Zero Liquid Discharge Management : Optimizing Sustainable Reverse Osmosis Desalination Practices

Abstract

تقذم ُزٍ األغشّدت هخطػ تصشٌف هٌعذم السْائل (ZLD (لتذلٍت الوٍبٍ بْاسطت التٌبظخ العنسً (RO ،(هع دهج هعبلجت هسبقت بْاسطت التششٍخ الفبئق ّالتذلٍل النِشببئً (ED (لتشمٍض الوٍبٍ الوبلذت. ٌتن تقسٍن الوٍبٍ العبدهت الوبلذت إلى عذة أجضاء، ٌتن تْجٍِِب إلى جِبص التذلٍل النِشببئً ّالوبخش الزي ٌعول بوصبدس الطبقت الوتجذدة. تشول الٌتبئج الببسصة قذسة هذطت الوعبلجت على إًتبج 6 ;=هتش هنعب هي الوٍبٍ العزبت ٌْهًٍب، هع تخفٍط تشمٍض الولخ هي 4::8 جضء فً الولٍْى )ppm (إلى 74 جضء فً الولٍْى، هوب ٌظِش فعبلٍت التذلٍت. ببإلظبفت إلى رلل، تعضص إعبدة تذٌّش أجضاء هي بقبٌب ّدذة التٌبظخ العنسً إلى هنًْبث هختلفت مفبءة الوْاسد. تبشص الذساست إًتبج ;6:=.66 مجن هي الٍِذسّجٍي ٌْهًٍب، هع استِالك مِشببء قلٍل ٌبلغ 5.=9<<8 ;مٍلْ ّاغ فً السبعت، هوب ٌذسي النفبءة الطبقٌْت الشبهلت. عالّة على رلل، ٌقلل استخذام الطبقت الشوسٍت هي االعتوبد على الْقْد األدفْسي، هوب ٌعضص االستذاهت ّ دوبٌت البٍئت. ّببلتشمٍض على الذفبظ على البٍئت ّاألهي الوبئً، ٌشٍش تشمٍض هلخ الوٍبٍ الوبلذت فً التٌبظخ العنسً بوقذاس >8:57 جضء فً الولٍْى ّهؤشش بٌسبت ;.6 %إلى أُوٍت أًظوت ZLD فً هوبسسبث التذلٍت الوستذاهت. عشض الٌوْرج اًخفب ًظب مبٍ ًشا فً استخشاج الوٍبٍ قلٍلت الولْدت هي ب بٌسبت ;6 .%تسلػ ُزٍ الٌتبئج العْء على فعبلٍت 5644 هتش هنعب ٌْهًٍب إلى 96.5 <;هتش هنعب ٌْهًٍب، هوب ٌشنل اًخفب ًظب هلذْظً هخطػ ZLD الوقتشح فً تعضٌض مفبءة هعبلجت الوٍبٍ العنشة، هوب ٌظِش قذستَ على تقلٍل الطلب على هْاسد الوٍبٍ العزبت بشنل مبٍش هع تذقٍق هوبسسبث تذلٍت هستذاهت. تن استٍشاد هذطت هعبلجت الوٍبٍ ّالبٍبًبث الوستخذهت فً الذسبببث هي هصٌع عذّاى للنٍوبٌّبث، الْاقع فً هٌطقت فشًبمت الصٌبعٍت بْالٌت هستغبًن، الجضائش. الكلمات المفتاحية: هعبلجت الوٍبٍ، التٌبظخ العنسً، تصشٌف هٌعذم السْائل، الوٍبٍ العبدهت، االستذاهت. Abstract: This study introduces a Zero Liquid Discharge (ZLD) scheme for Reverse Osmosis (RO) desalination, integrating ultra-filtration pretreatment and Electrodialysis (ED) for brine concentration. The scheme divides brine reject into fractions, directing them to an electrolyser and evaporator powered by renewable energy sources. Notable findings include the treatment plant's capability to produce 792 cubic meters of fresh water daily, while decreasing salt concentration from 4,660 ppm to 30 ppm, showcasing efficient desalination. Additionally, recycling fractions of RO unit waste to various components enhances resource efficiency. The study highlights the daily production of 2,269.27 kg of hydrogen, coupled with minimal electricity consumption of 74,885.91 kWh, thereby improving overall energy efficiency. Furthermore, the utilization of solar energy, reduces reliance on fossil fuels, promoting sustainability. Emphasizing environmental preservation and water security, the RO brine salt concentration of 13,648 ppm and ZLD index of 2.7% underscore the importance of ZLD systems in sustainable desalination practices. The model showcased a significant decrease in brackish water extraction from 1,200 cubic meters per day to 871.52 cubic meters per day, marking a notable 27% reduction. These results highlight the promising effectiveness of the proposed ZLD scheme in enhancing the efficiency of brackish water treatment, demonstrating its potential to significantly reduce the demand for fresh water resources while achieving sustainable desalination practices. The water treatment plant and the data used for the calculations were sourced from the Adwan Chemicals factory, located in the Fornaka industrial zone in the Wilaya of Mostaganem, Algeria. Keywords: Water treatment, reverse osmosis, zero liquid discharge (ZLD), wastewater, sustainability. Résumé : Cette étude propose un schéma de zéro décharge de liquide (ZLD) pour le dessalement par osmose inverse (RO), intégrant un prétraitement par ultrafiltration et une électrodialyse (ED) pour la concentration de la saumure. Le schéma divise le rejet de saumure en fractions, les dirigeant vers un électrolyseur et un évaporateur alimenté par des sources d'énergie renouvelables. Parmi les résultats notables, on trouve la capacité de l'usine de traitement à produire 792 mètres cubes d'eau douce par jour, tout en réduisant la concentration en sel de 4,660 ppm à 30 ppm, démontrant un dessalement efficace. De plus, le recyclage des fractions de déchets de l'unité RO vers divers composants améliore l'efficacité des ressources. L'étude met en évidence la production quotidienne de 2,269.27 kg d'hydrogène, couplée à une consommation électrique minimale de 74,885.91 kWh, améliorant ainsi l'efficacité énergétique globale. En outre, l'utilisation de l'énergie solaire réduit la dépendance aux combustibles fossiles, favorisant la durabilité. En mettant l'accent sur la préservation de l'environnement et la sécurité de l'eau, la concentration de sel de la saumure RO de 13,648 ppm et l'indice ZLD de 2.7% soulignent l'importance des systèmes ZLD dans les pratiques de dessalement durable. Le modèle a montré une diminution significative de l'extraction d'eau saumâtre, passant de 1,200 mètres cubes par jour à 871.52 mètres cubes par jour, soit une réduction notable de 27 %. Ces résultats mettent en évidence l'efficacité prometteuse du schéma ZLD proposé pour améliorer le traitement de l'eau saumâtre, démontrant son potentiel à réduire considérablement la demande en ressources d'eau douce tout en réalisant des pratiques de dessalement durables. L'usine de traitement de l'eau et les données utilisées pour les calculs proviennent de l'usine de produits chimiques Adwan Chemicals, située dans la zone industrielle de Fornaka, dans la Wilaya de Mostaganem, en Algérie. Mots clés : Traitement de l'eau, osmose inverse, décharge liquide zéro (ZLD), eaux usées, durabilité.