S a

j t a r , E r i c T

. , T o o l b o x t o E v a l u a t e T r e a t m e n t T e c h n o l o g i e s f o r P R B C B M W a t e r M

. S

. , D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g , M a y , 2 0 0 8

.

C o a l b e d m e t h a n e ( C B M ) c o

- p r o d u c e d w a t e r i n t h e P o w d e r R i v e r B a s i n ( P R B ) c a n c o n t a i n

,

a m o n g o t h e r c o n s t i t u e n t s

, s o d i u m r a n g i n g f r o m 1 1 0

- 8 0 0 m g / L

, t o t a l d i s s o l v e d s o l i d s r a n g i n g

f r o m 2 7 0

- 2

, 0 1 0 m g / L

, a n d s o d i u m a d s o rp t i o n r a t i o s r a n g i n g f r o m 5

. 7

- 3 3

. D u e t o e x c e s s s o d i u m

c o n c e n t r a t i o n s

, u n t r e a t e d C B M w a t e r s m a y n e g a t i v e l y a f f e c t a q u a t i c e c o s y s t e m s

, d a m a g e s o i l

c h a r a c t e r i s t i c s

, o r c o n t a m i n a t e a q u i f e r s

. T h e s e i s s u e s c a n m a k e i t n e c e s s a r y t o t r e a t t h e s e w a t e r s

b e f o r e d i s c h a r g e o r u s e

. T h e s c o p e o f t h i s w o r k h a s b e e n t o d e v e l o p t h e C o a l b e d M e t h a n e

D e m i n e r a l i z a t i o n T r e a t m e n t C o s t ( C B M

- D T C ) T o o l b o x t h a t p r o v i d e s i n i t i a l d e m i n e r a l i z a t i o n

t e c h n o l o g y s e l e c t i o n f

o r r e m o v i n g s o d i u m a n d o t h e r c o n s t i t u e n t s f r o m P R B C B M w a t e r s b a s e d

o n i n f l u e n t w a t e r p r o p e r t i e s a n d e f f l u e n t r e q u i r e m e n t s

. T h e t o o l b o x h a s b e e n c o n s t r u c t e d b y

d e v e l o p i n g p e r f

o r m a n c e a n d c o s t f

u n c t i o n s f o r s e l e c t e d d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s ( i o n

e x c h a n g e

, r e v e r s e o s m o s i s

, e l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l

, a n d h i g h e f f i c i e n c y e l e c t r o

- p r e s s u r e

m e m b r a n e s )

. S e n s i t i v i t y a n a l y s e s w e r e p e r f o r m e d u s i n g t h e t o o l b o x t o d e t e r m i n e w h i c h

p a r a m e t e r s h a v e t h e l a r g e s t i m p a c t o n t r e a t m e n t c o s t

. T h e a m o u n t o f s o d i u m r e m o v e d w a s f o u n d

t o b e t h e m o s t i m p o r t a n t p a r a m e t e r f o l l o w e d b y i n f

l u e n t f l o w r a t e

, f

a c i l i t y l i f e a n d b r i n e d i s p o s a l

c o s t

. F u r t h e r a n a l y s e s h a v e s h o w n t r e a t m e n t c o s t s t o r a n g e f r o m $ 0

. 0 3 6 p e r b a rr e l ( b b l ) o f

i n f l u e n t w a t e r t o $ 0

. 1 9 0 / b b l d e p e n d i n g o n t e c h n o l o g y a n d c o n d i t i o n s s e l e c t e d

.T O O L B O X T O E V A L U A T E T R E A T M E N T T E C H N O L O G I E S

F O R P R B C B M W A T E R

b y

E r i c T

. S a

j t a r

A t h e s i s s u b m i t t e d t o t h e D e p a r t m e n t o f C i v i l a n d A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g

a n d T h e G r a d u a t e S c h o o l o f T h e U n i v e r s i t y o f W y o m i n g

i n p a r t i a l f

u l f i l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s

f o r t h e d e g r e e o f

M A S T E R O F S C I E N C E

i n

E N V I R O N M E N T A L E N G I N E E R I N G

L a r a m i e

, W y o m i n g

M a y 2 0 0 8i i

A C K N O W L E D G M E N T S

I w o u l d l i k e t o t h a n k t h e U n i t e d S t a t e s D e p a r t m e n t o f E n e r g y N a t i o n a l E n e r g y T e c h n o l o g y

L a b o r a t o r y ( A w a r d N o

. D E

- F C 2 6

- 0 6 N T 1 5 5 6 8 ) f o r f u n d i n g t h i s w o r k a n d m y a d v i s o r D r

. D a v i d

B a g l e y f o r d i s c u s s i n g a n d r e v i e w i n g m y w o r k t h r o u g h o u t t h e c o u r s e o f t h i s p r o j e c t

. I w o u l d a l s o

l i k e t o t h a n k m y g i r l f

o r h e r c o n t i n u e d s u p p o r t

. F i n a l l y

, I w o u l d l i k e t o t h a n k m y s e l f f o r s t i c k i n g

i t o u t a n d c o m p l e t i n g t h i s w o r k

.i i i

T A B L E O F C O N T E N T S P a g e

A c k n o w l e d g e m e n t s i i

T a b l e o f C o n t e n t s i i i

L i s t o f F i g u r e s i x

L i s t o f T a b l e s x i i i

1 I N T R O D U C T I O N 1

1

. 1 B a c k g r o u n d 1

1

. 2 O b

j e c t i v e s 3

2 W A T E R C H A R A C T E R I Z A T I O N 5

2

. 1 P r o d u c e d W a t e r C h a r a c t e r i s t i c s 5

2

. 2 W a t e r U s e R e q u i r e m e n t s 7

2

. 2

. 1 S u r f

a c e D i s c h a r g e 7

2

. 2

. 2 O t h e r U s e s 8

3 T R E A T M E N T T E C H N O L O G I E S 1 2

3

. 1 O v e r v i e w 1 2

3

. 1

. 1 P r o c e s s 1 2

3

. 1

. 2 C o s t s 1 5

3

. 2 P r e t r e a t m e n t 1 6

3

. 2

. 1 M e t h a n e R e m o v a l 1 6

3

. 2

. 2 E q u a l i z a t i o n S t o r a g e 1 7

3

. 2

. 3 I r o n R e m o v a l 1 8

3

. 2

. 3

. 1 I r o n P r e t r e a t m e n t C a p i t a l C o s t s 2 0

3

. 2

. 3

. 2 I r o n P r e t r e a t m e n t O p e r a t i n g a n d M a i n t e n a n c e C o s t s 2 1i v 3

. 2

. 4 A c i d A d d i t i o n 2 2

3

. 3 R e v e r s e O s m o s i s 2 4

3

. 3

. 1 O v e r v i e w 2 4

3

. 3

. 2 W a t e r R e c o v e r y 2 8

3

. 3

. 3 C a p i t a l C o s t s 3 1

3

. 3

. 4 O p e r a t i n g a n d M a i n t e n a n c e 3 2

3

. 3

. 5 E n e r g y R e c o v e r y a n d S a v i n g s 3 6

3

. 4 I o n E x c h a n g e 3 7

3

. 4

. 1 O v e r v i e w 3 7

3

. 4

. 2 P r o c e s s 3 9

3

. 4

. 3 D e s i g n R e q u i r e m e n t s 4 1

3

. 4

. 3

. 1 R e g e n e r a t i o n 4 2

3

. 4

. 3

. 2 W a s t e S t r e a m 4 3

3

. 4

. 4 C o n f

i g u r a t i o n s 4 4

3

. 4

. 4

. 1 R e g e n e r a t i o n C o n f i g u r a t i o n s 4 4

3

. 4

. 4

. 2 C o n t i n u o u s b e d v s

. N o n

- c o n t i n u o u s b e d 4 5

3

. 4

. 4

. 3 W a t e r

- r e s i n c o n t a c t i n g m e t h o d s 4 7

3

. 4

. 4

. 4 W a s t e S t r e a m M a n a g e m e n t 4 8

3

. 4

. 5 P R B I o n E x c h a n g e V e n d o r s 5 1

3

. 4

. 6 C o s t s 5 2

3

. 4

. 6

. 1 C a p i t a l C o s t s 5 3

3

. 4

. 6

. 2 O p e r a t i n g a n d M a i n t e n a n c e C o s t s 5 4

3

. 5 E l e c t r o d i a l y s i s 5 7v 3

. 5

. 1 O v e r v i e w 5 7

3

. 5

. 2 P r o c e s s 5 8

3

. 5

. 3 E l e c t r o d i a l y s i s R e v e r s a l ( E D R ) 6 0

3

. 5

. 4 C h e m i c a l R e

j e c t i o n 6 0

3

. 5

. 5 W a t e r R e c o v e r y 6 1

3

. 5

. 6 C a p i t a l C o s t s 6 2

3

. 5

. 7 O p e r a t i n g a n d M a i n t e n a n c e C o s t s 6 4

3

. 6 H E E P M 6 7

3

. 6

. 1 P r o c e s s 6 7

3

. 6

. 2 H E E P M C o s t s 6 8

3

. 6

. 2

. 1 C a p i t a l C o s t s 6 9

3

. 6

. 2

. 2 O p e r a t i n g a n d M a i n t e n a n c e C o s t s 7 0

4 B R I N E M A N A G E M E N T 7 4

4

. 1 O v e r v i e w 7 4

4

. 2 D e e p W e l l I n

j e c t i o n 7 4

4

. 2

. 1 O v e r v i e w 7 4

4

. 2

. 2 C o s t s 7 5

4

. 3 E v a p o r a t i o n P o n d s 7 7

4

. 3

. 1 O v e r v i e w 7 7

4

. 3

. 2 P a r a m e t e r s 7 7

4

. 3

. 3 C o s t s 7 9

4

. 4 E v a p o r a t i o n C r y s t a l l i z a t i o n 8 0

4

. 4

. 1 O v e r v i e w 8 0v i 4

. 4

. 2 P r o c e s s 8 0

4

. 4

. 3 C o s t s 8 3

4

. 4

. 3

. 1 E v a p o r a t o r 8 4

4

. 4

. 3

. 2 C r y s t a l l i z e r 8 7

4

. 5 O t h e r O p t i o n s 8 9

4

. 5

. 1 B i p o l a r E l e c t r o d i a l y s i s 8 9

4

. 5

. 2 M e m b r a n e D i s t i l l a t i o n 9 1

5 T O O L B O X 9 3

5

. 1 O v e r v i e w 9 3

5

. 2 I n f

l u e n t a n d E f

f l u e n t 9 4

5

. 3 T e c h n o l o g i e s 9 6

5

. 3

. 1 I n p u t 9 6

5

. 3

. 2 O u t p u t 9 7

5

. 4 B r i n e 9 8

5

. 4

. 1 I n p u t 9 8

5

. 4

. 2 O u t p u t 9 9

6 S E N S I T I V I T Y A N A L Y S I S 1 0 1

6

. 1 O v e r v i e w 1 0 1

6

. 2 S e n s i t i v i t y A n a l y s i s S e t u p 1 0 1

6

. 3 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n 1 0 3

6

. 3

. 1 B a c k g r o u n d 1 0 3

6

. 3

. 2 R e v e r s e O s m o s i s 1 0 5

6

. 3

. 3 I o n E x c h a n g e 1 0 6v i i 6

. 3

. 4 E l e c t r o d i a l y s i s R e v e r s a l 1 0 8

6

. 3

. 5 H E E P M 1 0 9

6

. 4 S u m m a r y 1 1 1

7

. T E C H N O L O G Y C O S T E F F E C T I V E N E S S A N D S E L E C T I O N 1 1 2

7

. 1 O v e r v i e w 1 1 2

7

. 2 S c e n a r i o s 1 1 2

7

. 3 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n 1 1 4

7

. 3

. 1 S c e n a r i o s 1 a n d 2 : F a c i l i t y L i f e 1 1 4

7

. 3

. 2 S c e n a r i o 3 : I n f

l u e n t F l o w R a t e 1 1 8

7

. 3

. 3 S c e n a r i o 4 : B r i n e D i s p o s a l C o s t 1 2 1

7

. 3

. 4 S c e n a r i o 5 : E l e c t r i c a l C o s t 1 2 4

7

. 3

. 5 S c e n a r i o s 6 a n d 7 : A c i d C o s t 1 2 6

7

. 4 S u m m a r y 1 3 0

8

. S U M M A R Y

, C O N C L U S I O N S A N D R E C O M M E N D A T I O N S 1 3 2

8

. 1 S u m m a r y 1 3 2

8

. 2 C o n c l u s i o n s 1 3 3

8

. 3 R e c o m m e n d a t i o n s 1 3 4

9

. R E F E R E N C E S 1 3 6

1 0

. A P P E N D I C E S 1 4 5

A p p e n d i x A : T r e a t m e n t T e c h n o l o g y D a t a a n d A n a l y s i s 1 4 5

