Experimental study on bipolar membrane electrodialysis of high-salt mine water concentrate
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摘要:
基于高盐矿井水的零排放和资源化利用，采用BP-A-C-BP三隔室构型的双极膜电渗析处理高盐矿井水浓缩液。以河北某矿高盐矿井水为原水，经过预处理+RO+脱碳+浓水RO+ED浓缩，最终浓缩液TDS质量浓度达到93 040 mg/L，进行双极膜电渗析试验，探究了电流密度、循环流量以及极室电解质浓度对于双极膜电渗析产酸碱效果的影响。结果表明：电流密度10～40 mA/cm2，随着电流密度的增大，操作电压升高，电流效率和产能逐渐减小，能耗逐渐增加，最佳电流密度为30 mA/cm2；循环流量10～30 L/h，随着循环流量的增大，电流效率和产能上升、能耗降低，进一步提高循环流量至40 L/h时反而增加能耗，降低产能，最佳循环流量为30 L/h；极室电解质浓度不宜过低、过高，容易增加能耗，浓度适中时的双极膜电渗析的水解离效果最好，最佳极室电解质浓度为2%。初始盐室浓缩液4 L、酸室和碱室分别为去离子水1.5 L、极室2%硫酸钠溶液2 L，电流密度为30 mA/cm2，极室循环流量为60 L/h，其他各室循环流量为30 L/h，运行120 min时，酸、碱浓度分别为6.91%、5.38%，达到试验预期目标，电流效率、产能及能耗分别为74.21%、1.49 kg/(m2·h)、1.66 kWh/kg。经双极膜电渗析工艺产生的酸碱液可用于高盐矿井水零排放工艺以及煤炭下游产业链中，实现了浓缩液的非相变资源化，避免出现杂盐难处理的问题，同时也提高了废水的经济价值。
Abstract:Based on the zero discharge and resource utilization of high-salt mine water, BP-A-C-BP three-chamber configuration bipolar membrane electrodialysis is used to treat high-salt mine water concentrate. Taking the high-salt mine water of a mine in Hebei as the raw water, after pretreatment + RO + decarburization + concentrated water RO + ED concentration, the final concentrate TDS reaches 93 040 mg/L, and the bipolar membrane electrodialysis test is carried out. The effects of current density, circulating flow rate and electrolyte concentration in the polar chamber on the acid and alkali production by bipolar membrane electrodialysis are investigated.The results show that in the current density range of 10-40 mA/cm2, with the increase of current density, the operating voltage increases, the current efficiency and capacity decrease gradually, and the energy consumption increases gradually. The optimal current density is 30 mA/cm2. When the circulating flow rate is in the range of 10-30 L/h, with the increase of the circulating flow rate, the current efficiency and production capacity increase, and the energy consumption decreases. Further increasing the circulating flow rate to 40 L/h will increase the energy consumption and reduce the production capacity. The optimal circulating flow rate is 30 L/h. The electrolyte concentration in the polar chamber should not be too low or too high, which is easy to increase energy consumption. The hydrolysis effect of bipolar membrane electrodialysis is the best when the concentration is moderate, and the optimal electrolyte concentration is 2%. The initial salt chamber concentrate of 4 L, the acid chamber and the alkali chamber are respectively 1.5 L deionized water and 2 L of 2% sodium sulfate in polar chamber. The current density is 30 mA/cm2, the circulating flow rate in polar chamber is 60 L/h, and the circulating flow rate in other chambers is 30 L/h. After 120 min of operation, the acid and alkali concentrations are 6.91% and 5.38%, respectively, which reach the expected target of the experiment. The current efficiency, productivity and energy consumption are 74.21%, 1.49 kg/(m2·h) and 1.66 kWh/kg, respectively. The acid and alkali solution produced by bipolar membrane electrodialysis process can be used in the zero discharge process of high-salt mine water and the downstream industrial chain of coal to realize the non-phase change resource of concentrated liquid. It avoids the problem of miscellaneous salt difficult to deal with, and also improves the economic value of wastewater.
