一种三维电极-超声-氧化耦合反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种三维电极-超声-氧化耦合反应器。所述耦合反应器包括一电解池；所述电解池内设有阳极、阴极和第三电极；所述阳极为惰性复合电极，所述阴极为活性电极，所述第三电极为活性炭电极；所述电解池上设有进液口、氧化剂入口和出液口；所述电解池与一超声源相连接。本实用新型将三种处理部件集成于一体，强化了处理效率的同时简化了设备，降低了成本。本实用新型耦合反应器可高效去除压裂返排液中石油类、固体悬浮物及有机污染物等有害成分，处理效果明显优于单一技术，具有工业化应用前景。
【专利说明】一种三维电极-超声-氧化耦合反应器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种三维电极-超声-氧化耦合反应器，属于油气田开发的污水处理领域。
【背景技术】
[0002]世界低渗储量巨大，而压裂是其开发的关键技术。压裂施工过程中，必然产生大量的压裂返排液，主要来源为施工前后采用活性水洗井作业产生的大量洗井废水、压裂施工完成后从井筒返排出来的压裂破胶液以及施工剩余的压裂原胶液(基液)。压裂返排液普遍具有以下特点:①间歇离散排放，排放量大(100?300m3/井次)；②污染物成分复杂，对环境污染严重:返排液中含大量有害固体悬浮物、难降解有机污染物及甲醛、石油类等物质，若不经处理而外排，会对环境造成严重危害；③体系稳定、处理困难:胍胶类稠化剂及各类添加剂特别是亲水性添加剂的加入使压裂返排液普遍具有高化学需氧量(C0D)、高稳定性、高粘度的特点，普通处理方法较难实现高效处理。
[0003]目前常用的压裂返排液处理方法主要包括混凝法、氧化法、生化法、吸附法及萃取法等。
[0004](I)混凝法
[0005]多数油田在深度处理压裂废水之前，常采用混凝法作为预处理来去除废水中的悬浮颗粒物和部分有机物。硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝铁是最为常见的混凝剂。然而，由于返排液中存在大量成分复杂的高分子有机物且粘度大，往往阻碍混凝剂发挥作用，这种情况下通常会加大混凝剂的剂量，但不可避免的产生大量絮体，形成污泥，造成二次污染。
[0006](2)氧化法
[0007]氧化法是指将氧化剂及相关助剂按照一定方式投加到压裂返排液之中，氧化剂在水处理过程中利用光、声、电、磁等物理或化学作用产生具强氧化性的羟基自由基，将水体中的大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解为C02和H20，接近完全矿化。氧化法主要包括Fenton氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超声辅助氧化法、湿式氧化法和超临界水氧化法等几类。目前研究表明，单一氧化法对压裂返排液的处理效果并不理想，大多数情况下，COD去除率仅为20%左右。
[0008](3)生化法
[0009]生化法为废水处理过程比较常规方法，可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理方法两大类。好氧生物处理法是在游离氧存在的条件下，以氧气做电子受体，利用微生物的新陈代谢实现污染物的降解。生化法普遍具有设备所占地大、处理时间长等缺点。由于压裂返排液的复杂性、多变性等污染特征，生化处理技术在压裂废液处理的应用大多处于实验研究阶段，工程实践少。
[0010]若使压裂返排液的处理达到国家级排放标准，目前的工艺基本为将上述方法按照不同次序组合，依次对压裂返排液进行处理，这部分技术在国内一直是热点。由于压裂废液的成分复杂，处理困难，这些技术都或多或少地存在一些缺陷，如处理效率低、工艺繁琐、流程较长、处理费用昂贵、处理设施复杂或者技术可实现性要求高等。综上所述，目前的处理技术不能满足压裂返排液的高效处理需求。
实用新型内容
[0011]本实用新型的目的是提供一种三维电极-超声-氧化耦合反应器，本实用新型可实现三种处理:三维电极电化学反应、超声和氧化，对压裂返排液进行有效净化，特别是高效去除C0D。
