基于时变有限差分模型分析闭路反渗透海水淡化实际能效损失机理与优化策略

《Desalination》：Analysing practical inefficiencies of closed-circuit reverse osmosis (CCRO) seawater desalination via finite-difference time-dependent model

本综述通过建立时变有限差分模型，系统揭示了闭路反渗透（CCRO）海水淡化过程中因浓差极化引发的过压（OP）和逆向渗透现象导致的能量损失机制。研究发现即便在最优流速下，插流（PF）阶段能耗仍占批次总能耗9%，指出CCRO实际能效较理论值存在显著差距，为高效海水淡化系统设计提供关键理论依据。

　　

研究亮点

通过开发时空双维度有限差分模型，首次实现多批次CCRO系统在闭路循环（CL）与插流置换（PF）全周期内的膜组件轴向动态浓度场、压力场与通量场的精准解析。

膜元件数量效应

图3对比显示：在30%回收率时，采用7元件设计的SSRO系统能耗为1.78 kWh/m³，而同配置CCRO系统能耗升至1.95 kWh/m³。当回收率提升至50%，CCRO通过缩短压力容器长度（3-5元件配置）可显著降低由浓差极化导致的能量损失，验证了模块化重构对能效提升的积极作用。

结论与启示

尽管CCRO在理想条件下具备理论能效优势，但本研究揭示其实际运行中因PF阶段新鲜进料与浓缩液的剧烈浓度梯度引发的局部过压（Over-Pressurization）和末端逆渗透（Reverse Flux）现象，导致单批次操作中产生0.20 kWh/m³的不可逆能量损失。这表明CCRO系统优化需重点攻克插流阶段的流体动力学控制难题。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益冲突或人际关系冲突。

致谢

本研究由新加坡国家水务局（PUB）通过"NEWRI-水研究计划（RIE2025）"资助（项目编号：NEWRI PF0015）。