《Desalination》：Techno-economic assessment of a demand-responsive RO-PRO superstructure for sustainable saline wastewater treatment
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基于超结构的RO-PRO系统结合需求侧管理策略，有效降低能耗与提升水能回收效率，适用于多场景工业废水处理。
乌萨马·阿里（Usama Ali）| 肖赫泽布·塔里克（Shahzeb Tariq）| 姜尚允（Sangyoun Kim）| 乌斯曼·萨夫德（Usman Safder）| 余昌圭（ChangKyoo Yoo）
韩国京畿道龙仁市宜兴区德庆大路1732号，京熙大学工程学院环境科学与工程系综合工程系，邮编17104
摘要
随着全球水资源短缺和能源需求的增加，混合反渗透-压力延迟渗透（RO-PRO）系统为高效的水资源与能源回收提供了一种有前景的解决方案。然而，在需求波动的情况下，膜组件的分配可能导致更高的比能耗（SEC）和运营效率下降，从而引发对长期可持续性的担忧。为应对这些挑战，本研究提出了一种基于超级结构的RO-PRO（S-RO-PRO）框架，旨在最大化淡水生产和能源生成。该方法结合了系统级的多级RO和PRO单元配置以及为建筑社区设计的需求侧管理（DSM）策略。结果显示，在不同的需求情景下，S-RO-PRO的表现优于传统RO-PRO，比能耗降低了10–25％。此外，其稳定功率密度可达2–5 W/m2，而传统系统仅为0–1 W/m2；能源成本降低了40.30–51.11％；在高需求条件下，净现值（NPV）最高可提高55％，凸显了其显著的节能潜力。总体而言，采用DSM的S-RO-PRO可以为高效水能系统的开发做出重要贡献，同时支持循环经济原则和长期可持续性。
术语表
缩写说明
| 缩写 |
| RO | 反渗透 |
| PRO | 压力延迟渗透 |
| S-RO-PRO | 超级结构-RO-PRO |
| DSM | 需求侧管理 |
| A-DSM | 实际需求侧管理 |
| F-DSM | 波动需求侧管理 |
| H-DSM | 高需求情景管理 |
| HVAC | 供暖、通风和空调 |
| COD | 化学需氧量 |
| DOC | 溶解有机碳 |
| D | 溶质扩散系数（m2/s） |
| CRF | 资本回收因子 |
| LCOE | 平准化能源成本 |
| LCOW | 平准化水成本 |
| CAPEX | 资本支出 |
| CC | 资本成本 |
| NPV | 净现值 |
系统配置
所提出的S-RO-PRO超级结构采用了灵活的多级配置，以适应工业环境中常见的多样化废水排放特性。该设计策略性地整合了用于淡水生产的RO单元和用于渗透能生成的PRO单元，并根据废水盐度、化学成分和流量的实时变化动态调整这些单元的数量和排列方式，如图所示。
系统结构配置
本研究设计的S-RO-PRO系统旨在最大化淡水生产和能源生成，同时最小化环境废物排放。为了系统地评估S-RO-PRO系统在实际运行条件下的性能和适用性，基于
第2.4节描述的情景选取了一个代表性案例进行研究。具体来说，考虑了首尔化学工业的废水产生特征...
结论
本研究开发了一种结合DSM的S-RO-PRO配置，以优化社区规模的水资源与能源供应的多级RO-PRO系统。该方法强调对模块化单元的优化，并考虑不同的DSM情景来平衡水资源需求和能源生成。主要研究结果如下：
- •
S-RO-PRO将传统系统所需的模块单元数量从30个减少到20–55个，减少了多达33％的单元数量
作者贡献声明
乌萨马·阿里（Usama Ali）：撰写初稿、软件开发、方法论设计、数据调查、概念构建。
肖赫泽布·塔里克（Shahzeb Tariq）：撰写初稿、数据可视化、软件开发、方法论设计、数据整理、概念构建。
姜尚允（Sangyoun Kim）：数据可视化、验证、数据调查。
乌斯曼·萨夫德（Usman Safder）：数据验证、方法论设计、数据调查、概念构建。
余昌圭（ChangKyoo Yoo）：项目监督、资金筹措、概念构建。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助，该基金会由韩国政府（MSIT）提供支持（项目编号：2021R1A2C2007838），以及韩国环境产业与技术研究院（KEITI）通过技术开发项目的支持，该项目旨在优化城市防洪设施的规划、运营和维护，资金来自韩国环境部（MOE）（项目编号：RS-2024-00398012）。
