技术领域
[0001] 本发明涉及生化监测技术领域，具体涉及一种含油污泥的预警装置和预警方法。
相关背景技术
[0002] 油田的开采和利用极大提升了国家的经济水平，但在开采和运输过程中也同样带来了严重的石油污染问题，其中影响最大、最难处理的就是石油开采过程中的含油污泥。现阶段，已经有较为成熟的含油污泥处置方法，但是末端治理的方式会造成资源浪费和成本提高等问题。在石油开采过程中对产生的含油污泥进行原位、实时监测可以有效提高含油污泥的处理效率，降低处理成本。但是由于含油污泥成分的复杂性和特殊性，目前尚缺少能够低成本、原位、在线监测含油污泥的方法。
[0003] 随着生物电化学技术的不断发展，依靠微生物的氧化还原过程可以实现对水体中污染物的快速预警，其预警原理主要通过微生物活性变化影响氧化还原反应进行，常见的预警对象包括重金属、有机物等。目前尚无能够用于含油污泥预警的生物电化学体系。
具体实施方式
[0028] 本发明提供了一种含油污泥的预警装置，包括污泥污水分离区以及与所述污泥污水分离区的出水口相连通的生物电化学预警区；
[0029] 所述生物电化学预警区包括壳体以及设置在所述壳体内部的钢网‑石墨结构阳极和钢网对电极；所述生物电化学预警区还包括设置在所述壳体外部的碳源补加罐和电势输出‑电信号采集多功能系统；
[0030] 所述碳源补加罐与所述壳体相连通；所述电势输出‑电信号采集多功能系统与所述钢网‑石墨结构阳极和钢网对电极电连接。
[0031] 本发明提供的预警装置包括污泥污水分离区。在本发明中，所述污泥污水分离区优选设置在石油开采区产泥段，用于进行泥水分离。在本发明中，所述污泥污水分离区优选为长方体构型；长优选为3～5m，宽优选为2～4m，高优选为0.5～1m；所述污泥污水分离区的壳体材质优选为亚克力。
[0032] 本发明提供的预警装置包括与所述污泥污水分离区的出水口相连通的生物电化学预警区。作为本发明的一个实施例，所述污泥污水分离区的出水口与所述生物电化学预警区之间还设置有第一潜水泵，用于控制污水通入生物电化学预警区的速度。
[0033] 在本发明中，所述生物电化学预警区包括壳体以及设置在所述壳体内部的钢网‑石墨结构阳极和钢网对电极。在本发明中，所述壳体优选为圆柱形结构；所述壳体的材质优选为亚克力，壁厚优选为2～5mm；所述壳体的内直径优选为1～1.5m，高优选为1～1.2m。
[0034] 在本发明中，所述钢网‑石墨结构阳极包括外包钢网以及填充在所述外包钢网内部的石墨颗粒。在本发明中，所述钢网‑石墨结构阳极优选为圆柱体；所述外包钢网的直径优选为0.1～0.2m，高优选为0.5～0.8m。在本发明中，所述石墨颗粒的粒径优选为1～2cm；所述石墨颗粒的填充量优选为500～1000g。本发明采用钢网‑石墨结构阳极，具有应用简单、实用，接触面积大，可操作性高的优点。
[0035] 在本发明中，所述钢网对电极的长优选为0.1～0.2m，高优选为0.5～0.8m。
[0036] 在本发明中，所述钢网‑石墨结构阳极和钢网对电极中的钢网的孔径优选为20目。
[0037] 在本发明中，所述钢网‑石墨结构阳极和钢网对电极的间距优选为0.3～0.5m。
[0038] 在本发明中，所述生物电化学预警区还包括设置在所述壳体外部的碳源补加罐和电势输出‑电信号采集多功能系统。在本发明中，所述碳源补加罐与所述壳体相连通。作为本发明的一个实施例，所述碳源补加罐与所述壳体之间还设置有第二潜水泵，用于控制碳源投加速度。本发明利用碳源补加罐向生物电化学预警区内补加碳源，辅助污水中微生物的富集和预警过程。
[0039] 在本发明中，所述电势输出‑电信号采集多功能系统与所述钢网‑石墨结构阳极和钢网对电极电连接，更优选为导线连接。本发明利用电势输出‑电信号采集多功能系统输出阳极‑对电极电势差，同时还可以采集电信号。
[0040] 本发明还提供了基于上述技术方案所述预警装置的含油污泥预警方法，包括以下步骤：
[0041] 将污泥污水通入污泥污水分离区，进行泥水分离，得到无油污水；
[0042] 将所述无油污水通入生物电化学预警区的壳体内，利用电势输出‑电信号采集多功能系统输出阳极‑对电极电势差，并采集初始电信号，利用碳源补加罐向壳体内投加碳源，构建生物电化学预警系统；
[0043] 待所述初始电信号稳定后，将待检测含油污泥通入污泥污水分离区，所述待检测含油污泥的油相进入所述生物电化学预警区的壳体内，继续投加碳源，利用电势输出‑电信号采集多功能系统采集实时电信号，与稳定后的初始电信号进行比较，若所述实时电信号与所述稳定后的初始电信号存在差值，则判定所述待检测含油污泥中含有油。
[0044] 本发明将污泥污水通入污泥污水分离区，进行泥水分离，得到无油污水。在本发明中，所述泥水分离的方法优选为静置沉淀；所述泥水分离的时间优选为1～2h。
