Osmose directe (FO)

npj Clean Water volume 4, Numéro d'article : 51 (2021) Citer cet article

4484 accès

7 Citations

57 Altmétrique

Détails des métriques

Actuellement, le dessalement est limité par une forte consommation d'énergie et des coûts d'exploitation et de maintenance élevés. Dans cette étude, un nouveau concept de processus de dessalement à l'infini basé sur l'osmose directe à fibres creuses (HFFO) avec des impacts environnementaux mineurs (apport d'énergie libre et pas de prétraitement ou de rejet de saumure) est suggéré. Pour évaluer le concept, un HFFO à l'échelle de l'élément a été réalisé en modes FO conventionnel et FO assisté par pression, simulant une opération HFFO submergée. Dans le test HFFO, les impacts de plusieurs conditions de fonctionnement sur les performances du HFFO ont été étudiés pour sélectionner le meilleur cas. Sur la base de ces résultats, les coûts énergétiques ont été calculés et comparés à ceux d'un procédé hybride d'osmose inverse FO-eau de mer (SWRO). Le HFFO a montré un taux de dilution élevé de la solution de soutirage (jusqu'à environ 400 %), permettant au procédé SWRO en aval de fonctionner à 25 bar avec la même production de volume de perméat (taux de récupération de 60 %). Par conséquent, le processus de dessalement à l'infini basé sur HFFO génère un revenu énergétique annuel de 183,83 millions USD, par rapport à un processus d'osmose inverse autonome à deux étapes basé sur une usine de 100 000 m3/jour.

Étant donné que les procédés de dessalement à base de membranes ne subissent pas de changement de phase, ils ont attiré l'attention en tant que techniques rentables par rapport au dessalement à base thermique et nécessitent une empreinte relativement faible1,2. Ces méthodes produisent de manière constante une eau de haute qualité et les taux de production sont facilement ajustables. Cependant, l'encrassement des membranes, l'utilisation élevée de produits chimiques et les coûts d'exploitation restent des problèmes critiques3,4. Parmi les procédés de dessalement à base de membranes actuellement disponibles, le procédé d'osmose inverse (RO) est un procédé autonome et sa part de marché dans le dessalement de l'eau de mer augmente rapidement. Cependant, la consommation d'énergie dans le processus d'osmose inverse de l'eau de mer (SWRO) continue d'être une limitation2,5.

Le coût énergétique actuel du procédé SWRO est bien inférieur à celui des procédés de dessalement thermique (15,5 kWh/m3 pour le flash multi-étages (MSF) et 7,5 kWh/m3 pour la distillation multi-effets (MED)). Malgré l'application d'une technologie de conception de scène interne et le développement d'un dispositif de récupération d'énergie, le SWRO continue d'être un processus énergivore (2,2 à 3,5 kWh/m3)6,7 par rapport aux processus de traitement de l'eau conventionnels tels que le traitement des eaux usées à base de membranes. (0,29–0,43 kWh/m3) et traitement de l'eau à base d'ozone (0,041–0,073 kWh/m3)8,9. Par conséquent, le dessalement basé sur SWRO a atteint la limite théorique et pratique, et il est temps de développer ou de greffer des procédés pour réduire davantage la consommation d'énergie10,11. La limitation énergétique doit être surmontée grâce à des solutions techniques supplémentaires telles que la récupération d'énergie, la dilution de l'eau de mer et la réduction des irréversibles10,12. Cette forte consommation d'énergie pendant le dessalement entraîne des problèmes environnementaux tels que la pollution de l'air et la chaleur associée au refroidissement de l'eau utilisant la production d'énergie à partir de combustibles fossiles2,4. Plusieurs études ont été menées pour résoudre le problème énergétique dans le procédé SWRO10,13,14. D'autres procédés membranaires, tels que l'osmose directe (FO)15, la distillation membranaire (MD)16 et la nanofiltration (NF)6, ont été combinés, et l'eau de mer a été mélangée directement ou indirectement avec d'autres ressources en eau disponibles pour réduire le coût énergétique de le processus SWRO. Le procédé SWRO a également été hybridé avec des procédés de production d'énergie, notamment l'osmose retardée par pression (PRO)17, l'électrodialyse inverse (RED)18 et la pile à combustible microbienne (MFC)19, pour compenser la forte consommation d'énergie.

Un autre inconvénient du dessalement basé sur SWRO est la production de saumure à haute salinité, qui contient des substances corrosives, des produits chimiques résiduels de prétraitement et de post-traitement, des métaux ioniques et lourds et des sels qui sont nocifs pour l'environnement lorsqu'ils sont rejetés directement dans la mer5,20. La saumure peut également influencer directement l'eutrophisation et la fluctuation du pH dans un écosystème marin. Plusieurs études ont suggéré des solutions pour réduire les impacts de la saumure. Tout d'abord, la technologie zéro rejet liquide (ZLD) qui récupère 100 % de l'eau et recycle les ressources utiles dans la saumure a été appliquée pour minimiser le rejet de saumure (exutoire)21. Dans ce cas, certains processus de post-traitement émergents ont été appliqués, notamment FO, PRO, MD, MED et un évaporateur ohmique, pour traiter l'eau à haute salinité, réduire la concentration de saumure et maximiser l'efficacité de la précipitation chimique (récupération de ressources précieuses) 22,23,24. Cependant, la technologie ZLD est trop coûteuse pour être utilisée dans une usine de dessalement à grande échelle25.

FO utilise la pression osmotique naturelle différentielle comme force motrice. Sur la base de ce principe, la consommation d'énergie nécessaire est minimisée pendant l'opération26. Cependant, le procédé FO nécessite inévitablement des post-procédés, tels que RO et NF, pour obtenir la production finale d'eau, créant un obstacle important à son utilisation en tant que procédé de dessalement autonome ou à sa commercialisation27,28. Si des procédés membranaires sous pression sont nécessaires en aval, il est difficile de dire que FO est un procédé de dessalement autonome et un procédé à faible énergie29,30.

À cet égard, le procédé hybride FO-RO a récemment été suggéré comme procédé de dessalement de l'eau de mer de nouvelle génération à faible consommation d'énergie et respectueux de l'environnement pour compléter les inconvénients du procédé SWRO conventionnel31. Dans le même temps, les eaux usées peuvent être réutilisées avec ce système si une solution d'alimentation appropriée (FS) est utilisée dans le processus FO32,33.

Pourtant, plusieurs fonctions du procédé hybride FO-RO ont des coûts opérationnels substantiels, y compris l'admission, le prétraitement et le drainage (ou le traitement) du FS et de la solution de soutirage (DS), créant un fardeau économique. Le rejet de saumure produit une autre limitation tant sur le plan économique qu'environnemental6,27. L'utilisation de l'admission, du prétraitement, du drainage et du rejet de saumure affecte directement à la fois les dépenses d'exploitation (OPEX) et les dépenses d'investissement (CAPEX) de l'usine de dessalement34.

