含油污水陶瓷膜处理工艺的数值模拟

《含油污水陶瓷膜处理工艺的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第32卷第3期膜科学与技术Vo1．32No．32012年6月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOIOGYJun．2012含油污水陶瓷膜处理工艺的数值模拟安家荣，宗媛，吴梁红，吕亳龙，张娜，贾琳(1．中国石油大学(华东)油气储运与建筑工程学院油气储运专业，东营257061；2．中石油规划总院，北京100083)摘要：陶瓷膜污水处理技术近年来在油田含油污水领域得到了迅速发展，跨膜压差、处理温度以及油滴和悬浮颗粒的浓度都直接关系到膜处理时对离散相粒子直径的选择性和处理效果．运用Fluent计算

2、软件在微观上对含油污水的处理条件(包括跨膜压差、温度以及含油污水的浓度)进行了数值模拟研究，结果表明，在适当的跨膜压差下，提高污水处理温度，减小含油污水浓度(进行污水预处理)可以减小膜污染的程度，从而明显地提高污水处理的效果．关键词：含油污水；陶瓷膜；粒子直径；过滤效果；数值模拟中图分类号：TE99文献标识码：A文章编号：1007—8924(2012)03—0059—05陶瓷膜技术近年来在液体分离过滤领域(包括外部流走．油田污水处理)得到迅速的发展，具有很大的潜在应用市场和前景l_】]，但是陶瓷膜的

3、不足之处在于影响膜分离技术的因素复杂众多而且长时间运行后会发生膜污染，这就限制了其在更广阔的领域应用[2]，优支撑体化操作条件在一定程度上可以提高膜通量和消除膜陶瓷膜污染．目前国内外对膜过滤的研究主要集中在两个通道方面l3_1：一是对陶瓷膜元件和组件的优化设计；二是对过滤过程的模拟计算，但是其模拟介质大多都是纯水，尚没有在微观方面对含油污水进行膜过图119通道陶瓷膜结构及过滤过程不意图Fig．1Thestructureofceramicmembranewith滤数值模拟的研究．因此本文利用Fluen

4、t软件建立19channelsandfiltrationprocess了含油污水在19通道陶瓷膜内渗流流动的计算模型，在微观上探究了影响透过陶瓷膜油滴和悬浮颗2管式陶瓷膜含油污水渗流过程的数粒粒子直径选择性和分离效果的相关因素．学模1管式陶瓷膜的结构及处理含油污水2．1物理模型的原理19孑L道陶瓷膜具有很好的对称性，选取陶瓷膜结构的1／12作为模拟对象，其相关的尺寸见图2．图1为所研究的19通道陶瓷膜的结构及过滤Fluent中基于拉格朗日计算的离散相模型以单个过程示意图．在管式陶瓷膜过滤中，含油污水

5、切向流粒子作为计算对象，模拟的对象是分散在含油污水入每个通道的内表面上，通过超滤膜、过渡层及支撑中的油滴粒子和悬浮颗粒粒子，并且分散相的体积体结构渗透到膜的外侧而得到净化水，油和悬浮物分数低于10～12，适用于离散相模型．计算过截留在通道内水流中和膜表面，滤后水从支撑结构程中所需要的结构参数见表1，陶瓷膜支撑体的材收稿日期：2011—06—27；修改稿收到日期：2011-09—07作者简介：安家荣(1963一)，男，山东济宁市人，硕士生导师，从事含油污水控制和长输管道研究．

6、orn)‘6O‘膜科学与技术第32卷料是含量大于99％的氧化铝陶瓷芯，膜层材料为氧3数值模拟结果化锆，在支撑体上分别涂上了三层不同颗粒直径的粒子层u]，其惯性阻力系数和黏性阻力系数分别由3．1跨膜压差对透过陶瓷膜粒子直径的选择性和Ergun方程可计算得到．分离效果的影响3．1．1跨膜压差对透过陶瓷膜各层粒子直径选择性的影响为了研究跨膜压差对陶瓷膜处理含油污水时过滤效果的影响，本文模拟了不同跨膜压力下，粒子经过各层(过渡层、支撑体)粒子直径的分布情况，计算结果见表3和表4．从表中可以看出，当油滴和悬浮

7、粒子经过支撑体层之后，大部分直径较大的粒子都O被截留了下来，通过支撑体层的粒子直径明显降低，图219通道陶瓷膜数值模拟的数学模型juinp2层之后粒子的平均直径均能达到2／,m以下，Fig．2mathematicalmodelofceramicmembranenumericalsimulation此外随着膜面压差的增大，大直径的粒子穿过各层2．2网格划分的比例也有增大的趋势，在膜面压差为0．18MPa用GAMBIT软件对计算区域进行网格划分，时，jumpl中粒径7～9m的粒子所占比例达到了鲳采用2D

8、网格单元进行划分，为了增加模拟计算的27，这是因为随着压力的增大，粒子速度增加，大粒径的粒子通过jumpl和jump2的几率增大．精度，对inlet、jumpl和jump2之间的区域的网格进行了局部加密．表3跨膜压差为0．08、0．12和0．18MPa下，iumpl层监测的粒子直径分布图"2．3层流模型乃6le3Particlediameterdistributionofjump1因为含油污水在19管式陶瓷膜中的渗流速度at0．08，0．12and0．18MPa很小，