專利名稱：一種超聲波氧化聯(lián)合電化學(xué)氧化預(yù)處理油田污水的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波化學(xué)協(xié)同電化學(xué)連續(xù)處理油田污水的方法，屬于油田開采 及生產(chǎn)的污水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在油田生產(chǎn)和開采過程會產(chǎn)生大量含油污水，特別是在油田開采過程中，我國的 油田基本上已進入二次開采時期，采出的原油含量已不足30%，甚至更低，產(chǎn)生大量成分復(fù) 雜的危害性很強的污水，必須進行深化處理后才能重新注入地下層。目前油田污水比較典型的處理工藝和方法，主要有加藥混凝，絮凝沉降、過濾；或 者加藥混凝、氣浮、過濾等方法。上述方法和工藝在實際應(yīng)用中已經(jīng)得到廣泛使用，工藝也 比較成熟，但是其最大致命點是大量投加藥物后的水質(zhì)已經(jīng)富營養(yǎng)化，這種富營養(yǎng)化的處 理水回注到地層后成為地下各種生物菌群的營養(yǎng)物，不僅使其快速繁殖，同時會產(chǎn)生大量 的代謝產(chǎn)物，多次反復(fù)的投藥，水體中的生物菌群會產(chǎn)生抗藥性，促使其發(fā)生變異，同時會 額外產(chǎn)生大量的污泥，隨著反復(fù)開采，這種回注水在下一個周期被開采出來時，不僅會給原 油的破乳、脫水增加困難和處理成本，而且后續(xù)的污水處理將會變得越來越困難，將會嚴(yán)重 制約油田開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。超聲波化學(xué)氧化是利用超聲波空化效應(yīng)伴隨著的熱效應(yīng)、機械效應(yīng)、化學(xué)效 應(yīng)、生物效應(yīng)來降解污水中的有機污染物，在超聲波作用下氣泡與小界面處可產(chǎn)生高達 190(Γ5200Κ的高溫和超過50MPa的高壓，溫度變化率高達10%k/s，并伴有強烈的沖擊波和 時速高達400km/h的射流，這些條件足可以打開結(jié)合力強的化學(xué)健，并促進水相燃燒、高溫 分解和產(chǎn)生氧化性很強的羥基自由基(· 0H)反應(yīng)，從而有效地分解難降解的有機污染物。電化學(xué)氧化技術(shù)是最近發(fā)展起來的處理有毒難降解污染物的新型有效技術(shù)，是一 種電解過程的應(yīng)用。其原理是具有電解質(zhì)溶液的電解槽內(nèi)的兩個電極上，同時發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，電解質(zhì)溶液中的正離子向陰極移動，負(fù)離子向陽極移動，在陰極上起還原反應(yīng)，在陽極 上產(chǎn)生氧化反應(yīng)，并同時產(chǎn)生新物質(zhì)的一種過程。電化學(xué)氧化油田污水是通過電離作用，電 子作用，電極化學(xué)反應(yīng)，電氣浮、電激共振作用使得水中懸浮物形成較大的絮體，達到分離 凈化的目的，處理后的凈化水由于降低了電位差，提高了溶液成分的活化性能，并以非常方 法殺滅了水中的各種細(xì)菌，一定程度上減緩了細(xì)菌腐蝕的發(fā)生，在實際使用中，雖有一定效 果，但因陰極上慢慢結(jié)垢后，電解效率也會逐漸降低，甚至?xí)㈥帯㈥枠O的極間完全堵死，最 后要停機來鏟除結(jié)垢，造成不能令人滿意的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)的不足和缺陷，提出了一種超聲波氧化聯(lián)合電化學(xué) 氧化預(yù)處理油田污水的方法和裝置。本發(fā)明在處理油田污水中具有減少藥劑的投加，避免 水體中的生物種類的抗藥性，避免傳統(tǒng)的電化學(xué)電解的陰極結(jié)垢造成電解過程不連續(xù)、電解效率低等現(xiàn)象，保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定和更好的凈化效果，降低水處理費用。本發(fā)明主要采用的技術(shù)方案
1、一種超聲波氧化聯(lián)合電化學(xué)氧化預(yù)處理油田污水的方法，包括如下步驟
(1)、用超聲波和電化學(xué)協(xié)同組成的復(fù)合式氧化方法來氧化和降解油田中的有機污染 物，其所述的超聲波頻率為20 500HZ，電流密度為50 5000A/m2 ；