A p p e n d i x A

- P : P r e t r e a t m e n t 1 4 5

A p p e n d i x A

- R O : R e v e r s e O s m o s i s 1 4 7

A p p e n d i x A

- I X : I o n E x c h a n g e 1 5 1v i i i A p p e n d i x A

- E D : E l e c t r o d i a l y s i s 1 5 2

A p p e n d i x A

- H : H E E P M 1 5 5

A p p e n d i x B : B r i n e M a n a g e m e n t A n a l y s i s 1 6 1

A p p e n d i x C : L i s t o f R e v i e w e d W Y P D E S P e r m i t s 1 6 2

A p p e n d i x D : F a c t o r i a l d e s i g n e x p e r i m e n t a l s e t u p s a n d t o o l b o x r e s u l t s 1 6 3

A p p e n d i x E : U n i t s a n d U n i t C o n v e r s i o n s 1 7 0i x

L I S T O F F I G U R E S

F i g u r e P a g e

F i g u r e 3

- 1 : G e n e r a l t r e a t m e n t f l o w s c h e m a t i c 1 3

F i g u r e 3

- 2 : S c h e m a t i c o f d e g a s s e r f o r m e t h a n e r e m o v a l 1 7

F i g u r e 3

- 3 : I r o n r e m o v a l c a p i t a l v s

. f l o w r a t e 2 1

F i g u r e 3

- 4 : R e v e r s e o s m o s i s t r e a t m e n t p r o c e s s

A ) O s m o s i s B ) R e v e r s e o s m o s i s 2 5

F i g u r e 3

- 5 : R e v e r s e o s m o s i s w a t e r r e c o v e r y v s

. i n f l u e n t T D S

( L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s

, 1 9 9 7 ) 2 9

F i g u r e 3

- 6 : R e v e r s e o s m o s i s w a t e r r e c o v e r y v s

. i n f l u e n t T D S

( C o m b i n e d d a t a ) 3 0

F i g u r e 3

- 7 : R e v e r s e o s m o s i s c a p i t a l c o s t v s

. f e e d f l o w 3 1

F i g u r e 3

- 8 : R e v e r s e o s m o s i s c a p i t a l c o s t v s

. f e e d f l o w 3 2

F i g u r e 3

- 9 : R e v e r s e o s m o s i s e l e c t r i c a l u s e v s

. f e e d T D S 3 4

F i g u r e 3

- 1 0 : S u l f

u r i c a c i d r e q u i r e d t o c o n s u m e a l k a l i n i t y 3 5

F i g u r e 3

- 1 1 : I o n e x c h a n g e s c h e m a t i c a n d s e r v i c e c y c l e 4 1

F i g u r e 3

- 1 2 : I n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n v s

. r u n t i m e 4 6

F i g u r e 3

- 1 3 : I n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n v s

. r e s i n v o l u m e 4 7

F i g u r e 3

- 1 4 : W a t e r r e c o v e r y v s

. i n f l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n 4 9

F i g u r e 3

- 1 5 : I o n e x c h a n g e w a t e r r e c o v e r y v s

. i n f l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n 5 0

F i g u r e 3

- 1 6 : I o n e x c h a n g e w a t e r r e c o v e r y v s

. c a t i o n r e m o v a l 5 2

F i g u r e 3

- 1 7 : I o n e x c h a n g e c a p i t a l c o s t a s a f u n c t i o n o f r e s i n v o l u m e 5 3

F i g u r e 3

- 1 8 : A n n u a l l a b o r c o s t a s a f u n c t i o n o f r e s i n v o l u m e 5 6

F i g u r e 3

- 1 9 : E l e c t r o d i a l y s i s P r o c e s s 5 7x

F i g u r e P a g e

F i g u r e 3

- 2 0 : W a t e r r e c o v e r y v s

. T D S r e m o v e d 6 2

F i g u r e 3

- 2 1 : E D R c a p i t a l c o s t a s a f u n c t i o n o f f

e e d w a t e r f

l o w r a t e a n d T D S 6 3

F i g u r e 3

- 2 2 : E l e c t r i c a l u s a g e v s

. T D S r e m o v e d 6 5

F i g u r e 3

- 2 3 : C h e m i c a l a n d p a r t s r e p l a c e m e n t v s

. f e e d w a t e r f

l o w r a t e 6 6

F i g u r e 3

- 2 4 : S c h e m a t i c f o r H E E P M 6 7

F i g u r e 3

- 2 5 : H E E P M c a p i t a l c o s t v s

. f e e d w a t e r f

l o w r a t e 6 9

F i g u r e 3

- 2 6 : H E E P M e l e c t r i c a l u s a g e v s

. f e e d T D S 7 1

F i g u r e 3

- 2 7 : H E E P M a c i d r e q u i r e d v s

. f e e d T D S 7 3

F i g u r e 4

- 1 : V e r t i c a l t u b e f a l l i n g f i l m v a p o r c o m p r e s s i o n e v a p o r a t o r 8 1

F i g u r e 4

- 2 : E v a p o r a t i o n C r y s t a l l i z a t i o n p r o c e s s f o r b r i n e

A ) C b r

- T D S < 2 0 0

, 0 0 0 m g / L B ) C b r

- T D S  2 0 0

, 0 0 0 m g / L 8 3

F i g u r e 4

- 3 : E v a p o r a t o r c a p i t a l c o s t v s

. b r i n e f l o w r a t e 8 5

F i g u r e 4

- 4 : E n e r g y r e q u i r e d t o c o n c e n t r a t e b r i n e t o 2 0 % s o l i d s 8 6

F i g u r e 4

- 5 : C r y s t a l l i z e r c a p i t a l c o s t v s

. c o n c e n t r a t e f l o w r a t e 8 7

F i g u r e 4

- 6 : E n e r g y r e q u i r e d t o c r y s t a l l i z e / c o n c e n t r a t e b r i n e t o 5 0 % s o l i d s 8 9

F i g u r e 4

- 7 : B i p o l a r e l e c t r o d i a l y s i s 9 0

F i g u r e 4

- 8 : M e m b r a n e d i s t i l l a t i o n 9 1

F i g u r e 5

- 1 : I n f

l u e n t a n d E f

f l u e n t w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s q u e s t i o n s a n d t o o l b o x f l o w 9 5

F i g u r e 6

- 1 : R e v e r s e o s m o s i s s e n s i t i v i t y r e s u l t s

A ) P e r t u r b a t i o n P l o t B ) N o r m a l P l o t 1 0 4

F i g u r e 6

- 2 : I o n e x c h a n g e s e n s i t i v i t y r e s u l t s

A ) P e r t u r b a t i o n P l o t B ) N o r m a l P l o t 1 0 7x i

F i g u r e P a g e

F i g u r e 6

- 3 : E l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l s e n s i t i v i t y r e s u l t s

A ) P e r t u r b a t i o n P l o t B ) N o r m a l P l o t 1 0 9

F i g u r e 6

- 4 : H E E P M s e n s i t i v i t y r e s u l t s

A ) P e r t u r b a t i o n P l o t B ) N o r m a l P l o t 1 1 1

F i g u r e 7

- 1 : S c e n a r i o 1 t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v a l 1 1 5

F i g u r e 7

- 2 : S c e n a r i o 1 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s 1 1 6

F i g u r e 7

- 3 : S c e n a r i o 2 t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v a l 1 1 7

F i g u r e 7

- 4 : S c e n a r i o 2 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s 1 1 8

F i g u r e 7

- 5 : S c e n a r i o 3 t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v a l 1 1 9

F i g u r e 7

- 6 : S c e n a r i o 3 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s 1 2 0

F i g u r e 7

- 7 : S c e n a r i o 4 t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v a l 1 2 2

F i g u r e 7

- 8 : S c e n a r i o 4 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s 1 2 3

F i g u r e 7

- 9 : S c e n a r i o 5 t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v a l 1 2 4

F i g u r e 7

- 1 0 : S c e n a r i o 5 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s 1 2 5

F i g u r e 7

- 1 1 : S c e n a r i o 6 t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v a l 1 2 7

F i g u r e 7

- 1 2 : S c e n a r i o 7 t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v a l 1 2 8

F i g u r e 7

- 1 3 : S c e n a r i o 6 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s 1 2 8

F i g u r e 7

- 1 4 : S c e n a r i o 7 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s 1 2 9

F i g u r e A R O

- 1 : R e v e r s e o s m o s i s w a t e r r e c o v e r y v s

. i n f l u e n t T D S 1 4 7

F i g u r e A R O

- 2 : R e v e r s e o s m o s i s e l e c t r i c a l u s a g e v s

. f e e d T D S 1 4 8

F i g u r e A E D

- 1 : E D R c a p i t a l c o s t v s

. f e e d f l o w r a t e T D S r e m o v a l 1 3 0 0 m g / L 1 5 2

F i g u r e A E D

- 2 : E D R c a p i t a l c o s t v s

. f e e d f l o w r a t e 1 3 0 0 < T D S r e m o v a l 3 0 0 0 m g / L 1 5 2x i i

F i g u r e P a g e

F i g u r e A E D

- 3 : E D R c a p i t a l c o s t v s

. f e e d f l o w r a t e T D S r e m o v a l

= 1 0

, 0 0 0 m g / L 1 5 3

F i g u r e A H

- 1 : H E E P M c a p i t a l c o s t v s

. s y s t e m c a p a c i t y a n d f e e d T D S ( E E T

, 2 0 0 6 ) 1 5 6

F i g u r e A H

- 2 : H E E P M c a p i t a l c o s t v s

. f e e d w a t e r f

l o w r a t e ( f

l o w 2 3 8 b b l / d a y ) 1 5 6

F i g u r e A H

- 3 : H E E P M c a p i t a l c o s t v s

. f e e d w a t e r f

l o w r a t e ( 2 3 8 < f

l o w 2

, 3 8 1 ) 1 5 7

F i g u r e A H

- 4 : H E E P M c a p i t a l c o s t v s

. f e e d w a t e r f

l o w r a t e ( 2

, 3 8 1 < f

l o w 2 3

, 8 1 0 ) 1 5 7

F i g u r e A H

- 5 : H E E P M c a p i t a l c o s t v s

. f e e d w a t e r f

l o w r a t e ( 2 3

, 8 1 0 < f

l o w ) 1 5 8

F i g u r e A H

- 6 : H E E P M o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s ( E E T

, 2 0 0 6 ) 1 5 8x i i i

L I S T O F T A B L E S

T a b l e P a g e

T a b l e 2

- 1 : P R B C B M w a t e r c o n s t i t u e n t s a n d c o n c e n t r a t i o n s b y w a t e r s h e d 6

T a b l e 2

- 2 : C o n s t i t u e n t l i m i t s f o r d i s c h a r g i n g P R B C B M w a t e r s 8

T a b l e 2

- 3 : C o n s t i t u e n t l i m i t s f o r w a t e r u s e s 1 1

T a b l e 3

- 1 : D e f

i n i t i o n s o f v a r i a b l e s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 1 1 3

T a b l e 3

- 2 : D e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s a n d p r e t r e a t m e n t s 1 4

T a b l e 3

- 3 : R e v e r s e o s m o s i s c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c i e s 2 7

T a b l e 3

- 4 : R e v e r s e o s m o s i s s y s t e m d e s i g n p r o g r a m s 2 8

T a b l e 3

- 5 : I o n s e l e c t i v i t y c o e f f i c i e n t s f o r D o w G

- 2 6 R e s i n 3 8

T a b l e 3

- 6 : V a r i a b l e s o u t l i n e d i n F i g u r e 3

- 1 1 4 1

T a b l e 3

- 7 : H E E P M c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c i e s 6 8

T a b l e 5

- 1 : T o o l b o x u s e r i n t e r f a c e 9 3

T a b l e 5

- 2 : T o o l b o x d e f a u l t e c o n o m i c p a r a m e t e r s 9 7

T a b l e 5

- 3 : T o o l b o x d e f a u l t b r i n e m a n a g e m e n t e c o n o m i c p a r a m e t e r s 9 9

