CN113121069A - 一种射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频液相放电‑移动床生物膜耦合处理装置及工艺，属于含油污水处理技术领域。包括反应器；竖向隔板，设在所述反应器内，下半部分设有若干透水孔，射频液相放电处理区域，位于所述竖向隔板与反应器围合成的第一区域内，射频液相放电处理区域内设有放电电极，所述放电电极电连接有射频源，所述射频源设于所述反应器的外侧，所述射频源还电连接有接地电极，移动床生物膜反应器处理区域，位于所述竖向隔板与反应器围合成的第二区域内，内部填充悬浮填料。本发明在一个工艺中集成了射频液相放电处理单元和移动床生物膜反应器，具有处理效率高，运行成本较低，无需反冲洗，无处理死角的优势。
Description
技术领域
本发明涉及含油污水处理技术领域，具体涉及一种射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置及工艺。
背景技术
随着开采年限的加长，我国的绝大部分油田已经进入高含水开采阶段，已逐渐由一次采油、二次采油阶段逐步向三次采油阶段过渡，新的技术方法在三次采油过程中被广泛应用。在三次采油技术中，以化学药剂作为驱采手段的聚合物驱和三元驱应用最为广泛。聚丙烯酰胺(HPAM)因其具有分子量高、水溶性好、粘度高等优点被当作是聚合物驱油的首选聚合物。聚丙烯酰胺通过增加配聚体系的粘度和粘弹性，可降低驱替液和原油之间流度比，提高驱油体系的波及面积，进而提高采收率。聚丙烯酰胺在为油田生产提高采收率的同时，对地面工程也产生了相当恶劣的影响。做为驱采药剂注入到地下的聚丙烯酰胺，在长期经过地下高温高压的环境后以水解聚丙烯酰胺的形式随采出液采出，虽然分子量以及粘度均大幅下降，但与以往普通含油污水处理相比，含聚污水的处理更加困难。聚丙烯酰胺使采出水的粘度成倍增加，使得含聚污水中胶体颗粒的稳定性增强，悬浮物的含量更高，延长了自然沉降的时间；聚丙烯酰胺增加了原油的乳化能力，使油水分离变得更加困难，增加了采出水的含油量；含聚污水粘度的增加使后续采出水处理中沉降、过滤、絮凝等工艺的处理难度增加，增加了药剂投入，对过滤系统造成破坏。因此，亟需能够有效处理油田含聚污水的耦合工艺，该工艺应具备快速降低污水粘度，有效降低污水有机物浓度、出水悬浮物的特点。
在含油污水处理工艺中，多采用自然沉降-滤池过滤的工艺形式。在以往对水驱采出液进行处理时，具有较好的油水分离效果，整个工艺流程出水水质稳定，系统维护管理方便。但是含聚采出水粘度较高，水油乳化程度高，具有高油、高含聚、高悬浮物的水质特点。以往研发的物理沉降、过滤工艺具有沉降时间长、效果差，过滤效率较低的特点；化学絮凝法药剂投入成本高，沉降时间长；含聚污水中的大分子有机物难于生化降解。因此，针对含聚污水的水质特点，需要开发一种处理效率高，投入相对较低的耦合工艺。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置及工艺。
本发明目的之一在于提供一种射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置，包括反应器；
竖向隔板，设在所述反应器内，下半部分设有若干透水孔；
射频液相放电处理区域，位于所述竖向隔板与反应器围合成的第一区域内，射频液相放电处理区域内设有放电电极，所述放电电极电连接有射频源，所述射频源设于所述反应器的外侧，所述射频源还电连接有接地电极，
移动床生物膜反应器处理区域，位于所述竖向隔板与反应器围合成的第二区域内，内部填充悬浮填料。
较佳地，射频液相放电处理区域和移动床生物膜反应器处理区域内还均设有曝气装置。
较佳地，射频液相放电处理区域所对应的反应器顶部设有进水口，移动床生物膜反应器处理区域所对应的反应器顶部设有出水口。
较佳地，曝气装置的上方设有悬浮填料承托层。
较佳地，曝气装置包括曝气泵以及曝气管，所述曝气泵位于反应器的外部，曝气管位于反应器内部，所述曝气管包括曝气主管和若干曝气分管，所述若干曝气分管沿水平方向均匀分布在曝气主管的两侧，所述曝气分管上设有多个曝气孔，所述曝气泵与曝气主管连接。
较佳地，进水口与含聚污水箱连接。
本发明目的之二在于提供上述射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置的处理工艺包括以下步骤：
S101、油田含聚采出水经过进水口被注入到射频液相放电处理区域内，控制进水流速为7.5×10-7m3/s；
S102、打开射频源和曝气装置控制电源，同时调节射频源的输入功率为200-1000W，调节曝气装置的功率，使移动床生物膜反应器处理区域顶部的溶解氧为4～6mg/L；
S103、油田含聚采出水射频液相放电处理区域处理后通过竖向隔板底部的透水孔进入移动床生物膜反应器处理区域进行再次处理；
