##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
У статті проведено критичний аналіз сучасних технологій опріснення високомінералізованих природних вод та розсолів в контексті глобального дефіциту води та впровадження концепції нульового рідкого скиду. Метою дослідження було порівняння ефективності відомих способів опріснення та визначення ролі опріснення виморожуванням у гібридних системах. Аналіз базується на ключових показниках: питоме енергоспоживання (кВт·год/м³), вилучення прісної води (%), собівартість опрісненої води ($/м³), вуглецевий слід (кг CO₂ екв/м³) та потенціал інтеграції в схеми нульового рідкого скиду. Розглянуто зворотний осмос, багатоступеневу флеш-дистиляцію, електродіаліз та виморожування. Встановлено, що зворотний осмоc є економічно ефективним для вод з мінералізацією до 35 г/дм³, але його ефективність різко падає при обробці концентрованих розсолів через високий осмотичний тиск, зменшення вилучення прісної води та забруднення мембран. Багатоступенева флеш-дистиляція, хоча і більш стійка до якості вихідної води, але характеризуються високим енергоспоживанням та значним вуглецевим слідом. Як перспективну альтернативу виділено опріснення виморожуванням. Цей спосіб демонструє низьке енергоспоживання (3,5…8 кВт·год/м³) та мінімальний вуглецевий слід (< 6 кг CO₂ екв/м³) при роботі з розсолами до 250 г/дм³. Для реалізації концепції нульового рідкого скиду в технологіях опріснення доцільно після опріснення виморожуванням застосовувати евтектичну кристалізацію концентрованого розсолу від виморожуючої установки. Це дозволить не лише отримати опріснену воду, але й одночасно вилучити розчинені солі у вигляді твердого товарного продукту, повністю утилізуючи розсіл. Зроблено висновок, що гібридні системи, які поєднують виморожування з іншими способами, є найбільш ефективним рішенням для утилізації природних і технологічних розсолів
Ключові слова:
Опріснення, Зворотний осмос, Дистиляція, Електродіаліз, Виморожування, Ефективність, Гібридні системи, Нульовий рідкий скид
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Як цитувати
Василів, Б., Дорошенко, В., Василів, О., & Коваленко, О. (2025). Енергетична, економічна та екологічна ефективність сучасних способів опріснення води та розсолів. Refrigeration Engineering and Technology, 61(4), 319-332. https://doi.org/10.15673/ret.v61i4.3330
Номер
Розділ
ХОЛОДИЛЬНА ТЕХНІКА ТА ЕНЕРГОТЕХНОЛОГІЇ
Посилання
1. Patel, S. K., Biesheuvel, P. M., & Elimelech, M. (2021). Energy consumption of brackish water desalination: Identifying the sweet spots for electrodialysis and reverse osmosis. ACS ES&T Engineering, 1(5), 851-864.
2. Moon, J., Son, S., Kim, J., & Park, K. (2025). Critical challenges in high salinity seawater reverse osmosis systems: Technical, energy, and environmental reviews. Desalination, 607, 118811.
3. Ahmed, M. A., Amin, S., & Mohamed, A. A. (2023). Fouling in reverse osmosis membranes: monitoring, characterization, mitigation strategies and future directions. Heliyon, 9(4), e14908.
4. Lee, S., Choi, J., Park, Y.-G., Shon, H., Ahn, C. H., & Kim, S.-H. (2019). Hybrid desalination processes for beneficial use of reverse osmosis brine: Current status and future prospects. Desalination, 454, 104-111.
5. Park, J., & Lee, S. (2022). Desalination Technology in South Korea: A Comprehensive Review of Technology Trends and Future Outlook. Membranes, 12(2), Article 204.
6. Sharon, H., & Reddy, K. S. (2015). A review of solar energy driven desalination technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 1080-1118.
7. Alrashidi, A., Aleisa, E., & Alshayji, K. (2024). Life cycle assessment of hybrid electrodialysis and reverse osmosis seawater desalination systems. Desalination, 578, 117448.
8. Li, Y., Chen, X., Xu, Y., Zhuo, Y., & Lu, G. (2021). Sustainable thermal-based desalination with low-cost energy resources and low-carbon footprints. Desalination, 520, 115371.
9. Abid, M. B., Abdul Wahab, R., Abdel Salam, M., Gzara, L., & Moujdin, I. A. (2023). Desalination technologies, membrane distillation, and electrospinning, an overview. Heliyon, 9(2), e12810.
