Hoogwaardige waterfiltratiesystemen - die nodig zijn om waterschaarste te verminderen - kunnen ook de kosten en het energieverbruik verlagen, blijkt uit een nieuwe analyse onder leiding van de Northwestern University.

In de nieuwe studie voerden onderzoekers een analyse op hoog niveau uit van membraanfiltratiesystemen om de kosten, het energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen in verband met ontzilting en afvalwaterzuivering te evalueren. De onderzoekers onderzochten specifiek aangroeiwerende membranen, een krachtig filtersysteem dat de ophoping van verontreinigingen tegengaat.

Hoewel vuilwerende membranen bij aankoop meer geld kunnen kosten, kosten ze gedurende hun hele levensduur minder dan goedkopere, niet-vuilbestendige membranen, die regelmatig moeten worden gereinigd en vaker moeten worden vervangen. De onderzoekers ontdekten zelfs dat gemeentelijke afvalwaterinstallaties 43% meer zouden kunnen uitgeven aan aangroeiwerende membranen voor afvalwaterzuivering en tot drie keer meer aan aangroeiwerende membranen voor ontzilting, en toch hun basisbedrijfskosten konden handhaven.

Omdat verouderde infrastructuur en klimaatverandering de watervoorziening onder druk zetten, onderzoeken veel gemeenten en onderzoekers processen, waaronder ontzilting en afvalwaterzuivering, die de beschikbaarheid van water uit minder conventionele waterbronnen, zoals brak water, kunnen vergroten. Door vooraf te investeren in aangroeiwerende membranen, kunnen de kosten van deze doorgaans dure behandelingssystemen worden gedrukt.

"Met toenemende waterschaarste worden technologieën zoals ontzilting belangrijker dan ooit", zegt Jennifer Dunn van Northwestern, die het werk leidde. "Maar er zijn altijd afwegingen tussen technische prestaties en kosten. Een filtersysteem kan verbazingwekkende prestaties leveren, maar als de kosten te hoog zijn, zullen mensen de technologie niet gebruiken. We hopen dat onze modellering en analyse kunnen helpen bij het onderzoek en ontwikkeling."

De studie werd op 15 augustus gepubliceerd in het tijdschrift ACS ES&T Engineering . Het is de eerste internationaal co-auteur gepubliceerde studie van het U.S.-Israel Collaborative Water-Energy Research Center (CoWERC), een wereldwijd consortium van onderzoeksinstellingen, waterbedrijven en particuliere bedrijven dat nieuwe oplossingen onderzoekt voor kritieke uitdagingen op de energie-water-nexus .

Dunn is universitair hoofddocent chemische en biologische engineering aan de McCormick School of Engineering van Northwestern en directeur van het Center for Engineering Sustainability and Resilience. Sabyasachi Das en Margaret O'Connell, beide leden van Dunns laboratorium, zijn de co-eerste auteurs van het artikel.

In membraanfiltratiesystemen fungeert een membraan als een fysieke barrière tussen drinkbaar water en verontreinigingen. Pompen duwen water door het membraan, dat is gevuld met micro-, nano- of zelfs kleinere poriën. Het membraan vangt fijne deeltjes op terwijl het water door de poriën kan stromen.

Vervuiling treedt op wanneer verontreinigingen zich ophopen op het oppervlak van het membraan, waardoor de poriën verstopt raken. Wanneer een membraan vervuild raakt, zijn hogere drukken nodig om het water door te pompen. Uiteindelijk wordt de vervuiling echter zo groot dat het membraan moet worden schoongemaakt of zelfs volledig moet worden vervangen. De energie en kosten die gepaard gaan met verhoogde waterdruk, reiniging en vervanging kunnen de bedrijfskosten van een behandelingsfaciliteit verhogen.

Aangroeiwerende membranen hebben daarentegen een gespecialiseerde oppervlaktechemie die voorkomt dat verontreinigingen zich ophopen. Dit leidt tot een verminderde reinigingsfrequentie en een algehele langere levensduur van het membraan. In het onderzoek ontdekten de onderzoekers dat het verlengen van de levensduur van het membraan de meest invloedrijke factor was bij het verlagen van de bedrijfskosten.

"Het hele proces van ontzilting draait om dit membraan," zei Dunn. "Alles wat we kunnen doen om de levensduur van het membraan te verbeteren of de reinigingskosten te verlagen, zal de kosten van schoon water helpen verlagen."

Dunn hoopt dat deze studie beleidsmakers, besluitvormers en exploitanten van waterzuiveringsinstallaties zal helpen beseffen dat waterzuiveringsinstallaties de kosten van het gebruik van duurdere, beter presterende membranen kunnen verdragen. Dit geldt met name voor ontziltingsinstallaties, waarvan 65% al ​​gebruik maakt van membraangebaseerde filtratiesystemen.

"Er is een terugverdientijd in termen van verminderd energieverbruik en verminderde frequentie van het kopen van nieuwe membranen," zei Dunn. "Als we meer ontziltingsinstallaties willen bouwen om waterschaarste te verminderen, willen we dat doen op een manier die het energieverbruik niet verhoogt. Het hangt allemaal met elkaar samen." + Verder verkennen

Pre-coagulatie van polytitaniumchloride voor vervuilingscontrole van keramisch membraan