三元水、聚合物水或压裂水处理设备及其工艺方法
【专利摘要】本发明属于油田水处理设备领域，尤其涉及一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备及其工艺方法，一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备包括脱碱装置、电化学装置、气浮装置、一级沉降池、二级沉降池、双滤料过滤装置、动态膜过滤装置和清水罐，以上各装置按照污水的流向通过管路顺次连接，电化学装置的进水端和出水端分别设置有加药装置A和加药装置B。一种三元水、聚合物水或压裂水处理工艺方法，包括如下步骤：A、将污水原液注入脱碱装置内，进行脱碱；B、将脱碱后的污水注入电化学装置进行电离；C、将电化学装置内排出的污水注入气浮装置，在该污水注入气浮装置之前，通过加药装置B向该污水内添加混合药剂B。
【专利说明】
三元水、聚合物水或压裂水处理设备及其工艺方法
技术领域
[0001 ]本发明属于油田水处理设备领域，尤其涉及一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备及其工艺方法。
【背景技术】
[0002]随着油田开采年限的增加，我国大部分油田已陆续进入三次采油阶段，油田三次采油采用复合三元回注技术，可大大提高原油采出率。但是三元含油污水因高碱性、高粘度特性，用常规处理方法效果欠佳，现有的油田污水处理工艺已经不能满足三元复合驱污水的处理要求。污水处理的技术难题已经直接影响到三元开采技术的进一步应用，影响到原油生产的稳定。
[0003]我国聚合物驱油技术广泛采用聚丙烯酰胺(PAM)，其产生的含有PAM的污水粘度大、水中油滴及固体悬浮物在PAM及其水解产物的作用下乳化稳定性强，处理起来非常困难。氧化降粘降解是一种成熟、低成本的水处理技术，已被众多学者运用于油田含聚含油污水、三元含油污水处理的研究当中。聚丙烯酰胺氧化降粘降解体系主要有氧化还原体系(如K2S2CVFeS04体系)、Fenton试剂、过氧化氢和臭氧氧化体系等，其机理是自由基反应机理。氧化降粘降解的优点是使用方便，不产生二次污染。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备及其使用该设备进行污水处理的工艺方法，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0006]—种三元水、聚合物水或压裂水处理设备包括脱碱装置、电化学装置、气浮装置、一级沉降池、二级沉降池、双滤料过滤装置、动态膜过滤装置和清水罐，以上各装置按照污水的流向通过管路顺次连接，电化学装置的进水端和出水端分别设置有加药装置A和加药装置B。
[0007]所述的脱碱装置内部设置有超声波发生器、负极板、离子膜、正极板和上隔板，离子膜和上隔板将脱碱装置内部空间分隔成两个腔室，离子膜通过框架固定在脱碱装置的中部，框架将离子膜夹持在中间，框架上与离子膜的两侧相对的平面上设置有防护网，所述的超声波发生器共有两组且对称设置在离子膜的两侧，所述的负极板设置在脱碱污水进水一侧，所述的正极板设置在脱碱污水出水一侧，脱碱污水进水口设置在污水进水一侧的下部，脱碱污水出水口设置在污水出水一侧的上部且竖向位置高于上隔板的高度。
[0008]所述的电化学装置的内部设置有超声波发生器和电极板组，超声波发生器共有两个，分别设置在该电极板组两侧，该电极板组由至少三对正负电极板平行组装而成，每对正负电极板的间距为0.5厘米。
[0009]所述的正极板、负极板以及电极板组中的各电极板均由钌铱板制成。所述的超声波发生器的外侧设置有防水外壳，防水外壳由纯钛板制成。所述的双滤料过滤装置中的滤料由石英砂层和活性炭层组成，或者由石英砂层和无烟煤层组成。所述的动态膜过滤装置内设置有动态膜，动态膜的上涂覆有硅藻土。
[0010]一种三元水、聚合物水或压裂水处理工艺方法，包括如下步骤:A、将污水原液注入脱碱装置内，进行脱碱，使污水的PH值下降至10以下;B、将脱碱后的污水注入电化学装置进行电解，在该液体注入电化学装置之前，通过加药装置A向该液体内添加混合药剂A;C、将电化学装置内排出的污水注入气浮装置，在该污水注入气浮装置之前，通过加药装置B向该污水内添加混合药剂B;D、将气浮装置内排出的污水通过一级沉降池和二级沉降池对污水中的絮状物进行沉降;E、将沉降后的污水依次通过双滤料过滤装置和动态膜过滤装置进行过滤，进而得到达标水，并将达标水存储至清水罐内。
