CN101108761A - 含油污水处理工艺及其设备 - Google Patents

Abstract

含油污水处理工艺及其设备。涉及一种油田作业中含油污水的处理设备及其工艺。它包括有处理器室、酸液箱、氧化液箱、碱液箱和控制器，其中处理器室由微电解反应器、Fenton反应器、沉淀器依次连通组成；酸液箱连接进水口，微电解反应器中部装有填料，氧化液箱、碱液箱分别对应连接Fenton反应器、沉淀器；在各管道的进、出口分别设有阀门，各阀门、水泵分别与控制器相连。本发明的处理工艺包括以下步骤：1)微电解反应；2)Fenton反应；3)沉淀；4)沉淀器出水输入清水池。本发明是替换传统的、处理效果不友好的核桃壳过滤器的理想选择，具有投资小、寿命长、运行费用低且运行简便的特点，能有效地解决油田水污染的难题。

Description

含油污水处理工艺及其设备

技术领域

本发明涉及水处理的设备及其处理工艺，尤其涉及一种油田作业中含油污水的处理设备及其工艺。

背景技术

有的油田大规模开展了三次采油，三元复合驱采油工艺目前已达到了工业化试验阶段。三元复合驱采出水中由于含碱、聚合物、表面活性剂，使水处理难度增大。抽油过程中会将、油、水一起抽回地面。油、水分离后，水中往往混合有少量的油，同时水中还含有碱、聚合物、表面活性剂等，如果直接排放，会严重污染环境。考虑到充分利用水资源，这些水一般会循环利用，继续注入井中。但这种含大量杂质的污水注入井下后会影响出油量，若排放则会污染环境，因此需要对这种污水进行处理。目前，普遍采用核桃壳过滤器处理这种污水，核桃壳过滤器主要是通过搅拌手段使污水与处理剂成分反应，再由滤网过滤的方式达到处理目的。它能将污水中的悬浮物有效地处理，但水中仍含有的多种杂质，在一级处理设备中还不能完全使水得到净化。

发明内容

本发明针对以上缺陷提供一种采用多级反应处理油田污水的含油污水处理工艺及其设备。

本发明的技术方案是：它的进水泵连接污水池，沉淀器连接清水池，它包括有处理器室、酸液箱、氧化液箱、碱液箱和控制器，其中处理器室由微电解反应器、Fenton反应器、沉淀器依次连通组成；水泵的出水口连接微电解反应器的下部的进水口，酸液箱连接该进水口，在微电解反应器中部装有填料，微电解反应器上部设有与Fenton反应器连通的口；Fenton反应器上部还设有另一与沉淀器连通的口；氧化液箱、碱液箱分别通过管道对应连接Fenton反应器、沉淀器；在各管道的进、出口分别设有阀门，各阀门、水泵分别与控制器相连。

Fenton反应器设有反应区A和反应区B，两区相互连通。

还设有一鼓风机，鼓风机通过管道分别连接微电解反应器、Fenton反应器、沉淀器。

所述的微电解反应器内的填料是铁刨花或铸铁屑与惰性碳颗粒。

所述的惰性碳颗粒为石墨、活性碳、焦碳。

所述的酸液箱内为无机酸。

所述的氧化液箱内为复合氧化剂，复合氧化剂包括双氧水和重铬酸钾，两者的质量比例1000~2000∶1。

所述的碱液箱内为氢氧化钠或氢氧化钙溶液。

在沉淀器和清水池之间还设有气浮浮选区。

本发明的处理工艺是：污水由它的进水口进入，清水由出水口流出，它包括以下步骤：

1)、首先，污水被进水泵连续抽入一装有填料的微电解反应器，同时注入无机酸，当污水的pH值至4.0~7.0时，停止注入无机酸，酸性污水在从容器下部往上部运动的过程中，通过反应器中部的填料，调整进水泵、阀门，使酸性污水在反应器中的反应时间达到30~60分钟；

2)、反应后的污水通过微电解反应器上部的口溢入Fenton反应器，向反应器内的污水中注入复合氧化剂，复合氧化剂与污水体积比为0.3％~0.5％，通过设定Fenton反应器与微电解反应器的容积比，使污水在Fenton反应器中反应时间为120~210分钟；

