Vorwärtsosmose (FO)

npj Clean Water Band 4, Artikelnummer: 51 (2021) Diesen Artikel zitieren

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Derzeit ist die Entsalzung durch einen hohen Energieverbrauch sowie hohe Betriebs- und Wartungskosten begrenzt. In dieser Studie wird ein neues Konzept eines auf Hohlfaser-Vorwärtsosmose (HFFO) basierenden Infinity-Entsalzungsprozesses mit geringen Auswirkungen auf die Umwelt (freie Energieaufnahme und keine Vorbehandlung oder Soleableitung) vorgeschlagen. Um das Konzept zu bewerten, wurde ein HFFO im Elementmaßstab sowohl im konventionellen FO- als auch im druckunterstützten FO-Modus durchgeführt, um einen HFFO-Betrieb unter Wasser zu simulieren. Im HFFO-Test wurden die Auswirkungen mehrerer Betriebsbedingungen auf die Leistung des HFFO untersucht, um den besten Fall auszuwählen. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden die Energiekosten berechnet und mit denen eines hybriden FO-Meerwasser-Umkehrosmose-Prozesses (SWRO) verglichen. Das HFFO zeigte eine hohe Verdünnungsrate der Ziehlösung (bis zu etwa 400 %), was es dem nachgeschalteten SWRO-Prozess ermöglichte, bei 25 bar mit der gleichen Permeatvolumenproduktion zu arbeiten (Rückgewinnungsrate von 60 %). Folglich hat der HFFO-basierte Infinity-Entsalzungsprozess einen jährlichen Energieumsatz von 183,83 Millionen US-Dollar, verglichen mit einem eigenständigen zweistufigen RO-Prozess, der auf einer Anlage mit 100.000 m3/Tag basiert.

Da membranbasierte Entsalzungsprozesse keinen Phasenwechsel durchlaufen, haben sie im Vergleich zur thermischen Entsalzung als kostengünstige Techniken an Bedeutung gewonnen und erfordern einen relativ geringen Platzbedarf1,2. Diese Methoden produzieren konstant hochwertiges Wasser und die Produktionsraten sind leicht anpassbar. Allerdings bleiben Membranverschmutzung und ein hoher Chemikalienverbrauch sowie hohe Betriebskosten weiterhin kritische Probleme3,4. Von den derzeit verfügbaren membranbasierten Entsalzungsverfahren ist das Umkehrosmoseverfahren (RO) ein eigenständiges Verfahren und sein Marktanteil in der Meerwasserentsalzung nimmt rapide zu. Der Energieverbrauch im Meerwasser-Umkehrosmose-Verfahren (SWRO) stellt jedoch weiterhin eine Einschränkung dar2,5.

Die aktuellen Energiekosten des SWRO-Verfahrens sind viel niedriger als die thermischer Entsalzungsverfahren (15,5 kWh/m3 für mehrstufige Flash-Destillation (MSF) und 7,5 kWh/m3 für Multi-Effekt-Destillation (MED)). Trotz der Anwendung interner Bühnenbildtechnologie und der Entwicklung eines Energierückgewinnungsgeräts ist SWRO im Vergleich zu herkömmlichen Wasseraufbereitungsprozessen wie der membranbasierten Abwasserbehandlung weiterhin ein energieintensiver Prozess (2,2–3,5 kWh/m3)6,7 (0,29–0,43 kWh/m3) und ozonbasierte Wasseraufbereitung (0,041–0,073 kWh/m3)8,9. Daher hat die SWRO-basierte Entsalzung ihre theoretischen und praktischen Grenzen erreicht, und es ist Zeit für die Prozessentwicklung oder -veredelung, um den Energieverbrauch weiter zu senken10,11. Die Energiebegrenzung muss durch zusätzliche technische Lösungen wie Energiegewinnung, Meerwasserverdünnung und irreversible Reduzierung überwunden werden10,12. Dieser hohe Energieverbrauch bei der Entsalzung führt zu Umweltproblemen wie Luftverschmutzung und Hitze im Zusammenhang mit der Wasserkühlung durch Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen2,4. Es wurden mehrere Studien durchgeführt, um das Energieproblem im SWRO-Prozess zu lösen10,13,14. Andere Membranprozesse wie Vorwärtsosmose (FO)15, Membrandestillation (MD)16 und Nanofiltration (NF)6 wurden kombiniert und Meerwasser wurde direkt oder indirekt mit anderen verfügbaren Wasserressourcen gemischt, um die Energiekosten zu senken der SWRO-Prozess. Der SWRO-Prozess wurde auch mit Energieerzeugungsprozessen hybridisiert, darunter druckverzögerte Osmose (PRO)17, umgekehrte Elektrodialyse (RED)18 und mikrobielle Brennstoffzelle (MFC)19, um den hohen Energieverbrauch auszugleichen.

Ein weiterer Nachteil der SWRO-basierten Entsalzung ist die Produktion von Sole mit hohem Salzgehalt, die korrosive Substanzen, restliche Vor- und Nachbehandlungschemikalien, ionische Metalle und Schwermetalle sowie Salze enthält, die bei direkter Einleitung ins Meer schädlich für die Umwelt sind5,20. Die Sole kann auch die Eutrophierung und pH-Schwankung in einem Meeresökosystem direkt beeinflussen. Mehrere Studien haben Lösungen zur Reduzierung der Soleauswirkungen vorgeschlagen. Erstens wurde die Zero-Liquid-Discharge-Technologie (ZLD) eingesetzt, die 100 % des Wassers zurückgewinnt und nützliche Ressourcen in der Sole recycelt, um den Soleaustrag (Abfluss) zu minimieren21. In diesem Fall wurden einige neue Nachbehandlungsverfahren angewendet, darunter FO, PRO, MD, MED und ein ohmscher Verdampfer, um Wasser mit hohem Salzgehalt zu behandeln, die Solekonzentration zu reduzieren und die Effizienz der chemischen Fällung zu maximieren (wodurch wertvolle Ressourcen zurückgewonnen werden). 22,23,24. Allerdings ist die ZLD-Technologie zu teuer, um in einer groß angelegten Entsalzungsanlage eingesetzt zu werden25.

FO nutzt den unterschiedlichen natürlichen osmotischen Druck als treibende Kraft. Basierend auf diesem Prinzip wird der erforderliche Energieverbrauch während des Betriebs minimiert26. Allerdings erfordert das FO-Verfahren zwangsläufig Nachbearbeitungen wie RO und NF, um die endgültige Wasserproduktion zu erreichen, was ein erhebliches Hindernis für seine Verwendung als eigenständiges Entsalzungsverfahren oder seine Kommerzialisierung darstellt27,28. Wenn nachgeschaltete Druckmembranprozesse erforderlich sind, lässt sich schwer sagen, dass es sich bei FO um einen eigenständigen Entsalzungsprozess und einen Niedrigenergieprozess handelt29,30.