[0011]所述的混合药剂A为双氧水和盐酸的混合物，所述的混合药剂B为聚合氯化铝、氯化锌和聚丙烯酰胺的混合物。盐酸质量浓度为30%，加药量为8.0-lOL/m3;双氧水的加药量为6.0-7L/m3;氯化锌的质量浓度为10%，加药量为15_17L/m3;聚合氯化铝的质量浓度为10%,加药量为8-10L/m3;聚丙烯酰胺质量浓度为0.05%,加药量为4_5L/m3。
[0012]本发明的有益效果为:本发明通过对现有的污水处理设备及工艺进行改进，有效改善了污水净化效果，使得三元水、聚合物水或压裂水经过一次处理便可到达到排放和回注标准。需要说明的是，聚合物水或压裂水中不含碱，与处理三元水不同，对聚合物水或压裂水进行处理时只需去除脱碱工序即可。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的结构框图；
[0014]图2是脱碱装置的结构示意图；
[0015]图3是电化学装置的结构示意图。
[0016]图中:1-脱碱装置，2-电化学装置，3-气浮装置，4-一级沉降池，5-二级沉降池，6_双滤料过滤装置，7-动态膜过滤装置，8-清水罐，9-加药装置A，10-加药装置B，11-脱碱污水进水口，12-超声波发生器，13-负极板，14-离子膜，15-框架，16-正极板，17-上隔板，18-脱碱污水出水口，19-电极板组。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本发明做进一步描述:
[0018]本实施例一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备包括脱碱装置1、电化学装置2、气浮装置3、一级沉降池4、二级沉降池5、双滤料过滤装置6、动态膜过滤装置7和清水罐8，以上各装置按照污水的流向通过管路顺次连接，电化学装置2的进水端和出水端分别设置有加药装置A9和加药装置B10。本发明采用脱碱处理、电化学处理、气浮处理、沉降处理和过滤处理等工艺对污水进行处理，保证了污水净化效果。
[0019]通过脱碱处理将污水的PH值降低至10以下，可减少后续工序中酸的添加量，从而降低了污水处理成本。聚丙烯酰胺(PAM)是三元水、聚合物水或压裂水中最主要的有害物质，聚丙烯酰胺(PAM)与油分子吸附结合后，会形成大量的油包水或水包油的分子团，从而影响聚丙烯酰胺(PAM)絮凝析出，而采用常规的水处理技术很难打碎这种分子团。本发明采用的电化学装置2利用电极在水中直流电场中的电催化特性、再加上电解产生羟基、臭氧等强氧化剂的综合作用，使污水中PAM结构脱稳、破裂，从而使得聚丙烯酰胺(PAM)更容易絮凝析出。本发明采用两次沉降和两次过滤，充分去除了污水中的絮凝物和固体颗粒，进一步提高了水处理的质量。
[0020]所述的脱碱装置I内部设置有超声波发生器12、负极板13、离子膜14、正极板16和上隔板17，离子膜14和上隔板17将脱碱装置I内部空间分隔成两个腔室。离子膜14、上隔板17和脱碱装置I的侧壁共同围成的腔室串连在清水循环系统中。污水进入脱碱装置I后，在电极的驱动下，污水中的氢氧根离子穿过离子膜进入上述腔室的清水中，进而随清水循环而不断排出，实现脱碱的目的。
[0021]离子膜14通过框架15固定在脱碱装置I的中部，框架15将离子膜14夹持在中间，框架15上与离子膜14的两侧相对的平面上设置有防护网。离子膜14是一层强度较差的薄膜，在水流的冲击下容易破裂，因此设置了框架15并在框架15上设置了防护网以实现对离子膜14的支撑，防止其破裂。
[0022]现有的脱碱装置I在使用一段时间后电极板(即所述的正极板16和负极板13)容易结垢，电极板结垢后，会影响电极的作用效果，进而影响脱碱效果，因此，电极板需要定期拆卸清理。而拆卸清理电极板不但耗费大量人力物力，而且会造成设备停机，影响生产。为了解决这一问题，本发明在正极板16和负极板13旁边各设置了一组超声波发生器12，将超声波发生器12置于水中并与电极板平行相邻设置，利用超声波的防垢除垢功能可有效防止电极板结垢。由于超声波发生器12需置于水中，为解决超声波发生器12的防水问题，特将超声波发生器12封装在防水外壳内。为防止上述防水外壳长期置于水中被腐蚀，防水外壳采用纯钛板制成，超声波发生器12的引线管也采用纯钛无缝管制成，并采用纯钛双面焊接工艺焊接在防水外壳上(焊接时应采用惰性气体保护焊接，以防止焊接处高温氧化)。
