压裂技术是油气井增产、注水井增注重要方法,但压裂返排液中含大量难降解高分子聚合物和污染物,若不及时处理而进入生态循环,会破坏井场周围生态环境、影响周边地表水系统状况及居民生活和健康。因此,亟待研发高效、实用、快速和循环性的处理剂及处理工艺,以解决压裂排放液难降解物、有害性有机物、金属离子污染物等难题。针对长庆油田压裂返排液悬浮物含量高,化学需氧量（COD）、氨氮值大及矿物质离子难去除,浊度高、粘度大等问题,本文重点分析长庆油田苏14-13-51井压裂返排液废水悬浮物、化学需氧量、高含量氨氮、高浊度、水中主要有机物直链烷烃及含少量苯环结构芳香类有机化合物和含氮化合物。由此,设计制备沸石负载纳米TiO₂催化剂和蒙脱土原位插层纳米零价铁复合材料处理剂。研究测试分析纳米复合材料的形貌、粒径、比表面积、元素组成等,并改进现有污水处理工艺,提出“絮凝-预氧化-纳米TiO₂臭氧催化氧化-纳米零价铁吸附”工艺方法,研究深度处理压裂返排液的絮凝、催化氧化与吸附等作用机理,探索压裂返排液回用处理方法。设计絮凝-预氧化体系,优化絮凝剂聚合硫酸铁（PFS）处理压裂返排液COD去除率的最优条件为,p H=8和投加量0.4%,可产生最好桥联与吸附架桥性能;同时,发现氧化芬顿试剂COD去除率影响显著,过氧化氢效果较弱。p H=3及投加比例(Fe SO₄·7H₂O:H₂O₂（30%）=1:6摩尔比时,COD去除率最大值达88.2%。设计纳米TiO₂催化氧化体系,催化剂颗粒平均粒径2.5μm,纳米TiO₂粒子平均粒径10～20 nm均匀分散于沸石表面,其催化氧化性能比单独臭氧氧化降解效率高出25%以上;制备的蒙脱土插层纳米零价铁呈球形或椭球型,粒子平均粒径20-50nm,其比表面积大于还原性铁粉的。研究该催化剂投加量0.1%,臭氧通入5min的催化效果最好;而零价铁投加量5.0g/L,吸附时间4h时,去除效率最好。综合处理的最终出水COD值稳定在100mg/L以下,氨氮浓度低于15mg/L,影响出水清液矿化度的Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等离子浓度显著下降,满足国家污水综合排放标准GB8978-1996中的一级排放要求标准。还探索处理后压裂液回用性,研究该压裂液体系的基液粘度、耐盐、耐温、耐剪切、静滤失性（初滤失量、滤失系数、滤失速率）、残渣含量与破胶液表面张力,均满足行业技术指标要求。