Par conséquent, cette étude suggère un nouveau procédé hybride, FO-RO avec une fibre creuse FO (HFFO), pour compléter les limites du procédé hybride FO-RO. Cette nouvelle configuration (FO–RO–sHFFO (HFFO immergé)) présente une séquence distincte et plusieurs avantages. Tout d'abord, l'eau de mer (DS du premier FO) est diluée par le procédé sHFFO (le deuxième FO) et est reconcentrée par le procédé RO, qui peut fonctionner à une pression inférieure ou générer un taux de récupération plus élevé que le SWRO d'origine, produisant des l'eau simultanément. Par la suite, l'eau de mer concentrée (saumure) générée par le procédé RO est diluée avec l'eau de mer via le procédé sHFFO et directement recyclée en tant que DS pour le premier procédé FO. En conséquence, dans le processus de dessalement FO – RO intégré au sHFFO, l'eau de mer peut être alimentée sans pompe d'admission ni prétraitement. De plus, un système de décharge de saumure n'est pas nécessaire car la saumure est utilisée comme force motrice pour le processus sHFFO. La pression de fonctionnement du processus RO en aval peut être réduite car l'eau de mer diluée du processus HFFO est utilisée et le FS est davantage dilué par les eaux usées du premier processus FO, ce qui réduit la consommation d'énergie. De plus, l'énergie de circulation (ou pression) pour le DS dans le procédé sHFFO peut être utilisée comme pression résiduelle de la saumure après récupération à l'aide d'un dispositif de récupération d'énergie appliqué au procédé RO. Le FS pour le procédé sHFFO ne nécessite pas de pompe de circulation car l'eau de mer naturelle est utilisée comme FS. Le procédé sHFFO peut être utilisé à différents niveaux d'eau, ce qui rend le fonctionnement FO plus flexible. En d'autres termes, il peut fonctionner avec une pression appliquée générée par le niveau d'eau, appelée FO assistée par pression (PAO)35. Ce processus permet de rendre le fonctionnement FO modifiable en fonction du taux de récupération de l'osmose inverse et permet un nettoyage physique naturel en raison de la différence de niveaux d'osmose.

Dans cette étude, un module HFFO a fonctionné à différentes concentrations et débits FS et DS. En mode PAO, les pressions appliquées affectant les performances du processus ont été variées. De plus, la faisabilité et l'applicabilité de ce procédé ont été évaluées au moyen d'une évaluation des coûts énergétiques et comparées au procédé hybride FO-OI et à l'OI en deux étapes avec le système ZLD.

La figure 1 montre les valeurs de flux d'eau et de flux de sel inverse (RSF) de l'élément HFFO testé à différents (i) modes de fonctionnement (a et b : FO ; c et d : PAO), (ii) débits des FS et DS , et (iii) concentrations de DS. Les résultats ont montré que le débit de chaque côté influençait les performances du HFFO à l'échelle de l'élément (Fig. 1a, b). Lorsque le débit DS a été augmenté de 0,20 à 0,35 L/min avec différents débits FS (0,7, 1,0 et 1,5 L/min), le flux d'eau global a augmenté (maximum : 35 000 mg/L – 1,05 à 1,24 litre par carré mètre par heure (LMH), minimum : 0,95–1,08 LMH dans des conditions de concentration DS élevée) (maximum : 35 000 mg/L–0,83 à 1,24 LMH dans des conditions de concentration DS élevée, minimum : 0,46–0,60 LMH dans des conditions de concentration DS faible), bien que l'effet du débit FS n'était pas dominant sur le débit DS pendant l'opération HFFO. Cela indique que le débit DS a affecté le flux d'eau plus fortement que le débit FS peut être dû au diamètre du trajet d'écoulement et au temps de rétention dans l'élément HFFO. Dans l'élément HFFO, le chemin d'écoulement DS était de 85 μm (basé sur le diamètre intérieur), et ce chemin d'écoulement étroit pouvait considérablement améliorer la dilution dans le canal par unité de surface (réduisant le flux d'eau) (en se référant aux tableaux supplémentaires 1 et 2). Cependant, la voie d'écoulement FS dans l'élément HFFO n'existait pas (comme un type immergé) et les membranes étaient emballées dans une cellule en PVC d'un diamètre de 90 mm et d'une longueur de 280 mm. Ainsi, lorsque les débits DS et FS étaient respectivement de 0,35 et 1,50 L/min et qu'une concentration DS de 35 000 mg/L était utilisée, le flux d'eau le plus élevé (1,24 L/m2h, LMH) était observé, soit environ le double le flux lorsque la concentration de DS était de 10 000 mg/L. Fait intéressant, la tendance globale du RSF était plus affectée par les débits DS que par le débit FS (par exemple, FS 0,7/DS 0,2 : 0,0139 gramme par mètre carré par heure (GMH) à FS 0,7/DS 0,35 : 0,0266 GMH à 25 000 mg/L concentration DS). Le RSF a augmenté lorsque le débit DS a augmenté, comme le modèle de flux d'eau (voir les tableaux supplémentaires 1 et 2). Cependant, la tendance RSF n'augmente pas proportionnellement aussi bien que la tendance du flux d'eau, et la fluctuation est relativement élevée26,32. Il s'agit d'une quantité relativement faible de phénomène de transport de masse de sel, qui nécessite une identification claire grâce à de futures expériences à l'échelle du laboratoire. En revanche, lorsque le débit DS a été augmenté de 0,20 à 0,35 L/min, la valeur RSF a augmenté, tandis que la valeur RSF a diminué à mesure que le débit FS a augmenté sur toute la plage des concentrations DS. Le RSF a montré une tendance décroissante avec une augmentation des concentrations de DS (de 10 000 à 35 000 mg/L). Il convient de noter que l'élément HFFO a montré un flux d'eau et un RSF relativement faibles par rapport aux différents types d'éléments FO. Dans des études antérieures, les flux d'eau des éléments FO enroulés en spirale (SWFO) et FO à cadre de plaque (PFFO) étaient respectivement de 26,5 et 17,7 LMH. De plus, les valeurs RSF ont été observées à 12,4 et 8,4 g/m2h (GMH), respectivement, à une concentration DS de 35 000 mg/L26,28,33,36. Cependant, à 35 000 mg / L, le HFFO a montré 0,7 à 1,3 LMH de flux d'eau (environ 20 fois moins que celui du SWFO et du PFFO) et 0,005 à 0,030 GMH de RSF, ce qui est bien inférieur aux autres éléments. Par conséquent, dans le cas de l'élément HFFO, l'influence des conditions de fonctionnement du procédé n'est pas sérieuse, ce qui montre indirectement que la prise en compte du RSF n'est pas nécessaire pour le fonctionnement du procédé HFFO-RO-sHFFO.

