本发明装置属于环境电化学领域，一种可连续监测电解处理难降解有毒有害废液效果及电解过程产气的成套装置，尤其适用于易燃易爆的石油化工、油气田开发等高危生产环境条件下、对难处理的废液进行电解处理，该装置既可以连续监测电解处理难降解有毒有害废液效果，又可以连续收集、监测、分析和处理电解过程产气，分析废液中有害物质去除效果和机理，评估该装置在特定生产条件下使用的安全性。
背景技术：
环境电化学技术目前主要有电解氧化与还原、光电化学氧化、电渗析、电吸附、电凝聚、电气浮、电沉积等。如电解氧化技术就具有如下优点：1)电子转移只在电极及废液组份间进行，不需另外添加化学药剂，避免了添加药剂而引起的二次污染问题；2)可以通过改变电解工艺参数随时调节去除污染物的条件，可控制性较强；3)可把有毒有害难生物降解的废液中有机污染物降解为无毒无害物质，提高可生化性，甚至可降解为二氧化碳、水和简单有机物；4)反应条件温和，电化学过程一般在常温常压下就可进行；5)反应器设备及其操作简单，如果设计合理，费用可接受；6)若排污规模较小，可实现就地处理；7)既可以作为单独处理，又可以与其他处理相结合，如作为前处理，可提高废液的可生物降解性；8)兼具气浮、絮凝、消毒作用；9)电解设备占地小，特别适合于场地拥挤(如海上平台)处的废液处理。
但是，环境电化学技术在使用过程中，如电解处理废液过程中，因为废液组分、电解条件、电极材料等的不同，其电极反应可能会产生多种气体如h2、o2、n2、co2、cl2、nh3、h2s、so2等，所产生的气体除了产生气浮作用外，有时可能带来不利影响，如无组织排放到电解技术使用的环境中(石化、油气田等生产高危环境)的h2、o2可能会引起爆炸危险；cl2、nh3、h2s、so2等气体可能会腐蚀设备、危害工作人员身体健康，同时，电解产气有时还会多耗电能、影响电解去除污染物的效果，因此，这种可连续监测电解处理难降解有毒有害废液效果及电解过程产气的成套装置，可以通过连续收集、监测、分析和处理电解过程产生的n2、co2、nh3、h2s、ch4等气体，来推导废液中有机污染物去除效果、降解历程和机理，还可根据电解产生的h2、o2、cl2等来筛选电极材料、控制电解参数、判断电解处理工艺在特殊工况条件下的使用的安全性。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置，该设备能够对难处理的废液，例如：难处理的废水、含油废水、废钻井液、废洗井液、酸化废压裂返排废液、油井射孔返排废液、废活性污泥和其它液状废物进行电解处理，可判断废液电解处理效果、收集电解过程产生的气体种类、含量，分析废液中有害物质去除效果和机理，判断电解工艺能否在特殊工况条件下(如石化、陆上/海上油气田)安全使用，同时可以综合处理效果及产气状况为依据，优选选电极材料、电解工艺参数和条件。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置，它包括电解槽，所述电解槽采用密闭可收集电解产气的电解槽；
所述电解槽的电源输入端与直流稳压电源相连，所述电解槽的溶液进入口与废液导入装置相连，所述电解槽的电解产气出口通过导气管与气体除湿器相连，所述气体除湿器之后通过导气管依次串联有气体质量流量计、气体累积流量计、泵吸式混合气体分析仪和气体处理器，所述气体处理器上设置后尾气排放口。
所述直流稳压电源的输入电压ac220v±10％，50hz±1hz，输出电压：dc0～60v、输出电流：0～30a；定时时间可设定999s～999min；在交流电源线接入直流稳压电源的前端接有交流电能表，在直流稳压电源电源线接出口端与电解槽之间接有直流电能表。
所述废液导入装置包括废液导入管，所述废液导入管上安装有废液计量输入泵和废液进口控制阀。
所述电解槽的排液管上安装有废液出口控制阀。
密闭可收集电解产气的电解槽采用可拆和可密封结构；拆开时可以更换电极类型、调整电极间距离，密封运行时可将电解产生的气体通过导气管输送到混合气体分析仪分析气体种类与含量；同时该电解槽还可在废液进口控制阀和废液出口控制阀关闭时，对废液进行静态电解处理，处理时间依据需要，手动控制或自动设置直流电源工作时间来控制；在废液进口控制阀和废液出口控制阀都打开，废液计量输入泵运行时，对废液进行动态电解处理，处理时间通过控制废液计量输入泵流速来控制。
