Journal of Membrane Science 331 (20

Journal of Membrane Science 331 (2009) 31–39
Contents lists available at ScienceDirect
Journal of Membrane Science
journal homepage: www.elsevier.com/locate/memsci
High recovery of concentrated RO brines using forward
osmosis and membrane distillation
C. Riziero Martinetti a, Amy E. Childress a, Tzahi Y. Cathb,∗
a University of Nevada, Reno, Department of Civil and Environmental Engineering, Reno, NV 89557, United States
b Colorado School of Mines, Division of Environmental Science and Engineering, Golden, CO 80401, United States
article info
Article history:
Received 3 September 2008
Received in revised form 21 December 2008
Accepted 2 January 2009
Available online 8 January 2009
Keywords:
Desalination
Forward osmosis
Membrane distillation
Brackish water
Zero liquid discharge
Brine disposal
abstract
Vacuum-enhanced direct contact membrane distillation (VEDCMD) and forward osmosis (FO) were investigated
for water recovery enhancement in desalination of brackish water. Past studies have demonstrated
that both VEDCMD and FO can be effectively utilized in the treatment of a wide range of highly concentrated
feed solutions. In the current study, two reverse osmosis (RO) brine streams with total dissolved
solids concentrations averaging 7500 and 17,500 mg/L were further desalinated by VEDCMD and by FO. In
both processes, high water recoveries were achieved; however, recoveries were limited by precipitation
of inorganic salts on the membrane surface. Various cleaning techniques were able to remove the scale
layer from the membrane and restore water flux to almost initial levels. FO achieved water recoveries up
to 90% from the brines and VEDCMD achieved water recoveries up to 81% from the brines. Addition of
a scale inhibitor during both processes was effective at maintaining high water flux for extended time.
When considering the total water recovery (the recovery from the RO processes combined with the batch
recovery from the VEDCMD or FO process), greater than 96 and 98% total recoveries were achieved for
the two different brine streams.
© 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.
1. Introduction
Brackish water desalination is increasingly being practiced by
inland communities to augment their limited fresh water resources
[1]. Brackish water salinities range from 1000 to 8000 mg/L total
dissolved solids (TDS) compared to approximately 35,000 mg/L
TDS for ocean water. Eastern Municipal Water District (EMWD)
in Southern California has implemented the Perris Basin Desalination
Program to reduce its dependence on a costly and potentially
limited supply of imported water. In order to utilize high-TDS
groundwater from its basins, EMWD is operating two reverse
osmosis (RO) desalination facilities and designing a third. The
groundwater is blended with RO product water from the facilities
to achieve product water with less than 500 mg/L TDS in
the distribution system. The RO brine stream is discharged into
the 22-mile-long Temescal Valley Regional Interceptor, which
Abbreviations: CF, concentration factor; CP, concentration polarization; CTA, cellulose
triacetate; ED, electrodialysis; EDR, electrodialysis reversal; EMWD, Eastern
Municipal Water District; FO, forward osmosis; MD, membrane distillation; OCSD,
Orange County Sanitation District; PP, polypropylene; PTFE, polytetrafluoroethylene
(Teflon®); RO, reverse osmosis; SARI, Santa Ana Regional Interceptor; TDS, total dissolved
solids; VEDCMD, vacuum enhanced direct contact membrane distillation;
ZLD, zero liquid discharge.
∗ Corresponding author. Tel.: [phone]; fax: [phone].
E-mail address: [e-mail] (T.Y. Cath).
is a non-reclaimable waste pipeline that connects EMWD to
the Santa Ana Regional Interceptor (SARI). The brine is then
transported by the SARI to Orange County Sanitation District
(OCSD) for treatment and discharge. Operation of all three RO
facilities will ultimately produce brine quantities in excess of
EMWD’s capacity in the SARI system, and additional capacity
is not available. Furthermore, the cost of treatment and disposal
by OCSD is expected to increase. Therefore, like many
other inland water utilities, EMWD must improve water recovery.
Additional brine treatment to approach zero liquid discharge
(ZLD) would not only enable EMWD to produce more water, but
also to reduce their reliance on existing brine disposal methods.
In 2005, the California Department of Water Resources and the
United States Bureau of Reclamation sponsored a study at EMWD
with the objectives of increasing water recovery and decreasing
brine volume [2,3]. Two RO brines were generated during the
investigation. The first brine was concentrate from the primary RO
process. Water recovery in the primary RO system was limited to
70% to avoid precipitation of sparingly soluble salts on the membranes.