3)、达到上步骤反应时间的水，通过Fenton反应器上部的口溢入沉淀器，向沉淀器中注入碱液，直到pH值为7.5~8.5时，停止注入碱液，通过设定Fenton反应器与沉淀器的容积比，使污水在沉淀器中沉淀2小时；

4)、沉淀器出水输入清水池，处理完毕。

本发明采用首先微电解反应，微电解反应器内的填料在酸液作用下形成无数的原电池，产生电极反应和由此所引起的一系列作用，改变了污水中污染物的性质，形成新生态Fe²⁺离子，达到污水处理的第一个目的；Fenton反应中，在酸性条件下，Fenton试剂通过催化分解产生羟基自由基(·OH)进攻有机物分子，使其矿化为CO₂、H₂O等无机质，从而达到本发明的另一目的；最后通过中和反应、沉淀，使水达到排放标准。沉淀分离出的少量杂质，罐装处理。

本发明是替换传统的、处理效果不友好的核桃壳过滤器的理想选择，具有投资小、寿命长、运行费用低且运行简便的特点，能有效地解决油田水污染的难题。

附图说明

图1是本发明设备的结构示意图

图中1是进水口，2是微电解反应器，3是Fenton反应器A区，4是Fenton反应器B区，5是沉淀器，6是出水口；

图2是图1中M-M视图

图中7是加酸口，8是隔板，9填料，10是进风管，11是微电解反应器与Fenton反应器A区连通口，12是加氧化剂口，13是进风管，14是Fenton反应器B区与沉淀池连通口，15是加碱口，16是Fenton反应器A区与Fenton反应器B区连通口；

图3是本发明设备的另一实施方式的结构示意图

图中17是气浮浮选区；

图4是图3中N-N视图

图中18是集渣槽，19是穿孔集水管。

具体实施方式

本发明的设备是进水口1连接微电解反应器2，加酸口7同时连通微电解反应器2，在微电解反应器2内腔的下部设一布有网孔的隔板8，在隔板8上放设填料9，填料9可以是铁刨花或铸铁屑与惰性碳颗粒，惰性碳颗粒可选用石墨、活性碳、焦碳负载在惰性颗粒上，反应器2上部的侧壁上开设连通Fenton反应器A区3的连接口11，反应器2顶部通入一进风管10，进风管10穿过填料9和隔板8直至反应器2的底部，往污水中输出高压气体，使反应更充分。

Fenton反应器A区3与Fenton反应器B区4的下部由连接口16连通，进风管13伸入Fenton反应器两区的底部，在Fenton反应器A区3顶部设加氧化剂口12，氧化剂口12往Fenton反应器内的污水中加入复合氧化剂，复合氧化剂包括双氧水和重铬酸钾；进风管13输入的高压气体使Fenton反应器两区的反应更充分，提高处理效果。

Fenton反应器B区4的上部设连通沉淀池5的连通口14，沉淀池5顶部设加碱口15，加入碱液以中和前步骤的污水，在沉淀池5的底部设出水口6，出水口6连接清水池。

本发明的设备还有另一实施方式，即在沉淀池5和清水池间设置气浮浮选区17，由于处理出的水经过几级反应，会产生一些漂浮物，在该区17内，通过该区17上部设置的集渣槽18收集起漂浮物、气体泡沫等，进一步改善处理后水的品质。气浮浮选区17底部的出水管选用穿孔集水管19。

本发明的工艺是：

实施例1

它包括以下步骤：

1)、对污水进行微电解反应，往容器内的污水中注入硫酸，当污水的pH值至4.0时，停止注入硫酸，保持污水在容器中反应时间为45分钟；

2)、对上步骤的污水进行Fenton反应，往容器内的污水中注入复合氧化剂，复合氧化剂为双氧水和重铬酸钾，两者的质量比为1000∶1，复合氧化剂与污水体积比为0.5％，反应时间为210分钟；

