CN216236165U - 用于页岩气废水脱盐预处理的重力驱动膜过滤系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于页岩气废水脱盐预处理的重力驱动膜过滤系统，涉及页岩气废水脱盐预处理技术领域。重力驱动膜过滤系统包括：恒位水池、重力驱动膜滤池和产水池，恒位水池的出水口与重力驱动膜滤池的进水口连通，恒位水池内部设有液位传感器；重力驱动膜滤池内具有低压膜组件；产水池包括产水溢流池和产水收集池，其中，产水溢流池与重力驱动膜滤池通过集水管道连通，产水溢流池的液面高度低于重力驱动膜滤池的液面高度；产水溢流池和产水收集池通过溢流板分隔开，且产水溢流池的液面高度高于产水收集池的液面高度。重力驱动膜过滤系统能够对页岩气废水进行有效的预处理，以提高页岩气废水的脱盐效果。

Description

用于页岩气废水脱盐预处理的重力驱动膜过滤系统

技术领域

本申请涉及页岩气废水脱盐预处理技术领域，具体而言，涉及一种用于页岩气废水脱盐预处理的重力驱动膜过滤系统。

背景技术

页岩气是油气开采领域增长最快的一种非常规天然气资源，水平井技术和水力压裂技术促进了世界范围内的页岩气革命。我国拥有世界上储量最丰富的页岩气资源，近年来我国页岩气勘探与开发处于迅速扩张阶段。然而，页岩气的开采导致了一系列环境问题，在整个开采过程中，每口水平井产生5200-34900m³的返排废水。页岩气废水成分复杂，含有大量的悬浮固体、阳离子、阴离子、有机物、天然放射性物质等，这对达标排放或回用产生了不利影响。此外，页岩气废水的流速变化较大，在最初的几天返排速率较高，可高达1000m³/d，随后随时间下降较快，一至两周后流量较稳定，介于2-8m³/d。页岩气废水的处理与处置日益受到页岩气开采区政府和人民的关注，成为工业废水处理及回用领域研究的难点和热点。

反渗透、纳滤、正渗透和膜蒸馏等膜法脱盐技术是处理页岩气废水的有效措施，适配的预处理是保障这些脱盐工艺持续稳定运行的关键问题。

实用新型内容

本申请实施例在于提供一种用于页岩气废水脱盐预处理的重力驱动膜过滤系统，重力驱动膜过滤系统能够对页岩气废水进行有效的预处理，以提高后续页岩气废水的脱盐效果。

本申请实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种用于页岩气废水脱盐预处理的重力驱动膜过滤系统，重力驱动膜过滤系统包括：

重力驱动膜滤池，重力驱动膜滤池内具有低压膜组件，用于过滤页岩气废水；

恒位水池，恒位水池的出水口与重力驱动膜滤池的进水口连通，用于向重力驱动膜滤池提供页岩气废水，恒位水池内部设有液位传感器以使得液位恒定；以及

产水池，产水池包括产水溢流池和产水收集池，其中，产水溢流池与重力驱动膜滤池通过集水管道连通，产水溢流池的液面高度低于重力驱动膜滤池的液面高度；产水溢流池和产水收集池通过溢流板分隔开，且产水溢流池的高度高于产水收集池的高度，以使得水能够从产水溢流池经溢流板进入产水收集池。

进一步地，重力驱动膜过滤系统还包括高位水池和提升泵，提升泵用于将页岩气废水输送至高位水池，高位水池的出水口与恒位水池的进水口连通，且高位水池的出水口在恒位水池的进水口之上。

进一步地，提升泵与高位水池之间通过废水输送管道连通，废水输送管道上具有进水阀。

进一步地，重力驱动膜过滤系统还包括真空泵，真空泵通过抽真空管道与集水管道连通，抽真空管道上设有抽真空阀。

进一步地，集水管道上设有产水阀和流量传感器。

进一步地，重力驱动膜过滤系统还包括吸附池，吸附池的进水口与恒位水池的出水口连通，吸附池的出水口与重力驱动膜滤池的进水口连通，吸附池中设有搅拌装置及用于向吸附池中投加吸附剂的投加管道。