In diesem Zusammenhang wurde kürzlich das FO-RO-Hybridverfahren als energiesparendes und umweltfreundliches Meerwasserentsalzungsverfahren der nächsten Generation vorgeschlagen, um die Nachteile des herkömmlichen SWRO-Verfahrens zu kompensieren31. Gleichzeitig kann mit diesem System Abwasser wiederverwendet werden, wenn im FO-Prozess eine geeignete Feed Solution (FS) eingesetzt wird32,33.

Dennoch verursachen mehrere Funktionen des FO-RO-Hybridverfahrens erhebliche Betriebskosten, einschließlich der Aufnahme, Vorbehandlung und Entwässerung (oder Behandlung) der FS und der Ziehlösung (DS), was zu einer wirtschaftlichen Belastung führt. Die Einleitung von Sole führt zu einer weiteren Einschränkung sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht6,27. Die Nutzung des Zulaufs, der Vorbehandlung, der Entwässerung und der Soleableitung wirkt sich direkt sowohl auf die Betriebsausgaben (OPEX) als auch auf die Investitionsausgaben (CAPEX) in der Entsalzungsanlage aus34.

Daher schlägt diese Studie einen neuen Hybridprozess vor, FO-RO mit einem Hohlfaser-FO (HFFO), um die Einschränkungen des FO-RO-Hybridprozesses zu ergänzen. Diese neue Konfiguration (FO–RO–sHFFO (untergetauchtes HFFO)) hat eine bestimmte Reihenfolge und mehrere Vorteile. Zunächst wird das Meerwasser (DS des ersten FO) durch den sHFFO-Prozess (des zweiten FO) verdünnt und durch den RO-Prozess erneut konzentriert, der bei niedrigerem Druck betrieben werden kann oder eine höhere Rückgewinnungsrate als der ursprüngliche SWRO erzeugt, wodurch sauberes Wasser entsteht Wasser gleichzeitig. Anschließend wird das im RO-Prozess erzeugte konzentrierte Meerwasser (Sole) mit dem Meerwasser durch den sHFFO-Prozess verdünnt und direkt als DS für den ersten FO-Prozess recycelt. Dadurch kann beim sHFFO-integrierten FO-RO-Entsalzungsprozess das Meerwasser ohne Ansaugpumpe oder Vorbehandlung zugeführt werden. Darüber hinaus ist kein Soleableitungssystem erforderlich, da Sole als treibende Kraft für den sHFFO-Prozess verwendet wird. Der Betriebsdruck des nachgeschalteten RO-Prozesses kann reduziert werden, da das verdünnte Meerwasser aus dem HFFO-Prozess verwendet wird und der FS durch das Abwasser aus dem ersten FO-Prozess weiter verdünnt wird, was den Energieverbrauch senkt. Darüber hinaus kann die Zirkulationsenergie (oder der Druck) für den DS im sHFFO-Prozess als Restdruck der Sole nach der Rückgewinnung mithilfe eines Energierückgewinnungsgeräts für den RO-Prozess genutzt werden. Der FS für das sHFFO-Verfahren erfordert keine Umwälzpumpe, da als FS natürliches Meerwasser verwendet wird. Der sHFFO-Prozess kann bei unterschiedlichen Wasserständen betrieben werden, was den FO-Betrieb flexibler macht. Mit anderen Worten: Es kann mit einem durch den Wasserstand erzeugten Druck betrieben werden, der als druckunterstützte FO (PAO)35 bezeichnet wird. Dieser Prozess trägt dazu bei, den FO-Betrieb entsprechend der RO-Rückgewinnungsrate veränderbar zu machen und ermöglicht aufgrund der unterschiedlichen Osmoseniveaus eine natürliche physikalische Reinigung.

In dieser Studie wurde ein HFFO-Modul mit unterschiedlichen FS- und DS-Konzentrationen und Durchflussraten betrieben. Im PAO-Modus wurden die angewandten Drücke, die sich auf die Prozessleistung auswirken, variiert. Darüber hinaus wurden die Machbarkeit und Anwendbarkeit dieses Prozesses durch eine Energiekostenbewertung bewertet und mit dem FO-RO-Hybridprozess und der zweistufigen RO mit dem ZLD-System verglichen.