As part of the effort to achieve higher recovery, the primary
RO brine was softened and further treated in an electrodialysis
reversal (EDR) system or a secondary RO system, thus generating
the second brine. In further studies, the brines from the primary and
secondary RO systems were used to evaluate potential ZLD systems
as part of the Perris Basin Desalination Program; this includes the
0376-7388/$ – see front matter © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.
doi:10.1016/j.memsci.2009.01.003
32 C.R. Martinetti et al. / Journal of Membrane Science 331 (2009) 31–39
current investigation of membrane distillation (MD) and forward
osmosis (FO).
Current technologies for brine treatment comprise wellestablished
processes such as pressure-driven membrane processes
(e.g., RO and nanofiltration (NF)) and current-driven membrane
processes (e.g., electrodialysis (ED) and EDR) [4]. Although wellestablished,
these processes are limited in their ability to achieve
high water recovery. Total water recovery in these processes is
limited in order to prevent scale formation and fouling of the membranes
and to prolong membrane life [5]. Energy costs of ED and EDR
are directly proportional to the feed water salinity and the rate of
salt removal, and therefore, desalination of high salinity solutions
(e.g., RO brines) is not economical [6].
More recently, ZLD or near-ZLD systems are being considered for
recovery of clean water and minimization of brine streams. ZLD or
near-ZLD systems consist mainly of thermal methods such as brine
concentrators, crystallizers, thermal evaporators, and spray driers
that reduce concentrate to a slurry or solid product that can be
disposed of in landfills. These processes are capable of recovering
high purity distillate (95–99% recovery from waste streams) [7,8]
and revenue-generating mineral salts. Although these processes are
proven effective for volume minimization, the capital and operating
costs often exceed the cost of the desalting facility [9–12] and thus,
they are not typically used.
Advanced processes are sought that can enhance water recovery
without the limitations associated with the current processes.
Previous studies have demonstrated that membrane contactor processes
such as MD and FO can potentially minimize brine volume at
lower energy expenditure and with less complexity [13,14]. In the
current study, direct contact MD (DCMD) and FO are investigated
as potential processes to enhance water recovery in brackish water
desalination—or more specifically, to enhance water recovery from
brines generated during RO desalination of brackish water.
DCMD is a thermally driven separation process involving the
evaporation of water through the pores of a hydrophobic, microporous
membrane and direct condensation of that water vapor into
a cold water stream flowing on the support side of the membrane
[15]. In DCMD, warmer feed water is in contact with the active side
of the membrane and a cooler water stream is in direct contact
with the support side. The driving force for mass transfer in DCMD
is the vapor pressure difference across the membrane induced by
the temperature difference across the membrane. Because the partial
vapor pressure of water is only minimally affected by increased
concentrations of dissolved salts, DCMD has the potential to be an
ideal treatment method for highly saline feeds. In a previous study
[14], it was shown that water flux in DCMD was nearly constant
when feed concentrations of highly soluble NaCl or seawater salts
were increased from 0.6 to 73 g/L.
The performance of DCMD can be improved in different ways.
High-temperature DCMD (e.g., DCMD with the same temperature
difference, but at higher temperatures) can achieve higher water
fluxes than low-temperature DCMD [14]. This is because vapor pressure
increases exponentially with increasing water temperature.
In another configuration, vacuum-enhanced DCMD (VEDCMD), the
cooler water stream flows under negative pressure (vacuum). Under
specific operating conditions, VEDCMD has been shown to increase
flux by up to 85% compared to the conventional DCMD configuration
[14].
FO is an osmotically driven membrane separation process
involving the diffusion of water through a semipermeable membrane.
The driving force for mass transport is the difference in
osmotic pressure between the feed solution and a draw solution;
water diffuses from the feed solution of higher chemical potential
(lower osmotic pressure) to a draw solution of lower chemical
potential (higher osmotic pressure). As water diffuses through the
membrane, the feed solution becomes concentrated and the draw
solution is diluted; and thus, the draw solution must be reconcentrated
in order to maintain the osmotic pressure driving force. FO
has been shown to effectively concentrate a variety of feed streams,
including municipal wastewater, landfill leachate, and grey water
in life support systems [13,16–22].
