Till innehåll på sidan

Waste Heat Driven Membrane Distillation for Industrial Wastewater Treatment

Tid: Må 2021-03-01 kl 08.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/j/63118818082, (English)

Ämnesområde: Energiteknik Kemiteknik

Respondent: Imtisal-e- Noor , Kraft- och värmeteknologi

Opponent: Prof. Mikel Duke, Institute for Sustainable Industries & Liveable Cities, VU Research, Victoria University

Handledare: Prof. Andrew R. Martin, Kraft- och värmeteknologi, Energiteknik; Prof. Olli Dahl, Aalto University

Abstract

Den Europeiska Unionen har lagt högt prioritet på uppfyllelsen av de målen som finns i 2030 Agenda för Hållbar Utveckling. Denna ambition har gett ytterligare fart till medlemsländernas miljöförvaltningar för att strama åt utsläppsnivåer av industriella avloppsvatten. Dessa åtgärder har stor betydelse för existerande förhållningssätt i industrin eftersom många traditionella metoder för rening av avloppsvatten når inte de åtstramade utsläppsnivåerna. Dessutom finns det en uppmaning hos industrin att implementera strategier för noll utsläpp, framför allt för återanvändning av processvatten. Betoningen ligger på förbättrad vattenreningsteknik för återhämtning, återanvändning och utsläpp av vatten på det sättet som skyddar naturresurser, garanterar tuffa miljölagstiftningar och säkerställer ekonomin. I detta sammanhang är membrandestillering (MD) en lovande teknik för rening av avloppsvatten och är kapabel att bemöta dessa krav genom utnyttjandet av låg-temperatur värmekällor.

Denna avhandling fokuserar på experimentella undersökningar och tekno-ekonomiska utvärderingar av spillvärmedrivna MD-system för vattenrening i två vattenintensiva industrier: nano-elektronisk tillverkning och kraftvärmeverk. Vattenprover hämtade från relevanta anläggningar testades i en luftspalt MD rigg i bänkskala och hos en halv-kommersiell pilotanläggning, med fokus på separationsverkningsgrad och möjligheten att nå en hög grad av uppkoncentrering. För den tekno-ekonomiska analysen av ett system i industriellt skal undersöktes prestandan hos den valda halv-kommersiell enhet för att utvärdera drift i fullt skal gällande termiskt energibehov och förväntad kostnad för renat vatten. Olika termiska integreringssätt utvärderades med hänsyn till lokala värmekällor för att tillgodose energibehoven hos det specifika MD-systemet. De valda fallstudierna omfattar: avskiljning av tetrametylammonium hydroxid (TMAH) från fotolitografiska avloppsvatten i nano-elektronisk tillverkning; behandling av kemisk-mekanisk utjämning (CMP) avloppsvatten i nano-elektronisk tillverkning; och uppkoncentrering genom avancerad rening av rökgaskondensat från kraftvärmeverk med hushållsavfall och biobränsle som energikällor.

Resultat från rening av avloppsvatten hos nano-elektronisk tillverkning visade att permeat med hög kvalité kunde åstadkommits med hög separationsverkningsgrad hos de analyserade föroreningarna. Det föreslagna systemet för rening av rökgaskondensat var också framgångsrikt med avskiljning av föroreningar upp till miljarddelar. Förbehandlingen genom pH-justering av råvattnet ledde till förbättrad ammoniak-avskiljning i alla fallstudier. I jämförelse med dagens tekniker fanns det en förbättring med MD-teknik gällande separationsverkningsgrad. Resultaten från simuleringar för nano-elektronisk tillverkning visade att den nödvändiga termiskenergin finns tillgänglig för MD-system i stort skal genom utnyttjandet av intern spillvärme. Hos kraftvärmeverk passar fjärrvärmeledning och –returlinjor bra som värmekällor respektive värmesänka. Processekonomin visar att kostnaden för renat vatten är mest beroende av kostnaden för värmen. I de fall där värmekostnaden är noll ligger reningskostnaden mycket lägre än konkurrerande teknik.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-289435