Abbildung 1 zeigt die Werte des Wasserflusses und des umgekehrten Salzflusses (RSF) des getesteten HFFO-Elements bei verschiedenen (i) Betriebsmodi (a und b: FO; c und d: PAO) und (ii) Durchflussraten von FS und DS und (iii) DS-Konzentrationen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Durchflussrate jeder Seite die Leistung des HFFO im Elementmaßstab beeinflusste (Abb. 1a, b). Wenn die DS-Flussrate von 0,20 auf 0,35 l/min mit unterschiedlichen FS-Flussraten (0,7, 1,0 und 1,5 l/min) erhöht wurde, erhöhte sich der gesamte Wasserfluss (Maximum: 35.000 mg/l – 1,05 bis 1,24 Liter pro Quadrat). Meter pro Stunde (LMH), Minimum: 0,95–1,08 LMH bei hoher TS-Konzentration) (Maximum: 35.000 mg/L – 0,83 bis 1,24 LMH bei hoher TS-Konzentration, Minimum: 0,46–0,60 LMH bei niedriger TS-Konzentration), obwohl die Auswirkung der FS-Durchflussrate während des HFFO-Betriebs nicht dominanter war als die DS-Durchflussrate. Dies weist darauf hin, dass die DS-Durchflussrate den Wasserfluss stärker beeinflusst als die FS-Durchflussrate, was auf den Durchmesser des Strömungswegs und die Verweilzeit im HFFO-Element zurückzuführen sein könnte. Im HFFO-Element betrug der DS-Strömungsweg 85 μm (basierend auf dem Innendurchmesser), und dieser schmale Strömungsweg konnte die Verdünnung im Kanal pro Flächeneinheit erheblich verbessern (wodurch der Wasserfluss verringert wurde) (siehe Ergänzungstabellen 1 und 2). Der FS-Strömungsweg im HFFO-Element existierte jedoch nicht (wie bei einem getauchten Typ) und die Membranen waren in einer PVC-Zelle mit einem Durchmesser von 90 mm und einer Länge von 280 mm verpackt. Wenn die DS- und FS-Durchflussraten also 0,35 bzw. 1,50 l/min betrugen und eine DS-Konzentration von 35.000 mg/l verwendet wurde, wurde der höchste Wasserfluss (1,24 l/m2h, LMH) beobachtet, der etwa doppelt so hoch war der Fluss, wenn die DS-Konzentration 10.000 mg/L betrug. Interessanterweise wurde die allgemeine RSF-Tendenz stärker von den DS-Flussraten als von der FS-Flussrate beeinflusst (z. B. FS 0,7/DS 0,2: 0,0139 Gramm pro Quadratmeter und Stunde (GMH) bis FS 0,7/DS 0,35: 0,0266 GMH bei 25.000 mg/L). DS-Konzentration). Der RSF nahm zu, wenn die DS-Durchflussrate erhöht wurde, wie das Wasserflussmuster (siehe Ergänzungstabellen 1 und 2). Allerdings nimmt die RSF-Tendenz nicht proportional zu wie die Wasserflusstendenz und die Schwankung ist relativ hoch26,32. Es handelt sich um ein relativ kleines Salzmassentransportphänomen, das durch zukünftige Experimente im Labormaßstab eindeutig identifiziert werden muss. Im Gegensatz dazu stieg der RSF-Wert an, wenn die DS-Flussrate von 0,20 auf 0,35 l/min erhöht wurde, wohingegen der RSF-Wert abnahm, wenn die FS-Flussrate über den gesamten Bereich der DS-Konzentrationen erhöht wurde. Der RSF zeigte ein abnehmendes Muster mit einem Anstieg der DS-Konzentrationen (von 10.000 auf 35.000 mg/L). Es ist zu beachten, dass das HFFO-Element im Vergleich zu den verschiedenen Arten von FO-Elementen einen relativ geringen Wasserfluss und RSF aufwies. In früheren Studien betrugen die Wasserflüsse von spiralgewickelten FO-Elementen (SWFO) und Plattenrahmen-FO-Elementen (PFFO) 26,5 bzw. 17,7 LMH. Darüber hinaus wurden die RSF-Werte mit 12,4 bzw. 8,4 g/m2h (GMH) bei einer DS-Konzentration von 35.000 mg/L26,28,33,36 beobachtet. Allerdings wies das HFFO bei 35.000 mg/L einen Wasserfluss von 0,7–1,3 LMH (etwa 20-mal weniger als der von SWFO und PFFO) und 0,005–0,030 GMH RSF auf, was viel weniger ist als bei den anderen Elementen. Daher ist im Fall des HFFO-Elements der Einfluss der Prozessbetriebsbedingungen nicht schwerwiegend, was indirekt zeigt, dass die RSF-Berücksichtigung für den HFFO-RO-sHFFO-Prozessbetrieb nicht erforderlich ist.

Die Tafeln a, b zeigen den Wasserfluss und die RSF-Variation im FO-Modus und die Tafeln c, d zeigen den PAO-Modus. Konzentrations- und Druckbedingungen: FO-Modus (DI-Wasser als FS, synthetisches Meerwasser (10.000 bis 35.000 NaCl mg/L) als DS und Druck von 0 bar) und PAO-Modus (DI-Wasser als FS, synthetisches Meerwasser (10.000 bis 35.000 NaCl mg). /L) als DS und einem Druck von 2 und 3 bar). Durchflussraten: FO-Modus (FS: 0,7, 1,0 und 1,5 l/min und DS: 0,20 und 0,35 l/min) und PAO-Modus (FS: 0,7, 1,0 und 1,5 l/min und DS: 0,35 l/min) .

Ein geringerer Wasserfluss kann durch den Betrieb des FO im PAO-Modus leicht ausgeglichen werden. Wie in Abb. 1c, d gezeigt, zeigt die HFFO-Betriebsergebnisse im PAO-Modus, wenn die FS- und DS-Durchflussraten von 0,7 auf 1,5 bzw. 0,2 auf 0,35 l/min erhöht wurden, bei einem angelegten Druck von 3 bar Der Wasserfluss war unter den gleichen Bedingungen (bezogen auf den schwarzen Punktkreis) etwa doppelt so hoch (von 1,39 auf 2,33 LMH) wie im FO-Modus (ohne angelegten Druck). Unter Hinzufügung von künstlichem Druck wurde beobachtet, dass die DS-Verdünnungsrate maximal 408 % (35.000 mg/L, FS 1,5, DS 0,35 L/min, 2 bar) und minimal 131 % (15.000 mg/L, FS 0,7, DS 0,35 L/min, 3 bar). Interessanterweise war der spezifische RSF (SRSF = RSF/Wasserfluss (g/L)) im PAO-Modus viel niedriger als im FO-Modus (PAO), wenn die DS-Konzentration dem Meerwasserspiegel (35.000 mg/L) ähnelte = 0,008 g/L und FO = 0,018 g/L) unter den gleichen Bedingungen (FS- und DS-Durchflussraten = 1,50 bzw. 0,35 L/min). Dies weist darauf hin, dass der HFFO-Betrieb im PAO-Modus mit der Vorbehandlungsoption für die Meerwasserentsalzung für eine stabile Wasserwiederverwendung von Vorteil sein kann.

Detaillierter Wasserfluss, RSF-, SRFS-Werte, DS-Verdünnungsrate und verdünnte DS-Konzentration. im FO- und PAO-Modus finden Sie in den Ergänzungstabellen 1 bzw. 2.

Für die Eigenschaften (Konzept) des FO-RO-sHFFO-Entsalzungsprozesses wurde der sHFFO-Prozess im HFFO-Betrieb im PAO-Modus in Abhängigkeit vom Meeresspiegel (von der Meeresoberfläche) simuliert; Aufgrund der Schwerkraft, der Wasserdichtigkeit und der Tiefe können verschiedene natürliche Wasserdrücke auf die Membran ausgeübt werden, und das sHFFO war mit einem unvermeidlichen Konzentrationsunterschied zwischen FS (Meerwasser) und DS (RO-Sole) konfrontiert. Daher wurde während dieses Experiments die FS-Konzentration von 10.000 auf 25.000 mg/L, die DS-Konzentration von 35.000 auf 80.000 mg/L geändert und auf der FS-Seite wurden Drücke im Bereich von 2 bis 4 bar angelegt.

Abbildung 2a, b zeigt den Wasserfluss bzw. die RSF-Werte in Abhängigkeit von den Konzentrationsunterschieden zwischen FS und DS (DS–FS) und dem auf den FS ausgeübten Druck. Die Wasserflusswerte stiegen kontinuierlich mit zunehmenden FS-Durchflussraten, angelegten Drücken und Konzentrationsunterschieden. Bei einem Druck von 4 bar betrugen die höchsten erhaltenen Wasserdurchflusswerte 3,92, 1,04 und 1,21 LMH bei FS-Durchflussraten von 1,5, 1,0 bzw. 0,7 l/min (DS-Durchflussrate = 0,35 l/min und Konzentrationsunterschied). zwischen FS und DS = 70.000 mg/L). Allerdings waren die RSF-Werte im Vergleich zu denen im FO-Modus relativ stabil. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass der angelegte Druck des FS den Salzdurchgang vom DS zum FS (RSF) während des HFFO-Betriebs behindert. Darüber hinaus wirkte sich der angelegte Druck positiv auf die Leistung aus, und wie erwartet wirkten sich die FS-Durchflussrate und der auf den FS ausgeübte Druck positiv auf die FO-Leistung (d. h. den Wasserfluss) aus, wenn es eine Variation in den FS- und DS-Konzentrationen gab und RSF)37.

