù)監(jiān)測(cè)電解處理廢液電解過(guò)程產(chǎn)氣的成套裝置開(kāi)展試驗(yàn)，該裝置主要包括：可收集電解產(chǎn)氣的電解槽(有效容積1 200 mL)，直流穩(wěn)壓電源、電極極板、氣體干燥塔、氣體累積流量計(jì)及氣體分析儀。

1—直流穩(wěn)壓電源；2—電解槽；3—電極極板；4—?dú)怏w干燥塔；5—?dú)怏w累積流量計(jì)；6—?dú)怏w分析儀。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

儀器主要包括：WYK-60V30A程控型直流電源穩(wěn)壓器、MFM氣體流量計(jì)及MFM610累積量計(jì)量器、GT-2000 泵吸式混合氣體分析儀、Thermo AQ2010數(shù)字式濁度儀、Vario TOC總有機(jī)碳分析儀、7890A/5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)、670型傅里葉紅外光譜儀(FTIR)及CS350H電化學(xué)工作站。

1.2 試驗(yàn)水樣

本試驗(yàn)所用壓裂返排液水樣取自涪陵工區(qū)某井，該水樣pH值為8，色度為499.53，濁度為246 NTU，COD(Cr)為1 620 mg/L，總有機(jī)碳(TOC)質(zhì)量濃度為350.73 mg/L，Cl-質(zhì)量濃度為19 464.88 mg/L。

1.3 試驗(yàn)方法

在室溫條件下，量取一定體積的壓裂返排液水樣倒入電解槽中，分別選擇電絮凝氣浮電極體系A(chǔ)l(+)-Al(-)、Al(+)-Ti/RuO2/IrO2(-) 和電催化氧化電極體系Ti/RuO2/IrO2(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)、Ti/RuO2/IrO2(+)-Al(-)共4種電極組合，在不同條件下對(duì)酸化壓裂返排液進(jìn)行處理。處理過(guò)程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)電解槽的導(dǎo)氣管進(jìn)入氣體干燥塔干燥，隨后進(jìn)入氣體累積流量計(jì)記錄產(chǎn)氣總量，最后進(jìn)入泵吸式混合氣體分析儀進(jìn)行組分及含量分析，并自動(dòng)記錄、儲(chǔ)存各組分?jǐn)?shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)束后，靜置30 min，再分別收集處理后的壓裂返排液以及裝置底部殘?jiān)?/p>

2 電絮凝與電氧化處理返排液試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

2.1 處理效果對(duì)比

為了對(duì)比電絮凝與電氧化對(duì)壓裂返排液的處理效果，在電極間距d=4.0 cm、電解時(shí)間t=30.0 min、電解電流I=0.5 A、面體比S/V(陰極有效面積與處理壓裂返排液體積的比值)=0.11 cm2/mL的條件下，分別開(kāi)展電絮凝與電氧化處理壓裂返排液試驗(yàn)研究，結(jié)果如表1所示。

表1 不同組合處理返排液效果對(duì)比 %

由表1可知：兩種方法對(duì)COD(Cr)去除率都在80%以上；二者相比較，電絮凝法對(duì)返排液處理效果更好，壓裂返排液處理后的脫色率達(dá)92.92%，去濁率達(dá)95.93%，TOC去除率達(dá)89.52%，COD(Cr)去除率最高達(dá)到90.12%。這是因?yàn)殡娧趸饕揽垦趸饔?，在電流較低時(shí)，直接和間接氧化作用都不強(qiáng)，而電絮凝卻以其本體為主并輔以電氧化，電極溶解產(chǎn)生的活性絮凝劑與壓裂返排液中帶負(fù)電荷的膠體顆粒物(如黏土等)及帶顏色的有機(jī)物產(chǎn)生網(wǎng)捕吸附，通過(guò)沉降或與氣浮協(xié)同作用除去所含污染物；同時(shí)絮凝體對(duì)大分子的有機(jī)物也有一定的吸附能力，使有機(jī)物被氧化和被絮凝同時(shí)去除，所以電絮凝法的TOC去除率高于電氧化法。

2.2 處理中產(chǎn)氣對(duì)比

為了探究電絮凝與電氧化在處理壓裂返排液過(guò)程中產(chǎn)生氣體類型及氣體量的差異，在d=4.0 cm、t=30.0 min、I=0.5 A的條件下，采用上述兩類4種電極組合進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，研究了不同面積比時(shí)，兩類電極體系處理廢液產(chǎn)生的氣體差異，結(jié)果如圖2所示。

