申请日2015.12.30
公开(公告)日2017.11.14
IPC分类号C02F3/30; H01M8/16
摘要
一种利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电方法，它涉及一种污水处理的产电方法。本发明的目的是要解决现有油田含油污水处理方法无法合理利用有机物物质被降解产生的能源，导致资源浪费的问题。产电方法：一、驯化;二、水处理发电，采用间歇运行的处理方式，实现利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电。本发明主要用于在处理油田含油污水的同时进行产电。
摘要附图
权利要求书
1.一种利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电方法，其特征在于一种利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电方法是按以下步骤完成的：
一、驯化：①、控制外置电阻(11)上的开关将外置电阻(11)处于断开状态，按柱形填料筒(14)有效容积的20%～30%填充填料(13)，然后按阳极室(1)有效容积的20%～30%接种油田污水处理厂二沉池污泥，并按阴极室(2)有效容积的20%～30%接种油田污水处理厂二沉池污泥，按加入量20ppm向阳极室(1)加入PBS缓冲液，并按加入量20ppm向阴极室(2)加入PBS缓冲液，按加入量500mg/L～1000mg/L向阳极室(1)加入葡萄糖，并按加入量500mg/L～1000mg/L向阴极室(2)加入葡萄糖，最后分别向阳极室(1)和阴极室(2)中注入油田含油污水，至注满为止;②、启动搅拌器(3)和曝气装置(7)，通过控制曝气装置(7)将阴极室(2)中溶解氧控制为2mg/L～4mg/L，控制外置电阻(11)上的开关将外置电阻(11)处于连通状态，此时阳极碳刷(5)通过外置电阻(11)与阴极碳刷(6)连通，实时监测外置电阻(11)两侧电压，首先电压逐渐升高至达到最大V1，然后电压逐渐较低，当电压降低至15%～20%V1时，控制外置电阻(11)上的开关将外置电阻(11)处于断开状态，关闭搅拌器(3)和曝气装置(7)，排出阳极室(1)和阴极室(2)内污水，并重新注入油田含油污水，同时调整阳极室(1)和阴极室(2)内PBS缓冲液和葡萄糖的量，将阳极室(1)和阴极室(2)内PBS缓冲液均控制为20ppm;③、重复步骤一②操作，至连续重复步骤一②操作3次的最高电压Vn-1、Vn和Vn+1的相对误差小于10mV为止;④、启动搅拌器(3)和曝气装置(7)，通过控制曝气装置(7)将阴极室(2)中溶解氧控制为2mg/L～4mg/L，控制外置电阻(11)上的开关将外置电阻(11)处于连通状态，此时阳极碳刷(5)通过外置电阻(11)与阴极碳刷(6)连通，实时监测外置电阻(11)两侧电压，首先电压逐渐升高至达到最大Vn+2，然后电压逐渐较低，当电压降低至50%Vn+2时，控制外置电阻(11)上的开关将外置电阻(11)处于断开状态，关闭搅拌器(3)和曝气装置(7)，将阳极室(1)和阴极室(2)内污泥及污水全部排出，即完成驯化;
二、水处理发电：
①、向阳极室(1)中注满油田含油污水，向阴极室(2)中注满油田含油污水，启动搅拌器(3)和曝气装置(7)，通过控制曝气装置(7)将阴极室(2)中溶解氧控制为2mg/L～4mg/L，控制外置电阻(11)上的开关将外置电阻(11)处于连通状态，此时阳极碳刷(5)通过外置电阻(11)与阴极碳刷(6)连通，实时监测外置电阻(11)两侧电压，首先电压逐渐升高至达到最大V，然后电压逐渐较低，当电压降低至20%V时，控制外置电阻(11)上的开关将外置电阻(11)处于断开状态，关闭搅拌器(3)和曝气装置(7)，将阳极室(1)中处理后的油田含油污水通过阳极室出水口(8)排出，将阴极室(2)中处理后的油田含油污水通过阴极室出水口(9)排出，②、向阳极室(1)中注满油田含油污水，向阴极室(2)中注满步骤二①得到阳极室(1)中处理后的油田含油污水，启动搅拌器(3)和曝气装置(7)，通过控制曝气装置(7)将阴极室(2)中溶解氧控制为2mg/L～4mg/L，控制外置电阻(11)上的开关将外置电阻(11)处于连通状态，此时阳极碳刷(5)通过外置电阻(11)与阴极碳刷(6)连通，实时监测外置电阻(11)两侧电压，首先电压逐渐升高至达到最大Vmax，然后电压逐渐较低，当电压降低至20%Vmax时，控制外置电阻(11)上的开关将外置电阻(11)处于断开状态，关闭搅拌器(3)和曝气装置(7)，将阳极室(1)中处理后的油田含油污水通过阳极室出水口(8)排出，将阴极室(2)中处理后的油田含油污水通过阴极室出水口(9)排出;③、采用间歇运行的处理方式，重复步骤二②操作，即实现利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电;
