一种油田作业废液的脉冲电化学处理方法及装置与流程

本发明涉及一种油田作业废液的脉冲电化学处理方法及装置，属于工业废水处理技术领域。

背景技术：

目前，石化行业污水处理问题突出，环保压力大，升级达标改造形势紧迫。上游典型的作业废液主要有钻井废液、酸化废液、压裂废液等，其中压裂废液年产100-150万吨，综合废液年产80-120万吨。作业废液的组成复杂，含有悬浮物、金属离子、高分子聚合物和多种添加剂，色度大、粘度大，其中酸化废液酸性强。

目前作业废液大多处理简单，酸化废液经过中和后，与钻井废液和压裂废液混合，进行预氧化后回注或者排入污水处理系统。作业废液回注与外排处理率低，而混入污水处理系统后影响水质全面稳定达标，因此大量的废液进行了无效回注，这与新《环保法》中的相关规定有所不符。因此，企业需要对作业废液进行达标外排与回用处理，但必须解决高分子聚合物的脱稳问题、难降解有机物的氧化分解问题和有机物、金属离子的脱色的问题。

cn101786769a公布了一种油田处理工艺，主要利用电氧化-絮凝+高效活性污泥净水的工艺对油田废水进行处理。该电化学装置利用铁和石墨电极，虽然体现了一定的氧化作用，但对于成分复杂的油田作业废液来说，停留时间长，电耗高，破胶脱稳效果并不显著。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种油田作业废液的脉冲电化学处理方法及装置，本发明提供的技术方案能够在较短的时间内实现作业废液的破胶脱稳效果，cod、浊度和硬度去除率高，并且可以有效控制处理能耗，是实现作业废液高效回注与达标外排处理的有效方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种油田作业废液的脉冲电化学处理方法，其包括以下步骤：

步骤一：对需要进行处理的油田作业废液进行曝气预处理；

步骤二：利用脉冲电源在预定的电流密度下对预处理后的油田作业废液进行电化学处理；

步骤三：调节电化学处理后的油田作业废液的ph值，并向其中加入助剂进行混凝沉淀处理，完成油田作业废液的电絮凝处理。

在上述方法中，优选地，所述油田作业废液的ph为5.0-9.0，电导率为8-20ms/cm，cod为1000-3500mg/l，硬度为500-1500mg/l，浊度为200-500ntu。所述作业废液难以通过常规的混凝处理实现破胶脱稳。

本发明提供的脉冲电化学处理方法能够在特定的反应器内，通过特定电极在电场作用下发生的电极反应以及由此引起的一系列化学反应、电化学反应、物理过程甚至生物反应过程，从而达到降解污染物的目的。本发明提供的电絮凝处理方法具有运行管理简单、化学药剂用量少、产生的污泥少等一系列优点。

上述方法中，利用空气对作业废液进行曝气预处理，通过曝气均衡水质，氧化部分还原性物质，并减少电化学反应单元的负荷；优选地，所述曝气预处理停留时间为10-30min。

上述方法中，优选地，在步骤二中，所述脉冲电源的输入电压为380v，输出电压为0-36v，电流的最大值为500a；更优选地，所述脉冲电源设有自动倒极模式，自动倒极模式可以更好地降低能耗及减少极板损耗；进一步优选地，所述自动倒极的时间间隔为10-30min，当不倒极时，极板损耗较大，电耗高，平均吨水电耗成本约12元，当倒极时间为15min时，电耗成本降低至8元/吨水。

上述方法中，优选地，所述电化学处理采用的是阳极溶出型电絮凝反应系统；其中，所述阳极为铁电极，所述阳极的极板并联连接。

上述方法中，优选地，在步骤二中，所述预定的电流密度为5-10ma/cm²，所述电化学处理的停留时间为10-30min。

上述方法中，优选地，在步骤三中，所述油田作业废液的ph值调节为8.5-10。

在上述方法中，优选地，在步骤三中，所述助剂包括除硬剂和/或助絮凝剂。

在上述方法中，优选地，所述除硬剂为碳酸钠；更优选地，以所述油田作业废液的体积计，所述碳酸钠的添加浓度为10-50mg/l，除硬剂可以与作业废液中无法在电絮凝过程中沉淀的硬度离子生成沉淀一同絮凝沉淀去除。