S104、处理后的污水经过出水口被排放到反应器外部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置利用射频波在含聚污水中放电产生等离子体，等离子体中的高能电子可以轻易将污水中有机大分子断键分解并引发后续的链式反应，在此过程中产生了大量的分子碎片，其中包含了具有高氧化电位的·OH、·O，氧化电位分别为2.8V、2.42V，这些活性粒子可以进一步攻击周围的大分子有机物，使其氧化分解。通过合理控制等离子体处理时间，达到可生化处理的最低要求，实现快速、高效、节能预处理的目的。相较于微波液相放电，射频放电的起弧功率低，因此等离子体的维持功率低，所以更加节能。从等离子体参数分析，在相同条件水中放电，射频放电的电子温度要高于微波放电1000K左右，因此更加有利于有机物的降解。
本发明的处理工艺属于射频液相放电-移动床生物膜耦合工艺，在一个工艺中集成了射频液相放电处理单元和移动床生物膜反应器。在移动床生物膜反应器中选用悬浮填料，悬浮填料上附着较高生物量，通过曝气作用悬浮填料在反应器中随水流自由移动。该耦合工艺具有处理效率高，运行成本较低，无需反冲洗，无处理死角的优势。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明曝气装置的结构示意图；
图3为本发明悬浮填料的结构示意图；
图4为本实施例耦合工艺对含聚污水中聚合物的降解效能图。
图5为本实施例耦合工艺对含聚污水的降粘效果图；
图6为本实施例耦合工艺对含聚污水中石油类物质的降解效能图；
图7为本实施例耦合工艺对含聚污水中悬浮固体的去除效能图。
附图标记说明：
1.反应器，2.竖向隔板，3.放电电极，4.射频源，5.接地电极，6.悬浮填料，7.进水口，8.出水口，9.曝气装置，91.曝气管，911.曝气主管，912.曝气分管，913.曝气孔，10.悬浮填料承托层，11.含聚污水箱，12.等离子体，13.射频液相放电处理区域，14.移动床生物膜反应器处理区域。
具体实施方式
下面结合附图1-3，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供的一种射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置及处理工艺，包括反应器1；
竖向隔板2，设在所述反应器1内，下半部分设有若干透水孔；
射频液相放电处理区域13，位于所述竖向隔板2与反应器1围合成的第一区域内，射频液相放电处理区域内设有放电电极3，所述放电电极3电连接有射频源4，所述射频源4设于所述反应器1的外侧，所述射频源4还电连接有接地电极5，
移动床生物膜反应器处理区域14，位于所述竖向隔板2与反应器1围合成的第二区域内，内部填充悬浮填料6。
进一步地，射频液相放电处理区域13和移动床生物膜反应器处理区域14内还均设有曝气装置9。
进一步地，射频液相放电处理区域13所对应的反应器1顶部设有进水口7，移动床生物膜反应器处理区域14所对应的反应器1顶部设有出水口8。
进一步地，曝气装置9的上方设有悬浮填料承托层10。
进一步地，曝气装置9包括曝气泵以及曝气管91，所述曝气泵位于反应器1的外部，曝气管91位于反应器1内部，所述曝气管91包括曝气主管911和若干曝气分管912，所述若干曝气分管912沿水平方向均匀分布在曝气主管911的两侧，所述曝气分管912上设有多个曝气孔913，所述曝气泵与曝气主管911连接。
进一步地，进水口7与含聚污水箱11连接。
实施例2
本实施例射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置的处理工艺，包括以下步骤：
S101、油田含聚采出水经过进水口7被注入到射频液相放电处理区域13内，控制进水流速为7.5×10-7m3/s；
S102、打开射频源4和曝气装置9控制电源，同时调节射频源4的输入功率为600W，调节曝气装置9的功率，使移动床生物膜反应器处理区域14顶部的溶解氧为4～6mg/L；
需要说明的是，射频源4可采用间歇运行方式，每放电30min后，射频源4停止工作30min；由于射频源4的间歇运行周期远短于耦合工艺反应器的水力停留时间。能够保证在射频液相放电处理区域13中有较高的自由基浓度，能够达到降解含聚污水的目的。
S103、油田含聚采出水射频液相放电处理区域13处理后通过竖向隔板2底部的透水孔进入移动床生物膜反应器处理区域14进行再次处理；
S104、处理后的废水经过出水口8被排放到反应器1外部。
控制该反应器1的有效容积为16L；运行时，首先打开含聚污水箱11的控制泵，油田含聚采出水经过进水口7被注入到反应器1内，控制进水流速为7.5×10-7m3/s，该工艺采用连续流的运行方式对含聚采出水进行处理；打开射频源4和曝气装置9控制电源，同时调节射频源4的输入功率为600W；由于曝气装置9的曝气作用，该反应器1内部充满大量气泡，调节曝气装置9的功率，使反应器1顶部的溶解氧为4～6mg/L；注入的油田含聚采出水在射频液相放电处理区域13，放电电极3处放电并产生大量的高能电子、自由基、活性原子、分子等，可以有效降解油田含聚采出水中聚丙烯酰胺和石油类物质；经过射频液相放电处理区域13处理后，含聚采出水被转运至移动床生物膜反应器处理区域14，在该处理单元中选用的悬浮填料6上附着较多的微生物菌胶团，对有机物有较强的吸附降解能力；由于曝气作用悬浮填料6在反应器1内随水流自由移动；该反应器1的水力负荷为2.67×10-3m3/h，其污染物容积负荷可达4kg COD/(m3·d)。