所述气体除湿器能够把电解废液产生的湿气干燥，除去气体中的水分；该除湿器可以装载硅胶、纤维球、氧化钙、无水氯化钙、无水硫酸钠或无水硫酸镁。
所述泵吸式混合气体分析仪内部安装有强力真空泵，流速：0-2l/min，抽气距离1-8米，可在微负压环境下工作，一台气体分析仪适用于多种混合气体浓度检测，可同时检测1-6种气体，如需监测更多种气体，可将气体分析仪串联使用；
该仪器带有可充电聚合物锂电池，待机4-8h；采用3.5寸高分辨率彩屏，可实时显示仪器的各项技术指标和气体浓度值，实现在屏幕上直观查看历史数据、曲线图，并且具存储数据100000组以上、打印数据、超量程报警。
所述气体处理器依据电解产生的气体种类选择废气吸收剂或转化剂，可以选择碱液吸收酸性气体co2、so2、h2s，也可直接用水或浓硫酸吸收co2、so2、h2s、nh3等混合气体；用无机基质为主体的脱氧剂，还原铁粉、亚硫酸盐系溶液，有机基质为主体，葡萄糖氧化醇等代表性酶类、抗坏血酸、油酸等脱氧剂去除或降低废气中的o2；也可用贵金属-氧化物体系脱氢剂，同时去除o2、h2。
电解槽、导气管、废液管采用有机玻璃、玻璃钢等有机材料或者不锈钢等金属材料或复合材料制成，废液计量输送泵、废液进口控制阀、废液出口控制阀、仪表及相关部件均采用防腐结构。
采用任意一种连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置的方法，它包括以下步骤：
step1：在电解槽中的电极布置好并封闭后，用电解废液不产生或不在气体分析仪检测范围的惰性气体吹扫电解槽，驱除电解槽内部的空气，开始用废液计量输送泵输送待处理的废液，流速为0.001m/s～0.004m/s，再经废液进口控制阀进入电解槽，在电解槽中废液与电极接触面积为0.01m2～50m2，记录废液体积为：v液，所述废液的流速和压力平缓，使得废液的流速和流动方向能够平稳，保证合适的压力进行输送，并通过控制流速来控制废液在电解槽中的电解时间，即停留时间t电解，当采取的是静态电解方式时，则只需在废液在电解槽中大道实验处理要求时，关闭废液计量输送泵，关闭废液进口控制阀和废液出口控制阀即可，电解时间通过断开或接通直流稳压电源来控制；
step2：接通电源，设定好直流稳压电源参数，其中包括输出电压、电流、电解时间，交流电能表、直流电能表清零；气体质量流量计、气体累积流量计清零并接通电源，打开泵吸式混合气体分析仪预运行，准备好气体处理器；
step3：开始运行这种可连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置，接通电解槽电源开关的同时开始计时t电解，在电解槽电解处理废液过程中产生的废气通过密闭电解槽上的电解产气出口，再经导气管、气体除湿器除去水分、气体质量流量计记录瞬时气体流量、气体累积流量计进入泵吸式混合气体分析仪进行组分及含量分析，并自动记录、储存各组分数据，从泵吸式混合气体分析仪出来的气体进入气体处理器无害化、减量化处理后排空；这样就可依据电解时间、电解处理废液量及种类，来分析判断电解产气的各种影响因素，并判断电解处理废液产气的安全性；
step4：电解处理废液的效果可在电解时间t电解结束后，通过密闭电解槽的废液出口控制阀取样，分析处理后废液各种污染指标：色度、浊度、含油量、代表性有机物含量的变化来进行判断分析；
step5：依据电解废液过程产气的种类、含量高低及危害大小，以及电解处理废液的效果，分析一种可连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置电解处理废液中有害物质去除机理，判断电解工艺能否在特殊工况条件下：如石化、陆上/海上油气田安全使用，优选、调整电解工艺条件：如电极材料的种类、电极形式、电极间距离、电极数量、电解时间、电解电压、电解电流等。
本发明有如下有益效果：