This paper presents the findings of a bench-scale study evaluating
VEDCMD and FO as potential processes for the concentration
of brackish water RO brines. The importance of specific operating
conditions, membrane clean

Kết quả (Việt) 1:

Tạp chí khoa học màng 331 (2009) 31-39Nội dung danh sách có sẵn tại ScienceDirectTạp chí khoa học màngtạp chí trang chủ: www.elsevier.com/locate/memsciNước muối làm dưa phục hồi cao của tập trung RO bằng cách sử dụng chuyển tiếpthẩm thấu và màng chưng cấtC. Riziero Martinetti a, Amy E. Childress a, Tzahi Y. Cathb, ∗một bộ phận của đại học Nevada, Reno, kỹ thuật dân dụng và môi trường, Reno, NV 89557, Hoa Kỳb Colorado trường của Mines, bộ phận của khoa học môi trường và kỹ thuật, vàng, CO 80401, Vương Quốc AnhBài viết thông tinBài viết lịch sử:Nhận được 3 tháng 3 năm 2009Nhận được trong hình thức sửa đổi ngày 21 tháng 3 năm 2009Được chấp nhận ngày 2 tháng 1 năm 2009Có sẵn trực tuyến 8 tháng 1 năm 2009Từ khoá:Khử muốiPhía trước thẩm thấuMàng chưng cấtNước lợKhông xả chất lỏngXử lý nước muốitóm tắtNâng cao chân không trực tiếp liên hệ với màng chưng cất (VEDCMD) và phía trước thẩm thấu (FO) đã được điều tranâng cao phục hồi nước ở khử muối nước lợ. Qua nghiên cứu đã chứng minhrằng cả hai VEDCMD và FO có thể được hiệu quả sử dụng trong điều trị một loạt các tập trung cao độgiải pháp nguồn cấp dữ liệu. Trong nghiên cứu, hai đảo ngược dòng nước muối thẩm thấu (RO) với tổng cộng hòa tannồng độ chất rắn trung bình 7500 và 17.500 mg/L được thêm đã VEDCMD và FO. Ởcả hai quá trình, phục hồi nước cao đã đạt được; Tuy nhiên, phục hồi đã được hạn chế bởi mưaCác muối vô cơ trên bề mặt màng. Kỹ thuật làm sạch khác nhau đã có thể loại bỏ quy môlớp từ các màng tế bào và khôi phục lại nước tuôn ra để hầu như ban đầu cấp. FO đạt được nước phục hồi lênđến 90% từ nước muối làm dưa và VEDCMD đạt được phục hồi nước tới 81% từ các nước muối làm dưa. Bổ sungmột chất ức chế quy mô trong cả hai quá trình được hiệu quả trong việc duy trì thông lượng nước cao cho thời gian dài.Khi xem xét việc thu hồi tất cả nước (phục hồi từ các quá trình RO kết hợp với lôphục hồi từ quá trình VEDCMD hay FO), lớn hơn 96 và 98% phục hồi tất cả đã đạt được chodòng nước muối khác nhau hai.© 2009 Elsevier B.V Tất cả các quyền.1. giới thiệuKhử muối nước lợ ngày càng được thực hiện bởiCác cộng đồng nội địa để tăng cường các nguồn lực hạn chế tươi nước[1]. nước lợ salinities nằm trong khoảng từ 1000 đến 8000 mg/L tất cảhòa tan chất rắn (TDS) so với khoảng 35.000 mg/LTDS cho nước biển. Đông Municipal nước huyện (EMWD)tại miền Nam California đã thực hiện khử muối Basin PerrisCác chương trình để giảm sự phụ thuộc vào một tốn kém và có khả nănghạn chế cung cấp của nước nhập khẩu. Để sử dụng cao-TDSnước ngầm từ lưu vực của nó, EMWD hoạt động hai đảo ngượcthẩm thấu (RO) khử muối Tiện nghi và thiết kế một phần ba. Cácnước ngầm được trộn lẫn với RO sản phẩm nước từ các cơ sởđể đạt được sản phẩm nước với ít hơn 500 mg/L TDS trongHệ thống phân phối. Dòng nước muối RO thải raCác 22 dặm dài Temescal Valley Regional tiêm kích đánh chặn, màChữ viết tắt: CF, yếu tố tập trung; CP, nồng độ phân cực; Cố vấn trưởng, cellulosetriacetate; ED, mặn lọc điện; EDR, đảo ngược mặn lọc điện; EMWD, đôngQuận Municipal nước; FO, phía trước thẩm thấu; MD, chưng cất màng; OCSD,Quận Orange County vệ sinh môi trường; PP, polypropylene; PTFE, polytetrafluoroethylene(Teflon ®); RO, thẩm thấu ngược; SARI, Santa Ana khu vực tiêm kích đánh chặn; TDS, tất cả giải tánchất rắn; VEDCMD, Máy hút nâng cao chưng cất trực tiếp liên hệ với màng;ZLD, không xả chất lỏng.