利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及的是利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置及方法，其中利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置的阳极池、淡化池、阴极池依次相邻衔接布置，淡化池的两个侧面均开有切孔，在切孔处均装配阳离子交换膜；置碳纤维导电刷于阳极池中作为阳极电极，置空气阴极于阴极池中作为阴极电极；正电极组与负电极组在淡化池中平行相间，相邻正电极组和负电极组中间嵌入网眼隔板，网眼隔板由玻璃纤维材料制成，正电极组、负电极组、网眼隔板共同在淡化池中构成多孔电极吸附去离子模块；阳极池、淡化池居、阴极池、原水罐、阳极循环水罐、阴极循环水罐、净化水缓冲罐构建水质循环工艺。本发明专利技术从根本上实现系统电吸附脱盐的连续、稳定自供能。

Device and method for treating self produced oil and gas field produced water by organic matter degradation

The invention relates to a device and a method for treating produced water from oil and gas fields by using organic matter degradation and self-energy supply. The anode pool, the desalination pool and the cathode pool of the device for treating produced water from oil and gas fields by using organic matter degradation and self-energy supply are arranged in succession adjacent to each other, and the two sides of the desalination pool are provided with cutting holes, and the positive separation is assembled at the cutting holes. A carbon fiber conductive brush is placed in the anode pool as the anode electrode and an air cathode as the cathode electrode; a positive electrode group and a negative electrode group are parallel to each other in the desalination pool, and a mesh separator is embedded between the adjacent positive electrode group and the negative electrode group. The mesh separator is made of glass fiber material, a positive electrode group and a negative electrode group. The negative electrode group and mesh partition together constitute a porous electrode adsorption deionization module in the desalination tank; the anode pool, the desalination pool residence, the cathode pool, the raw water tank, the anode circulating water tank, the cathode circulating water tank, the purification water buffer tank to construct the water quality recycling process. The invention basically realizes the continuous and stable self supplying energy of the electric adsorption desalting system.