T a b l e 5

- 4 : S t e p b y s t e p i n s t r u c t i o n s f o r u s i n g t h e t o o l b o x 1 0 0

T a b l e 6

- 1 : F a c t o r s u s e d i n s e n s i t i v i t y a n a l y s i s w i t h h i g h a n d l o w v a l u e s a s s i g n e d 1 0 2

T a b l e 6

- 2 : R e v e r s e o s m o s i s f a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s 1 0 5

T a b l e 6

- 3 : I o n e x c h a n g e f a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s 1 0 6

T a b l e 6

- 4 : E l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l f a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s 1 0 8

T a b l e 6

- 5 : H E E P M f

a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s 1 1 0

T a b l e 7

- 1 : S c e n a r i o s u s e d t o e v a l u a t e t e c h n o l o g y c o s t s 1 1 3

T a b l e 7

- 2 : W a t e r p a r a m e t e r s u s e d t o e v a l u a t e t e c h n o l o g y c o s t s 1 1 3x i v

T a b l e P a g e

T a b l e 7

- 3 : S c e n a r i o 1 e c o n o m i c p a r a m e t e r p e r c e n t c o n t r i b u t i o n 1 1 6

T a b l e 7

- 4 : S c e n a r i o 2 e c o n o m i c p a r a m e t e r p e r c e n t c o n t r i b u t i o n 1 1 8

T a b l e 7

- 5 : S c e n a r i o 3 e c o n o m i c p a r a m e t e r p e r c e n t c o n t r i b u t i o n 1 2 0

T a b l e 7

- 6 : S c e n a r i o 4 e c o n o m i c p a r a m e t e r p e r c e n t c o n t r i b u t i o n 1 2 3

T a b l e 7

- 7 : S c e n a r i o 5 e c o n o m i c p a r a m e t e r p e r c e n t c o n t r i b u t i o n 1 2 6

T a b l e 7

- 8 S c e n a r i o 6 e c o n o m i c p a r a m e t e r p e r c e n t c o n t r i b u t i o n 1 2 9

T a b l e 7

- 9 S c e n a r i o 7 e c o n o m i c p a r a m e t e r p e r c e n t c o n t r i b u t i o n 1 3 0

T a b l e 7

- 1 0 : T o t a l t r e a t m e n t c o s t f o r a l l s c e n a r i o s a t 2 4 3 m g / L s o d i u m r e m o v a l 1 3 0

T a b l e A P

- 1 : G r e e n s a n d c a p i t a l c o s t e s t i m a t e 1 4 5

T a b l e A R O

- 1 : C a p i t a l c o s t s f o r R O w i t h s o u r c e 1 4 8

T a b l e A R O

- 2 : V a r i a b l e d e f i n i t i o n s a n d v a l u e s a s s u m e d f o r E q u a t i o n A R O

. 4 1 5 0

T a b l e A R O

- 3 : V a l u e s u s e d a n d c a l c u l a t e d t o d e v e l o p F i g u r e 3

- 9 a n d E q u a t i o n 3

. 2 7 1 5 1

T a b l e A I X

- 1 : I o n e x c h a n g e c a p i t a l c o s t d a t a 1 5 1

T a b l e A E D

- 1 : E D R c a p i t a l c o s t d a t a L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) 1 5 3

T a b l e A E D

- 2 : E D R c a p i t a l c o s t d a t a L a w r e n c e e t a l

. ( 1 9 9 8 ) 1 5 3

T a b l e A E D

- 3 : E D R c a p i t a l c o s t d a t a U r a n o ( 1 9 7 7 ) 1 5 4

T a b l e A E D

- 4 : E D R c a p i t a l c o s t d a t a L a r s o n a n d L e i t n e r ( 1 9 7 9 ) 1 5 4

T a b l e A H

- 1 : H E E P M c a p i t a l c o s t e s t i m a t e s 1 5 5

T a b l e A H

- 2 : H E E P M o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t e s t i m a t e 1 5 5

T a b l e D

- 1 : R e v e r s e o s m o s i s f a c t o r i a l d e s i g n w i t h r e s p o n s e s 1 6 3

T a b l e D

- 2 : I o n e x c h a n g e f a c t o r i a l d e s i g n w i t h r e s p o n s e s 1 6 4

T a b l e D

- 3 : E l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l f a c t o r i a l d e s i g n w i t h r e s p o n s e s 1 6 5x v

T a b l e P a g e

T a b l e D

- 4 : H E E P M f

a c t o r i a l d e s i g n w i t h r e s p o n s e s 1 6 6

T a b l e D

- 5 : S e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f l u e n t w a t e r c h e m i s t r y 1 6 7

T a b l e D

- 6 : E l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l f a c t o r i a l d e s i g n w i t h r e s p o n s e s ( l a b o r i n c l u d e d ) 1 6 8

T a b l e D

- 7 : E D R f

a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s w i t h l a b o r i n c l u d e d 1 6 91 1

. I N T R O D U C T I O N

1

. 1 B a c k g r o u n d

C o a l b e d m e t h a n e ( C B M ) p r o d u c t i o n i n W y o m i n g ’ s P o w d e r R i v e r B a s i n ( P R B ) h a s s e e n

m u c h g r o w t h i n t h e p a s t t w e n t y y e a r s w i t h l e s s t h a n 1 0 0 w e l l s i n 1 9 8 7 t o o v e r 1 3

, 6 0 0 w e l l s i n

2 0 0 4

. A t t h i s r a t e o f g r o w t h i t i s e s t i m a t e d t h a t t h e r e w i l l b e 2 0

, 9 0 0 w e l l s b y 2 0 1 0 ( R u c k e l s h a u s

,

2 0 0 5 )

. F i n l e y a n d G o o l s b y ( 2 0 0 0 ) e s t i m a t e d t h a t t h e r e i s 2 5

. 2 t r i l l i o n c u b i c f e e t ( T C F ) o f

r e c o v e r a b l e C B M i n t h e P R B

. O f t h e t o t a l r e c o v e r a b l e C B M o n l y 1

. 3 5 T C F h a s b e e n w i t h d r a w n

t h r o u g h M a y 2 0 0 4 ( R u c k e l s h a u s

, 2 0 0 5 )

. H o w e v e r

, t h e c o n c e r n i s n o t t h e q u a n t i t y o f C B M b e i n g

w i t h d r a w n

, b u t r a t h e r t h e w a t e r t h a t i s a s s o c i a t e d w i t h i t

.

W a t e r s a s s o c i a t e d w i t h C B M a r e g e n e r a l l y t e r m e d C B M c o

- p r o d u c e d w a t e r s

. T h e s e

w a t e r s m u s t b e w i t h d r a w n f r o m t h e c o a l s e a m t o d e s o r b m e t h a n e f

r o m t h e s u r f

a c e o f t h e c o a l

,

t h u s a l l o w i n g t h e m e t h a n e t o b e r e m o v e d ( W e s t e r n R e s o u r c e s

, 2 0 0 5 )

. P R B C B M c o

- p r o d u c e d

w a t e r p r o d u c t i o n t h r o u g h M a y 2 0 0 4 t o t a l e d 2

. 9 b i l l i o n b a rr e l s w i t h a n e s t i m a t e d t o t a l w a t e r

p r o d u c t i o n o f 1 8 5 2 b i l l i o n b a r r e l s ( R u c k e l s h a u s

, 2 0 0 5 )

. T h e w a t e r w h i c h i s a b y

- p r o d u c t o f C B M

e x t r a c t i o n t h e n m u s t b e m a n a g e d i n a m a n n e r t h a t w i l l n o t a d v e r s e l y i m p a c t t h e e n v i r o n m e n t

.

C u r r e n t l y C B M c o

- p r o d u c e d w a t e r s a r e m a n a g e d i n f i v e w a y s

. T h e s e i n c l u d e : s u r f a c e

d i s c h a r g e t o r i v e r s o r i n f

i l t r a t i o n p o n d s

, i rr i g a t i o n

, l i v e s t o c k w a t e r i n g

, a t o m i z a t i o n a n d r o a d

a p p l i c a t i o n f

o r d u s t c o n t r o l ( W Y D E Q

, 2 0 0 7 )

. N o n e o f t h e s e o p t i o n s r e t u r n t h e w a t e r t o t h e

s o u r c e a q u i f

e r

. T h e p r i m a r y c o n c e r n i s w h a t i s i n t h e w a t e r

.

P R B C B M w a t e r s c o n t a i n e x c e s s s o d i u m

, a n d m a y b e c l a s s i f i e d a s b e i n g s a l i n e

- s o d i c

( w a t e r w i t h a s o d i u m a d s o rp t i o n r a t i o ( S A R ) g r e a t e r t h a n 1 2 a n d e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y ( E C )2

g r e a t e r t h a n 4 d S / m ) ( K e i t h e t a l

. , 2 0 0 3 )

. W a t e r s w i t h a S A R a b o v e 1 3 h a v e t h e       t o c a u s e

s o i l t o b e h a r d a n d c l o d d y w h e n d r y

, t o c r u s t b a d l y

, a n d t o t a k e w a t e r v e r y s l o w l y ( S o l t a n p o u r

a n d F o l l e t t

, 1 9 9 9 ) w h i c h m a k e s t h e s o i l u n u s a b l e o r l e s s s u i t a b l e f o r g r o w i n g c r o p s

. T h e s e w a t e r s

a l s o h a v e t h e a b i l i t y t o a l t e r e c o s y s t e m s ( S t e r n s e t a l

. , 2 0 0 5 ) w h e n m a n a g e d w i t h c u rr e n t

m e t h o d s

.

T h e s e c o n c e r n s h a v e c a u s e d r e g u l a t i o n s t o b e i m p o s e d b y t h e W y o m i n g D e p a r t m e n t o f

E n v i r o n m e n t a l Q u a l i t y a n d U n i t e d S t a t e s E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y r e g a r d i n g t h e

d i s c h a r g e o f C B M c o

- p r o d u c e d w a t e r s i n t h e P R B

. R e g u l a t i o n s h a v e m a d e i t n e c e s s a r y f o r C B M

w a t e r s t o b e t r e a t e d b e f

o r e d i s c h a r g e i f t h e w a t e r d o e s n o t m e e t t h e d i s c h a r g e r e q u i r e m e n t s

( W Y D E Q

, 2 0 0 7 )

.

P r o c e s s e s t h a t h a v e t h e a b i l i t y t o t r e a t t h e s e w a t e r s t o m e e t d i s c h a r g e r e q u i r e m e n t s

r e l a t e d t o e l e v a t e d s o d i u m c o n c e n t r a t i o n i n c l u d e : p r e s s u r e d r i v e n m e m b r a n e p r o c e s s e s

, e l e c t r i c a l

p r o c e s s e s

, i o n e x c h a n g e p r o c e s s e s

, a n d t h e r m a l p r o c e s s e s ( A r t h u r e t a l

. , 2 0 0 5 )

. C u r r e n t l y

,

r e v e r s e o s m o s i s

, a p r e s s u r e d r i v e n m e m b r a n e p r o c e s s

, a n d i o n e x c h a n g e p r o c e s s e s a r e u s e d i n

t h e P R B t o t r e a t C B M w a t e r s ( W Y D E Q

, 2 0 0 7 )

. T h e s e p r o c e s s e s d o t r e a t t h e s e w a t e r s t o m e e t

d i s c h a r g e r e q u i r e m e n t s ( W Y D E Q

, 2 0 0 7 )

, b u t o t h e r p r o c e s s e s a n d t e c h n o l o g i e s m a y t r e a t t h e s e

w a t e r s m o r e e c o n o m i c a l l y

.

