MVR處理含鹽廢水機(jī)理研究

瞿瑞

摘要：采用計(jì)算流體力學(xué)軟件中的FLUENT對MVR處理含鹽廢水過程進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算研究，得到MVR薄膜換熱器流道速度場、壓力場以及溫度場的分布，對MVR內(nèi)部的介質(zhì)流動與傳熱過程進(jìn)行分析，探討MVR內(nèi)部工作過程。

關(guān)鍵詞：MVR；Fluent軟件；數(shù)值模擬；含鹽廢水

高含鹽廢水是工業(yè)廢水中較常見的一種，它是指總含鹽量（以NaCl含量計(jì)）至少為1%的廢水[1- 4]，屬于難處理的廢水之一。機(jī)械蒸汽再壓縮處理技術(shù)（MVR）是利用蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)再壓縮壓力、溫度升高，熱焓增加后作為加熱蒸汽使用，加熱蒸汽本身則冷凝成水后回收利用。MVR回收利用二次蒸汽的大量潛熱，在運(yùn)行的整個過程中只需要初次補(bǔ)入熱源，之后便可循環(huán)利用二次蒸汽，消耗的只有少量的電能，被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ母吆}廢水近零排放技術(shù)。

1.MVR內(nèi)部流體流動和傳熱過程的數(shù)值模擬

圖1給出MVR板式薄膜換熱器二維模型，對板式薄膜換熱器的廢液通道進(jìn)行二維數(shù)值模擬。板式薄膜換熱器工作壓力20kPa，工作溫度60℃左右。

1.1網(wǎng)格劃分。MVR板式薄膜換熱器二維模型簡單，因此直接采用結(jié)構(gòu)化四邊行網(wǎng)格劃分方法。通過網(wǎng)格劃分質(zhì)量檢查，能量方程和連續(xù)性方程的殘差值均小于1×10- 6，網(wǎng)格符合數(shù)值計(jì)算的要求。

1.2 邊界條件。邊界條件的設(shè)置對模擬結(jié)果的影響很大，合理的邊界條件是數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，同時也是模擬計(jì)算可靠與準(zhǔn)確的保證。

MVR處理對象為模擬脫硫廢水，廢水入口設(shè)置為質(zhì)量流量入口，入口質(zhì)量流量取0.003kg/s，入口溫度設(shè)為40℃，入口截面的壓力為20kPa，均勻分布；廢水出口采用壓力出口。

1.3數(shù)值模擬模型選擇。數(shù)值計(jì)算模型增加以下幾點(diǎn)假設(shè)：模擬流動狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)；因整個過程是在低速流動中進(jìn)行的，所以忽略流體流動時的粘性耗散產(chǎn)生的熱效應(yīng)。根據(jù)研究對象的具體特點(diǎn)，采用層流模型進(jìn)行計(jì)算。

2. MVR中流動與傳熱過程分析

2.1 速度場分布。遠(yuǎn)離熱交換膜的方向模擬脫硫廢水速度變大，這是因?yàn)閺U水的流動狀態(tài)為層流，分子粘性力較大，越靠近熱交換膜壁面，流動速度越小。緊貼熱交換膜壁面的廢水速度小，流動慢，這有利于廢水與加壓二次蒸汽通過熱交換膜進(jìn)行熱交換，不過，廢水流動速度不宜過小，否則會造成廢水的堆積，產(chǎn)生流動死區(qū)，影響板式薄膜換熱器換熱效果。

2.2壓力分布。在板式薄膜換熱器內(nèi)，壓力的分布往往反映了流體阻力的特性。廢液通道前端產(chǎn)生了相對明顯的壓降，因此，此區(qū)域局部阻力損失在整個板式薄膜換熱器的阻力損失中占了較大的比重。模擬脫硫廢水流過通道的前端后，流速穩(wěn)定，壓降低。

2.3 溫度場分布。廢液通道內(nèi)流場溫度變化大，模擬脫硫廢水的溫度梯度高，流動過程中逐漸被加壓二次蒸汽加熱，溫度升高，流經(jīng)一段區(qū)域后達(dá)到臨界飽和溫度，開始蒸發(fā)。

MVR內(nèi)部的溫度場和流場是耦合的，因此，廢液通道中的流場分布在一定地程度上會影響或者決定溫度場的分布情況。

3.MVR內(nèi)部工作過程討論

模擬脫硫廢水在熱交換膜換熱表面分布的均勻程度影響板式薄膜換熱器的傳熱性能，為MVR系統(tǒng)能否正常工作的因素之一。當(dāng)MVR系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時，廢水從板式薄膜換熱器頂部進(jìn)入，在重力的作用下，沿?zé)峤粨Q膜壁面形成液膜向換熱器底部流動，在流動過程中，液膜逐漸變厚，導(dǎo)致廢水在換熱表面分布不均勻，液膜厚，液膜阻力大，對流換熱熱阻也大，影響傳熱。因此，為使液膜分布均勻，應(yīng)設(shè)置布液器，達(dá)到強(qiáng)化蒸發(fā)傳熱目的。

廢水在MVR內(nèi)部流場中的流動速度不僅影響流場壓降，還影響液膜的均勻分布，影響蒸發(fā)效果。流動速度過小，使液膜分布不連續(xù)，產(chǎn)生流動和加熱死區(qū)，影響板式薄膜換熱器傳熱效果；流動速度過大，會出現(xiàn)明顯壓降，增大局部阻力損失。因此，MVR工藝系統(tǒng)需要控制廢水進(jìn)入換熱器的流量。

4.結(jié)論

（1）模擬脫硫廢水在MVR在流場前端產(chǎn)生較大局部阻力損失，影響系統(tǒng)傳熱。

（2）流動過程中，模擬脫硫廢水在熱交換膜表面分布不均勻，液膜變厚，影響傳熱效果，因此，MVR需要控制廢水的進(jìn)料量，設(shè)置布液器，均勻布液，強(qiáng)化傳熱。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉啟明，田清華，馬建華，等.含鹽廢水電滲析膜分離處理工藝研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（9）：1604-1607

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