∗ Corresponding tác giả. Điện thoại: + 1 303 273 3402; Fax: + 1 303 273 3413.E-mail địa chỉ: [e-mail] (T.Y. Cath).là một đường ống dẫn chất thải phòng không reclaimable EMWD để kết nốimáy bay đánh chặn Santa Ana Regional (SARI). Nước biển là sau đóvận chuyển bằng SARI để vệ sinh môi trường Quận Orange County(OCSD) cho điều trị và xả. Hoạt động của tất cả ba ROTiện nghi cuối cùng sẽ sản xuất một lượng nước muối excess ofNăng lực của EMWD trong hệ thống SARI, và khả năng bổ sunglà không có sẵn. Hơn nữa, chi phí điều trị và xử lýbởi OCSD dự kiến sẽ tăng. Do đó, giống như nhiềuCác tiện ích khác của nước nội địa, EMWD phải cải thiện nước phục hồi.Thêm nước muối điều trị để tiếp cận không xả chất lỏng(ZLD) sẽ không chỉ cho phép EMWD để sản xuất thêm nước, nhưngcũng để làm giảm sự phụ thuộc của họ vào nước biển sử dụng phương pháp hiện có.Năm 2005, các nguồn tài nguyên vùng nước California và cácCục khai hoang Hoa Kỳ tài trợ một nghiên cứu tại EMWDvới mục tiêu tăng nước phục hồi và giảmnước muối khối lượng [2,3]. RO hai nước muối làm dưa đã được tạo ra trong cácđiều tra. Nước biển đầu tiên là tập trung từ RO chínhquá trình. Nước phục hồi trong hệ thống RO chính là giới hạn70% để tránh mưa ít hòa tan muối vào các màng.Như một phần của nỗ lực để đạt được phục hồi cao, chínhRO nước muối được làm mềm và tiếp tục điều trị trong một mặn lọc điệnđảo ngược (EDR) hệ thống hoặc một hệ thống RO thứ cấp, do đó tạo ranước muối thứ hai. Trong cách học thêm, nước muối làm dưa từ chính vàTrung học RO hệ thống đã được sử dụng để đánh giá tiềm năng ZLD hệ thốngPerris lưu vực chương trình khử muối; Điều này bao gồm các0376-7388 / $ – xem trước vấn đề © 2009 Elsevier B.V Tất cả các quyền.Doi:10.1016/j.memsci.2009.01.00332 C.R. Martinetti et al. / tạp chí khoa học màng 331 (2009) 31-39Các điều tra hiện tại của màng chưng cất (MD) và chuyển tiếpthẩm thấu (FO).Bao gồm các công nghệ hiện tại cho điều trị nước muối wellestablishedquá trình như màng áp lực thúc đẩy quá trình(ví dụ như, RO và nanofiltration (NF)) và thúc đẩy dòng màngquy trình (ví dụ như, mặn lọc điện (ED) và EDR) [4]. Mặc dù wellestablished,các quá trình này được giới hạn trong khả năng của họ để đạt đượcphục hồi nước cao. Phục hồi tất cả nước trong các quá trình này làgiới hạn để ngăn chặn hình thành quy mô và bẩn của các màngvà để kéo dài cuộc sống màng [5]. Chi phí năng lượng của ED và EDRlà tỷ lệ thuận với độ mặn nước nguồn cấp dữ liệu và tốc độloại bỏ muối, và do đó, khử muối của giải pháp cao độ mặn(ví dụ như, RO nước muối làm dưa) không phải là kinh tế [6].Gần đây, ZLD hoặc gần ZLD hệ thống đang được xem xét chophục hồi của nước sạch và giảm thiểu các dòng nước muối. ZLD hoặcgần ZLD hệ thống bao gồm chủ yếu là của các phương pháp nhiệt như nước muốiCác bộ tập trung, crystallizers, evaporators nhiệt và phun máy sấymà làm giảm tập trung để một bùn hoặc sản phẩm rắn có thểxử lý tại bãi chôn lấp. Các quá trình này có khả năng phục hồitinh khiết sản phẩm chưng cất (95-99% phục hồi từ dòng thải) [7,8]và doanh thu tạo ra các muối khoáng. Mặc dù các quá