[0023]所述的负极板13设置在脱碱污水进水一侧，所述的正极板16设置在脱碱污水出水一侧，脱碱污水进水口 11设置在污水进水一侧的下部，脱碱污水出水口 18设置在污水出水一侧的上部且竖向位置高于上隔板17的高度。污水从脱碱装置I的底部进入，在上升过程中逐渐完成脱碱过程，继而流经上隔板17上侧后由脱碱污水出水口 18流出，进入下一工序。在此过程中，污水由脱碱装置I的底部流入，由脱碱装置I的上部流出，保证了污水在离子膜14侧面有足够的停留时间，从而保证了脱碱效果。脱出的碱溶液由清水循环系统不断排出，使得离子膜的两侧始终保持较高的氢氧根浓度差，从而加快了氢氧根的分离速度并可将氢氧根从氢氧根浓度更低的污水中分离出来，使氢氧根分离的更彻底。
[0024]所述的电化学装置2的内部设置有超声波发生器12和电极板组19，超声波发生器12共有两个，分别设置在该电极板组19两侧，该电极板组19由至少三对正负电极板平行组装而成，每对正负电极板的间距为0.5厘米。
[0025]所述的正极板16、负极板13以及电极板组19中的各电极板均由钌铱板制成。钌铱合金是一种导电性能超强的材料，并同时具有耐腐蚀的特点。采用这种材料制造电极板可保证电极板具有良好的电气性能和较长的使用寿命，从而避免频繁维修造成的人力物力的浪费和对生产的影响。
[0026]所述的双滤料过滤装置6中的滤料油石英砂层和活性炭层组成，或者由石英砂层和无烟煤层组成。实践证明，以上两种双滤料组合方式均能很好的满足使用需求，达到较好的过滤效果。与此同时，以上各滤料均为常用的工业材料，成本极低，从而保证了设备的经济性。
[0027]所述的动态膜过滤装置7内设置有动态膜，动态膜的上涂覆有硅藻土。将硅藻土附着在帘布上制成动态膜是本发明的又一大创新设计，这种动态膜的过滤效果非常好。同时，硅藻土附着在帘布上后，经长时间冲刷才会脱落，正式利用这一特性，这种动态膜才可以投入使用。实际使用中，硅藻土一次附着后，动态膜可连续工作半个月以上。
[0028]一种三元水、聚合物水或压裂水处理工艺方法，包括如下步骤:
[0029]A、将污水原液注入脱碱装置I内，进行脱碱，使污水的PH值下降至10以下。现有技术中，通常采用加酸中和的方式来去除污水中的碱，这种处理方式耗费的酸液比较多，因此成本比较高。本发明将脱碱作为污水处理的第一工序，可脱去污水中的大部分碱，从而减少了后期酸液的使用，降低了药剂成本。
[0030]B、将脱碱后的污水注入电化学装置2进行电解，电解过程中产生羟基、臭氧等强氧化剂，在上述氧化剂和电极的综合作用下，污水中PAM结构脱稳、破裂，从而更易于分离。在污水注入电化学装置2之前，通过加药装置A9向该液体内添加双氧水和盐酸，双氧水的作用是进一步增强污水中的氧化剂含量，从而进一步促进污水中PAM结构脱稳、破裂，改善污水处理效果。盐酸的作用是中和污水中剩余的碱，使污水趋于中性。
[0031]C、将电化学装置2内排出的污水注入气浮装置3，在该污水注入气浮装置3之前，通过加药装置BI O向该污水内添加聚合氯化铝、氯化锌和聚丙烯酰胺。聚合氯化铝和氯化锌均作为凝絮剂使用，但二者有所不同:聚合氯化铝成本低但效果差，氯化锌成本高但效果好，通过控制两种物质的添加比例，可在保证较低成本的情况下，满足不同水质的污水处理需求。实现效益的最大化。此处添加的聚丙烯酰胺呈阳性，阳性的聚丙烯酰胺与污水中呈阴性的聚丙烯酰胺吸附结合形成大分子，有利于污水中的聚丙烯酰胺的进一步析出。
[0032]D、将气浮装置3内排出的污水通过一级沉降池4和二级沉降池5对污水中的絮状物进行沉降，两级沉降保证了沉降效果。
[0033]E、将沉降后的污水依次通过双滤料过滤装置6和动态膜过滤装置7进行过滤，进而得到达标水，并将达标水存储至清水罐8内。
[0034]上述所及的各药剂的添加方法为:根据水质的不同随时调节药剂的注入量，盐酸质量浓度为30%，加药量为8.0-10L/m3;双氧水的加药量为6.0_7L/m3;氯化锌的质量浓度为10%，加药量为15-17L/V;聚合氯化铝的质量浓度为10%，加药量为8-10L/V;聚丙烯酰胺质量浓度为0.05%,加药量为4-5L/m3。
