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新疆克拉玛依油田回注水硫酸盐还原菌(SRB)与腐生菌(TGB)超标,已带来油田注水管线与设备严重腐蚀,而长期使用杀菌剂已使细菌产生抗药性,杀菌效果差,杀菌成本很高,开发高效低成本的新型杀菌技术显得尤为重要。
本文开发了形稳阳极催化电解杀菌技术,进行了克拉玛依油田回注水直接电解杀菌研究。在实验室静态实验的基础上,进行了现场放大实验研究,获得了理想的杀菌效果并大幅度降低杀菌成本。主要研究内容与结论有:
(1)采用热分解氧化法制备形稳阳极,研制实验室杀菌器与现场杀菌器。考察了杀菌器的各种参数的影响,包括处理量、仪器尺寸、电极形状、电极面积、极板间距以及电压、电流、功率、效率、能耗等。
(2)检测油田回注水水质指标,并进行电化学分析与电解原理的验证。结果表明新疆油田回注水具有高电导率、高氯离子含量的特点,电解杀菌具有应用可行性。
(3)电解产生杀菌活性成分主要是有效氯,电解杀菌效果取决于电解所产生的有效氯浓度,有效氯浓度与电解时间呈线性关系。电解产生30~60mg/L有效氯,SRB,TGB的杀菌率可达99~100%。其杀菌效果优于同样活性浓度的次氯酸钠,电解杀菌效果好。
(4)电解杀菌器的杀菌效果与成本的影响因素如下:第一为氯离子浓度,是决定杀菌的关键因素;第二为电极材料催化性能,本文研制的形稳阳极达到次氯酸钠发生器国标A级经济技术指标;第三为电解条件,包括电极间距,电解时间,电解电压,电流密度,处理量等;第四为水质指标,包括油、悬浮物、透光率,铁、硫化物,pH值等,水质好则杀菌效果好。
(5)实验室杀菌器静态杀菌的最佳工作条件:单极电压为4.8V,电流密度为25mA/cm2,杀菌时间为1min,电解能耗为0.28kWh/m3,杀菌率为99.9-100%。现场杀菌器的最佳电解条件:槽电压为6.4V,处理量为1m3/h,杀菌能耗为0.28~0.36kW·h/m3。催化电解杀菌技术的理论成本约为0.1元/m3,实际应用成本为0.2~0.3元/m3,相比与常用杀菌剂平均成本0.5元/m3,每年可节约2/5的杀菌成本。
(6)考察催化电解过程对油田水质的影响。表现在除铁除硫作用,使悬浮物颗粒凝聚易于沉降过滤,降解有机物增加透光率,电气浮作用除油等。同时还有负作用,表现在结垢及腐蚀作用增强、悬浮物的含量增加。
(7)催化电解杀菌机理有三个方面:主要是电解过程产生有效氯、其次是电解过程产生活性氧,再次是电场作用机理。实验表明,有效氯在三个方面机理中起决定性作用,本文主要研究了电解产生有效氯的杀菌机理。
(8)研究工艺流程及解决电解杀菌器运行中出现的问题:排气问题,旁路控制问题,电极污染问题的污染程度与解决方法。