CN111115916A - 一种处理油气田压裂返排液的装置及方法 - Google Patents
一种处理油气田压裂返排液的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111115916A CN111115916A CN201811288144.6A CN201811288144A CN111115916A CN 111115916 A CN111115916 A CN 111115916A CN 201811288144 A CN201811288144 A CN 201811288144A CN 111115916 A CN111115916 A CN 111115916A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- oil
- gas
- back fluid
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 103
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 30
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 15
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 14
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 14
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 11
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 6
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HJPBEXZMTWFZHY-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ru].[Ir] Chemical compound [Ti].[Ru].[Ir] HJPBEXZMTWFZHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 claims description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 3
- 235000015073 liquid stocks Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 3
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 2
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 5
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- CJTCBBYSPFAVFL-UHFFFAOYSA-N iridium ruthenium Chemical compound [Ru].[Ir] CJTCBBYSPFAVFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
- C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/10—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from quarries or from mining activities
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本发明涉及一种处理油气田压裂返排液的装置及方法。所述装置包括:电解单元、混合气体发生单元,及位于所述电解单元下方的搅拌装置。本发明所述方法协同了电吸附、电化学氧化和电催化臭氧氧化的作用,解决了传统三维电极电流效率低,有机物降解速率慢的问题,显著提高了压裂返排液排放的处理效率和处理成本,出水COD去除率大于90%,可生化比大于0.4,出水水质明显改善,且水质稳定。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域,具体涉及一种三维电极耦合臭氧氧化处理油气田压裂返排液的装置及方法。
背景技术
油气田开采过程中产生的压裂返排液是石油天然气企业的主要污染源之一。随着水处理技术和处理装备的不断更新,压裂返排液处理技术也不断取得新进展。其中以高级氧化为核心的处理技术,可产生无选择性的强氧化剂·OH,进而更高效地矿化有机污染物,从而减少COD的排放。
三维电极电化学高级氧化技术是近年来被广泛研究的一种新型电化学高级氧化技术,其通过在阴阳极之间装填粒状或碎屑状粒子电极,即形成三维电极,很大程度上改善了传统二维电极电化学氧化过程中普遍存在的污染物传质限制。
然而,三维电极系统缺少足够量的强氧化剂的产生,对于高浓度的工业废水,仍须较长的处理时间,且污染物逐渐吸附在粒子电极上,容易导致粒子电极失活,不利于系统连续运行,COD排放难达标。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种利用三维电极耦合臭氧氧化的处理油气田压裂返排液的方法;该方法将电吸附、电化学氧化和电催化臭氧氧化相结合,利用粒子电极良好的吸附性能和催化性能,同时通过电化学方法在阴极高效持续产生H2O2,并与曝入的O3发生peroxone反应产生·OH,从多途径高效地去除油气田压裂返排液中难降解有机污染物。
