砂岩地热水处理的多功能一体化过滤元件组合装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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、共用栗送动力、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。
[0009]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。
[0010]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:
[0011]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。
[0012]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?1MHz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。
[0013]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