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0. 引 言
我国煤层气资源潜力巨大（总储量为30.6×1012 m3），是我国天然气增储上产的重要领域之一，其合理开发利用对于优化能源结构、减少碳排放具有重要意义。然而以煤粉为主的固相颗粒产出问题贯穿整个煤层气开发过程，产生的储层伤害是导致产能衰减与生产成本增高重要诱因之一[1-3]。例如，鄂尔多斯盆地西南部彬长矿区大佛寺井田低阶煤储层煤粉产出现象占24口直井的83.3%，部分井的井筒发生煤粉淤积[4]；鄂尔多斯盆地保德区块全区出现煤粉影响的排采井共计492口，占全区51%，影响日产气量约5.7万m3。
目前煤粉研究已在以下几个方面取得诸多成果，包括：① 煤粉产出影响因素及生成机理[5-8]；② 不同地质与工程条件下煤粉产出特征差异[9-11]；③ 煤粉颗粒运移规律及其对气井产能影响[12-17]；④ 煤粉产出诱导储层伤害机理等[18-19]；然而在煤粉运移及沉降可视化表征方面仍十分薄弱。众多学者采用巴西劈裂法对样品进行人工造缝并充填支撑剂、微观模型（用AB胶将玻璃片密封，充填不同粒径石英砂与煤粉）、石英砂颗粒支撑煤砖等方式，剖析煤粉运移的影响机制及其对储层物性的影响[20-25]，但仍有以下方面需要进一步深入研究，其一考虑煤粉运移的模型大多以平行板状裂缝为主，不同类型孔缝及其组合对煤粉运移的影响鲜有关注；其二煤粉运移过程中煤储层为“黑匣子”，其在孔裂隙中的悬浮、沉降规律仍未可知。此外，无论是原生煤粉，亦或是次生煤粉，在未受到足够的外力作用下是不具备移动条件的，而流体作用往往是提供煤粉运移力主要贡献者之一。流体作用既有导致煤粉启动与运移的力学作用，亦有影响煤粉分散与团聚状态的化学作用。不同流体作用与储层物性特征共同影响煤粉悬浮与运移状态，亟需进一步揭示。
基于此，本文以鄂尔多斯盆地保德区块中～低阶煤为研究对象，基于3D打印技术加工不同孔缝类型及其组合的模型样品，依托自主研发的评价煤粉运移、沉降的试验装置，设置不同流体条件（流体矿化度与流速）进行驱替，对不同驱替阶段模型样品进行拍照（分析煤粉在不同驱替条件下的运移与沉降情况），并记录产出液煤粉浓度与憋压压力，进而揭示不同类型孔缝及其组合约束下差异流体作用对煤粉运移的影响机制，研究结果有望为煤层气开发工程设计的优化、解决固相微粒产出问题提供实际依据，为全国煤层气大规模高效开发提供有益启示。
1. 研究区地质背景
保德区块位于鄂尔多斯盆地东缘的北部区域，主体构造较为简单，总体上表现为向NW倾斜的大型单斜构造，断层和褶皱不发育。研究区地下水主要来自大气降水和奥陶系石灰岩的侧向补给，径流一般由东向西[26-27]。区内含煤地层主要为山西组和太原组，依次为以河流相、三角洲相为主的含煤沉积、套海陆交互相含煤沉积。煤层气主力开发煤层为是山西组4+5号煤层（平均厚度6.45 m）与太原组8+9号煤层（平均厚度9.16 m）[28]。主力煤层埋深为300～1 200 m，煤岩镜质体反射率在0.71%～1.22%，属于低～中变质程度烟煤，煤层含气量为0～12.0 m3/t，渗透率为0.2～10 mD，压力系数为0.65～1.10 MPa，属于欠压～常压储集层。本次以太原组8+9号煤层为主要研究对象（图1）。
2. 模型建立与方法
2.1 3D打印模型建立
根据吸附与脱附曲线形态可对孔隙类型进行划分：I类孔，为开放性透气孔，可产生吸附回线，包括四边开放的平行板孔和两端开放圆筒形孔；II类孔，为一端封闭不透气孔，不产生吸附回线，包括一端封闭的圆筒形孔、平行板状孔、楔形孔及锥形孔；III类孔，为细颈瓶孔（又称墨水瓶孔），解吸分支有一个急剧下降的拐点。文中重点考虑两端开放圆筒形孔（代表I类孔）、一端封闭的平行板状孔（代表II类孔）以及细颈瓶孔（代表III类孔）。考虑现场产出煤粉的粒度及3D打印技术的精度，将不同类型孔隙进行放大，形成不同类型毫米级孔缝。
考虑单类型孔缝组合模型与多类型孔缝组合模型，详细如下：
单类型孔缝组合模型包括1-1、1-2与1-3模型，1-1样品主要由不同长度的两端开放圆筒形孔缝组成，1-2样品主要由尺度相同的细颈瓶孔缝组成，1-3样品由尺度相同的一端封闭的平行板状孔缝组成。单类型孔缝组合模型特点在于入口端与出口段剖面孔隙组成一致，整体构成一个直径2.5 cm×长度4.5 cm的圆柱体（图2）。
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图 2 3D打印不同类型孔缝组合模型图Figure 2. Different types of pore- fracture combination model by 3D printing多类型孔缝组合模型主要考虑上述3种类型孔缝的组合特征，由于不同类型孔缝连接以两端开放圆筒形孔缝为主，故仅考虑两端开放圆筒形孔缝-细颈瓶孔缝-一端封闭的平行板状孔缝（3-1-1—3-1-3模型）、两端开放圆筒形孔缝-一端封闭的平行板状孔缝-细颈瓶孔缝两大种组合模式（3-2-1—3-2-3模型）。与此同时，为便于分析不同应力导致的孔缝减小，每一组都设置不同孔隙尺寸的模型。与单类型孔组合模型相同，整体同样构成一个直径2.5 cm×长度4.5 cm的圆柱体。
3D打印材料为透明光敏树脂，采用立体光固化（SLA）3D打印机技术完成。在不同类型的孔缝及其组合内铺设石英砂，石英砂的粒度按照与孔径尺寸相匹配的方式铺设（粒度：40～80目（0.069～0.178 mm）），以铺满整个孔隙为标准。
2.2 煤粉驱替试验
本次采用可视化观测煤粉运移与沉降的试验装置进行驱替试验（图3），单次试验条件即采用同一矿化度条件下进行不同流速的驱替试验，随后变化不同矿化度重复上述过程（表1），试验流体为NaHCO3溶液，矿化度分别设置0、5 000、10 000与20 000 mg/L，流速为2、4、6、8与10 mL/min。驱替煤粉溶液质量浓度为1 g/L，固体颗粒由80～120目（0.125～0.200 mm）、120～200目（0.075～0.125 mm）、>200目（<0.075 mm）粒径的煤粉等体积混合而成，通过搅拌机搅拌均匀形成煤粉悬浮液，进而进行驱替。
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图 3 可视化观测煤粉运移与沉降的试验装置Figure 3. Experimental device for visualizing the evaluation of coal fine transport and settlement表 1 试验基本参数Table 1. Basic experimental parameters温度℃ 煤粉质量浓度/