3)、再将上步骤的出水输入沉淀器，往沉淀器中注入氢氧化钠溶液，沉淀器内水的pH值调整为7.5时，停止注入氢氧化钠溶液，沉淀2小时；

4)、沉淀器中输出的水输入清水池，处理完毕。

实施例2

它包括以下步骤：

1)、对污水进行微电解反应，往容器内的污水中注入盐酸，当污水的pH值至5.5时，停止注入盐酸，保持污水在容器中反应时间为50分钟；

2)、对上步骤的污水进行Fenton反应，往容器内的污水中注入复合氧化剂，复合氧化剂为双氧水和重铬酸钾，两者的质量比为1500∶1，复合氧化剂与污水体积比为0.4％，反应时间为165分钟；

3)、再将上步骤的出水输入沉淀器，往沉淀器中注入氢氧化钙溶液，沉淀器内水的pH值调整为8时，停止注入氢氧化钙溶液，沉淀2小时；

4)、沉淀器中输出的水输入清水池，处理完毕。

实施例3

它包括以下步骤：

1)、对污水进行微电解反应，往容器内的污水中注入硫酸，当污水的pH值至4.0~7.0时，停止注入硫酸，保持污水在容器中反应时间为55分钟；

2)、对上步骤的污水进行Fenton反应，往容器内的污水中注入复合氧化剂，复合氧化剂为双氧水和重铬酸钾，两者的质量比为2000∶1，复合氧化剂与污水体积比为0.3％，反应时间为120分钟；

3)、再将上步骤的出水输入沉淀器，往沉淀器中注入氢氧化钙溶液，沉淀器内水的pH值调整为8.5时，停止注入氢氧化钙溶液，沉淀2小时；

4)、沉淀器中输出的水输入清水池，处理完毕。

本发明中的微电解(micro-electrolysis)，又称为内电解、铁还原、铁碳法等，微电解反应器内的填料所形成无数的原电池，产生电极反应和由此所引起的一系列作用，改变了污水中污染物的性质，达到污水处理的目的。

主要的电极反应有：

阳极(Fe)：Fe-2e→Fe²⁺            [E⁰(Fe²⁺/Fe)＝-0.44V]

阴极(C)：

酸性条件下：2H⁺+2e→2[H]→H₂    [E⁰(H⁺/H₂)＝0.00V]

酸性充氧条件下：O₂+4H⁺+4e→2H₂O    [E⁰(O₂)＝1.23V]

中性条件下：O₂+2H₂O+4e→4OH^-    [E⁰(O₂/OH^-)＝0.40V]

1894年，H.J.H.Fenton首次报道指出H₂O₂在Fe²⁺离子的催化作用下具有氧化多种有机物的能力，过氧化氢与亚铁离子的结合即为Fenton试剂，其中Fe²⁺离子主要作为同质催化剂，而H₂O₂起氧化作用。在此基础上，人们不断进行了以H₂O₂为主的复合氧化剂的研究，利用复合氧化剂的强氧化性，对一般物理、化学、生化法难以处理的工业污水进行有效的处理。

本发明中的Fenton反应是，在酸性条件下，Fenton试剂通过催化分解产生羟基自由基(·OH)进攻有机物分子，使其矿化为CO₂、H₂O等无机质，氧化过程为链式反应：·OH的产生为链的开始，其它自由基和反应中间体构成了链的节点，各种自由基之间或自由基与其它物质的相互作用使自由基被消耗，反应链终止。反应机理归纳如下：

链的开始：Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH

链的传递：OH^-+Fe^2-→Fe³⁺+OH

          ·OH+H₂O₂→HO₂·+H₂O

          Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+HO₂·+H₂O

          HO₂·+Fe³⁺→Fe²⁺+O₂·+H⁺

        ·OH+R-H(有机物)→·R+H₂O

        ·OH+R-H(有机物)→·[R-H]^-+HO

        ·R+Fe³⁺+HO^-→P(产物)+Fe²⁺+·OH

        ·[R-H]⁺+Fe³⁺+HO^-→P(产物)+Fe²⁺+HO₂·+[H]

