CN205170582U - 砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置 - Google Patents

Abstract

一种砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置，由壳体，浆液口，超声波发生器接口，曝气口，膜组件支撑，膜组件，布液管，进液口，出液口，自动排气口，旋流子，中心管，汇液管，人孔，曝气管，超声波震板，支腿组成；其特征是：旋流、超声、平板微孔陶瓷膜，三种过滤元件有效和巧妙联接，满足功能和规范要求使用旋流、超声和陶瓷膜版的拦截，一体化实现地热水中溶解气和侵入气体的分离，在高浓度的氯离子环境中拦截对环境有害的固体颗粒物，新开发的折叠膜滤芯，超大的过滤面积，相同的过滤面积下，过滤器体积更小，对场地要求小，折叠膜滤芯的安装方便，对维护空间的要求大大降低，更适合用户的操作现场需求。

Description

砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置

技术领域

本发明用于地热勘探、地球化学、环保、等行业的分离，涉及一种脱气、除杂、除油一体化装置，尤其是一种针对砂岩地热尾水回灌系统应用、采用超声波附加旋流脱气、并耦合平板陶瓷膜过滤除杂、除油多功能一体化的装置及方法，具体说是一种砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置，属于过滤、分离技术创新领域。

背景技术

在地热能应用中，先将地热水通过生产井提升到地面，提取热能以后，再将尾水通过注入井回灌到地下原层位；将提取热能后的地热尾水回灌到地下，是为了保持地下水力平衡，更重要的是，防止矿化度较高的地热水排放到地表水中，引发环境污染，我国砂岩热储多为半固结状态，并与泥岩呈互层分布，在热能开采的外部激励条件下，不可避免地存在细颗粒物脱离地层的现场；砂岩地热尾水中除了含有盐分、胶体、颗粒、微生物外，输送利用过程中不可避免有空气及油分侵入，并溶解有很多其他气体，比如溶解氧、二氧化碳、氮气、甲烷、硫化氢、天然气等气体，导致处理设备腐蚀，甚至在砂岩回灌中产生悬浮物堵塞、生物化学堵塞、化学沉淀堵塞、气体堵塞、化学反应产生的粘粒膨胀和扩散堵塞以及水层砂粒重组造成的物理堵塞，因而在砂岩回灌前须实现待回灌地热尾水与固、油、气的多相分离处理，因而近年来国内开展了砂岩回灌地热尾水处理的诸多研究及形形色色的脱气、除杂、除油方法及装置。

目前已有的砂岩地热回灌尾水脱气、除杂、除油处理方法及装置都是独立的设备经系统集成，从而实现脱气、除杂与除油的功能，但现有技术存在以下缺点：通常采用单独的脱气设备、过滤除杂设备及过滤除油设备，综合运用作系统集成，通过多级处理来实现脱气、除杂、除油的功能，系统配置及设备投资高，工艺复杂，操作繁杂，占地空间大；过滤除杂通常采用砂滤、刮除式滤器及芯式滤器的组合过滤形式，通过逐级提高过滤精度的方式方可实现高精度过滤，砂滤只能实现粗过滤，易于透滤，反洗再生时间长、需水量大；刮除式滤器及有些芯式滤器可实现在线反洗再生，但在高精度过滤时过滤通量较低，处理大流量液体时需要庞大的过滤面积方可满足需求，且存在反洗操作时固体难以彻底剥离，反洗再生效果差的缺点；有些芯式滤器的滤芯不可实现再生，颗粒细、固含量高时，使用一段时间后的滤网或滤芯便产生不可再生的堵塞，须经常更换滤芯，导致成本增加。

过滤除油通常采用吸附除油的方式，采用核桃壳滤器或活性炭过滤器，填料的吸附性能随过滤的进行逐渐达到饱和，除油效率逐渐降低，吸附除油的效率受操作条件影响大，透滤严重，且反洗再生公用工程消耗大；过滤设备及过滤元件的材质应用，有其各自局限性；高温、酸性，碱性或有机溶剂的腐蚀性工况、尤其在氯离子腐蚀工况下，材质不能满足腐蚀及温度要求或设备投资高、过滤元件易于损耗，设备更换维护成本高。

发明内容

针对上述缺点和问题，本设计综合采用了旋流脱气、超声波脱气及陶瓷平板膜过滤技术于一身的一种砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置：旋流脱气是一种离心式分离技术，自1886年Marse的第一台旋粉圆锥形旋风分离器问世以来，旋流分离技术已广泛应用于石油、化工、食品、造纸等行业，随着旋流器应用的日益广泛，各种旋流分离技术及用于气一液分离的旋流脱气技术，已相继发展了比较完善的分离理论、设计方法和应用实践，从而具有广阔的使用前景，旋流脱气是在离心力的作用下利用两相间的密度差实现相间分离，分离实时快速，具有结构体积小、分离效率高的优点。

超声波脱气是超声化学的重要领域之一，超声波空化技术出现于20世纪初，应用十分广泛，在有机合成、聚合物降解、气溶胶的凝聚、乳化和分散以及干燥、萃取等领域都得到了广泛的应用。超生波脱气与常规的化学试剂脱气、减压脱气相比，具有能在常温常压条件下进行且对环境清洁、价格低廉等特点，是一种最有前景的脱气技术。