（g·L−1）矿化度/
(mg·L−1)流速/
(mL·min−1)煤粉粒径/
mm26 1 0 2 0.125～0.200
0.075～0.125
<0.0755 000 4 10 000 6 20 000 8
103. 结果与讨论
3.1 不同流体作用下单类型孔缝组合模型响应特征
3.1.1 1-1模型
1-1模型尺寸和实物，及其在不同流体作用下煤粉运移与沉降情况，如图4所示。
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图 4 1-1模型实物图及其在不同流体作用下煤粉运移及沉降特征Figure 4. Physical image of the model 1-1 and its characteristics of coal fine transport and sedimentation under different fluid interactions当矿化度为0 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，基本无悬浮煤粉；煤粉沉积从1号圆柱形孔缝分布至3号圆柱形孔缝中部。当流速增至4 mL/min时，产出液些许浑浊，可见有细小的煤粉悬浮；煤粉运移至3号圆柱形孔缝3/4处，颜色相比于流速为2 mL/min时颜色更深。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，所有圆柱孔内均可见充填石英砂减少，但残留石英砂部分仍可见大量煤粉沉积。当流速增加至8 mL/min时，圆柱孔内的石英基本消失，因速率过大，导致管道堵塞，无法进入悬浮液，也无产出液流出，石英砂被冲走。流速10 mL/min与8 mL/min现象一致（图4b）。当矿化度为5 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，有细小的煤粉悬浮；1号圆柱孔缝内石英砂减少，整体圆柱孔缝内均有极少煤粉沉积，以点的形式分散分布于石英砂充填的孔隙中。当流速增至4 mL/min时，产出液轻微浑浊；1号圆柱孔缝内石英砂缺失60%，3号圆柱孔缝内石英砂缺失25%，2号圆柱孔缝内石英砂基本无缺失，1号圆柱孔缝内沉积的煤粉较多，2号及3号圆柱孔内缝沉积的煤粉相对较少。当流速增至6 mL/min时，产出液相对浑浊，可见些许悬浮−沉降煤粉；1号圆柱孔内石英砂缺失70%，3号圆柱孔内石英砂缺失50%，整体深浅依次为1≈2>3。当流速增至8 mL/min时，产出液十分浑浊，可见大量的悬浮、沉降煤粉；1号圆柱孔内石英砂缺失70%，3号圆柱孔缝内石英砂缺失60%，整体深浅依次为1号>2号>3号。当流速增至10 mL/min时，产出液轻微浑浊；模型入口形成滤饼，3号圆柱孔缝内基本无石英砂，2号圆柱孔缝内可见大量煤粉沉积（图4c）。
当矿化度为10 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，未见煤粉产出，可见少量煤粉沉积于1号、2号圆柱孔缝内。当流速增至4 mL/min时，产出液轻微浑浊，可见少量悬浮—沉降煤粉；不同圆柱孔缝内均有煤粉沉积，整体深浅依次为1号>2号>3号。当流速增至6 mL/min时，产出液相对浑浊，可见部分悬浮-沉降煤粉；1号圆柱孔缝内石英砂缺失20%，整体深浅依次为2号>1号≈3号。当流速增至8 mL/min时，产出液十分浑浊，可见大量的悬浮-沉降煤粉；1号与3号圆柱孔缝内的石英砂继续减少，煤粉多沉积于1号圆柱孔内的出口至3号圆柱孔缝的入口，整体深浅依次为2号>1号≈3号。当流速增至10 mL/min时，产出液轻微浑浊，可见部分沉降煤粉；相比于上一流速，1号圆柱孔缝内颜色加深，2号与3号圆柱孔缝内颜色变浅（图4d）。
当矿化度为20 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，未见煤粉产出；1号圆柱孔内石英砂减少35%，3号圆柱孔缝内石英砂减少5%，不同圆柱孔缝内可见少量煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液轻微浑浊，可见少量悬浮煤粉；1号圆柱孔缝内石英砂减少40%，不同圆柱孔内可见少量煤粉沉积。当流速增至6 mL/min时，产出液相对浑浊；1号圆柱孔缝内石英砂减少70%，3号圆柱孔缝内石英砂减少50%，整体深浅依次为2号>3号>1号。当流速增至8 mL/min时，产出液浑浊，各圆柱孔缝内沉积煤粉增多。当流速增至10 mL/min时，产出液可见大量黑色煤粉颗粒；1号圆柱孔缝内沉降大量煤粉，3号圆柱孔缝内煤粉被冲刷殆尽（图4e）。
3.1.2 1-2模型
1-2模型尺寸和实物，及其在不同流体作用下煤粉运移与沉降情况，如图5所示。
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图 5 1-2模型实物图及其在不同流体作用下煤粉运移及沉降特征Figure 5. Physical image of the model 1-2 and its characteristics of coal fine transport and sedimentation under different fluid interactions当矿化度为0 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，轻微泛黄，有细小的煤粉悬浮和沉降于瓶底，量少；煤粉主要沿下部通道运移，4、5号细颈瓶孔缝内颜色较深，整体深浅依次为5号≈4号>1号≈2号>3号>6号。当流速增至4 mL/min时，产出液轻微浑浊，可见悬浮—沉降的煤粉颗粒呈浅灰色；所有细颈瓶孔缝内颜色都加深，其中3号和6号变化明显，整体深浅依次为5号≈4号>1号≈2号>6号>3号。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，悬浮—沉降的煤粉量较大；4、5与6号细颈瓶孔缝内颜色较深，1、2、3号细颈瓶孔缝内颜色逐渐变浅，整体深浅依次为4号≈5号>6号>1号>2号>3号。当流速继续增至8 mL/min时，产出液清澈，基本无煤粉；煤粉悬浮液堵塞在入口处，形成滤饼，1、2、4、5细颈瓶孔缝内可见煤粉沉积于底部。流速10 mL/min与8 mL/min现象一致，此时憋压压力增至7.8 MPa（图5b）。
当矿化度为5 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，有细小的煤粉悬浮；4号底部可见明显的煤粉沉积，其余颜色较浅，整体深浅依次为4号>5号>1号>6号>2号>3号。当流速增至4 mL/min时，产出液轻微浑浊，有细小煤粉悬浮；煤粉在4号细颈瓶孔缝内继续堆积，整体深浅依次为4号>6号>5号>1号>2号>3号。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，悬浮—沉降的煤粉量较大；1、2、3号细颈瓶孔内底部均沉积煤粉，颜色相近，4号细颈瓶孔内颜色最深，整体深浅依次为4号>1号≈2号>3号>5号≈6号。当流速增至8 mL/min时，产出液浑浊，进水量大于出水量；4号最黑，5与6有所加深，整体深浅依次为4号>1号≈2号>3号>5号≈6号。当流速增至10 mL/min时，产出液清澈，瓶底可见煤粉沉降量少，煤粉颗粒较大，基本无悬浮煤粉；煤粉悬浮液堵塞在1号与4号细颈瓶孔缝入口处，1号较4号颜色浅，整体深浅依次为4号>1号>2号>3号>5号>6号（图5c）。
