本發(fā)明涉及油田壓裂廢水處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種油田壓裂廢水破膠的裝置及方法。
背景技術(shù)：
油氣開采壓裂過程中使用的水基壓裂液在壓裂施工完成后需要返排地面因而產(chǎn)生大量的壓裂廢水。水基壓裂廢水除了含有多種無機鹽外還常常含有多種對人類、動物及環(huán)境有害的污染物，如含有苯、乙苯、甲苯和二甲苯等芳香烴類物質(zhì)，為減少或避免壓裂廢水對環(huán)境造成的不利影響，就需要對壓裂廢水進行有效的無害化處理。
水基壓裂液因控制濾失量、懸砂能力等工藝性能一般會加入一定量的稠化劑、交聯(lián)劑等使其含有高分子聚合物從而達到一定的粘度，這就需要對其充分破膠以利于壓裂液的返排和后續(xù)壓裂廢水的無害化處理。目前，壓裂廢水的破膠常采用添加破膠劑使得壓裂廢水中的高分子聚合物降解或催化水解來實現(xiàn)（例如王彥偉、肖艷主編的《油田化學(xué)品生產(chǎn)與合成》（石油工業(yè)出版社）p39述及一些氧化劑如過硫酸鹽、過碳酸鹽、高錳酸鉀、叔丁基過氧化氫常作為田菁膠稠化劑等植物膠的破膠劑，而酶可作為聚糖類稠化劑的破膠劑），然而這些處理技術(shù)添加的藥劑量較大，處理成本較高，操作不方便，處理設(shè)備占用空間大，效率較低。因此開發(fā)有效的壓裂廢水破膠裝置及方法已成為一種現(xiàn)實需要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種油田壓裂廢水循環(huán)式電化學(xué)破膠裝置，包括反應(yīng)器、電解槽和直流電源；所述反應(yīng)器的下半部設(shè)有廢水進口和廢水出口，上半部設(shè)有溢流口（也即破膠液出口）和破膠液進口；所述電解槽的底部設(shè)有電解液進口，頂部設(shè)有電解液出口；所述反應(yīng)器和電解槽之間設(shè)有下循環(huán)管和上循環(huán)管，所述下循環(huán)管連接廢水出口和電解液進口，所述上循環(huán)管連接電解液出口和破膠液進口；所述電解槽與直流電源通過設(shè)于其間的導(dǎo)線電纜連接。
該裝置在通直流電的情況下，利用壓裂廢水中含有的氯化物等電解質(zhì)產(chǎn)生氧化性物質(zhì)，使得壓裂廢水中的高分子聚合物降解，實現(xiàn)壓裂廢水的破膠。并且，由于上述循環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，在運行時適當(dāng)控制廢水流量，即可在溢出口采出達到所需破膠要求的廢水。該處理技術(shù)克服了添加破膠劑帶來的藥劑量較大，處理成本較高，操作不方便，處理設(shè)備占用空間大，效率較低等缺點。
其中，在運行時，油田壓裂廢水從廢水進口進入反應(yīng)器，由下循環(huán)管將廢水導(dǎo)入電解槽底部，廢水經(jīng)電解槽電解后從頂部流出，再由上循環(huán)管導(dǎo)回反應(yīng)器，未達到破膠要求的廢水流向反應(yīng)器下半部繼續(xù)循環(huán)破膠，頂部合格的廢水從溢流口流出。在此過程中，由外部進入反應(yīng)器的廢水的流量和電解槽電解產(chǎn)生并上行的氣體推動著廢水在該裝置中的循環(huán)流動。
進一步，所述電解槽內(nèi)豎向地設(shè)置電極片。該過程中，廢水“路過”電極片被電解破膠，并隨后從電解槽頂部流走。
進一步，所述廢水進口所處的位置低于所述廢水出口所處的位置，且廢水進口和廢水出口相對設(shè)置。這樣的設(shè)置可以更好的沉積廢水中的雜質(zhì)（沉積物可以從下述反應(yīng)器底部的排污口和電解槽底部的排污口定期排出），然后再進入電解槽進行電解，避免或減少電解槽和管道的堵塞。
進一步，所述溢流口所處的位置高于所述破膠液進口所處的位置，且溢流口和破膠液進口相對設(shè)置。這樣的設(shè)置可以使廢水在充分達到破膠要求后再排出。
進一步，所述反應(yīng)器內(nèi)，在溢流口和破膠液進口之間設(shè)有過濾絲網(wǎng)或浮沫捕捉器。過濾絲網(wǎng)或浮沫捕捉器可以捕獲廢水自身帶有以及廢水電解過程中產(chǎn)生的浮沫，使溢流口排出的廢水更適合后續(xù)處理。