Y e t a n o t h e r i s s u e i s h o w t o d i s p o s e o f w a s t e p r o d u c t s t h a t a r e g e n e r a t e d a s a r e s u l t o f

t r e a t i n g C B M p r o d u c e d w a t e r s

. C u rr e n t l y

, w a s t e i s e i t h e r d i s p o s e d o f v i a d e e p w e l l i n j e c t i o n o r

t h r o u g h t h e u s e o f e v a p o r a t i o n p o n d s

. D e e p w e l l i n j e c t i o n r e q u i r e s t h e u s e o f i n j e c t i o n w e l l s

w h i c h a r e c o s t l y t o i n s t a l l a n d h a v e a s e t c a p a c i t y ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

. I n a d d i t i o n

, t h e l o c a t i o n o f

t h e s e w e l l s i s d e t e r m i n e d b a s e d o n s i t e g e o l o g y t o e n s u r e d r i n k i n g w a t e r s o u r c e s d o n o t b e c o m e

c o n t a m i n a t e d

. T h e o t h e r t e c h n i q u e c u r r e n t l y u s e d i s e v a p o r a t i o n p o n d s

. A m a j o r i s s u e3

e n c o u n t e r e d w i t h e v a p o r a t i o n p o n d s i s t h a t t h e s a l t s a c c u m u l a t e i n t h e p o n d a n d t h e p o n d w i l l

e v e n t u a l l y r e a c h a c a p a c i t y a t w h i c h t i m e t h e d r i e d s o l i d s m u s t b e d i s p o s e d o f i n s o m e m a n n e r

.

T h e s e i s s u e s m a k e i t n e c e s s a r y t o i n v e s t i g a t e o t h e r b r i n e d i s p o s a l t e c h n i q u e s

.

C u rr e n t l y n o t o o l e x i s t s t o c o m p a r e t h e m a n y t e c h n o l o g i e s a v a i l a b l e t o t r e a t p r o d u c e d

w a t e r s a n d w a s t e s g e n e r a t e d o n a n e q u a l p l a t f o r m

. S u c h a t o o l w o u l d m a k e i t p o s s i b l e t o d e c i d e

h o w b e s t t o t r e a t a w a t e r b a s e d o n t h e i n f l u e n t w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s

, e f f l u e n t w a t e r r e q u i r e m e n t s

,

a n d t h e a b i l i t i e s o f t h e t e c h n o l o g i e s c a p a b l e o f r e m o v i n g s o d i u m f r o m w a t e r

.

1

. 2 O b

j e c t i v e s

T h e o b j e c t i v e s o f t h i s w o r k w e r e t o u s e p u b l i c l y a v a i l a b l e d a t a t o : ( 1 ) d e t e r m i n e w h a t

t e c h n o l o g i e s c a n t r e a t C B M c o

- p r o d u c e d w a t e r s t o m e e t d i s c h a r g e a n d u s e r e q u i r e m e n t s b a s e d

o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e w a t e r a n d ; ( 2 ) t o d e v e l o p a t o o l b o x w h i c h w i l l a i d p r o d u c e r s a n d

r e g u l a t o r s w h e n d e c i d i n g h o w b e s t t o t r e a t C B M p r o d u c e d w a t e r s b a s e d o n t h e a b i l i t i e s a n d c o s t s

a s s o c i a t e d w i t h e a c h t e c h n o l o g y

.

S p e c i f i c t a s k s w e r e t o :

( a ) C h a r a c t e r i z e C B M c o

- p r o d u c e d w a t e r s i n t h e P R B b a s e d o n c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s

,

i n c l u d i n g S A R

, E C

, a n d t o t a l d i s s o l v e d s o l i d s ( T D S )

.

( b ) I d e n t i f

y p o s s i b l e u s e s f

o r t h i s r e s o u r c e a n d t h e r e q u i r e d w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s f o r e a c h u s e

.

( c ) I d e n t i f

y t e c h n o l o g i e s t h a t c a n b e u s e d t o t r e a t C B M w a t e r t o m e e t t h e u s e r e q u i r e m e n t s

.

( d ) I n v e s t i g a t e e a c h t e c h n o l o g y i n d e t a i l a n d d e v e l o p a n u n d e r s t a n d i n g o f t h e t e c h n o l o g i e s

w i t h r e g a r d s t o c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c y

, p r e t r e a t m e n t r e q u i r e m e n t s

, w a s t e p r o d u c e d

,

a u x i l i a r y c h e m i c a l u s a g e

, a n d e n e r g y r e q u i r e m e n t s

.

( e ) I d e n t i f

y a n d i n v e s t i g a t e t r e a t m e n t w a s t e d i s p o s a l t e c h n o l o g i e s

.4

( f ) I d e n t i f

y c a p i t a l a n d o p e r a t i n g c o s t s a s s o c i a t e d w i t h e a c h t e c h n o l o g y

.

( g ) C o n s t r u c t a n d v a l i d a t e a “ t o o l b o x ” m o d e l t h a t i n c o rp o r a t e s a l l o f t h e a b o v e c r i t e r i a

, t h u s

a l l o w i n g o n e t o f

i n d t h e b e s t w a y t o t r e a t C B M w a t e r w h e n c o m p a r e d t o o t h e r

t e c h n o l o g i e s o n a n e q u a l p l a t f o r m

.

( h ) P e r f

o r m a s e n s i t i v i t y a n a l y s i s o n t h e t o o l b o x t o i d e n t i f y k e y v a r i a b l e s

.5 2

. W A T E R C H A R A C T E R I Z A T I O N

2

. 1 P r o d u c e d W a t e r C h a r a c t e r i s t i c s

.

M u c h w o r k h a s b e e n d o n e t o d e t e r m i n e t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f P R B C B M w a t e r s ( R i c e e t

a l

. , 2 0 0 0 ; M c B e t h e t a l

. , 2 0 0 3 ; P a t z e t a l

. , 2 0 0 4 ; P a t z e t a l

. , 2 0 0 6 ; J a c k s o n a n d R e d d y

, 2 0 0 7 )

. T h e

c o n c l u s i o n f

r o m r e s e a r c h h a s s h o w n t h a t C B M w a t e r c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s v a r y f r o m

w a t e r s h e d t o w a t e r s h e d i n t h e P R B ( M c B e t h e t a l

. , 2 0 0 3 )

. T h e r e a r e f i v e p r i m a r y w a t e r s h e d s i n

t h e P R B

. T h e r i v e r s t h a t c o m p r i s e t h e s e w a t e r s h e d s a r e t h e C h e y e n n e R i v e r

, B e l l e F o u r c h e

R i v e r

, L i t t l e P o w d e r R i v e r

, P o w d e r R i v e r a n d T o n g u e R i v e r

.

C B M w a t e r d a t a f

o r t h e f i v e w a t e r s h e d s a r e o u t l i n e d i n T a b l e 2

- 1

. D a t a h a v e b e e n

c o m p i l e d f

r o m n u m e r o u s s t u d i e s a n d d a t a b a s e s t o p r o v i d e a r a n g e o f v a l u e s f o r c o n s t i t u e n t s i n

C B M w a t e r s f

o r e a c h w a t e r s h e d

. W a t e r c o n s t i t u e n t d a t a c o l l e c t i o n p o i n t s w e r e l o c a t e d o n a

U S G S m a p w h i c h h a s t h e v a r i o u s w a t e r s h e d s o f t h e P R B d e l i n e a t e d o n i t

. H i g h

, l o w

, a n d m e a n

w a t e r c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s w h e r e t h e n d e t e r m i n e d f o r e a c h w a t e r s h e d

. A d d i t i o n a l

i n f o r m a t i o n a b o u t w a t e r c o n s t i t u e n t s i n P R B C B M w a t e r s i s a v a i l a b l e f r o m t h e W y o m i n g S t a t e

G e o l o g i c S u r v e y ( h t t p : /

/ i m s

. w r d s

. u w y o

. e d u /

p r b / p r b

. h t m l )

. T h e W y o m i n g S t a t e G e o l o g i c S u r v e y

h a s d o n e m u c h r e s e a r c h r e l a t e d t o C B M w a t e r c o n s t i t u e n t s i n t h e P R B

. D a t a a v a i l a b l e a t t h e

a b o v e l i n k r e p r e s e n t s w a t e r c o n s t i t u e n t s o n a b y

- c o a l

- f o r m a t i o n b a s i s

.6Table2-1:PRBCBMwaterconstituentsandconcentrationsbywatershed.DataareadaptedfromRiceetal.(2000)unlessotherwisenoted.ConstituentUnitsCheyenneRiverBelleFourcheRiverLittlePowderRiverPowderRiverTongueRivercMeanHighLowMeanHighLowMeanHighLowMeanHighLowMeanHighLowTemperatureoC16.817.715.920.228.713.818.026.513.919.524.811.7SpecificConductanceμS/cm7057706401023164047014261660107020973020860180018501750Totaldissolvedsolidsmg/L43047039066611202709661260720141120105401200bF-μg/L160016001600967170050076010005007101400420Cl–mg/L8.210.06.314.764.05.29.912.08.911.718.06.4SO42–mg/L8.917.00.72.512.00.01.23.00.11.58.10.1Brμg/L6590401448520728060761150Alkalinity(asCaCO3)mg/L46549044074211702901112152081015852320580775950600NH4+mg/L2.42.42.42.13.21.13.45.32.12.74.81.1Ca2+mg/L25.532.019.034.459.05.947.669.030.020.335.09.1675Kmg/L6.67.35.98.114.03.811.715.08.18.418.03.9Mg2+mg/L11131015252274614142852.532Na+mg/L140150130219390110308360240563800220392460325Ba2+μg/L30037023060513001409881600470539750240270296244Feμg/L150024005804844901205548202705692800207210538Simg/L4.85.34.34.65.83.84.55.63.75.27.14.6Srμg/L455560350763180010010541900450415840250aAlμg/L6.75.4111817aAsμg/L2.31.54.70.7aSeμg/L0.710.750.830.8aBμg/L516289109aCuμg/L10132410.8aMoμg/L0.310.252.511aMnμg/L1110.6297.7aCrμg/L33.143.683.98.3aZnμg/L4.56.226.911pH7.17.17.17.27.56.97.27.66.87.57.77.47.47.96.9SAR5.96.05.78.012.06.19.111.07.723.632.013.0404535aDataareadaptedfromMcBethetal.(2003)bDataareadaptedfromRuckelshausInstitute(2005)cDataareadaptedfromJacksonandReddy(2007)7 B a s e d o n r e v i e w e d d a t a

, t h e p r i m a r y c o n s t i t u e n t s p r e s e n t i n P R B C B M w a t e r s a r e s o d i u m

a n d a l k a l i n i t y

. S o d i u m a n d a l k a l i n i t y c o n c e n t r a t i o n s c a n r a n g e f r o m 1 1 0 t o 8 0 0 m g / L a n d 2 9 0 t o

2 3 2 0 m g / L a s C a C O 3 , r e s p e c t i v e l y

. T h e s o u r c e o f a l k a l i n i t y i s m o s t l i k e l y b i c a r b o n a t e b e c a u s e

b i c a r b o n a t e i s t h e p r i m a r y s o u r c e o f a l k a l i n i t y i n t h e r e p o r t e d p H r a n g e s 6

. 9 t o 7

. 7 ( S a w y e r e t a l

. ,

1 9 9 4 )

.

2

. 2 W a t e r U s e R e q u i r e m e n t s

2

. 2

. 1 S u r f

a c e D i s c h a r g e

P R B C B M w a t e r s a r e m o s t c o m m o n l y d i s c h a r g e d t o a r i v e r o r i n f i l t r a t i o n p o n d ( L a m b

,

2 0 0 6 )

. T h e s e w a t e r s c a n a l s o b e p u t t o o t h e r b e n e f i c i a l u s e s i f n e c e s s a r y

. W a t e r u s e s c a n i n c l u d e :

d i s c h a r g e

, d r i n k i n g w a t e r

, l i v e s t o c k w a t e r i n g

, i rr i g a t i o n

, e n h a n c e d o i l r e c o v e r y

, a n d c o o l i n g

w a t e r f o r e l e c t r i c g e n e r a t i o n

. E a c h u s e h a s s p e c i f i c g u i d e l i n e s w h i c h m a y b e f o l l o w e d

, a n d / o r

r e g u l a t i o n s w h i c h m u s t b e f o l l o w e d

.

D i s c h a r g e t o s u r f

a c e w a t e r i s r e g u l a t e d b y t h e W y o m i n g D e p a r t m e n t o f E n v i r o n m e n t a l

Q u a l i t y ( W D E Q )

. I f a C B M w a t e r d o e s n o t m e e t d i s c h a r g e r e q u i r e m e n t s i t m u s t b e t r e a t e d t o

m e e t d i s c h a r g e r e q u i r e m e n t s

, o r b e m a n a g e d a n o t h e r w a y ( L a m b

, 2 0 0 6 )

. A r a n g e o f d i s c h a r g e

l i m i t s a r e o u t l i n e d i n T a b l e 2

- 2

. D a t a u s e d t o d e v e l o p c o n c e n t r a t i o n r a n g e s f o r c o n s t i t u e n t

d i s c h a r g e

, w e r e f

o u n d b y r e v i e w i n g n u m e r o u s W y o m i n g P o l l u t a n t D i s c h a r g e E l i m i n a t i o n

S y s t e m ( W Y P D E S ) p e r m i t s ( W Y P D E S

, 2 0 0 6 ) ( s e e A p p e n d i x C f o r a l i s t o f W Y P D E S p e r m i t s

r e v i e w e d )

.

