Reverse osmosis desalination: A state-of-the-art review

Highlights•An updated review of RO desalination is provided.•Concentration polarization and transport models are discussed.•Design, energy, and economic factors are discussed.•Hybrid RO processes are reviewed.•Technological challenges are addressed.AbstractWater scarcity is a grand challenge that has always stimulated research interests in finding effective means for pure water production. In this context, reverse osmosis (RO) is considered the leading and the most optimized membrane-based desalination process that is currently dominating the desalination market. In this review, various aspects of RO desalination are reviewed. Theories and models related to concentration polarization and membrane transport, as well as merits and drawbacks of these models in predicting polarization effects, are discussed. An updated review of studies related to membrane modules (plate and frame, tubular, spiral wound, and hollow fiber) and membrane characterization are provided. The review also discusses membrane cleaning and different pre-treatment technologies in place for RO desalination, such as feed-water pre-treatment and biocides. RO pre-treatment technologies, which include conventional (e.g., coagulation-flocculation, media filtration, disinfection, scale inhibition) and non-conventional (e.g., MF, UF, and NF) are reviewed and their relative attributes are compared. As per the available literature, UF, MF and coagulation-flocculation are considered the most widely used pre-treatment technologies. In addition, this review discusses membrane fouling, which represents a serious challenge in RO processes due to its significant contribution to energy requirements and process economy (e.g., flux decline, permeate quality, membrane lifespan, increased feed pressure, increased pre-treatment and membrane maintenance cost). Different membrane fouling types, such as colloidal, organic, inorganic, and biological fouling, are addressed in this review. Principles of RO process design and the embedded economic and energy considerations are discussed. In general, cost of water desalination has dropped to values that made it a viable option, comparable even to conventional water treatment methods. Finally, an overview of hybrid RO desalination processes and the current challenges faced by RO desalination processes are presented and discussed.

نمک‌زدایی اسمز معکوس: یک بررسی مدرن

نکات برجسته * یک بررسی به روز شده از نمک‌زدایی فرمان تنظیم شده‌است. * مدل‌های پلاریزاسیون متمرکزسازی و انتقال مورد بحث قرار گرفته‌اند. * طراحی، انرژی و عوامل اقتصادی مورد بحث قرار گرفته‌اند. * فرآیندهای RO هیبریدی مورد بررسی قرار می‌گیرند. چالش‌های تکنولوژیکی مورد توجه قرار می‌گیرند. کمبود آب یک چالش بزرگ است که همواره باعث تحریک علایق تحقیقاتی در یافتن روش‌های موثر برای تولید آب خالص شده‌است. در این زمینه، اسمز معکوس به عنوان پیشرو و بهینه‌ترین فرآیند آب‌شیرین‌کن مبتنی بر غشا که در حال حاضر حاکم بر بازار آب‌شیرین‌کن است، در نظر گرفته می‌شود. در این بررسی جنبه‌های مختلف نمک‌زدایی از فرمان آشتی ملی مورد بررسی قرار گرفته‌است. نظریه‌ها و مدل‌های مربوط به پلاریزاسیون غلظت و انتقال غشا و همچنین مزایا و معایب این مدل‌ها در پیش‌بینی اثرات پلاریزاسیون مورد بحث قرار گرفته‌است. مروری به روز شده از مطالعات مربوط به مدول‌های غشایی (صفحه و چارچوب، لوله، زخم حلزونی و الیاف توخالی)و خصوصیات غشا ارائه شده‌است. این بررسی همچنین در مورد تمیز کردن غشا و فن‌آوری‌های مختلف پیش تصفیه برای نمک‌زدایی فرمان آشتی، مانند پیش تصفیه آب تغذیه و بیوسایدها بحث می‌کند. تکنولوژی‌های پیش تصفیه RO که شامل روش‌های مرسوم (مانند انعقاد - لخته سازی، فیلتراسیون رسانه، ضد عفونی کردن، مهار مقیاس)و غیر متعارف (مانند MF، UF و NF)می‌باشند، مورد بررسی قرار گرفته و ویژگی‌های نسبی آن‌ها مقایسه شده‌اند. براساس منابع موجود، UF، MF و انعقاد - لخته سازی به عنوان رایج‌ترین فن‌آوری‌های پیش تصفیه در نظر گرفته می‌شوند. علاوه بر این، این مقاله به بحث در مورد گرفتگی غشا می‌پردازد که به دلیل سهم قابل‌توجه آن در انرژی مورد نیاز و اقتصاد فرآیند (به عنوان مثال، کاهش شار، کیفیت تراوه، طول عمر غشا، افزایش فشار خوراک، افزایش پیش تصفیه و هزینه نگهداری غشا)چالش جدی در فرآیندهای RO را نشان می‌دهد. انواع مختلف گرفتگی غشا، مانند گرفتگی کلوییدی، آلی، غیر آلی و بیولوژیکی، در این بررسی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. اصول طراحی فرآیند RO و ملاحظات اقتصادی و انرژی تعبیه‌شده مورد بحث قرار گرفته‌است. به طور کلی، هزینه نمک‌زدایی آب به ارزش‌هایی کاهش‌یافته است که آن را به یک گزینه مناسب تبدیل کرده‌است، حتی با روش‌های تصفیه آب معمولی قابل‌مقایسه است. در نهایت، مروری بر فرآیندهای نمک‌زدایی ترکیبی و چالش‌های کنونی پیش روی فرآیندهای نمک‌زدایی ترکیبی ارایه و مورد بحث قرار گرفته‌است.

ترجمه شده با