trìnhchứng minh hiệu quả cho giảm thiểu khối lượng, vốn và điều hànhchi phí thường vượt quá chi phí của các thiết bị desalting [9-12] và do đó,họ không thường dùng.Nâng cao quy trình đang tìm kiếm mà có thể tăng cường phục hồi nướcNếu không có những hạn chế liên quan đến các quy trình hiện tại.Nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng contactor màng xử lýchẳng hạn như MD và FO có khả năng có thể giảm thiểu khối lượng nước muối ởgiảm chi phí năng lượng và với ít phức tạp [13,14]. Trong cácnghiên cứu, tiếp xúc trực tiếp MD (DCMD) và FO đang điều tranhư các quy trình tiềm năng để nâng cao nước phục hồi trong vùng nước lợkhử muối — hoặc cụ thể hơn, để nâng cao nước phục hồi từnước muối làm dưa được tạo ra trong RO khử muối nước lợ.DCMD là một quá trình ly thân nhiệt hướng liên quan đến cácbốc hơi nước thông qua các lỗ chân lông của một kỵ nước, lụamàng và trực tiếp ngưng tụ đó hơi nước vàomột dòng nước lạnh chảy bên hỗ trợ của màng tế bào[15]. trong DCMD, nguồn cấp dữ liệu nước ấm hơn là tiếp xúc với mặt hoạt độngCác màng tế bào và một nước mát dòng là tiếp xúc trực tiếpvới phía hỗ trợ. Động lực để chuyển khối lượng tại DCMDlà sự khác biệt áp suất hơi trên màng tế bào gây ra bởisự khác biệt nhiệt độ trên màng tế bào. Bởi vì phầnáp suất hơi nước chỉ tối thiểu bị ảnh hưởng bởi tăng lênnồng độ của các muối hòa tan, các DCMD có tiềm năng là mộtphương pháp điều trị lý tưởng cho nguồn cấp dữ liệu cao mặn. Trong một nghiên cứu trước đó[14], nó đã được hiển thị là nước tuôn ra trong DCMD liên tục gầnkhi nguồn cấp dữ liệu nồng độ hòa tan cao NaCl hay nước biển muốiđã tăng lên từ 0.6 đến 73 g/L.Hiệu suất của DCMD có thể được cải thiện trong nhiều cách khác nhau.Nhiệt độ cao DCMD (ví dụ như, DCMD với nhiệt độ cùngsự khác biệt, nhưng ở nhiệt độ cao hơn) có thể đạt được nước caochất hơn nhiệt độ thấp DCMD [14]. Điều này là do áp suất hơităng theo cấp số nhân với sự gia tăng nhiệt độ nước.Trong một cấu hình, nâng cao chân không DCMD (VEDCMD), cácdòng nước lạnh chảy dưới áp lực tiêu cực (máy hút). Dướiđiều kiện hoạt động cụ thể, VEDCMD đã được hiển thị để tăngthông lên đến 85% so với cấu hình DCMD thông thường[14].FO là một quá trình tách màng osmotically hướngliên quan đến sự khuếch tán nước thông qua một màng semipermeable.Động lực về khối lượng vận chuyển là sự khác biệt trongáp lực thẩm thấu giữa các giải pháp nguồn cấp dữ liệu và giải pháp vẽ;nước khuếch tán từ các giải pháp nguồn cấp dữ liệu của cao tiềm năng hóa học(áp suất thẩm thấu thấp hơn) đến một giải pháp hòa các hóa chất thấptiềm năng (áp suất thẩm thấu cao hơn). Như nước khuếch tán thông qua cácmàng tế bào, các giải pháp nguồn cấp dữ liệu trở thành tập trung và bốc thămgiải pháp pha loãng; và như vậy, giải pháp vẽ phải được reconcentratedđể duy trì áp lực thẩm thấu lái xe lực lượng. FOđã được chứng minh để có hiệu quả tập trung nhiều suối nguồn cấp dữ liệu,bao gồm xử lý nước thải municipal, bãi rác leachate và xám nướctrong hệ thống hỗ trợ cuộc sống [13,16-22].Bài báo này trình bày những phát hiện của một nghiên cứu cuốn-quy mô đánh giáVEDCMD và FO như các quá trình tiềm năng cho nồng độcủa nước lợ RO nước muối làm dưa. Tầm quan trọng của hoạt động cụ thểđiều kiện, màng sạch

Kết quả (Việt) 2:

Tạp chí Khoa học Membrane 331 (2009) 31-39
Nội dung danh sách có sẵn tại ScienceDirect