进一步地，吸附池的出水口与重力驱动膜滤池的进水口通过连接管道连通，连接管道安装有进液阀。

进一步地，重力驱动膜滤池的底部设有膜池放空口，膜池放空口连接有膜池放空管道，膜池放空管道安装有膜池放空阀。

进一步地，低压膜组件中的低压膜中的膜孔径为0.01-0.45μm。

进一步地，低压膜组件中的低压膜为中空纤维膜或平板膜。

本申请实施例的有益效果包括：

页岩气废水在恒位水池中液位能够通过液位传感器的反馈调节来维持稳定，以源源不断地向重力驱动膜滤池提供页岩气废水，页岩气废水从恒位水池中进入重力驱动膜滤池后，在重力驱动作用下经低压膜的活性层进入支撑层，重力驱动膜滤池中低压膜的物理截留作用能够截留颗粒物、胶体、微生物和部分有机物，提高了后续脱盐工序的进水水质，运行一段时间后，低压膜表面形成了一层具有生物活性的滤饼层，该滤饼层能够降解和截留部分有机物，同时促进了低压膜渗透通量的稳定。经重力驱动膜滤池中的低压膜处理后的页岩气废水经过集水管道先进入产水溢流池，然后经过溢流板进入产水收集池，最后进入后续脱盐工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例的重力驱动膜过滤系统的结构示意图；

图2为本申请实施例1的低压膜过滤通量变化趋势图。

图标：10-重力驱动膜过滤系统；11-高位水池；111-进水阀；112-提升泵；12-恒位水池；121-液位传感器；13-吸附池；131-搅拌装置；132-投加管道；14-重力驱动膜滤池；141-低压膜组件；142-真空泵；143-抽真空阀；144-进液阀；15-产水池；151-产水溢流池；152-产水收集池；16-集水管道；161-产水阀；162-流量传感器；17-放空管道；171-膜池放空阀。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“高”、“低”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例提供一种重力驱动膜过滤系统10，其主要用于对页岩气废水进行脱盐预处理，提升水质品质，以提高页岩气废水的脱盐效果。

请参照图1，重力驱动膜过滤系统10包括恒位水池12、重力驱动膜滤池14以及产水池15。恒位水池12的出水口与重力驱动膜滤池14的进水口连通，用于向重力驱动膜滤池14提供页岩气废水。其中，恒位水池12内部设有液位传感器121，通过液位传感器121的反馈调节来维持恒位水池12的液位稳定，以源源不断地向重力驱动膜滤池14提供页岩气废水。

重力驱动膜滤池14内具有低压膜组件141，用于过滤页岩气废水。产水池15包括产水溢流池151和产水收集池152，其中，产水溢流池151与重力驱动膜滤池14通过集水管道16连通，产水溢流池151的液面高度低于重力驱动膜滤池14的液面高度。可选地，集水管道16的一端浸没在产水溢流池151的液面下。

其中，低压膜一般包括活性层和支撑层。页岩气废水从恒位水池12中进入重力驱动膜滤池14后，在重力驱动作用下经低压膜的活性层进入支撑层，重力驱动膜滤池14中低压膜的物理截留作用能够截留颗粒物、胶体、微生物和部分有机物，提高了后续脱盐工序的进水水质，运行一段时间后，低压膜表面形成了一层具有生物活性的滤饼层，该滤饼层能够降解和截留部分有机物，同时促进了低压膜渗透通量的稳定。

示例性地，集水管道16上设有产水阀161和流量传感器162。

通过产水阀161能够控制废水进入产水溢流池151，另外，重力驱动膜滤池14中的低压膜组件141的渗透通量通过集水管路上的流量传感器162和低压膜的膜面积计算获得。

低压膜组件141的驱动力为重力驱动膜滤池14与产水溢流池151的液面高度差h。本申请实施例中采用液位差(即过滤水头)进行过滤，具有运行成本低、便于维护、无需化学药剂的优点，很适合开采现场页岩气废水的实际运行。

示例性地，低压膜组件141的过滤水头为0.4～1.2m，例如为0.4m、0.6m、0.8m、1.0m或1.2m。

其中，低压膜组件141中的低压膜可以采用微滤膜或超滤膜，示例性地，低压膜的膜孔径为0.01-0.45μm。另外，低压膜可以是中空纤维膜，也可以是平板膜。另外，低压膜的材质为有机膜或无机膜；采用有机膜时材质为聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)或醋酸纤维素(CA)；采用无机膜时材质为氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氧化钛(TiO₂)、氧化硅(SiO₂)、碳化硅(SiC)、石墨烯(GO)、沸石或玻璃纤维。

