基于热质类比的高盐废水OARO膜传质交换器设计方法及其在工业浓盐水资源化中的应用

《Desalination》：Heat-mass transfer analogy-based design method for Osmotically Assisted Reverse Osmosis membrane mass exchangers

本文基于热质传递类比原理，创新性地提出了渗透辅助反渗透（OARO）膜传质交换器的对数平均通量（LMF）设计方法。该方法通过封闭解形式直接量化膜面积（S）需求，整合了非理想溶液性质、膜选择性及浓差极化（CP）等关键因素，模型误差仅6.1%，显著优于传统数值模拟。研究揭示了高盐度（75–200?g/L）条件下OARO的最大回收率（RRmax）受限于汲取液浓度需低于进料液的核心技术瓶颈，为工业浓盐水高效低能耗（1.73?kWh/m3）脱盐提供了关键设计工具。

　　

Highlight

本研究基于热质传递类比，为渗透辅助反渗透（OARO）膜传质交换器开发了一种创新的设计方法。通过推导封闭解形式的对数平均通量（LMF）模型，可直接计算特定淡水回收率（RR）下的膜面积（S）需求。该模型整合了非理想溶液性质、非理想膜选择性以及浓差极化（CP）效应，无需依赖复杂的数值模拟，验证误差仅为6.1%，显著提升了计算效率。

Section snippets

Modeling and methodology

详细阐述了LMF方法的数学公式，以及针对本研究不同OARO案例的分析流程。

Results and discussions

本节重点讨论了应用LMF方法对固定汲取液入口浓度（Fixed C_dsi）和固定浓度比（Fixed CRD）两种OARO工况进行尺寸设计的关键结果。基于固定CRD的分析，进一步评估了OARO的最大可能运行条件及其固有的技术局限性。

Practical considerations related to implementation of the developed model

需要强调的是，所提出的LMF方法（类似于其他基于类比原理开发的膜脱盐模型）主要旨在为理解OARO工作原理提供基础性见解。商业化工业级OARO系统所涉及的系统级复杂性（如模块间增压泵、串并联集成配置等）超出了本研究的范围。

Conclusions

本研究利用双流股单程热交换器与OARO传质交换器工作原理之间的热质传递类比，推导出了一套类比设计方法。该模型提供了一个封闭解，用于确定在给定进料液和汲取液（DS）入口条件下，为实现目标淡水回收率所需的单级并流或逆流OARO阶段的膜面积（S）。同时，也明确了OARO单级运行的最大可能条件。