Die Tafeln a und b zeigen den Wasserfluss und die RSF-Werte des HFFO-Elements im PAO-Modus bei verschiedenen Konzentrations- und Druckbedingungen. Synthetisches Meerwasser (NaCl) als FS, synthetisches Meerwasser oder Sole (NaCl) als DS, FS-Konzentration von 10.000–35.000 mg/L, DS-Konzentrationen von 35.000 bis 80.000 mg/L und Drücke von 2, 3 und 4 bar. Durchflussraten: FS: 0,7, 1,0 und 1,5 l/min und DS: 0,35 l/min.

Abbildung 3a, b zeigt die DS-Verdünnungsraten und verdünnten DS-Konzentrationen gemäß den DS- und FS-Durchflussraten und Betriebsmodi (FO und PAO) bei einer DS-Konzentration von 35.000 mg/L. Im HFFO-Modus (Abb. 3a) lagen die DS-Verdünnungsraten über 150 bzw. 200 %, wenn die DS-Durchflussraten 0,20 bzw. 0,35 l/min betrugen. Dieser Unterschied entstand durch Änderung des DS-Volumens und des Permeationsverhältnisses (Wasserfluss), wenn die DS-Durchflussrate geändert wurde (Ergänzungstabellen 1 und 2). Dementsprechend lagen die endgültigen verdünnten TS-Konzentrationen je nach Durchflussrate zwischen 16.000 und 23.000 mg/L. Wenn jedoch der Druck auf die FS-Seite mit einer konstanten DS-Flussrate von 0,35 l/min und unterschiedlichen FS-Flussraten (0,7 bis 1,5 l/min) ausgeübt wurde, sanken die verdünnten DS-Konzentrationen weiter auf 11.000 und 9.600 mg/l ( bei Betriebsdrücken von 2 bzw. 3 bar).

Die Felder a und b zeigen die DS-Verdünnungsrate und -Konzentration im FO- und PAO-Betrieb. Die Felder c und d zeigen die DS-Verdünnungsrate und -Konzentration mit unterschiedlichen Konzentrationsunterschieden zwischen FS und DS.

Abbildung 3c zeigt die Verdünnungsrate und die verdünnte DS-Konzentration in Abhängigkeit von den Unterschieden zwischen den FS- und DS-Konzentrationen im Bereich von 50.000 bis 70.000 mg/L, der FS-Durchflussrate und dem angelegten Druck. Wenn der Unterschied zwischen den FS- und DS-Konzentrationen 50.000 mg/l betrug und die Betriebsbedingungen FS-Durchflussrate = 0,70, DS-Durchflussrate = 0,35 l/min und angelegter Druck = 2 bar waren, wurden die verdünnte DS-Konzentration und die Verdünnungsrate beobachtet 34.000 mg/L bzw. 146 % betragen. Wenn das HFFO-Element unter den empfohlenen Bedingungen (dh sHFFO) betrieben wird, kann die TS-Konzentration der des Meerwassers angeglichen werden. Daher kann diese Bedingung verwendet werden, um den HFFO-basierten Infinity-Meerwasserentsalzungsprozess (FO-RO-sHFFO) zu optimieren (Fall 7 in Tabelle 1). Bei einem Konzentrationsunterschied über die Membran und der Anwendung von Druck auf den FS (im PAO-Modus) wurden verschiedene Verdünnungsraten und verdünnte DS-Konzentrationen beobachtet (Abb. 3c) im Hinblick auf das Experiment der Bedingung, bei der der Konzentrationsunterschied besteht ( Abb. 3b). Dies liegt daran, dass die externe Konzentrationspolarisierung einen erheblichen Einfluss auf die FO-Leistung hat, wenn unterschiedliche Konzentrationen vorliegen, und eine stärkere interne Konzentrationspolarisierung bei einem Konzentrationsunterschied auftritt. Ohne Unterschied zwischen den FS- und DS-Konzentrationen, wenn die FS- und DS-Durchflussraten 1,5 bzw. 0,35 l/min betrugen und ein Druck von 3 bar auf den FS ausgeübt wurde, eine Verdünnungsrate von mehr als 400 % Verdünnungsrate und Es konnte eine verdünnte TS-Konzentration von ca. 8500 mg/L erreicht werden (Abb. 2 und 3). Wenn jedoch die Differenz zwischen den FS- und DS-Konzentrationen 70.000 mg/L betrug, wurden etwa 350 % der Verdünnungsrate aktiviert und der Prozess konnte die DS-Konzentration auf 22.580 mg/L verdünnen (detaillierte Wasserfluss-, RSF- und SRFS-Werte können). finden Sie in den Ergänzungstabellen 3). Darüber hinaus wurden die erwarteten Betriebsdrücke und Permeatkonzentrationen beim SWRO-Prozess nach dem HFFO-Prozess unter verschiedenen Betriebsbedingungen im Cross-Flow-HFFO-Prozess (neun Fälle, darunter ein zweistufiger SWRO) und zwei unterschiedlichen Rückgewinnungsraten im RO-Prozess simuliert (50 und 60 %) (Tabelle 1). Insgesamt neun Fälle, einschließlich einer Kontrolle (zweistufige RO), wurden auf der Grundlage der Ergebnisse der Leistungsbewertung des HFFO-Elements unter verschiedenen Betriebsbedingungen (Abschnitte 1 und 2) ausgewählt: vier Bedingungen im FO-Modus (Fälle 1–4) und vier Bedingungen im PAO-Modus (Fälle 5–8). Die gleichen Betriebsbedingungen wurden auf die HFFO- und sHFFO-Elemente im HFFO-basierten Infinity-Entsalzungsprozess angewendet. Je nach Fall wurden der erforderliche Druck und die endgültige Permeatkonzentration des nachgeschalteten SWRO-Prozesses vorhergesagt.