所述基于生物电子调控的油田含油污水处理装置包括阳极室(1)、阴极室(2)、搅拌器(3)、参比电极(4)、阳极碳刷(5)、阴极碳刷(6)、曝气装置(7)、阳极室出水口(8)、阴极室出水口(9)、离子交换膜(10)、外置电阻(11)、底部隔网(12)、填料(13)和柱形填料筒(14);
所述的阳极室(1)与阴极室(2)采用离子交换膜(10)隔离，在阳极室(1)的底部设置阳极室出水口(8);在阳极室(1)内底部设有底部隔网(12)，柱形填料筒(14)设置在底部隔网(12)上，填料(13)填充入柱形填料筒(14)中;所述的搅拌器(3)由电机(3-1)、搅拌棒(3-2)和搅拌桨(3-3)组成，电机(3-1)置于阳极室(1)上方，搅拌棒(3-2)的顶端连接电机(3-1)，且搅拌棒(3-2)穿过柱形填料筒(14)延伸至底部隔网(12)下方，搅拌桨(3-3)设置在搅拌棒(3-2)底端，在阳极室(1)内、柱形填料筒(14)外侧及底部隔网(12)上方的空间设置参比电极(4)和阳极碳刷(5);在阴极室(2)的侧壁下部设置阴极室出水口(9)，在阴极室(2)内设置阴极碳刷(6)和曝气装置(7)，且曝气装置(7)置于阴极室(2)的底部;通过导线将阳极碳刷(5)与外置电阻(11)的一侧连接，通过导线将阴极碳刷(6)与外置电阻(11)的另一侧连接;所述的外置电阻(11)上设有开关，通过开关控制外置电阻(11)连通或断开。
2.根据权利要求1所述的一种利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电方法，其特征在于步骤一中所述的柱形填料筒(14)由铁网卷成，用于限定填料(13)溢出。
3.根据权利要求1所述的一种利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电方法，其特征在于步骤一中所述的填料(13)为MBBR填料。
说明书
一种利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理的产电方法。
背景技术
我国油田普遍进入高含水开采阶段，每年产生大量含油采出水需要处理。在以往的处理过程中，含油污水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，忽略了含油污水中石油类物质的妥善处置与资源化利用。因此在工艺的选择上也多以传统的重力沉降和过滤为主。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。含油污水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。
发明内容
本发明的目的是要解决现有油田含油污水处理方法无法合理利用有机物物质被降解产生的能源，导致资源浪费的问题;而提供一种利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电方法。
一种基于生物电子调控的油田含油污水处理装置，其特征在于它包括阳极室、阴极室、搅拌器、参比电极、阳极碳刷、阴极碳刷、曝气装置、阳极室出水口、阴极室出水口、离子交换膜、外置电阻、底部隔网、填料和柱形填料筒;
所述的阳极室与阴极室采用离子交换膜隔离，在阳极室的底部设置阳极室出水口;在阳极室内底部设有底部隔网，柱形填料筒设置在底部隔网上，填料填充入柱形填料筒中;所述的搅拌器由电机、搅拌棒和搅拌桨组成，电机置于阳极室上方，搅拌棒的顶端连接电机，且搅拌棒穿过柱形填料筒延伸至底部隔网下方，搅拌桨设置在搅拌棒底端，在阳极室内、柱形填料筒外侧及底部隔网上方的空间设置参比电极和阳极碳刷;在阴极室的侧壁下部设置阴极室出水口，在阴极室内设置阴极碳刷和曝气装置，且曝气装置置于阴极室的底部;通过导线将阳极碳刷与外置电阻的一侧连接，通过导线将阴极碳刷与外置电阻的另一侧连接;所述的外置电阻上设有开关，通过开关控制外置电阻连通或断开。