1、该成套装置的基本操作单元直流稳压电源，除了能把交流电转换成直流电供电解槽使用外，还可通过其上的“转换控制”开关，改变输出端子正负极性，从而改变电解槽的阴、阳极极性，减少或避免电极钝化造成的电解效率降低问题；在直流稳压电源的前端接有交流电能表，在直流稳压电源电源线出口端与电解槽之间接有直流电能表，分别用于计量交流电量、直流电量，用于判断直流稳压电源的转换效率、判断电解槽处理废液的耗电量、判断电耗量与处理废液效果、电解过程产气量的关系等。
2、该成套装置的电解槽采用可拆可密闭收集电解产气的电解槽，该电解槽可拆可密封，拆开时可以更换电极类型、调整电极间距离，密封运行时可将电解产生的气体通过导气管输送到混合气体分析仪分析气体种类与含量，同时该电解槽还可通过废液进、出口控制阀，对废液进行静态活动态电解处理，装置处理废液的效果可通过废液出口控制阀取样分析判断，处理后的废液进入下一处理单元设备进行再处理或直接排放。(具体特性见“一种密闭可收集电解产气的电解槽cn201611008875”)
3、该成套装置的基本处理单元气体除湿器，可把电解废液产生的湿气干燥，除去气体中的水分，以降低或避免酸性气体对混合气体分析仪的腐蚀及破坏，保证测量的准确度、精确度。
4、该成套装置的基本处理单元气体质量流量计，可以记录电解废液过程产生的实时气体流量，便于辅助判断电解过程中废液的变化。
5、该成套装置的基本处理单元气体累计量计量器，可以记录电解废液过程产生的总的气体流量，可与气体质量流量计相配合。
6、该成套装置的基本处理单元泵吸式混合气体分析仪；该仪器抽气距离1-8米，可在微负压环境下工作，一台气体分析仪可同时检测1-6种气体，如需监测更多种气体，可将几台气体分析仪串联使用，每台分析仪可依据需要选配想要监测气体的传感器，有实时检测、定时检测2种检测模式可选，有ppm、％vol、mg/m3三种浓度单位切换，高低量程可自动切换。该仪器待机4-8h、可实时显示仪器的各项技术指标和气体浓度值，实现在屏幕上直观查看历史数据、曲线图，并且具存储数据100000组以上、打印数据、超量程报警等多种功能，此外，该仪器还可依据需要选配：温、湿度传感器、远距离无线传输等功能，满足不同场合使用。
7、该成套装置的基本处理单元废气处理器，可依据电解产生的气体种类选择废气吸收剂或转化剂，把电解过程产气的危害或爆炸危险降到最低。
8、该成套装置的电解槽、导气管、废液管采用有机玻璃、玻璃钢等有机材料或者不锈钢等金属材料或复合材料制成，废液输送计量泵、废液进、出口控制阀、仪表及相关部件均充分考虑到了防腐要求。
9、采用该成套装置对难处理的液状废物进行电解处理，可判断废液电解处理效果、收集电解过程产生的气体种类、含量，分析废液中有害物质去除效果和机理，判断电解工艺能否在特殊工况条件下(如石化、陆上/海上油气田)安全使用，同时可以综合处理效果及产气为依据，优选、调整电解工艺条件。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明成套装置系统结构示意图。
图中：直流稳压电源1、电解槽2、气体除湿器3、气体质量流量计4、气体累积流量计5、泵吸式混合气体分析仪6、气体处理器7、交流电能表8、直流电能表9、废液计量输送泵10、废液进口控制阀11、废液出口控制阀12、电解产气出口13、导气管14、尾气排放口15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1，一种连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置，它包括电解槽2，所述电解槽2采用密闭可收集电解产气的电解槽。
进一步的，所述电解槽2的电源输入端与直流稳压电源1相连，所述电解槽2的溶液进入口与废液导入装置相连，所述电解槽2的电解产气出口13通过导气管14与气体除湿器3相连，所述气体除湿器3之后通过导气管依次串联有气体质量流量计4、气体累积流量计5、泵吸式混合气体分析仪6和气体处理器7，所述气体处理器7上设置后尾气排放口15。
进一步的，所述直流稳压电源1的输入电压ac220v±10％，50hz±1hz，输出电压：dc0～60v、输出电流：0～30a；定时时间可设定999s～999min；在交流电源线接入直流稳压电源1的前端接有交流电能表8，在直流稳压电源1电源线接出口端与电解槽2之间接有直流电能表9，其中交流电能表、直流电能表分别用于计量交流电量、直流电量，用于判断直流稳压电源1的转换效率、判断电解槽处理废液的耗电量、判断电耗量与处理废液效果、电解过程产气量的关系等。该直流稳压电源1主要功能：把交流电转换成直流电供电解槽使用、通过其上的“转换控制”开关，改变输出端子正负极性，从而改变电解槽的阴、阳极，减少或避免电极钝化造成的电解效率降低问题；