陶瓷膜是一种无机膜，多孔陶瓷构成骨架，无机膜涂在陶瓷表面，陶瓷滤板其主体成份采用优质刚玉、莫来石，长石，粘土等多种原料进行科学配方，经素烧、粉碎、分级、成形、制膜等工序，通过高温煅烧形成的一种立体网孔结构微滤膜；陶瓷膜元件具有机械强度高、耐酸、耐碱、耐高温、耐腐蚀性强、再生能力强、兼顾除杂与除油功能等特点。它既能高速过滤截留污染物，又能通过反冲洗将污染物洗净被反复使用，广泛用于冶金、电力、化工、医药等工业循环水处理系统，是目前国内外水处理系统非常先进的一种新型过滤设备，虽然陶瓷膜已经证明在工业污水净化系统、生活污水密闭循环净化水处理系统、饮用水深层处理等方面过滤效果极佳，但在砂岩地热尾水的回灌处理中尚未有应用。

为了避免上述技术中存在的缺点和不足之处，本发明的目的是要提供一种针对砂岩地热尾水回灌处理应用的、具有组合过滤元件的、兼具脱气/除杂/除油多功能的一种砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置，其采用旋流脱气耦合超声波震动脱气，并采用特殊的亲水疏油的平板陶瓷膜过滤元件，过滤除杂的同时除去水中油分，实现了结构一体化、功能一体化，简化工艺、提高了处理功效，具有结构紧凑、节省占地、节约设备成本、共用泵送动力、易于反洗再生、节约能耗、寿命长、操作维护方便等优点。改变了现有装置及方法中多级设备集成、工艺复杂，操作繁杂，系统配置及设备投资高，占地空间大，反洗再生公用工程消耗大或再生困难，寿命短及过滤元件更换频繁等缺点。

采用超声波在线同步清理膜板的方式，滤元外表面在超声波的振动清理下不易堵塞，压差小，压差上升慢；采用旋流子布液，进液由旋流子底部旋流排出，增加液体搅动，形成对陶瓷平板膜表面的冲刷，减少膜表面固体附着，实现膜表面实时在线清理；采用旋流子与陶瓷膜板式组件交错布置，旋流子下部插入膜组件布置空隙，降低设备高度，结构更紧凑；采用超声波脱气与旋流脱气一体化，在一个装置中两种方式脱气同时实现，脱气效率更高、更完全；陶瓷膜组件采用超声波振动清理、旋流布液冲刷清理、曝气管曝气清理一体化，在一个装置中实现三种清理方法：超声波波振动清理、旋流布液冲刷清理为在过滤过程中同时在线实施，膜组件不易被固体附着，减小压差，过滤寿命更长；曝气管曝气清理为在膜组件反洗过程中同步在线实施，膜组件清洗再生更彻底，脱气、除杂、除油一体化，采用特殊的结构形式，装置紧凑、工艺简化、操作简单，空间小、效率高。

组合过滤元件的多功能一体化的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

进液、初脱气：待处理液体由进液口进入壳体内，进而经布液管分配，分别供液给旋流子的多个组件；具有一定密度差的液-气两相混合物，以一定的入口速度和压力切向进入旋流子，气--液两相受重力和离心力的综合作用，边旋转边向旋流腔的锥段螺旋运动，进入圆锥段后内径逐渐缩小，液体旋转速度逐步加快，在元件腔内产生高速涡旋流场，涡流运动时液体径向压力不等，即中心附近压力最低，形成低压区，密度较小的气泡径向向压力较低的中心处流动，气泡不断聚合上升并最终从旋流子顶部的自动排气口10排出壳体；旋流腔边壁处的压力最高，密度较大的液体被驱向旋流子的边壁并向下从旋流子11的底部开口旋流排出。

过滤除杂、除油：经旋流子布液的初脱气液体自上而下、不断充注，最终充满壳体，液体在多组膜组件的过滤下，大分子的固体杂质及油分被膜分离层截留，固体杂质沉积于壳体的下封头内，油分逐渐缓慢上升并悬浮于壳体的上封头内，滤后液经汇液管及中心管的汇集输送，由出液口排出壳体；壳体中置于膜组件外侧的未滤液体，经初脱气后尚有未脱尽的气体，超声波震板在液体中产生高振动频率弹性波，其频率范围一般在20kHz~10MHz之间，液体中的微小泡核会在超声作用下被激活，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程，即所谓“超声空化”现象，利用高强度的超声波振动产生的空化气泡，在振荡压和定向扩散的作用下不断生长，大的气泡聚集和漂浮到液体表面崩溃，溶液中的气体被进一步脱除。

膜组件在线同步清理：膜组件外表面附着的固体杂质，在超声波震板的高频振动下不断剥离；同时，待处理液在进液过程中由旋流子底部旋流排出，增加液体搅动，形成对陶瓷平板膜外表面的冲刷清理，减少膜表面固体附着，实现过滤中膜表面实时在线同步清理；装置运行一段时间后，膜组件的内外差压达到使用上限，装置停止过滤，继而进行膜组件的反洗再生，滤后液由出液口倒灌反冲膜组件，进行液体反清洗同时由曝气口正向进气并经曝气管曝气，以气体搓洗清理清理膜组件外表面附着的固体；并且在反洗过程中，可以从出液口反向进气，以气体反吹、由内而外的清理膜组件上附着的固体。

与现有技术相比，针对回灌砂岩地热尾水的容杂特性，采用高精度的平板陶瓷膜过滤元件，其孔径规格为0.8nm~0.2μm不等，过滤精度更高，涵盖微滤、超滤甚至纳滤；针对回灌砂岩地热尾水的开采及回灌水量较大的特点，采用高过滤通量的平板陶瓷膜过滤元件，过滤面积为所有过滤板两侧的表面积之和，过滤面积大，过滤速度快，分离效率高，可达到99.5%甚至以上；针对回灌砂岩地热尾水的能效及环保效益，采用多层结构的平板陶瓷膜过滤元件，具有多孔支撑层、中间过渡层及膜分离层的三层结构，膜的机械强度高、耐磨性能好，使用寿命长，可达3~5年，不必经常更换，降低经济投入；极大减少更换滤元劳动，保证现场工作环境清洁环保；针对回灌砂岩地热尾水的容杂粒径特点，采用不对称结构的平板陶瓷膜过滤元件，整个陶瓷膜过滤元件的孔径分布由支撑层到膜分离层逐渐减小，过滤方式为表面过滤，大分子物质被膜分离层截留，小分子物质透过膜分离层更易流出不易堵塞，再生能力强。