Tạp chí Khoa học Membrane
tạp chí trang chủ: www.elsevier.com/locate/memsci
phục hồi cao của nước mặn RO tập trung sử dụng tiếp
thẩm thấu và chưng cất màng
C. Riziero Martinetti một, Amy E. Childress một, Tzahi Y. Cathb, *
một trường Đại học Nevada, Reno, Sở ​​Xây dựng và Kỹ thuật Môi trường, Reno, NV 89.557, Hoa Kỳ
b Colorado School of Mines, Phòng Khoa học Môi trường và Kỹ thuật, Golden, CO 80.401, Hoa Kỳ
thông tin bài viết
Điều lịch sử:
Nhận 03 tháng 9 2008
Nhận dạng sửa đổi ngày 21 tháng 12 năm 2008
được chấp nhận ngày 02 tháng 1 năm 2009
có sẵn trực tuyến ngày 08 Tháng 1 năm 2009
Từ khóa:
khử muối
thẩm thấu Forward
màng chưng cất
nước lợ
Zero, xả chất lỏng
xử lý nước muối
trừu tượng
chân không nâng cao trực tiếp liên hệ chưng cất màng (VEDCMD) và chuyển tiếp thẩm thấu (FO) đã được nghiên cứu
để nâng cao thu hồi nước khử muối trong nước lợ. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh
rằng cả hai VEDCMD và FO có thể được sử dụng hiệu quả trong việc điều trị một loạt các tập trung cao
các giải pháp nguồn cấp dữ liệu. Trong nghiên cứu hiện tại, hai thẩm thấu ngược (RO) suối nước muối với tổng giải
nồng độ chất rắn trung bình 7500 và 17.500 mg / L được tiếp tục khử muối bằng VEDCMD và FO. Trong
cả quá trình, phục hồi nước cao đã đạt được; Tuy nhiên, sự phục hồi đã được giới hạn bởi lượng mưa
của các muối vô cơ trên bề mặt màng. Kỹ thuật làm sạch khác nhau có thể loại bỏ các quy mô
lớp từ màng tế bào và khôi phục thông lượng nước đến mức gần như ban đầu. FO đạt được sự phục hồi nước lên
đến 90% từ nước mặn và VEDCMD đạt được sự phục hồi nước lên đến 81% từ nước mặn. Bổ sung
một chất ức chế quy mô trong cả hai quá trình này có hiệu quả trong việc duy trì thông lượng nước cao trong thời gian dài.
Khi xem xét tổng thu hồi nước (sự hồi phục từ các quá trình RO kết hợp với các đợt
phục hồi từ VEDCMD hoặc quá trình FO), lớn hơn 96 và 98 % tổng số thu hồi đã đạt được cho
hai dòng nước muối khác nhau.
© 2009 Elsevier BV Tất cả các quyền.
1. Giới thiệu
khử mặn nước lợ ngày càng được thực hiện bởi
cộng đồng nội địa để bổ sung nguồn nước ngọt hạn chế của họ
[1]. Độ mặn nước lợ khoảng 1.000-8.000 tổng mg / L
chất rắn hòa tan (TDS) so với khoảng 35.000 mg / L
TDS cho nước biển. Quận Đông thành phố nước (EMWD)
ở miền Nam California đã thực hiện khử muối Basin Perris
Chương trình để giảm sự phụ thuộc vào một tốn kém và khả năng
nguồn cung hạn chế của nước nhập khẩu. Để sử dụng cao-TDS
nước ngầm từ các lưu vực của nó, EMWD đang hoạt động hai ngược
thẩm thấu (RO) Thiết bị khử muối và thiết kế một phần ba. Các
nước ngầm được pha trộn với nước RO sản phẩm từ các cơ sở
để đạt được sản phẩm nước với ít hơn 500 mg / L TDS trong
hệ thống phân phối. Các dòng nước muối RO được thải ra
22-dặm dài Temescal Valley Regional Interceptor, mà
chữ viết tắt: CF, yếu tố tập trung; CP, phân tán tập trung; CTA, cellulose
triacetate; ED, electrodialysis; EDR, electrodialysis đảo ngược; EMWD, Đông
Quận Municipal nước; FO, chuyển tiếp thẩm thấu; MD, chưng cất màng; OCSD,
Quận Vệ sinh môi trường Quận Cam; PP, polypropylene; PTFE, polytetrafluoroethylene
(Teflon); RO, thẩm thấu ngược; SARI, Santa Ana Regional Interceptor; TDS, tổng hòa tan
chất rắn; VEDCMD, chân không tăng cường tiếp xúc trực tiếp màng chưng cất;
. ZLD, không xả chất lỏng
* Tác giả. Tel .: [phone]; fax: [phone].