[0035]本发明通过对现有的污水处理设备及工艺进行改进，有效改善了污水净化效果，使得三元水、聚合物水或压裂水经过一次处理便可到达到排放和回注标准。需要说明的是，聚合物水或压裂水中不含碱，与处理三元水不同，对聚合物水或压裂水进行处理时只需去除脱碱工序即可。
【主权项】
1.一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备，其特征在于:包括脱碱装置(I)、电化学装置(2)、气浮装置(3)、一级沉降池(4)、二级沉降池(5)、双滤料过滤装置(6)、动态膜过滤装置(7)和清水罐(8)，以上各装置按照污水的流向通过管路顺次连接，电化学装置(2)的进水端和出水端分别设置有加药装置A(9)和加药装置B(1); 所述的脱碱装置(I)内部设置有超声波发生器(12)、负极板(13)、离子膜(14)、正极板(16)和上隔板(17)，离子膜(14)和上隔板(17)将脱碱装置(I)内部空间分隔成两个腔室，离子膜(14)通过框架(15)固定在脱碱装置(I)的中部，框架(15)将离子膜(14)夹持在中间，框架(15)上与离子膜(14)的两侧相对的平面上设置有防护网，所述的超声波发生器(12)共有两组且对称设置在离子膜(14)的两侧，所述的负极板(13)设置在脱碱污水进水一侧，所述的正极板(16)设置在脱碱污水出水一侧，脱碱污水进水口( 11)设置在污水进水一侧的下部，脱碱污水出水口(18)设置在污水出水一侧的上部且竖向位置高于上隔板(17)的高度； 所述的电化学装置(2)的内部设置有超声波发生器(12)和电极板组(19)，超声波发生器(12)共有两个，分别设置在该电极板组(19)两侧，该电极板组(19)由至少三对正负电极板平行组装而成，每对正负电极板的间距为0.5厘米。2.根据权利要求1所述的一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备，其特征在于:所述的正极板(16)、负极板(13)以及电极板组(19)中的各电极板均由钌铱板制成。3.根据权利要求2所述的一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备，其特征在于:所述的超声波发生器(12)的外侧设置有防水外壳，防水外壳由纯钛板制成。4.根据权利要求3所述的一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备，其特征在于:所述的双滤料过滤装置(6)中的滤料由石英砂层和活性炭层组成，或者由石英砂层和无烟煤层组成。5.根据权利要求4所述的一种三元水、聚合物水或压裂水处理设备，其特征在于:所述的动态膜过滤装置(7)内设置有动态膜，动态膜的上涂覆有硅藻土。6.—种三元水、聚合物水或压裂水处理工艺方法，其特征在于:包括如下步骤:A、将污水原液注入脱碱装置(I)内，进行脱碱，使污水的PH值下降至10以下;B、将脱碱后的污水注入电化学装置(2)进行电解，在该液体注入电化学装置(2)之前，通过加药装置A(9)向该液体内添加混合药剂A;C、将电化学装置(2)内排出的污水注入气浮装置(3)，在该污水注入气浮装置(3)之前，通过加药装置B(1)向该污水内添加混合药剂B;D、将气浮装置(3)内排出的污水通过一级沉降池(4)和二级沉降池(5)对污水中的絮状物进行沉降;E、将沉降后的污水依次通过双滤料过滤装置(6)和动态膜过滤装置(7)进行过滤，进而得到达标水，并将达标水存储至清水罐(8)内。7.根据权利要求6所述的一种三元水、聚合物水或压裂水处理工艺方法，其特征在于:所述的混合药剂A为双氧水和盐酸溶液的混合物，所述的混合药剂B为聚合氯化铝溶液、氯化锌溶液和聚丙烯酰胺溶液的混合物;盐酸质量浓度为30%，加药量为8.0-10L/m3;双氧水的加药量为6.0-7L/V;氯化锌的质量浓度为10%，加药量为15-17L/V;聚合氯化铝的质量浓度为10%，加药量为8-10L/m3;聚丙烯酰胺质量浓度为0.05%,加药量为4_5L/m3。
【文档编号】C02F9/06GK106045143SQ201610569901
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】王汉勤, 刘仁明, 张驰, 曹永成
【申请人】大庆铭源伟业能源科技开发有限公司