在上述方法中，优选地，所述助絮凝剂为聚丙烯酰胺；更优选地，以所述作业废水的体积计，所述助絮凝剂的添加浓度为1-5mg/l。

上述方法中，优选地，在步骤三中，进行混凝沉淀处理时包括以下过程：将混凝后的油田作业废液进入斜板沉淀池进行沉淀；更优选地，所述沉淀的时间为1-1.5h。

本发明提供了一种油田作业废液的脉冲电化学处理装置，该装置包括：

调节池，所述调节池用于对油田作业废液进行曝气预处理；

与所述调节池相连的电化学反应系统，所述电化学反应系统用于对所述油田作业废液进行电化学处理；

与所述电化学反应系统相连的混凝反应池，所述混凝反应池用于对所述油田作业废液进行混凝沉淀处理。

在上述装置中，优选地，所述调节池内设有多孔管曝气系统和液位控制器。

在上述装置中，优选地，所述电化学反应系统为阳极溶出型电絮凝反应系统，其包括：脉冲电源、电解槽、电极模块、曝气管、排泥斗和气体收集罩；其中，所述电极模块、曝气管和排泥斗设置在所述电解槽的内部，且由顶端至底端的方向，依次为所述电极模块、所述曝气管和所述排泥斗；所述气体收集罩设置在所述电解槽的顶部。

在上述装置中，优选地，所述脉冲电源的输入电压为380v，输出电压为0-36v，电流的最大值为500a；更优选地，所述电脉冲电源设有自动倒极模式，所述自动倒极的时间间隔为10-30min。

在上述装置中，优选地，所述电极模块的阳极为铁电极；更优选地，所述阳极的极板的面积为0.3-0.5m²，所述阳极的极板是并联连接的，相邻极板之间的间距为1.5-2.5cm。极板面积小于0.3m²时，处理作业废液的停留时间长，达到相同的效果需要近2h，导致水温升高至80℃，当极板面积大于0.5m²时，极板上电流分布不均匀，需要设置较高的电流密度；极板间距与极板面积相关，当极板面积为0.3-0.5m²，相邻极板的间距低于1.5cm时不易设置，且残渣容易在极板间滞留，当相邻极板的间距高于2.5cm时，传质效果差，导致污染物降解效率降低。

上述装置中，优选地，该装置还包括：与所述混凝反应池相连的斜板沉淀池，所述斜板沉淀池用于对所述油田作业废液进行沉淀处理；与所述斜板沉淀池相连的过滤吸附槽；以及与所述过滤吸附槽相连的清水池。

在上述装置中，优选地，所述混凝反应池内设有助剂投加管线；所述助剂投加管线包括除硬剂和助絮凝剂投加管线，以及酸、碱投加管线。

在上述装置中，优选地，所述斜板沉淀池内设有污泥斗；更优选地，所述过滤吸附槽内填充有滤料和吸附材料。

在上述装置中，优选地，所述混凝反应池、斜板沉淀池、过滤吸附槽和清水池可以设置为一体化装置，通过设置高度差实现重力流。

本发明的有益效果：

采用本发明提供的技术方案对油田作业废液进行脉冲电化学工艺处理时，具有以下优点：

1)溶解性极板自发生成絮凝剂，提高了作业废液的破胶脱稳效果，并降低了药剂投加；

2)反应过程中，能够促进羟基自由基的生成，发生氧化作用，提高cod的去除率；

3)电化学反应过程中，硬度离子生成沉淀协同去除，剩余硬度离子通过投加除硬剂沉淀去除；

4)反应时间短，能够在一定程度上可以提高污水的处理量；

5)本发明提供的电絮凝反应器针对油田作业废液的性质进行了极板间距、极板尺寸进行了优化，此外在电源倒极频率、电流密度和反应时间等方面设置优化参数，在保证处理效果的基础上，减少了极板的损耗与结垢。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的油田作业废液的脉冲电化学处理装置的结构示意图；

图2为实施例1装置中电化学反应系统的结构示意图；

图3为不同电流密度和停留时间时cod去除率的变化趋势；

图4为不同电流密度和停留时间时硬度去除率的变化趋势；

图5为不同电流密度和停留时间时浊度去除率的变化趋势；

主要附图标号说明：

1：调节池，2：电化学反应系统，3：混凝反应池，4：斜板沉淀池，5：过滤吸附槽，6：清水池，7：气体收集罩，8：电极模块，9：曝气管，10：排泥斗，11：电解槽。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种油田作业废液的脉冲电化学处理装置(如图1所示)，该装置包括：

