Acid Rock Drainage Treatment Using Membrane Distillation: Impacts of Chemical-Free Pretreatment on Scale Formation, Pore Wetting, and Product Water Quality

润湿 排水 膜蒸馏 水质 蒸馏 比例(比率) 化学 环境科学 化学工程 石油工程 色谱法 地质学 海水淡化 工程类 生物 物理 量子力学 生物化学 生态学
作者
Eric J. Hull,Katherine R. Zodrow
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:51 (20): 11928-11934 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acs.est.7b02957
摘要

Acid rock drainage (ARD) is a metal-rich wastewater that forms upon oxidation of sulfidic minerals. Although ARD impacts >12,000 miles of rivers in the U.S. and has an estimated cleanup cost of $32-$72 billion, the low pH and high metal concentrations in ARD make rapid, high volume treatment without chemical addition difficult. This research focuses on a novel method of ARD treatment, membrane distillation (MD). In MD, heated ARD is separated from a cooled distillate by a hydrophobic, water-excluding membrane. Because water only passes through the membrane in the vapor phase, nonvolatile sulfate and heavy metals are retained in the concentrate stream. A preliminary in silico analysis using an electrolyte thermodynamic model indicated that MD of 10 different mine wastes yields product water containing no contaminants at concentrations >0.2 ppm. MD tests of synthetic ARD used a ∼34 °C temperature difference, operated at 80% recovery, and produced an initial flux of 38.4 ± 1.1 L·m-2·h-1. This flux decreased slightly after scaling by iron oxyhydroxide; however, membranes maintained >99% dissolved solids rejection. Both flux decline and membrane scale formation decreased after a chemical-free, thermal precipitation pretreatment. These results indicate that MD can purify contaminated, acidic wastewater using low-grade heat sources, such as geothermal energy, without chemical addition.
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