申请日2018.10.16
公开(公告)日2019.01.08
IPC分类号C02F3/34; C02F3/00; C02F103/10
摘要
本发明涉及一种用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器，包括内部中空的反应器本体，反应器本体包括由下而上依次连接的进水部、底部阴极区域部、阳极区域部、上部阴极区域部和顶部主体，顶部主体内设置有溢流堰和三相分离器;底部阴极区域部和阳极区域部上均开设有参比电极开口;底部阴极区域部与阳极区域部之间、阳极区域部与上部阴极区域部之间均设置有一个分隔板。本发明提供的用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器，通过生物电化学装置高效地对氧气进行分阶段去除，从而能够在较短时间内获得较高的氧气去除率，从而避免氧气对管道的腐蚀作用，可以很好地满足实际应用的需要。
权利要求书
1.一种用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器，其特征在于，包括内部中空的反应器本体，反应器本体包括由下而上依次连接的进水部、底部阴极区域部、阳极区域部、上部阴极区域部和顶部主体，顶部主体内设置有溢流堰和三相分离器;底部阴极区域部和阳极区域部上均开设有参比电极开口;底部阴极区域部与阳极区域部之间、阳极区域部与上部阴极区域部之间均设置有一个分隔板;底部阴极区域部和上部阴极区域部内均设置有阴极和钛丝;阳极区域部内设置有阳极和钛丝。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，进水部、底部阴极区域部、阳极区域部、上部阴极区域部和顶部主体由下而上通过连接法兰依次连接。
3.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，顶部主体上端连接有顶部法兰，三相分离器的上部固定在顶部法兰上，三相分离器的下部位于顶部主体内，顶部主体上开设有与溢流堰相连通的出水口。
4.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，阴极采用泡沫镍制成。
5.根据权利要求4所述的生物反应器，其特征在于，泡沫镍的厚度为0.5～1mm，长为15～18cm，宽为10～12cm。
6.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，阳极采用碳刷。
7.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，碳刷的直径为45～50mm，碳刷整体长度12～15cm，单个碳刷上面碳纤维的重量是3.5～4.5g。
8.一种用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器系统，其特征在于，包括两个生物电化学反应器、溶氧检测仪、电压控制器、搅拌罐和加药罐，每个生物电化学反应器内均设置有溶氧探头，溶氧探头与溶氧检测仪通过导线相连接;电压控制器分别与两个生物电化学反应器的阴极和阳极电连接，加药罐与第一个生物电化学反应器的进水口通过管道相连接，第一个生物电化学反应器的进水口通过管道与第二个生物电化学反应器的取样口相连接，第二个生物电化学反应器的进水口与搅拌罐通过管道相连接，第一个生物电化学反应器的取样口通过管道与搅拌罐相连接。
9.根据权利要求8所述的生物电化学反应器，其特征在于，所述生物电化学反应器为权利要求1-7任一项所述的生物电化学反应器。
10.根据权利要求8所述的生物电化学反应器，其特征在于，连接在加药罐与第一个生物电化学反应器的进水口之间的管道上设置有单向阀和加药泵。
说明书
一种用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器
技术领域
本发明属于油田废水电化学腐蚀防治技术领域，具体涉及一种用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器。
背景技术
近几年来，针对油田系统中由于硫化物造成的设备腐蚀、管道堵塞、滤料污染等危害，可以采用处理效率高、运行成本低、操作方便的空气脱硫塔去除硫化物。空气除硫塔的应用造成后续多级过滤的水处理流程中溶解氧达到0.5～5mg/L，远高于0.05mg/L的回注水标准要求。