D i s c h a r g e p o i n t s f

r o m t h e W Y P D E S p e r m i t s w e r e l o c a t e d o n a U S G S m a p w h i c h h a s t h e

v a r i o u s w a t e r s h e d s o f t h e P R B d e l i n e a t e d o n i t

. T h e d a t a c o l l e c t e d f r o m t h e W Y P D E S p e r m i t s8

d i d n o t a p p e a r t o h a v e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s f r o m w a t e r s h e d t o w a t e r s h e d

. H o w e v e r

, n e w

w a t e r s h e d b a s e d p e r m i t t i n g r e q u i r e m e n t s a r e i n t h e p r o c e s s o f b e c o m i n g l a w ( W D E Q

, 2 0 0 7 )

.

T a b l e 2

- 2 : C o n s t i t u e n t L i m i t s f o r D i s c h a r g i n g P R B C B M w a t e r s ( W Y P D E S

, 2 0 0 6 )

.

C o n s t i t u e n t U n i t s H i g h 1 L o w 2

S p e c i f i c C o n d u c t a n c e  S / c m 7 5 0 0 4 6 5

T o t a l D i s s o l v e d S o l i d s m g / L 5 0 0 0 3 1 0

F - μ g / L 4 0 0 0 2 0 0 0

C l

- m g / L 2 3 0 4 6

S O 4 2

- m g / L 3 0 0 0 4 1 2

N H 4 + m g / L 5 0

. 5

N a + m g / L 3 5 0 2 7 0

B a 2 + μ g / L 1 8 0 0 1 8 0 0

F e μ g / L 1 0 0 0 1 2 5

A l μ g / L 7 5 0 4 9 0

A s μ g / L 1 5 0 3

. 1

C u μ g / L 1 3

. 2 8

. 6

M n μ g / L 8 2 0 6 2 9

Z n μ g / L 9 7 9 0

R a d i u m 2 2 6 p C i / l 6 0 1

p H 9 6

. 5

S A R 2 4 1 0

1 H i g h r e p r e s e n t s t h e h i g h e s t v a l u e p e r m i t t e d

2 L o w r e p r e s e n t s t h e l o w e s t v a l u e p e r m i t t e d

.

2

. 2

. 2 O t h e r U s e s

P R B C B M w a t e r s m a y b e u s e d f o r d r i n k i n g w a t e r ( m u n i c i p a l o r b o t t l e d )

. T h e U n i t e d

S t a t e s E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y ( U S E P A ) h a s s e t s t a n d a r d s f o r s o m e c o n s t i t u e n t

c o n c e n t r a t i o n s i f a w a t e r i s u s e d a s a s o u r c e o f d r i n k i n g w a t e r

. T h e M a x i m u m C o n t a m i n a n t

L e v e l ( M C L ) i s t h e h i g h e s t a l l o w a b l e c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n f o r w a t e r a n d i s e n f

o r c e d b y

f e d e r a l l a w

. A s e c o n d a r y M C L i s a g u i d e l i n e s e t b y t h e U S E P A t h a t i s n o t e n f o r c e d b y l a w

. T h e9

W o r l d H e a l t h O r g a n i z a t i o n ( W H O ) h a s a l s o s e t g u i d e l i n e s f o r d r i n k i n g w a t e r ( W H O

r e c o m m e n d e d s t a n d a r d s ) w h i c h a r e n o t e n f o r c e d b y l a w

. B o t h s e c o n d a r y M C L s a n d W H O

r e c o m m e n d e d s t a n d a r d s a r e g u i d e l i n e s t h a t p r e v e n t a e s t h e t i c o r o d o r p r o b l e m s f r o m b e i n g

p r e s e n t i n d r i n k i n g w a t e r ( U S E P A

, 2 0 0 6 ; W H O

, 2 0 0 6 )

. D r i n k i n g w a t e r s t a n d a r d s a n d

r e c o m m e n d a t i o n s a r e o u t l i n e d i n T a b l e 2

- 3

.

P R B C B M w a t e r s h a v e a n d a r e b e i n g u s e d f o r l i v e s t o c k w a t e r i n g a n d i r r i g a t i o n

.

R e c o m m e n d e d c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s f o r b o t h o f t h e s e u s e s h a v e b e e n d e v e l o p e d b y A y e r s

a n d W e s t c o t ( 1 9 9 4 )

. A k e y i s s u e w i t h u s i n g P R B C B M w a t e r s f o r i rr i g a t i o n i s S o d i u m

A d s o rp t i o n R a t i o s ( S A R ) a b o v e t h e r e c o m m e n d a t i o n s i n T a b l e 2

- 3 ( L a m b

, 2 0 0 6 )

. S A R v a l u e s

a b o v e t h e r e c o m m e n d a t i o n s m a y c a u s e c l a y e x p a n s i o n o f s o i l s

, m a k i n g s o i l s u n u s a b l e t o g r o w

c r o p s ( A y e r s a n d W e s t c o t

, 1 9 9 4 )

. S A R i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 2

. 1 ( F r a n k e t a l

. , 2 0 0 6 )

.

2 M g C a N a S A R

2

2 + + +

+ = ( 2

. 1 )

W h e r e

, N a + i s t h e s o d i u m c o n c e n t r a t i o n ( m o l / L )

, C a 2 + i s t h e c a l c i u m c o n c e n t r a t i o n ( m o l / L )

, a n d

M g 2 + i s t h e m a g n e s i u m c o n c e n t r a t i o n ( m o l / L )

.

E n h a n c e d o i l r e c o v e r y ( E O R ) a n d c o o l i n g w a t e r f o r e n e r g y g e n e r a t i o n a r e t w o o t h e r

p o s s i b l e u s e s f

o r P R B C B M w a t e r s

. E n h a n c e d o i l r e c o v e r y i s t h e p r o c e s s o f p u m p i n g w a t e r i n t o

a n u n d e r g r o u n d g e o l o g i c f e a t u r e t h a t c o n t a i n s o i l f

o r t h e p u r p o s e o f r e c o v e r i n g o i l

. T h e w a t e r

r e q u i r e m e n t s f

o r t h i s u s e h a v e b e e n d e v e l o p e d b y R o y c e e t a l

. ( 1 9 8 4 )

. R o y c e e t a l

. ( 1 9 8 4 ) f o u n d

t h a t t h e w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s f o r E O R a r e a r a n g e o f T D S c o n c e n t r a t i o n s a n d t o t a l h a r d n e s s

c o n c e n t r a t i o n s b e t w e e n 1 0

, 0 0 0

– 1 5 0

, 0 0 0 m g / L a n d 1

– 5

, 0 0 0 m g / L

, r e s p e c t i v e l y

. X i e ( 2 0 0 7 )

w h o i s r e s e a r c h i n g t h e u s e o f P R B C B M w a t e r s f o r E O R s t a t e d t h a t t h e w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s f o r1 0

E O R a r e f

l e x i b l e a n d d e p e n d p r i m a r i l y o n t h e g e o l o g i c f o r m a t i o n f

r o m w h i c h o i l w i l l b e

e x t r a c t e d

. X i e ( 2 0 0 7 ) r e c o m m e n d e d T D S c o n c e n t r a t i o n s b e l e s s t h a n 4 0 0 0 m g / L f o r E O R

.

C B M w a t e r s m a y a l s o b e u s e d a s c o o l i n g w a t e r f o r e n e r g y g e n e r a t i o n

. V e r y p u r e w a t e r

( T D S < 1 ) i s r e q u i r e d f

o r t h i s u s e t o p r e v e n t c o r

r o s i o n a n d p r e c i p i t a t e f

o r m a t i o n ( B u e k e r

,

1 9 9 7 )

. T h e r e q u i r e d w a t e r c h e m i s t r y f o r t h i s u s e i s o u t l i n e d i n T a b l e 2

- 3

. T h e s e d a t a h a v e b e e n

a d a p t e d f r o m B u e k e r ( 1 9 9 7 )

. P R B C B M w a t e r s a r e c u r r e n t l y n o t b e i n g u s e d a s c o o l i n g w a t e r

.11Table2-3:ConstituentlimitsforwaterusesDrinkingwaterLivestockcIrrigationcCoolingWaterdConstituentUnitsHighaLowbHighLowSpecificConductanceS/cm1661*801*50003000540080TotalDissolvedSolidsmg/L5002000200010.1DissolvedFluorideμg/L40002000Chloridesmg/L250b10640.330.003Sulfatesmg/L250b19200.330.003Br(regulatedBrO3)μg/L1010Alkalinity(asCaCO3)mg/L216*104*510350100NitrateasNmg/L101010010NitriteasNmg/L1110Ca2+mg/L300*30*8001500Kmg/L2Mg2+mg/L300*10*4001221500Na(DissolvedSodium)mg/L200b43709203.30.27Ba(TotalBarium)μg/L20002000100Fe(DissolvedIron)μg/L300b10010Simg/L1500.01Srmg/LAlμg/L200b5000Asμg/L100200Seμg/L505050Bμg/L50002000Cuμg/L130010005005010Moμg/LMnμg/L50b50Crμg/L1001001000Znμg/L5000*2400TotalRadium226pCi/l55pH8.5*6.5*8.5-610.58.3SodiumAdsorptionRatio(SAR)15aConstituentvalueisUSEPAMCL,unlessotherwisenotedbConstituentvalueiseitherUSEPASecondaryStandardorWHOrecommendedstandard,unlessotherwisenotedcAyersandWestcot(1994)dBueker(1997)*Recommendationorsolubilitylimit1 2 3

. T R E A T M E N T T E C H N O L O G I E S

3

. 1 O v e r v i e w

A n a l y s i s o f C B M w a t e r s a n d t h e c u r r e n t u s e r e q u i r e m e n t s s h o w t h a t t h e p r i m a r y

c o n s t i t u e n t t h a t m u s t b e r e m o v e d i s s o d i u m

. S o d i u m r e m o v a l f r o m w a t e r i s d i f

f i c u l t b e c a u s e

n e a r l y e v e r y o t h e r c o n s t i t u e n t m u s t b e r e m o v e d f r o m t h e w a t e r b e f

o r e s o d i u m i s r e m o v e d

. W a t e r

t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s u s e d t o d o t h i s a r e g e n e r a l l y t e r m e d d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s

.

A n u m b e r o f d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s c a n t r e a t C B M p r o d u c e d w a t e r s t o r e m o v e

s o d i u m

. T e c h n o l o g i e s t h a t c a n t r e a t t h e s e w a t e r s i n c l u d e : e l e c t r o d i a l y s i s ( E D )

, e l e c t r o d i a l y s i s

r e v e r s a l ( E D R )

, h i g h e f

f i c i e n c y e l e c t r o

- p r e s s u r e m e m b r a n e s ( H E E P M TM )

, e l e c t r o d e i o n i z a t i o n

,

c a p a c i t i v e d e i o n i z a t i o n

, a d v a n c e d z e o l i t e s

, c o n s t r u c t e d w e t l a n d s

, r a p i d s p r a y e v a p o r a t i o n

, a n d

s e v e r a l r e v e r s e o s m o s i s ( R O ) a n d i o n e x c h a n g e ( I X ) c o n f i g u r a t i o n s

. C u r

r e n t l y

, o n l y t w o o f t h e s e

t e c h n o l o g i e s

, r e v e r s e o s m o s i s a n d i o n e x c h a n g e

, a r e b e i n g u s e d t o t r e a t P R B C B M w a t e r

. F o u r

o f t h e s e d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s ( I X

, R O

, E D R

, a n d H E E P M ) w e r e i n v e s t i g a t e d i n d e t a i l

.