Les panneaux a, b montrent le flux d'eau et la variation RSF en mode FO et les panneaux c, d montrent le mode PAO. Conditions de concentration et de pression : mode FO (eau DI comme FS, eau de mer synthétique (10 000 à 35 000 NaCl mg/L) comme DS, et pression de 0 bar) et mode PAO (eau DI comme FS, eau de mer synthétique (10 000 à 35 000 NaCl mg /L) comme DS, et pression de 2 et 3 bar). Débits : mode FO (FS : 0,7, 1,0 et 1,5 L/min et DS : 0,20 et 0,35 L/min) et mode PAO (FS : 0,7, 1,0 et 1,5 L/min et DS : 0,35 L/min) .

Un flux d'eau plus faible peut être légèrement surmonté en faisant fonctionner le FO en mode PAO. Comme indiqué sur la Fig. 1c, d montrant les résultats de fonctionnement HFFO en mode PAO, lorsque les débits FS et DS ont été augmentés de 0,7 à 1,5 et 0,2 à 0,35 L/min, respectivement, avec une pression appliquée de 3 bar, le le flux d'eau était environ le double (de 1,39 à 2,33 LMH) de celui du mode FO (sans aucune pression appliquée) dans les mêmes conditions (en se référant au cercle de points noirs). Avec l'ajout de pression artificielle, le taux de dilution DS a été observé comme étant un maximum de 408 % (35 000 mg/L, FS 1,5, DS 0,35 L/min, 2 bar) et un minimum de 131 % (15 000 mg/L, FS 0,7, DS 0,35 L/min, 3 bars). Fait intéressant, lorsque la concentration de DS était similaire au niveau de l'eau de mer (35 000 mg/L), le RSF spécifique (SRSF = RSF/flux d'eau (g/L)) en mode PAO était beaucoup plus faible que celui en mode FO (PAO = 0,008 g/L et FO = 0,018 g/L) dans les mêmes conditions (débits FS et DS = 1,50 et 0,35 L/min, respectivement). Cela indique que le fonctionnement HFFO en mode PAO peut être bénéfique pour une réutilisation stable de l'eau avec l'option de prétraitement pour le dessalement de l'eau de mer.

Flux d'eau détaillé, valeurs RSF, SRFS, taux de dilution DS et concentration DS diluée. dans les modes FO et PAO se trouvent dans les tableaux supplémentaires 1 et 2, respectivement.

Pour les caractéristiques (concept) du processus de dessalement FO-RO-sHFFO, le processus sHFFO a été simulé sous le fonctionnement HFFO en mode PAO en fonction du niveau de la mer (à partir de la surface de la mer) ; diverses pressions naturelles de l'eau peuvent être appliquées à la membrane par gravité, densité de l'eau et profondeur, et le sHFFO a dû faire face à une différence inévitable de concentrations entre le FS (eau de mer) et le DS (saumure RO). Par conséquent, au cours de cette expérience, la concentration de FS a été modifiée de 10 000 à 25 000 mg/L, la concentration de DS a été modifiée de 35 000 à 80 000 mg/L et des pressions allant de 2 à 4 bars ont été appliquées du côté FS.

La figure 2a, b montre le flux d'eau et les valeurs RSF, respectivement, en fonction des différences de concentration entre le FS et le DS (DS – FS) et la pression appliquée au FS. Les valeurs de flux d'eau ont augmenté de façon continue avec l'augmentation des débits de FS, des pressions appliquées et des différences de concentration. Avec la pression de 4 bars, les valeurs de flux d'eau les plus élevées obtenues étaient de 3,92, 1,04 et 1,21 LMH aux débits FS de 1,5, 1,0 et 0,7 L/min, respectivement (débit DS = 0,35 L/min et différence de concentration entre FS et DS = 70 000 mg/L). Cependant, les valeurs RSF étaient relativement stables par rapport à celles du mode FO. Cela peut être dû à la pression appliquée du FS empêchant le passage du sel du DS au FS (RSF) pendant le fonctionnement du HFFO. De plus, la pression appliquée a eu un effet positif sur les performances et, comme prévu, lorsqu'il y avait une variation des concentrations de FS et de DS, le débit de FS et la pression appliquée au FS ont influencé positivement les performances de FO (c'est-à-dire le flux d'eau et RSF)37.

Les panneaux a, b montrent le flux d'eau et les valeurs RSF de l'élément HFFO en mode PAO dans les différentes conditions de concentration et de pression. Eau de mer synthétique (NaCl) sous forme de FS, eau de mer synthétique ou saumure (NaCl) sous forme de DS, concentration de FS de 10 000 à 35 000 mg/L, concentrations de DS de 35 000 à 80 000 mg/L et pressions de 2, 3 et 4 bar. Débits : FS : 0,7, 1,0 et 1,5 L/min et DS : 0,35 L/min.

La figure 3a, b présente les taux de dilution DS et les concentrations DS diluées selon les débits DS et FS et les modes de fonctionnement (FO et PAO) à la concentration DS de 35 000 mg/L. Pour le mode HFFO (Fig. 3a), les taux de dilution DS étaient supérieurs à 150 et 200 % lorsque les débits DS étaient respectivement de 0,20 et 0,35 L/min. Cette différence s'est produite en modifiant le volume DS et le rapport de perméation (flux d'eau) lorsque le débit DS a été modifié (tableaux supplémentaires 1 et 2). En conséquence, les concentrations finales de DS dilué variaient de 16 000 à 23 000 mg/L, selon le débit. Cependant, lorsque la pression a été appliquée du côté FS à un débit DS constant de 0,35 L/min et à des débits FS variés (0,7 à 1,5 L/min), les concentrations de DS dilué ont encore diminué à 11 000 et 9 600 mg/L ( à des pressions de service de 2 et 3 bar, respectivement).

Les panneaux a, b montrent le taux de dilution DS et la concentration au fonctionnement en mode FO et PAO. Les panneaux c, d montrent le taux de dilution DS et la concentration avec des différences de concentration variables entre FS et DS.