圖2 電絮凝與電氧化過(guò)程產(chǎn)氣對(duì)比分析Fig.2 Comparative analysis of gas production between electrocoagulation and electrooxidation

由圖2可見(jiàn)：試驗(yàn)中檢測(cè)到H2、CO2及H2S三種氣體，電絮凝和電氧化方法產(chǎn)氣情況相差顯著，同種處理方法中的兩組電極組合產(chǎn)氣量差別不大。電絮凝與電氧化處理壓裂返排液時(shí)產(chǎn)生氣體中以H2(產(chǎn)生的O2量理論上為H2量的)為主，CO2和H2S產(chǎn)量較少。處理壓裂返排液時(shí)，當(dāng)面體比相同時(shí)，電絮凝產(chǎn)生的H2量遠(yuǎn)高于電氧化，其中電絮凝法中的Al(+)-Al(-)組合H2產(chǎn)量最高；電絮凝和電氧化法處理壓裂返排液都產(chǎn)生H2S和CO2，但后者產(chǎn)氣量均高于前者，表明兩種處理方法中都存在氧化作用，能把壓裂返排液中的有機(jī)物氧化成H2S、CO2和H2O等小分子，但電絮凝的氧化作用弱于電氧化；根據(jù)H2S和CO2產(chǎn)量可以判斷不同電極組合的氧化性順序?yàn)椋篢i/RuO2/IrO2(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)>Ti/RuO2/IrO2(+)-Al(-)>Al(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)>Al(+)-Al(-)。

2.3 處理中陽(yáng)極消耗對(duì)比

通過(guò)對(duì)不同電極組合在處理廢液過(guò)程中陽(yáng)極消耗的測(cè)試，可以判斷電極組合是否有電絮凝作用發(fā)生。因此，在試驗(yàn)前分別對(duì)兩類4種電極組合的陽(yáng)極進(jìn)行稱量記錄，在d=4.0 cm、t=30.0 min、I=0.5 A、面體比=0.11 cm2/mL的條件下，分別開(kāi)展兩類4種電極組合處理壓裂返排液試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)后的陽(yáng)極干燥至恒質(zhì)量，得到4種電極組合的陽(yáng)極消耗率，結(jié)果如圖3所示。

圖3 電絮凝與電氧化陽(yáng)極極板消耗率對(duì)比Fig.3 Comparison of anode plate consumption rate between electroflocculation and electrooxidation

由圖3可知：電絮凝Al(+)-Al(-)、Al(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)電極組合的陽(yáng)極消耗率為17～25 g/(m2·h)，隨著面體比的增加而降低；而電氧化Ti/RuO2/IrO2(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)、Ti/RuO2/IrO2(+)-Al(-)兩種組合在處理壓裂返排液過(guò)程中陽(yáng)極消耗率為0。分析結(jié)果表明：在處理壓裂返排液時(shí)，Al(+)-Al(-)、Al(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)兩種電極組合可以產(chǎn)生對(duì)污染物有絮凝作用的溶解性Al3+離子，而Ti/RuO2/IrO2(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)、Ti/RuO2/IrO2(+)-Al(-)兩種電極組合只發(fā)生氧化作用，不會(huì)發(fā)生絮凝作用。

3 電絮凝與電氧化處理返排液機(jī)理研究

3.1 電絮凝與電氧化處理后殘?jiān)麱TIR分析

為了研究電絮凝及電氧化去除污染物的成分差異，分別取電絮凝及電氧化4種電極組合處理后產(chǎn)生的殘?jiān)?，?0 ℃的真空干燥箱中烘干至恒質(zhì)量，得到待測(cè)樣品。采用Nicolet Nexus670型傅里葉紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行表征分析，結(jié)果如圖4所示。

圖4 4種不同電極組合處理后殘?jiān)腇TIR圖Fig.4 FTIR image of residue after treatment with 4 different electrode combinations

由圖4可知，Ti/RuO2/IrO2(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)電極組合處理后的殘?jiān)c原廢液沉淀成分最為相似，而Al(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)和Al(+)-Al(-)兩種電極組合處理后的殘?jiān)t外圖譜中出現(xiàn)很多較小的雜峰，這是因?yàn)殡娧趸^(guò)程幾乎不產(chǎn)生有機(jī)殘?jiān)?，而電絮凝過(guò)程產(chǎn)生的絮凝體可以吸附部分有機(jī)物，使有機(jī)物被絮凝沉淀。