【技术实现步骤摘要】
利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置及方法
：本专利技术涉及油气田采出水处理技术，从电吸附脱盐角度淡化高矿化度采出水时，解决如何维持连续性自供能、平衡系统pH值、避免离子交换膜和电极的结垢与变形，以及实现在淡化的同时有效脱除采出水中有机质的技术难题，具体涉及利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置及方法。
技术介绍
：油气田在开发过程中会伴随有大量的采出水产生，除了含有石油烃类和机械杂质外，矿化度高、化学需氧量高是这类水质的普遍特性。特别地，随着油田开发进入高含水期及多元化开发方式的推广应用，油田采出水规模在不断增大，同时其性质也变得更为复杂，矿场地面处理过程中面临着净化效果、设施污染、健康环保及经济合理性等多重挑战，使得采出水的处理及回用技术从定型化向系列化、个性化发展成为一种必然趋势。有效降低矿化度、脱除有机质则是采出水除回注地层外进行混配稀释驱油剂等再利用模式可靠实施的基本性需求。另外，如页岩气等非常规油气资源的开发，所普遍采用的水力压裂技术会带来大量淡水资源的消耗，进而使得以返排液为主的采出水处理受到了人们的广泛关注，尽管返排液的矿化度和化学需氧量因不同的页岩气田而各异，但二者的数值基本分别都能达到4个数量级和3个数量级，除了对其进行有效的预处理保障采出水重复应用于压裂时的作业能力外，合理回收这类采出水还可以有效缓解其对当地淡水资源的依存度，同时减少对周围水环境、土壤环境及公共健康的破坏与威胁。一直以来，考虑处理成本和水质指标，针对降低油气田采出水矿化度的淡化处理技术不断被创新、试验及推广应用，如膜蒸馏技术、反渗透技术、正渗透技术、机械蒸汽再压缩技术、臭氧催化氧化技术、电渗析技术及生物技术等（LiQingfang（李清方），LiuZhongliang（刘中良），PangHuizhong（庞会中），ZhangJian（张建），ZhuWei（祝威），CIESCJournal（化工学报），2011，62（7）：1963～1969；LuZhengguang（陆争光），GaoPeng（高鹏），MaChenbo（马晨波），HanShanpeng（韩善鹏），WangKun（王坤），NaturalGasandOil（天然气与石油），2015，33（6）：90～95）。微生物脱盐燃料电池是近年来发展起来的一项污水处理技术（PingQingyun（平青云），JiangLingbo（蒋玲波），HeShuqiong（何淑琼），ZhangMing（张明），JournalofNanjingInstituteofIndustryTechnology（南京工业职业技术学院学报），2010，10（2）：4~7，23），其在传统微生物燃料电池的阳极室和阴极室之间布置阴离子交换膜和阳离子交换膜，形成一个中间脱盐室，阳离子交换膜将阴极和脱盐室隔开，允许阳离子从脱盐室迁移到阴极，阴离子交换膜则将阳极和脱盐室隔开，允许阴离子从脱盐室迁移到阳极，在阳极室厌氧环境下，产电微生物便能够向阳极转移有机质降解所产生的电子，并通过自供电电路转移到阴极的电子接受体，进而激发脱盐室中阴、阳离子的持续迁移过程，实现水质的淡化。然而，此方法的电化学过程中，在阳极室和阴极室中均会出现pH值的严重失衡，直接恶化微生物降解有机质的产电性能，或加剧离子交换膜和电极的结垢与变形。因此，专利技术一种利用有机质降解自供能、且能够充分平衡电化学系统pH值来淡化处理油气田采出水的装置及方法，对于助力油气田采出水的高效处理与回用，促进油气田开发地面工程系统规范化、精细化工作的长足发展与环境保护均有着重要的意义，尤其对于当前我国页岩气等非常规油气产业刚刚起步而借鉴于国外市场化技术和设备的背景下，有益于推进我国非常规油气资源开发的自主化发展。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置，这种利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置用于解决常规处理技术不同程度上需求额外供能而造成处理成本提高、对采出水预处理工艺要求相对苛刻、且难以在降低水质矿化度的同时有效脱除有机质的问题，尤其是应对常规微生物脱盐燃料电池在淡化处理高矿化度油气田采出水运行中阴、阳极室pH值失衡、离子交换膜与电极结垢、变形严重、以及微生物降解有机质产电性能恶化而带来系统自供能不稳定、缺乏连续性的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置包括阳极池