针对回灌砂岩地热尾水的含油性，陶瓷膜元件采用亲水疏油型的膜材料，因陶瓷膜本身就是一个筛子，大于微米级的油滴被膜挡住而分离，且膜材料选择亲水疏油型，当油分子要通过微孔时，由于膜材料对油分子产生阻挡的范德瓦尔斯力，使油分子不能通过，被阻挡在膜外，从而实现油水分离；针对回灌砂岩地热尾水的腐蚀特性，采用耐腐蚀性强的平板陶瓷膜过滤元件，耐酸、耐碱、尤其耐氯离子腐蚀，能够应用于几乎所有腐蚀性工况，尤其应用于氯离子腐蚀的工况，耐蚀性更好，性价比更高；针对回灌砂岩地热尾水的高温特性，采用的陶瓷膜平板滤元，耐温性好，可满足高温工况的要求；针对砂岩地热尾水回灌时对气体脱除的严格要求，采用超声波脱气，在介质中产生弹性波，其频率范围在20kHz~10MHz之间，高振动频率的超声波振动产生空化气泡，在振荡压和定向扩散的作用下不断生长，大的气泡聚集和漂浮到液体表面崩溃，于是溶液中的气体被脱除。

超声脱气能够在常温常压条件下进行，对环境清洁、价格低廉；针对砂岩地热尾水回灌时对气体脱除的严格要求，同时采用旋流子旋流脱气，旋流子内的高速涡旋流场中心形成低压区，密度较小的气泡以径向向压力较低的中心处流动，气泡不断聚合上升从顶部排出，旋流场边壁处的压力最高，密度较大的液体被驱向边壁并向下从底部流出，旋流脱气是一种离心式分离技术，可实现实时快速分离，具有结构体积小、分离效率高的优点，采用超声波脱气与旋流脱气一体化的装置及方法，在一个装置中两种方法同时实现，脱气效率更高、更完全；对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，采用超声波在线同步清理膜板的方式，滤元外表面在超声波的振动清理下不易堵塞，压差小，压差上升慢。

针对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，同时采用旋流子布液，进液由旋流子底部旋流排出，增加液体搅动，形成对陶瓷平板膜表面的冲刷，减少膜表面固体附着，实现膜表面实时在线清理；针对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，并且采用曝气结构，在陶瓷平板膜组件下部设置曝气管，在膜板定期反洗时作正向曝气搓洗，膜板表面附着的固体清理更完全；

陶瓷膜组件采用超声振波清理、旋流布液冲刷清理。

曝气管曝气清理的一体化的装置及方法，在一个装置中实现三种清理方法：超声振波清理、旋流布液冲刷清理为过滤过程中同时在线实施，膜组件不易被固体附着，减小压差，过滤寿命更长；曝气管曝气清理为膜组件反洗过程中同步在线实施，膜组件清洗再生更彻底，采用旋流子与陶瓷膜板式组件交错布置，旋流子下部插入膜组件布置空隙，降低设备高度，结构更紧凑；采用自动排气阀排气，排气迅速及时，自动化程度高。

针对回灌砂岩地热尾水的腐蚀及含油、含气、携杂特性，采用旋流子、超声震子、无机陶瓷膜的组合式过滤元件，并采用特殊的结构形式，从而使该一体化装置不仅兼具脱气、除杂、除油的多种功能，并且装置结构紧凑、工艺简化、操作简单、空间小、效率高；采用气液固三相分离的多管式悬液分离机，将地热井开采上来的热水先经过固体，液体，气体三相的分离，将预处理放置在换热器之前，大大降低换热器的堵塞可能，与现有的砂岩地热尾水处理设备或系统，均是对回灌砂岩地热尾水进行脱气、除杂、除油的分离处理，目的是为了去除回灌砂岩地热尾水中的气体、过滤拦截固体杂质及油分，使滤后地热尾水符合回灌的环保指标、满足回灌或后续工艺的需要，从而避免因砂岩地热尾水的直接排放或含污回灌所导致的地热能源开发弊害，避免诸如热污染、水污染、土壤污染、放射性污染、地面沉降及诱发地震危害等，鉴于地热资源利用对促进生态文明建设具有重要意义，对城市治污减霾作用巨大，地热资源相关管理部门需要根据地热开发利用实际，制定流程简便、分工明确、监管有力的地热能开发利用项目管理办法，简化审批办法，提高行政效率，加强项目后续运行及环境保护监管，建立信息监测体系，完善设备检测认证制度等，在涉及地热资源应用政策制定、项目技术推广会商时，给予积极支持，同时，政府相关部门也应当大力支持地热资源技术应用，从政策、资金、技术推广等方面；对从事干热岩供热技术研发的企业加大支持力度，不断扩大市场份额，为节能减排、治污减霾发挥更大的作用。