對(duì)比光譜的特征峰發(fā)現(xiàn)：3 122和1 400 cm-1附近可能是有機(jī)酸O-H吸收峰，由于返排液中有機(jī)酸吸附在帶正電荷的固體顆粒上并沉降，故可以檢測(cè)到有機(jī)酸O-H吸收峰；經(jīng)過(guò)電絮凝與電氧化處理后有機(jī)酸被氧化分解，處理后的殘?jiān)杏袡C(jī)酸吸收峰減弱或消失，表明電絮凝與電氧化都有氧化作用；765 cm-1附近可能是芳烴C-H吸收峰，在Al(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)、Al(+)-Al(-)兩種組合處理后的殘?jiān)锟梢詸z測(cè)到，表明電絮凝可以對(duì)返排液中難降解的芳烴進(jìn)行吸附絮凝并去除。紅外分析表明，電氧化法處理壓裂返排液過(guò)程中，主要以氧化的方式降解有機(jī)物。電絮凝法是憑借絮凝和氧化的共同作用來(lái)去除有機(jī)酸以及芳香烴類物質(zhì)。

3.2 處理前、后主要有機(jī)物GC-MS圖譜分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證壓裂返排液在電絮凝和電氧化過(guò)程中有機(jī)物是否發(fā)生降解，采用GC-MS分析處理前、后的壓裂返排液。用50 mL CH2Cl2分次萃取一定量的電化學(xué)處理前、后的污水樣，收集有機(jī)層，濃縮至溶劑完全揮發(fā)后，加入30 μL內(nèi)標(biāo)物D10-蒽(0.124 mg/mL)和30 μL內(nèi)標(biāo)物nC24D50(0.465 mg/mL)，混合均勻后上機(jī)檢測(cè)，得到處理前、后返排液中有機(jī)物GC-MS圖，分別如圖5及圖6所示，其中有機(jī)物豐度變化如表2及表3所示。

圖5 處理前壓裂返排液中有機(jī)物的GC-MS圖Fig.5 GC-MS diagram of organic matter in fracturing backflow fluid before treatment

圖6 四種組合處理后壓裂返排液中有機(jī)物GC-MS圖譜Fig.6 GC-MS spectrum of organic matter in fracturing backflow fluid after four combined treatments

壓裂液本身是由清水及各種添加劑(增稠劑、降阻劑、破膠劑、表面活性劑及殺菌劑等)組成的復(fù)雜體系，壓裂返排液相比壓裂液更加復(fù)雜。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在壓裂液和返排液中檢測(cè)出的有機(jī)物已超過(guò)80種，主要包括烯類、烷類和芳香類等有機(jī)物[18]。因此，在做GC-MS檢測(cè)時(shí)，盡管添加了內(nèi)標(biāo)，仍無(wú)法定性定量，只能判別主要有機(jī)物的豐度及其變化。從圖5及表2可以看出，壓裂返排液中有12種主要有機(jī)物質(zhì)被檢測(cè)出來(lái)，這些物質(zhì)主要為各種添加劑以及從地層中攜帶出來(lái)的石油烴類物質(zhì)。

從表2和表3可以看出，電絮凝和電氧化法都對(duì)有機(jī)物進(jìn)行了不同程度的氧化分解，都出現(xiàn)了新的氧化產(chǎn)物。

表2 處理前、后壓裂返排液中有機(jī)物豐度變化Table 2 Changes of organic matter abundance in fracturing backflow fluid before and after treatment

表3 壓裂返排液處理后由于降解新增的有機(jī)物豐度Table 3 New organic abundance due to degradation after treatment of fracturing backflow fluid

由圖5和圖6可知，電絮凝和電氧化法在處理壓裂返排液時(shí)對(duì)有機(jī)物5和10的處理效果都很好，對(duì)其他有機(jī)物也有不同程度降解。

表3中序號(hào)1～9為電絮凝及電氧化法處理過(guò)程中因氧化降解新產(chǎn)生的有機(jī)物的豐度，比較新產(chǎn)生的有機(jī)物(序號(hào)1～9)，電絮凝Al(+)-Al(-)組合，氧化產(chǎn)物種類和豐度都比較高。電氧化Ti/RuO2/IrO2(+)-Al(-)組合，對(duì)有機(jī)污染物去除率高，氧化產(chǎn)物少、豐度低。這是因?yàn)殡娧趸瘜?duì)有機(jī)物的氧化徹底，殘留的有機(jī)物量少或有機(jī)物已經(jīng)徹底氧化分解為CO2等氣體小分子，這也與前述產(chǎn)氣試驗(yàn)結(jié)果相符合。因此，電絮凝及電氧化工藝可以有效地降解壓裂返排液廢水中的主要有機(jī)污染物，而且電氧化法比電絮凝對(duì)有機(jī)物有更強(qiáng)的氧化降解能力。

