MVR处理含盐废水机理研究

瞿瑞

摘要：采用计算流体力学软件中的FLUENT对MVR处理含盐废水过程进行数值模拟计算研究，得到MVR薄膜换热器流道速度场、压力场以及温度场的分布，对MVR内部的介质流动与传热过程进行分析，探讨MVR内部工作过程。

关键词：MVR；Fluent软件；数值模拟；含盐废水

高含盐废水是工业废水中较常见的一种，它是指总含盐量（以NaCl含量计）至少为1%的废水[1- 4]，属于难处理的废水之一。机械蒸汽再压缩处理技术（MVR）是利用蒸发器中产生的二次蒸汽经压缩机再压缩压力、温度升高，热焓增加后作为加热蒸汽使用，加热蒸汽本身则冷凝成水后回收利用。MVR回收利用二次蒸汽的大量潜热，在运行的整个过程中只需要初次补入热源，之后便可循环利用二次蒸汽，消耗的只有少量的电能，被认为是最具有发展潜力的高含盐废水近零排放技术。

1.MVR内部流体流动和传热过程的数值模拟

图1给出MVR板式薄膜换热器二维模型，对板式薄膜换热器的废液通道进行二维数值模拟。板式薄膜换热器工作压力20kPa，工作温度60℃左右。

1.1网格划分。MVR板式薄膜换热器二维模型简单，因此直接采用结构化四边行网格划分方法。通过网格划分质量检查，能量方程和连续性方程的残差值均小于1×10- 6，网格符合数值计算的要求。

1.2 边界条件。边界条件的设置对模拟结果的影响很大，合理的边界条件是数值模拟的基础，同时也是模拟计算可靠与准确的保证。

MVR处理对象为模拟脱硫废水，废水入口设置为质量流量入口，入口质量流量取0.003kg/s，入口温度设为40℃，入口截面的压力为20kPa，均匀分布；废水出口采用压力出口。

1.3数值模拟模型选择。数值计算模型增加以下几点假设：模拟流动状态为稳态；因整个过程是在低速流动中进行的，所以忽略流体流动时的粘性耗散产生的热效应。根据研究对象的具体特点，采用层流模型进行计算。

2. MVR中流动与传热过程分析

2.1 速度场分布。远离热交换膜的方向模拟脱硫废水速度变大，这是因为废水的流动状态为层流，分子粘性力较大，越靠近热交换膜壁面，流动速度越小。紧贴热交换膜壁面的废水速度小，流动慢，这有利于废水与加压二次蒸汽通过热交换膜进行热交换，不过，废水流动速度不宜过小，否则会造成废水的堆积，产生流动死区，影响板式薄膜换热器换热效果。

2.2压力分布。在板式薄膜换热器内，压力的分布往往反映了流体阻力的特性。废液通道前端产生了相对明显的压降，因此，此区域局部阻力损失在整个板式薄膜换热器的阻力损失中占了较大的比重。模拟脱硫废水流过通道的前端后，流速稳定，压降低。

2.3 温度场分布。废液通道内流场温度变化大，模拟脱硫废水的温度梯度高，流动过程中逐渐被加压二次蒸汽加热，温度升高，流经一段区域后达到临界饱和温度，开始蒸发。

MVR内部的温度场和流场是耦合的，因此，废液通道中的流场分布在一定地程度上会影响或者决定温度场的分布情况。

3.MVR内部工作过程讨论

模拟脱硫废水在热交换膜换热表面分布的均匀程度影响板式薄膜换热器的传热性能，为MVR系统能否正常工作的因素之一。当MVR系统稳定运行时，废水从板式薄膜换热器顶部进入，在重力的作用下，沿热交换膜壁面形成液膜向换热器底部流动，在流动过程中，液膜逐渐变厚，导致废水在换热表面分布不均匀，液膜厚，液膜阻力大，对流换热热阻也大，影响传热。因此，为使液膜分布均匀，应设置布液器，达到强化蒸发传热目的。

废水在MVR内部流场中的流动速度不仅影响流场压降，还影响液膜的均匀分布，影响蒸发效果。流动速度过小，使液膜分布不连续，产生流动和加热死区，影响板式薄膜换热器传热效果；流动速度过大，会出现明显压降，增大局部阻力损失。因此，MVR工艺系统需要控制废水进入换热器的流量。

4.结论

（1）模拟脱硫废水在MVR在流场前端产生较大局部阻力损失，影响系统传热。

（2）流动过程中，模拟脱硫废水在热交换膜表面分布不均匀，液膜变厚，影响传热效果，因此，MVR需要控制废水的进料量，设置布液器，均匀布液，强化传热。

參考文献

[1] 刘启明，田清华，马建华，等.含盐废水电渗析膜分离处理工艺研究[J].生态环境学报，2012，21（9）：1604-1607

[2] 赵绪光.高盐难降解废水处理工程生产性调试研究[D]：[硕士学位论文].重庆：重庆大学城市建设与环境工程学院，2011

[3] 王智聪.改进型CRI和SBR系统对含盐废水处理的对比研究[D]：[硕士学位论文].四川： 西南交通大学，2013

[4] 吴海宁.高盐化工废水处理工艺与参数优化的研究[D]：[硕士学位论文].广州：华南理工大学，2010