本发明创新要点是：在国内首先采用气液固三相分离管式悬液分离器在地热水系统上，自动化过滤器采用塑料过滤滤芯，在耐氯离子腐蚀的情况下，改变了金属滤芯对金属的结垢清除难的问题，实现了有效的控制，提高了滤芯的使用寿命，本设计新开发的折叠膜滤芯，超大的过滤面积，相同的过滤面积下，过滤器体积更小，对场地要求小，折叠膜滤芯的安装方便，对维护空间的要求大大降低，更适合客户的操作现场需求，结构特点是：旋流、超声、平板微孔陶瓷膜三种过滤元件有效和巧妙联接，满足功能和规范要求（参考附图），方法特点是：使用旋流、超声和陶瓷膜版的拦截，一体化实现地热水中溶解气和侵入气体的分离，在高浓度的氯离子环境中拦截对环境有害的固体颗粒物。

技术方案

一种砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置，是由壳体1，浆液口2，超声波发生器接口3，曝气口4，膜组件支撑5，膜组件6，布液管7，进液口8，出液口9，自动排气口10，旋流子11，中心管12，汇液管13，人孔14，曝气管15，超声波震板16，支腿17组成；其特征在于：浆液口2、超声波发生器接口3、曝气口4、进液口8、出液口9、自动排气口10、人孔14、支腿17与壳体1焊接在壳体1外部，膜组件支撑5与壳体1焊接连接在壳体1内部，中心管12与汇液管13螺纹接口连接，中心管12与出液口9用法兰螺栓连接，布液管7与进液口8的内部接管焊接连接，旋流子11与布液管7的支管口法兰连接，曝气口4的内部接管与曝气管15焊接连接，超声波震板16的电缆经超声波发生器接口3穿出壳体1，采用经两侧法兰及压盖加压夹持的水密封件以密封，超声波震板16可经人孔14拆卸。

且膜组件6底部以螺钉穿孔固定在平行支撑梁架上，梁架两端随整体部件吊装压扣在壳体的膜组件支撑5上；布液管7在上封头内部与进液口8的壳体内部接管焊接连接，作为可拆卸组件的旋流子11沿布液管7外沿、与布液管7的支管口以法兰连接，旋流子11与膜组件6于平面空间上交错布置，且于立面空间上旋流子11高于膜组件6的位高；其曝气组件的连接特征在于:曝气口4的壳体内部接管与盘管式曝气管15以焊接或法兰连接，曝气管可以是固定式的，也可以是可拆卸式的；其超声波振板组件的连接特征在于:超声波震板16的电缆经超声波发生器接口3穿出壳体1，采用经两侧法兰及压盖加压夹持的水密密封件以密封，超声波震板16可经人孔14拆卸，或在设备整体维护时经由上封头开盖拆卸。上、下两层汇液管13均汇集至中心管12，集有气液固三相分离管式悬液分离器的功能。

旋流子11、超声波震板16、膜组件6三种过滤元件通过布液管7、中心管12，汇液管13以螺栓法兰互通联接，膜组件6为上下两层平板微孔陶瓷膜，满足功能和规范要求，以旋流子11、超声波震板16和膜组件6陶瓷平板膜的拦截，一体化实现地热水中溶解气和侵入气体的分离，膜组件6的滤后液排放口经软管螺纹口连接汇集在汇液管13上，膜组件6底部以螺钉穿孔固定在平行支撑梁架上，梁架两端随整体部件吊装压扣在壳体的膜组件支撑5上；布液管7在上封头内部与进液口8的壳体内部接管焊接连接，作为可拆卸组件的旋流子11沿布液管7外沿、与布液管7的支管口以法兰连接，其连接法兰位于盘管式布液管7的外缘及壳体上封头内部。

所述的旋流子11与膜组件6于平面空间上交错布置，且于立面空间上旋流子11高于膜组件6的位高；曝气口4的壳体内部接管与盘管式曝气管15以焊接或法兰连接，曝气管可以是固定式的，也可以是可拆卸式的；超声波震板16的电缆经超声波发生器接口穿出壳体1，采用经两侧法兰及压盖加压夹持的水密密封件以密封，超声波震板16可经人孔14拆卸，上、下两层汇液管13均汇集至中心管12，超声波震板16的电缆经超声波发生器接口穿出壳体1，采用经两侧法兰及压盖加压夹持的水密密封件以密封，超声波震板16可经人孔14拆卸，或在设备整体维护时经由上封头开盖拆卸。

壳体1包括上部封头、下部封头、筒体及设备法兰；浆液口2安装在装置底部，当过滤运行结束或反清洗运行时，供滤后浆液排放或清洗液排放之用；所述的超声波发生器接口3为一段~150mm长度的接管，超声波震板16的接线以穿壁连接的方式与超声波发生器3连接，超声波发生器3是超声波震板16的动力及控制源；所述的曝气口4为定压气体正向进口，反清洗运行时为陶瓷膜组件6的表面提供气搓清洗功能；所述的膜组件支撑5为上、下两层，两层支撑件5以一定角度沿壳体1内壁交错布置，互不干扰；所述的膜组件6为上、下两层，两层膜组件6围绕中心管12以圆周方向交错布置，膜组件6为亲水疏油陶瓷板式膜，提供液体除杂、除油的功能，且上下两层膜组件支撑结构为十字交错布置，以利于膜组件下落至壳体1底部。

所述的布液管7入口与进液口8相连接，出口与旋流子11进液口以螺栓法兰相连，布液管7提供并分布进液尾水给旋流子，布液管7为中空环形结构，中心管12从其环形中心穿过；所述的进液口8为装置的进口，输送待处理尾水至装置内；所述的出液口9与中心管12相连接，经膜组件6的陶瓷平板膜滤后除杂、除油的滤后尾水被中心管12最终汇集并经出液口9排出，出液口9同时作为清洗液进口及反吹气入口，实现装置的在线反洗，在线化学清洗、在线反吹清洗功能，所述的自动排气口10连接有自动排气阀，自动排气阀为浮球结构，当一体化装置的上部空间存在气体且达一定气量时，浮球下降，自动排气阀迅速自动开启排气，当排气结束，浮球受液体浮力而上升，自动排气阀关闭。