当矿化度为10 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，有细小的煤粉悬浮；4号、5号底部可见明显的煤粉沉积，其余颜色较浅。当流速增至4 mL/min时，产出液轻微浑浊，有细小煤粉悬浮；各个细颈瓶孔缝内均有颜色加深，整体深浅依次为4号>5号>3号>2号>1号>6号。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，悬浮—沉降的煤粉量较大；除6号以外，各个细颈瓶孔缝内均有颜色加深，煤粉主要沿上方通道流动。当流速增至8 mL/min时，产出液浑浊，悬浮—沉降的煤粉量继续增大；1、2、3号细颈瓶孔内颜色继续加深。当流速增至10 mL/min时，产出液清澈，5号与6号连接处、3号出口处均形成堵塞（图5 d）。
当矿化度为20 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，有细小的煤粉悬浮；4号底部可见明显的煤粉沉积，其余颜色较浅，整体深浅依次为4号>1号≈2号≈3号>5号>6号。当流速增至4 mL/min时，产出液轻微泛灰，可见煤粉沉降于瓶底；4、5、6号细颈瓶孔缝内煤粉沉积增多，整体深浅依次为4号≈5号≈6号>2号>3号>1号。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，悬浮—沉降的煤粉量较大；各个细颈瓶孔缝内均有颜色加深，其中4、5、6相比于1、2、3号细颈瓶孔缝颜色更深。当流速增至8 mL/min时，产出液清澈，憋压压力增至7.3 MPa；各个细颈瓶孔缝内均沉积大量煤粉。当流速增至10 mL/min时，产出液清澈，憋压压力迅速增加至10 MPa（图5e）。
3.1.3 1-3模型
1-3模型尺寸和实物，及其在不同流体作用下煤粉运移与沉降情况，如图6所示。
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图 6 1-3模型实物图及其在不同流体作用下煤粉运移及沉降特征Figure 6. Physical image of the model 1-3 and its characteristics of coal fine transport and sedimentation under different fluid interactions当矿化度为0 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液轻微浑浊，可见细小煤粉颗粒悬浮；上部平行板状孔缝内煤粉沉积较少，1号浅灰（很浅），2号入口端前一半浅灰，向出口渐浅至白色，下部平行板状孔内有些许煤粉沉积，其中3号有明显的煤粉沉降，分布较均匀，4号也有明显煤粉沉降，分布不规则，向出口分布渐少。当流速增至4 mL/min时，产出液浑浊，可见部分悬浮—沉降煤粉；不同平行板状孔缝内颜色加深，其中1号呈灰色（颜色分布较均匀），2号颜色由入口向出口端渐淡，3号整体偏黑（颜色分布较均匀），4号颜色呈黑色向出口端渐淡，整体深浅依次为3号>4号>1号>2号。当流速增至6 mL/min时，产出液十分浑浊，可见大量悬浮—沉降煤粉；不同平行板状孔缝内颜色继续加深，整体仍以下部通道颜色更深为主。当流速增至8 mL/min时，产出液更为浑浊，沉降煤粉增多，整体深浅依次为3号>4号>1号>2号。当流速增至10 mL/min时，产出液仍十分浑浊，不同平行板状孔缝内颜色继续加深，整体深浅依次为3号>4号>1号>2号（图6b）。
当矿化度为5 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈；可见少许煤粉沉积于3号平行板状孔缝内。当流速增至4 mL/min时，产出液轻微浑浊，可见少量悬浮煤粉；不同平行板状孔缝内颜色加深，整体深浅依次为3号>4号>1号>2号。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，可见明显悬浮—沉降煤粉；不同平行板状孔缝内颜色继续加深，整体仍以下部通道颜色更深为主。当流速继续增大至8 mL/min与10 mL/min，产出液浑浊程度随流速增大而增大，可见大量悬浮—沉降煤粉（图6c）。
当矿化度为10 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，未见煤粉产出；可见极少量煤粉沉积于3号平行板状孔缝内。当流速增至4 mL/min时，产出液可见少量细小悬浮煤粉；不同平行板状孔缝内颜色加深，整体深浅依次为3号>4号>1号>2号。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，可见部分悬浮煤粉；整体仍以下部通道颜色更深为主，整体深浅依次仍为3号>4号>1号>2号。当流速继续增大至8 mL/min与10 mL/min，产出液浑浊，不同平行板状孔内颜色变浅，煤粉在不同平行板状孔缝内沉积减少（图6 d）。
当矿化度为20 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，未见煤粉产出；可见少许煤粉沉积于3号平行板状孔缝内。当流速增至4 mL/min时，产出液可见少量细小悬浮煤粉；不同平行板状孔缝内颜色加深，整体深浅依次为3号>4号>1号>2号。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，可见明显悬浮—沉降煤粉；不同平行板状孔缝内颜色加深，整体深浅仍依次为3号>4号>1号>2号。流速为8 mL/min与上述现象一致，颜色继续加深。当流速增至10 mL/min时，产出液清澈，仅有少量细小悬浮煤粉，煤粉在不同平行板状孔缝内沉积减少（图6e）。
3.2 不同流体作用下多类型孔缝组合模型响应特征
3.2.1 3-1-1模型
3-1-1模型尺寸和实物，及其在不同流体作用下煤粉运移与沉降情况，如图7所示。
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图 7 3-1-1模型实物图及其在不同流体作用下煤粉运移及沉降特征Figure 7. physical image of the model 3-1-1 and its characteristics of coal fine transport and sedimentation under different fluid interactions当矿化度为0 mg/L与5 000 mg/L，流速为2 mL/min时，出水端均基本无水滴出，无煤粉进入模型，憋压压力迅速增大（图7b，c）。
