矿井水脱盐过程中卷式反渗透膜性能的数值模拟研究

• 作者: 郭中权 邹湘 毛维东 孙邃 马赛 吕顺之 刘雪菲 王远
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 卷式反渗透 计算流体力学 微溶盐结垢污染 混盐作用 矿井水脱盐
• 年，卷（期）: 2021,（9）
• 所属期刊栏目: 分离工程
• 页码范围: 4808-4815
• 页数: 7页
• 分类号: X752
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210075

摘要

为了更好地研究矿井水中无机盐组分对于反渗透过程产水、结垢及脱盐效果的影响，以内蒙古某煤矿矿井水水质组分作为进水水质条件，采用计算流体力学(CFD)模拟单支商用标准8寸卷式反渗透膜元件(陶氏BW30-400)内部的传质以及局部浓差极化的分布，预测实际运行情况下微溶盐结垢的风险。进水通道采用以阿基米德螺旋曲线为卷制轨迹的几何模型。无机盐的混盐作用通过混盐渗透压模型模拟。从全尺度卷式反渗透膜元件的模拟结果可以看出，卷式反渗透膜内的水流主要以轴向流速为主，沿切向阿基米德螺旋线的流速较低，对整体盐度分布的影响较小(<1%)，可以忽略不计，在后续模拟中采用简化模拟单元或几何模型或网格。在模拟操作条件下，卷式膜元件的浓水网产生的水头损失占整体水头损失约86%，为卷式膜元件中的主要水头损失来源。在没有安装浓水网的进水流道中最高Na2SO4浓度位于元件浓水出口处，高达3594mg/L，约为有浓水网情况下的1.8倍。而且有浓水网的进水流道内，浓差极化现象主要发生在浓水网背水侧局部区域，影响范围较小。该模型模拟得到的产水量与实测产水量做对比，误差小于5%，同时模拟结果也接近ROSA9.1模拟数据(误差<4.4%)，因此可以对卷式反渗透膜的无机盐脱盐过程进行较精确的模拟仿真。与商业设计软件如ROSA(反渗透系统分析)相比，其只提供产水和浓水中的盐浓度信息，本文开发的模型可以提供浓度极化的特征信息，加深了对卷式反渗透膜在不同位置的潜在结垢风险的理解。