[0045] 得到无油污水后，本发明将所述无油污水通入生物电化学预警区的壳体内，利用电势输出‑电信号采集多功能系统输出阳极‑对电极电势差，并采集初始电信号，利用碳源补加罐向壳体内投加碳源，构建生物电化学预警系统。本发明优选利用第一潜水泵将所述无油污水通入生物电化学预警区的壳体内。在本发明中，所述无油污水通入生物电化学预警区的壳体内的流速优选为5～15mL/min。在本发明中，所述阳极‑对电极电势差优选为0.6～0.8V。在本发明中，所述初始电信号优选为电流信号或电压信号，更优选为电流信号。在本发明中，所述碳源优选为乙酸钠溶液；所述乙酸钠溶液的溶剂优选为水；所述乙酸钠溶液的浓度优选为5g/L。在本发明中，所述碳源的投加速度优选为1～2mL/min；所述碳源与无油污水的体积比优选为1：2～5。
[0046] 待所述初始电信号稳定后，本发明将待检测含油污泥通入污泥污水分离区，所述待检测含油污泥的油相进入所述生物电化学预警区的壳体内，继续投加碳源，利用电势输出‑电信号采集多功能系统采集实时电信号，与稳定后的初始电信号进行比较，若所述实时电信号与所述稳定后的初始电信号存在差值，则判定所述待检测含油污泥中含有油。在本发明中，所述待检测含油污泥中油的含量优选为5wt％以上。
[0047] 在本发明中，所述待检测含油污泥通入污泥污水分离区后不进行静置沉淀，待检测含油污泥的油相扩散到无油污水中，进入所述生物电化学预警区的壳体内。在本发明中，所述待检测含油污泥的油相进入所述生物电化学预警区的壳体内的流速优选为5～15mL/min。在本发明中，所述碳源的投加速度优选为3～4mL/min。在本发明中，微生物富集后，消耗碳源速度提高，需要提高投加速度。
[0048] 在本发明中，所述实时电信号优选为电流信号或电压信号，更优选为电流信号。
[0049] 在本发明中，当所述实时电信号采集5min时，电信号波动值大于5％小于50％，则所述含油污泥中的含油量为5～20wt％；电信号波动值在50％以上时，则所述含油污泥中的含油量为50wt％以上。
[0050] 下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051] 实施例1含油量为5～20wt％的低油污泥污染预警
[0052] 1)污泥污水分离区构建
[0053] 污泥污水分离区设置在石油开采区产泥段，该区为长3m，宽2m，高0.5m的长方体构型，材质为亚克力，污泥经过时，静置沉淀2h后，泥水分离，开启第一潜水泵，以15mL/min的流速完成无油污水抽提过程，其结构如图1所示；
[0054] 2)生物电化学预警区构建
[0055] 将抽提的无油污水运送至生物电化学预警区，该区为底面直径1m，高1m的圆柱形结构，钢网‑石墨结构阳极的20目外包钢网为直径0.1m，高0.5m的圆柱形结构，所述外包钢网的内部填充直径为1cm的石墨颗粒，填充量为500g，钢网对电极的20目钢网长0.1m，高0.5m，钢网‑石墨结构阳极和钢网对电极电连接至电势输出‑电信号采集多功能系统上，其结构如图1所示，设置电极之间电势差为0.6V，采集电信号为电流，碳源补加罐内碳源为浓度5g/L的乙酸钠溶液，按照与无油污水1：5的体积比进行补加，在生物电化学预警系统构建时，补加速度为1mL/min，待电流信号稳定后，进行预警分析，此时电流信号如图2所示，电流平缓无任何大范围波动，说明污泥中不含油；在预警时，将低油污泥投入至污泥污水分离区，此时补加碳源速度调整为3mL/min，此时电流信号如图3所示，电流负向波动，说明低油污泥中含油且进入生物电化学预警区。
[0056] 实施例2含油量为50wt％以上的高油污泥污染预警
[0057] 1)污泥污水分离区构建
[0058] 污泥污水分离区设置在石油开采区产泥段，该区为长3m，宽2m，高0.5m的长方体构型，材质为亚克力，污泥经过时，静置沉淀2h后，泥水分离，开启第一潜水泵，以15mL/min的流速完成无油污水抽提过程，其结构如图1所示；
[0059] 2)生物电化学预警区构建
[0060] 将抽提的无油污水运送至生物电化学预警区，该区为底面直径1m，高1m的圆柱形结构，钢网‑石墨结构阳极的20目外包钢网为直径0.1m，高0.5m的圆柱形结构，所述外包钢网的内部填充直径为1cm的石墨颗粒，填充量为500g，钢网对电极的20目钢网长0.1m，高0.5m，钢网‑石墨结构阳极和钢网对电极电连接至电势输出‑电信号采集多功能系统上，其结构如图1所示，设置电极之间电势差为0.6V，采集电信号为电流，碳源补加罐内碳源为浓度5g/L的乙酸钠溶液，按照与无油污水1：5的体积比进行补加，在生物电化学预警系统构建时，补加速度为1mL/min，待电流信号稳定后，进行预警分析，此时电流信号如图2所示，电流平缓无任何大范围波动，说明污泥中不含油；在预警时，将高油污泥投入至污泥污水分离区，此时补加碳源速度调整为3mL/min，此时电流信号如图4所示，电流负向波动剧烈，说明高油污泥中含油且进入生物电化学预警区，其波动幅度与污泥中含油多少成正相关。
[0061] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