降解实验
采用有效容积为16L的耦合工艺反应器对油田含聚采出水进行降解实验。每3天取样测定耦合工艺对含聚污水降粘效果及对其中聚合物(HPAM)、石油类物质、悬浮物固体的去除效能。在实验过程中选用的含聚污水的平均COD、HPAM、粘度、含油量、悬浮固体分别为1514.7mg/L、851.3mg/L、2.449mPa·s、211.2mg/L、179.30mg/L。该耦合工艺对含聚污水有较好的降粘效果，射频反应区出水中平均粘度为0.800mPa·s，最终出水中平均粘度为0.406mPa·s。最终出水中聚合物浓度为450.1mg/L，该耦合工艺对含聚污水中聚合物的去除率为47.13％。其中，移动床生物膜反应区对聚合物去除的贡献率为75％。该耦合工艺中的射频处理区域虽然对含聚污水中聚合物的去除贡献率较低，但是其中的高能自由基对聚合物启动较好的断链效果，将较大分子的聚丙烯酰胺转化为较小的分子形式，使其后续可以被移动床生物膜反应区继续处理。该耦合工艺改善了含聚污水中聚合物难于被生物处理工艺降解的难点问题，为油田含聚污水处理提供了新的工艺组合形式。
最终出水中含油量和悬浮固体分别为22.1mg/L和8.1mg/L，该耦合工艺对含油量和悬浮固体的去除率分别为89.5％和95.5％。针对油田含聚污水中存在的聚合物、粘度、石油类物质、悬浮物固体等主要污染物，该耦合工艺都取得了较高的处理效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置，其特征在于，包括
反应器(1)；
竖向隔板(2)，设在所述反应器(1)内，下半部分设有若干透水孔；
射频液相放电处理区域(13)，位于所述竖向隔板(2)与反应器(1)围合成的第一区域内，射频液相放电处理区域内设有放电电极(3)，所述放电电极(3)电连接有射频源(4)，所述射频源(4)设于所述反应器(1)的外侧，所述射频源(4)还电连接有接地电极(5)；
移动床生物膜反应器处理区域(14)，位于所述竖向隔板(2)与反应器(1)围合成的第二区域内，内部填充悬浮填料(6)。
2.如权利要求1所述的射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置，其特征在于，所述射频液相放电处理区域(13)和移动床生物膜反应器处理区域(14)内还均设有曝气装置(9)。
3.如权利要求1所述的射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置，其特征在于，所述射频液相放电处理区域(13)所对应的反应器(1)顶部设有进水口(7)，移动床生物膜反应器处理区域(14)所对应的反应器(1)顶部设有出水口(8)。
4.如权利要求2所述的射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置，其特征在于，所述曝气装置(9)的上方设有悬浮填料承托层(10)。
5.如权利要求2所述的射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置，其特征在于，所述曝气装置(9)包括曝气泵以及曝气管(91)，所述曝气泵位于反应器(1)的外部，曝气管(91)位于反应器(1)内部，所述曝气管(91)包括曝气主管(911)和若干曝气分管(912)，所述若干曝气分管(912)沿水平方向均匀分布在曝气主管(911)的两侧，所述曝气分管(912)上设有多个曝气孔(913)，所述曝气泵与曝气主管(911)连接。
6.如权利要求3所述的射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置，其特征在于，所述进水口(7)与含聚污水箱(11)连接。
7.如权利要求2所述的射频液相放电-移动床生物膜耦合处理装置的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S101、油田含聚采出水经过进水口(7)被注入到射频液相放电处理区域(13)内，控制进水流速为7.5×10-7m3/s；
S102、打开射频源(4)和曝气装置(9)控制电源，同时调节射频源(4)的输入功率为200-1000W，调节曝气装置(9)的功率，使移动床生物膜反应器处理区域(14)顶部的溶解氧为4～6mg/L；
S103、油田含聚采出水射频液相放电处理区域(13)处理后通过竖向隔板(2)底部的透水孔进入移动床生物膜反应器处理区域(14)进行再次处理；
S104、处理后的污水经过出水口(8)被排放到反应器(1)外部。
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