[发明专利]一种用于油田压裂返排液处理的连续流三段生物产电脱盐装置及其应用方法

说明书

技术领域

本发明属于炼化废水处理领域，具体涉及一种产电脱盐装置及其应用方法。

背景技术

环境问题与能源问题制约着人类社会的发展。在油田生产过程中，由于地层条件的阻隔，需要进行压裂作业，其对油田的增产及降低开采成本具有重要的意义。压裂作业所产生的压裂返排液具有化学成分复杂，高粘度，高COD，高悬浮物，高盐度，难生物降解等特点，这导致了压裂返排液处理困难。目前压裂返排液的处理仍然处于起步探索阶段，并且仍未总结出一套完整易用的处理工艺。在以往的研究中，针对压裂返排液的处理目的都是为了油田生产服务，因而所制定的处理目标大都是达到回注的水质标准，关注的水质指标以含油量、悬浮固体、粘度、粒径中值等为主。

压裂返排液的处理方法多种多样，各有利弊。混凝沉淀可以有效地对水样进行预处理，但是容易造成二次污染；膜过滤法可以有效地保障出水水质，但需要预处理，而且容易导致膜污染问题；高级氧化法处理效果好，但处理成本高。生物法因其具有适应性强，操作灵活，处理成本低，无二次污染等优点，而成为研究的一个重要方向。与此同时，人类赖以生存的化石能源日渐枯竭，在化石能源的开采利用过程中也加重了环境问题，因此，寻找可持续的清洁能源成为了解决能源危机的一条出路。压裂返排液处理的过程中同样需要耗散一定的能源，其中所蕴含的有机物物质被降解转化也成为了一种资源的浪费。因此，压裂返排液处理与产生能源相结合为化工废水的处理提供了新的思路与发展方向。

发明内容

本发明目的是为了解决目前油田压裂返排液处理的过程中存在浪费能源问题，而提供的一种用于油田压裂返排液处理的连续流三段生物产电脱盐装置及其应用方法。

一种用于油田压裂返排液处理的连续流三段生物产电脱盐装置，它包括阳极室、阳极碳刷、阴离子交换膜、脱盐室、阳离子交换膜、阴极碳刷、阴极室、参比电极、曝气装置、兼性室，电阻，水泵；所述阳极室和阴极室之间设置脱盐室；所述阳极室和脱盐室之间设置阴离子交换膜，脱盐室和阴极室之间设置阳离子交换膜；阳极室内设置有阳极碳刷和参比电极，阳极室底部设置进水口；脱盐室上部设置出水口；阴极室内设置有阴极碳刷，阴极室底部设置曝气装置；阳极室与阴极室通过外置的电阻相连。

上述用于油田压裂返排液处理的连续流三段生物产电脱盐装置的应用方法，按以下步骤进行：

一、培养阶段：关闭水泵，阳极碳刷、阴极碳刷和兼性室中分别接种具有炼化废水降解能力的活性污泥，然后分别向阳极室、阴极室和兼性室注满油田压裂返排液，阳极室密封24h，阴极室通过曝气装置持续曝气24h，兼性室静止停留24h，然后分别排水；

二、驯化阶段：通过外置的电阻连接阳极碳刷和阴极碳刷，然后向阳极室和阴极室分别加入PBS缓冲液至浓度为18～22ppm、加葡萄糖至浓度为50～500mg/L，再分别向阳极室、阴极室和兼性室注满油田压裂返排液，产生电流后每当电压下降至50mV，然后将阳极室、阴极室和兼性室中所有液体倒掉；

三、重复操作步骤二10-15天后，阳极室生成厌氧产电生物膜，阴极室生成好氧产电生物膜，兼性室生成兼性厌氧活性污泥；

打开水泵，采用下进上出的方式进行待处理水的流动；将油田压裂返排液作为待处理水由进水口进入阳极室，水力停留1～4h，阳极室的出水作为兼性室的进水，水力停留1～4h，兼性室的出水作为阴极室的进水，曝气装置的进行曝气，水力停留1～4h，阴极室的出水一部分作为脱盐室的进水，水力停留1～4h，排出作为最终出水，阴极室的另一部分出水回流至兼性室，24h后外置的电阻呈现出稳定的电能输出，即完成用于油田压裂返排液处理的连续流三段生物产电脱盐。

本发明用于油田压裂返排液处理的连续流三段生物产电脱盐装置，采用连续运行的方式，各室进出水均采取下进上出的方式，油田压裂返排液经过阳极室-兼性室-阴极室-脱盐室依次处理，处理废水降解有机物并高效脱盐，实现了对有毒有害物质处理的同时，获得稳定的电能输出，连续流三段生物产电的运行过程中不需要额外的能力输入或是高的渗透压，具有良好的应用前景。

本发明中脱盐率可达80％以上，能够获得600～830mV的输出电压，油田压裂返排液中石油类从50mg/L降到0mg/L，悬浮达到10mg/L一下，COD的去除率为82-90％，满足了压裂液外排的标准。

附图说明