La figure 3c montre le taux de dilution et la concentration DS diluée en fonction des différences entre les concentrations FS et DS allant de 50 000 à 70 000 mg/L, le débit FS et la pression appliquée. Lorsque la différence entre les concentrations FS et DS était de 50 000 mg/L avec les conditions de fonctionnement de débit FS = 0,70, débit DS = 0,35 L/min et pression appliquée = 2 bar, la concentration DS diluée et le taux de dilution ont été observés à 34 000 mg/L et 146 %, respectivement. Si l'élément HFFO fonctionne dans les conditions suggérées (c'est-à-dire sHFFO), la concentration de DS peut être égalisée à celle de l'eau de mer. Par conséquent, cette condition peut être utilisée pour optimiser (cas 7 du tableau 1) le processus de dessalement de l'eau de mer à l'infini basé sur HFFO (FO-RO-sHFFO). Avec une différence dans les concentrations à travers la membrane et l'application de pression sur le FS (en mode PAO), différents taux de dilution et concentrations de DS dilué ont été observés (Fig. 3c) quant à l'expérience de la condition où la différence de concentration existe ( figure 3b). Cela se produit parce que la polarisation de concentration externe a un effet significatif sur les performances FO lorsque des concentrations différentielles sont présentées, et une polarisation de concentration interne plus significative se produit avec une différence de concentration. Sans différence entre les concentrations FS et DS, lorsque les débits FS et DS étaient de 1,5 et 0,35 L/min, respectivement, et qu'une pression de 3 bars a été appliquée au FS, un taux de dilution supérieur à 400 % de taux de dilution et une concentration de DS dilué d'environ 8500 mg/L a pu être atteinte (Figs. 2 et 3). Cependant, lorsque la différence entre les concentrations de FS et de DS était de 70 000 mg/L, environ 350 % du taux de dilution était activé et le processus pouvait diluer la concentration de DS à 22 580 mg/L (les valeurs détaillées de flux d'eau, de RSF et de SRFS peuvent se trouvent dans les tableaux supplémentaires 3). De plus, les pressions de fonctionnement et les concentrations de perméat attendues avec le procédé SWRO après le procédé HFFO ont été simulées dans diverses conditions de fonctionnement dans le procédé HFFO à flux croisés (neuf cas dont un SWRO à deux étages) et deux taux de récupération différents dans le procédé RO. (50 et 60 %) (tableau 1). Au total, neuf cas, dont un témoin (OI à deux étages), ont été sélectionnés sur la base des résultats de l'évaluation des performances de l'élément HFFO dans diverses conditions de fonctionnement (sections 1 et 2) : quatre conditions en mode FO (cas 1 à 4) et quatre conditions en mode PAO (cas 5 à 8). Les mêmes conditions opératoires ont été appliquées aux éléments HFFO et sHFFO dans le procédé de dessalement à l'infini à base de HFFO. Selon les cas, la pression requise et la concentration finale du perméat du procédé SWRO en aval ont été prédites.

Cependant, dans le procédé de dessalement FO-RO-sHFFO, lorsque le procédé SWRO en deux étapes en aval fonctionne à un taux de récupération de 60 %, la concentration de saumure est inférieure à celle de l'eau de mer, ce qui rend impossible le fonctionnement du procédé sHFFO. Par conséquent, pour le procédé SWRO à deux étapes exploité à un taux de récupération plus élevé (80 %), auquel la concentration de saumure rejetée est d'environ 60 000 mg/L, la pression de fonctionnement, la concentration du perméat et la consommation d'énergie spécifique (SEC) ont été recalculées. , comme indiqué dans le tableau 2. Dans le SWRO à deux étages, pour les cas 1 et 2, les pressions de fonctionnement du SWRO calculées dans de telles conditions étaient inacceptables. Cependant, dans le cas 5, il était encore possible d'opérer sous une pression plus faible (37,9 bars) qu'avec le procédé SWRO en deux étapes.

Les valeurs SEC détaillées, les pressions de fonctionnement du procédé SWRO et les concentrations de perméat à divers taux de récupération se trouvent dans les tableaux supplémentaires 4, 5 et 6.

Dans la section suivante, une évaluation économique est décrite en termes d'énergie, comparant i) RO à deux étages versus FO–RO-sHFFO et ii) SWRO avec ZLD versus FO–RO-sHFFO.

Pour évaluer les avantages économiques du processus FO – RO – sHFFO, la SEC des processus FO et RO a été calculée, comme le montrent les Fig. 4a, b. Lors du calcul, la capacité de l'usine a été supposée être de 100 000 m3/jour. L'efficacité de la pompe et la consommation d'énergie étaient respectivement de 90 % et 0,1 kWh/m3. En raison des caractéristiques structurelles du processus HFFO à l'échelle de l'élément, les besoins énergétiques de la pompe FS sont supérieurs à ceux de la pompe DS (Fig. 4a). En fonction des conditions de fonctionnement du HFFO (tableau 1), l'énergie de fonctionnement du côté FO fluctue également et les valeurs SEC calculées du processus RO étaient différentes (Fig. 4b). Étonnamment, en ce qui concerne les valeurs SEC totales lorsque l'on considère les besoins énergétiques des sections FO et RO (Fig. 4c), le besoin énergétique le plus faible (1,49 kWh/m3) a été observé dans le cas 5 (débit FS = 1,5 L/min, Débit DS = 0,35 L/min et pression appliquée = 3 bars), et environ 62 % de l'énergie a été conservée par rapport au procédé RO en deux étapes. Par conséquent, les coûts énergétiques basés sur la valeur SEC de FO et RO ont été calculés (Fig. 4d). La durée d'exploitation de l'usine de dessalement a été estimée à 20 ans. Les résultats de coût sont similaires à ceux de la SEC, et le FO-RO-HFFO peut économiser environ 66 % du coût par rapport au processus RO en deux étapes (RO en deux étapes = 280 millions USD et processus FO-RO-HFFO (Cas 5) = 96 millions USD). De plus, lorsque le taux de récupération est passé de 60 à 80 %, la valeur SEC du SWRO à deux étages a été augmentée à 6,02 kWh/m3. Cependant, environ 170 millions USD sont économisés sur la durée de vie de la centrale par rapport au SWRO à deux étages avec une récupération de 60 % (Fig. 4c et Fig. S7 supplémentaire).

Les panneaux a, b montrent les valeurs de consommation d'énergie (SEC) par rapport au processus RO à deux étages aux différents taux de récupération. Le panneau c montre le coût énergétique total du procédé FO – RO – HFFO par rapport au procédé RO à un taux de récupération de 60 et 80 %.

Le CAPEX amorti du procédé hybride FO-RO a été calculé sur la base du cas 5 en considérant l'installation/service, légal/professionnel, prise/rejet, prétraitement, tuyauterie/alliage élevé, génie civil, pompes, appareils à pression, membranes, équipements/matériaux , et les coûts de conception/professionnels. Dans le cas du HFFO, le processus de dessalement incorporé, les coûts de prétraitement et l'entrée/sortie ont été exclus. Cette exclusion se traduit également par d'importantes économies de CAPEX : environ 15,8 % (20 millions USD) du CAPEXRO total amorti et 1,2 % (43 millions USD) du CAPEXFO total amorti dans le processus de dessalement intégré au HFFO, y compris l'entrée/la sortie et le prétraitement. Par conséquent, en comparant le coût total du processus de dessalement incorporé au HFFO avec le processus hybride FO-RO conventionnel basé sur les conditions et les performances du cas 5, le processus de dessalement FO-RO-sHFFO peut économiser jusqu'à 63 millions USD au cours d'une période de 20 ans. -période d'un an. Des données détaillées sur l'évaluation économique sont présentées dans la Fig. 1 supplémentaire.