Địa chỉ E-mail:. [e-mail] (TY Cath)
là một đường ống dẫn chất thải không thể cải nối EMWD đến
Santa Ana Regional Interceptor (SARI). Các nước muối sau đó được
vận chuyển bằng các SARI đến Orange County District Vệ sinh
(OCSD) để điều trị và xuất viện. Hoạt động của cả ba RO
cơ sở cuối cùng sẽ tạo ra một lượng nước muối vượt quá
công suất EMWD trong hệ thống SARI, và khả năng bổ sung
là không có sẵn. Hơn nữa, chi phí điều trị và xử lý
bởi OCSD dự kiến sẽ tăng. Do đó, cũng giống như nhiều
tiện ích nước nội địa khác, EMWD phải cải thiện phục hồi nước.
xử lý nước muối bổ sung để tiếp cận không xả chất lỏng
(ZLD) sẽ không chỉ cho phép EMWD để sản xuất nước nhiều hơn, nhưng
cũng để giảm bớt sự phụ thuộc vào phương pháp xử lý nước muối hiện có.
Năm 2005 , Sở tài nguyên nước California và
Cục Hoa Kỳ khai hoang được tài trợ một nghiên cứu tại EMWD
với mục tiêu tăng thu hồi nước và giảm
lượng nước muối [2,3]. Hai nước mặn RO đã được tạo ra trong quá trình
điều tra. Các nước muối đầu tiên là tập trung từ RO chính
quá trình. Thu hồi nước trong hệ thống RO chính được giới hạn
70% để tránh kết tủa của các muối ít tan trên màng.
Như một phần của nỗ lực để đạt được hồi phục cao hơn, chính
RO mặn được làm mềm và tiếp tục điều trị tại một electrodialysis
đảo ngược hệ thống (EDR) hoặc một hệ thống RO thứ cấp, do đó tạo ra
các muối thứ hai. Trong các nghiên cứu sâu hơn, nước mặn từ tiểu học và
các hệ thống RO thứ cấp đã được sử dụng để đánh giá các hệ thống ZLD tiềm năng
như là một phần của Chương trình khử muối Perris Basin; này bao gồm các
0376-7388 / $ - xem vấn đề trước © 2009 Elsevier BV Tất cả quyền được bảo lưu.
doi: 10,1016 / j.memsci.2009.01.003
32 CR Martinetti et al. / Tạp chí Khoa học Membrane 331 (2009) 31-39
tra hiện tại của chưng cất màng (MD) và chuyển tiếp
thẩm thấu (FO).
Các công nghệ hiện để xử lý nước muối gồm wellestablished
quá trình như quy trình màng áp lực điều khiển
(ví dụ, RO và lọc nano (NF )) và màng điều khiển
quá trình (ví dụ điện (ED) và EDR) [4]. Mặc dù wellestablished,
các quá trình này được giới hạn trong khả năng của họ để đạt được
thu hồi nước cao. Tổng số thu hồi nước trong các quá trình này được
giới hạn để ngăn chặn sự hình thành quy mô và tắc nghẽn của màng
và kéo dài tuổi thọ màng [5]. Chi phí năng lượng của ED và EDR
là tỷ lệ thuận với độ mặn nước cấp và tỷ lệ
loại bỏ muối, và do đó, các giải pháp khử muối có độ mặn cao
(ví dụ, RO nước mặn) là không kinh tế [6].
Gần đây hơn, ZLD hoặc gần ZLD hệ thống đang được xem xét để
thu hồi nước sạch và giảm thiểu các suối nước muối. ZLD hoặc
hệ thống gần ZLD bao gồm chủ yếu là các phương pháp nhiệt như nước muối
đậm đặc, crystallizers, thiết bị bay hơi nhiệt, và sấy phun
làm giảm tập trung vào một sản phẩm bùn hoặc rắn có thể được
xử lý tại các bãi chôn lấp. Các quá trình này có khả năng phục hồi
sản phẩm chưng cất tinh khiết cao (95-99% phục hồi từ các dòng thải) [7,8]
và muối khoáng có thu. Mặc dù các quá trình này được
chứng minh hiệu quả để giảm thiểu khối lượng, vốn và
chi phí thường vượt quá chi phí của cơ sở -khử muối [9-12] và do đó,
họ không thường được sử dụng.
quá trình nâng cao được tìm thấy có thể tăng cường thu hồi nước
mà không có sự hạn chế liên quan với quy trình hiện tại.
Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng quá trình contactor màng
như MD và FO có khả năng giảm thiểu lượng nước muối tại
tiêu hao năng lượng thấp hơn và ít phức tạp [13,14]. Trong
nghiên cứu, tiếp xúc trực tiếp MD (DCMD) và FO được điều tra
là quá trình tiềm năng để tăng cường thu hồi nước ở nước lợ
khử muối-hay cụ thể hơn, để tăng cường thu hồi nước từ
nước mặn tạo ra trong quá RO khử mặn nước lợ.
DCMD là một điều khiển nhiệt quá trình tách liên quan đến
sự bay hơi của nước qua các lỗ chân lông của một kỵ nước, xốp
màng và ngưng tụ trực tiếp của hơi nước vào
một dòng nước lạnh chảy vào phía hỗ trợ của màng tế bào
[15]. Trong DCMD, nước cấp ấm hơn là tiếp xúc với mặt tích cực
của màng tế bào và một dòng nước mát là tiếp xúc trực tiếp
với bên hỗ trợ. Động lực cho khối lượng chuyển nhượng trong DCMD
là sự khác biệt áp suất hơi qua màng gây ra bởi
sự chênh lệch nhiệt độ qua màng. Bởi vì một phần
áp suất hơi của nước là chỉ có tối thiểu ảnh hưởng bởi sự gia tăng
nồng độ của các muối hòa tan, DCMD có tiềm năng trở thành một
phương pháp điều trị lý tưởng cho thức ăn rất mặn. Trong một nghiên cứu trước đây
[14], nó đã chỉ ra rằng dòng nước trong DCMD là gần như không đổi
khi nồng độ thức ăn của NaCl hòa tan cao hoặc nước biển muối
đã tăng 0,6-73 g / L.
Hiệu suất của DCMD có thể được cải thiện trong những cách khác nhau.
Nhiệt độ cao DCMD (ví dụ, DCMD với cùng một nhiệt độ
khác nhau, nhưng ở nhiệt độ cao) có thể đạt được nước cao hơn
so với các luồng nhiệt độ thấp DCMD [14]. Điều này là do áp suất hơi
tăng theo cấp số nhân với sự gia tăng nhiệt độ nước.
Trong cấu hình khác, chân không tăng cường DCMD (VEDCMD), các
dòng nước mát chảy dưới áp suất âm (chân không). Dưới
điều kiện hoạt động cụ thể, VEDCMD đã được hiển thị để tăng
thông lượng lên đến 85% so với DCMD cấu hình thông thường
[14].
FO là một quá trình tách màng osmotically hướng
liên quan đến sự khuếch tán của nước qua màng bán thấm một.
Động lực cho hàng loạt giao thông vận tải là sự khác biệt trong
áp suất thẩm thấu giữa các giải pháp nguồn cấp dữ liệu và một giải pháp hòa;
nước khuếch tán từ các giải pháp nguồn cấp dữ liệu của hóa năng cao
(áp suất thẩm thấu thấp hơn) đến một giải pháp hòa của hóa học thấp hơn
tiềm năng (áp suất thẩm thấu cao hơn). Khi nước khuếch tán qua
màng tế bào, các giải pháp nguồn cấp dữ liệu trở nên tập trung và bốc thăm
giải pháp được pha loãng; và do đó, các giải pháp hòa phải được reconcentrated
để duy trì áp suất động lực thẩm thấu. FO
đã được chứng minh là có hiệu quả tập trung nhiều suối nguồn cấp dữ liệu,
bao gồm cả nước thải, bãi rác, và nước xám
trong các hệ thống hỗ trợ cuộc sống [13,16-22].
Bài viết này trình bày những phát hiện của một nghiên cứu quy mô băng ghế dự bị đánh giá
VEDCMD và FO như quy trình tiềm năng cho sự tập trung
của nước mặn RO nước lợ. Tầm quan trọng của hoạt động cụ thể
điều kiện, màng sạch