3.3 電絮凝與電氧化法處理壓裂返排液活性中間產(chǎn)物分析

為了探究電絮凝和電氧化法處理壓裂返排液過(guò)程中的間接氧化作用，有必要對(duì)處理過(guò)程中產(chǎn)生的活性物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。文獻(xiàn)報(bào)道，電化學(xué)處理廢液過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生H2O2和O3等活性物質(zhì)，但在廢液中僅存在痕量H2O2和O3等，常規(guī)方法難以準(zhǔn)確、定量地檢測(cè)[19]。因此本試驗(yàn)H2O2的測(cè)定采用Ti(IV)-5-Br-PADAP法測(cè)定[6]，O3的測(cè)定采用靛藍(lán)鉀比色法[19]。在最佳條件下電解處理20～70 min，分別測(cè)定4種不同電極組合處理壓裂返排液過(guò)程中O3和H2O2的質(zhì)量濃度，結(jié)果如圖7所示。

圖7 電絮凝與電氧化過(guò)程活性中間物對(duì)比分析Fig.7 Comparative analysis of active intermediates in electrocoagulation and electrooxidation processes

由圖7a可知：電絮凝和電氧化處理的壓裂返排液中都可以檢測(cè)到O3，Al(+)-Al(-)和Al(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)兩種電絮凝電極組合處理過(guò)程產(chǎn)生的O3質(zhì)量濃度隨電解時(shí)間的延長(zhǎng)先上升后下降，在40 min時(shí)質(zhì)量濃度達(dá)到最大，分別為0.128和0.147 mg/L；Ti/RuO2/IrO2(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)和Ti/RuO2/IrO2(+)-Al(-)兩種電氧化電極組合處理壓裂返排液產(chǎn)生的O3質(zhì)量濃度較高，且隨時(shí)間變化較小，最高時(shí)分別為0.633和0.588 mg/L。這可能是因?yàn)殡娦跄齼煞N組合產(chǎn)生的溶解Al3+阻止了氧原子和氧分子的有效碰撞，而Ti/RuO2/IrO2電極不產(chǎn)生金屬離子，不影響氧原子和氧分子的有效碰撞，因此以Ti/RuO2/IrO2為陽(yáng)極的電氧化法產(chǎn)生的O3較多。

由圖7b可知：電絮凝Al(+)-Al(-)和Al(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)兩種電極組合在處理過(guò)程中檢測(cè)到較多H2O2，而且質(zhì)量濃度隨電解時(shí)間的延長(zhǎng)而增大；而電氧化Ti/RuO2/IrO2(+)-Ti/RuO2/IrO2(-)和Ti/RuO2/IrO2(+)-Al(-)兩種電極組合都無(wú)法檢測(cè)到H2O2。這可能是因?yàn)榘l(fā)生了如下反應(yīng)。

陽(yáng)極：

H2O-4e→4H++O2

(1)

H2O2→HO2·+H++e

(2)

HO2·→O2+H++e

(3)

陰極：

O2+2e+2H+→H2O2

(4)

溶液中：

2H2O2→2H2O+ O2

(5)

電氧化過(guò)程中陽(yáng)極發(fā)生電解水反應(yīng)，為陰極產(chǎn)生H2O2提供所需的氧氣，而H2O2因不穩(wěn)定性而存在分解過(guò)程，即一方面H2O2會(huì)在溶液中發(fā)生化學(xué)分解和生成；另一方面H2O2會(huì)在陽(yáng)極表面發(fā)生氧化，導(dǎo)致H2O2含量較少或無(wú)法被檢測(cè)到[20]。

3.4 電極電化學(xué)性能分析

從電絮凝與電氧化法在處理壓裂返排液過(guò)程中產(chǎn)生的氣體類型及氣體量的對(duì)比結(jié)果來(lái)看，兩者產(chǎn)生氣體都以H2為主，H2S和CO2產(chǎn)量都較少，因此氣體量的差異性主要體現(xiàn)在H2產(chǎn)量的不同。不同的陽(yáng)極在溶液中的溶解速率不同，H2在陰極的產(chǎn)生速率和產(chǎn)量也不同。