所述的旋流子11的主体结构由入口段、圆柱段旋流腔、锥段组成，锥段为单锥形式，具有一定密度差的液-气两相在离心力作用下，气泡不断聚合上升并最终从旋流子11的溢流口排出，液体被驱向旋流子边壁并向下从旋流子11的底部开口流出；所述的中心管12与膜组件6的汇液管13相连，将所有膜组的滤后液汇总并输送；所述的汇液管13与中心管12相连接，是单个膜组件6中的所有陶瓷膜板滤后液的汇集输送管，汇液管13为滤后液汇集支管，中心管12为滤后液汇集总管；所述的人孔14为装置检修孔；所述的曝气管15与曝气口4相连接，位于一体化装置下部、膜组件的下方，为上侧有多孔均布的盘管；所述的超声波震板16位于一体化装置下部、曝气管15的下方，为长方体形态，利用高强度的超声波振动产生空化气泡，在振荡压和定向扩散的作用下不断生长，大的气泡聚集和漂浮到液体表面崩溃，从溶液被脱除；所述的支腿17提供一体化装置的基础支撑，数量为3~4个。

针对回灌砂岩地热尾水的能效及环保效益，采用多层结构的平板陶瓷膜过滤元件，具有多孔支撑层、中间过渡层及膜分离层的三层结构，膜的机械强度高、耐磨性能好，使用寿命长，可达3~5年，不必经常更换，降低经济投入；极大减少更换滤元劳动，保证现场工作环境清洁环保；回灌砂岩地热尾水的容杂粒径特点，采用不对称结构的平板陶瓷膜过滤元件，整个陶瓷膜过滤元件的孔径分布由支撑层到膜分离层逐渐减小，过滤方式为表面过滤，大分子物质被膜分离层截留，小分子物质透过膜分离层更易流出不易堵塞，再生能力强。

针对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，同时采用旋流子布液，进液由旋流子底部旋流排出，增加液体搅动，形成对陶瓷平板膜表面的冲刷，减少膜表面固体附着，实现膜表面实时在线清理；针对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，并且采用曝气结构，在陶瓷平板膜组件下部设置曝气管，在膜板定期反洗时作正向曝气搓洗，膜板表面附着的固体清理更完全；

陶瓷膜组件采用超声振波清理、旋流布液冲刷清理、曝气管曝气清理的一体化的装置及方法，能够在一个装置中实现三种清理方法：即超声振波清理、旋流布液冲刷清理为过滤过程中同时在线实施，膜组件不易被固体附着，减小压差，过滤寿命更长；曝气管曝气清理为膜组件反洗过程中同步在线实施，膜组件的清洗再生更彻底，采用旋流子与陶瓷膜板式组件交错布置，旋流子下部插入膜组件布置空隙，降低设备高度，结构更紧凑；采用自动排气阀排气，排气迅速及时，自动化程度高。

针对回灌砂岩地热尾水的含油性，陶瓷膜元件采用亲水疏油型的膜材料，因陶瓷膜本身就是一个筛子，大于微米级的油滴被膜挡住而分离，且膜材料选择亲水疏油型，当油分子要通过微孔时，由于膜材料对油分子产生阻挡的范德瓦尔斯力，使油分子不能通过，被阻挡在膜外，从而实现油水分离；针对回灌砂岩地热尾水的腐蚀特性，采用耐腐蚀性强的平板陶瓷膜过滤元件，耐酸、耐碱、尤其耐氯离子腐蚀，能够应用于几乎所有腐蚀性工况，尤其应用于氯离子腐蚀的工况，耐蚀性更好，性价比更高；针对回灌砂岩地热尾水的高温特性，采用的陶瓷膜平板滤元，耐温性好，可满足高温工况的要求；针对砂岩地热尾水回灌时对气体脱除的严格要求，采用超声波脱气，在介质中产生弹性波，其频率范围在20kHz~10MHz之间，高振动频率的超声波振动产生空化气泡，在振荡压和定向扩散的作用下不断生长，大的气泡聚集和漂浮到液体表面崩溃，于是溶液中的气体被脱除，超声脱气能够在常温常压条件下进行，对环境清洁、价格低廉；针对砂岩地热尾水回灌时对气体脱除的严格要求，同时采用旋流子旋流脱气，旋流子内的高速涡旋流场中心形成低压区，密度较小的气泡以径向向压力较低的中心处流动，气泡不断聚合上升从顶部排出，旋流场边壁处的压力最高，密度较大的液体被驱向边壁并向下从底部流出，旋流脱气是一种离心式分离技术，可实现实时快速分离，具有结构体积小、分离效率高的优点，采用超声波脱气与旋流脱气一体化的装置及方法，在一个装置中两种方法同时实现，脱气效率更高、更完全；对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，采用超声波在线同步清理膜板的方式，滤元外表面在超声波的振动清理下不易堵塞，压差小，压差上升慢。

针对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，同时采用旋流子布液，进液由旋流子底部旋流排出，增加液体搅动，形成对陶瓷平板膜表面的冲刷，减少膜表面固体附着，实现膜表面实时在线清理；针对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，并且采用曝气结构，在陶瓷平板膜组件下部设置曝气管，在膜板定期反洗时作正向曝气搓洗，膜板表面附着的固体清理更完全；