[0012]本实用新型所提供的三维电极-超声-氧化耦合反应器，它包括一电解池；所述电解池内设有阳极、阴极和第三电极；
[0013]所述阳极为惰性复合电极，所述阴极为活性电极，所述第三电极为活性炭电极；
[0014]所述电解池上设有进液口、氧化剂入口和出液口 ；
[0015]所述电解池与一超声源相连接。
[0016]上述的耦合反应器中，所述阳极与所述阴极之间的间距为I?6cm。
[0017]上述的耦合反应器中，所述进液口、所述氧化剂入口和所述出液口均设于所述电解池的上部。
[0018]本实用新型将三种处理部件集成于一体，强化了处理效率的同时简化了设备，降低了成本。本实用新型耦合反应器可高效去除压裂返排液中石油类、固体悬浮物及有机污染物等有害成分，处理效果明显优于单一技术，具有工业化应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型三维电极-超声-氧化耦合反应器的结构示意图。
[0020]图中各标记如下:
[0021]I电解池、2进液口、3氧化剂入口、4出液口、5超声源。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
[0023]如图1所示，本实用新型提供的三维电极-超声-氧化耦合反应器包括一电解池1，在该电解池I内设有阳极(图中未示)、阴极(图中未示)和第三电极(图中未示)，且阳极与阴极之间的间距可在I?6cm的范围内调整。其中，阳极为惰性复合电极，阴极为活性电极，第三电极为活性炭电极，通过电化学反应对压裂返排液进行电化学氧化。
[0024]本实用新型中，在电解池I的上部设有进液口 2、氧化剂入口 3和出液口 4，进液口2和氧化剂入口 3分别用于向电解池I内注入待处理的压裂返排液和氧化剂，出液口 4用于将氧化处理后的压裂返排液排出电解池I。
[0025]本实用新型中，为了对压裂返排液进行电化学处理和氧化时，同时施加超声的作用，将该电解池I与一超声源5相连接。
[0026]下面以一个具体的实施例说明本实用新型的使用过程和使用效果。
[0027]某油田油井压裂返排液，原液pH值为6，C0D、含油量及固体悬浮物含量分别为4020mg/L、30mg/L 和 340mg/L 均大于国家标准规定的 300mg/L、12mg/L 和 200mg/L。[0028]将4L压裂返排液置于三维电极-超声-高级氧化耦合反应器(通过进液口 2加入至电解池I)中，设置电极板组合为惰性复合电极(阳)-活性电极(阴)-活性炭电极(第三电极)。将PH值调节为3，电极板间距为6.0cm,电解电流为5.5A，超声功率为200W，频率为60kHz，通过氧化剂入口 3投加高铁酸钾(5.0g/L)，处理30min，从出液口 4中排出。
[0029]经过本实用新型耦合反应器的处理后，压裂返排液的COD值由原液的4020mg/L降至1000mg/L，C0D去除率为75.1%。与此同时，含油量几乎为Omg/L，固体悬浮物为15mg/L，均低于国家二级排放标准中规定的限值。
[0030]因此，本实用新型术可高效去除压裂返排液中石油类、固体悬浮物及有机污染物等有害成分，具有工业化应用前景。
【权利要求】
1.一种三维电极-超声-氧化耦合反应器，其特征在于: 所述耦合反应器包括一电解池；所述电解池内设有阳极、阴极和第三电极； 所述阳极为惰性复合电极，所述阴极为活性电极，所述第三电极为活性炭电极； 所述电解池上设有进液口、氧化剂入口和出液口 ； 所述电解池与一超声源相连接。
2.根据权利要求1所述的耦合反应器，其特征在于:所述阳极与所述阴极之间的间距为I?6cm。
3.根据权利要求1或2所述的耦合反应器，其特征在于:所述进液口、所述氧化剂入口和所述出液口均设于所述电解池的上部。
【文档编号】C02F9/08GK203545827SQ201320697290
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】陈文娟, 张健, 朱江, 李如茵, 靖波, 檀国荣 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院