為了研究不同電極材料對(duì)H2產(chǎn)量的影響，探索電氧化和電絮凝法產(chǎn)氣差異的原因，本文通過(guò)穩(wěn)定電位測(cè)試法、Tafel曲線測(cè)試法及析氫過(guò)電位曲線測(cè)試法來(lái)研究Al電極和普通Ti/RuO2/IrO2電極的電化學(xué)性能與產(chǎn)氣的關(guān)系。試驗(yàn)中將電極置于涪陵壓裂返排液中，工作電極(板狀A(yù)l電極和板狀普通Ti/RuO2/IrO2電極)、輔助電極(鉑電極)及參比電極(飽和甘汞電極)構(gòu)成三電極體系, 利用CS350H電化學(xué)工作站對(duì)兩種不同材料的穩(wěn)定電位和極化曲線進(jìn)行測(cè)定，將電極置于常溫下濃度為1 mol/L的NaOH溶液中[21]，利用CS350H電化學(xué)工作站對(duì)試驗(yàn)中的兩種電極的析氫過(guò)電位進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表4所示。

表4 電化學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)Table 4 Electrochemical performance test data

由表4可知：不同電極的穩(wěn)定電位和塔菲爾斜率不同。板狀A(yù)l電極屬于活潑性電極，在涪陵返排液中的穩(wěn)定電位低，塔菲爾斜率小；普通Ti/RuO2/IrO2電極屬于惰性電極，穩(wěn)定電位相對(duì)較高，塔菲爾斜率大。當(dāng)陽(yáng)極和陰極材料惰性都很強(qiáng)時(shí)，H2產(chǎn)量偏低；陽(yáng)極材料穩(wěn)定電位低時(shí)，H2產(chǎn)量偏高；電極的塔菲爾斜率越小，在極板電極上發(fā)生析氫反應(yīng)的阻力也越小，反應(yīng)速度相對(duì)就快[4]。電絮凝的兩種電極組合都以鋁極板為陽(yáng)極，因此H2產(chǎn)量相對(duì)較高。

對(duì)比表4中析氫過(guò)電位可知，板狀A(yù)l電極析氫過(guò)電位遠(yuǎn)低于板狀Ti/RuO2/IrO2電極，表明Al陰極析氫更容易。同時(shí)，根據(jù)文獻(xiàn)[21]對(duì)析氧電位和析氯電位的研究結(jié)果，采用惰性電極作為陽(yáng)極，易產(chǎn)生O2和Cl2，Cl2可以溶解在水溶液中形成HClO，解離后形成ClO-，ClO-可以從陰極與H+競(jìng)爭(zhēng)獲得電子(ClO-+ H2O + 2e → 2Cl-+ 2OH-)[4]，從而降低陰極的H2產(chǎn)量。

在相同條件下，板狀A(yù)l電極穩(wěn)定電位低，極化曲線塔菲爾斜率小，析氫過(guò)電位低，析氫反應(yīng)的阻力小，析氫更容易，且電絮凝都采用較為活潑的鋁極板作為陽(yáng)極，受到HCIO影響小，所以H2產(chǎn)量更高。

4 結(jié)論及建議

(1)電絮凝和電氧化法對(duì)壓裂返排液COD(Cr)的去除效果都表現(xiàn)出很強(qiáng)的能力，但電絮凝法處理能力更好，其脫色率達(dá)92.92%，去濁率達(dá)95.93%，TOC去除率達(dá)89.52%，陽(yáng)極消耗達(dá)25 g/(m2·h)，電氧化陽(yáng)極消耗為0。

(2)FTIR與GC-MS分析和對(duì)活性物的檢測(cè)結(jié)果表明，電絮凝法在處理壓裂返排液時(shí)，絮凝和氧化同時(shí)起作用，氧化階段產(chǎn)生的中間活性物質(zhì)以H2O2為主，絮凝過(guò)程可以有效去除壓裂返排液中的顆粒物和芳香烴類有機(jī)物。電氧化法在處理過(guò)程中，中間活性物質(zhì)O3產(chǎn)量較多，主要以氧化的方式降解有機(jī)物。

(3)電絮凝與電氧化處理壓裂返排液時(shí)產(chǎn)生氣體都以H2為主， H2S和CO2產(chǎn)量較少。絮凝法所用的鋁電極穩(wěn)定、電位低，塔菲爾斜率小，析氫電位低，析氫電位阻力小，因此H2產(chǎn)量較高。而電氧化法對(duì)有機(jī)物氧化更徹底，所以H2S和CO2的產(chǎn)量均高于電絮凝法。

(4)建議在處理壓裂返排液時(shí)，優(yōu)先選擇電絮凝法，并對(duì)電絮凝過(guò)程的產(chǎn)氣潛在風(fēng)險(xiǎn)與危害采取通風(fēng)或去除等措施進(jìn)行防范，重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)H2(O2)的爆炸風(fēng)險(xiǎn)及H2S的健康危害等。