10. Eke, J., Yusuf, A., Giwa, A., & Sodiq, A. (2020). The global status of desalination: An assessment of current desalination technologies, plants and capacity. Desalination, 495, 114633.
11. Kim, J., Park, K., Yang, D. R., & Hong, S. (2019). A comprehensive review of energy consumption of seawater reverse osmosis desalination plants. Applied Energy, 254, 113652.
12. Ghaffour, N., Missimer, T. M., & Amy, G. L. (2013). Technical review and evaluation of the economics of water desalination: Current and future challenges for better water supply sustainability. Desalination, 309, 197-207.
13. Nayar, K. G., Fernandes, J., McGovern, R. K., Dominguez, K. P., McCance, A., Al-Anzi, B. S., & Lienhard, J. H., V. (2019). Cost and energy requirements of hybrid RO and ED brine concentration systems for salt production. Desalination, 456, 97-120.
14. Loganathan, K., Chelme-Ayala, P., & El-Din, M. G. (2015). Treatment of basal water using a hybrid electrodialysis reversal–reverse osmosis system combined with a low-temperature crystallizer for near-zero liquid discharge. Desalination, 363, 92–98.
15. (2023). Concept of zero liquid discharge. Elsevier.
16. Wu, J., & Hoek, E. M. V. (2025). Current opportunities and challenges in membrane based brine management. Current Opinion in Chemical Engineering, 47, 101079.
17. Randall, D. G., & Nathoo, J. (2015). A succinct review of the treatment of Reverse Osmosis brines using Freeze Crystallization. Journal of Water Process Engineering, 8, 186–194.
18. Yi, S., Yuan, H., Zhou, P., Peng, W., & Zhang, Z. (2025). Theoretical analysis and optimization of ocean thermal energy driven multigeneration system utilizing multistage freezing desalination for integrated power and desalination. Desalination, 613, 119036.
19. Generous, M. M., Qasem, N. A. A., Akbar, U. A., & Zubair, S. M. (2021). Techno-economic assessment of electrodialysis and reverse osmosis desalination plants. Separation and Purification Technology, 272, 118875.
20. Vasyliv, O. B., Titlov, O. S., Ishchenko, S. V. (2011) Desalination of water by freezing in a unit with a change in the temperature of the coolant in the cycle. Food Science and Technology, 4, 103-106.
21. Vasyliv, O. B., Kovalenko, O. O., Prots, B. M., Vovchenko, A. I. (2022) Installation for desalination and obtaining water from atmospheric air: pat. 128629 Ukraine, MPK C02F1/22 E03B3/28; No. a202200703; appl. 02/17/2022; publ. 09/04/2024, Bull. No. 36/2024. 4.
22. Burdo, O. G., Kovalenko, E. A., & Kharenko, D. A. (2008). Intensification of the processes of low-temperature separation of food solutions. Applied Thermal Engineering, 28(4), 311-316.
23. Kalista, B., Shin, H., Cho, J., & Jang, A. (2018). Current development and future prospect review of freeze desalination. Desalination, 447, 167-181.
24. Najim, A., & Krishnan, S. (2023). Experimental study on progressive freeze-concentration based desalination employing a rectangular channel crystallizer. Environmental Science: Water Research & Technology, 9(3), 850–860.
25. Moharramzadeh, S., Ong, S. K., Alleman, J., & Cetin, K. S. (2021). Parametric study of the progresssive freeze concentration for desalination. Desalination, 510, 115077.
26. Samsuri, S., Amran, N. A., & Jusoh, M. (2018). Modelling of heat transfer for progressive freeze concentration process by spiral finned crystallizer. Chinese Journal of Chemical Engineering, 26(5), 970-975.
27. Salajeghe, M., & Ameri, M. (2023). Thermodynamic analysis of single and multi-effect freeze desalination. Applied Thermal Engineering, 225, 120148.
28. Ting, W. H. T., Tan, I. A. W., Salleh, S. F., Abdul Wahab, N., Atan, M. F., Abdul Raman, A. A., Kong, S. L., & Lam, L. S. (2024). Sustainable saline wastewater treatment using eutectic freeze crystallization: Recent advances, challenges and future prospects. Journal of Environmental Chemical Engi¬neering, 12(3), 112919.
