矿井水脱盐过程中卷式反渗透膜性能的数值模拟研究

郭中权，邹湘，毛维东，孙邃，马赛，吕顺之，刘雪菲，王远，3

（1 中煤科工集团杭州研究院有限公司，浙江杭州 311201；2 江苏新宜中澳环境技术有限公司，江苏宜兴 214200；3 新南威尔士大学土木与工程学院，澳大利亚悉尼2052）

引言

反渗透原水水质组成通常较复杂，含有多种无机盐成分，以矿井水为例，主要无机盐成分为Na2SO4，还含有Ca2+、Mg2+、Fe2+、Al3+、Mn2+、Cl-等多种无机盐离子[5]。这些无机盐离子在反渗透膜进水流道内的浓度分布决定了局部离子强度，进而影响微溶盐的析出分布。而由于传统实验方法的限制，对于卷式膜元件内部盐度、浓差极化分布乃至膜结垢的研究较少。计算流体力学(CFD)技术可以从传质和流体运动的角度深入揭示膜元件内部的水流特性，被广泛应用于研究反渗透膜进水流道内的水流分布[6-8]、浓差极化现象[9]、颗粒胶体污染分布以及菌膜分布[9-10]等。但由于卷式反渗透膜局部微观尺寸与整体元件尺寸相差数个数量级，为控制计算量，大多数模拟都专注于单个或几个浓水网网格[5]，而不能整体呈现整个膜元件的水力表现。并且研究反渗透脱盐过程中对于无机盐成分的处理也基本采用简化的纯NaCl 溶液[11]，不能用于研究实际进水情况下膜元件的结垢表现。

本文通过建立全尺度CFD模型来模拟商用卷式反渗透膜元件(陶氏BW30-400)在实际运行中的脱盐表现，在Gu 等[12]对于卷式反渗透膜几何模型的研究基础上，进一步剖析该地形卷制曲面公式，与浓水网地形耦合，建立完整的卷式膜元件几何模型。……