螺旋卷式膜组件设计对RO-PRO混合系统能量效率的影响：功率密度与能耗的优化策略

本文针对反渗透-压力延迟渗透（RO-PRO）混合海水淡化系统，通过建立螺旋卷式膜（SWM）模块尺度模型，揭示了膜组件设计参数（通道高度、膜长/宽度）对功率密度（PD）和比能耗（SEC）的影响机制。研究提出改进的SECmin评估指标，指出能量回收装置（ERD）效率与摩擦损耗是制约PRO性能的关键因素，为低能耗海水淡化技术优化提供理论支撑。

　　

Highlight

螺旋卷式膜（SWM）在压力延迟渗透（PRO）系统中的建模挑战源于复杂的流动形态、非均匀压力/浓度分布及非线性水通量行为。本研究开发的模块尺度模型与实测水通量高度吻合，并提出改进的RO-PRO系统最小比能耗（SEC_min）评估指标。

能量损耗拆解

能量回收装置（ERD）和泵的效率低下是PRO性能下降的主因（贡献率超60%），其次是浓差极化（CP）和流道摩擦损耗。当膜面积通过增加膜长（串联模块）扩大4倍时，SEC降低2.2%，但功率密度（PD）会牺牲约1%。

优化设计特性

减小膜面积可通过集中功率输出提升PD，但会因渗透水量受限导致SEC升高。膜通道高度对PD和SEC的调控呈现非线性关系，最佳值域为0.6-1 mm。

结论

本研究量化了SWM几何参数对RO-PRO系统能效的权衡效应，为"低SEC-高PD"膜组件设计提供理论框架，推动可持续海水淡化技术发展。

（注：翻译严格保留专业术语如PRO/SWM等英文缩写，并采用_{/^{规范标注上下标，如SECmin和kWh m-3）}}