调节池1、电化学反应系统2、混凝反应池3、斜板沉淀池4、过滤吸附槽5和清水池6，它们依次串连。其中，

1)调节池1的池型为方型，尺寸为75cm×75cm×250cm，池体为灰色工程塑料材质，厚度不小于1.5cm，底部出水，底部设有排空口。调节池1的有效容积约为1.0m³，液面与池沿间高度为30cm，内部设有多孔管曝气系统和液位控制器，出水管路处设置ph检测探头。曝气孔出口水压为230cm，液位控制范围为0.5m-2.2m，池内液位控制器对来水提升泵或进水阀门(压力来水)进行控制，低液位启泵或开启进水阀门，高液位停泵或关闭进水阀门，进出水管路和曝气管均采用upvc材质。

2)电化学反应系统2(如图2所示)能够通过电化学作用实现有机物的氧化分解、凝聚或者还原；其包括脉冲电源、电解槽11、电极模块8、曝气管9、排泥斗10和气体收集罩7；其中，电极模块8、曝气管9和排泥斗10设置在电解槽11的内部，且由电解槽11的顶端至底端的方向，依次为电极模块8、曝气管9和排泥斗10；气体收集罩7设置在电解槽11的顶部。

电解槽11：电解区域水力停留时间为20min，外形尺寸为100cm×65cm×250cm，池体材质为厚灰色工程塑料；电解槽顶部设有手动刮渣装置，并在收集端顶部设有喷水消泡装置；

电极模块8：极水比1.5-2.0dm²/l，极板间距为2.0cm，极板放置槽宽为1.0cm，极板厚在0.6-0.8cm，极板规格尺寸为0.3-0.5m²，数量为30块，电极板可进行更换为了安装方便，根据相关参数设置预制槽卡。

脉冲电源：输入电压380v，输出电压0-36v(可调)，电流最大值为500a，提供脉冲电流。

电化学反应系统设2台污水提升泵(离心泵)，1用1备，用于提升污水自调节池至电化学反应系统，q＝1.1m³/h，h＝8.5m，功率0.18kw。

气体收集罩：采用鼓泡上升式净化塔，内部添加金属网填料，气体采用多孔板分散后通入，空塔气速为0.1m/s，外形尺寸为φ60*200cm，玻璃钢材质，配置一台离心风机，2.2kw，800pa。

3)混凝反应池3分为两部分，一部分承接电化学反应出水，并加碱液(氢氧化钠和碳酸钠溶液)调节ph值，另一部分加助凝剂。混凝反应池3内设有曝气系统，起搅拌混合作用。

4)斜板沉淀池4的斜管长1.0m，斜管倾角为60°，设计表面负荷为4m³/m²·h，进出水ss浓度分别为200mg/l、50mg/l，污泥含水率为96％，排泥周期为6h，其他按常规斜板沉淀池设计规范进行设计。

5)过滤吸附槽5的有效容积为0.5m³，总尺寸为(75+100+50)cm×75cm×250cm。池体的材质为灰色工程塑料，填料为砂砾、活性炭等，可更换。

6)清水池6的尺寸为50cm×75cm×250cm，有效容积0.6m³。

混凝反应池3、斜板沉淀池4、过滤吸附槽5和清水池6可以设置为一体化装置，如表1所示。

表1

实施例2

本实施例提供了一种油田作业废液的脉冲电化学处理方法。

本实施例处理的油田作业废液的ph为8.2-8.7，电导率为13.5-14.8ms/cm，cod为1000-1300mg/l，硬度为1100-1300mg/l，浊度为300-450ntu。

本实施例提供的方法利用了实施例1提供的处理装置，具体步骤如下：

1)作业废液由二级沉降池经潜污泵输入调节池1进行曝气预处理，曝气预处理不仅可以均衡水质，而且还能氧化部分还原性物质，减少对电化学反应的影响，降低部分能耗，此外还可以调节进水ph。

2)进行曝气预处理后，通过提升泵输入至电化学反应系统2进行电絮凝反应；设定脉冲电源进行恒流反应，本实施例分别考察了3种不同电流密度和停留时间(分别为5ma/cm²、20min；8ma/cm²、20min；和10ma/cm²、15min)对出水的影响，电絮凝反应后出水的cod、硬度和浊度的去除情况分别如图3、图4和图5所示；从图中可以发现：电絮凝电流密度8-10ma/cm²、停留时间20min左右，cod和硬度去除率可达60％以上，出水浊度低于20ntu。

3)出水进入混凝反应池3，混凝分为二段，第一段加碱调节ph，以控制混凝反应池的进水ph均控制在9左右，本段底部曝气混合搅拌；第二段加pam，pam投加量为4mg/l，采用机械搅拌混合，废水形成矾花后从斜管底部进入斜板沉淀池4，反应后出水溢流至过滤吸附槽5、清水池6。