Wenn jedoch beim FO-RO-sHFFO-Entsalzungsprozess der nachgeschaltete zweistufige SWRO-Prozess mit einer Rückgewinnungsrate von 60 % betrieben wird, ist die Solekonzentration niedriger als die des Meerwassers, was den Betrieb des sHFFO-Prozesses unmöglich macht. Daher wurden für den zweistufigen SWRO-Prozess, der mit einer höheren Rückgewinnungsrate (80 %) betrieben wird und bei dem die abgegebene Solekonzentration etwa 60.000 mg/L beträgt, der Betriebsdruck, die Permeatkonzentration und der Wert des spezifischen Energieverbrauchs (SEC) neu berechnet , wie in Tabelle 2 dargestellt. In der zweistufigen SWRO waren die unter solchen Bedingungen berechneten Betriebsdrücke der SWRO für die Fälle 1 und 2 inakzeptabel. Allerdings konnte im Fall 5 noch mit einem geringeren Druck (37,9 bar) gearbeitet werden als beim zweistufigen SWRO-Verfahren.

Die detaillierten SEC-Werte, Betriebsdrücke des SWRO-Prozesses und die Permeatkonzentrationen bei verschiedenen Rückgewinnungsraten finden Sie in den Ergänzungstabellen 4, 5 und 6.

Im folgenden Abschnitt wird eine wirtschaftliche Bewertung in Bezug auf Energie beschrieben, wobei i) zweistufige RO mit FO-RO-sHFFO und ii) SWRO mit ZLD mit FO-RO-sHFFO verglichen werden.

Um die wirtschaftlichen Vorteile des FO-RO-sHFFO-Prozesses zu bewerten, wurde der SEC sowohl des FO- als auch des RO-Prozesses berechnet, wie in Abb. 4a, b dargestellt. Bei der Berechnung wurde eine Anlagenkapazität von 100.000 m3/Tag angenommen. Der Pumpenwirkungsgrad und der Energieverbrauch betrugen 90 % bzw. 0,1 kWh/m3. Aufgrund der strukturellen Eigenschaften des HFFO-Prozesses im Elementmaßstab ist der Energiebedarf der FS-Pumpe höher als der der DS-Pumpe (Abb. 4a). Abhängig von den HFFO-Betriebsbedingungen (Tabelle 1) schwankt auch die Betriebsenergie auf der FO-Seite und die berechneten SEC-Werte des RO-Prozesses waren unterschiedlich (Abb. 4b). Überraschenderweise wurde im Hinblick auf die gesamten SEC-Werte bei Berücksichtigung des Energiebedarfs sowohl des FO- als auch des RO-Abschnitts (Abb. 4c) der niedrigste Energiebedarf (1,49 kWh/m3) in Fall 5 beobachtet (FS-Durchfluss = 1,5 l/min, DS-Durchflussrate = 0,35 l/min und angelegter Druck = 3 bar), und im Vergleich zum zweistufigen RO-Prozess wurden etwa 62 % Energie eingespart. Folglich wurden die Energiekosten basierend auf dem SEC-Wert von FO und RO berechnet (Abb. 4d). Die Betriebsdauer der Entsalzungsanlage wurde mit 20 Jahren angenommen. Die Kostenergebnisse ähneln denen des SEC, und mit dem FO-RO-HFFO können im Vergleich zum zweistufigen RO-Verfahren (zweistufiges RO = 280 Millionen USD und FO-RO-HFFO-Verfahren) etwa 66 % der Kosten eingespart werden (Fall 5) = 96 Millionen USD). Darüber hinaus wurde mit der Erhöhung der Rückgewinnungsrate von 60 auf 80 % der SEC-Wert des zweistufigen SWRO auf 6,02 kWh/m3 erhöht. Allerdings werden über die Lebensdauer der Anlage im Vergleich zum zweistufigen SWRO bei einer Rückgewinnung von 60 % ca. 170 Mio. USD eingespart (Abb. 4c und ergänzende Abb. S7).

Die Tafeln a und b zeigen die Energieverbrauchswerte (SEC) im Vergleich zum zweistufigen RO-Prozess bei unterschiedlichen Rückgewinnungsraten. Panel c zeigt die Gesamtenergiekosten des FO-RO-HFFO-Prozesses im Vergleich zum RO-Prozess bei einer Rückgewinnungsrate von 60 und 80 %.

Die amortisierten Investitionskosten des FO-RO-Hybridverfahrens wurden auf der Grundlage von Fall 5 unter Berücksichtigung von Installation/Service, rechtlichen/fachlichen Anforderungen, Einlass/Auslass, Vorbehandlung, Rohrleitungen/Hochlegierung, Tiefbau, Pumpen, Druckbehälter, Membranen, Ausrüstung/Materialien berechnet und die Design-/Berufskosten. Im Falle des HFFO wurden der integrierte Entsalzungsprozess, die Kosten für die Vorbehandlung und die Zu-/Ableitung ausgeschlossen. Dieser Ausschluss führt auch zu erheblichen CAPEX-Einsparungen: etwa 15,8 % (20 Millionen USD) des amortisierten gesamten CAPEXRO und 1,2 % (43 Millionen USD) des amortisierten gesamten CAPEXFO im HFFO-integrierten Entsalzungsprozess, einschließlich Einlass/Auslass und Vorbehandlung. Vergleicht man daher die Gesamtkosten des HFFO-integrierten Entsalzungsprozesses mit dem herkömmlichen FO-RO-Hybridprozess basierend auf den Bedingungen und der Leistung von Fall 5, kann der FO-RO-sHFFO-Entsalzungsprozess im Laufe von 20 Jahren bis zu 63 Millionen USD einsparen -Jahreszeitraum. Detaillierte Daten zur wirtschaftlichen Bewertung sind in der ergänzenden Abbildung 1 dargestellt.