陶瓷膜组件采用超声振波清理、旋流布液冲刷清理、曝气管曝气清理的一体化的装置及方法，在一个装置中实现三种清理方法：超声振波清理、旋流布液冲刷清理为过滤过程中同时在线实施，膜组件不易被固体附着，减小压差，过滤寿命更长；曝气管曝气清理为膜组件反洗过程中同步在线实施，膜组件清洗再生更彻底，采用旋流子与陶瓷膜板式组件交错布置，旋流子下部插入膜组件布置空隙，降低设备高度，结构更紧凑；采用自动排气阀排气，排气迅速及时，自动化程度高。

针对回灌砂岩地热尾水的腐蚀及含油、含气、携杂特性，采用旋流子、超声震子、无机陶瓷膜的组合式过滤元件，并采用特殊的结构形式，从而使该一体化装置不仅兼具脱气、除杂、除油的多种功能，并且装置结构紧凑、工艺简化、操作简单、空间小、效率高；采用气液固三相分离的多管式悬液分离机，将地热井开采上来的热水先经过固体，液体，气体三相的分离，将预处理放置在换热器之前，大大降低换热器的堵塞可能；针对回灌砂岩地热尾水的容杂特性，采用高精度的平板陶瓷膜过滤元件，其孔径规格为0.8nm~0.2μm不等，过滤精度更高，涵盖微滤、超滤甚至纳滤；针对回灌砂岩地热尾水的开采及回灌水量较大的特点，采用高过滤通量的平板陶瓷膜过滤元件，过滤面积为所有过滤板两侧的表面积之和，过滤面积大，过滤速度快，分离效率高，可达到99.5%甚至以上；针对回灌砂岩地热尾水的能效及环保效益，采用多层结构的平板陶瓷膜过滤元件，具有多孔支撑层、中间过渡层及膜分离层的三层结构，膜的机械强度高、耐磨性能好，使用寿命长，可达3~5年，不必经常更换，降低经济投入；极大减少更换滤元劳动，保证现场工作环境清洁环保。

回灌砂岩地热尾水的容杂粒径特点，采用不对称结构的平板陶瓷膜过滤元件，整个陶瓷膜过滤元件的孔径分布由支撑层到膜分离层逐渐减小，过滤方式为表面过滤，大分子物质被膜分离层截留，小分子物质透过膜分离层更易流出不易堵塞，再生能力强，在一个装置中实现三种清理方法：超声振波清理、旋流布液冲刷清理为过滤过程中同时在线实施，膜组件不易被固体附着，减小压差，过滤寿命更长；曝气管曝气清理为膜组件反洗过程中同步在线实施，膜组件清洗再生更彻底，采用旋流子与陶瓷膜板式组件交错布置，旋流子下部插入膜组件布置空隙，降低设备高度，结构更紧凑；采用自动排气阀排气，排气迅速及时，自动化程度高。

该地热系统的过滤工艺说明：从地热井抽送的的热水输送到管式悬液分离器进行气液固三相分离，管式悬液分离器将地热水中的25um以上的固体泥沙、25um以下的细小颗粒，气体等进行三相分离后，进入高效换热器，进行热能的交换，地热水温度降低后进行自动过滤机组，进行第二次过滤分离，其中由于温度的降低，地热水会有结垢物的析出，自动化过滤器的过滤需过滤析出物，终端过滤器是保安过滤器，在自动过滤器失效的情况下保证过滤结果。

有益效果是：在国内首先采用气液固三相分离管式悬液分离器在地热水系统上，自动化过滤器采用塑料过滤滤芯，在耐氯离子腐蚀的情况下，改变了金属滤芯对金属的结垢清除难的问题，实现了有效的控制，提高了滤芯的使用寿命，新开发的折叠膜滤芯，超大的过滤面积，相同的过滤面积下，过滤器体积更小，对场地要求小，折叠膜滤芯的安装方便，对维护空间的要求大大降低，更适合客户的操作现场需求，选用的三相分离机，从源头上解决了筛分了固体颗粒，提高预处理工位的处理能力，降低了自动过滤器的过滤负荷；可延长自动过滤器的工作周期，减少系统停车次数，提高设备的有效使用时间，明显提高经济效益；气液固三相分离的多管式悬液分离机，将地热井开采上来的热水先经过固体，液体，气体三相的分离，大大降低了换热器的堵塞的现象，与其它在用工艺装置相比，大大减少了终端过滤器滤芯的更换次数，降低了生产成本；可大幅降低操作工的劳动强度；提高了设备安全性。

附图说明

附图1是：装置组件示意图；

附图2是：组件布置俯视示意图；

图解：壳体1，浆液口2，超声波发生器接口3，曝气口4，膜组件支撑5，膜组件6，布液管7，进液口8，出液口9，自动排气口10，旋流子11，中心管12，汇液管13，人孔14，曝气管15，超声波震板16，支腿17。

具体实施方式

实施例一：

将旋流子11、超声波震板16、膜组件6三种过滤元件通过布液管7、中心管12，汇液管13以螺栓法兰互通联接，以旋流子11、超声波震板16和膜组件6拦截地热水中溶解气和侵入气体，膜组件6的滤后液排放口经软管螺纹口连接汇集在汇液管13上，布液管7上封头内部与进液口8接管焊接连接，旋流子11沿布液管7外沿与布液管7以法兰连接，其连接的法兰位于布液管7的外缘及壳体1上封头内部，旋流子11与膜组件6于平面空间上交错布置，且于立面空间上旋流子11高于膜组件6的位高；曝气口4的壳体内部接管与盘管式曝气管15以焊接或法兰连接，超声波震板16的电缆经超声波发生器接口3穿出壳体1，超声波震板16可经人孔14拆卸，上下两层汇液管13均汇集至中心管12，壳体1包括有上部封头、下部封头、筒体及设备法兰；浆液口2安装在装置底部，所述的超声波发生器接口3为一段~150mm长度的接管，超声波振板16的接线与超声波发生器3连接，超声波发生器3是超声波震板16的动力及控制源；所述的曝气口4为定压气体正向进口，反清洗运行时为陶瓷膜组件6的表面提供气搓清洗功能；膜组件支撑5为上、下两层，两层膜组件支撑5以一定角度沿壳体1内壁交错布置，互不干扰；所述的膜组件6为上、下两层，两层膜组件6围绕中心管12以圆周方向交错布置，上下两层膜组件支撑5的结构为十字交错布置，以利于膜组件6下落至壳体1底部。