(2)、再用上面所述頻率的超聲波來清洗聯(lián)合的電化學(xué)氧化的陰極結(jié)垢。2、一種超聲波氧化聯(lián)合電化學(xué)氧化預(yù)處理油田污水裝置，它包括電解槽，電源，陽 極，陰極，其特征是有一個復(fù)合式氧化電解槽裝置，所述復(fù)合式氧化電解槽裝置內(nèi)有電解 槽，陽極，陰極，特別是在電解槽上設(shè)置有超聲波裝置。以上所述超聲波裝置包括有超聲波發(fā)生器及超聲波換能器，超聲波換能器設(shè)置在 電解槽內(nèi)的壁上或外壁上，超聲波發(fā)生器設(shè)置在復(fù)合式氧化電解槽裝置外側(cè)，超聲波發(fā)生 器通過連接線與超聲波換能器相連，陽極和陰極通過連接線與電源相連。本發(fā)明(1)利用超聲波的空化效應(yīng)產(chǎn)生的高溫、高壓氧化降解油田污水中的有機 污染物，利用油田污水含鹽量高可直接電解的特性，電解油田污水產(chǎn)生羥基自由基(·0Η)和 新生態(tài)氧化性物質(zhì)如C12、02、H2O2iClO-等強氧化劑，氧化降解油田污水中的有機污染物；超 聲波化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化組成的高級氧化系統(tǒng)，油田污水在高級氧化系統(tǒng)中氧化及殺菌 能力將得到幾何級別的提升；
(2)利用超聲波的機械效應(yīng)對協(xié)同的電化學(xué)電解中的陰極結(jié)垢進行清洗，達到連續(xù)電 解進而達到連續(xù)處理油田污水的目的；
(3)然后污水進入混凝、氣浮或沉淀、過濾等工藝處理達到凈化污水處理的目的。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，有如下的顯著效果
(1)本發(fā)明涉及的超聲波化學(xué)協(xié)同電化學(xué)預(yù)處理油田污水的步驟中，超聲波氧化和電 化學(xué)氧化均為“綠色”氧化工藝，不投加其他藥劑，無二次污染，節(jié)約資源和運行成本，不額 外產(chǎn)生污泥，生物降解及殺菌消毒不會產(chǎn)生抗藥性，是一種環(huán)境友好型的污水處理方法，符 合當(dāng)今“綠色化學(xué)工藝”的潮流和方向，是一個潔凈處理過程。(2)超聲波不但可以氧化降解污水中的有機污染物，殺滅污水中的各種細(xì)菌，同時 利用超聲波空化伴隨的機械清洗效應(yīng)，對協(xié)同的電化學(xué)氧化的陰極結(jié)垢進行清洗，根本上 避免了電解油田污水時陰極結(jié)垢非常嚴(yán)重的現(xiàn)象，避免了隔三差五地人工清洗陰極，電解 不能連續(xù)運行，陰極結(jié)垢造成電解效率低等現(xiàn)象，電化學(xué)電解技術(shù)才能真正意義上在油田 污水中得到應(yīng)用。(3)超聲波氧化協(xié)同電化學(xué)氧化組成高級氧化工藝，超聲波強化和提高了電解電 極反應(yīng)的速度，污水中的有機物氧化降解及殺菌消毒的能力將得到幾何級別的提升，比單 一技術(shù)的降解速率將提高7到9個數(shù)量級的增加，即反應(yīng)速度將千萬甚至數(shù)億的增加。(4)本發(fā)明方法集氧化、除油、混凝、殺菌消毒等過程渾然一體，對難降解的有毒有 害有機污染物的去除能力強，脫硫率達到99. 8%以上，脫鐵率達到99. 6%以上，水質(zhì)的穩(wěn)定 性顯著提高。本發(fā)明的超聲波氧化和電化學(xué)氧化的預(yù)氧化處理系統(tǒng)中，具體的氧化、除油、脫 鐵、殺菌消毒的反應(yīng)原理如下
超聲氧化反應(yīng)H2O — H · + · OH HO · + HO · — H2O2 有機污染物+ H2O2 — CO2+ H2O 電解陰極反應(yīng)
2H20+2e — H2 ‘ +2 OH (E0 = — 0. 8272V)
產(chǎn)生大量的均勻、密集分布的微小氣泡氫氣，具有很好的氣浮除油效果。在超聲波化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化過程中，F(xiàn)e2+離子轉(zhuǎn)變成!^3+離子，發(fā)生水解反 應(yīng)，形成!^ex (OH)ffl (3x-m)+,生成的帶正電荷!^x (0H)m(3x_m)+膠體能吸附、中和懸浮物和乳化 油的表面負(fù)電荷，使浮化油和懸浮物顆粒凝聚，從而達到混凝去除懸浮物和乳化油的目的。在超聲化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化過程中產(chǎn)生的新生態(tài)氧化性物質(zhì)如Cl2，O2, · 0H, Cio-等強氧化劑，可以將細(xì)菌徹底氧化、分解，不存在細(xì)菌對普通殺菌劑產(chǎn)生抗藥性的問 題。(5)本發(fā)明對污水的水質(zhì)、水量具有廣泛的適應(yīng)性，該方法容易調(diào)整和精確控制， 出水水質(zhì)穩(wěn)定，處理后的水質(zhì)在過濾后和水質(zhì)輸送過程中，配水車間和注水井口的水質(zhì)完 全一致，達到注水標(biāo)準(zhǔn)要求。(6)本發(fā)明可操作性強，環(huán)境及社會效益明顯，經(jīng)濟效益顯著。


