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，它属于炼化废水处理领域，它要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。装置包括阳极室、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。应用：经培养、驯化，生成厌氧产电生物膜好氧产电生物膜和兼性厌氧活性污泥；待处理水采用重力流的方式在各处理室进行流动，获得稳定的电能输出即完成。本发明专利技术采用连续运行的方式，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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。—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，水栗;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:—、培养阶段:关闭水栗，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；打开水栗，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I?4h，阳极室的出水作为兼性室的进水，水力停留I?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I?4h，阴极室的出水一部分作为脱盐室的进水，水力停留I?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。本专利技术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。本专利技术中脱盐率可达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Omg/L，悬浮达到10mg/L—下，COD的去除率为82-90%，满足了压裂液外排的标准。【附图说明】图1为本专利技术中用于含油田压裂返排液炼化废水处理的连续流三段生物产电脱盐装置的示意图，其中I表示阳极室、2表示阳极碳刷、3表示阴离子交换膜、4表示脱盐室、5表示阳离子交换膜、6表示阴极碳刷、7表示阴极室、8表示参比电极、9表示曝气装置、10表示兼性室，11表不电阻，12表不水栗；图2为实施例中COD降解情况的曲线图，其中?表示原水、■表示阳极出水、▲表示兼性出水、?表示阴极出水；图3为实施例中产电的极化曲线图，其中?表示电压、▲表示功率密度；图4为本专利技术的反应原理图。【具体实施方式】本专利技术技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。【具体实施方式】一:结合图1所示，本实施方式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1、阳极碳刷2、阴离子交换膜3、脱盐室4、阳离子交换膜5、阴极碳刷6、阴极室7、参比电极8、曝气装置9、兼性室10，电阻11，水栗12;所述阳极室I和阴极室7之间设置脱盐室4;所述阳极室I和脱盐室4之间设置阴离子交换膜3，脱盐室4和阴极室7之间设置阳离子交换膜5;阳极室I内设置有阳极碳刷2和参比电极8，阳极室I底部设置进水口 ；脱盐室4上部设置出水口；阴极室7内设置有阴极碳刷6，阴极室7底部设置曝气装置9;阳极室I与阴极室7通过外置的电阻11相连。本实施方式中阳极室I为厌氧环境，阴极室7内设置曝气装置9;兼性室10由厌氧的出水和阴极室7的好氧水回流来保证兼性条件。本实施方式中阳极室I，脱盐室4，阴极室7依次组成的是微生物脱盐燃料电池(MDC)0【具体实施方式】二:本实施方式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:—、培养阶段:关闭水栗12，阳极碳刷2、阴极碳刷6和兼性室10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1、阴极室7和兼性室10注满油田压裂反排液，阳极室I密封24h，阴极室7通过曝气装置9持续曝气24h，兼性室10静止停留24h，然后分别排水；二、驯化阶段:通过外置的电阻11连接阳极碳刷2和阴极碳刷6，然后向阳极室I和阴极室7分别加入I3BS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1、阴极室7和兼性室10注满油田压裂反排液，产生电流后每当电压下降至50mV，然后将阳极室1、阴极室7和兼性室10中所有液体倒掉；三、重复操作步骤二10-15天后，阳极室I生成厌氧产电生物膜，阴极室7生成好氧产电生物膜，兼性室10生成兼性厌氧活性污泥；打开水栗12，采用下进上出的方式进行待处理水的流动;将油田压裂反排液作为待处理水由进水口进入阳极室I，水力停留I?4h，阳极室I的出水作为兼性室10的进水，水力停留I?4h，兼性室10的出水作为阴极室7的进水，曝气装置9的进行曝气，水力停留I?4h，阴极室7的出水一部分作为脱盐室4的进水，水力停留I?4h，排出作为最终出水，阴极室7的另一部分出水回流至兼性室10，24h后外置的电阻11呈现出稳定的电能输出，即完成用本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，其特征在于它包括阳极室(1)、阳极碳刷(2)、阴离子交换膜(3)、脱盐室(4)、阳离子交换膜(5)、阴极碳刷(6)、阴极室(7)、参比电极(8)、曝气装置(9)、兼性室(10)，电阻(11)，水泵(12)；所述阳极室(1)和阴极室(7)之间设置脱盐室(4)；所述阳极室(1)和脱盐室(4)之间设置阴离子交换膜(3)，脱盐室(4)和阴极室(7)之间设置阳离子交换膜(5)；阳极室(1)内设置有阳极碳刷(2)和参比电极(8)，阳极室(1)底部设置进水口；脱盐室(4)上部设置出水口；阴极室(7)内设置有阴极碳刷(6)，阴极室(7)底部设置曝气装置(9)；阳极室(1)与阴极室(7)通过外置的电阻(11)相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏利，魏东，魏超，李春颖，刘璞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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