一种利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电方法，具体是按以下步骤完成的：
一、驯化：①、控制外置电阻上的开关将外置电阻处于断开状态，按柱形填料筒有效容积的20%～30%填充填料，然后按阳极室有效容积的20%～30%接种油田污水处理厂二沉池污泥，并按阴极室有效容积的20%～30%接种油田污水处理厂二沉池污泥，按加入量20ppm向阳极室加入PBS缓冲液，并按加入量20ppm向阴极室加入PBS缓冲液，按加入量500mg/L～1000mg/L向阳极室加入葡萄糖，并按加入量500mg/L～1000mg/L向阴极室加入葡萄糖，最后分别向阳极室和阴极室中注入油田含油污水，至注满为止;②、启动搅拌器和曝气装置，通过控制曝气装置将阴极室中溶解氧控制为2mg/L～4mg/L，控制外置电阻上的开关将外置电阻处于连通状态，此时阳极碳刷通过外置电阻与阴极碳刷连通，实时监测外置电阻两侧电压，首先电压逐渐升高至达到最大V1，然后电压逐渐较低，当电压降低至15%～20%V1时，控制外置电阻上的开关将外置电阻处于断开状态，关闭搅拌器和曝气装置，排出阳极室和阴极室内污水，并重新注入油田含油污水，同时调整阳极室和阴极室内PBS缓冲液和葡萄糖的量，将阳极室和阴极室内PBS缓冲液均控制为20ppm;③、重复步骤一②操作，至连续重复步骤一②操作3次的最高电压Vn-1、Vn和Vn+1的相对误差小于10mV为止;④、启动搅拌器和曝气装置，通过控制曝气装置将阴极室中溶解氧控制为2mg/L～4mg/L，控制外置电阻上的开关将外置电阻处于连通状态，此时阳极碳刷通过外置电阻与阴极碳刷连通，实时监测外置电阻两侧电压，首先电压逐渐升高至达到最大Vn+2，然后电压逐渐较低，当电压降低至50%Vn+2时，控制外置电阻上的开关将外置电阻处于断开状态，关闭搅拌器和曝气装置，将阳极室和阴极室内污泥及污水全部排出，即完成驯化;
二、水处理发电：
①、向阳极室中注满油田含油污水，向阴极室中注满油田含油污水，启动搅拌器和曝气装置，通过控制曝气装置将阴极室中溶解氧控制为2mg/L～4mg/L，控制外置电阻上的开关将外置电阻处于连通状态，此时阳极碳刷通过外置电阻与阴极碳刷连通，实时监测外置电阻两侧电压，首先电压逐渐升高至达到最大V，然后电压逐渐较低，当电压降低至20%V时，控制外置电阻上的开关将外置电阻处于断开状态，关闭搅拌器和曝气装置，将阳极室中处理后的油田含油污水通过阳极室出水口排出，将阴极室中处理后的油田含油污水通过阴极室出水口排出，②、向阳极室中注满油田含油污水，向阴极室中注满步骤二①得到阳极室中处理后的油田含油污水，启动搅拌器和曝气装置，通过控制曝气装置将阴极室中溶解氧控制为2mg/L～4mg/L，控制外置电阻上的开关将外置电阻处于连通状态，此时阳极碳刷通过外置电阻与阴极碳刷连通，实时监测外置电阻两侧电压，首先电压逐渐升高至达到最大Vmax，然后电压逐渐较低，当电压降低至20%Vmax时，控制外置电阻上的开关将外置电阻处于断开状态，关闭搅拌器和曝气装置，将阳极室中处理后的油田含油污水通过阳极室出水口排出，将阴极室中处理后的油田含油污水通过阴极室出水口排出;③、采用间歇运行的处理方式，重复步骤二②操作，即实现利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电。
本发明原理：本发明驯化过程使阳极碳刷表面生成厌氧产电菌膜，在阴极碳刷表面生成好氧产电菌膜，在填料表面生成厌氧菌膜，在阳极室中油田含油污水利用阳极碳刷表面的厌氧产电菌膜和填料表面的厌氧菌膜对污水进行处理，在阴极室中阳极室处理后的油田含油污水利用阴极碳刷表面的好氧产电菌膜进行处理，最终实现利用基于生物电子调控的油田含油污水处理装置的产电。
本发明优点：生物电化学系统是利用微生物降解有机物，将化学能转化为电能的的电化学装置。微生物燃料电池(MFC)在功能上实现了污染物降解，产电的功效。本发明油田含油污水处理的连续流产电装置用于降解含油污水，特点在于将厌氧生物处理和好氧生物处理与连续流MFC工艺相结合，并将其应用于含油污水的处理上。实现对有毒有害物质处理的同时，最大的电能输出。
