專利名稱：一種超聲波氧化聯(lián)合電化學氧化預處理油田污水的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲波化學協(xié)同電化學連續(xù)處理油田污水的方法，屬于油田開采及生產的污水處理技術領域。
背景技術：
在油田生產和開采過程會產生大量含油污水，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，產生大量成分復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，同時會產生大量的代謝產物，多次反復的投藥，水體中的生物菌群會產生抗藥性，促使其發(fā)生變異，同時會額外產生大量的污泥，隨著反復開采，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，將會嚴重制約油田開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。超聲波化學氧化是利用超聲波空化效應伴隨著的熱效應、機械效應、化學效應、生物效應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合力強的化學健，并促進水相燃燒、高溫分解和產生氧化性很強的羥基自由基(· 0H)反應，從而有效地分解難降解的有機污染物。電化學氧化技術是最近發(fā)展起來的處理有毒難降解污染物的新型有效技術，是一種電解過程的應用。其原理是具有電解質溶液的電解槽內的兩個電極上，同時發(fā)生化學反應，電解質溶液中的正離子向陰極移動，負離子向陽極移動，在陰極上起還原反應，在陽極上產生氧化反應，并同時產生新物質的一種過程。電化學氧化油田污水是通過電離作用，電子作用，電極化學反應，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菌，一定程度上減緩了細菌腐蝕的發(fā)生，在實際使用中，雖有一定效果，但因陰極上慢慢結垢后，電解效率也會逐漸降低，甚至會將陰、陽極的極間完全堵死，最后要停機來鏟除結垢，造成不能令人滿意的效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對已有技術的不足和缺陷，提出了一種超聲波氧化聯(lián)合電化學氧化預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)的電化學電解的陰極結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)明主要采用的技術方案
1、一種超聲波氧化聯(lián)合電化學氧化預處理油田污水的方法，包括如下步驟
(1)、用超聲波和電化學協(xié)同組成的復合式氧化方法來氧化和降解油田污水中的有機污染物，其所述的超聲波頻率為20 500KHZ，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)合的電化學氧化的陰極結垢。2、一種超聲波氧化聯(lián)合電化學氧化預處理油田污水裝置，它包括電解槽，電源，陽極，陰極，其特征是有一個復合式氧化電解槽裝置，所述復合式氧化電解槽裝置內有電解槽，陽極，陰極，特別是在電解槽上設置有超聲波裝置。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，超聲波換能器設置在電解槽內的壁上或外壁上，超聲波發(fā)生器設置在復合式氧化電解槽裝置外側，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產生的高溫、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，電解油田污水產生羥基自由基(·0Η)和新生態(tài)氧化性物質如C12、02、H2O2iClO-等強氧化劑，氧化降解油田污水中的有機污染物；超聲波化學氧化和電化學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對協(xié)同的電化學電解中的陰極結垢進行清洗，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)明與已有技術相比，有如下的顯著效果
(1)本發(fā)明涉及的超聲波化學協(xié)同電化學預處理油田污水的步驟中，超聲波氧化和電化學氧化均為“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，不額外產生污泥，生物降解及殺菌消毒不會產生抗藥性，是一種環(huán)境友好型的污水處理方法，符合當今“綠色化學工藝”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菌，同時利用超聲波空化伴隨的機械清洗效應，對協(xié)同的電化學氧化的陰極結垢進行清洗，根本上避免了電解油田污水時陰極結垢非常嚴重的現(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，陰極結垢造成電解效率低等現(xiàn)象，電化學電解技術才能真正意義上在油田污水中得到應用。(3)超聲波氧化協(xié)同電化學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，比單一技術的降解速率將提高7到9個數(shù)量級的增加，即反應速度將千萬甚至數(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，水質的穩(wěn)定性顯著提高。本發(fā)明的超聲波氧化和電化學氧化的預氧化處理系統(tǒng)中，具體的氧化、除油、脫鐵、殺菌消毒的反應原理如下
超聲氧化反應H2O — H · + · OH HO · + HO · — H2O2 有機污染物+ H2O2 — CO2+ H2O 電解陰極反應
2H20+2e — H2 ‘ +2 OH (E0 = — 0. 8272V)
產生大量的均勻、密集分布的微小氣泡氫氣，具有很好的氣浮除油效果。在超聲波化學氧化和電化學氧化過程中，F(xiàn)e2+離子轉變成!^3+離子，發(fā)生水解反應，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。在超聲化學氧化和電化學氧化過程中產生的新生態(tài)氧化性物質如Cl2，O2, · 0H, Cio-等強氧化劑，可以將細菌徹底氧化、分解，不存在細菌對普通殺菌劑產生抗藥性的問題。(5)本發(fā)明對污水的水質、水量具有廣泛的適應性，該方法容易調整和精確控制， 出水水質穩(wěn)定，處理后的水質在過濾后和水質輸送過程中，配水車間和注水井口的水質完全一致，達到注水標準要求。(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)明的構造示意圖。
具體實施例方式以下結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，來水質指標為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,鐵細菌=103n/ml，平均腐蝕速度0.6902mm/a，來水水質表明含鐵高，礦化度高，腐蝕結垢性強等特點。采用超聲化學協(xié)同電化學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20KHZ，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氧化，如Fex (OH)m (3x_m)+和單體物質硫，硫酸鹽還原菌(SRB)，腐生菌(TGB) 和鐵細菌(IB)被完全殺滅，經(jīng)過超聲化學氧化和電化學氧化預氧化處理后，再經(jīng)混凝、氣浮、過濾，污水站出水水質到注水井口處的各項指標完全達到并優(yōu)于中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準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)合的電化學氧化的陰極結垢進行清洗，上述實施案例中，經(jīng)過運行處理后的測試結果表明，陰極極板厚度仍為5mm，表面無結垢現(xiàn)象，連續(xù)處理效果明顯。
權利要求
1.一種超聲波氧化聯(lián)合電化學氧化預處理油田污水的方法，其特征是有包括如下步驟(1)、用超聲波和電化學協(xié)同組成的復合式氧化方法來氧化和降解油田污水中的有機污染物，其所述的超聲波頻率為20 500KHZ，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氧化的陰極結垢。
2.一種超聲波氧化聯(lián)合電化學氧化預處理油田污水的裝置，它包括電解槽，電源，陽極，陰極，其特征是有一個復合式氧化電解槽裝置，所述復合式氧化電解槽裝置內有電解槽，陽極，陰極，特別是在電解槽上設置有超聲波裝置。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種超聲波氧化聯(lián)合電化學氧化預處理油田污水裝置，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，超聲波換能器設置在電解槽內壁上或外壁上，超聲波發(fā)生器設置在復合式氧化電解槽裝置外側，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)合電化學氧化預處理油田污水的方法和裝置，屬于油田開采生產的污水處理，它公開了(1)用超聲波和電化學協(xié)同組成的復合式氧化方法來氧化和降解油田污水中的有機污染物，其所述的超聲波頻率為20～500kHz，電流密度為50～5000A/m2；(2)用超聲波清洗方法來清洗聯(lián)合的電化學氧化的陰極結垢。本發(fā)明裝置是有一個復合式氧化電解槽裝置，所述復合式氧化電解槽裝置內有電解槽，陽極，陰極，特別是在電解槽上設置有超聲波裝置。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，保證出水水質的穩(wěn)定和更好的凈化效果，降低水處理費用。
文檔編號C02F1/36GK102259970SQ201110183020
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權日2011年3月8日
發(fā)明者溫鏡新 申請人:廣州金川環(huán)保設備有限公司