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Combined membrane and thermal desalination processes for the treatment of ion exchange resins spent brine

Micari, Marina und Cipollina, Andrea und Tamburini, Alessandro und Moser, Massimo und Bertsch, Valentin und Micale, Giorgio (2019) Combined membrane and thermal desalination processes for the treatment of ion exchange resins spent brine. Applied Energy. Elsevier. doi: 10.1016/j.apenergy.2019.113699. ISSN 0306-2619.

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Kurzfassung

The disposal of industrial wastewater effluents represents a critical environmental issue. This work focuses on the treatment of the spent brine produced by the regeneration of ion exchange resins employed for water softening. For the first time, a comprehensive techno-economic assessment and an analysis of the energy requirements of the treatment chain are carried out, via the simulation of ad hoc implemented models. The chain is composed of nanofiltration, double-stage crystallization and multi-effect distillation. The valuable product is the brine produced by the multi-effect distillation, which can be re-used for the regeneration. Therefore, the treatment chain’s economic feasibility is evaluated via the Levelized Brine Cost, which includes the terms of cost and revenue of every unit in the chain. Varying the nanofiltration recovery, the treatment system always turns out to be economically competitive, since the Levelized Brine Cost is lower than the current cost of the fresh regenerant solution (8 $/m3). In particular, the lowest value of 4.9 $/m3 is found for a nanofiltration recovery of 25%. Moreover, the cost of the reactant used in the crystallization and the revenues of Mg(OH)2 and Ca(OH)2 play a prominent role in all scenarios. Regarding the energy demand, the thermal energy required by the evaporator is the main contribution and covers more than 30% of the operating costs (excluding the cost of the crystallization reactant, which is balanced by the hydroxides revenues). Therefore, the costs can be significantly reduced when waste heat is available in the industrial site. Overall, the treatment chain is economically feasible and allows reducing the industrial environmental impact by recycling waste streams and waste heat.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/129509/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Combined membrane and thermal desalination processes for the treatment of ion exchange resins spent brine
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Micari, MarinaMarina.Micari (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cipollina, AndreaUniversity of PalermoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tamburini, AlessandroUniversity of PalermoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Moser, MassimoMassimo.Moser (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bertsch, ValentinGerman Aerospace Center and University of StuttgartNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Micale, GiorgioUniversity of PalermoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2019
Erschienen in:Applied Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.apenergy.2019.113699
Verlag:Elsevier
ISSN:0306-2619
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Industrial wastewater; Nanofiltration; Wastewater treatment; Techno-economic analysis; Circular economy; Waste heat recovery
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:TIG Technologie, Innovation und Gesellschaft
HGF - Programmthema:Erneuerbare Energie- und Materialressourcen für eine nachhaltige Zukunft
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemanalyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Systemanalyse und Technikbewertung (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Energiesystemanalyse
Hinterlegt von: Micari, Marina
Hinterlegt am:11 Okt 2019 14:21
Letzte Änderung:31 Okt 2023 13:57

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