進一步，所述反應(yīng)器的頂部設(shè)有排氣口。該排氣口可以排出廢水自身含有或電解過程中產(chǎn)生的氣體。
進一步，所述反應(yīng)器的底部設(shè)有反應(yīng)器排污口，用于排出反應(yīng)器中沉積的污物。
進一步，所述電解槽的底部設(shè)有電解槽排污口，用于排出電解槽沉積的污物。更優(yōu)選地，所述電解槽排污口設(shè)于靠近電解液進口的下循環(huán)管上。
進一步所述反應(yīng)器輔助設(shè)有換熱器。換熱器可為多種已知的類型，使用換熱器可進一步提升破膠的效率。
本發(fā)明還提供一種油田壓裂廢水破膠的方法，其利用上述任一所述的油田壓裂廢水循環(huán)式電化學(xué)破膠裝置進行循環(huán)式電化學(xué)破膠。
附圖說明
圖1為本發(fā)明油田壓裂廢水循環(huán)式電化學(xué)破膠裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明另一種油田壓裂廢水循環(huán)式電化學(xué)破膠裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中溢流口和破膠液進口的相對位置以及廢水進口和廢水出口的相對位置與圖1的不同。
圖中標(biāo)號的含義如下：1為下循環(huán)管，2為反應(yīng)器，3為反應(yīng)器排污口，4為廢水進口，5為冷卻水進口，6為換熱器，7為冷卻水出口，8為溢流口，9為排氣口，10為上循環(huán)管，11為導(dǎo)線電纜，12為陰極接線柱，13為陽極接線柱，14為電極片，15為電解槽，16為電解槽排污口，17為直流電源，18為廢水出口，19為破膠液進口，20為電解液進口，21為電解液出口。
具體實施方式
以下通過具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明，但并不用于限制本發(fā)明。
本發(fā)明所述的油田壓裂廢水循環(huán)式電化學(xué)破膠裝置如圖1和圖2所示，包括一個電解槽15，電解槽內(nèi)有電極片14，電解槽15通過陰極接線柱12和陽極接線柱13上連接的導(dǎo)線電纜11與直流電源17相連接。電解槽15通過上循環(huán)管10和下循環(huán)管1與反應(yīng)器2相連，在下循環(huán)管1下部設(shè)有電解槽排污口16。反應(yīng)器2底部設(shè)有反應(yīng)器排污口3，頂部設(shè)有排氣口9，中下部設(shè)有廢水進口4，中上部設(shè)有溢流口8，反應(yīng)器2中部設(shè)換熱器6，換熱器6下部設(shè)冷卻水進口5，上部設(shè)冷卻水出口7。
所述反應(yīng)器2的形狀可以是具有底板和蓋板的箱，也可以是有上下封頭的圓筒。
所述電解槽15是無隔膜電解槽，其電極可以是單極式或復(fù)極式的，電極形狀可以是柱狀、筒狀或板狀的，電極涂層采用不倒極或可倒極的復(fù)合析氯電極配方（市售可得）。圖1和圖2中的電極是復(fù)極式的，電極形狀板狀，電極涂層采用可倒極的復(fù)合析氯電極配方。
經(jīng)過預(yù)處理除去機械雜質(zhì)的壓裂廢水以一定流量從廢水進口4進入反應(yīng)器2，再進入電解槽15，電解槽15接通直流電，在電解槽15中廢水含有的氯化鈉等電解質(zhì)在直流電作用下通過電解槽電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氧化性物質(zhì)使得壓裂廢水中的高分子聚合物充分降解，實現(xiàn)壓裂廢水的破膠。在該過程中，電解過程產(chǎn)生的氣體的提升作用將廢水通過上循環(huán)管10帶入反應(yīng)器2，氣液分離后氣體從排氣口9排出，廢水液體下行污垢沉積到反應(yīng)器底部定時從反應(yīng)器排污口3排出，廢水液體通過下循環(huán)管1進入電解槽15循環(huán)電解。一部分經(jīng)過電解破膠的廢水從溢流口8溢流而出。
在上述設(shè)備中，以流量1m3/h將除去機械雜質(zhì)的壓裂廢水（粘度60mpas）送入反應(yīng)器2進行電解破膠，循環(huán)30分鐘后，從溢流口排出的破膠液廢水的粘度小于5mpas。