进一步的，所述废液导入装置包括废液导入管，所述废液导入管上安装有废液计量输入泵10和废液进口控制阀11。不仅可以通过控制阀实现所述成套装置的静态、间歇或动态连续运行，还可在其前、后连接其它处理单元，整个废液处理单元组合灵活多变、维护过程操作简单，省时省力，成本较低。
进一步的，所述电解槽2的排液管上安装有废液出口控制阀12。
进一步的，密闭可收集电解产气的电解槽采用可拆和可密封结构；拆开时可以更换电极类型、调整电极间距离，密封运行时可将电解产生的气体通过导气管输送到混合气体分析仪分析气体种类与含量；同时该电解槽还可在废液进口控制阀11和废液出口控制阀12关闭时，对废液进行静态电解处理，处理时间依据需要，手动控制或自动设置直流电源工作时间来控制；在废液进口控制阀11和废液出口控制阀12都打开，废液计量输入泵10运行时，对废液进行动态电解处理，处理时间通过控制废液计量输入泵10流速来控制。具体特性见“一种密闭可收集电解产气的电解槽cn201611008875”。
进一步的，所述气体除湿器3能够把电解废液产生的湿气干燥，除去气体中的水分；该除湿器可以装载硅胶、纤维球、氧化钙、无水氯化钙、无水硫酸钠或无水硫酸镁。可以把电解废液产生的湿气干燥，除去气体中的水分，以降低或避免酸性气体如co2、so2、h2s对混合气体分析仪的腐蚀及破坏，保证测量的准确度、精确度。
进一步的，所述泵吸式混合气体分析仪6内部安装有强力真空泵，流速：0-2l/min，抽气距离1-8米，可在微负压环境下工作，一台气体分析仪适用于多种混合气体浓度检测，可同时检测1-6种气体，如需监测更多种气体，可将气体分析仪串联使用；每台分析仪可依据需要选配想要监测气体的传感器(电化学/红外气体传感器)，有实时检测、定时检测2种检测模式可选，响应速度快，测量精度高，稳定性和重复性好，各项参数用户可自定义设置，ppm、％vol、mg/m3三种浓度单位可自由切换，高低量程可自动切换操作简单。该仪器带有可充电聚合物锂电池，待机4-8h；采用3.5寸高分辨率彩屏，可实时显示仪器的各项技术指标和气体浓度值，实现在屏幕上直观查看历史数据、曲线图，并且具存储数据100000组以上、打印数据、超量程报警等多种功能，此外，该仪器还可依据需要选配：温、湿度传感器、远距离无线传输(1000-3000米，更远距离可选gprs传输)等功能，满足不同场合使用。
进一步的，该废气处理器7可依据电解产生的气体种类选择废气吸收液，如可以选择碱液吸收酸性气体co2、so2、h2s，也可直接用水吸收co2、so2、h2s、nh3等混合气体，不能吸收的少量o2、h2排入通风系统；
废气处理器7可依据电解产生的气体种类选择废气吸收剂或转化剂，如可以选择碱液吸收酸性气体co2、so2、h2s，也可直接用水或浓硫酸吸收co2、so2、h2s、nh3等混合气体；用无机基质为主体的脱氧剂，如还原铁粉、亚硫酸盐系溶液等，有机基质为主体，如葡萄糖氧化醇等代表性酶类、抗坏血酸、油酸等脱氧剂去除或降低废气中的o2；也可用贵金属-氧化物体系脱氢剂(如钯触媒)可同时去除o2、h2，可以做到几乎无残余气体排放。
进一步的，电解槽2、导气管、废液管采用有机玻璃、玻璃钢等有机材料或者不锈钢等金属材料或复合材料制成，废液计量输送泵10、废液进口控制阀11、废液出口控制阀12、仪表及相关部件均采用防腐结构。
实施例2：
采用任意一种连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置的方法，它包括以下步骤：