当矿化度为10 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，未见煤粉颗粒；圆柱形孔缝内石英砂减少，细颈瓶孔缝内煤粉沉积显著，平行板状孔缝内可见煤粉沉积，整体而言，中间孔隙组合煤粉沉积量大于两侧。当流速增至4 mL/min时，产出液轻微浑浊，细颈瓶孔缝与平行板状孔缝内可见煤粉沉积，但后者颜色变浅，圆柱形孔内基本无石英砂。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，可见少量石英砂沉降底部，憋压压力增大至11 MPa。当流速增至8 mL/min与10 mL/min时，有少量清澈产出液，憋压压力分别增大至10.8 MPa与9.6 MPa（图7d）。
当矿化度为20 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈；圆柱形孔缝与细颈瓶孔缝内可见煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，在圆柱形孔缝内与孔隙连接处可见煤粉沉积。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝内煤粉沉积增多，憋压压力增大至5.8 MPa。当流速增至8 mL/min与10 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝内煤粉沉积增多，憋压压力分别增大至7.8 MPa与6.3 MPa（图7e）。
3.2.2 3-1-2模型
3-1-2模型尺寸和实物，及其在不同流体作用下煤粉运移与沉降情况，如图8所示。
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图 8 3-1-2模型实物图及其在不同流体作用下煤粉运移及沉降特征Figure 8. physical image of the model 3-1-2 and its characteristics of coal fine transport and sedimentation under different fluid interactions当矿化度为0 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈；煤粉均沉积于圆柱形孔缝内。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝与细颈瓶孔缝内煤粉沉积数量增多，平行板状孔缝内可见煤粉沉积。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，不同类型孔缝内煤粉沉积数量进一步增多。当流速增至8 mL/min时，产出液轻微浑浊，可见少量细小悬浮煤粉，当流速增至10 mL/min时，产出液轻微浑浊，可见少量煤粉沉降于瓶底，不同类型孔缝内煤粉沉积数量进一步增多（图8b）。
当矿化度为5 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈；煤粉沉积于圆柱形孔缝内，总体较上一矿化度颜色变深。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝与细颈瓶孔缝被煤粉充满。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，不同类型孔缝内煤粉沉积数量进一步增多。当流速增至8 mL/min与10 mL/min时，产出液清澈，流速越大沉积煤粉数量越多（图8c）。
当矿化度为10 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈；煤粉沉积于圆柱形孔缝内。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝与细颈瓶孔缝内煤粉沉积数量增多，平行板状孔缝内可见煤粉。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，不同类型孔缝内煤粉沉积数量进一步增多。当流速增至8 mL/min时，产出液中可见细小悬浮煤粉。当流速增至10 mL/min时，产出液清澈，不同类型孔缝内煤粉沉积数量进一步增多，其中平行板状孔缝内石英砂数量减少（图8d）。
当矿化度为20 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，煤粉沉积于圆柱形孔缝内。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝与细颈瓶孔缝内煤粉沉积数量增多。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，不同类型孔缝内煤粉沉积数量进一步增多。当流速增至8 mL/min时，产出液些许浑浊，可见细小悬浮煤粉，不同类型孔缝内煤粉沉积数量进一步增多。当流速增至10 mL/mi时，产出液浑浊，不同类型孔缝内煤粉沉积数量进一步增多（图8e）。
3.2.3 3-1-3模型
3-1-3模型尺寸和实物，及其在不同流体作用下煤粉运移与沉降情况，如图9所示。
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图 9 3-1-3模型实物图及其在不同流体作用下煤粉运移及沉降特征Figure 9. Physical image of the model 3-1-3 and its characteristics of coal fine transport and sedimentation under different fluid interactions当矿化度为0 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈；仅在圆柱形孔缝与细颈瓶孔缝底部有少量煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液浑浊，可见悬浮煤粉；不同类型孔缝内沉积煤粉数量增多。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，整体深浅依次为圆柱形孔缝>细颈瓶孔缝>平行板状孔缝。当流速增至8 mL/min时，产出液浑浊，不同类型孔缝沉积煤粉数量增多。当流速增至10 mL/min时，产出液浑浊，模型内形成贯穿通道，石英砂堆积处仍有煤粉沉积（图9b）。
当矿化度为5 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，可见少许细小悬浮煤粉；煤粉沉积于圆柱形孔内；当流速增至4 mL/min时，产出液些许浑浊；圆柱形孔缝内石英砂减少，煤粉总体沉积于不同孔缝底部，平行板状孔缝内形成贯穿通道。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊；不同类型孔缝内沉积煤粉数量增多，石英砂数量减少。当流速增至8 mL/min时，产出液浑浊，圆柱形孔缝内石英砂所剩无几，不同类型孔缝内沉积煤粉数量继续增多。当流速增至10 mL/min时，产出液更为浑浊，不同孔缝之间形成贯穿通道（图9c）。
