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Comparison of Energy Consumption of Osmotically Assisted Reverse Osmosis and Low-Salt-Rejection Reverse Osmosis for Brine Management

卤水 反渗透 正渗透 能源消耗 渗透力 环境科学 渗透 化学 采出水 环境工程 缓压渗透 制浆造纸工业 盐度 工艺工程 微咸水 工程类 地质学 海洋学 电气工程 生物化学 有机化学
作者
Zhangxin Wang,Dejun Feng,Yuanmiaoliang Chen,Di He,Menachem Elimelech
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (15): 10714-10723 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c01638
摘要

Minimum and zero liquid discharge (MLD/ZLD) are emerging brine management strategies that attract heightened attention. Although conventional reverse osmosis (RO) can improve the energy efficiency of MLD/ZLD processes, its application is limited by the maximum hydraulic pressure (ΔPmax) that can be applied in current membrane modules. To overcome such limitation, novel RO-based technologies, including osmotically assisted RO (OARO) and low-salt-rejection RO (LSRRO), have been proposed. Herein, we utilize process modeling to systematically compare the energy consumption of OARO and LSRRO for MLD/ZLD applications. Our modeling results show that the specific energy consumption (SEC) of LSRRO is lower (by up to ∼30%) than that of OARO for concentrating moderately saline feed waters (<∼35,000 mg/L TDS) to meet MLD/ZLD goals, whereas the SEC of OARO is lower (by up to ∼40%) than that of LSSRO for concentrating higher salinity feed waters (>∼70,000 mg/L TDS). However, by implementing more stages and/or an elevated ΔPmax, LSRRO has the potential to outperform OARO energetically for treating high-salinity feed waters. Notably, the SEC of both OARO and LSRRO could be 50% lower than that of mechanical vapor compressor, the commonly used brine concentrator in MLD/ZLD applications. We conclude with a discussion on the practicability of OARO and LSRRO based on membrane module availability and capital cost, suggesting that LSRRO could potentially be more feasible than OARO.
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