Reagent-Free Methods for Reducing the Amount of Concentrate from Reverse Osmosis Plants

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Of all developed water desalination processes, reverse osmosis takes the leading place - 69% of the world’s fresh water production is attributed to reverse osmosis plants, one of the efficiency criteria of which is the amount of concentrate produced. The article describes some modern baromembrane reagentless methods of reducing the amount of concentrate of reverse osmosis plants, the main criterion for the selection of which is the experience of their industrial application. Such processes as forward osmosis, pressure assisted forward osmosis, osmotically assisted reverse osmosis, semi-batch reverse osmosis, pulse flow reverse osmosis are considered, their working principle and results of practical application in industry or large-scale pilot tests are given.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. A. Smirnov

National Research University „MPEI“

Author for correspondence.
Email: SmirnovAlAlex@mpei.ru
Russian Federation, Krasnokazarmennaya, 14, Moscow, 111250

V. B. Smirnov

Mediana-Filter Research and Production Company JSC

Email: Smirnov@mediana-filter.ru
Russian Federation, 1 Tkatskaya St., Moscow, 105318

References

  1. Jones E., Qadir M., van Vliet M.T.H., Smakhtin V., Kang S. The state of desalination and brine production: A global outlook // Sci. Total Environ. 2019. V. 657. P. 1343.
  2. McGinnis R.L., Elimelech M. Energy requirements of ammonia–carbon dioxide forward osmosis desalination // Desalination. 2007. V. 207. P. 370.
  3. Xu Y., Zhu Y., Chen Z., Zhu J., Chen G. A Comprehensive Review on Forward Osmosis Water Treatment: Recent Advances and Prospects of Membranes and Draw Solutes // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022. V. 19. P. 8215.
  4. Abounahia N., Ibrar I., Kazwini T., Altaee A., Samal A.K., Zaidi S.J., Hawari A.H. Desalination by the forward osmosis: Advancement and challenges // Sci. Total Environ. 2023. V. 886. P. 163901.
  5. FO plant completes 1-year of operation. Water Desalination Report: 2–3. 15 Nov 2010. URL: https://www.desalination.com/articles/fo-plant-completes-1-year-of-operation (дата обращения: 15.09.2024).
  6. Altaee A., Braytee A., Millar G.J., Naji O. Energy efficiency of hollow fibre membrane module in the forward osmosis seawater desalination process // J. Membr. Sci. 2019. V. 587. P. 117165.
  7. Forward Osmosis – A Brief Introduction. Water Today. 2017. URL: https://idadesal.org/wp-content/uploads/2018/11/140824-Nicoll-IDA-Whte-Paper-Forward-Osmosis-A-Brief-Introduction.pdf (дата обращения: 30.09.2024).
  8. Андрианов А.П., Янцен О.В., Ефремов Р.В. Прямой осмос сегодня: перспективы и ограничения // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 4. С. 312.
  9. Blandin G., Verliefde A., Tang C.Y., Childress A.E., Le-Clech P. Validation of assisted forward osmosis (AFO) process: impact of hydraulic pressure // Journal of membrane science. 2013. V. 447. P. 1.
  10. FilmTec™ Reverse Osmosis Membranes Technical Manual. URL: https://www.dupont.com/content/dam/dupont/amer/us/en/water-solutions/public/documents/en/RO-NF-FilmTec-Manual-45-D01504-en.pdf (дата обращения: 04.10.2024).
  11. Toray sea water reverse osmosis membranes. URL: https://www.water.toray/products/ro/#sea-water (дата обращения: 30.09.2024).
  12. Toyobo MC membrane module for brine concentration. URL: https://www.toyobo-mc.jp/wordpress/wp-content/uploads/2023/10/TMC-Brochure_BC_2305.pdf (дата обращения: 07.10.2024).
  13. Innovative brine concentration using osmotically assisted reverse osmosis (OARO) process and advanced hollow fiber membrane. URL: http://worldwatersummit.in/presentation/2023/Day-1/Takahhito_nako.pdf (дата обращения: 15.10.2024).
  14. Ju J., Lee S., Kim Y., Cho H., Lee S. Theoretical and Experimental Analysis of Osmotically Assisted Reverse Osmosis for Minimum Liquid Discharge // Membranes. 2023. V. 13. P. 814.
  15. Пантелеев А.А., Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е., Сидоров А.Р., Смирнов В.Б. Высокоэффективные УОО с мембранными элементами рулонного типа // Новое в российской электроэнергетике. 2024. № 8. С. 15.
  16. Boyd М. Twenty-first century reverse osmosis disrupts traditional technology // World Water. 2019. V. 4. P. 26.
  17. Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. М.: Химия, 1968. C. 304.
  18. Qian L., Guo-Rong X., Rasel D. Inorganic scaling in reverse osmosis (RO) desalination: Mechanisms, monitoring, and inhibition strategies // Desalination. 2019. V. 468. P. 114065.
  19. Elimelech M., Phillip W.A. The future of seawater desalination: energy, technology, and the environment // Science. 2011. V. 333. P. 712.
  20. Gal Z., Efraty A. CCD series no. 18: record low energy in closed-circuit desalination of ocean seawater with NanoH2O elements without ERD // Desalinаtion Water Treatment. 2015. V. 57. P. 9180.
  21. Jungbin K., Linyinxue D., Ho S., Kiho P. Current progress in semi-batch reverse osmosis for brackish water desalination // Desalination. 2024. V. 578 P. 117434.
  22. Liberman B. Three methods of forward osmosis cleaning for RO membranes // Desalination. 2018. V. 431. P. 22.
  23. Liberman B., Lior E., Greenberg G. Pulse Flow RO–The new RO technology for waste and brackish water applications // Desalination. 2020. V. 479. P. 114336.
  24. Смирнов А.А., Смирнов В.Б. Повышение эффективности двухступенчатых установок обратного осмоса // Новое в российской электроэнергетике. 2024. № 7. С. 24.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Illustration of the forward osmosis mechanism (a) and a typical application scheme (b).

Download (440KB)
3. Fig. 2. Illustration of the pressure assisted forward osmosis (PAFO) mechanism.

Download (295KB)
4. Fig. 3. Illustration of the mechanism of reverse osmosis (a) and reverse osmosis with osmotic support (b).

Download (256KB)
5. Fig. 4. Stages of the semi-batch reverse osmosis process.

Download (316KB)
6. Fig. 5. Flows of feed water, concentrate, permeate and filtration pressure at the stages of operation of a semi-batch reverse osmosis plant.

Download (236KB)
7. Fig. 6. Connection diagram of membrane devices in a continuous reverse osmosis unit (a) and in a pulsating flow reverse osmosis unit (b).

Download (245KB)
8. Fig. 7. The mechanism of cleaning the membrane surface in a reverse osmosis system with a pulsating flow.

Download (326KB)
9. Fig. 8. Dependence of the saturation index of poorly soluble substances (LSI) in the concentrate (a) and the quality of the permeate of the second stage of reverse osmosis (b) on the degree of permeate extraction in the first stage reverse osmosis unit at different salt content of the source water: the Volkhov River (Veliky Novgorod) - 195.6 mg/l, the Sochi River (Sochi) - 490.6 mg/l, Lake Balkhash (Balkhash) - 1877.6 mg/l.

Download (299KB)

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».