、淡化池、阴极池、电源数据采集系统、短路控制开关、原水罐、阳极循环水罐、阴极循环水罐、净化水缓冲罐，阳极池、淡化池、阴极池依次相邻衔接布置，淡化池的两个侧面均开有切孔，在切孔处均装配阳离子交换膜；置碳纤维导电刷于阳极池中作为阳极电极，置空气阴极于阴极池中作为阴极电极；正电极组与负电极组在淡化池中平行相间、居中布置，相邻正电极组和负电极组中间嵌入网眼隔板，网眼隔板由玻璃纤维材料制成，通过悬挂支架稳定，正电极组、负电极组、网眼隔板共同在淡化池中构成多孔电极吸附去离子模块；通过钛丝将阳极池中的碳纤维导电刷和淡化池中的负电极组相连，通过钛丝将阴极池中的空气阴极和淡化池中的正电极组相连，电源数据采集系统相接于阳极池和阴极池的外部电路；短路控制开关连接于正电极组和负电极组之间；原水罐和净化水缓冲罐均与淡化池的上部相接，原水罐还分别与阳极循环水罐和阴极循环水罐连接，阳极循环水罐通过一组循环泵和电磁流量计连接阳极池，阴极循环水罐通过另一组循环泵和电磁流量计连接阴极池；淡化池的排水通过管线汇入净化水缓冲罐中，同时在该管线上设置采样阀，阳极池和阴极池的排水汇入原水罐中。上述方案中阳极池、淡化池、阴极池均为等高立方体结构，三者的容积比为1:2:1，切孔的直径为淡化池高度的1/2。上述方案中相邻的正电极组和负电极组的间距为淡化池长度的1/8。上述方案中正电极组、负电极组、网眼隔板均为椭圆形，三者长轴长均为淡化池高度2/3、短轴长均为淡化池宽度1/2，网眼隔板孔径为5µm。上述利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置处理油气田采出水的方法：（一）有机质降解供能处理采出水系统装配：将采用聚碳酸酯材料的三个等高立方体结构池分别作为处理系统的阳极池、淡化池和阴极池，三者的容积比为1:2:1，按照三者相邻衔接进行布局，同时，淡化池的两个侧面相同空间部位均开等径的切孔，使相邻衔接后互相之间连通，在切孔连通位置均装配上阳离子交换膜，使淡化池与阳极池、淡化池与阴极池之间相分隔；（二）阴、阳电极选择及其产电自适应：阳极池中选择碳纤维导电刷作为阳极电极，阴极池中选择以碳布为材料的空气电极作为阴极电极，将活性污泥作为燃料与阳极生长液相混合加入到阳极池，阳极池为厌氧池，将阴极电解液加入到阴极池，在厌氧环境下激发产电微生物的快速增长，并自适应阴、阳极间电压的形成；（三）集成于处理系统布局装配的多孔电极吸附去离子模块构建：在淡化池中平行相间、等距、居中布置两组同规格椭圆形集电板，集电板采用活性碳布涂层，进而一组作为多孔正电极，另一组作为多孔负电极，同时，为了防止正、负电极组间短路，并促进采出水中矿物离子迁移，所有正电极和负电极中间交错嵌入等表面积的椭圆形网眼隔板，共同构成多孔电极吸附去离子模块；（四）自供电电路及采出水循环工艺设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置，其特征在于：这种利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置包括阳极池（1）、淡化池（2）、阴极池（3）、电源数据采集系统（15）、原水罐（9）、阳极循环水罐（10）、阴极循环水罐（11）、净化水缓冲罐（12），阳极池（1）、淡化池（2）、阴极池（3）依次相邻衔接布置，淡化池（2）的两个侧面均开有切孔，在切孔处均装配阳离子交换膜（4）；置碳纤维导电刷（13）于阳极池（1）中作为阳极电极，置空气阴极（14）于阴极池（3）中作为阴极电极；正电极组（6）与负电极组（7）在淡化池（2）中平行相间、居中布置，相邻的正电极组（6）和负电极组（7）中间嵌入网眼隔板（8），网眼隔板（8）由玻璃纤维材料制成，通过悬挂支架（21）稳定，正电极组（6）、负电极组（7）、网眼隔板（8）共同在淡化池（2）中构成多孔电极吸附去离子模块（5）；通过钛丝将阳极池（1）中的碳纤维导电刷（13）和淡化池（2）中的负电极组（7）相连，通过钛丝将阴极池（3）中的空气阴极（14）和淡化池（2）中的正电极组（6）相连，电源数据采集系统（15）相接于阳极池（1）和阴极池（3）的外部电路；短路控制开关（16）连接于正电极组（6）和负电极组（7）之间；原水罐（9）和净化水缓冲罐（12）均与淡化池（2）的上部相接，原水罐（9）还分别与阳极循环水罐（10）和阴极循环水罐（11）连接，阳极循环水罐（10）通过一组循环泵（17）和电磁流量计（19）连接阳极池（1），阴极循环水罐（11）通过另一组循环泵（17）和电磁流量计（19）连接阴极池（3）；淡化池（2）的排水通过管线汇入净化水缓冲罐（12）中，同时在该管线上设置采样阀（20），阳极池（1）和阴极池（3）的排水汇入原水罐（9）中。...