Les usines de dessalement d'eau de mer conventionnelles produisent de l'eau propre, bien que de la saumure à haute salinité soit également produite21,24. Selon le taux de récupération, la qualité et la quantité de la saumure varient. Dans cette section, une évaluation du coût énergétique a été réalisée en comparant le procédé de dessalement d'eau de mer à l'infini à base de HFFO avec un SWRO en deux étapes combiné au procédé ZLD. Le processus ZLD peut être défini pour éliminer tous les déchets liquides du processus de dessalement, réduire les effets nocifs sur l'environnement et respecter les réglementations requises20. Cependant, le processus de dessalement à l'infini basé sur HFFO ne rejette pas la saumure car la saumure est recirculée (ou diluée) à travers les HFFO, puis réintroduite dans le premier processus HFFO. Par conséquent, le processus de dessalement à l'infini basé sur HFFO présente des avantages en termes de coûts environnementaux. Comme le montre la Fig. 5, le coût énergétique du SWRO à deux étages avec un concentrateur de saumure et un cristalliseur était de 1191 millions USD. Les coûts résultants ont été calculés sur la base d'une capacité de 100 000 m3/jour et d'un taux de récupération de 60 %. De plus, la capacité de saumure (eau d'alimentation du concentrateur de saumure) était de 400 000 m3/jour à partir du procédé SWRO à deux étapes, et le taux de récupération du concentrateur de saumure était de 80 %. Le débit d'entrée du cristalliseur en aval était de 8 000 m3/jour et le taux de récupération était supposé être de 100 %. La force motrice du concentrateur et du cristalliseur de saumure est l'énergie thermique, et la consommation d'énergie élevée est nécessaire pour les méthodes de dessalement thermique (c'est-à-dire MED et MSF)). Cependant, comme mentionné dans la section précédente, le processus de dessalement à l'infini basé sur HFFO ne nécessite pas de pompe de circulation pour que le FS et le DS récupèrent la saumure aux concentrations d'eau de mer. Par conséquent, le processus de dessalement à l'infini basé sur HFFO peut économiser plus d'un milliard de dollars en coûts énergétiques sur une période de 20 ans.

Capacité de l'usine ZLD = 40 000 m3/jour (taux de récupération du procédé SWRO en deux étapes = 60 %), consommation d'énergie par concentrateur de saumure = 19,8 kWh/m3 (taux de récupération = 80 %) et cristalliseur = 56,8 kWh/m3 (taux de récupération = 100 %).

Si le taux de récupération est fixe, la concentration et le volume de la saumure dans le procédé FO-RO-sHFFO diffèrent de ceux de la production de 100 000 m3/jour pour le procédé SWRO autonome à deux étapes. Si le taux de récupération est de 60 % dans le procédé SWRO autonome à deux étapes, la concentration et le débit de la saumure peuvent atteindre respectivement 87 500 mg/L et 66 667 m3/jour. Pour le procédé FO–RO–-sHFFO, pour atteindre un volume de produit final de 100 000 m3/jour, le SWRO peut fonctionner à basse pression (25 bar) et à faible débit d'entrée (46 519 m3/jour) car le DS, qui est dilué par les eaux usées lors du premier procédé HFFO, peut être introduit dans le procédé SWRO. Cependant, pour le deuxième procédé HFFO (sHFFO) utilisé dans le procédé FO-RO-sHFFO (circulation infinie pour zéro rejet de saumure), la concentration de la saumure du SWRO doit être supérieure à celle de l'eau de mer pour un fonctionnement durable. Cela signifie que le taux de récupération du procédé SWRO doit être > 60 %. Par conséquent, une évaluation économique supplémentaire a été menée avec une capacité fixe du procédé SWRO, et il a été constaté que les conditions raisonnables pour le SWRO sont les suivantes : taux de récupération = 45 %, affluent = 222 222 m3/jour, produit final = 100 000 m3/ jour, pression de fonctionnement = 59,2 bar et concentration de saumure = 63 636 mg/L. Considérant une concentration de saumure adaptée au procédé sHFFO, un taux de récupération d'environ 85 % a été recommandé pour obtenir un fonctionnement optimal. Dans ce cas, la pression de fonctionnement est de 37,9 bar, et la concentration et le débit de saumure sont respectivement de 65 127 mg/L et 33 333 m3/jour. Dans des conditions modifiées, la production d'eau du procédé FO – RO – sHFFO est environ le double de celle du procédé SWRO autonome en deux étapes. Les résultats détaillés de l'évaluation économique peuvent être trouvés dans la Fig. 1 supplémentaire.

Cette étude a introduit un processus de dessalement à faible énergie avec des impacts environnementaux minimaux composé d'un flux croisé HFFO, RO et sHFFO. Les performances du procédé de dessalement à l'infini à base de HFFO ont été évaluées dans diverses conditions de fonctionnement. Les coûts énergétiques de ce procédé ont été comparés à un procédé hybride RO en deux étapes, FO-RO et RO en deux étapes avec ZLD. Pour résumer les résultats de chaque secteur, lorsque l'élément HFFO est évalué à différents modes de fonctionnement (mode FO et PAO, débit et concentration DS changeant), car les caractéristiques structurelles de l'élément HFFO (chemin d'écoulement DS étroit et inexistant FS flow path), le FS est moins affecté par la modification du débit et de la concentration que le DS38. A l'inverse, le flux d'eau augmente avec l'augmentation de la concentration en DS. De plus, le RSF pendant l'opération HFFO peut être négligeable, ce qui est un avantage considérable pour la réutilisation des eaux usées. Par ailleurs, le passage du sel passant du DS vers les eaux usées utilisées comme FS lors de l'opération FO n'est pas préoccupant. Cependant, les valeurs de RSF dans toutes les conditions testées en mode PAO étaient similaires à celles du mode FO, indiquant que la pression appliquée a un effet positif sur le flux d'eau uniquement et n'a pas d'effet significatif sur le RSF39. Comme indiqué précédemment, ce processus a été appliqué pour diluer la saumure d'eau de mer (similaire au DS pour le sHFFO) produite à partir du processus RO avec de l'eau de mer. De plus, le différentiel de pression osmotique naturelle entre la saumure RO et l'eau de mer a été utilisé ainsi que la pression d'eau naturelle en fonction du niveau d'eau (ou de la profondeur). De plus, de l'eau de mer propre (pas de prétraitement mais elle est propre) a été introduite dans l'usine de dessalement (FO-RO). Le flux d'eau, les valeurs RSF, le taux de dilution et la concentration de DS dilué ont été évalués pour la durabilité et l'applicabilité des performances du HFFO concernant l'apport ou la gestion de la saumure (dilué avec de l'eau de mer). Les résultats montrent que pour le processus de dessalement FO-RO-sHFFO, la concentration de DS dilué, qui est introduite dans le processus HFFO, devrait être similaire à la concentration de l'eau de mer (35 000 mg/L) car la dilution continue jusqu'à atteindre le niveau de concentration de l'eau de mer pendant le processus sHFFO.