当矿化度为10 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，不同类型孔缝底部可见少许煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液浑浊，可见悬浮煤粉；不同类型孔缝底部煤粉沉积数量增多，圆柱形孔缝内石英砂数量减少。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊；不同类型孔缝底部煤粉沉积数量增多，圆柱形孔缝与平行板状孔缝内石英砂数量减少。当流速增至8 mL/min时，产出液浑浊，不同类型孔缝底部煤粉沉积数量增多。当流速增至10 mL/min时，产出液更为浑浊，不同孔缝之间形成贯穿通道（图9d）。
当矿化度为20 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，未见明显的煤粉颗粒沉积于孔缝。当流速增至4 mL/min时，产出液些许浑浊，可见细小的悬浮煤粉；不同类型孔缝底部煤粉沉积数量增多，圆柱形孔缝内石英砂数量减少。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，可见煤粉沉降于瓶底；整体深浅依次为圆柱形孔缝>细颈瓶孔缝>平行板状孔缝。当流速增至8 mL/min时，产出液浑浊，模型内部形成贯穿通道，有石英砂部分沉降较多煤粉。当流速增至10 mL/min时，产出液最为浑浊，不同类型孔缝底部煤粉沉积数量增多（图9e）。
3.2.4 3-2-1模型
3-2-1模型尺寸和实物，及其在不同流体作用下煤粉运移与沉降情况，如图10所示。
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图 10 3-2-1模型实物图及其在不同流体作用下煤粉运移及沉降特征Figure 10. Physical image of the model 3-2-1 and its characteristics of coal fine transport and sedimentation under different fluid interactions当矿化度为0 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈；圆柱形孔缝与平行板状孔缝内可见沉降煤粉，顶部孔缝组合未见煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液些许浑浊；顶部圆柱形孔缝内可见煤粉沉积，中部及下部圆柱形孔缝及平行板状孔缝内煤粉沉积数量增多。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，不同类型孔缝底部煤粉沉积数量增多，憋压压力增大至4.6 MPa。当流速增至8 mL/min时，产出液浑浊；所有孔缝组合内基本均被煤粉沉积充填，憋压压力增大至10.3 MPa。当流速增至10 mL/min时，产出液最为浑浊，不同类型孔缝底部煤粉沉积数量增多，憋压压力增大至12.1 MPa（图10b）。
当矿化度为5 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，中部及下部圆柱形孔缝及平行板状孔缝内可见沉积煤粉。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，中部及下部圆柱形孔缝及平行板状孔缝内沉积煤粉增多，憋压压力增大至4.7 MPa。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，不同类型孔缝底部煤粉沉积数量增多，憋压压力增大至10 MPa。当流速增至8 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝内石英砂数量减少，平行板状孔缝内沉积煤粉增多，憋压压力增大至10 MPa。当流速增至10 mL/min时，产出液清澈，憋压压力增大至11 MPa（图10c）。
当矿化度为10 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，底部孔缝组合可见煤粉沉积，但数量较少。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，煤粉沉积充填满整个底部孔缝组合，其次为中部孔缝组合，上部可见少量煤粉，憋压压力增大至3.1 MPa。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，顶部圆柱形孔缝内可见煤粉沉积，细颈瓶孔缝与平行板状孔缝内未见煤粉沉积；中部通道石英砂减少，可见少量煤粉沉积；底部孔缝组合被煤粉全部充填，憋压压力增大至7.5 MPa。当流速增至8 mL/min与10 mL/min时，产出液清澈，不同孔缝组合内煤粉沉积数量增多，憋压压力均分别增大至10 MPa（图10d）。
当矿化度为20 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，顶部孔缝组合可见少量煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，顶部孔缝组合内煤粉沉积数量增多；底部孔缝组合内煤粉数量增大幅度大；中部孔缝组合内全部充填煤粉，圆柱形孔缝内石英砂减少，憋压压力增大至2.6 MPa。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，不同孔缝组合内煤粉沉积数量增多，憋压压力增大至3.8 MPa。当流速增至8 mL/min时，产出液清澈，不同孔缝组合内煤粉沉积数量增多，憋压压力增大至5.7 MPa。当流速增至10 mL/min时，产出液些许浑浊，可见细小悬浮煤粉颗粒，除底部细颈瓶孔缝外，其余孔缝组合内沉积较多煤粉，憋压压力增大至7.6 MPa（图10e）。
3.2.5 3-2-2模型
3-2-2模型尺寸和实物，及其在不同流体作用下煤粉运移与沉降情况，如图11所示。
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图 11 3-2-2模型实物图及其在不同流体作用下煤粉运移及沉降特征Figure 11. Physical image of the model 3-2-2 and its characteristics of coal fine transport and sedimentation under different fluid interactions当矿化度为0 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝内可见少量煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液浑浊，圆柱形孔缝与平行板状孔缝内可见煤粉沉积。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，圆柱形孔缝与平行板状孔缝内沉积煤粉继续增多，其中底部比上部煤粉沉积数量多。当流速增至8 mL/min时，可见悬浮—沉降煤粉，不同孔缝组合内煤粉沉积数量增多。当流速增至10 mL/min时，产出液浑浊，圆柱形孔缝内石英砂减少，不同孔缝组合内煤粉沉积数量增多，憋压压力增大至20 MPa（图11b）。
