专利名称：高新超声波氧化联合电化学氧化预处理油田污水的技术和装置技术
技术领域：
本发明涉及一种超声波化学协同电化学连续处理油田污水的方法，属于油田开采 及生产的污水处理技术领域。
背景技术：
在油田生产和开采过程会产生大量含油污水，特别是在油田开采过程中，我国的 油田基本上已进入二次开采时期，采出的原油含量已不足30%，甚至更低，产生大量成分复 杂的危害性很强的污水，必须进行深化处理后才能重新注入地下层。目前油田污水比较典型的处理工艺和方法，主要有加药混凝，絮凝沉降、过滤；或 者加药混凝、气浮、过滤等方法。上述方法和工艺在实际应用中已经得到广泛使用，工艺也 比较成熟，但是其最大致命点是大量投加药物后的水质已经富营养化，这种富营养化的处 理水回注到地层后成为地下各种生物菌群的营养物，不仅使其快速繁殖，同时会产生大量 的代谢产物，多次反复的投药，水体中的生物菌群会产生抗药性，促使其发生变异，同时会 额外产生大量的污泥，随着反复开采，这种回注水在下一个周期被开采出来时，不仅会给原 油的破乳、脱水增加困难和处理成本，而且后续的污水处理将会变得越来越困难，将会严重 制约油田开发的可持续发展。超声波化学氧化是利用超声波空化效应伴随着的热效应、机械效应、化学效 应、生物效应来降解污水中的有机污染物，在超声波作用下气泡与小界面处可产生高达 190(Γ5200Κ的高温和超过50MPa的高压，温度变化率高达10%k/s，并伴有强烈的冲击波和 时速高达400km/h的射流，这些条件足可以打开结合力强的化学健，并促进水相燃烧、高温 分解和产生氧化性很强的羟基自由基(· 0H)反应，从而有效地分解难降解的有机污染物。电化学氧化技术是最近发展起来的处理有毒难降解污染物的新型有效技术，是一 种电解过程的应用。其原理是具有电解质溶液的电解槽内的两个电极上，同时发生化学反 应，电解质溶液中的正离子向阴极移动，负离子向阳极移动，在阴极上起还原反应，在阳极 上产生氧化反应，并同时产生新物质的一种过程。电化学氧化油田污水是通过电离作用，电 子作用，电极化学反应，电气浮、电激共振作用使得水中悬浮物形成较大的絮体，达到分离 净化的目的，处理后的净化水由于降低了电位差，提高了溶液成分的活化性能，并以非常方 法杀灭了水中的各种细菌，一定程度上减缓了细菌腐蚀的发生，在实际使用中，虽有一定效 果，但因阴极上慢慢结垢后，电解效率也会逐渐降低，甚至会将阴、阳极的极间完全堵死，最 后要停机来铲除结垢，造成不能令人满意的效果。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术的不足和缺陷，提出了一种超声波氧化联合电化学 氧化预处理油田污水的方法和装置。本发明在处理油田污水中具有减少药剂的投加，避免 水体中的生物种类的抗药性，避免传统的电化学电解的阴极结垢造成电解过程不连续、电解效率低等现象，保证出水水质的稳定和更好的净化效果，降低水处理费用。本发明主要采用的技术方案
1、一种超声波氧化联合电化学氧化预处理油田污水的方法，包括如下步骤
(1)、用超声波和电化学协同组成的复合式氧化方法来氧化和降解油田中的有机污染 物，其所述的超声波频率为20 500HZ，电流密度为50 5000A/m2 ；
