一种采油污水的处理装置的制作方法

本发明属于处理采油污水技术领域，尤其是利用一种独特设计的装置耦合微生物燃料电池和人工湿地技术处理采油污水。

背景技术：

目前国内普遍采用的采油污水处理工艺可归纳为隔油-浮选除油-过滤，虽然可以取得不错的处理效果，但是普遍存在着运行费用高、能耗大的缺点。生化法也是人们经常用到的一种方法，其利用微生物的生物化学作用使污水得到净化，湿地处理是其中的一种方式，其优势在于湿地工艺操作简便且运行费用较其他处理方法更低，使用天然或人工湿地进行污水处理被广泛研究推广。但是其也存在占地面积大、处理时间长等缺点。因此，寻求一种高效且节省能耗的采油污水处理技术对实现环境效益、经济效益和社会效益的共赢是具有重要意义的。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述存在的问题，提供一种采油污水的处理装置，该装置利用微生物燃料电池及人工湿地法处理采油污水，同时回收电能，是一项减少能耗、无碳排放、高效、环保具有可持续发展的技术。

本发明的技术方案：

一种采油污水的处理装置，该采油污水的处理装置是由有机玻璃制作而成的反应器，反应器内由下到上依次为底部碎石支撑层、阳极层、玻璃棉隔层、中部碎石支撑层、水层和改性阴极层；反应器为一端开口的圆柱体，在反应器一侧在每层对应位置设置取样口，在阳极层对应位置设置阳极导线出入口，底部设有进水口；底部碎石支撑层填充在反应器的底部，高度为反应器高度的1/5；阳极层为不锈钢网包裹的活性炭颗粒，阳极层高度为反应器高度的1/5；玻璃棉隔层由压实的玻璃棉填充；中部碎石支撑层填充在反应器的中部，高度为反应器高度的1/5；改性阴极层为通过原位生长MnO₂的改性碳毡；中部碎石支撑层与改性碳毡阴极之间为水层，在其中插入菖蒲形成人工湿地；阴极和阳极通过钛丝与外部导线连接，采油污水通过底部进水口由蠕动泵连续送入，出水通过顶部溢流而出，整个水流的形式为升流式模式。

所述的阳极的制备方法：按照反应器尺寸，用不锈钢网制作成两端封口的圆柱体，分别浸入丙酮、乙醇和去离子水中超声15min，60℃鼓风干燥箱烘干，在圆柱体内填充满活性炭颗粒。

所述阴极的制备方法，步骤如下：

1)将碳毡分别浸没于丙酮、乙醇和去离子水中超声15min，60℃鼓风干燥箱烘干备用；

2)将预处理的碳毡浸没于浓硝酸中，并置于65℃水浴锅中恒温加热6h，然后用去离子水清洗至pH为6,温度为60℃鼓风干燥箱烘干；

3)在碳毡表面电镀铜：电解质溶液为0.5mol/L的CuSO₄溶液，在4V直流电压下进行电镀，正极接铜片，负极接碳毡，电极间距1cm，电镀时间6min，电镀完一面电镀另一面；完成后在去离子水中浸泡10min，60℃鼓风干燥箱烘干；

4)配置0.067mol/L的高锰酸钾溶液，然后加入总体积3％的浓硫酸制成酸性高锰酸钾，将酸性高锰酸钾溶液置于60℃的水浴锅中，然后将步骤3)制备的镀铜碳毡放入酸性高锰酸钾溶液中进行MnO₂原位沉积，反应时间为6h；

5)将经过原位生长MnO₂的碳毡浸入锰氧化菌的菌液中，在恒温震荡水浴器中进行培养，温度维持在23-27℃，旋转频率维持在105-110rpm，培养周期为5天。

所述的不锈钢网为12目和活性炭颗粒的直径为5-8mm。

本发明的效果和益处是在处理采油污水的同时回收电能，是一项减少能耗、无碳排放、高效、环保具有可持续发展的技术。

附图说明

图1是本发明的采油污水处理装置示意图。

图2是本发明的采油污水处理装置中阳极示意图。

图3是采油污水处理装置电压变化图。

图中：1进水口；2底部碎石支撑层；3阳极层；4玻璃棉隔层；5中部碎石支撑层；6水层；7改性阴极层；8取样口；9阳极导线出入口；10不锈钢网；11活性炭颗粒。

具体实施方式

具体实施例可使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例：

一种采油污水的处理装置，如图1所示，该装置包括进水口1、底部碎石支撑层2、阳极层3、玻璃棉隔层4、中部碎石支撑层5、水层6、改性阴极层7、取样口8、阳极导线出入口9、不锈钢网10、活性炭颗粒11组成，具体可分为微生物燃料电池、人工湿地和外部电路三大部分。其中反应器壳体为开口圆柱形有机玻璃体，底面直径为11cm，高25cm，在该圆柱体的一侧由底部开始每隔3cm设置一个直径4mm长3cm的取样口，共7个取样口。在另一侧距底面高5cm处设置一个直径1mm的阳极导线出入口，底面设有直径4mm长3cm的进水口。底部碎石支撑层由直径为6‐8mm的碎石组成，填充在反应器的底部，高度为5cm。不锈钢网包裹的活性炭阳极包括12目不锈钢网和直径5‐8mm的活性炭颗粒，不锈钢网制作为一个底面直径11cm，高5cm的圆柱体，中间填充满5‐8mm的活性炭颗粒。玻璃棉隔层由玻璃棉填充并且压实，高度为2cm。中部碎石支撑层由直径为6‐8mm的碎石组成，填充在反应器的中部，高度为5cm。改性碳毡阴极为通过原位生长MnO2改性的普通碳毡。中部碎石支撑层与改性碳毡阴极之间为水，在其中插入菖蒲形成人工湿地。阴阳极通过钛丝与外部导线连接，采油污水通过底部进样口由蠕动泵连续通入，出水通过顶部溢流而出，整个水流的形式为升流式模式。

该采油污水处理装置的应用实例：

1)植物的选取及反应器启动

将植物引入采油污水处理当中，要求植物具有较强的耐污能力、具有根基分泌物丰富的特征，我们选取菖蒲作为实验植物，反应器使用污水处理厂活性污泥溶液的上清液和PBS缓冲溶液的混合液为培养液稳定运行一星期，将植物插入该装置水层6位置，该装置进水通过进水口1由蠕动泵送入，污水罐保证完全密封，满足反应器组成部分微生物燃料电池阳极的厌氧环境。

2)反应器的运行及产电分析

反应器启动成功后，给反应器通入采油污水，利用微生物燃料电池和人工湿地的耦合作用降解采油污水并同步产电。COD去除率达到78.2％(进水COD为520mg/l，出水COD为113mg/l)。该装置累计运行350个小时的电压记录情况如图3所示，图中标明这种采油污水处理装置在运行250小时时达到最大电压，超过0.25V，并且可以长时间稳定。