專利名稱：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
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(kāi)采生產(chǎn)的污水處理范疇。
背景技術(shù)：
在油田生產(chǎn)和開(kāi)采過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量含油污水，特別是在油田開(kāi)采過(guò)程中，我國(guó)的油田基本上已進(jìn)入二次開(kāi)采時(shí)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(qiáng)的污水，必須進(jìn)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(guò)濾；或者加藥混凝、氣浮、過(guò)濾等方法。上述方法和工藝在實(shí)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(diǎn)是大量投加藥物后的水質(zhì)已經(jīng)富營(yíng)養(yǎng)化，這種富營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物，不僅使其快速繁殖，同時(shí)會(huì)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(huì)產(chǎn)生抗藥性，促使其發(fā)生變異，同時(shí)會(huì)額外產(chǎn)生大量的污泥，隨著反復(fù)開(kāi)采，這種回注水在下一個(gè)周期被開(kāi)采出來(lái)時(shí)，不僅會(huì)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(huì)變得越來(lái)越困難，將會(huì)嚴(yán)重制約油田開(kāi)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(jī)械效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)來(lái)降解污水中的有機(jī)污染物，在超聲波作用下氣泡與小界面處可產(chǎn)生高達(dá) 190(Γ5200Κ的高溫和超過(guò)50MPa的高壓，溫度變化率高達(dá)10%k/s，并伴有強(qiáng)烈的沖擊波和時(shí)速高達(dá)400km/h的射流，這些條件足可以打開(kāi)結(jié)合力強(qiáng)的化學(xué)健，并促進(jìn)水相燃燒、高溫分解和產(chǎn)生氧化性很強(qiáng)的羥基自由基(· 0H)反應(yīng)，從而有效地分解難降解的有機(jī)污染物。電化學(xué)氧化技術(shù)是最近發(fā)展起來(lái)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(guò)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(gè)電極上，同時(shí)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(dòng)，負(fù)離子向陽(yáng)極移動(dòng)，在陰極上起還原反應(yīng)，在陽(yáng)極上產(chǎn)生氧化反應(yīng)，并同時(shí)產(chǎn)生新物質(zhì)的一種過(guò)程。電化學(xué)氧化油田污水是通過(guò)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(dá)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(shí)際使用中，雖有一定的效果，但因陰極上慢慢結(jié)上垢后，電解效率也會(huì)逐漸降低，甚至?xí)㈥帯㈥?yáng)極的極間完全堵死，最后要停機(jī)來(lái)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(duì)已有技術(shù)的不足和缺陷，提出了一種超聲波化學(xué)協(xié)同電化學(xué)連續(xù)處理油田污水的方法。本方法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(lèi)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(guò)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(fèi)用。
本發(fā)明主要采用的技術(shù)方案
1、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，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(lái)氧化和降解油田污水中的有機(jī)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(lái)清洗協(xié)同的電化學(xué)氧化的陰極結(jié)垢； (3 )、用混凝，氣浮或沉淀，過(guò)濾的方法。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(jī)污染物，利用油田污水含鹽量高可直接電解的特性，電化學(xué)電解油田污水產(chǎn)生羥基自由基 ( 0H)和新生態(tài)氧化性物質(zhì)如C12、02、H202、C10-等強(qiáng)氧化劑，氧化降解油田污水中的有機(jī)污染物；超聲波化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化組成的高級(jí)氧化系統(tǒng)，油田污水在高級(jí)氧化系統(tǒng)中氧化及殺菌能力將得到幾何級(jí)別的提升；
(2)利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)對(duì)協(xié)同的電化學(xué)電解中的陰極結(jié)垢進(jìn)行清洗，達(dá)到連續(xù)電解進(jìn)而達(dá)到連續(xù)處理油田污水的目的；