(2)、再用上面所述频率的超声波来清洗联合的电化学氧化的阴极结垢。2、一种超声波氧化联合电化学氧化预处理油田污水装置，它包括电解槽，电源，阳 极，阴极，其特征是有一个复合式氧化电解槽装置，所述复合式氧化电解槽装置内有电解 槽，阳极，阴极，特别是在电解槽上设置有超声波装置。以上所述超声波装置包括有超声波发生器及超声波换能器，超声波换能器设置在 电解槽内的壁上或外壁上，超声波发生器设置在复合式氧化电解槽装置外侧，超声波发生 器通过连接线与超声波换能器相连，阳极和阴极通过连接线与电源相连。本发明(1)利用超声波的空化效应产生的高温、高压氧化降解油田污水中的有机 污染物，利用油田污水含盐量高可直接电解的特性，电解油田污水产生羟基自由基(·0Η)和 新生态氧化性物质如C12、02、H2O2iClO-等强氧化剂，氧化降解油田污水中的有机污染物；超 声波化学氧化和电化学氧化组成的高级氧化系统，油田污水在高级氧化系统中氧化及杀菌 能力将得到几何级别的提升；
(2)利用超声波的机械效应对协同的电化学电解中的阴极结垢进行清洗，达到连续电 解进而达到连续处理油田污水的目的；
(3)然后污水进入混凝、气浮或沉淀、过滤等工艺处理达到净化污水处理的目的。本发明与已有技术相比，有如下的显著效果
(1)本发明涉及的超声波化学协同电化学预处理油田污水的步骤中，超声波氧化和电 化学氧化均为“绿色”氧化工艺，不投加其他药剂，无二次污染，节约资源和运行成本，不额 外产生污泥，生物降解及杀菌消毒不会产生抗药性，是一种环境友好型的污水处理方法，符 合当今“绿色化学工艺”的潮流和方向，是一个洁净处理过程。(2)超声波不但可以氧化降解污水中的有机污染物，杀灭污水中的各种细菌，同时 利用超声波空化伴随的机械清洗效应，对协同的电化学氧化的阴极结垢进行清洗，根本上 避免了电解油田污水时阴极结垢非常严重的现象，避免了隔三差五地人工清洗阴极，电解 不能连续运行，阴极结垢造成电解效率低等现象，电化学电解技术才能真正意义上在油田 污水中得到应用。(3)超声波氧化协同电化学氧化组成高级氧化工艺，超声波强化和提高了电解电 极反应的速度，污水中的有机物氧化降解及杀菌消毒的能力将得到几何级别的提升，比单 一技术的降解速率将提高7到9个数量级的增加，即反应速度将千万甚至数亿的增加。(4)本发明方法集氧化、除油、混凝、杀菌消毒等过程浑然一体，对难降解的有毒有 害有机污染物的去除能力强，脱硫率达到99. 8%以上，脱铁率达到99. 6%以上，水质的稳定 性显著提高。本发明的超声波氧化和电化学氧化的预氧化处理系统中，具体的氧化、除油、脱 铁、杀菌消毒的反应原理如下
超声氧化反应H2O — H · + · OH HO · + HO · — H2O2 有机污染物+ H2O2 — CO2+ H2O 电解阴极反应
2H20+2e — H2 ‘ +2 OH (E0 = — 0. 8272V)
产生大量的均勻、密集分布的微小气泡氢气，具有很好的气浮除油效果。在超声波化学氧化和电化学氧化过程中，Fe2+离子转变成!^3+离子，发生水解反 应，形成!^ex (OH)ffl (3x-m)+,生成的带正电荷!^x (0H)m(3x_m)+胶体能吸附、中和悬浮物和乳化 油的表面负电荷，使浮化油和悬浮物颗粒凝聚，从而达到混凝去除悬浮物和乳化油的目的。在超声化学氧化和电化学氧化过程中产生的新生态氧化性物质如Cl2，O2, · 0H, Cio-等强氧化剂，可以将细菌彻底氧化、分解，不存在细菌对普通杀菌剂产生抗药性的问 题。(5)本发明对污水的水质、水量具有广泛的适应性，该方法容易调整和精确控制， 出水水质稳定，处理后的水质在过滤后和水质输送过程中，配水车间和注水井口的水质完 全一致，达到注水标准要求。(6)本发明可操作性强，环境及社会效益明显，经济效益显著。