本发明的技术方案如下。
一种废水处理装置,包括:电解单元、混合气体发生单元及位于所述电解单元下方的搅拌装置;
所述电解单元包括:电解槽、三维电极、直流电源、微孔盘;所述微孔盘置于三维电极下方、所述电解单元的底部,用于支撑固定三维电极,同时使混合气体经过微孔盘后变成微气泡,有利于传质进行且可轻微扰动粒子电极。
所述混合气体发生单元包括:臭氧发生器、曝气头、臭氧破坏器;其中,位于所述电解单元外部的所述臭氧发生器与位于所述电解单元内部的所述曝气头管道连接;所述臭氧破坏器位于所述电解单元的外部、且与所述电解单元顶部的排气口管道连接。
进一步地,所述电解槽为长方体,具体尺寸可根据实际需要调整,如尺寸为3.5cm×12.5cm×20cm,其置于所述搅拌装置中央上方。
进一步地,所述三维电极由惰性阳极、阴极和粒子电极组成;
其中,所述惰性阳极的面积为100~150cm2,优选为121~144cm2;所述惰性阳极选自铂电极、不锈钢电极、石墨电极、钛镀钌铱电极、钛合金电极或掺硼金刚石电极,优选为钛镀钌铱电极。本发明采用的惰性阳极能够增强有机污染物在阳极表面的催化氧化降解,且价格低廉,稳定性好。
其中,所述阴极的面积为100~150cm2,优选为121~144cm2;所述阴极选用石墨电极、炭毡电极、活性炭纤维电极、玻碳电极、炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极,优选为炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极。本发明采用的阴极可以将O2在其表面发生两电子还原反应生成H2O2。
其中,本发明采用的电极除炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极为自制外,其余电极均从市场直接购买;
所述炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极的制备方法如下:
(1)将整张镍网剪裁为一定大小的长方形,用甲醇清洗并超声15分钟后,烘干备用。
(2)称量炭黑6g置于烧杯内,加入80mL无水乙醇,超声10分钟,再加入8mL聚四氟乙烯乳液,超声15分钟。
(3)将烧杯置于电炉上加热并不断搅拌至膏状。
(4)将膏状物压制成0.5mm厚的薄片,并将薄片分别贴附在一块备用的镍网两侧,在20MPa压力下压片1分钟成形。
(5)将压片成形的电极放入马弗炉内,炉内温度由室温升温至350℃并维持1小时,自然降温后,即制得炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极。
所述惰性阳极和所述阴极沿电解槽两壁竖直平行插入,并分别与所述直流电源正负极连接。
所述惰性阳极和所述阴极中间装填粒子电极,所述粒子电极选自柱状活性炭、颗粒活性炭、硅胶、石墨、陶粒或石英砂中的一种或多种;优选柱状活性炭;所述粒子电极的直径为1-4mm,优选为1.5mm;所述粒子电极的装填量为100~150g,优选为120~130g。本发明所述的粒子电极装填量可以保证粒子电极尽多吸附聚集有机污染物,同时在气泡作用下可轻微扰动,利于再生。
进一步地,所述搅拌单元包括磁力搅拌器和转子。
进一步地,所述曝气头为不锈钢管式微孔曝气头,微孔孔径为2-20微米。
进一步地,所述混合气体发生单元还包括臭氧检测器、气体流量计、氧气瓶等辅助设备。
所述装置的工作原理如下:废水(油气田压裂返排液)经蠕动泵进入所述电解槽底部,同时氧气进入所述臭氧发生器,所得臭氧与氧气的混合气体通过臭氧检测器和气体流量计后,由所述曝气头通入电解槽底部,废水在磁力搅拌器作用下,通过微孔盘,自下而上经所述三维电极处理后,在电解槽上部由出水口排出,残余的臭氧气体经电解槽顶部通入臭氧破坏器进行破坏。
本发明还提供一种利用上述装置处理油气田压裂返排液的方法,包括:
(1)油气田压裂返排液进入所述装置的电解单元底部;
(2)氧气进入所述装置的混合气体发生单元的臭氧发生器,所产生的臭氧与氧气的混合气体通入电解单元底部,与油气田压裂返排液混合;
(3)在搅拌作用下,油气田压裂返排液通过微孔盘,自下而上经所述三维电极处理,最终电解处理后的水由电解单元的上部出水口排出,残余的混合气体经电解单元顶部通入臭氧破坏器进行破坏。
在步骤(1)中,所述油气田压裂返排液为油气田在压裂施工后所产生的压裂废液原液,其COD浓度为2000~8000mg/L,可生化性B/C比为0.1~0.3,pH值为5~9,电导率大于6000μS/cm。
在步骤(2)中,所述混合气体为O3体积百分比为5~10%的、由氧气和臭氧组成的混合气体。
所述混合气体采用臭氧发生器制备,具体如下:将纯O2通入臭氧发生器,部分O2在高压放电作用下发生电化学反应转化为O3。
在步骤(2)中,向所述电解单元中曝入O2和O3混合气体时,采用底部微孔曝气方式;所述微孔曝气的气体流速为0.2~0.8L/min,O3的浓度为30~120mg/L。
在步骤(3)中,所述三维电极中所使用的电源为普通直流稳压电源,可提供的电流密度为10~50mA/cm2。
在本发明中,所述油气田压裂返排液的水力停留时间为30~90min。在实际工业处理过程中,本发明所述各项操作均为连续进行。
本方法的原理如下:在直流电场中,活性炭粒子电极对有机物产生一定的吸附和过滤截留作用;水体中溶解的O2在炭黑-聚四氟乙烯阴极上发生两电子还原反应(1),生成的H2O2可以与溶液中曝入的O3进一步发生peroxone反应,生成具有强氧化性的·OH(2);同时O3可以在活性炭粒子电极上催化产生·OH,还可在阴极发生电还原反应产生·OH(3)和(4);多条·OH的产生途径可将溶液中及吸附在活性炭粒子电极上的污染物有效快速降解,同时将粒子电极再生,从而可持续高效地降解有机污染物。