Herkömmliche Meerwasserentsalzungsanlagen produzieren sauberes Wasser, es wird jedoch auch Sole mit hohem Salzgehalt produziert21,24. Je nach Ausbringungsgrad variieren Qualität und Menge der Sole. In diesem Abschnitt wurde eine Bewertung der Energiekosten durchgeführt, indem der HFFO-basierte Infinity-Meerwasserentsalzungsprozess mit einem zweistufigen SWRO in Kombination mit dem ZLD-Prozess verglichen wurde. Der ZLD-Prozess kann so definiert werden, dass er alle flüssigen Abfälle aus dem Entsalzungsprozess entfernt, schädliche Umweltauswirkungen reduziert und die erforderlichen Vorschriften erfüllt20. Beim HFFO-basierten Infinity-Entsalzungsprozess wird die Sole jedoch nicht abgeleitet, da die Sole durch die HFFOs rezirkuliert (oder verdünnt) und dann wieder dem ersten HFFO-Prozess zugeführt wird. Daher bietet der HFFO-basierte Infinity-Entsalzungsprozess ökologische Kostenvorteile. Wie in Abb. 5 dargestellt, beliefen sich die Energiekosten der zweistufigen SWRO mit Solekonzentrator und Kristallisator auf 1191 Millionen US-Dollar. Die resultierenden Kosten wurden auf der Grundlage einer Anlagenkapazität von 100.000 m3/Tag und einer Rückgewinnungsrate von 60 % berechnet. Darüber hinaus betrug die Solekapazität (Speisewasser des Solekonzentrators) 400.000 m3/Tag aus dem zweistufigen SWRO-Prozess und die Rückgewinnungsrate des Solekonzentrators betrug 80 %. Die Einlassflussrate des nachgeschalteten Kristallisators betrug 8000 m3/Tag und die Rückgewinnungsrate wurde mit 100 % angenommen. Die treibende Kraft des Solekonzentrators und -kristallisators ist Wärmeenergie, und der hohe Energieverbrauch ist für thermische Entsalzungsmethoden (d. h. MED und MSF) erforderlich. Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, erfordert der HFFO-basierte Infinity-Entsalzungsprozess jedoch keine Umwälzpumpe für FS und DS, um die Sole auf die Meerwasserkonzentration zurückzuführen. Daher kann der HFFO-basierte Infinity-Entsalzungsprozess über einen Zeitraum von 20 Jahren mehr als 1 Milliarde US-Dollar an Energiekosten einsparen.

ZLD-Anlagenkapazität = 40.000 m3/Tag (Rückgewinnungsrate des zweistufigen SWRO-Prozesses = 60 %), Energieverbrauch durch Solekonzentrator = 19,8 kWh/m3 (Rückgewinnungsrate = 80 %) und Kristallisator = 56,8 kWh/m3 (Rückgewinnungsrate = 100%).

Wenn die Rückgewinnungsrate festgelegt ist, unterscheiden sich Konzentration und Volumen der Sole im FO-RO-sHFFO-Prozess von denen bei der Produktion von 100.000 m3/Tag für den eigenständigen zweistufigen SWRO-Prozess. Wenn die Rückgewinnungsrate im eigenständigen zweistufigen SWRO-Prozess 60 % beträgt, können die Konzentration und die Durchflussrate der Sole 87.500 mg/L bzw. 66.667 m3/Tag erreichen. Um beim FO-RO-sHFFO-Prozess ein Endproduktvolumen von 100.000 m3/Tag zu erreichen, kann die SWRO bei niedrigen Drücken (25 bar) und einer niedrigen Einlassdurchflussrate (46.519 m3/Tag) betrieben werden, da der DS, welches beim ersten HFFO-Prozess durch das Abwasser verdünnt wird, kann dem SWRO-Prozess zugeführt werden. Für den zweiten HFFO-Prozess (sHFFO), der im FO-RO-sHFFO-Prozess (unendliche Zirkulation für Null-Sole-Austrag) verwendet wird, muss die Konzentration der Sole aus dem SWRO jedoch für einen nachhaltigen Betrieb höher sein als die des Meerwassers. Das bedeutet, dass die Rückgewinnungsrate des SWRO-Prozesses >60 % betragen muss. Daher wurde eine zusätzliche wirtschaftliche Bewertung mit einer festen Kapazität des SWRO-Prozesses durchgeführt und es wurde festgestellt, dass angemessene Bedingungen für den SWRO wie folgt sind: Rückgewinnungsrate = 45 %, Zulauf = 222.222 m3/Tag, Endprodukt = 100.000 m3/Tag. Tag, Betriebsdruck = 59,2 bar und Solekonzentration = 63.636 mg/L. Unter Berücksichtigung einer für den sHFFO-Prozess geeigneten Solekonzentration wurde eine Rückgewinnungsrate von etwa 85 % empfohlen, um einen optimalen Betrieb zu erreichen. In diesem Fall beträgt der Betriebsdruck 37,9 bar und die Solekonzentration und Durchflussrate betragen 65.127 mg/L bzw. 33.333 m3/Tag. Unter modifizierten Bedingungen ist die Wasserproduktion des FO-RO-sHFFO-Prozesses etwa doppelt so hoch wie die des eigenständigen zweistufigen SWRO-Prozesses. Detaillierte wirtschaftliche Bewertungsergebnisse finden Sie in der ergänzenden Abbildung 1.

In dieser Studie wurde ein Niedrigenergie-Entsalzungsprozess mit minimalen Auswirkungen auf die Umwelt eingeführt, der aus einem Querstrom-HFFO, RO und sHFFO besteht. Die Leistung des HFFO-basierten Infinity-Entsalzungsprozesses wurde unter verschiedenen Betriebsbedingungen bewertet. Die Energiekosten dieses Prozesses wurden mit einem zweistufigen RO, einem FO-RO-Hybridprozess und einem zweistufigen RO mit ZLD verglichen. Fassen wir die Ergebnisse jedes Sektors zusammen, wenn das HFFO-Element in verschiedenen Betriebsmodi (FO- und PAO-Modus, Durchflussrate und Änderung der DS-Konzentration) bewertet wird, da die strukturellen Eigenschaften des HFFO-Elements (schmaler DS-Strömungsweg und nicht vorhanden) vorliegen FS-Strömungspfad) wird der FS weniger durch Änderungen der Durchflussrate und Konzentration beeinflusst als der DS38. Umgekehrt nahm der Wasserfluss mit zunehmender DS-Konzentration zu. Darüber hinaus kann RSF während des HFFO-Betriebs vernachlässigbar sein, was einen erheblichen Vorteil für die Wiederverwendung von Abwasser darstellt. Unter anderen Aspekten gibt der Übergang von Salz, der während des FO-Betriebs von der DS in das als FS verwendete Abwasser übergeht, keinen Anlass zur Sorge. Allerdings waren die RSF-Werte unter allen im PAO-Modus getesteten Bedingungen denen im FO-Modus ähnlich, was darauf hindeutet, dass der angelegte Druck nur einen positiven Effekt auf den Wasserfluss hat und keinen signifikanten Einfluss auf den RSF39 hat. Wie bereits erwähnt, wurde dieser Prozess angewendet, um die im RO-Prozess erzeugte Meerwassersole (ähnlich dem DS für sHFFO) mit Meerwasser zu verdünnen. Darüber hinaus wurde der natürliche osmotische Druckunterschied zwischen der RO-Sole und dem Meerwasser sowie der natürlich auftretende Wasserdruck in Abhängigkeit vom Wasserstand (oder der Wassertiefe) genutzt. Darüber hinaus wurde sauberes Meerwasser (ohne Vorbehandlung, aber sauber) der Entsalzungsanlage (FO-RO) zugeführt. Wasserfluss, RSF-Werte, Verdünnungsrate und verdünnte DS-Konzentration wurden im Hinblick auf die Nachhaltigkeit und Anwendbarkeit der HFFO-Leistung hinsichtlich der Aufnahme oder des Solemanagements (verdünnt mit Meerwasser) bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass für den FO-RO-sHFFO-Entsalzungsprozess die verdünnte DS-Konzentration, die in den HFFO-Prozess eingespeist wird, ähnlich der Meerwasserkonzentration (35.000 mg/L) sein sollte, da die Verdünnung so lange anhält, bis währenddessen das Konzentrationsniveau von Meerwasser erreicht wird der sHFFO-Prozess.