布液管7入口与进液口8相连接，布液管7提供并分布进液尾水给旋流子11，布液管7为中空环形结构，中心管12从其环形中心穿过；所述的进液口8为装置的进口，输送待处理尾水至装置内；所述的出液口9与中心管12相连接，经膜组件6除杂除油的滤后尾水被中心管12汇集并经出液口9排出，出液口9同时作为清洗液进口及反吹气入口，所述的中心管12与膜组件6的汇液管13相连，汇液管13与中心管12相连接，是膜组件6中的所有陶瓷膜板滤后液的汇集输送管，汇液管13为滤后液汇集支管，中心管12为滤后液汇集总管；所述的人孔14为装置检修孔；所述的曝气管15与曝气口4相连接，位于一体化装置下部膜组件6的下方，所述的超声波震板16位于一体化装置下部曝气管15的下方，为长方体形态，所述的支腿17提供一体化装置的基础支撑，数量为3~4个。

实施例二：

本设计采用超声波在线同步清理膜板的方式，滤元外表面在超声波的振动清理下不易堵塞，压差小，压差上升慢；采用旋流子11布液，进液由旋流子11的底部旋流排出，增加液体搅动，形成对陶瓷平板膜表面的冲刷，减少膜表面固体附着，实现膜表面实时在线清理；旋流子11与组件6陶瓷膜板式膜交错布置，旋流子11下部插入膜组件6的布置空隙，降低设备高度，使结构更紧凑；超声波脱气与旋流脱气一体化，在一个装置中同时实现两种方式脱气，脱气效率更高、更完全；陶瓷膜组件采用超声波振动清理、旋流布液冲刷清理、曝气管曝气清理一体化，在一个装置中实现三种清理方法：超声波波振动清理、旋流布液冲刷清理为在过滤过程中同时在线实施，膜组件不易被固体附着，减小压差，过滤寿命更长；曝气管曝气清理为在膜组件反洗过程中同步在线实施，膜组件清洗再生更彻底；脱气、除杂、除油一体化采用特殊的结构形式，装置紧凑、工艺简化、操作简单，空间小、效率高。

组合过滤元件的多功能一体化的工作包括以下步骤：

A、进液、初脱气：待处理液体由进液口8进入壳体1内，进而经布液管7分配，分别供液给旋流子11的多个组件；具有一定密度差的液-气两相混合物，以一定的入口速度和压力切向进入旋流子，气一液两相受重力和离心力的综合作用，边旋转边向旋流腔的锥段螺旋运动，进入圆锥段后内径逐渐缩小，液体旋转速度逐步加快，在元件腔内产生高速涡旋流场，涡流运动时液体径向压力不等，即中心附近压力最低，形成低压区，密度较小的气泡径向向压力较低的中心处流动，气泡不断聚合上升并最终从旋流子顶部的自动排气口10排出壳体1；旋流腔边壁处的压力最高，密度较大的液体被驱向旋流子11的边壁并向下从旋流子11的底部开口旋流排出；

B、过滤除杂、除油：经旋流子11布液的初脱气液体自上而下、不断充注，最终充满壳体1，液体在多组膜组件6的过滤下，大分子的固体杂质及油分被膜分离层截留，固体杂质沉积于壳体1的下封头内，油分逐渐缓慢上升并悬浮于壳体1的上封头内，滤后液经汇液管13及中心管12的汇集输送，由出液口9排出壳体1；

C、超声波辅助脱气：

壳体1中置于膜组件6外侧的未滤液体，经初脱气后尚有未脱尽的气体，超声波震板16在液体中产生高振动频率弹性波，其频率范围一般在20kHz~10MHz之间，液体中的微小泡核会在超声作用下被激活，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程，即所谓“超声空化”现象，利用高强度的超声波振动产生的空化气泡，在振荡压和定向扩散的作用下不断生长，大的气泡聚集和漂浮到液体表面崩溃，溶液中的气体被进一步脱除；

D、膜组件在线同步清理：

膜组件6外表面附着的固体杂质，在超声波震板16的高频振动下不断剥离；同时，待处理液在进液过程中由旋流子11底部旋流排出，增加液体搅动，形成对陶瓷平板膜6外表面的冲刷清理，减少膜表面固体附着，实现过滤中膜表面实时在线同步清理；

E、浆液排放、膜组件再生：

装置运行一段时间后，膜组件6的内外差压达到使用上限，装置停止过滤，继而进行膜组件6的反洗再生。滤后液由出液口9倒灌反冲膜组件6，进行液体反清洗；同时，由曝气口4正向进气并经曝气管15曝气，以气体搓洗清理清理膜组件6外表面附着的固体；并且在反洗过程中，可以从出液口9反向进气，以气体反吹、由内而外的清理膜组件6上附着的固体。