step1：在电解槽2中的电极布置好并封闭后，用电解废液不产生或不在气体分析仪检测范围的惰性气体吹扫电解槽，驱除电解槽内部的空气，开始用废液计量输送泵10输送待处理的废液，流速为0.001m/s～0.004m/s，再经废液进口控制阀11进入电解槽2，在电解槽2中废液与电极接触面积为0.01m2～50m2，记录废液体积为：v液，所述废液的流速和压力平缓，使得废液的流速和流动方向能够平稳，保证合适的压力进行输送，并通过控制流速来控制废液在电解槽中的电解时间，即停留时间t电解，当采取的是静态电解方式时，则只需在废液在电解槽2中大道实验处理要求时，关闭废液计量输送泵10，关闭废液进口控制阀11和废液出口控制阀12即可，电解时间通过断开或接通直流稳压电源1来控制；
step2：接通电源，设定好直流稳压电源1参数，其中包括输出电压、电流、电解时间，交流电能表8、直流电能表9清零；气体质量流量计4、气体累积流量计5清零并接通电源，打开泵吸式混合气体分析仪6预运行，准备好气体处理器7；
step3：开始运行这种可连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置，接通电解槽电源开关的同时开始计时t电解，在电解槽电解处理废液过程中产生的废气通过密闭电解槽2上的电解产气出口13，再经导气管14、气体除湿器3除去水分、气体质量流量计4记录瞬时气体流量、气体累积流量计5进入泵吸式混合气体分析仪6进行组分及含量分析，并自动记录、储存各组分数据，从泵吸式混合气体分析仪6出来的气体进入气体处理器7无害化、减量化处理后排空；这样就可依据电解时间、电解处理废液量及种类，来分析判断电解产气的各种影响因素，并判断电解处理废液产气的安全性；
step4：电解处理废液的效果可在电解时间t电解结束后，通过密闭电解槽2的废液出口控制阀12取样，分析处理后废液各种污染指标：色度、浊度、含油量、代表性有机物含量的变化来进行判断分析；
step5：依据电解废液过程产气的种类、含量高低及危害大小，以及电解处理废液的效果，分析一种可连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置电解处理废液中有害物质去除机理，判断电解工艺能否在特殊工况条件下：如石化、陆上/海上油气田安全使用，优选、调整电解工艺条件：如电极材料的种类、电极形式、电极间距离、电极数量、电解时间、电解电压、电解电流等。
本发明的工作过程和工作原理为：
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例3：
取某油田酸化压裂返排废液800ml，处理前废液原始浊度362ntu、色度96倍，在电极组合为板状特殊钌依复合材料(+)—板状铝电极(-)，电极间距为d＝6.0cm、电解电流i＝0.5a条件下，通电运行成套装置静态处理压裂返排液，电解30min，本发明成套装置处理效果及产气结果如表1所示。
表1电解处理某油田压裂返排废液实验结果
注：ppm是体积浓度，对环境大气(空气)中污染物浓度的表示方法之一，表示一百万体积的空气中所含污染物的体积数。
实施例4：
取某页岩气井压裂液返排废液1000ml，(废液色度为32倍，废液浊度343ntu)，在电极组合为板状普通钌依复合材料(+)—板状铝电极(-)，电极间距为d＝6.0cm、电解电流i＝0.8a条件下，通电运行成套装置静态处理压裂返排液，电解30min，本发明成套装置处理效果及产气结果如表2所示。
表2电解处理某页岩气井压裂返排废液实验结果
实施例5：
某油田聚合物驱采出水处理工艺流程为“混凝沉降→过滤→生化处理→排放”，本实验取其过滤出水进行再处理，(废水cod285.6mg/l)，在电极组合为网状普通钌依复合材料(+)—板状铝电极(-)，在阴阳极间及周围填充颗粒粒物质(处理后颗粒状活性炭、玻璃珠、石英砂中的一种或几种的混合物)作为粒子电极，电极间距为d＝6.0cm、电解电流i＝3.0a条件下，通电运行成套装置动态处理过滤出水650ml，电解30min，本发明成套装置处理效果及产气结果如表3所示。
表3电解处理聚合物驱采出水过滤出水实验结果
由上述实施例可知，本发明所涉及的一种连续监测电解处理废液效果及电解过程产气的成套装置及方法，可以收集电解处理废液过程中产生的多种气体，并可通过分析产生气体的量及组分来研究电解处理污染物的效果、评估该装置电解产气运行的安全性。
通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。