O2+2H++2e-→H2O2 (1)
2H2O2+2O3→H2O+3O2+HO2·+·OH (2)
与传统电化学高级氧化处理油气田压裂返排液的方法相比,本发明的独特优点和有益效果如下:
(1)协同电吸附、电化学氧化和电催化臭氧氧化作用,可以在短时间内达标排放;
(2)不需要投加药剂,可减轻二次污染,降低处理成本;
(3)处理装置简易,过程中强氧化剂的产生便于操控调节,从而提高处理效率;
(4)活性炭粒子电极在处理过程中可同时再生,可长期使用。
由此可见,本发明所述处理方法是一种油气田压裂返排液处理过程中高效去除COD的方法,具有良好的发展和应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1所示装置的示意图。
图中:1、电解槽;2、阳极;3、阴极;4、活性炭粒子电极;5、直流电源;6、磁力搅拌器;7、转子;8、微孔盘;9、臭氧破坏器;10、储水罐;11、蠕动泵;12、氧气瓶;13、臭氧发生器;14、臭氧检测器;15、气体流量计;16、曝气头。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
各实施例中所述待处理水体,均取自油气田压裂返排液原液,各实施例中COD的初始浓度在2000~8000mg/L范围内,涵盖了一般油气田压裂返排液废水中COD的浓度范围。
本发明采用的电极除炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极为自制外,其余电极均从市场直接购买。
实施例1一种处理废水的装置
本实施例提供一种处理废水的装置,如图1所示,包括:电解单元、混合气体发生单元及位于所述电解单元下方的搅拌装置;
所述电解单元包括:电解槽1、三维电极、直流电源5、微孔盘8;所述微孔盘置于三维电极下方、所述电解单元的底部,用于支撑固定三维电极,同时使混合气体经过微孔盘后变成微气泡,有利于传质进行且可轻微扰动粒子电极。
所述混合气体发生单元包括:臭氧发生器13、曝气头16、臭氧破坏器9;其中,位于所述电解单元外部的所述臭氧发生器与位于所述电解单元内部的所述曝气头管道连接;所述臭氧破坏器位于所述电解单元的外部、且与所述电解单元顶部的排气口管道连接。
所述电解槽为长方体,尺寸为3.5cm×12.5cm×20cm,其置于所述搅拌单元中央。
所述三维电极由惰性阳极2、阴极3和粒子电极4组成;
其中,所述惰性阳极的面积为144cm2的钛镀钌铱电极(购自宝鸡市祺鑫钛业有限公司)。
其中,所述阴极的面积为144cm2的炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极。
所述炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极的制备方法如下:
(1)将整张镍网剪裁为一定大小的长方形,用甲醇清洗并超声15分钟后,烘干备用。
(2)称量炭黑6g置于烧杯内,加入80mL无水乙醇,超声10分钟,再加入8mL聚四氟乙烯乳液,超声15分钟。
(3)将烧杯置于电炉上加热并不断搅拌至膏状。
(4)将膏状物压制成0.5mm厚的薄片,并将薄片分别贴附在一块备用的镍网两侧,在20MPa压力下压片1分钟成形。
(5)将压片成形的电极放入马弗炉内,炉内温度由室温升温至350℃并维持1小时,自然降温后,即制得炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极。
所述惰性阳极和所述阴极沿电解槽两壁竖直平行插入,并分别与所述直流电源正负极连接,两电极中间装填直径1.5mm的柱状活性炭作为粒子电极,具体装填量为120g。
所述搅拌单元包括磁力搅拌器6和转子7。所述电解槽置于所述磁力搅拌器6中央,电解槽底部放置磁力转子7,在磁力搅拌器6作用下,转子7转动速率为600-1200rpm,有利于污染物传质,从而提高处理效果。
所述曝气头为不锈钢管式微孔曝气头,微孔孔径为2-20微米。
所述混合气体发生单元还包括臭氧检测器14、气体流量计15、氧气瓶12;
所述处理废水的装置还包括储水罐10、蠕动泵11等辅助设备。
实施例2一种处理油气田压裂返排液的方法
本实施例提供一种利用实施例1所述装置处理油气田压裂返排液的方法,包括:
(1)油气田压裂返排液进入所述装置的电解单元底部;
(2)氧气进入所述装置的混合气体发生单元的臭氧发生器,所产生的臭氧与氧气的混合气体通入电解单元底部,与油气田压裂返排液混合;
(3)在搅拌作用下,油气田压裂返排液通过微孔盘,自下而上经所述三维电极处理,最终电解处理后的水由电解单元的上部出水口排出,残余的混合气体经电解单元顶部通入臭氧破坏器进行破坏。
在步骤(1)中,所述油气田压裂返排液为油气田在压裂施工后所产生的压裂废液原液,其COD浓度为2500mg/L,可生化性B/C比为0.13,pH值为7.5,电导率为12000μS/cm。
在步骤(2)中,所述混合气体为O3体积百分比为10%的、由氧气和臭氧组成的混合气体。
在步骤(2)中,向所述电解单元中曝入O2和O3混合气体时,采用底部微孔曝气方式;所述微孔曝气的气体流速为0.4L/min,O3的浓度为40mg/L。
在步骤(3)中,所述三维电极中所使用的电源为普通直流稳压电源,可提供的电流密度为20mA/cm2。所述油气田压裂返排液的水力停留时间为30min。
在实际处理过程中,所述各项操作均为连续进行。
从所述出液口取排出液进行测试,COD去除率为90%,可生化性B/C比为0.45。
实施例3一种处理油气田压裂返排液的方法
本实施例提供一种利用实施例1所述装置处理油气田压裂返排液的方法,与实施例2的区别在于:
(1)所述油气田压裂返排液的初始COD浓度2500mg/L,可生化性B/C比为0.13,pH值为7.5,电导率为12000μS/cm;