3

. 1

. 1 P r o c e s s

T h e g e n e r a l p r o c e s s u s e d t o t r e a t C B M w a t e r s w i t h s e l e c t e d d e m i n e r a l i z a t i o n

t e c h n o l o g i e s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 1

. C B M w a t e r i s d e g a s s e d t o r e m o v e m e t h a n e w h e n i t

e n t e r s t h e w a t e r t r e a t m e n t f a c i l i t y

. T h e w a t e r i s t h e n s t o r e d i n a n e q u a l i z a t i o n p o n d o r t a n k

( B e a g l e

, 2 0 0 7 ; D r a k e

, 2 0 0 7 ; Y o u n g

, 2 0 0 6 )

. W a t e r i s t h e n p u m p e d f r o m t h e e q u a l i z a t i o n p o n d

a n d s p l i t i n t o a t r e a t m e n t s t r e a m a n d a b y p a s s s t r e a m

. T h i s i s n e c e s s a r y b e c a u s e m o s t

d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s r e m o v e m o r e c o n s t i t u e n t s f r o m t h e w a t e r t h a n i s n e c e s s a r y f o r t h e

w a t e r ’ s i n t e n d e d u s e

.1 3 D e m i n e r a l i z a t i o n

T e c h n o l o g y Q

i

C

i Q

e C

e Q

b y C

i

Q

t

C

t Q

f

C

f

Q

b r

C

b r Q

p C

i Q

p r C

p r E q u a l i z a t i o n

S t o r a g e E q u a l i z a t i o n

S t o r a g e P r e t r e a t m e n t

I r o n A l k

.

+ M e t h a n e

R e m o v a l S o u r c e

W a t e r

F i g u r e 3

- 1 : G e n e r a l t r e a t m e n t f l o w s c h e m a t i c f

o r d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s

. I r o n a n d A l k

.

r e p r e s e n t i r o n a n d a l k a l i n i t y r e m o v a l p r e t r e a t m e n t s

, r e s p e c t i v e l y

. + s i g n i f i e s c h e m i c a l a d d i t i o n

. O t h e r v a r i a b l e s a r e d e f

i n e d i n T a b l e 3

- 1

.

T a b l e 3

- 1 : D e f

i n i t i o n a n d u n i t s f

o r v a r i a b l e s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 1

. U n i t s p r e s e n t e d a r e

c o n s i s t e n t w i t h t h o s e u s e d b y i n d u s t r y

. U n i t c o n v e r s i o n s a r e i n a p p e n d i x E

.

V a r i a b l e D e f

i n i t i o n U n i t s

Q i W a t e r f

l o w r a t e i n t o f

a c i l i t y b b l / d a y

C i C o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n i n t o f a c i l i t y m g / L

Q b y B y p a s s w a t e r f l o w r a t e b b l / d a y

Q

p P r e t r e a t m e n t w a t e r f l o w r a t e b b l / d a y

Q f F e e d w a t e r f l o w r a t e b b l / d a y

C f F e e d c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n m g / L

Q

t T r e a t e d w a t e r f l o w r a t e b b l / d a y

C

t T r e a t e d c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n m g / L

Q

p r P r e t r e a t m e n t r e s i d u a l f l o w r a t e b b l / d a y

C

p r P r e t r e a t m e n t r e s i d u a l c o n c e n t r a t i o n m g / L

Q b r B r i n e f

l o w r a t e b b l / d a y

C b r B r i n e c o n c e n t r a t i o n m g / L

Q

e E f

f l u e n t w a t e r f

l o w r a t e b b l / d a y

C

e E f

f l u e n t c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n m g / L

T h e t r e a t m e n t s t r e a m i s f

i r s t p r e t r e a t e d t o r e m o v e c o n s t i t u e n t s t h a t m a y b e h a r m f u l t o t h e

d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y

. I r o n a n d / o r a l k a l i n i t y a r e t w o c o n s t i t u e n t s t h a t m a y b e r e m o v e d

d u r i n g p r e t r e a t m e n t

. T a b l e 3

- 2 o u t l i n e s d i f f e r e n t p r e t r e a t m e n t s t h a t m a y b e r e q u i r e d f o r s e l e c t e d

d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s

.1 4

T a b l e 3

- 2 : D e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s a n d p r e t r e a t m e n t s t h a t m a y b e r e q u i r e d f o r s e l e c t e d

t e c h n o l o g i e s

.

T e c h n o l o g y M e t h a n e I r o n A l k a l i n i t y

I o n E x c h a n g e x

R e v e r s e O s m o s i s x x x

E l e c t r o d i a l y s i s x x

H E E P M x x x

A f t e r p r e t r e a t m e n t t h e w a t e r i s p a s s e d t h r o u g h t h e d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y w h e r e

c o n s t i t u e n t s a r e r e m o v e d b a s e d o n t h e i r c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c y

. T h e a m o u n t o f a

c o n s t i t u e n t r e m o v e d f

r o m t h e w a t e r b y a t r e a t m e n t t e c h n o l o g y i s r e f e r r e d t o a s t h e t e c h n o l o g y ’ s

c h e m i c a l r e

j e c t i o n e f f i c i e n c y

. C h e m i c a l r e

j e c t i o n e f f i c i e n c y (  ) v a r i e s f

o r d i f f e r e n t c o n s t i t u e n t s

a n d i s d e s c r i b e d b y E q u a t i o n 3

. 1 f o r a s i n g l e c o n s t i t u e n t ( M e t c a l f a n d E d d y

, 2 0 0 3 )

.

f t f

C C

- C

 = ( 3

. 1 )

T h e t r e a t e d w a t e r c o n c e n t r a t i o n ( C

t

, i ) f o r a c o n s t i t u e n t i s e q u a l t o t h e f e e d c o n c e n t r a t i o n ( C f

, i ) o f

t h e c o n s t i t u e n t m u l t i p l i e d b y o n e m i n u s t h e c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c y f o r t h a t c o n s t i t u e n t

.

T h e t r e a t e d w a t e r c o n c e n t r a t i o n i s u s e d t o d e t e r m i n e t h e f i n a l t r e a t e d w a t e r f

r a c t i o n (  )

, E q u a t i o n

3

. 2

. W a t e r t h a t i s n o t t r e a t e d c o n s t i t u t e s t h e b y p a s s s t r e a m

.

e t

t i e i

Q Q

C C C C 

=

− −

= ( 3

. 2 )

T h e c o n s t i t u e n t s t h a t a r e r e m o v e d f r o m t h e w a t e r e n t e r a b r i n e s t r e a m

, w h i c h c o n t a i n s

w a t e r a s w e l l a s t h e c o n s t i t u e n t s t h a t w e r e r e m o v e d

. T h e r e l a t i v e q u a n t i t y o f w a t e r t h a t l e a v e s t h e

d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y i s t e r m e d w a t e r r e c o v e r y

, a n d i s d i f f e r e n t f o r d i f f e r e n t t e c h n o l o g i e s

.

T h e p e r c e n t w a t e r r e c o v e r y (  r ) f o r a d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y i s d e s c r i b e d b y E q u a t i o n 3

. 3

( T a y l o r a n d J a c o b s

, 1 9 9 6 )

.1 5 1 0 0 % Q Q

f t × =

r η ( 3

. 3 )

B y p e r f o r m i n g a m a s s b a l a n c e o n t h e t r e a t m e n t s t r e a m t h e b r i n e f l o w r a t e ( Q b r )

,

c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s i n t h e b r i n e ( C b r )

, a n d f e e d f l o w r a t e ( Q f

) c a n b e d e t e r m i n e d

. T h e f e e d

f l o w r a t e

, b r i n e f

l o w r a t e

, a n d c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s i n t h e b r i n e a r e d e s c r i b e d b y E q u a t i o n s

3

. 4

, 3

. 5

, a n d 3

. 6

.



## ( ) ( ) 1

r r

r i r

b r   1 1

 Q   1 Q −  



 

 

⋅ − +

⋅  



 

 

⋅ ⋅ −

= β ( 3

. 4 )



## ( ) 

## [ ]

b r b r f f f f

i b r

, Q Q

Q C C Q C −

⋅ − ⋅

= ( 3

. 5 )



## ( )

b r i

r f Q Q

  Q

− = ( 3

. 6 )

T h e t r e a t e d w a t e r i s b l e n d e d w i t h b y p a s s w a t e r t o m e e t u s e r e q u i r e m e n t s a f t e r p a s s i n g t h r o u g h

t h e d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y

.

3

. 1

. 2 C o s t s

C o s t s h a v e b e e n e s t i m a t e d f o r s e l e c t e d t e c h n o l o g i e s a n d p r e t r e a t m e n t s

. T h e s o u r c e o f

c a p i t a l

, o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s a r e d e s c r i b e d w i t h t h e i r r e s p e c t i v e t e c h n o l o g i e s

. T h e

e s t i m a t e d c o s t s a r e n o t e x a c t

, a n d s h o u l d b e c o n s i d e r e d a c c u r a t e t o w i t h i n ± 3 0

- 5 0 % o f t h e a c t u a l

c o s t s a s s o c i a t e d w i t h e a c h t e c h n o l o g y

. T h i s i s t h e t y p i c a l a c c u r a c y r a n g e o f e n g i n e e r i n g c o s t

e s t i m a t i n g ( W e s t n e y

, 1 9 9 7 )

.

T h e r e p o r t e d c o s t s f

o r t h e t e c h n o l o g i e s a r e b a s e d o n t h e f e e d f l o w r a t e ( Q f

)

, a n d a r e

r e p o r t e d i n d o l l a r s p e r b a r r e l o f i n f l u e n t w a t e r

. T h e s e c o s t s c a n b e a d j u s t e d t o a c c o m m o d a t e

b l e n d i n g w i t h E q u a t i o n 3

. 7

.1 6 i f

f i Q

Q

Q a s b b l C o s t

Q a s b b l C o s t

⋅

 



 

 

= ( 3

. 7 )

3

. 2 P r e t r e a t m e n t

3

. 2

. 1 M e t h a n e r e m o v a l

M e t h a n e r e m o v a l f

r o m C B M w a t e r i s n e c e s s a r y b e c a u s e t h e p r e s e n c e o f m e t h a n e i n t h e

w a t e r p o s e s a s a f

e t y h a z a r d d u e t o t h e p o s s i b i l i t y o f m e t h a n e e x p l o d i n g o r i g n i t i n g w h i l e i n t h e

w a t e r t r e a t m e n t s y s t e m

. M e t h a n e m a y b e r e m o v e d f r o m w a t e r b y a e r a t i n g t h e w a t e r a s i t e n t e r s

e q u a l i z a t i o n s t o r a g e

. A e r a t i o n m a y b e a c h i e v e d t h r o u g h t h e u s e o f a w a t e r f a l l

, r a p i d s

, p u m p i n g

a i r i n t o t h e w a t e r o r a d e g a s s e r

. T h e t e c h n i q u e u s e d t o r e m o v e m e t h a n e f r o m w a t e r i s a m a t t e r o f

p r e f e r e n c e

. H o w e v e r

, t h e m o s t w i d e l y u s e d m e t h o d i n t h e P R B i s t h e d e g a s s e r ( L a m b

, 2 0 0 6 )

. A

d e g a s s e r i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 2

.

T h e d e g a s s e r a l l o w s m e t h a n e i n t h e w a t e r t o b e c a p t u r e d a n d s o l d i n s t e a d o f b e i n g

e m i t t e d t o t h e a t m o s p h e r e

. T h e o t h e r m e t h o d s w i l l w o r k

, b u t t h e e x t e n t o f m e t h a n e r e m o v a l

s h o u l d b e a s s e s s e d o n a c a s e b y c a s e b a s i s

. A l s o

, f o r i n c r e a s e d w o r k e r s a f

e t y t h e m e t h a n e l e v e l s

i n t h e w a t e r s h o u l d b e r e g u l a r l y m o n i t o r e d t o p r e v e n t i g n i t i o n o f m e t h a n e

. M e t h a n e m a y i g n i t e a t

c o n c e n t r a t i o n s a s l o w a s 5 % b y v o l u m e i n a i r ( P r a x a i r

, 2 0 0 4 )

. T h e c o s t o f m e t h a n e d e g a s s i n g

w i l l v a r y d e p e n d i n g o n t h e m e t h o d s e l e c t e d

.1 7 U n t r e a t e d p r o d u c e d w a t e r

W a t e r D i s t r i b u t o rMethaneMethane

D e g a s s e d W a t e r M e t h a n e t o s t o r a g e U n t r e a t e d p r o d u c e d w a t e r

W a t e r D i s t r i b u t o rMethaneMethane

D e g a s s e d W a t e r M e t h a n e t o s t o r a g e

F i g u r e 3

- 2 : S c h e m a t i c o f a d e g a s s e r u s e d t o r e m o v e m e t h a n e f r o m p r o d u c e d w a t e r

.