Pour l'aspect économique, la pression de fonctionnement et le taux de récupération du procédé RO sont directement liés à l'OPEX dans l'usine de dessalement, affectant par la suite le coût total de production d'eau. Il est donc essentiel de calculer le coût énergétique en tenant compte de la concentration de FS, de la pression de fonctionnement et du taux de récupération. Ces calculs permettent d'évaluer les avantages économiques du procédé de dessalement hybride FO-RO incorporé au HFFO (FO-RO-sHFFO). Il est à noter que le procédé HFFO présente plusieurs avantages lorsqu'il est appliqué au procédé SWRO aval : (i) une surface élevée dans le module (31,5 m2), (ii) une forte densité de garnissage (55,6 m2/m3), (iii ) un taux de dilution DS élevé (jusqu'à environ 400 %) et (iv) un faible RSF (0,008–0,034 GMH). En conséquence, une gestion durable de la saumure (pas de rejet de saumure) combinée à une prise d'eau de mer sans énergie est possible car un nombre relativement faible d'éléments HFFO (sHFFO) sont nécessaires pour diluer (ou récupérer) la saumure générée par le procédé SWRO dans l'eau de mer. niveau tout en minimisant la perte de sel. Par conséquent, les résultats de performance ont suffisamment démontré la faisabilité du processus de dessalement à l'infini basé sur HFFO pour surmonter les limites du processus SWRO (énergie de fonctionnement). De plus, le processus de dessalement à l'infini basé sur HFFO peut atteindre ZLD car la saumure n'est pas produite à partir du processus et les systèmes d'admission et de prétraitement sont éliminés. Le ZLD réduit à la fois le CAPEX et l'OPEX car l'eau de mer propre est aspirée dans le système HFFO par la pression osmotique naturellement différentielle.

L'ensemble des résultats indique que le processus de dessalement à l'infini basé sur HFFO peut atteindre un taux de dilution DS élevé (jusqu'à 400%) et des pressions de fonctionnement plus faibles pour le processus RO. De plus, l'évaluation des coûts énergétiques a révélé des résultats favorables pour le procédé de dessalement à l'infini à base de HFFO dans diverses conditions de fonctionnement par rapport au procédé RO. Ces résultats peuvent ouvrir une nouvelle voie pour l'industrie des FO et du dessalement. D'après les résultats de la recherche, nous pouvons conclure que le processus de dessalement à l'infini à base de HFFO est durable, respectueux de l'environnement et économique. Premièrement, sans processus de prétraitement du DS (eau de mer), des opérations durables sont possibles avec une configuration en boucle cyclique à l'infini du premier processus HFFO → SWRO → sHFFO. Deuxièmement, le procédé peut fonctionner à un taux de récupération plus élevé (~ 80 %) que le procédé SWRO conventionnel, produisant ainsi une grande quantité de perméat. Dans le même temps, la saumure produite est directement introduite dans le processus sHFFO au lieu d'être rejetée dans l'écosystème marin. En conséquence, il n'y a pas de chargement de saumure environnementale ou d'étapes de post-traitement, qui sont des limitations dans le procédé SWRO conventionnel. Troisièmement, le processus de dessalement à l'infini basé sur HFFO peut économiser 63 millions USD sur 20 ans par rapport à une usine de dessalement conventionnelle basée sur SWRO car il n'y a pas de coûts d'installation, d'exploitation et de maintenance de prétraitement DS et le processus SWRO peut être exploité à basse pression ( c'est-à-dire 25 bars). Cependant, le processus de dessalement à l'infini à base de HFFO doit encore être optimisé et des études de vérification doivent être menées concernant l'encrassement des membranes et les applications de commercialisation. En résumé, le procédé FO-RO-sHFFO présente de nombreux avantages par rapport au SWRO en deux étapes avec le procédé ZLD. Tout d'abord, le rejet ou le traitement de la saumure n'est pas nécessaire, ce qui n'entraîne aucun coût énergétique supplémentaire (réduction supplémentaire de la charge environnementale). Deuxièmement, si le procédé hybride FO-RO-sHFFO vise la même production d'eau, le coût final de l'eau ou la capacité de l'usine peuvent être réduits. Troisièmement, comme la saumure est recirculée en continu, un processus de prétraitement de l'eau de mer n'est pas nécessaire, ce qui réduit à la fois les coûts CAPEX et OPEX pour l'admission, le prétraitement et le rejet de saumure.

Dans cette étude, un élément HFFO a été évalué dans diverses conditions de fonctionnement (Fig. 6a) pour évaluer le concept FO – RO – sHFFO (Fig. 6b). Les spécifications de la membrane HFFO se trouvent dans le tableau supplémentaire 7. Le système HFFO à l'échelle de l'élément est composé de deux pompes de circulation (Longer Pump WT3000-1FA, Chine), de manomètres numériques (Omegadyne Inc., modèle PX319-050G5V, Sunbury , OH, US) et des débitmètres (DLCL, MiLESEEY, Chine) de chaque côté du système. Une balance numérique (Potable Bench, CAS, République de Corée) et un conductimètre (Orion 4 Star, Thermo Scientific, Albany, États-Unis) ont été installés dans le réservoir FS pour mesurer le changement de poids et de conductivité à des intervalles de 30 s pour le calcul du flux d'eau et du RSF. Les équations détaillées utilisées pour calculer le flux d'eau et le RSF se trouvent dans les informations supplémentaires. Les expériences HFFO à l'échelle de l'élément ont été menées dans diverses conditions de fonctionnement (tableau 3). Pour le test en mode FO (pour évaluer le premier procédé FO de la Fig. 1a), de l'eau désionisée (DI) (résistivité > 18 MΩ/cm) et une solution d'eau de mer synthétique (99 % NaCl) (Samchun Chemicals, République de Corée) ont été appliqués comme FS et DS, respectivement. Ici, les performances du premier élément HFFO ont été évaluées en mode FO dans la plage de concentrations d'eau de mer. Des tests utilisant l'élément HFFO en mode PAO ont été menés sous différentes pressions osmotiques dans la plage de la différence entre les concentrations de saumure et d'eau de mer pour évaluer le deuxième FO (sHFFO appliqué, avec une pression naturelle modifiée par différents niveaux d'eau), avec des pressions allant de 2 à 4 bars. Dans ce cas, la concentration de FS était dans la plage d'eau de mer et la concentration de DS était dans la plage de saumure. De plus, les performances de l'élément HFFO ont été évaluées à différents débits des deux côtés (le débit a été sélectionné comme facteur d'évaluation des performances et ses plages ont été fournies par le fabricant). En mode FO, les débits du FS et du DS variaient à 0,7, 1,0 et 1,5 et à 0,20 et 0,35 L/min, respectivement. En mode PAO, les mêmes débits FS ont été utilisés, tandis que le débit DS a été fixé à 0,35 L/min.

Les panneaux a et b montrent le schéma d'un processus de dessalement hybride FO – RO intégré au HFFO (FO – RO – sHFFO) et d'un système de test HFFO à l'échelle de l'élément (FS et DS ont été respectivement introduits dans les ports supérieur et latéral. L'opération le mode était à contre-courant et le débit et la pression d'entrée latérale étaient maintenus en permanence).