29. Najim, A. (2022). A review of advances in freeze desalination and future prospects. Clean Water, 5, 15.
30. Rashad, M. I., Farahat, M. A., Faiad, H. A., & Ahmed, S. (2023). An experimental investigation on a crushing and washing-free freezing desalination system based on brine extraction during melting. Applied Thermal Engineering, 230(Part A), 120731.
31. Zhang, H., Janajreh, I., Hassan Ali, M. I., & Askar, K. (2021). Freezing desalination: Heat and mass validated modeling and experimental parametric analyses. Case Studies in Thermal Engineering, 26, 101189.
32. Janajreh, I., Zhang, H., El Kadi, K., & Ghaffour, N. (2023). Freeze desalination: Current research development and future prospects. Water Research, 229, Article 119389.
33. Al Khatib, A., Savvopoulos, S., & Janajreh, I. (2025). A combined mathematical and experimental analysis of crystallinity and salinity accumulation for optimizing freeze desalination. Procedia Computer Science, 265, 475–482.
34. Zhang, H., El Kadi, K., & Janajreh, I. (2025). Enhancing freeze desalination via stirring-induced modulation of thermal and solute transport at the ice-liquid interface. Separation and Purification Technology, 376(Part 2), 134059.
35. Panagopoulos, A. (2020). A comparative study on minimum and actual energy consumption for the treatment of desalination brine. Energy, 212, 118733.
2. Moon, J., Son, S., Kim, J., & Park, K. (2025). Critical challenges in high salinity seawater reverse osmosis systems: Technical, energy, and environmental reviews. Desalination, 607, 118811.
3. Ahmed, M. A., Amin, S., & Mohamed, A. A. (2023). Fouling in reverse osmosis membranes: monitoring, characterization, mitigation strategies and future directions. Heliyon, 9(4), e14908.
4. Lee, S., Choi, J., Park, Y.-G., Shon, H., Ahn, C. H., & Kim, S.-H. (2019). Hybrid desalination processes for beneficial use of reverse osmosis brine: Current status and future prospects. Desalination, 454, 104-111.
5. Park, J., & Lee, S. (2022). Desalination Technology in South Korea: A Comprehensive Review of Technology Trends and Future Outlook. Membranes, 12(2), Article 204.
6. Sharon, H., & Reddy, K. S. (2015). A review of solar energy driven desalination technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 1080-1118.
7. Alrashidi, A., Aleisa, E., & Alshayji, K. (2024). Life cycle assessment of hybrid electrodialysis and reverse osmosis seawater desalination systems. Desalination, 578, 117448.
8. Li, Y., Chen, X., Xu, Y., Zhuo, Y., & Lu, G. (2021). Sustainable thermal-based desalination with low-cost energy resources and low-carbon footprints. Desalination, 520, 115371.
9. Abid, M. B., Abdul Wahab, R., Abdel Salam, M., Gzara, L., & Moujdin, I. A. (2023). Desalination technologies, membrane distillation, and electrospinning, an overview. Heliyon, 9(2), e12810.
10. Eke, J., Yusuf, A., Giwa, A., & Sodiq, A. (2020). The global status of desalination: An assessment of current desalination technologies, plants and capacity. Desalination, 495, 114633.
11. Kim, J., Park, K., Yang, D. R., & Hong, S. (2019). A comprehensive review of energy consumption of seawater reverse osmosis desalination plants. Applied Energy, 254, 113652.
12. Ghaffour, N., Missimer, T. M., & Amy, G. L. (2013). Technical review and evaluation of the economics of water desalination: Current and future challenges for better water supply sustainability. Desalination, 309, 197-207.
13. Nayar, K. G., Fernandes, J., McGovern, R. K., Dominguez, K. P., McCance, A., Al-Anzi, B. S., & Lienhard, J. H., V. (2019). Cost and energy requirements of hybrid RO and ED brine concentration systems for salt production. Desalination, 456, 97-120.
14. Loganathan, K., Chelme-Ayala, P., & El-Din, M. G. (2015). Treatment of basal water using a hybrid electrodialysis reversal–reverse osmosis system combined with a low-temperature crystallizer for near-zero liquid discharge. Desalination, 363, 92–98.
15. (2023). Concept of zero liquid discharge. Elsevier.