Aus wirtschaftlicher Sicht stehen der Betriebsdruck und die Rückgewinnungsrate des RO-Prozesses in direktem Zusammenhang mit den Betriebskosten in der Entsalzungsanlage und wirken sich anschließend auf die Gesamtkosten der Wasserproduktion aus. Daher ist es wichtig, die Energiekosten unter Berücksichtigung der FS-Konzentration, des Betriebsdrucks und der Rückgewinnungsrate zu berechnen. Diese Berechnungen ermöglichen eine Bewertung der wirtschaftlichen Vorteile des HFFO-integrierten FO-RO-Hybrid-Entsalzungsprozesses (FO-RO-sHFFO). Es ist zu beachten, dass das HFFO-Verfahren mehrere Vorteile bietet, wenn es auf das nachgeschaltete SWRO-Verfahren angewendet wird: (i) eine große Oberfläche im Modul (31,5 m2), (ii) eine hohe Packungsdichte (55,6 m2/m3), (iii ) eine hohe DS-Verdünnungsrate (bis zu etwa 400 %) und (iv) eine niedrige RSF (0,008–0,034 GMH). Dadurch ist ein nachhaltiges Solemanagement (keine Soleableitung) in Kombination mit einer energiefreien Meerwasseraufnahme möglich, da eine relativ geringe Anzahl an HFFO-Elementen (sHFFO) erforderlich ist, um die im SWRO-Prozess erzeugte Sole in das Meerwasser zu verdünnen (oder zurückzugewinnen). Niveau bei gleichzeitiger Minimierung des Salzverlusts. Daher haben die Leistungsergebnisse ausreichend gezeigt, dass der HFFO-basierte Infinity-Entsalzungsprozess die Einschränkungen des SWRO-Prozesses (Betriebsenergie) überwinden kann. Darüber hinaus kann mit dem HFFO-basierten Infinity-Entsalzungsprozess ZLD erreicht werden, da bei dem Prozess keine Sole erzeugt wird und die Ansaug- und Vorbehandlungssysteme entfallen. Das ZLD reduziert sowohl die CAPEX als auch die OPEX, da sauberes Meerwasser durch den natürlichen osmotischen Differenzdruck in das HFFO-System gelangt.

Die Gesamtergebnisse deuten darauf hin, dass der HFFO-basierte Infinity-Entsalzungsprozess eine hohe DS-Verdünnungsrate (bis zu 400 %) und niedrigere Betriebsdrücke für den RO-Prozess erreichen kann. Darüber hinaus ergab die Energiekostenbewertung günstige Ergebnisse für den HFFO-basierten Infinity-Entsalzungsprozess unter verschiedenen Betriebsbedingungen im Vergleich zum RO-Prozess. Diese Ergebnisse können einen neuen Weg für die FO- und Entsalzungsindustrie eröffnen. Aus den Forschungsergebnissen können wir schließen, dass der HFFO-basierte Infinity-Entsalzungsprozess nachhaltig, umweltfreundlich und wirtschaftlich ist. Erstens ist ohne einen Vorbehandlungsprozess des DS (Meerwasser) ein nachhaltiger Betrieb mit einer Endlosschleifenkonfiguration des ersten HFFO → SWRO → sHFFO-Prozesses möglich. Zweitens kann das Verfahren mit einer höheren Rückgewinnungsrate (~80 %) als das herkömmliche SWRO-Verfahren betrieben werden und somit eine große Menge Permeat produzieren. Gleichzeitig wird die produzierte Sole direkt in den sHFFO-Prozess eingespeist, anstatt in das Meeresökosystem eingeleitet zu werden. Infolgedessen gibt es keine Umgebungssolebeladung oder Nachbehandlungsschritte, die beim herkömmlichen SWRO-Verfahren Einschränkungen darstellen. Drittens kann der HFFO-basierte Infinity-Entsalzungsprozess im Vergleich zu einer herkömmlichen SWRO-basierten Entsalzungsanlage über einen Zeitraum von 20 Jahren 63 Millionen US-Dollar einsparen, da keine Installations-, Betriebs- und Wartungskosten für die DS-Vorbehandlung anfallen und der SWRO-Prozess bei niedrigen Drücken betrieben werden kann ( also 25 bar). Allerdings muss der HFFO-basierte Infinity-Entsalzungsprozess weiter optimiert werden, und es müssen Verifizierungsstudien in Bezug auf Membranverschmutzung und Anwendungen für die Kommerzialisierung durchgeführt werden. Zusammenfassend hat das FO-RO-sHFFO-Verfahren zahlreiche Vorteile gegenüber dem zweistufigen SWRO mit dem ZLD-Verfahren. Erstens ist keine Soleableitung oder -aufbereitung erforderlich, wodurch keine zusätzlichen Energiekosten entstehen (weitere Reduzierung der Umweltbelastung). Zweitens: Wenn der FO-RO-sHFFO-Hybridprozess auf die gleiche Wasserproduktion abzielt, können die endgültigen Wasserkosten oder die Anlagenkapazität reduziert werden. Drittens ist ein Meerwasservorbehandlungsprozess nicht erforderlich, da die Sole kontinuierlich rezirkuliert wird, wodurch sowohl die CAPEX- als auch die OPEX-Kosten für die Aufnahme, Vorbehandlung und Soleableitung gesenkt werden.