L'expérience HFFO a été lancée avec 30 L de DS et 60 L de FS, et lorsque le taux de dilution de DS a atteint 100 %, l'expérience a été arrêtée. L'équipement a ensuite été physiquement nettoyé (rinçage direct à l'aide d'eau DI) pour la prochaine expérience

Une évaluation des coûts énergétiques a été réalisée sur la base des résultats de performance pour obtenir la faisabilité du processus de dessalement à l'infini à base de HFFO, qui entraîne des impacts environnementaux mineurs, à l'aide d'une feuille de calcul Microsoft Excel 2013 et d'un simulateur d'analyse de système d'osmose inverse27,34. Dans cette étude, certaines hypothèses utilisées dans des études précédentes ont été sélectionnées6,27,34 et appliquées pour l'évaluation économique comparant ce processus au processus SWRO en deux étapes (tableaux supplémentaires 8 et 9). L'eau de mer traitée par membrane d'ultrafiltration et les effluents d'eaux usées secondaires ont été utilisés comme DS et FS pour le premier FO (à la fois dans le procédé SWRO en deux étapes et dans le système FO – RO – sHFFO). Le coût de l'élément FO, y compris le coût du module FO, de 7 000 $ a été utilisé dans l'évaluation économique. Les conditions de fonctionnement optimisées des éléments HFFO (pression d'entrée latérale du FS et débit minimum et taux de dilution du FS et du DS) et de nombreux réseaux en série ont été fixés pour l'évaluation des coûts28. Sinon, tous les autres calculs économiques et les facteurs connexes étaient les mêmes que ceux utilisés dans les études précédentes28,30. Le coût et les performances de l'élément HFFO, le nombre et la capacité des pompes FS et DS, et le nombre d'éléments HFFO en parallèle selon l'arrangement, ont été calculés. Les méthodes utilisées dans l'évaluation économique de l'élément HFFO et les facteurs supposés sont présentés dans le tableau supplémentaire 9.

D'autres facteurs économiques détaillés sont présentés dans le tableau supplémentaire 10.

De plus amples informations sur la conception de la recherche sont disponibles dans le résumé des rapports de recherche sur la nature lié à cet article.

Les auteurs confirment que les données à l'appui des conclusions de cette étude sont disponibles dans l'article et ses documents supplémentaires.

Amy, G. et al. Dessalement membranaire de l'eau de mer : perspectives actuelles et futures. Dessalement 401, 16–21 (2017).

Article CAS Google Scholar

Shahzad, MW, Burhan, M., Ang, L. & Ng, KC Nexus énergie-eau-environnement sous-tendant la durabilité future du dessalement. Dessalement 413, 52–64 (2017).

Article CAS Google Scholar

Tarnacki, K., Meneses, M., Melin, T., van Medevoort, J. & Jansen, A. Évaluation environnementale des procédés de dessalement : osmose inverse et Memstill®. Dessalement 296, 69–80 (2012).

Article CAS Google Scholar

Miller, S., Shemer, H. & Semiat, R. Enjeux énergétiques et environnementaux du dessalement. Dessalement 366, 2–8 (2015).

Article CAS Google Scholar

Missimer, TM & Maliva, RG Problèmes environnementaux dans le dessalement par osmose inverse de l'eau de mer : prises et rejets. Dessalement 434, 198–215 (2018).

Article CAS Google Scholar

Kim, JE, Phuntsho, S., Chekli, L., Choi, JY & Shon, HK Évaluation environnementale et économique du système hybride FO-RO / NF avec des solutés inorganiques sélectionnés pour le traitement de l'eau altérée par la mine. Dessalement 429, 96–104 (2018).

Article CAS Google Scholar

Zarzo, D. & Prats, D. Dessalement et consommation d'énergie. À quoi pouvons-nous nous attendre dans un avenir proche? Dessalement 427, 1–9 (2018).

Article CAS Google Scholar

Wardenier, N., Liu, Z., Nikiforov, A., Van Hulle, SWH & Leys, C. Élimination des micropolluants par O3, UV et AOP à base de plasma : une évaluation des coûts de traitement et d'énergie. Chimiosphère 234, 715–724 (2019).

Article CAS Google Scholar

Lui, Y. et al. Évaluation de la consommation énergétique des stations d'épuration municipales en Chine. J. Propre. Prod. 228, 399–404 (2019).

Article Google Scholar

Kim, J. & Hong, S. Optimisation de l'osmose inverse de l'eau de mer avec une conception étagée en interne pour améliorer la qualité de l'eau produite et l'efficacité énergétique. J. Membre. Sci. 568, 76–86 (2018).

Article CAS Google Scholar

Jeong, K., Park, M. & Chong, TH Analyse basée sur un modèle numérique du processus d'osmose inverse à haut rendement énergétique (EERO) : simulation et optimisation des performances. Dessalement 453, 10–21 (2019).

Article CAS Google Scholar

Ahunbay, MG, Tantekin-Ersolmaz, SB & Krantz, WB Optimisation énergétique d'un procédé d'osmose inverse en plusieurs étapes pour le dessalement de l'eau de mer. Dessalement 429, 1–11 (2018).

Article CAS Google Scholar

Ghaffour, N. et al. Technologies de dessalement innovantes et économes en énergie basées sur les énergies renouvelables. Appl. Énergie 136, 1155-1165 (2014).

Article CAS Google Scholar

Kurihara, M. & Takeuchi, H. Système SWRO-PRO dans "Mega-ton Water System" pour une réduction d'énergie et un faible impact environnemental. Eau 10, 48–63 (2018).

Article CAS Google Scholar

Im, SJ, Choi, J., Jeong, S. & Jang, A. Nouveau concept d'osmose directe sans pompe (FO) et de procédé à membrane basse pression (LPM). Sci. Rep. 7, 14569 (2017).

Article CAS Google Scholar

González, D., Amigo, J. & Suárez, F. Distillation membranaire : perspectives pour un dessalement durable et amélioré. Renouveler. Soutenir. Energy Rev. 80, 238–259 (2017).

Article Google Scholar

Lee, S., Park, T.-s., Park, Y.-G., Lee, W.-i. & Kim, S.-H. Vers la mise à l'échelle d'un système hybride d'osmose inverse d'eau de mer (SWRO) et d'osmose retardée par pression (PRO) : étude de cas d'une usine pilote de 240 m3/jour. Dessalement 491, 114429 (2020).

Article CAS Google Scholar

Tristan, C. et al. Analyse du cycle de vie de la récupération d'énergie du gradient de salinité par électrodialyse inverse dans une usine de dessalement d'eau de mer par osmose inverse. Soutenir. Combustibles énergétiques 4, 4273–4284 (2020).

Article Google Scholar

ElMekawy, A., Hegab, HM & Pant, D. L'intégration future des cellules de dessalement microbiennes avec la technologie d'osmose inverse. Énergie Environ. Sci. 7, 3921–3933 (2014).