3

. 2

. 2 E q u a l i z a t i o n S t o r a g e

E q u a l i z a t i o n s t o r a g e i s r e q u i r e d f o r a l l t e c h n o l o g i e s

. E q u a l i z a t i o n s t o r a g e a l l o w s f o r

r e l a t i v e l y c o n t i n u o u s t r e a t m e n t b y p r o v i d i n g a u n i f o r m w a t e r f

l o w r a t e a n d r e l a t i v e l y c o n s i s t e n t

i n f l u e n t w a t e r c o n c e n t r a t i o n s t o t h e d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y

. B l e n d w a t e r a n d w a t e r t o b e

t r e a t e d i s s t o r e d i n t h e e q u a l i z a t i o n p o n d

.

E q u a l i z a t i o n s t o r a g e v o l u m e i s d e p e n d e n t o n t h e w a t e r f l o w r a t e t o t h e f

a c i l i t y

, a n d i s

a s s u m e d t o b e e q u a l t o t h e d a i l y w a t e r v o l u m e t o t h e f a c i l i t y ( B e a g l e

, 2 0 0 7 )

. T h i s a l l o w s f o r

c o n t i n u o u s w a t e r t r e a t m e n t i f C B M w e l l s a r e t e m p o r a r i l y s h u t d o w n o r o t h e r p r o b l e m s a r e

e n c o u n t e r e d

.

C o s t s a s s o c i a t e d w i t h e q u a l i z a t i o n s t o r a g e a r e e x c a v a t i o n a n d p o n d l i n e r c o s t ( i f a p o n d i s

u s e d )

, o r t h e c o s t o f s t o r a g e t a n k s ( i f a p o n d i s n o t u s e d )

. E x c a v a t i o n c o s t s a r e d e p e n d e n t o n t h e

t y p e o f s o i l b e i n g e x c a v a t e d a n d t h e l o c a t i o n o f e x c a v a t i o n

. P o n d l i n e r c o s t s a r e d e t e r m i n e d b y1 8

t h e t h i c k n e s s o f t h e l i n e r

. L i n e r t h i c k n e s s e s t y p i c a l l y r a n g e b e t w e e n 2 0 a n d 1 2 0 m i l ( M i c k l e y

,

2 0 0 1 )

. T h e u n i t c o s t f

o r l i n e r i s a p p r o x i m a t e l y $ 0

. 0 1 p e r m i l t h i c k n e s s p e r s q u a r e f o o t o f l i n e r

( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

. T h e t o t a l c o s t f o r a n e q u a l i z a t i o n p o n d m a y r a n g e f r o m $ 0

. 5 0 /

b b l t o g r e a t e r

t h a n $ 6

. 3 8 /

b b l ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

. W a t e r s t o r a g e t a n k c o s t s c a n r a n g e f r o m $ 2 6

. 7 /

b b l

( W a t e r t a n k s

. c o m

, 2 0 0 7 ) t o $ 5 4 / b b l ( A q u a S t o r e

, 2 0 0 7 ) d e p e n d i n g o n t h e t a n k m a t e r i a l a n d

d i m e n s i o n s

.

3

. 2

. 3 I r o n R e m o v a l

I r o n w i l l f

o u l m e m b r a n e s a n d c a n n o t b e r e m o v e d f r o m t h e m e m b r a n e s w i t h a c i d

c l e a n i n g

. T h i s i n c r e a s e s t h e m e m b r a n e r e p l a c e m e n t f r e q u e n c y w i t h a c o n c u r

r e n t i n c r e a s e i n

o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s ( B a t e s

, 1 9 9 8 )

. T h e r e f o r e

, t o m a i n t a i n m e m b r a n e l i f e

, m e m b r a n e

t e c h n o l o g i e s s u c h a s r e v e r s e o s m o s i s a n d e l e c t r o d i a l y s i s r e q u i r e t h e r e m o v a l o f i r o n p r i o r t o

t r e a t m e n t i f t h e i n f

l u e n t i r o n c o n c e n t r a t i o n ( C i

- F e ) e x c e e d s 3 0 0 μ g / L ( C o u l t e r a n d T h o m a s

, 1 9 9 8 )

.

I r o n m a y b e r e m o v e d b y : a e r a t i o n w i t h s e t t l i n g o r f i l t r a t i o n

, c h e m i c a l o x i d a t i o n w i t h

f i l t r a t i o n

, o x i d i z i n g f

i l t e r s ( m a n g a n e s e g r e e n s a n d )

, o r i o n e x c h a n g e ( L a n d

, 1 9 9 9 )

. T h e

r e c o m m e n d e d t e c h n i q u e f o r i r o n r e m o v a l i s a e r a t i o n w i t h s e t t l i n g f o l l o w e d b y m a n g a n e s e

g r e e n s a n d f

i l t r a t i o n

. T h i s p r o c e s s i s o u t l i n e d i n t h e f o l l o w i n g p a r a g r a p h

.

T h e w a t e r i s f

i r s t a e r a t e d b y f

l o w i n g o v e r r o c k s o r a w a t e r f a l l a s i t e n t e r s e q u a l i z a t i o n

s t o r a g e

. A e r a t i o n w i l l i n c r e a s e t h e o x y g e n c o n t e n t o f t h e w a t e r a n d a l l o w s o l u b l e

, f e r r o u s

, i r o n t o

b e o x i d i z e d t o n o n

- s o l u b l e

, f e r r i c

, i r o n

. A s m a l l a m o u n t o f f e r r i c i r o n w i l l t h e n f

o r m f e r r i c

h y d r o x i d e p r e c i p i t a t e a n d s e t t l e o u t o f s o l u t i o n i n e q u a l i z a t i o n s t o r a g e ( t h i s p r o c e s s i s s l o w a n d

m a y n o t r e m o v e s u f

f i c i e n t i r o n

, b u t i t w i l l r e d u c e t h e c h e m i c a l d e m a n d f o r t h e n e x t s t e p )

. T h e

w a t e r w i l l t h e n f

l o w t h r o u g h a m a n g a n e s e g r e e n s a n d f i l t e r w h i c h w i l l r e m o v e m o r e i r o n

.1 9 M a n g a n e s e g r e e n s a n d i s a z e o l i t e c o a t e d w i t h m a n g a n e s e d i o x i d e

, M n O 2

. T h i s m e d i u m

r e m o v e s 9 9 % o f i r o n f

r o m s o l u t i o n b y o x i d i z i n g f e r r o u s i r o n t o f

e r r i c i r o n w i t h t h e o x y g e n

m o l e c u l e s t h a t a r e a t t a c h e d t o t h e m a n g a n e s e

, E q u a t i o n 3

. 8 a n d 3

. 9 ( N e w M e x i c o S t a t e

U n i v e r s i t y

, 1 9 9 9 )

. O n c e t h e i r o n i s o x i d i z e d f e r r i c h y d r o x i d e

, w h i c h i s n o n

- s o l u b l e

, f o r m s a n d i s

f i l t e r e d o u t o f s o l u t i o n i n t h e l o w e r p a r t s o f t h e f i l t e r

. T h e f

i l t e r w i l l a l s o r e m o v e s u s p e n d e d

s o l i d s f r o m w a t e r

, f

u r t h e r d e c r e a s i n g t h e p o s s i b i l i t y o f m e m b r a n e f o u l i n g

.

F e 2 + + Z [ M n O

x ] n  Z [ M n 2 O

x ] n

- 1 + F e 3 + ( 3

. 8 )

F e 3 + + 3 H 2 O  F e ( O H ) 3 + 3 H + ( 3

. 9 )

W h e r e

, F e 2 + i s f

e r r o u s i r o n

, Z [ M n O

x ] i s t h e g r e e n s a n d z e o l i t e w i t h a m a n g a n e s e o x i d e s p e c i e s

a t t a c h e d t o i t b e f

o r e i r o n o x i d a t i o n

, Z [ M n 2 O

x ] i s t h e g r e e n s a n d z e o l i t e a f

t e r i r o n o x i d a t i o n

, F e 3 +

i s f e r r i c i r o n

, F e ( O H ) 3 ( s ) i s f

e r r i c h y d r o x i d e p r e c i p i t a t e t h a t i s f i l t e r e d o u t o f s o l u t i o n

, n i s t h e

c h a r g e o f t h e z e o l i t e s p e c i e s b e f o r e i r o n o x i d a t i o n

, a n d ( n

- 1 ) i s t h e c h a r g e o f t h e z e o l i t e s p e c i e s

a f t e r i r o n o x i d a t i o n

.

T h e o x i d i z i n g c a p a c i t y o f m a n g a n e s e g r e e n s a n d i s a p p r o x i m a t e l y 4 5 4 t o 7 7 8 g r a m s i r o n

a n d / o r m a n g a n e s e p e r s q u a r e f o o t o f f i l t e r b e d a r e a ( I n v e r s a n d

, 2 0 0 6 )

. O n c e t h e o x i d i z i n g

c a p a c i t y o f t h e m e d i u m i s r e a c h e d

, t h e m e d i u m i s r e g e n e r a t e d w i t h p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e

( K M n O 4 )

. T h e t h e o r e t i c a l a m o u n t o f p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e r e q u i r e d t o r e g e n e r a t e t h e m e d i u m

i s 1 a n d 2 g r a m s p e r g r a m o f i r o n a n d m a n g a n e s e r e m o v e d

, r e s p e c t i v e l y ( I n v e r s a n d

, 2 0 0 6 )

. T h e

p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e d e m a n d i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 1 0

.

M n

- i F e

- i 4 C

2 C D e m a n d K M n O

⋅

+ = ( 3

. 1 0 )

W h e r e

, K M n O 4 D e m a n d i s t h e p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e d e m a n d ( m g / L )

, C i

- F e i s t h e i n f l u e n t i r o n

c o n c e n t r a t i o n o f t h e w a t e r ( m g / L )

, a n d C i

- M n i s t h e i n f l u e n t m a n g a n e s e c o n c e n t r a t i o n ( m g / L )

.2 0

T h e a c t u a l c a p a c i t y o f t h e m e d i u m m u s t b e d e t e r m i n e d o n a c a s e b y c a s e b a s i s b e c a u s e

t h e r e a r e o t h e r c o n s t i t u e n t s p r e s e n t i n t h e w a t e r t h a t a r e b e i n g o x i d i z e d i n a d d i t i o n t o i r o n a n d

m a n g a n e s e

. T h e r e f

o r e

, a s s u m p t i o n s h a v e b e e n m a d e t o d e t e r m i n e t h e f i l t e r a r e a a n d p o t a s s i u m

p e r m a n g a n a t e d e m a n d

. A s s u m p t i o n s i n c l u d e : a f i l t e r c a p a c i t y o f 6 4 8 g r a m s i r o n a n d m a n g a n e s e

p e r s q u a r e f

o o t f i l t e r b e d a r e a

, p r e t r e a t m e n t w a t e r f l o w r a t e o f 4 g p m

/ s q

. f t

, f i l t e r d e p t h o f 3 f

t

, a n d

9 9 % i r o n

, m a n g a n e s e a n d a r s e n i c r e m o v a l e f f i c i e n c y ( I n v e r s a n d

, 2 0 0 6 )

.

3

. 2

. 3

. 1 I r o n P r e t r e a t

m e n t C a p i t a l C o s ts

C a p i t a l c o s t s a n d o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s a s s o c i a t e d w i t h t h e u s e o f g r e e n s a n d t o

r e m o v e i r o n f

r o m p r o d u c e d w a t e r s h a v e b e e n d e t e r m i n e d b y u s i n g c o s t d a t a d e v e l o p e d b y

H o f f m a n e t a l

. ( 2 0 0 6 )

. H o f

f m a n e t a l

. ( 2 0 0 6 ) d e v e l o p e d a d e s i g n m a n u a l f o r g r e e n s a n d f

i l t e r s

w h i c h c o n t a i n s a n e s t i m a t e w i t h i t e m i z e d c o s t s f o r a s y s t e m t r e a t i n g 5 0 0

, 0 0 0 g p d

. H o w t h e s e

c o s t s h a v e b e e n a d

j u s t e d f o r d i f f e r e n t f l o w r a t e s a n d w a t e r s a r e d i s c u s s e d i n t h e f o l l o w i n g

p a r a g r a p h s

.

H o f f m a n e t a l

. ( 2 0 0 6 ) d e t e r m i n e d c a p i t a l c o s t s f o r i r o n r e m o v a l w i t h g r e e n s a n d

.