产水溢流池151和产水收集池152通过溢流板分隔开，且产水溢流池151的高度高于产水收集池152的高度，以使得水能够从产水溢流池151经溢流板进入产水收集池152。

经重力驱动膜滤池14中的低压膜处理后的页岩气废水经过集水管道16先进入产水溢流池151，然后经过溢流板进入产水收集池152，最后进入后续脱盐工艺。

进一步地，在一些实施方案中，重力驱动膜过滤系统10还包括高位水池11和提升泵112，提升泵112用于将页岩气废水输送至高位水池11，高位水池11的出水口与恒位水池12的进水口连通，且高位水池11的出水口在恒位水池12的进水口之上。

页岩气废水经过提升泵112能够进入高位水池11，由于高位水池11的出水口在恒位水池12的进水口之上，则页岩气废水能够从高位水池11流入恒位水池12中。

可选地，提升泵112与高位水池11之间通过废水输送管道连通，废水输送管道上具有进水阀111。通过进水阀111能够控制页岩气废水进入高位水池11中。

进一步地，重力驱动膜过滤系统10还包括真空泵142，真空泵142通过抽真空管道与集水管道16连通，抽真空管道上设有抽真空阀143。

页岩气废水在重力驱动膜滤池14中进行过滤处理时，先启动真空泵142和抽真空阀143，排除集水管道16中的空气，将与低压膜组件141相连的集水管道16的部分充满水，然后关闭真空泵142和抽真空阀143，待滤水在重力驱动作用下经低压膜的活性层进行支撑层得到净化，然后经集水管道16进入产水溢流池151中。

可选地，重力驱动膜滤池14的底部设有膜池放空口，膜池放空口连接有膜池放空管道17，膜池放空管道17安装有膜池放空阀171。通过打开或关闭膜池放空阀171能够控制是否将重力驱动膜滤池14中的废水经膜池放空管道17排出。

进一步地，重力驱动膜过滤系统10还包括吸附池13，吸附池13的进水口与恒位水池12的出水口连通，吸附池13的出水口与重力驱动膜滤池14的进水口连通，吸附池13中设有搅拌装置131及用于向吸附池13中投加吸附剂的投加管道132。

通过投加管道132能够向吸附池13中投加吸附剂，从而对页岩气废水进行吸附处理，在搅拌装置131的搅拌作用下强化对页岩气废水中污染物的去除效果。需要说明的是，当不设置吸附池13中，也可以在重力驱动膜滤池14中投加吸附剂对废水进行吸附处理。

吸附剂具有吸附作用及生物降解作用，吸附剂的吸附作用能够去除水中的小分子有机污染物和造成脱盐膜结垢的多价离子，长时间运行中吸附剂作为生物载体，具有生物降解作用。

其中，吸附剂可以采用粉末态或颗粒态的活性沸石、活性炭、活性氧化铝或阴离子树脂。示例性地，吸附剂的平均粒径为80-5000μm。这些吸附剂价格低廉，方便易得，且贮存与管理方便，勿需做特别处理，合适工程应用。

示例性地，吸附池13中的粉末态活性沸石连续投加或一次性投加，连续投加时吸附剂浓度为50-500mg/L(进水体积)，一次性投加时浓度为5-100g/L(吸附池13容积)。

可选地，吸附池13的出水口与重力驱动膜滤池14的进水口通过连接管道连通，连接管道安装有进液阀144，能够控制吸附池13中的液体流向重力驱动膜滤池14。可选地，吸附池13的出水口位于重力驱动膜滤池14的进水口之上。

实施例1

本实施例提供一种重力驱动膜过滤系统10，其包括高位水池11、提升泵112、恒位水池12、吸附池13、重力驱动膜滤池14、真空泵142和产水池15。

高位水池11的出水口与恒位水池12的进水口连通，且高位水池11的出水口在恒位水池12的进水口之上，提升泵112与高位水池11之间通过废水输送管道连通，废水输送管道上具有进水阀111。吸附池13的进水口与恒位水池12的出水口连通，吸附池13的出水口与重力驱动膜滤池14的进水口连通，吸附池13中设有搅拌装置131及用于向吸附池13中投加吸附剂的投加管道132。

