页岩气是一种重要的非常规天然气资源,在开采过程中水力压裂技术的采用会产生大量有机物含量高、悬浮物含量高和含盐量高的页岩气压裂返排液,处理难度大、污染严重。本文针对压裂返排液中易降解和降解性能适中的有机污染物,采用微纳米泡空化效应进行初级氧化,为页岩气压裂返排液的氧化预处理提供技术方案。本文以涪陵地区页岩气压裂返排液为研究对象,将射流器与变距螺旋空化器结合研制出新型微纳米泡空化反应器。首先,对关键部件-变距螺旋空化器进行数值模拟与结构优化,并对微纳米泡空化反应器进行性能评价,开展空化氧化和与Fenton氧化协同处理试验,进一步推测了页岩气压裂返排液的降解规律和典型污染物的降解路径。（1）微纳米泡空化反应器的结构设计与优化。以变距螺旋叶片为基础,初步设计了变距螺旋空化器,并构建了微纳米泡空化反应器模型。利用Fluent软件对变距螺旋空化器内部流场进行数值模拟,分析了变距螺旋空化器内部速度分布、湍流耗散率分布及轴向静压分布等规律,获得了变距螺旋空化器的优化结构,即中心圆台锥角α=1.0°、叶片数N=4、变距螺旋系数m=0.5。（2）微纳米泡空化反应器的性能评价。以气泡尺寸、溶解氧含量和荧光强度作为性能参数,采用全自动粒度-粒形仪、纳米粒度及Zeta电位分析仪和超景深三维显微系统多种测试仪器对微纳米泡空化反应器的气泡尺寸、数量和形貌进行分析。结果表明,微纳米气泡主要分布在339～509 nm和1937～2562 nm两个区间,平均尺寸为976 nm,水中溶解氧（DO）含量最高达到9.5 mg/L。此外采用荧光光谱法以荧光强度间接反映自由基生成量,荧光强度最高达到31725 a.u.。（3）页岩气压裂返排液的空化氧化及Fenton氧化协同试验。水质分析结果表明,页岩气压裂返排液中有机物成分为聚丙烯酰胺、长链烷烃、苯系物和酯等。采用微纳米泡空化反应器的空化氧化试验中,进气量80 mL/min、入口压力0.2MPa、体系温度35 ℃、运行时间30 min条件下,化学耗氧量（COD）去除率的为29.87%;Fenton氧化协同试验中,COD去除率达到71%。微纳米泡空化反应对页岩气压裂返排液中酸酯类和苯系物的降解效果良好,而对长链烷烃的降解效果较差。该论文有图60幅,表34个,参考文献121篇。