In dieser Studie wurde ein HFFO-Element unter verschiedenen Betriebsbedingungen bewertet (Abb. 6a), um das FO-RO-sHFFO-Konzept zu bewerten (Abb. 6b). Die Spezifikationen der HFFO-Membran finden Sie in der Ergänzungstabelle 7. Das HFFO-System im Elementmaßstab besteht aus zwei Umwälzpumpen (Longer Pump WT3000-1FA, China) und digitalen Manometern (Omegadyne Inc., Modell PX319-050G5V, Sunbury). , OH, USA) und Durchflussmesser (DLCL, MiLESEEY, China) auf jeder Seite des Systems. Im FS-Tank wurden eine digitale Waage (Potable Bench, CAS, Republik Korea) und ein Leitfähigkeitsmessgerät (Orion 4 Star, Thermo Scientific, Albany, USA) installiert, um die Gewichts- und Leitfähigkeitsänderung in 30-Sekunden-Intervallen zu messen Berechnung des Wasserflusses und der RSF. Detaillierte Gleichungen zur Berechnung des Wasserflusses und der RSF finden Sie in den Zusatzinformationen. Die HFFO-Experimente im Elementmaßstab wurden unter verschiedenen Betriebsbedingungen durchgeführt (Tabelle 3). Für den Test im FO-Modus (zur Bewertung des ersten FO-Prozesses in Abb. 1a) wurden entionisiertes (DI) Wasser (Widerstand >18 MΩ/cm) und eine synthetische Meerwasserlösung (99 % NaCl) (Samchun Chemicals, Republik Korea) verwendet. wurden als FS bzw. DS angewendet. Hier wurde die Leistung des ersten HFFO-Elements im FO-Modus im Bereich der Meerwasserkonzentrationen bewertet. Tests mit dem HFFO-Element im PAO-Modus wurden unter unterschiedlichen osmotischen Drücken im Bereich der Differenz zwischen Sole- und Meerwasserkonzentration durchgeführt, um den zweiten FO (angewandtes sHFFO, wobei sich der natürliche Druck durch unterschiedliche Wasserstände ändert) zu bewerten, wobei die Drücke zwischen 2 und 2 bis 4 bar. In diesem Fall lag die FS-Konzentration im Meerwasserbereich und die DS-Konzentration im Solebereich. Darüber hinaus wurde die Leistung des HFFO-Elements bei verschiedenen Durchflussraten auf beiden Seiten bewertet (die Durchflussrate wurde als Leistungsbewertungsfaktor ausgewählt und ihre Bereiche wurden vom Hersteller angegeben). Im FO-Modus wurden die Flussraten von FS und DS bei 0,7, 1,0 und 1,5 bzw. bei 0,20 und 0,35 L/min variiert. Im PAO-Modus wurden die gleichen FS-Flussraten verwendet, während die DS-Flussrate auf 0,35 l/min festgelegt war.

Die Tafeln a und b zeigen das Schema eines HFFO-integrierten FO-RO-Hybrid-Entsalzungsprozesses (FO-RO-sHFFO) und eines HFFO-Testsystems im Elementmaßstab (FS und DS wurden in die oberen bzw. seitlichen Anschlüsse eingespeist. Der Betrieb Der Modus war Gegenstrom und die Durchflussrate und der Druck am Seiteneinlass wurden kontinuierlich aufrechterhalten.

Das HFFO-Experiment wurde mit 30 l DS und 60 l FS gestartet und als die DS-Verdünnungsrate 100 % erreichte, wurde das Experiment abgebrochen. Anschließend wurde die Ausrüstung für das nächste Experiment physikalisch gereinigt (Vorwärtsspülung mit entionisiertem Wasser).

Basierend auf den Leistungsergebnissen wurde eine Energiekostenbewertung durchgeführt, um mithilfe eines Microsoft 2013 Excel-Berechnungsblatts und eines Analysesimulators für Umkehrosmosesysteme die Machbarkeit des HFFO-basierten Infinity-Entsalzungsprozesses zu ermitteln, der nur geringe Auswirkungen auf die Umwelt hat27,34. In dieser Studie wurden einige in früheren Studien verwendete Annahmen ausgewählt6,27,34 und für die wirtschaftliche Bewertung angewendet, indem dieser Prozess mit dem zweistufigen SWRO-Prozess verglichen wurde (Ergänzungstabellen 8 und 9). Mit Ultrafiltrationsmembranen behandeltes Meerwasser und sekundäres Abwasser wurden als DS und FS für den ersten FO verwendet (sowohl im zweistufigen SWRO-Prozess als auch im FO-RO-sHFFO-System). Bei der wirtschaftlichen Bewertung wurden die Kosten für das FO-Element, einschließlich der Kosten für das FO-Modul, in Höhe von 7.000 US-Dollar herangezogen. Für die Kostenbewertung wurden die optimierten Betriebsbedingungen des HFFO-Elements (seitlicher Einlassdruck des FS und minimale Durchfluss- und Verdünnungsraten des FS und DS) sowie zahlreiche serielle Arrays festgelegt28. Ansonsten entsprachen alle anderen wirtschaftlichen Berechnungen und zugehörigen Faktoren denen, die in früheren Studien verwendet wurden28,30. Es wurden Kosten und Leistung des HFFO-Elements, Anzahl und Kapazität der FS- und DS-Pumpen sowie die Anzahl der parallel geschalteten HFFO-Elemente je nach Anordnung berechnet. Die bei der wirtschaftlichen Bewertung des HFFO-Elements verwendeten Methoden und die angenommenen Faktoren sind in der Ergänzungstabelle 9 dargestellt.

Weitere detaillierte wirtschaftliche Faktoren sind in der Ergänzungstabelle 10 aufgeführt.

Weitere Informationen zum Forschungsdesign finden Sie in der mit diesem Artikel verlinkten Nature Research Reporting Summary.

Die Autoren bestätigen, dass die Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, im Artikel und seinen ergänzenden Materialien verfügbar sind.

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Diese Forschung wurde durch das Entwicklungsprogramm zur Minimierung der Auswirkungen des Klimawandels durch die National Research Foundation of Korea (NRF) unterstützt, finanziert von der koreanischen Regierung (Ministerium für Wissenschaft und IKT (MSIT)) (Nr. 2020M3H5A1081109).

Graduate School of Water Resources, Sungkyunkwan University (SKKU), 2066 Seobu-ro, Jangan-gu, Suwon, Gyeonggi-do, 16419, Republik Korea

S.-J. Ich & A. Jang

Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen, University of California, Los Angeles, CA, 90095-1593, USA

S.-J. Ich bin

Umweltingenieurwesen, Pusan ​​National University, Busan, 46241, Republik Korea

S. Jeong

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Für diese Einreichung schlugen S.-JI und AJ das energiesparende Entsalzungskonzept vor, und S.-JI und SJ entwarfen und führten die Experimente durch. S.-JI, SJ und AJ bewerteten den wirtschaftlichen Prozess und erstellten das Manuskript. Alle Autoren diskutierten die experimentellen und wirtschaftlichen Ergebnisse und haben das Manuskript gelesen.

Korrespondenz mit A. Jang.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Im, SJ., Jeong, S. & Jang, A. Vorwärtsosmose (FO)-Umkehrosmose (RO)-Hybridverfahren mit Hohlfaser-FO. npj Clean Water 4, 51 (2021). https://doi.org/10.1038/s41545-021-00143-0

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Eingegangen: 04. Februar 2021

Angenommen: 11. Oktober 2021

Veröffentlicht: 09. Dezember 2021

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

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