注入水中含有溶解氧对注水管道设备及套管会造成严重腐蚀，加速腐蚀的进行;水中溶解氧不仅直接造成管道腐蚀，而且如果钢铁表面有沉积物存在就会形成氧浓度差电池腐蚀，其腐蚀速度相当快。溶解氧对原油开采同样有危害，水中溶解氧进入油层后对水中溶解铁和原油中的甾体进行缓慢的氧化.形成细小的沉淀，导致油层孔隙减小降低原油的采收率。从水源井到注水井直至进入油层之前水都和金属铁接触，而氧腐蚀所形成的氧化物进入地层后，不仅金属氧化物对地层会造成堵塞而且水中铁含量的增加还会对渗透率产生很大的影响。三次采油中的注聚合物驱油提高采收率的广泛应用，亦对水中含氧有严格要求;实验表明：水中溶解氧会氧化聚合物，使高分子的聚合物分子链变短致使粘度变小最终降低了驱油效果。基于上述原因对油田注入水除氧是十分必要的。目前，油田除氧主要采用的是化学法除氧，目前大部分的除氧剂主要成分为亚硫酸钠，由于停留时间有限，除氧剂往往要过量几十到上百倍，成本较高，并且会导致水体中硫氧化物含量激增，而硫氧化物是硫酸盐还原菌生长必不可少的电子受体，会导致后端注水系统SRB大量繁殖，造成二次污染，增加污水处理难度，产生安全环保问题。
微生物氧气还原的研究最初源于研发更高效、低成本的微生物电化学(MFC)用于有机废水产电。好氧电化学还原氧气通常需要依赖于贵金属催化，如铂，这是MFC主要关心的问题。Holmes等人研究表明海洋底泥MFC的生物阴极高度富集了γ-变形菌纲甲基营养菌Methylobacter luteus，而含盐的底泥MFC不管在实际场地还是实验室规模都高度富集了α-变形菌纲玫瑰杆菌属(Roseobacter denitrificans)。研究在开路和闭路状态下，分别接种淡水或者半咸水在碳布和不锈钢上形成的生物膜，通过PCR-DGGE技术分析表明阴极悬浮液中的微生物群落结构与阴极生物膜上不同，而且淡水和半咸水富集的生物膜的群落组成不同。γ-变形菌纲菌株和氰基细菌分别是淡水和半咸水富集生物膜上主要的微生物组成。不锈钢电极恒定在-0.2V对Ag/AgCl参比电极，接种海水富集形成电化学活性氧气还原生物膜。另一研究通过构建16s rRNA基因克隆文库发现氧气还原生物阴极生物膜主要由鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium)和拟杆菌属(Bacteroides)细菌组成。与无菌对照实验组相比，分离的无机化能营养细菌属于Sphingobacterium和Acinetobacter可以增加大概3倍功率输出，这些细菌是首次报道的从阴极生物膜分离的无机营养菌。Parot等人从海水富集阴极生物膜成功分离到嗜盐菌属(Halomonas)和玫瑰杆菌属(Roseobacter)细菌并具有氧气还原催化活性，发现了铁卟啉吸附在电极表面介导氧气还原，另外该研究小组从乙酸钠供给的阳极生物膜上分离到肠杆菌属(Enterobacter)和假单胞菌属(Pseudomonas)菌株也具有电化学氧气还原活性。
关于氧气还原纯培养微生物的报道很多，这些报道中的菌分布在不同的系统分类单元中(α-、β-、γ-变形菌纲、放线菌亚纲、芽孢杆菌纲、产黄菌属和鞘脂杆菌纲)。
目前缺少利用微生物氧气还原作用来进行除氧处理的技术与设备。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器，包括内部中空的反应器本体，反应器本体包括由下而上依次连接的进水部、底部阴极区域部、阳极区域部、上部阴极区域部和顶部主体，顶部主体内设置有溢流堰和三相分离器;底部阴极区域部和阳极区域部上均开设有参比电极开口;底部阴极区域部与阳极区域部之间、阳极区域部与上部阴极区域部之间均设置有一个分隔板;底部阴极区域部和上部阴极区域部内均设置有阴极和钛丝;阳极区域部内设置有阳极和钛丝。
进一步地，进水部、底部阴极区域部、阳极区域部、上部阴极区域部和顶部主体由下而上通过连接法兰依次连接。
进一步地，顶部主体上端连接有顶部法兰，三相分离器的上部固定在顶部法兰上，三相分离器的下部位于顶部主体内，顶部主体上开设有与溢流堰相连通的出水口。
进一步地，阴极采用泡沫镍制成。
进一步地，泡沫镍的厚度为0.5～1mm，长为15～18cm，宽为10～12cm。
进一步地，阳极采用碳刷。
进一步地，碳刷的直径为45～50mm，碳刷整体长度12～15cm，单个碳刷上面碳纤维的重量是3.5～4.5g。
一种用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器系统，包括所述的两个生物电化学反应器、溶氧检测仪、电压控制器、搅拌罐和加药罐，每个生物电化学反应器内均设置有溶氧探头，溶氧探头与溶氧检测仪通过导线相连接;电压控制器分别与两个生物电化学反应器的阴极和阳极电连接，加药罐与第一个生物电化学反应器的进水口通过管道相连接，第一个生物电化学反应器的进水口通过管道与第二个生物电化学反应器的取样口相连接，第二个生物电化学反应器的进水口与搅拌罐通过管道相连接，第一个生物电化学反应器的取样口通过管道与搅拌罐相连接。
进一步地，连接在加药罐与第一个生物电化学反应器的进水口之间的管道上设置有单向阀和加药泵。
本发明提供的用于油田废水快速除氧的生物电化学反应器，通过生物电化学装置高效地对氧气进行分阶段去除，从而能够在较短时间内(≤1h)获得较高的氧气去除率，从而避免氧气对管道的腐蚀作用，可以很好地满足实际应用的需要。