مدل‌سازی حذف باریم و سیلیکا از پساب اسمز معکوس در فرایند ZLD

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

3 کارشناس ارشد آب و فاضلاب، کارشناس شرکت آب و فاضلاب شیراز، شیراز، ایران

چکیده

در تصفیه آب با استفاده از سیستم‏های RO غلظت عناصری مانند کلسیم، منیزیم، باریم و سیلیکا در پساب به تدریج افزایش می‏یابد و با کاربرد مجدد پساب در یک RO ثانویه، رسوب این عناصر روی سطح غشا باعث کاهش نفوذپذیری آن می‏شود. از پیشرفته‏ترین روش‏های مدیریت پساب شور سیستم‏های RO، فرایند تخلیه مایع به میزان صفر (ZLD) است. هدف از این پژوهش، تعیین مدل‌سازی ریاضی به‌منظور تخمین باریم و سیلیکای حذف شده از پساب RO در فرایند چند مرحله‏ای ZLD بود. این پژوهش بر روی پساب واحد اسمز معکوس منطقه تنگ الحد از توابع شهر حاجی‌آباد شهرستان زرین‌دشت در استان فارس انجام شد. آزمایش‌ها شامل ترسیب شیمیایی، بستر کریستالی سیال و ترکیب بستر کریستالی سیال با ترسیب شیمیایی بود. در فرایندهای مختلف ZLD برای حذف عناصر بحرانی، بین حذف این عناصر همبستگی مشاهده شد. همبستگی بین غلظت‌های کلسیم با باریم و همچنین بین سیلیکا و قلیاییت در همه آزمایش‌ها مشاهده شد. بر اساس نتایج به‌دست آمده مدل‌های ریاضی برای حذف باریم و سیلیکا بر اساس غلظت‌های اولیه و باقیمانده باریم، کلسیم، سیلیکا، قلیاییت و مقدار آلومینیم مصرفی محاسبه شد. نتایج نشان داد که همبستگی بسیار مناسبی (99/0=R2) بین این غلظت‌ها با حذف سیلیکا و باریم وجود داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modeling of Barium and Silica Removal from Wastewater of Reverse Osmosis in ZLD Process

نویسندگان [English]

  • Masoud Noshadi 1
  • Maryam Kazemizaeh 2
  • Shamsosadat Ghotbi 3
1 Assoc. Prof., Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Shiraz, Shiraz, Iran
2 Former Graduate Student of Irrigation and Drainage, Faculty of Agriculture, University of Shiraz, Shiraz, Iran
3 MSc in Water and Wastewater, Shiraz Water and Wastewater Co., Shiraz, Iran
چکیده [English]

The concentration of elements such as calcium, magnesium, barium and silica would gradually increase in the wastewater treatment using RO systems. Reusing this wastewater in a second RO would cause precipitation of such elements on the surface of membrane and would decrease its permeability. Zero liquid discharge (ZLD) is the most advanced management technique for saline wastewater of RO systems. The aim of this study was to determine a mathematical model to estimate barium and silica removal from RO wastewater in ZLD multistep process. This research was conducted on samples from the effluent of the RO system in Tang-e Alhad in Hajiabad, Zarin Dasht in Fars Province, Iran. The experiments consisted of chemical precipitation, fluidized bed crystallization (FBC) and fluidized bed crystallization with chemical precipitation. During different ZLD processes, a correlation was observed between critical elements removal. The correlations between Ca with Ba and also SiO2 with alkalinity were observed in all experiments. According to the results the mathematical models for removal of barium and silica were determined according to the initial and final concentrations of barium, calcium, and silica and alkalinity. The results showed a very suitable correlation (R2=0.99) between these concentrations and removal of silica and barium.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reverse Osmosis Effluent
  • Barium
  • Silica
  • Fluidized Bed Crystallization
  • ZLD

 Bond, R. & Veerapaneni, S., 2007, Zero liquid discharge for inland desalination, AWWA Research Foundation, U.S.A.

Ghaffour, N., Missimer, T.M. & Amy G.L., 2013, "Technical review and evaluation of the economics of water desalination: Current and future challenges for better water supply sustainability", Desalination,309, 197-207.

Greenlee, L.F., Lawler, D.F., Benny, D., Freeman, B.D., Marrot, B. & Moulin, P., 2009, "Reverse osmosis desalination: Water sources, technology, and today’s challenges", Water Research, 43, 2317-2348.

Kalogirou, S., 2005, "Seawater desalination using renewable energy sources", Progress in Energyand Combustion Science, 31 (3), 242-281.

 Li, M., 2011, "Reducing specific energy consumption in Reverse Osmosis (RO) water desalination: An analysis from first principles", Desalination, 276 (1-3), 128-135.

Loganathan, K., Chelme-Ayala, P. & El-Din, M.G., 2016, "Pilot-scale study on the treatment of basal aquifer water using ultrafiltration, reverse osmosis and evaporation/crystallization to achieve zero-liquid discharge", Journal of Environmental Management, 165, 213-223.

Milne, N.A., O Reilly, T., Sanciolo, P., Ostarcevic, E., Beighton, M., Taylor, K., et al., 2014, "Chemistry of silica scale mitigation for RO desalination with particular reference to remote operations." Water Research, 65, 107-133.

Mohsen, M.S. & Al-Jayyousi O.R., 1999, "Brackish waterdesalination: An alternative for water supply enhancementin Jordan", Desalination, 124, 163-174.

Morillo, J., Usero, J., Rosado, D., ElBakouri, H., Riaza, A. & Bernaola, F.J., 2014, Plants comparative study of brine management technologies for desalination", Desalination, 336, 32-49.

Nadeem Asghar, M., Khan, Sh. & Mushtaq, Sh., 2008, "Management of treated pulp and paper mill effluent to achieve zero discharge", Journal of Environmental Management, 88, 1285-1299.

Ning, R. Y. & Troyer, T. L., 2009, "Tandom reverse osmosis process for zero-liquid discharge", Desalination, 237, 238-242.

Ning, R. Y., Tarquin, A., Trzcinski, M. C. & Patwardhan, G., 2006, "Recovery optimization of RO concentrate from desert wells", Desalination, 20, 315-322.

Oren, Y., Korngold, E., Daltrophe, N., Messalem, R., Volkman, Y., Aronov, L., et al., 2010, "Pilot studies on high recovery BWRO-EDR for near zero liquid discharge approach", Desalination, 26, 321-330.

Rahardianto, A., Gao, J., Gabelich, C.J. Williams, M.D. & Cohen, Y., 2007, "High recovery membrane desalting of low-salinity brackish water: Integration of accelerated precipitation softening with membrane RO", Journal of Membrane Science, 289, 123-137.

Sheikholeslami, R., 2003a, "Mixed salts—scaling limits and propensity", Desalination, 154, 117-127.

Sheikholeslami, R., 2003b, "Nucleation and kinetics of mixed salts in scaling." AIChE Journal, 49, 194-202.

Sheikholeslami, R. & Tan, S., 1999, "Effects of water quality on silica fouling of desalination plants", Desalination, 126, 267-280.

Tsai, J.H., Macedonio, F., Drioli, E., Giorno, L., Chou, C.U., Hu, F.C., et al., 2017, "Membrane-based zero liquid discharge: Myth or reality?", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 80, 192-202.

Vergili, I., Kaya, Y., Sen, U., Gönder, Z.B. & Aydiner, C., 2012, "Techno-economic analysis of textile dye bath wastewater treatment by integrated membrane processes under the zero liquid discharge approach", Resources, Conservation and Recycling, 58, 25-35.