当矿化度为5 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝内可见大量煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，平行板状孔缝内可见煤粉沉积，圆柱形孔缝内石英砂减少。当流速增至6 mL/min时，产出液清澈，平行板状孔缝内煤粉沉积增多，煤粉沉积堵满圆柱形孔。当流速增至8 mL/min时，可见少量悬浮煤粉，不同类型孔缝内均可见煤粉沉积，憋压压力增大至3.3 MPa。当流速增至10 mL/min时，可见少量煤粉沉积于瓶底，不同孔缝组合内煤粉沉积数量增多（图11c）。
当矿化度为10 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝与平行板状孔缝内可见煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，不同类型孔缝内均可见煤粉沉积，其中顶部孔缝组合比底部孔缝组合煤粉沉积速度快。当流速增至6 mL/min时，可见少许煤粉颗粒沉降于瓶底，不同类型孔缝内均可见煤粉沉积，底部孔缝组合煤粉沉积速度比顶部快，此时憋压压力增大至2.2 MPa。当流速增至8 mL/min与10 mL/min时，可见少许煤粉颗粒沉降于瓶底，不同孔隙缝合内煤粉沉积数量增多，其中下部孔缝组合基本全部被煤粉充填，憋压压力分别增大至2.3 MPa与3.1 MPa（图11d）。
当矿化度为20 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝内可见煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝与平行板状孔缝内可见煤粉沉积，其中顶部孔缝组合煤粉运移速度快，沉积量少。当流速增至6 mL/min时，可见少许煤粉颗粒沉降于瓶底，圆柱形孔缝与平行板状孔缝内煤粉沉积数量增大。当流速增至8 mL/min与10 mL/min时，可见少许煤粉颗粒沉降于瓶底，不同孔缝组合内煤粉沉积数量增多（图11e）。
3.2.6 3-2-3模型
3-2-2模型尺寸和实物，及其在不同流体作用下煤粉运移与沉降情况，如图12所示。
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图 12 3-2-3模型实物图及其在不同流体作用下煤粉运移及沉降特征Figure 12. Physical image of the model 3-2-3 and its characteristics of coal fine transport and sedimentation under different fluid interactions当矿化度为0 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，不同孔隙内均可见少量煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，产出液浑浊，圆柱形孔缝内石英砂减少，底部孔缝组合内煤粉沉积数量高于顶部。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，圆柱形孔缝与平行板状孔缝内石英砂减少，模型内存在驱替连通通道。当流速增至8 mL/min时，产出液继续浑浊，模型中间形成连通通道。当流速增至10 mL/min时，产出液更为浑浊，不同类型孔缝内石英砂数量减少，煤粉沉积量相对减少（图12b）。
当矿化度为5 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液清澈，圆柱形孔缝与平行板状孔缝内可见煤粉沉积。当流速增至4 mL/min时，可见少量细小悬浮煤粉，不同类型孔缝内均可见煤粉沉积。当流速增至6 mL/min时，产出液浑浊，不同类型孔缝内煤粉沉积数量增多，底部煤粉沉积比顶部多。当流速增至8 mL/min与10 mL/min时，产出液浑浊，不同类型孔缝内石英砂数量减少，模型中间形成连通通道（图12c）。
当矿化度为10 000 mg/L，流速为2 mL/min时，不同孔隙内均可见煤粉沉积，整体深浅依次圆柱形孔缝>平行板状孔缝>细颈瓶孔缝。当流速增至4 mL/min时，产出液浑浊，可见大量煤粉沉降于瓶底，不同类型孔缝内煤粉沉积量增大。当流速增至6、8与10 mL/min时，产出液浑浊，流速增大导致不同类型孔缝内石英砂数量减少，煤粉沉积数量增多（图12d）。
当矿化度为20 000 mg/L，流速为2 mL/min时，产出液浑浊，不同孔缝内均可见煤粉沉积，整体深浅依次圆柱形孔缝>平行板状孔缝>细颈瓶孔缝。当流速增至4 mL/min时，不同孔缝内煤粉沉积数量增多。当流速增至6、8与10 mL/min时，产出液浑浊，流速增大导致不同类型孔缝内石英砂数量减少，煤粉沉积数量增多（图12e）。
3.3 不同形状孔缝及其组合约束下差异流体作用对煤粉运移的影响机制
产出液煤粉质量浓度可间接反映煤粉的运移规模，其值越高代表煤粉的运移规模越大；憋压压力可间接反映煤粉沉降导致的模型导流能力变化情况，其值越大代表模型导流能力下降程度越大。
3.3.1 孔缝类型影响作用
对于两端开放的圆柱形孔缝而言，当矿化度小于20 000 mg/mL时，伴随矿化度增大，产出煤粉相对浓度（产出煤粉与注入煤粉质量浓度的比值）与流速之间呈抛物线关系，存在最高值点，最高值点对应的流速逐渐增大。憋压压力仅在矿物度为0 mg/mL、流速大于8 mL/min存在。由于本次所用驱替流体为NaHCO3，NaHCO3在水中由于具有弱酸根，因此既发生电离，又发生水解反应，伴随矿化度增大，水解产生的阴离子OH-使煤粉颗粒表面负电荷增加，增强煤粉间排斥力，煤粉易于分散而不利于团聚[30]。故在高矿化度阶段（20 000 mg/mL），流速增大产出煤粉质量浓度越大，且未产生憋压，即不存在煤粉沉降导致的模型导流能力下降。在低矿化度阶段（<20 000 mg/mL），矿化度越低煤粉团聚效应越显著，因此转折点对应的临界流速越小，具体而言，当矿化度为0 mg/mL时，转折点对应流速为6 mL/min，此时大量煤粉堆积导致模型导流能力下降，当流速继续增大，产生憋压压力同样验证了模型导流能力的降低。当矿化度为5 000 mg/mL和10 000 mg/mL时，对应临界流速为8 mL/min，但模型导流能力并未降低，体现在憋压压力近似为0 MPa，模型入口处形成滤饼，故导致产出煤粉相对浓度降低（图13a，b）。
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图 13 差异流体作用下不同单孔模型产出煤粉浓度、憋压压力随流速变化Figure 13. Variation of coal fine concentration and holding pressure with flow velocity under the action of differential fluid in different single pore models对于细颈瓶孔缝而言，不同矿化度下产出煤粉相对浓度与流速均呈先增大后减小趋势，且在流速为8 mL/min与10 mL/min时，均存在憋压现象。上述情况表明，相比于圆柱形孔缝，细颈瓶孔缝在相同的条件下更容易发生煤粉堆积导致的储层伤害现象。矿化度越高，临界流速对应的产出煤粉相对浓度越大，与圆柱形孔缝规律相同（图13c，d）。