【技术特征摘要】
1.一种利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置，其特征在于：这种利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置包括阳极池（1）、淡化池（2）、阴极池（3）、电源数据采集系统（15）、原水罐（9）、阳极循环水罐（10）、阴极循环水罐（11）、净化水缓冲罐（12），阳极池（1）、淡化池（2）、阴极池（3）依次相邻衔接布置，淡化池（2）的两个侧面均开有切孔，在切孔处均装配阳离子交换膜（4）；置碳纤维导电刷（13）于阳极池（1）中作为阳极电极，置空气阴极（14）于阴极池（3）中作为阴极电极；正电极组（6）与负电极组（7）在淡化池（2）中平行相间、居中布置，相邻的正电极组（6）和负电极组（7）中间嵌入网眼隔板（8），网眼隔板（8）由玻璃纤维材料制成，通过悬挂支架（21）稳定，正电极组（6）、负电极组（7）、网眼隔板（8）共同在淡化池（2）中构成多孔电极吸附去离子模块（5）；通过钛丝将阳极池（1）中的碳纤维导电刷（13）和淡化池（2）中的负电极组（7）相连，通过钛丝将阴极池（3）中的空气阴极（14）和淡化池（2）中的正电极组（6）相连，电源数据采集系统（15）相接于阳极池（1）和阴极池（3）的外部电路；短路控制开关（16）连接于正电极组（6）和负电极组（7）之间；原水罐（9）和净化水缓冲罐（12）均与淡化池（2）的上部相接，原水罐（9）还分别与阳极循环水罐（10）和阴极循环水罐（11）连接，阳极循环水罐（10）通过一组循环泵（17）和电磁流量计（19）连接阳极池（1），阴极循环水罐（11）通过另一组循环泵（17）和电磁流量计（19）连接阴极池（3）；淡化池（2）的排水通过管线汇入净化水缓冲罐（12）中，同时在该管线上设置采样阀（20），阳极池（1）和阴极池（3）的排水汇入原水罐（9）中。2.根据权利要求1所述的利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置，其特征在于：所述的阳极池（1）、淡化池（2）、阴极池（3）均为等高立方体结构，三者的容积比为1:2:1，切孔的直径为淡化池（2）高度的1/2。3.根据权利要求2所述的利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置，其特征在于：所述的相邻的正电极组（6）和负电极组（7）的间距为淡化池（2）长度的1/8。4.根据权利要求3所述的利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置，其特征在于：所述的正电极组（6）、负电极组（7）、网眼隔板（8）均为椭圆形，三者长轴长均为淡化池（2）高度2/3、短轴长均为淡化池（2）宽度1/2，网眼隔板（8）孔径为5µm。5.一种权利要求1-4利用有机质降解自供能处理油气田采出水的装置处理油气田采出水的方法，其特征在于：（一）有机质降解供能处理采出水系统装配：将采用聚碳酸酯材料的三个等高立方体结构池分别作为处理系统的阳极池（1）、淡化池（2）和阴极池（3），三者的容积比为1:2:1，按照三者相邻衔接进行布局，同时，淡化池（2）的两个侧面相同空间部位均开等径的切孔，使相邻衔接后互相之间连通，在切孔连通位置均装配上阳离子交换膜（4），使淡化池（2）与阳极池（1）、淡化池（2）与阴极池（3）之间相分隔；（二）阴、阳电极选择及其产电自适应：阳极池（1）中选择碳纤维导电刷（13）作为阳极电极，阴极池（3）中选择以碳布为材料的空气电极作为阴极电极，将活性污泥作为燃料与阳极生长液相混合加入到阳极池（1），阳极池（1）为厌氧池，将阴极电解液加入到阴极池（3），在厌氧环境下激发产电微生物的快速增长，并自适应阴、阳极间电压的形成；（三）集成于处理系统布局装配的多孔电极吸附去离子模块（5）构建：在淡化池（2）中平行相间、等距、居中布置两组同规格椭圆形集电板，集电板采用活性碳布涂层，进而一组作为多孔正电极，另一组作为多孔负电极，同时，为了防止正电极组（6）、负电极组（7）间短路，并促进采出水中矿物离子迁移，所有正电极和负电极中间交错嵌入等表面积的椭圆形网眼隔板（8），共同构成多孔电极吸附去离子模块（5）；（四）自供电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志华，钟会影，柏晔，诸葛祥龙，林新宇，周楠，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23