针对回灌砂岩地热尾水的含油性，陶瓷膜元件采用亲水疏油型的膜材料，因陶瓷膜本身就是一个筛子，大于微米级的油滴被膜挡住而分离，且膜材料选择亲水疏油型，当油分子要通过微孔时，由于膜材料对油分子产生阻挡的范德瓦尔斯力，使油分子不能通过，被阻挡在膜外，从而实现油水分离；针对回灌砂岩地热尾水的腐蚀特性，采用耐腐蚀性强的平板陶瓷膜过滤元件，耐酸、耐碱、尤其耐氯离子腐蚀，能够应用于几乎所有腐蚀性工况，尤其应用于氯离子腐蚀的工况，耐蚀性更好，性价比更高；针对回灌砂岩地热尾水的高温特性，采用的陶瓷膜平板滤元，耐温性好，可满足高温工况的要求；针对砂岩地热尾水回灌时对气体脱除的严格要求，采用超声波脱气，在介质中产生弹性波，其频率范围在20kHz~10MHz之间，高振动频率的超声波振动产生空化气泡，在振荡压和定向扩散的作用下不断生长，大的气泡聚集和漂浮到液体表面崩溃，于是溶液中的气体被脱除，超声脱气能够在常温常压条件下进行，对环境清洁、价格低廉；针对砂岩地热尾水回灌时对气体脱除的严格要求，同时采用旋流子旋流脱气，旋流子内的高速涡旋流场中心形成低压区，密度较小的气泡以径向向压力较低的中心处流动，气泡不断聚合上升从顶部排出，旋流场边壁处的压力最高，密度较大的液体被驱向边壁并向下从底部流出，旋流脱气是一种离心式分离技术，可实现实时快速分离，具有结构体积小、分离效率高的优点，采用超声波脱气与旋流脱气一体化的装置及方法，在一个装置中两种方法同时实现，脱气效率更高、更完全；对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，采用超声波在线同步清理膜板的方式，滤元外表面在超声波的振动清理下不易堵塞，压差小，压差上升慢。

针对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，同时采用旋流子布液，进液由旋流子底部旋流排出，增加液体搅动，形成对陶瓷平板膜表面的冲刷，减少膜表面固体附着，实现膜表面实时在线清理；针对砂岩地热尾水回灌处理的长周期运行要求，并且采用曝气结构，在陶瓷平板膜组件下部设置曝气管，在膜板定期反洗时作正向曝气搓洗，膜板表面附着的固体清理更完全；

陶瓷膜组件采用超声振波清理、旋流布液冲刷清理、曝气管曝气清理的一体化的装置及方法，在一个装置中实现三种清理方法：超声振波清理、旋流布液冲刷清理为过滤过程中同时在线实施，膜组件不易被固体附着，减小压差，过滤寿命更长；曝气管曝气清理为膜组件反洗过程中同步在线实施，膜组件清洗再生更彻底，采用旋流子与陶瓷膜板式组件交错布置，旋流子下部插入膜组件布置空隙，降低设备高度，结构更紧凑；采用自动排气阀排气，排气迅速及时，自动化程度高。

针对回灌砂岩地热尾水的腐蚀及含油、含气、携杂特性，采用旋流子、超声震子、无机陶瓷膜的组合式过滤元件，并采用特殊的结构形式，从而使该一体化装置不仅兼具脱气、除杂、除油的多种功能，并且装置结构紧凑、工艺简化、操作简单、空间小、效率高；采用气液固三相分离的多管式悬液分离机，将地热井开采上来的热水先经过固体，液体，气体三相的分离，将预处理放置在换热器之前，大大降低换热器的堵塞可能；本工艺与现有的工艺相比，选用的三相分离机，从源头上解决了筛分了固体颗粒，提高预处理工位的处理能力，降低了自动过滤器的过滤负荷；可延长自动过滤器的工作周期，减少系统停车次数，提高设备的有效使用时间，明显提高经济效益；本专利工艺与原工艺相比，大大减少了终端过滤器滤芯的更换次数，降低了生产成本；可大幅降低操作工的劳动强度；提高了设备安全性。

最后声明

本砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置，具有结构简单，制作成本低廉，过滤分离效率高等特点；是砂岩地热水处理系统家族中的创新产品，本行业的技术人员可以通过授权的公开文件得知其工艺方法，完全能够理解与复制，本案不受上述实施例范围的限制，上述实施例和说明书中描述的；只是说明本设计部分的结构原理，在不脱离本设计的精神和范围的前提下，还将会有各种变化和改进，例如在不需改变砂岩地热水处理结构的情况下延长寿命，有效增加用户产品产能，减少附件、设备维护成本等，这些变化和改进都应落入本要求保护的设计范围内，本案要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界。

Claims (2)

1.一种砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置，是由壳体（1），浆液口（2），超声波发生器接口（3），曝气口（4），膜组件支撑（5），膜组件（6），布液管（7），进液口（8），出液口（9），自动排气口（10），旋流子（11），中心管（12），汇液管（13），人孔（14），曝气管（15），超声波震板（16），支腿（17）组成；其特征在于：浆液口（2）、超声波发生器接口（3）、曝气口（4）、进液口（8）、出液口（9）、自动排气口（10）、人孔（14）、支腿（17）与壳体（1）焊接在壳体（1）外部，膜组件支撑（5）与壳体（1）焊接连接在壳体（1）内部，中心管（12）与汇液管（13）螺纹接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置，其特征在于:中心管（12）与出液口（9）用法兰螺栓连接，布液管（7）与进液口（8）的内部接管焊接连接，旋流子（11）与布液管（7）的支管口法兰连接，曝气口（4）的内部接管与曝气管（15）焊接连接，超声波震板（16）的电缆经超声波发生器接口（3）穿出壳体（1），采用经两侧法兰及压盖加压夹持的水密封件，超声波震板（16）可经人孔（14）拆卸。