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3594 mg/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.
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