圖1是本發(fā)明的構(gòu)造示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體的實施案例來對本發(fā)明作進一步的說明 實施案例1
某油田污水站，來水質(zhì)指標(biāo)為PH = 6.2，溶解氧=1.036 mg/ L，總鐵48 mg/ L，二 價硫2.9 mg/ L，懸浮物=53 mg/ L，含油156 mg/ L，MF = 0，SRB = 103n/ml, TGB = 103n/ ml,鐵細(xì)菌=103n/ml，平均腐蝕速度0.6902mm/a，來水水質(zhì)表明含鐵高，礦化度高，腐蝕結(jié) 垢性強等特點。采用超聲化學(xué)協(xié)同電化學(xué)氧化方法對該油田污水站進行處理，處理流量為30m3/ h,超聲波的頻率為20HZ，采用10對電極并聯(lián)方式連接，每對陰、陽極的間距為7毫米，陽極 材料為鈦，陰極材料為鉬，陰極極板厚度為5mm，電流密度為50A/m2，實施中，陽極將污水中 的還原性物質(zhì)氧化，如Fex (OH)m (3x_m)+和單體物質(zhì)硫，硫酸鹽還原菌(SRB)，腐生菌(TGB)和 鐵細(xì)菌(IB)被完全殺滅，經(jīng)過超聲化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化預(yù)氧化處理后，再經(jīng)混凝、氣浮、 過濾，污水站出水水質(zhì)到注水井口處的各項指標(biāo)完全達到并優(yōu)于中華人民共和國石油天然 氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T53^-94的要求(見表1)，顯著的效果是各種菌類完全殺滅，腐蝕速度低， 除硫能力強，費用低廉，超聲波氧化油田污水中的有機污染物的同時，同步對聯(lián)合的電化學(xué) 氧化的陰極結(jié)垢進行清洗，上述實施案例中，經(jīng)過運行處理后的測試結(jié)果表明，陰極極板厚 度仍為5mm，表面無結(jié)垢現(xiàn)象，連續(xù)處理效果明顯。
5表權(quán)利要求
1.一種超聲波氧化聯(lián)合電化學(xué)氧化預(yù)處理油田污水的方法，其特征是有包括如下步驟(1)、用超聲波和電化學(xué)協(xié)同組成的復(fù)合式氧化方法來氧化和降解油田中的有機污染 物，其所述的超聲波頻率為20 500HZ，電流密度為50 5000A/m2 ；(2)、再用上面所述頻率的超聲波來清洗電化學(xué)氧化的陰極結(jié)垢。
2.一種超聲波氧化聯(lián)合電化學(xué)氧化預(yù)處理油田污水的裝置，它包括電解槽，電源，陽 極，陰極，其特征是有一個復(fù)合式氧化電解槽裝置，所述復(fù)合式氧化電解槽裝置內(nèi)有電解 槽，陽極，陰極，特別是在電解槽上設(shè)置有超聲波裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲波氧化聯(lián)合電化學(xué)氧化預(yù)處理油田污水裝置，其特 征是所述超聲波裝置包括有超聲波發(fā)生器及超聲波換能器，超聲波換能器設(shè)置在電解槽內(nèi) 壁上或外壁上，超聲波發(fā)生器設(shè)置在復(fù)合式氧化電解槽裝置外側(cè)，超聲波發(fā)生器通過連接 線與超聲波換能器相連，陽極和陰極通過連接線與電源相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲波氧化聯(lián)合電化學(xué)氧化預(yù)處理油田污水的方法和裝置，屬于油田開采生產(chǎn)的污水處理，它公開了(1)用超聲波和電化學(xué)協(xié)同組成的復(fù)合式氧化方法來氧化和降解油田中的有機污染物，其所述的超聲波頻率為20～500Hz，電流密度為50～5000A/m2；(2)用超聲波清洗方法來清洗聯(lián)合的電化學(xué)氧化的陰極結(jié)垢。本發(fā)明裝置是有一個復(fù)合式氧化電解槽裝置，所述復(fù)合式氧化電解槽裝置內(nèi)有電解槽，陽極，陰極，特別是在電解槽上設(shè)置有超聲波裝置。本發(fā)明在處理油田污水中具有減免藥劑的投加，避免水體中生物種類的抗藥性，避免傳統(tǒng)的電化電解的陰極結(jié)垢造成電解過程不連續(xù)，電解效果低等現(xiàn)象，保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定和更好的凈化效果，降低水處理費用。
文檔編號C02F1/36GK102070222SQ20111005451
公開日2011年5月25日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者溫鏡新 申請人:廣州金川環(huán)保設(shè)備有限公司