(2)所述活性炭粒子电极装填量为100g;
(3)所述混合气体流速为0.4L/min,O3浓度为40mg/L;从所述出液口取排出液进行测试,COD去除率为90%,可生化性B/C比为0.40。
实施例4一种处理油气田压裂返排液的方法
本实施例提供一种利用实施例1所述装置处理油气田压裂返排液的方法,与实施例2的区别在于:
(1)所述油气田压裂返排液的初始COD浓度2500mg/L,可生化性B/C比为0.13,pH值为7.5,电导率为12000μS/cm;
(2)所述活性炭粒子电极装填量为150g;
(3)所述混合气体流速为0.4L/min,O3浓度为40mg/L;从所述出液口取排出液进行测试,COD去除率为92%,可生化性B/C比为0.44。
实施例5一种处理油气田压裂返排液的方法
本实施例提供一种利用实施例1所述装置处理油气田压裂返排液的方法,与实施例2的区别在于:
(1)所述油气田压裂返排液的初始COD浓度7000mg/L,可生化性B/C比为0.22,pH值为5.5,电导率为9000μS/cm;
(2)所述水力停留时间为60min;
(3)阴阳极两端电流密度为40mA/cm2;
(4)所述活性炭粒子电极装填量为120g;
(5)所述混合气体流速为0.8L/min,O3浓度为90mg/L;
从所述出液口取排出液进行测试,COD去除率为90%,可生化性B/C比为0.47。
实施例6一种处理油气田压裂返排液的方法
本实施例提供一种利用实施例1所述装置处理油气田压裂返排液的方法,与实施例2的区别在于:
(1)所述油气田压裂返排液的初始COD浓度7000mg/L,可生化性B/C比为0.22,pH值为5.5,电导率为9000μS/cm;
(2)所述水力停留时间为90min;
(3)阴阳极两端电流密度为40mA/cm2;
(4)所述活性炭粒子电极装填量为120g;
(5)所述混合气体流速为0.8L/min,O3浓度为90mg/L;
从所述出液口取排出液进行测试,COD去除率为98%,可生化性B/C比为0.52。
实施例7一种处理油气田压裂返排液的方法
本实施例提供一种利用实施例1所述装置处理油气田压裂返排液的方法,与实施例2的区别在于:
(1)所述油气田压裂返排液的初始COD浓度7000mg/L,可生化性B/C比为0.22,pH值为5.5,电导率为9000μS/cm;
(2)所述水力停留时间为90min;
(3)阴阳极两端电流密度为40mA/cm2;
(4)所述活性炭粒子电极装填量为120g;
(5)所述混合气体流速为0.8L/min,O3浓度为120mg/L;
从所述出液口取排出液进行测试,COD去除率为95%,可生化性B/C比为0.50。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种废水处理装置,其特征在于,包括:电解单元、混合气体发生单元,及位于所述电解单元下方的搅拌装置;
所述电解单元包括:电解槽、三维电极、直流电源、微孔盘;其中,所述微孔盘置于三维电极下方、所述电解单元的底部;
所述混合气体发生单元包括:臭氧发生器、曝气头、臭氧破坏器;其中,位于所述电解单元外部的所述臭氧发生器与位于所述电解单元内部的所述曝气头管道连接;所述臭氧破坏器位于所述电解单元的外部、且与所述电解单元顶部的排气口管道连接。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述电解槽置于所述搅拌装置中央上方。
3.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述三维电极由惰性阳极、阴极、两电极中间装填的粒子电极组成;
优选地,所述惰性阳极的面积为100~150cm2,进一步优选为121~144cm2;
和/或,优选地,所述惰性阳极选自铂电极、不锈钢电极、石墨电极、钛镀钌铱电极、钛合金电极或掺硼金刚石电极,进一步优选为钛镀钌铱电极;
和/或,优选地,所述阴极的面积为100~150cm2,进一步优选为121~144cm2;
和/或,优选地,所述阴极选用石墨电极、炭毡电极、活性炭纤维电极、玻碳电极、炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极,进一步优选为炭黑-聚四氟乙烯气体扩散电极;
和/或,优选地,所述粒子电极选自柱状活性炭、颗粒活性炭、硅胶、石墨、陶粒或石英砂中的一种或多种;优选为柱状活性炭;
和/或,优选地,所述粒子电极的直径为1-4mm,进一步优选为1.5mm,装填量为100~150g,进一步优选为120~130g。
4.根据权利要求1-3任一所述的装置,其特征在于,所述搅拌单元包括磁力搅拌器、转子。
5.根据权利要求1-4任一所述的装置,其特征在于,所述曝气头为微孔曝气头,微孔孔径为2-20微米。
6.根据权利要求1-5任一所述的装置,其特征在于,所述混合气体发生单元还包括臭氧检测器、气体流量计、氧气瓶。
7.一种利用权利要求1-6任一所述装置处理油气田压裂返排液的方法,其特征在于,包括:
(1)油气田压裂返排液进入所述装置的电解单元底部;
(2)氧气进入所述装置的混合气体发生单元的臭氧发生器,所产生的臭氧与氧气的混合气体通入电解单元底部,与油气田压裂返排液混合;
(3)在搅拌作用下,油气田压裂返排液通过微孔盘,自下而上经所述三维电极处理,最终电解处理后的水由电解单元的上部出水口排出,残余的混合气体经电解单元顶部通入臭氧破坏器进行破坏。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述油气田压裂返排液为油气田在压裂施工后所产生的压裂废液原液,其COD浓度为2000~8000mg/L,可生化性B/C比为0.1~0.3,pH值为5~9,电导率大于6000μS/cm。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述混合气体由氧气和臭氧组成,其中O3体积百分比为5~10%;