16. Wu, J., & Hoek, E. M. V. (2025). Current opportunities and challenges in membrane based brine management. Current Opinion in Chemical Engineering, 47, 101079.
17. Randall, D. G., & Nathoo, J. (2015). A succinct review of the treatment of Reverse Osmosis brines using Freeze Crystallization. Journal of Water Process Engineering, 8, 186–194.
18. Yi, S., Yuan, H., Zhou, P., Peng, W., & Zhang, Z. (2025). Theoretical analysis and optimization of ocean thermal energy driven multigeneration system utilizing multistage freezing desalination for integrated power and desalination. Desalination, 613, 119036.
19. Generous, M. M., Qasem, N. A. A., Akbar, U. A., & Zubair, S. M. (2021). Techno-economic assessment of electrodialysis and reverse osmosis desalination plants. Separation and Purification Technology, 272, 118875.
20. Vasyliv, O. B., Titlov, O. S., Ishchenko, S. V. (2011) Desalination of water by freezing in a unit with a change in the temperature of the coolant in the cycle. Food Science and Technology, 4, 103-106.
21. Vasyliv, O. B., Kovalenko, O. O., Prots, B. M., Vovchenko, A. I. (2022) Installation for desalination and obtaining water from atmospheric air: pat. 128629 Ukraine, MPK C02F1/22 E03B3/28; No. a202200703; appl. 02/17/2022; publ. 09/04/2024, Bull. No. 36/2024. 4.
22. Burdo, O. G., Kovalenko, E. A., & Kharenko, D. A. (2008). Intensification of the processes of low-temperature separation of food solutions. Applied Thermal Engineering, 28(4), 311-316.
23. Kalista, B., Shin, H., Cho, J., & Jang, A. (2018). Current development and future prospect review of freeze desalination. Desalination, 447, 167-181.
24. Najim, A., & Krishnan, S. (2023). Experimental study on progressive freeze-concentration based desalination employing a rectangular channel crystallizer. Environmental Science: Water Research & Technology, 9(3), 850–860.
25. Moharramzadeh, S., Ong, S. K., Alleman, J., & Cetin, K. S. (2021). Parametric study of the progresssive freeze concentration for desalination. Desalination, 510, 115077.
26. Samsuri, S., Amran, N. A., & Jusoh, M. (2018). Modelling of heat transfer for progressive freeze concentration process by spiral finned crystallizer. Chinese Journal of Chemical Engineering, 26(5), 970-975.
27. Salajeghe, M., & Ameri, M. (2023). Thermodynamic analysis of single and multi-effect freeze desalination. Applied Thermal Engineering, 225, 120148.
28. Ting, W. H. T., Tan, I. A. W., Salleh, S. F., Abdul Wahab, N., Atan, M. F., Abdul Raman, A. A., Kong, S. L., & Lam, L. S. (2024). Sustainable saline wastewater treatment using eutectic freeze crystallization: Recent advances, challenges and future prospects. Journal of Environmental Chemical Engi¬neering, 12(3), 112919.
29. Najim, A. (2022). A review of advances in freeze desalination and future prospects. Clean Water, 5, 15.
30. Rashad, M. I., Farahat, M. A., Faiad, H. A., & Ahmed, S. (2023). An experimental investigation on a crushing and washing-free freezing desalination system based on brine extraction during melting. Applied Thermal Engineering, 230(Part A), 120731.
31. Zhang, H., Janajreh, I., Hassan Ali, M. I., & Askar, K. (2021). Freezing desalination: Heat and mass validated modeling and experimental parametric analyses. Case Studies in Thermal Engineering, 26, 101189.
32. Janajreh, I., Zhang, H., El Kadi, K., & Ghaffour, N. (2023). Freeze desalination: Current research development and future prospects. Water Research, 229, Article 119389.
33. Al Khatib, A., Savvopoulos, S., & Janajreh, I. (2025). A combined mathematical and experimental analysis of crystallinity and salinity accumulation for optimizing freeze desalination. Procedia Computer Science, 265, 475–482.
34. Zhang, H., El Kadi, K., & Janajreh, I. (2025). Enhancing freeze desalination via stirring-induced modulation of thermal and solute transport at the ice-liquid interface. Separation and Purification Technology, 376(Part 2), 134059.
35. Panagopoulos, A. (2020). A comparative study on minimum and actual energy consumption for the treatment of desalination brine. Energy, 212, 118733.