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Cost Optimization of Osmotically Assisted Reverse Osmosis

机译：渗透辅助反渗透的成本优化

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摘要

We develop a nonlinear optimization model to identify minimum cost designs for osmotically assisted reverse osmosis (OARO), a multistaged membrane-based process for desalinating high-salinity brines. The optimization model enables comprehensive evaluation of a complex process configuration and operational decision space that includes nonlinear process performance and implicit relationships among membrane stages, saline sweep cycles, and makeup, purge, and recycle streams. The objective function minimizes cost, rather than energy or capital expenditures, to accurately account for the trade-offs in capital and operational expenses inherent in multistaged membrane processes. Generally, we find that cost-optimal OARO processes minimize the number of stages, eliminate the use of saline makeup streams, purge from the first sweep cycle, and successively decrease stage membrane area and sweep flow rates. The optimal OARO configuration for treating feed salinities of 50-125 g/L total dissolved solids with water recoveries between 30-70% results in costs less than or equal to $6 per m(3) of product water. Sensitivity analysis suggests that future research to minimize OARO costs should focus on minimizing the membrane structural parameter while maximizing the membrane burst pressure and reducing the membrane unit cost.
机译：我们开发了一种非线性优化模型，以确定用于渗透辅助反渗透（OARO）的最低成本设计，这是一种基于多级膜的高盐度盐水脱盐工艺。优化模型可对复杂的过程配置和操作决策空间进行全面评估，其中包括非线性过程性能以及膜级，盐水吹扫循环以及补充，吹扫和循环流之间的隐式关系。目标函数使成本（而不是能源或资本支出）最小化，以准确解决多级膜工艺固有的资本和运营支出之间的折衷。通常，我们发现成本最低的OARO工艺可最大程度地减少级数，消除盐水补充物流的使用，从第一个吹扫循环中进行吹扫，并依次减小级膜面积和吹扫流速。最佳的OARO配置用于处理总溶解固体含量为50-125 g / L的进料盐度，水回收率在30-70％之间，从而导致成本低于或等于每m（3）产品水6美元。敏感性分析表明，未来将OARO成本降至最低的研究应侧重于最小化膜结构参数，同时最大化膜破裂压力并降低膜单位成本。

著录项

  • 来源
    《Environmental Science & Technology》 |2018年第20期|11813-11821|共9页
  • 作者

    Bartholomew Timothy V; Siefert Nicholas S.; Mauter Meagan S.;

  • 作者单位

    Carnegie Mellon Univ, Dept Civil & Environm Engn, 5000 Forbes Ave, Pittsburgh, PA 15213 USA;

    US DOE, Natl Energy Technol Lab, 626 Cochrans Mill Rd,POB 10940, Pittsburgh, PA 15236 USA;

    Carnegie Mellon Univ, Dept Civil & Environm Engn, 5000 Forbes Ave, Pittsburgh, PA 15213 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
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  • 正文语种 eng
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