和/或,步骤(2)中,向所述电解单元中曝入O2和O3混合气体时,采用底部微孔曝气方式;优选地,所述微孔曝气的气体流速为0.2~0.8L/min,O3的浓度为30~120mg/L。
10.根据权利要求7-9任一所述的方法,其特征在于,步骤(3)中,所述三维电极中电流密度为10~50mA/cm2;
和/或,所述油气田压裂返排液的水力停留时间为30~90min。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811288144.6A CN111115916A (zh) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 一种处理油气田压裂返排液的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811288144.6A CN111115916A (zh) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 一种处理油气田压裂返排液的装置及方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111115916A true CN111115916A (zh) | 2020-05-08 |
Family
ID=70485692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811288144.6A Pending CN111115916A (zh) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 一种处理油气田压裂返排液的装置及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111115916A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111943408A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-17 | 北京师范大学 | 一种电催化臭氧吸附膜过滤去除水中有机污染物的装置及方法 |
CN113754149A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-07 | 天津工业大学 | 球型多孔填料及处理高盐水中有机物的电解氧化系统 |
CN114180687A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-15 | 昆明理工大学 | 一种光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置及方法 |
CN115340246A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-11-15 | 重庆市生态环境科学研究院 | 一种从高盐难降解有机废水中回收有机物及同步储能装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103539234A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-01-29 | 中国海洋石油总公司 | 一种压裂返排液的集成处理方法 |
CN103741164A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-23 | 南开大学 | 一种电化学还原co2制甲酸的气体扩散电极的制备方法 |
CN105253960A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-01-20 | 雅本化学股份有限公司 | 一种废水处理装置及通过该装置处理废水的方法 |
CN106904772A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-06-30 | 成都市益源环境科技有限公司 | 一种三维电催化氧化页岩气压裂返排液处理装置及方法 |
CN209411983U (zh) * | 2018-10-31 | 2019-09-20 | 中石化节能环保工程科技有限公司 | 一种油气田压裂返排液的废水处理装置 |
-
2018
- 2018-10-31 CN CN201811288144.6A patent/CN111115916A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103539234A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-01-29 | 中国海洋石油总公司 | 一种压裂返排液的集成处理方法 |
CN103741164A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-23 | 南开大学 | 一种电化学还原co2制甲酸的气体扩散电极的制备方法 |
CN105253960A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-01-20 | 雅本化学股份有限公司 | 一种废水处理装置及通过该装置处理废水的方法 |