Article CAS Google Scholar

Giwa, A., Dufour, V., Al Marzooqi, F., Al Kaabi, M. & Hasan, SW Méthodes de gestion de la saumure : innovations récentes et état actuel. Dessalement 407, 1–23 (2017).

Article CAS Google Scholar

Heijman, SGJ, Guo, H., Li, S., van Dijk, JC & Wessels, LP Zéro rejet de liquide : vers une récupération de 99 % en nanofiltration et osmose inverse. Dessalement 236, 357–362 (2009).

Article CAS Google Scholar

Nayar, KG, Fernandes, J., McGovern, RK, Al-Anzi, BS et Lienhard, JH Coût et besoins énergétiques des systèmes de cristalliseurs RO-ED pour le dessalement de l'eau de mer sans rejet de saumure. Dessalement 457, 115–132 (2019).

Article CAS Google Scholar

Zhang, C. et al. Conception d'un cristalliseur solaire de nouvelle génération pour un véritable traitement de la saumure d'eau de mer sans rejet liquide. Nat. Commun. 12 998 (2021).

Article CAS Google Scholar

Tong, T. & Elimelech, M. L'augmentation mondiale du rejet liquide nul pour la gestion des eaux usées : moteurs, technologies et orientations futures. Environ. Sci. Technol. 50, 6846–6855 (2016).

Article CAS Google Scholar

Tsai, J.-H. et coll. Zéro rejet liquide par membrane : mythe ou réalité ? J. Taïwan Inst. Chim. Ing. 80, 192-202 (2017).

Article CAS Google Scholar

Im, S.-J., Jeong, S. & Jang, A. Évaluation de la faisabilité de l'osmose directe à l'échelle des éléments pour une connexion directe avec l'osmose inverse. J. Membre. Sci. 549, 366–376 (2018).

Article CAS Google Scholar

Im, SJ, Jeong, S., Jeong, S. et Jang, A. Évaluation technico-économique d'un processus hybride d'osmose directe et d'osmose inverse à l'échelle de l'élément pour le dessalement de l'eau de mer. Dessalement 476, https://doi.org/10.1016/j.desal.2019.114240 (2020).

Je suis, S.-J. & Jang, A. L'influence des facteurs d'ingénierie sur l'efficacité d'un système d'osmose directe enroulé en spirale : performance et évaluation économique. Dessalement 501, https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114884 (2021).

Im, SJ, Choi, J., Lee, JG, Jeong, S. & Jang, A. Application de l'osmose à volume retardé et du procédé hybride à membrane basse pression pour la récupération de l'eau. Chimiosphère 194, 76–84 (2018).

Article CAS Google Scholar

Wan, CF & Chung, T.-S. Evaluation technico-économique de différents procédés intégrés RO+PRO et RO+FO. Appl. Énergie 212, 1038–1050 (2018).

Article CAS Google Scholar

Sreedhar, I., Khaitan, S., Gupta, R., Reddy, BM et Venugopal, A. Une odyssée des tendances en matière de processus et d'ingénierie dans l'osmose directe. Environ. Sci. Eau Rés. Technol. 4, 129-168 (2018).

Article Google Scholar

Lee, S. & Kim, YC Analyse des performances des éléments de membrane d'osmose directe à plaque et cadre et implications pour la conception à grande échelle. J. Membre. Sci. 550, 219-229 (2018).

Article CAS Google Scholar

Song, M., Im, S.-J., Jeong, S. & Jang, A. Évaluation d'une osmose directe de type plaque à l'échelle de l'élément : effet des paramètres structurels et des conditions de fonctionnement. Dessalement 430, 15–23 (2018).

Article CAS Google Scholar

Kook, S. et al. Éléments membranaires d'osmose directe connectés en série d'un système hybride d'osmose directe et d'osmose inverse assistée par pression : performance du processus et analyse économique. Dessalement 448, 1–12 (2018).

Article CAS Google Scholar

Wang, J., Chen, J., Chen, B., Yan, F. & Xue, Q. Comportements d'usure et mécanismes d'usure de plusieurs alliages dans un environnement de haute mer simulé couvrant la pression hydrostatique de l'eau de mer. Tribol. Int. 56, 38–46 (2012).

Article CAS Google Scholar

Kim, J. et al. Considérations pratiques pour l'opérabilité d'un module d'osmose directe enroulé en spirale de 8″ : Hydrodynamique, comportement d'encrassement et stratégie de nettoyage. Dessalement 404, 249–258 (2017).

Article CAS Google Scholar

Kook, S. et al. Membranes d'osmose directe en condition de pression nulle : les pressions hydrauliques et osmotiques sont-elles de même nature ? Environ. Sci. Technol. 52, 3556–3566 (2018).

Article CAS Google Scholar

Shibuya, M. et al. Effets des conditions de fonctionnement et des structures membranaires sur les performances des membranes d'osmose directe à fibres creuses en osmose assistée par pression. Dessalement 365, 381–388 (2015).

Article CAS Google Scholar

Oh, Y., Lee, S., Elimelech, M., Lee, S. & Hong, S. Effet de la pression hydraulique et de l'orientation de la membrane sur le flux d'eau et le flux de soluté inverse dans l'osmose assistée par pression. J. Membre. Sci. 465, 159-166 (2014).

Article CAS Google Scholar

Télécharger les références

Cette recherche a été soutenue par le programme de développement pour minimiser la technologie d'impact du changement climatique par le biais de la National Research Foundation of Korea (NRF), financé par le gouvernement coréen (Ministère des sciences et des TIC (MSIT)) (n° 2020M3H5A1081109).

École supérieure des ressources en eau, Université Sungkyunkwan (SKKU), 2066 Seobu-ro, Jangan-gu, Suwon, Gyeonggi-do, 16419, République de Corée

S.-J. Im & A.Jang

Département de génie civil et environnemental, Université de Californie, Los Angeles, CA, 90095-1593, États-Unis

S.-J. Je suis

Génie de l'environnement, Université nationale de Pusan, Busan, 46241, République de Corée

S. Jeong

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Pour cette soumission, S.-JI et AJ ont suggéré le concept de dessalement économe en énergie, et S.-JI et SJ ont conçu et réalisé les expériences. S.-JI, SJ et AJ ont évalué le processus économique et préparé le manuscrit. Tous les auteurs ont discuté des résultats expérimentaux et économiques et ont lu le manuscrit.

Correspondance à A. Jang.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui permet l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur n'importe quel support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Im, SJ., Jeong, S. & Jang, A. Processus hybride d'osmose directe (FO) et d'osmose inverse (RO) incorporé avec de la fibre creuse FO. npj Clean Water 4, 51 (2021). https://doi.org/10.1038/s41545-021-00143-0

Télécharger la citation

Reçu : 04 février 2021

Accepté : 11 octobre 2021

Publié: 09 décembre 2021

DOI : https://doi.org/10.1038/s41545-021-00143-0

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

npj Eau propre (2022)