对于平行板状孔缝而言，不同矿化度下憋压压力均趋近于0 MPa，表明在本次流体条件下，并未有煤粉沉降导致的导流能力下降。当矿化度小于20 000 mg/mL时，伴随矿化度增大，产出煤粉相对浓度随流速的增大而增大，表明煤粉悬浮运移规模越大。当矿化度增加至20 000 mg/mL时，大量煤粉运移在入口端形成滤饼，导致在流速为10 mL/min，产出煤粉相对浓度降低（图13e，f）。
总体而言，就煤粉运移规模与煤粉沉降导致的导流能力下降从优到差依次为平行板状孔缝、两端开放的圆柱形孔缝与细颈瓶孔缝。
3.3.2 孔缝组合方式及孔缝大小影响作用
当采用圆柱形孔缝（入口端）+细颈瓶孔缝+平行板状孔缝（出口段）组合时，按照孔径从小到大依次为3-1-1模型（3组孔隙组合）、3-1-2模型（2组孔隙组合）与3-1-3模型（1组孔隙组合）。
对于3-1-1模型而言，几乎在任何矿化度与试验设计流速条件下，均在出口段未见产出煤粉，憋压压力随流速增大而逐渐增大，暗示煤粉沉降导致的模型导流能力快速下降[31]。特别是在低矿化度阶段（<5 000 mg/L），在较低的流速下憋压压力迅速上升进而停止试验，同样印证了低矿化度下煤粉团聚导致煤粉颗粒堆积到入口段，煤粉难以进入模型而导致憋压压力迅速增大。当矿化度升高后，煤粉分散性增强，悬浮煤粉随流速增大而运移量增多，煤粉在模型中的沉降量增大，模型导流能力下降，憋压压力增大。
相比于3-1-1模型，3-1-2模型孔隙组合没变，但增大了相应的孔缝直径。试验结果表明增大后的孔缝组合在任何流速与矿化度下未见憋压。仅在高矿化度（20 000 mg/L）、高流速条件下可在出口段见产出煤粉。上述现象表明虽然煤粉沉降于模型孔缝间形成泥饼过滤流体，使得产出煤粉浓度近似为0，但此时煤粉沉降在相应流速作用下并未导致模型导流能力下降，与石英砂被携带出有关。
当继续增大孔缝直径，对于3-1-3模型而言，同样表现为在任何流速与矿化度下未见憋压。伴随流速增大，产出煤粉相对浓度随之增大，且矿化度越高，产出煤粉浓度越大。上述现象表明，孔径越大越不利于煤粉沉降，流速越大煤粉运移数量越多，模型导流能力相比于上述模型是最好的（图14）。
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图 14 差异流体作用下各模型产出煤粉浓度、憋压压力随流速变化Figure 14. Variation of coal fine concentration and holding pressure with flow velocity under the action of differential fluid in the models当采用圆柱形孔缝（入口端）+平行板状孔缝+细颈瓶孔缝（出口段）组合时，按照孔径从小到大依次为3-2-1模型（3组孔隙组合）、3-2-2模型（2组孔隙组合）与3-2-3模型（1组孔隙组合）。
对于3-2-1模型而言，在矿化度为0 mg/L时，产出煤粉浓度与憋压压力随流速增大而增大，表明大量煤粉运移导致模型导流能力急剧下降。当矿化度逐渐增大，煤粉相对较为分散，且矿化度越大，煤粉越为分散，导致在高矿化度下，煤粉沉降作用下模型导流能力下降速度慢（图15a，b）。
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图 15 差异流体作用下各模型产出煤粉浓度、憋压压力随流速变化Figure 15. Variation of coal fine concentration and holding pressure with flow velocity under the action of differential fluid in the models相比于3-2-1模型，当孔径增大后的3-2-2模型，不同矿化度下的产出煤粉浓度增大，憋压压力相对减弱，暗示孔径增大后更利于煤粉的运移，煤粉沉降导致的模型导流能力下降程度降低（图15c，d）。
当孔径继续增大后，在任何流体条件下，憋压压力均近似为0，产出煤粉浓度随流速与矿化度增大而增大，表明孔径越大越不利于煤粉沉沉降，流速越大煤粉运移数量越多，这与上述模型所得结论一致（图15e）。
4. 结 论
1）借助3D打印技术加工了不同孔缝类型及其组合的毫米尺度模型样品，依托可视化观测煤粉运移与沉降的试验装置，揭示了不同类型孔缝及其组合约束下差异流体作用（流体压力、矿化度）对煤粉运移的影响机制
2）对于圆柱形孔缝而言，当矿化度为20 000 mg/L时，流速与产出煤粉浓度呈正相关关系；对于细颈瓶孔缝而言，不同矿化度下产出煤粉浓度与流速均呈先增大后减小趋势，煤粉运移易在此类孔缝内形成堆积进而导致储层伤害；对于平行板状孔缝而言，煤粉运移规模与流速呈正相关关系，与前两类孔隙相比，在相同流体作用下不易发生储层伤害。
3）无论任何孔缝组合条件下，当孔径足够大，煤粉利于运移产出而不利于沉降，模型导流能力随流速增大而增大，主要与高流速下可携带部分石英砂产出有关。对于不同孔缝组合而言，圆柱形孔缝（入口端）+细颈瓶孔缝+平行板状孔缝（出口段）的组合比圆柱形孔缝（入口端）+平行板状孔缝+细颈瓶孔缝（出口段）的组合有更好的抵抗煤粉沉降导致储层物性变差的能力，主要体现在相同流体作用条件下，憋压压力相对较低。
4）当前研究虽然能模拟典型孔缝组合条件下煤粉运移与沉降情况，但实际煤储层孔隙结构非均质性较强，特别是在纳米尺度，未来伴随3D打印技术精度的提高，有望突破这一局限。
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表 1 矿井水原水和浓缩液水质指标
Table 1 Quality of raw water and concentrate of mine water
项目 TDS质量浓度
/(mg·L−1)电导率
/(mS·cm−1)pH值 硬度
/ (mmol·L−1)Cl−质量浓度
/(mg·L−1)SO4 2−质量浓度
/(mg·L−1)原水 4 360 6.82 8.42 16.6 1 213 2 098 浓缩液 93 040 156 7.86 <0.05 21 332 38 458 
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表 2 膜性能参数
Table 2 Membrane performance parameters
类型 型号 外观 厚度/mm 交换容量/（mmol·g−1） 含水量/
%跨膜电压/
V迁移数 爆破强度/
MPa双极膜 BPM-Ⅰ 阳面棕黄色
阴面浅灰色0.16～0.23 阳面1.4～1.8
阴面0.7～1.135～40 0.9～1.6 — >0.25 阳膜 JCM-Ⅱ 灰色 0.16～0.23 1.8～2.2 33～40 — 0.95～0.99 >0.25 阴膜 JAM-Ⅱ 淡黄色 0.16～0.23 1.8～2.0 24～28 — 0.90～0.95 >0.25
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