图1是本发明的构造示意图。
具体实施例方式以下结合具体的实施案例来对本发明作进一步的说明 实施案例1
某油田污水站，来水质指标为PH = 6.2，溶解氧=1.036 mg/ L，总铁48 mg/ L，二 价硫2.9 mg/ L，悬浮物=53 mg/ L，含油156 mg/ L，MF = 0，SRB = 103n/ml, TGB = 103n/ ml,铁细菌=103n/ml，平均腐蚀速度0.6902mm/a，来水水质表明含铁高，矿化度高，腐蚀结 垢性强等特点。采用超声化学协同电化学氧化方法对该油田污水站进行处理，处理流量为30m3/ h,超声波的频率为20HZ，采用10对电极并联方式连接，每对阴、阳极的间距为7毫米，阳极 材料为钛，阴极材料为钼，阴极极板厚度为5mm，电流密度为50A/m2，实施中，阳极将污水中 的还原性物质氧化，如Fex (OH)m (3x_m)+和单体物质硫，硫酸盐还原菌(SRB)，腐生菌(TGB)和 铁细菌(IB)被完全杀灭，经过超声化学氧化和电化学氧化预氧化处理后，再经混凝、气浮、 过滤，污水站出水水质到注水井口处的各项指标完全达到并优于中华人民共和国石油天然 气行业标准SY/T53^-94的要求(见表1)，显著的效果是各种菌类完全杀灭，腐蚀速度低， 除硫能力强，费用低廉，超声波氧化油田污水中的有机污染物的同时，同步对联合的电化学 氧化的阴极结垢进行清洗，上述实施案例中，经过运行处理后的测试结果表明，阴极极板厚 度仍为5mm，表面无结垢现象，连续处理效果明显。
5表权利要求
1.一种超声波氧化联合电化学氧化预处理油田污水的方法，其特征是有包括如下步骤(1)、用超声波和电化学协同组成的复合式氧化方法来氧化和降解油田中的有机污染 物，其所述的超声波频率为20 500HZ，电流密度为50 5000A/m2 ；(2)、再用上面所述频率的超声波来清洗电化学氧化的阴极结垢。
2.一种超声波氧化联合电化学氧化预处理油田污水的装置，它包括电解槽，电源，阳 极，阴极，其特征是有一个复合式氧化电解槽装置，所述复合式氧化电解槽装置内有电解 槽，阳极，阴极，特别是在电解槽上设置有超声波装置。
3.根据权利要求2所述的一种超声波氧化联合电化学氧化预处理油田污水装置，其特 征是所述超声波装置包括有超声波发生器及超声波换能器，超声波换能器设置在电解槽内 壁上或外壁上，超声波发生器设置在复合式氧化电解槽装置外侧，超声波发生器通过连接 线与超声波换能器相连，阳极和阴极通过连接线与电源相连。
全文摘要
本发明涉及一种超声波氧化联合电化学氧化预处理油田污水的方法和装置，属于油田开采生产的污水处理，它公开了(1)用超声波和电化学协同组成的复合式氧化方法来氧化和降解油田中的有机污染物，其所述的超声波频率为20～500Hz，电流密度为50～5000A/m2；(2)用超声波清洗方法来清洗联合的电化学氧化的阴极结垢。本发明装置是有一个复合式氧化电解槽装置，所述复合式氧化电解槽装置内有电解槽，阳极，阴极，特别是在电解槽上设置有超声波装置。本发明在处理油田污水中具有减免药剂的投加，避免水体中生物种类的抗药性，避免传统的电化电解的阴极结垢造成电解过程不连续，电解效果低等现象，保证出水水质的稳定和更好的净化效果，降低水处理费用。
文档编号C02F1/36GK102070222SQ20111005451
公开日2011年5月25日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者温镜新 申请人:广州金川环保设备有限公司
