[發明專利]一種用于預測礦井水在反滲透膜組件內部結垢的分析方法

有效

• 申請號: 202110594029.7
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113177378B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 郭中權;鄒湘;毛維東;孫邃;肖艷;王遠;馬賽;劉雪菲
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團杭州研究院有限公司;江蘇新宜中澳環境技術有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/23;G06T17/20;G06F17/18;G06F111/10
• 代理公司: 無錫市天宇知識產權代理事務所(普通合伙) 32208
• 代理人: 蔣飛

本發明公開了一種用于預測礦井水在反滲透膜組件內部結垢的分析方法，以反滲透膜組件進水中兩種以上的鹽組份的濃度、進口流速、操作壓力為輸入條件，通過MATLAB進行多元回歸分析，自動擬建出二次元回歸方程，取其中一種工況下的一個輸入條件作為變量、其他輸入條件作為定值，從而可以算出根據變量的數值得到反滲透膜組件內部結垢位置距離進口的距離。本發明不僅可以預測反滲透膜組件內部的結垢位置，還可以預測進水中某一個輸入條件改變對結垢位置的影響，為反滲透系統運行和化學清洗提供參考依據。

技術領域

本發明涉及反滲透膜組件領域，尤其涉及一種用于預測礦井水在反滲透膜組件內部結垢的分析方法。

背景技術

礦井水作為煤炭開采過程中的伴生水資源，不加處理直接外排是巨大的污染源，處理后加以利用就是優質的水資源。近年來，隨著生態、環境保護要求的不斷提高，礦井水反滲透處理越來越廣泛。礦井水由于長期埋藏于深部地層，水中溶解性鹽分種類復雜、含量極端，與地表水相比性質完全不同。目前礦井水處理主要采用預處理+多級反滲透處理工藝，通常回收率可以達到95％以上，最終的濃鹽水含鹽量通常在80000mg/L以上，水中的鹽類接近或者超過了溶解度極限；由于礦井水水質的特殊性及濃縮后極高的含鹽量，極易造成反滲透膜結垢。然而針對礦井水水質的多級反滲透膜工藝目前尚無設計規范，加上礦井水水質的多變性以及無機鹽成分的復雜性，比如硬度、氟以及硫化物濃度較高等，使得在實際運行中雖然出水水質基本可以得到保證，但膜元件結垢、堵塞嚴重，更換成本較高。因此急需研究不同水質成分與膜結垢的關系，對不同礦井水水質進行多級反滲透系統過程設計的結垢預測與分析。

目前對礦井水反滲透系統設計多依賴于膜廠商提供的過程設計軟件(WAVE、ROSA、IMSD、Q+等等)，其操作系統成熟，對于反滲透膜廣泛應用的海水/苦咸水淡化領域進水水質數據庫較完整，可以提供較完善的過程設計指導。但由于礦井水中無機物成分復雜而且水質多變，過程設計軟件對于礦井水的數據庫尚不完善，且均為“黑箱”設計，得不到RO反滲透膜內部的詳細信息(內部鹽度分布及結垢趨勢分布等)，不能提供較全面的設計方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于預測礦井水在反滲透膜組件內部結垢的分析方法。

本發明的創新點在于本發明可以預測反滲透膜組件內部的結垢位置，還可以通過計算預測進水中某一個輸入條件改變對結垢位置的影響，為反滲透系統運行和化學清洗提供參考依據。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案是：一種用于預測礦井水在反滲透膜組件內部結垢的分析方法，包括以下步驟：

(1)以反滲透膜組件進水中兩種以上的鹽組份的濃度、進口流速、操作壓力為輸入條件，利用MATLAB中的Central composite designs進行試驗設計，模擬不同工況條件下的反滲透運行狀態，得到若干種工況組合，對每種工況組合進行CFD分析計算，得到各工況下的反滲透膜組件的內部結垢數據，通過MATLAB進行多元回歸分析，自動擬建出二次元回歸方程，得到反滲透膜組件內部結垢位置距離進口的距離與各工況下輸入條件的二次元回歸方程；

(2)取其中一種工況下的一個輸入條件作為變量、其他輸入條件作為定值，得到反滲透膜組件內部結垢位置距離進口的距離與變量之間的方程式，畫出反滲透膜組件內部結垢位置距離進口的距離隨變量的變化圖；從而可以算出根據變量的數值得到反滲透膜組件內部結垢位置距離進口的距離。

進一步地，還包括以下步驟：以ANSYS建立反滲透膜組件的三維模型，輸入反滲透膜組件進水中兩種以上的鹽組份的濃度、進口流速、操作壓力，并對其進行CFD分析，得到反滲透膜組件內部所輸入的鹽組份的分布圖。利用內部鹽組份分布圖，可以對多級反滲透膜工藝進行優化設計，通過改變某些輸入條件，使反滲透內部結垢位置后移，從而減少結垢，提高反滲透系統的運行效率。

本發明的有益效果是：