CN106904772A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-06-30 | 成都市益源环境科技有限公司 | 一种三维电催化氧化页岩气压裂返排液处理装置及方法 |
CN209411983U (zh) * | 2018-10-31 | 2019-09-20 | 中石化节能环保工程科技有限公司 | 一种油气田压裂返排液的废水处理装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
赵庆良等: "《废水处理与资源化新工艺》", 31 August 2006, 北京:中国建筑工业出版社, pages: 51 - 52 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111943408A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-17 | 北京师范大学 | 一种电催化臭氧吸附膜过滤去除水中有机污染物的装置及方法 |
CN113754149A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-07 | 天津工业大学 | 球型多孔填料及处理高盐水中有机物的电解氧化系统 |
CN114180687A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-15 | 昆明理工大学 | 一种光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置及方法 |
CN115340246A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-11-15 | 重庆市生态环境科学研究院 | 一种从高盐难降解有机废水中回收有机物及同步储能装置 |
CN115340246B (zh) * | 2022-07-19 | 2024-04-02 | 重庆市生态环境科学研究院 | 一种从高盐难降解有机废水中回收有机物及同步储能装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Gas diffusion electrodes for H2O2 production and their applications for electrochemical degradation of organic pollutants in water: A review | |
Ren et al. | Simultaneous sulfadiazines degradation and disinfection from municipal secondary effluent by a flow-through electro-Fenton process with graphene-modified cathode | |
CN111115916A (zh) | 一种处理油气田压裂返排液的装置及方法 | |
CN207016531U (zh) | 一种曝气阴极与内循环三维电化学氧化处理废水的装置 | |
US20230129237A1 (en) | Water-processing electrochemical reactor | |
CN209411983U (zh) | 一种油气田压裂返排液的废水处理装置 | |
WO2016127942A1 (zh) | 一种去除二沉池废水中PPCPs类微污染物的方法 | |
CN102869616A (zh) | 膜-电极组件、使用该组件的电解池、制备臭氧水的方法和装置、消毒方法以及废水或废液处理方法 | |
CN101423266A (zh) | 水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备 | |
CN104609532B (zh) | 一种饮用水处理过程中去除PPCPs的方法 | |
CN106277180A (zh) | 一种超声波强化光电催化处理含重金属及难降解有机污染物废水的装置 | |
CN105152429B (zh) | 一种高效去除工业废水中有机污染物的方法 | |
CN103130307A (zh) | 一种臭氧、光电化学耦合氧化的水处理装置及方法 | |
CN107986379B (zh) | 一种降解污水中全氟辛酸的处理方法及装置 | |
CN100334006C (zh) | 有机废水的三相活性炭流化床电化学处理装置及方法 | |
JPH0813356B2 (ja) | 電解オゾンを使用する水処理方法及び装置 | |
CN108706693A (zh) | 处理悬浮物和难降解有机污染物的可切换三电极反应器 | |
CN104016531A (zh) | 一种铁阳极耦合钯催化加氢的地下水修复方法 | |
CN106745675B (zh) | 一种处理抗生素废水的生物电化学装置及工作方法 | |
CN100560510C (zh) | 光电化学复相催化氧化水处理装置 | |
JP6649988B2 (ja) | 飲用水処理におけるハロゲン含有副生成物の発生の制御方法 | |
US20130098819A1 (en) | Enhanced resin regeneration | |
CN207904098U (zh) | 结合电Fenton技术与人工湿地的有机废水处理系统 | |
CN110921980B (zh) | 一种电化学强化臭氧-生物活性炭水处理设备及利用其处理水的方法 | |
CN116199315B (zh) | 一种用于废水处理的电芬顿反应装置及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |