一种用于页岩气返排液处理的可移动重力驱动膜过滤设备

本技术属于页岩气返排液过滤处理设备领域，涉及一种用于页岩气返排液处理的可移动重力驱动膜过滤设备，具体可应用于野外页岩气开采现场返排液池中返排液的快速过滤处理和回收利用。

背景技术：

1、页岩气，作为一种清洁、低碳的非常规天然气资源，在世界范围内备受关注。中国拥有丰富的页岩气储量，位居全球领先地位。水平钻井和水力压裂技术的成功应用，彻底改变了页岩气开采的格局，使得曾经难以开采的页岩气资源变得可行。然而，与此同时，这项技术的广泛应用也引发了一个严重的环境问题，即页岩气开采所产生的返排液，带来了严重的水环境问题，形成了新的挑战。

2、在页岩气的开采过程中，大量的淡水资源被消耗，每口井可能需要2～5万吨的淡水供应。同时，每口井产生的返排液达1～2万吨。目前，经过发明人调研，返排液主要储存在开采现场临时挖掘的大型混凝土地下池子里，该池子底部通常距离地面有3～6米深，并将产生的返排液灌入池子中。这些返排液具有高浊度、高盐度(一般盐度大于3％)、中高浓度的有机物等特征。这些特性使得页岩气返排液具有巨大的环境污染潜力，成为制约页岩气开采绿色化、规模化和高效化的关键问题。有效处理和回用页岩气返排液具有重要的环保和经济价值。这不仅有助于减轻淡水资源的压力，还能够减少环境污染和解决返排液的废弃问题。更重要的是，经过有效处理的返排液可以成为可持续的水生态系统的一部分，为页岩气开采提供可持续的水资源。

3、大量的研究已经证明，如果不对页岩气返排液中进行有效处理，直接回用这些返排液将严重降低新配置的压裂液的质量，甚至可能损坏相关设备并导致页岩气产量的下降。因此，目前公认必须对返排液进行有效的处理，这将确保整个页岩气开采过程更加高效、环保、可持续。

4、但是目前针对返排液的处理，通常直接仿照工业废水的过滤处理进行立项建设，这无形中大幅提高了返排液的处理成本，例如中国发明专利申请“一种用于返排液处理的介质过滤设备”(cn115501678a，重庆页岩气勘探开发有限责任公司)中采用了工业废水中常见的处理罐方式进行过滤处理，显然需要对应的建设成本。还有一些关于页岩气返排液处理的专利技术中，将返排液集中于地面之上的储水装置中，显然也不符合当前页岩气开采会产生大量返排液的常规工程设置；也有一些专利技术中，通过多级过滤处理或多种处理方式结合以确保返排液的充分处理效果，但这也明显需要耗费大量的成本。

技术实现思路

1、为了针对现有技术中存在的成本过高问题，本实用新型提供了一种用于页岩气返排液处理的可移动重力驱动膜过滤设备。

2、为实现上述目的，本实用新型是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。

3、本实用新型提供了一种用于页岩气返排液处理的可移动重力驱动膜过滤设备，主要是由重力驱动膜组件、超声板组件、可移动基座和电源构成；

4、所述可移动基座由基座底板件及垂直设置于基座底板件上的提杆构成；

5、所述重力驱动膜组件是由中空纤维帘式膜组件和膜吊挂固定件构成，膜吊挂固定件固定设置于提杆上，所述中空纤维帘式膜组件的一端吊挂固定于膜吊挂固定件，另一端固定于基座底板件上，使得中空纤维帘式膜组件能够保持固定下垂竖直的状态；

6、所述超声板组件由超声板和超声板固定件构成，超声板固定件固定设置于提杆上，所述超声板固定于超声板固定件上且板面朝向于中空纤维帘式膜组件的中空纤维膜部分；

7、所述电源与超声板之间通过电线连接以供给超声板。

8、在本文中，所述中空纤维帘式膜组件为市售符合gb/t 25279-2010的中空纤维帘式膜组件，为保障中空纤维帘式膜组件的过滤效果，其中空纤维膜部分应选择为聚氯乙烯、聚砜或聚偏氯乙烯材质，采用常规外压式布设，膜丝长度为80～120厘米，膜孔径为0.01～0.03微米，单套中空纤维帘式膜组件的膜面积为5～10平方米。

9、在本文中，所述中空纤维帘式膜组件为市售符合gb/t 25279-2010的中空纤维帘式膜组件，其两端分别为集水管，使用时需将集水管与低于返排液水平面的排液口连通，或是通过抽水设备将集水管内的过滤水排出。

10、在其中一种技术方案中，所述基座底板件底部设置有滑轮，从而方便以类似于板车的方式整体移动本实用新型一种用于页岩气返排液处理的可移动重力驱动膜过滤设备。

11、在其中一种技术方案中，所述提杆为中空杆体，中空部分中设置有电线以方便超声板与电源之间的电连接。

12、在其中一种技术方案中，所述基座底板件上固定设置有膜夹子，通过该膜夹子夹住中空纤维帘式膜组件的一端(夹住集水管)，以实现中空纤维帘式膜组件的一端固定于基座底板件上。

13、在其中一种技术方案中，所述膜吊挂固定件为中空的总集水管，通过将中空纤维帘式膜组件的一端集水管与该总集水管连接固定的方式，使得中空纤维帘式膜组件的一端吊挂固定于总集水管，同时使得中空纤维帘式膜组件的集水管与总集水管连通。

14、通常而言，中空纤维帘式膜组件两端的集水管具有的多个出水端口，通常可选择封住其中部分端口。

15、在其中一种技术方案中，所述膜吊挂固定件活动固定设置于提杆上，可调整膜吊挂固定件于提杆上的位置，从而方便匹配不同高度的中空纤维帘式膜组件，所述活动固定设置可以是通过螺栓夹紧机构的常规方式，或是通过螺丝紧固顶住提杆固定的常规方式。

16、在本文中，所述超声板组件由超声板和超声板固定件构成，超声板固定件固定设置于提杆上，其中超声板固定件、超声板及提杆之间的相互固定为常规方式，能够使得超声板与提杆之间通过超声板固定件相互固定不脱落即可，例如所述超声板固定件为不锈钢角码，通过螺丝或螺栓固定于提杆上；超声板为市售超声板且带有螺丝固定孔，通过螺丝或螺栓固定于超声板固定件上。

17、在本文中，超声板用于通过超声波对中空纤维帘式膜组件的中空纤维膜部分进行振荡清洗。

18、在其中一种技术方案中，为了保障超声波对于中空纤维膜部分的振荡清洗效果，基于超声板板面朝向方向上，所述超声板与中空纤维帘式膜组件最近端的距离为10～15厘米，与中空纤维帘式膜组件最远端的距离为50～55厘米。

19、在其中一种技术方案中，所述超声板的超声频率为15～60khz，功率为300～1000w。

20、在其中一种技术方案中，为了更为方便本设备的移动使用，所述电源为市售太阳能板光伏发电系统，通过太阳能板光伏发电储存电能于蓄电池中进行利用。

21、在其中一种技术方案中，为了节能省电，所述电源还包括常规市售时控开关，从而定时启动超声板以节省电力资源。

22、本实用新型设备能有效去除页岩气返排液中悬浮物、微生物、有机物、重金属等特征污染物，且方便移动直接可应用于大型混凝土地下池子。

23、使用时，将本实用新型设备通过提杆缓慢放入返排液储水池(大型混凝土地下池子)里，可触底也可不触底，将集水管与低于返排液水平面的排液口连通，或是通过抽水设备将集水管内的过滤水排出。

24、本实用新型设备的用途多样：可作为页岩气压裂液的内部回用装置，出水可直接回用于页岩气的后续压裂开采；也可作为页岩气返排液达标外排工艺中的脱盐预处理装置，能有效降低后续脱盐工艺的膜污染；也可作为页岩气返排液运输收集过程中的前处理装置，能有效减轻输送管道和阀门的堵塞和腐蚀。

25、相较于现有技术，本实用新型具有以下优势：

26、(1)本实用新型设备可实现页岩气废水中颗粒物、某些会造成管道腐蚀的有害微生物(如铁细菌和硫酸盐还原菌)、毒害性有机物、重金属的高效去除，使处理后的水质达到我国公认的页岩气返排液内部回用标准《q/sycqz1207-2019》，因而缓解了页岩气开采需水量大、废水产量多、环境风险强的突出问题。

27、(2)本实用新型设备主要依靠水自身重力(现场返排液储水池的水深)驱动运行；在其中一些技术方案中，可选择采用太阳能板光伏发电为超声板的间歇运行提供动力，无需接入市电，节省了能源的投入和使用成本，且绿色环保。

28、(3)本实用新型设备的工作流程短、操作简单、自动化程度高、无需投加药剂、出水通量恒定，出水水质在有效运行周期内均可满足我国页岩气返排液内部回用标准《q/sycqz1207-2019》，克服了常规返排液内部回用装置程序繁琐、操作复杂、需要投加药剂的问题。而且处理效果可靠，抗水质冲击负荷强，对复杂多样的水质具有良好的适应性。

29、(4)本实用新型设备采用超声清洗，降低膜表面的生物污染，减少膜表面滤饼层生物分解和水解产生的蛋白质和多糖进入膜丝内部，造成膜孔堵塞，并提供一定的水力剪切力，提高清洗效果，高效去除重力流产生的高附着性膜污染，充分弥补了传统膜滤需要频繁反冲洗、化学清洗的缺陷，同时也解决了重力驱动膜长期运行通量较低的问题。