(3)然后污水進(jìn)入混凝、氣浮或沉淀、過(guò)濾等工藝處理達(dá)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)連續(xù)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(wú)二次污染，節(jié)約資源和運(yùn)行成本，不額外產(chǎn)生污泥，生物降解及殺菌消毒不會(huì)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(gè)潔凈處理過(guò)程。(2)超聲波不但可以氧化降解污水中的有機(jī)污染物，殺滅污水中的各種細(xì)菌，同時(shí)利用超聲波空化伴隨的機(jī)械清洗效應(yīng)，對(duì)協(xié)同的電化學(xué)氧化的陰極結(jié)垢進(jìn)行清洗，根本上避免了電解油田污水時(shí)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(yùn)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(jí)氧化工藝，超聲波強(qiáng)化和提高了電解電極反應(yīng)的速度，污水中的有機(jī)物氧化降解及殺菌消毒的能力將得到幾何級(jí)別的提升，比單一技術(shù)的降解速率將提高7到9個(gè)數(shù)量級(jí)的增加，即反應(yīng)速度將千萬(wàn)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(guò)程渾然一體，對(duì)難降解的有毒有害有機(jī)污染物的去除能力強(qiáng)，脫硫率達(dá)到99. 8%以上，脫鐵率達(dá)到99. 6%以上，水質(zhì)的穩(wěn)定性顯著提高。本發(fā)明的超聲波和電化學(xué)氧化處理系統(tǒng)中具有氧化、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(jī)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(guò)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(dá)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(guò)程中產(chǎn)生的新生態(tài)氧化性物質(zhì)如Cl2，O2, · 0H, Cio-等強(qiáng)氧化劑，可以將細(xì)菌徹底氧化、分解，不存在細(xì)菌對(duì)普通殺菌劑產(chǎn)生抗藥性的問(wèn)題。(5)本發(fā)明對(duì)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(guò)濾后和水質(zhì)輸送過(guò)程中，配水車(chē)間和注水井口的水質(zhì)完全一致，達(dá)到注水標(biāo)準(zhǔn)要求。(6)本發(fā)明可操作性強(qiáng)，環(huán)境及社會(huì)效益明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體的實(shí)施案例來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施案例1
某油田污水站，來(lái)水質(zhì)指標(biāo)為PH = 6.2，溶解氧=1.036 mg/ L，總鐵48 mg/ L，二價(jià)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(lái)水水質(zhì)表明含鐵高，礦化度高，腐蝕結(jié)垢性強(qiáng)等特點(diǎn)。采用超聲化學(xué)協(xié)同電化學(xué)氧化方法對(duì)該油田污水站進(jìn)行處理，處理流量為30m3/ h,超聲波的頻率為20KHZ，采用10對(duì)電極并聯(lián)方式連接，每對(duì)陰、陽(yáng)極的間距為7毫米，陽(yáng)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(shí)施中，陽(yáng)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(guò)超聲化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化后再經(jīng)混凝、氣浮、過(guò)濾，污水站出水水質(zhì)到注水井口處的各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到并優(yōu)于中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T53^-94的要求(見(jiàn)表1)，顯著的效果是各種菌類(lèi)完全殺滅，腐蝕速度低，除硫能力強(qiáng)，費(fèi)用低廉，超聲波氧化油田污水中的有機(jī)污染物的同時(shí)，同步對(duì)協(xié)同的電化學(xué)氧化的陰極結(jié)垢進(jìn)行清洗，上述實(shí)施案例中，經(jīng)過(guò)運(yùn)行處理后的測(cè)試結(jié)果表明，陰極極板厚度仍為 5mm,表面無(wú)結(jié)垢現(xiàn)象，連續(xù)處理效果明顯。
權(quán)利要求
1. 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，其特征是有包括如下步驟(1)、用超聲波化學(xué)和電化學(xué)協(xié)同組成的復(fù)合式氧化方法來(lái)氧化和降解油田污水中的有機(jī)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(lái)清洗協(xié)同的電化學(xué)氧化的陰極結(jié)垢； (3 )、用混凝，氣浮或沉淀，過(guò)濾的方法進(jìn)一步凈化處理。
全文摘要
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(kāi)采生產(chǎn)的污水處理范疇，它公開(kāi)了有包括如下步驟(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(lái)氧化和降解油田污水中的有機(jī)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(lái)清洗協(xié)同的電化學(xué)氧化的陰極結(jié)垢；(3)用混凝，氣浮或沉淀，過(guò)濾的方法。本發(fā)明在處理油田污水中具有減免藥劑的投加，避免水體中的生物種類(lèi)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(guò)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(fèi)用。
文檔編號(hào)C02F9/08GK102329031SQ20111018304
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者溫鏡新 申請(qǐng)人:廣州金川環(huán)保設(shè)備有限公司