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将海水淡化与废水回收同时进行,可节省67%的能耗
水处理科技 / 时间:2021-11-22 23:52:52

贤集网11月20日讯:在许多地方,包括南加州,气候变化增加了干旱的威胁和对新的和持续的水资源的需求。高盐度的水流,有时是海水,被考虑用来缓解这种稀缺性,但由于需要对这些水流进行脱盐,需要更高的能源投资。一些海水淡化设施与废水回收设施相邻,为协调这两种不同的水资源提供了机会。南加州大学维特比工程学院的研究人员探索了这种机会,以便在降低成本的情况下回收更多的水。

在发表于《海水淡化》的研究中,Gabilan科学与工程学院特聘教授Amy Childress、南加州大学维特比学院博士生Xin Wei和Teh Fu Yen博士早期职业讲座的Kelly Sanders研究了当前和未来的废水处理方案,特别是在高盐度的水流方面。目标是:提供尽可能多的水供应,使用尽可能少的能源并考虑到环境管理。

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桑尼-阿斯塔尼土木与环境工程系教授柴尔德里斯说:"虽然饮用水再利用和海水淡化传统上被认为是供水组合的独立部分,但考虑我们如何混合废水处理和海水淡化以满足水和能源目标,同时确保符合环境标准是有意义的。"

要了解这个机会,必须考虑当前的背景。首先,废水的盐度正在增加,部分原因是水资源保护。这种盐度较高的水流处理起来更加昂贵,可能需要进行海水淡化处理。污水处理设施的进步意味着海水淡化过程(如反渗透,通过半渗透材料过滤被污染的水,使其清洁)可以帮助相对有效地处理高盐度水流。

利用现有的水压

由于水资源保护和其他原因,废水中的盐度正在增加。例如,在沿海地区,海水会侵入废水回收设施的基础设施,也会增加盐度。盐度增加的直接影响是,你可能需要在更高的压力下运行现有的脱盐工艺,或者你可能需要引入新的脱盐工艺来处理水。

传统上,较高盐度的水流是一种较低优先级的水资源,因为对这种水流进行淡化并对水进行净化以满足环境和监管标准是多么的耗费能源。然而,如果可以改造现有的脱盐工艺或增加新的脱盐工艺,利用脱盐能力的高盐度水流成为更可行的水流,以满足供水需求。

有一些技术可以加装到设施中。这些技术包括:能量回收装置(ERD),利用海水淡化过程中输出的盐水中的能量,并将其应用到新处理的水流中,以及闭路反渗透(CCRO),保持系统中的压力,而不是将其释放到产生的盐水中。这有助于减轻额外的盐分负担,而不增加额外的能源负担。

水回收的能源管理策略

盐水的排放受到某些标准的管制,这意味着排放的水流的盐度必须低于某些水平,很可能与海水的盐度相似,即每升35克。最初,博士生Wei以满足水流中盐度浓度的监管标准为视角,专注于不同水源的水流混合。然而,最近她重新调整了研究方向,考虑不同的角度。

柴尔德里斯说:"Wei反过来考虑,如果我们可以通过以饮用水回用的方式使用废水来满足要求,而不是仅仅混合废水流排放到海洋,我们是否可以回用它,并采取水资源,以便我们有这种额外的水供应?"

在先进的水净化设施中,使用反渗透膜--施加压力使水通过半透性材料,同时过滤掉污染物--来净化水,已经成为行业标准,为处理高盐度的废水流提供了机会。

水务部门的高能源成本导致许多水和废水处理设施包括能源管理战略。研究人员说,例如,能源回收装置通常与高盐度反渗透工艺一起使用,以减少脱盐过程的能源消耗。

能量回收装置通过将(已经处理过的)浓缩盐水流中剩余的压力转移到进水流中来减少能源消耗。研究人员说,能量回收装置可以减少海水反渗透脱盐设施的能源消耗高达67%,这取决于操作条件。

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先进的水净化设施正在考虑高回收反渗透工艺(例如闭路反渗透),以提高水的回收率,同时保持低能耗。进水较咸的膜工艺需要更高的压力(或能量)。在常规的反渗透过程中,压力被固定在一个较高的水平,可以克服浓缩物的最终压力。在闭路反渗透中,压力逐渐增加,使其刚好高于所需压力。利用时间变化的进料压力,闭路反渗透可能比能量回收装置提供更大的能源节约。闭路反渗透的另一个好处是,它可以排放更少的水。

柴尔德里斯说我们正在努力实现水处理的灵活性--评估水质的差异,并使用不同的方法来处理该特定的水流,以获得最大的效率和最少的浪费。

水的未来

由于气候变化导致的干旱继续威胁着传统水源,如何灵活和可持续地处理水资源的考虑变得越来越重要。

Childress说我们不是创造一种新的技术或新的处理过程,而是寻找在协调相邻设施中可能存在的协同作用--这是目前没有做到的。

展望未来,以不同方式看待水可能是尽可能有效利用水的关键。像洛杉矶这样的城市已经开始采用一项名为 "一个水 "的倡议,其目的是将城市的所有水资源视为一个实体,并努力以更环保、更经济和更有益于社会的方式管理它们。

与其把水分为雨水和废水和海水,不如说它是所有需要处理的水,怎么样?然后我们可以看看我们的系统,评估我们需要什么来实现这个目标。像洛杉矶这样的沿海城市的最终目标是关闭水循环--不把水送入海洋,而是确定排放流中的每一种有价值的资源,并找到再利用的方法。现在,这样做的成本太高,但希望这就是我们的方向。