产水池15包括产水溢流池151和产水收集池152，其中，产水溢流池151与重力驱动膜滤池14通过集水管道16连通，集水管道16的一端浸没在产水溢流池151的液面下，集水管道16上设有产水阀161和流量传感器162，产水溢流池151的液面高度低于重力驱动膜滤池14的液面高度。真空泵142通过抽真空管道与集水管道16连通，抽真空管道上设有抽真空阀143。

产水溢流池151和产水收集池152通过溢流板分隔开，且产水溢流池151的高度高于产水收集池152的高度，以使得水能够从产水溢流池151经溢流板进入产水收集池152。

试验例

以四川盆地某页岩气井的废水为原水，吸附剂为沸石4A和沸石13X的混合物(1：1)，吸附剂经化学改性(2mol/L NaCl和2mol/L NaOH)后研磨成平均粒径约为82μm的粉末，采用一次性投加10g/L(吸附池13容积)的方式投加从投加管道132向吸附池13中投加吸附剂；低压膜采用PVDF材质的中空纤维膜，孔径为0.01μm；重力驱动膜滤池14与产水溢流池151液位之间的高差，即过滤水头为0.4m；控制以上参数，采用实施例1的重力驱动膜过滤系统10进行过滤，其试验结果为：废水的浑浊度由32.3降至0.12NTU，浑浊度去除率为99.6％，Ca²⁺和Mg²⁺去除率分别为77.9％和84.5％，出水15-min淤泥密度指数(SDI₁₅)＝2.2，满足纳滤、反渗透、正渗透等脱盐膜的进水要求；低压膜运行1个月后渗透通量达到稳定，大约3L/(m²·h)，如图2所示为4个多月的运行特性。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于页岩气废水脱盐预处理的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述重力驱动膜过滤系统包括：

重力驱动膜滤池，所述重力驱动膜滤池内具有低压膜组件，用于过滤页岩气废水；

恒位水池，所述恒位水池的出水口与所述重力驱动膜滤池的进水口连通，用于向所述重力驱动膜滤池提供页岩气废水，所述恒位水池内部设有液位传感器以使得液位恒定；以及

产水池，所述产水池包括产水溢流池和产水收集池，其中，所述产水溢流池与所述重力驱动膜滤池通过集水管道连通，所述产水溢流池的液面高度低于所述重力驱动膜滤池的液面高度；所述产水溢流池和所述产水收集池通过溢流板分隔开，且所述产水溢流池的液面高度高于所述产水收集池的液面高度，以使得水能够从所述产水溢流池经所述溢流板进入所述产水收集池。

2.根据权利要求1所述的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述重力驱动膜过滤系统还包括高位水池和提升泵，所述提升泵用于将页岩气废水输送至所述高位水池，所述高位水池的出水口与所述恒位水池的进水口连通，且所述高位水池的出水口在所述恒位水池的进水口之上。

3.根据权利要求2所述的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述提升泵与所述高位水池之间通过废水输送管道连通，所述废水输送管道上具有进水阀。

4.根据权利要求1～3任一项所述的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述重力驱动膜过滤系统还包括真空泵，所述真空泵通过抽真空管道与所述集水管道连通，所述抽真空管道上设有抽真空阀。

5.根据权利要求1～3任一项所述的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述集水管道上设有产水阀和流量传感器。

6.根据权利要求1～3任一项所述的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述重力驱动膜过滤系统还包括吸附池，所述吸附池的进水口与所述恒位水池的出水口连通，所述吸附池的出水口与所述重力驱动膜滤池的进水口连通，所述吸附池中设有搅拌装置及用于向所述吸附池中投加吸附剂的投加管道。

7.根据权利要求6所述的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述吸附池的出水口与所述重力驱动膜滤池的进水口通过连接管道连通，所述连接管道安装有进液阀。

8.根据权利要求1～3任一项所述的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述重力驱动膜滤池的底部设有膜池放空口，所述膜池放空口连接有膜池放空管道，所述膜池放空管道安装有膜池放空阀。

9.根据权利要求1～3任一项所述的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述低压膜组件中的低压膜中的膜孔径为0.01-0.45μm。

10.根据权利要求1～3任一项所述的重力驱动膜过滤系统，其特征在于，所述低压膜组件中的低压膜为中空纤维膜或平板膜。

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