链的终止：2·OH^-→H₂O₂

          HO₂·+HO₂·→H₂O₂+O₂

          Fe³⁺+HO₂·→Fe²⁺+O₂

          Fe²⁺+HO₂·+H^-→Fe³⁺+H₂O₂

          HO₂·+O₂·+H⁺→H₂O₂+O₂

          Fe²⁺+O₂·+H⁺→Fe³⁺+H₂O₂

              [H]+HO^-+Fe³⁺→H₂O+Fe²⁺

Fenton试剂参与反应的主要控制步骤是自由基尤其是·OH的产生影响及其与有机物相互作用的过程，近年来的热力学计算表明，经典理论中所说的Fe²⁺与H₂O₂之间的外层电子转移反应是不可能进行的，因为其反应的中间体HO₂·难以形成，从力学来说更易形成Fe²⁺-H₂O₂络合物。Fe²⁺的络合物内层电子转移理论认为：在体系中引入适当的配体可以改善催化反应和自由基的产生机制，提高反应效率、改善反应条件，同时实现难降解物质或有毒物质的优先氧化降解；因此，引入配体改善催化反应机制是Fenton试剂得以不断研究与发展的关键，也是Fenton法处理技术的主要难点。本发明采用双氧水和重铬酸钾配制处理剂，取得了很好的效果。本发明沉淀分离出的少量杂质，罐装处理。

Claims (10)

1.一种含油污水处理设备，它的进水泵连接污水池，沉淀器连接清水池，其特征在于：它包括有处理器室、酸液箱、氧化液箱、碱液箱和控制器，其中处理器室由微电解反应器、Fenton反应器、沉淀器依次连通组成；水泵的出水口连接微电解反应器的下部的进水口，酸液箱连接该进水口，在微电解反应器中部装有填料，微电解反应器上部设有与Fenton反应器连通的口；Fenton反应器上部还设有另一与沉淀器连通的口；氧化液箱、碱液箱分别通过管道对应连接Fenton反应器、沉淀器；在各管道的进、出口分别设有阀门，各阀门、水泵分别与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种含油污水处理设备，其特征在于，Fenton反应器设有反应区A和反应区B，两区相互连通。

3.根据权利要求1所述的一种含油污水处理设备，其特征在于，还设有一鼓风机，鼓风机通过管道分别连接微电解反应器、Fenton反应器、沉淀器。

4.根据权利要求1所述的一种含油污水处理设备，其特征在于，所述的微电解反应器内的填料是铁刨花或铸铁屑与惰性碳颗粒。

5.根据权利要求4所述的一种含油污水处理设备，其特征在于，所述的惰性碳颗粒为石墨、活性碳、焦碳。

6.根据权利要求1所述的一种含油污水处理设备，其特征在于，所述的酸液箱内为无机酸。

7.根据权利要求1所述的一种含油污水处理设备，其特征在于，所述的氧化液箱内为复合氧化剂，复合氧化剂包括双氧水和重铬酸钾，两者的质量比例1000～2000∶1。

8.根据权利要求1所述的一种含油污水处理设备，其特征在于，所述的碱液箱内为氢氧化钠或氢氧化钙溶液。

9.根据权利要求1所述的一种含油污水处理设备，其特征在于，在沉淀器和清水池之间还设有气浮浮选区。

10.如权利要求1所述含油污水处理设备的处理工艺，污水由它的进水口进入，清水由出水口流出，其特征在于，它包括以下步骤：

1)、首先，污水被进水泵连续抽入一装有填料的微电解反应器，同时注入无机酸，当污水的pH值至4.0～7.0时，停止注入无机酸，酸性污水在从容器下部往上部运动的过程中，通过反应器中部的填料，调整进水泵、阀门，使酸性污水在反应器中的反应时间达到30～60分钟；

2)、反应后的污水通过微电解反应器上部的口溢入Fenton反应器，向反应器内的污水中注入复合氧化剂，复合氧化剂与污水体积比为0.3％～0.5％，通过设定Fenton反应器与微电解反应器的容积比，使污水在Fenton反应器中反应时间为120～210分钟；

3)、达到上步骤反应时间的水，通过Fenton反应器上部的口溢入沉淀器，向沉淀器中注入碱液，直到pH值为7.5～8.5时，停止注入碱液，通过设定Fenton反应器与沉淀器的容积比，使污水在沉淀器中沉淀2小时；

4)、沉淀器出水输入清水池，处理完毕。

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