C o m p o n e n t s o f t h e c a p i t a l c o s t s w e r e i t e m i z e d a n d i n c l u d e d : g r e e n s a n d f i l t r a t i o n m e d i a

, f

i l t e r i n g

v e s s e l s

, b a c k w a s h h o l d i n g t a n k s

, s t r u c t u r e c o s t s a n d m i s c e l l a n e o u s e q u i p m e n t c o s t s

. H o w

i n d i v i d u a l c a p i t a l c o s t s w e r e d e t e r m i n e d i s o u t l i n e d i n A p p e n d i x A

- P

. A r e l a t i o n s h i p b e t w e e n

p r e t r e a t e d w a t e r f

l o w r a t e a n d c a p i t a l c o s t

, F i g u r e 3

- 3

, w a s d e v e l o p e d f r o m t h i s a n a l y s i s

.

E q u a t i o n 3

. 1 1 c a l c u l a t e s t h e c a p i t a l c o s t ( C C

p r e t r e a t ) f o r i r o n r e m o v a l f

r o m w a t e r b y g r e e n s a n d

f i l t r a t i o n

.

0

. 5 9 7 1

p p r e t r e a t Q 1 2 7 9 C C

⋅ = ( 3

. 1 1 )2 1 y = 1 2 7 9 x 0

. 5 9 7 1

R 2

= 0

. 9 9 8 4

$ 0 $ 5 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 2

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 2

, 5 0 0

, 0 0 0

0 5 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1 5 0

, 0 0 0 2 0 0

, 0 0 0 2 5 0

, 0 0 0

P r e t r e a t m e n t W a t e r F l o w R a t e , b

b l / d a yCapitalCost,$

F i g u r e 3

- 3 : G r e e n s a n d i r o n r e m o v a l c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f p r e t r e a t m e n t w a t e r f l o w r a t e

. A d a p t e d f r o m H o f f m a n e t a l

. ( 2 0 0 6 )

.

3

. 2

. 3

. 2 I r o n P r e t r e a t

m e n t O p e r a t i n g a n d M

a i n t e n a n c e C o s t

s

O p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s f o r i r o n p r e t r e a t m e n t

, E q u a t i o n 3

. 1 2

, i n c l u d e :

e l e c t r i c i t y

, p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e

, g r e e n s a n d r e p l a c e m e n t

, a n d l a b o r

.

p r e

- l a b o r p r e

- m e d i a p r e c h e m p r e

- e l e c p r e O C O C O C O C O C + + + =

− ( 3

. 1 2 )

W h e r e

, O C

p r e i s t h e o p e r a t i n g c o s t f o r i r o n r e m o v a l p r e t r e a t m e n t w i t h m a n g a n e s e g r e e n s a n d

( $ / b b l )

, O C

e l e c

- p r e i s t h e e l e c t r i c a l c o s t ( $ / b b l )

, O C

c h e m

. - p r e i s t h e c h e m i c a l c o s t d u e t o p o t a s s i u m

p e r m a n g a n a t e u s e ( $ /

b b l )

, O C

m e d i a

- p r e i s t h e c o s t f o r g r e e n s a n d m e d i a r e p l a c e m e n t ( $ / b b l )

, a n d

O C l a b o r

- p r e i s t h e l a b o r c o s t ( $ / b b l )

.

O p e r a t i n g c o s t s d u e t o e l e c t r i c a l u s e h a v e b e e n d e v e l o p e d f r o m H o f f m a n e t a l

. ( 2 0 0 6 )

.

T h e e l e c t r i c a l u s e i s a s s u m e d t o b e 0

. 0 0 0 8 k W

- h r / b b l o f w a t e r p r e t r e a t e d ( E q u a t i o n 3

. 1 3 )

.

e l e c p r e e l e c C o s t 0

. 0 0 0 8 O C

⋅ =

− ( 3

. 1 3 )2 2

T h e c o s t a s s o c i a t e d w i t h p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e ( K M n O 4 ) d e m a n d i s d e p e n d e n t o n t h e

i r o n a n d m a n g a n e s e c o n c e n t r a t i o n o f t h e p r o d u c e d w a t e r

, a n d t h e c o s t o f p o t a s s i u m

p e r m a n g a n a t e

. T h e d e m a n d i s f o u n d w i t h E q u a t i o n 3

. 1 0

. T h e o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t

a s s o c i a t e d w i t h p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e i s t h e n t h e d e m a n d m u l t i p l i e d b y t h e u n i t c o s t o f

p o t a s s i u m p e r m a n g a n a t e

, $ 3

. 8 0 / l b ( C h e m i s t r y S t o r e

, 2 0 0 7 )

, a n d c o n v e r s i o n f a c t o r s ( E q u a t i o n

3

. 1 4 )

.

   

⋅  



 

 

⋅   



  

 

⋅ =

− b b l L 1 5 9

m g 1

, 0 0 0 g r a m 1

l b g r a m s 4 5 4 l b $ 3

. 8 0

D e m a n d K M n O O C

4

p r e c h e m ( 3

. 1 4 )

G r e e n s a n d i s a s s u m e d t o n e e d r e p l a c e d e v e r y t e n y e a r s

. T h e c o s t a s s o c i a t e d w i t h

g r e e n s a n d r e p l a c e m e n t i s c o n s i d e r e d c o n s t a n t a n d e q u a l t o $ 0

. 0 0 0 2 / b b l ( H o f f m a n

, e t a l

. , 2 0 0 6 )

.

L a b o r i s t h e f

i n a l c o s t a s s o c i a t e d w i t h i r o n r e m o v a l

. H o f f m a n e t a l

. ( 2 0 0 6 ) f

o u n d t h a t t h e

c o s t d u e t o l a b o r i s $ 0

. 0 0 3 / b b l

. T h i s i s u s e d t o d e t e r m i n e t h e o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s

a s s o c i a t e d w i t h g r e e n s a n d p r e t r e a t m e n t

.

3

. 2

. 4 A c i d A d d i t i o n

A c i d a d d i t i o n a s a p r e t r e a t m e n t m a y b e n e c e s s a r y i f a m e m b r a n e t e c h n o l o g y ( r e v e r s e

o s m o s i s a n d / o r e l e c t r o d i a l y s i s ) i s b e i n g u s e d

. W a t e r s c o n t a i n i n g l a r g e a m o u n t s o f a l k a l i n i t y h a v e

t h e p o t e n t i a l t o f

o u l m e m b r a n e s

. F o u l i n g o c c u r s w h e n c a l c i u m c a r b o n a t e o r o t h e r c h e m i c a l s

p r e c i p i t a t e a n d i m p e d e t h e f l o w o f w a t e r t h r o u g h t h e m e m b r a n e s

. C h e m i c a l p r e c i p i t a t i o n o c c u r s

d u e t o a c o n c e n t r a t i o n g r a d i e n t t h a t f o r m s b e t w e e n t h e m e m b r a n e a n d t h e s o l u t i o n

. T h e h i g h e s t

c o n c e n t r a t i o n s f

o r m c l o s e s t t o t h e m e m b r a n e a n d p r e c i p i t a t e s f o r m i f t h e c o n c e n t r a t i o n e x c e e d s

t h e c h e m i c a l ’ s w a t e r s o l u b i l i t y

. T h e s o l i d p r e c i p i t a t e t h e n c l o g s t h e p o r e s p a c e s o f t h e m e m b r a n e

w h i c h r e d u c e s t h e w a t e r f l u x t h r o u g h t h e m e m b r a n e ( G w o n e t a l

. , 2 0 0 3 )

. T h i s p h e n o m e n o n i s

k n o w n a s c o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n

, a n d w i l l d e c r e a s e t h e o p e r a t i o n a l l i f e o f t h e m e m b r a n e s

.2 3

A c i d i s t y p i c a l l y a d d e d t o t h e w a t e r t o r e d u c e t h e r i s k o f c o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n o c c u r r i n g t o

t h e d e g r e e t h a t w i l l c a u s e u n d e s i r a b l e a f f e c t s ( M e t c a l f a n d E d d y

, 2 0 0 3 )

. A c i d s c o n s u m e

a l k a l i n i t y

, t h e r e f

o r e d e c r e a s i n g t h e p o s s i b i l i t y o f p r e c i p i t a t e f o r m a t i o n

.

T h e d o m i n a n t c o n t r i b u t o r t o a l k a l i n i t y i n P R B C B M w a t e r s i s b i c a r b o n a t e ( H C O 3 - )

b e c a u s e t h e p H r a n g e f

o r t h e s e w a t e r s i s 6

. 8 t o 7

. 7

. T h e c h e m i s t r y f o r b i c a r b o n a t e c o n s u m p t i o n

b y s u l f u r i c a c i d ( H 2 S O 4 ) i s i l l u s t r a t e d i n E q u a t i o n s 3

. 1 5 a n d 3

. 1 6

.

2 H C O 3 - + H 2 S O 4  2 H 2 C O 3 + S O 4 2

- ( 3

. 1 5 )

H 2 C O 3 + H 2 O  C O 2 + 2 H 2 O ( 3

. 1 6 )

T h e s t o i c h i o m e t r y o f E q u a t i o n 3

. 1 5 s h o w s t h a t o n e m o l e o f s u l f u r i c a c i d c o n s u m e s t w o m o l e s o f

b i c a r b o n a t e

. T h i s a l l o w s f

o r t h e a p p r o x i m a t e a c i d d o s e t o b e c a l c u l a t e d f o r a s p e c i f

i c w a t e r i n

m o l e s / L

. O n c e t h e m o l e s o f a c i d r e q u i r e d i s k n o w n t h e m a s s o f a c i d r e q u i r e d c a n b e c a l c u l a t e d

.

T h i s p r o c e d u r e i s o u t l i n e d i n E q u a t i o n 3

. 1 7 f o r w a t e r w i t h a b i c a r

b o n a t e c o n c e n t r a t i o n e x p r e s s e d

i n u n i t s o f m g / L a n d E q u a t i o n 3

. 1 8 f o r w a t e r w i t h a b i c a r

b o n a t e c o n c e n t r a t i o n e x p r e s s e d i n u n i t s

o f m g / L a s c a l c i u m c a r

b o n a t e ( C a C O 3 )

.



## [ ]  



 

 

 



 

 

⋅  

   

⋅ =

4 2 4 2

3 4 2

3 4 2 S O H m m o l S O H m g 9 8

H C O m o l 2 S O H m o l 1

m g 6 1 m m o l 1 H C O D o s e S O H ( 3

. 1 7 )

g m g 1 0 0 0

S O H L S O H g 1

, 8 3 6

m e q 3 6

, 7 0 0 S O H L

5 0 m g 1 m e q A l k D o s e S O H

4 2 4 2 4 2

4 2 ⋅  



 

 

 

   

⋅  

   

⋅ = ( 3

. 1 8 )

W h e r e

, H 2 S O 4 D o s e i s t h e s u l f u r i c a c i d d o s e ( m g / L )

, A l k i s t h e b i c a r b o n a t e c o n c e n t r a t i o n ( m g / L

a s C a C O 3 )

, 3 6 7 0 0 a n d 1 8 3 6 a r e t h e e q u i v a l e n t c o n c e n t r a t i o n ( m e q / L ) a n d d e n s i t y ( g / L ) f o r 9 8 %

p u r e s u l f u r i c a c i d

, r e s p e c t i v e l y ( D O W

, 2 0 0 5 )

. O n c e t h e a c i d d o s e i s k n o w n t h e c o s t o f a c i d

p r e t r e a t m e n t c a n b e f

o u n d b y m u l t i p l y i n g t h e a c i d d o s e b y t h e u n i t p r i c e o f a c i d

.2 4

H y d r o c h l o r i c a c i d ( H C l ) o r o t h e r a c i d s m a y a l s o b e u s e d

. T h e h y d r o c h l o r i c a c i d d o s e h a s

b e e n f o u n d a s a f

u n c t i o n o f t h e s u l f

u r i c a c i d d o s e b y a s s u m i n g s u l f u r i c a c i d i s 9 8 % p u r e ( E E T

,

2 0 0 6 ) a n d h y d r o c h l o r i c a c i d i s 3 6 % p u r e ( B e a g l e

, 2 0 0 7 ) ( E q u a t i o n 3

. 1 9 )

.

D o s e S O H 1

. 9 6 D o s e H C l

4 2 × = ( 3

. 1 9 )

H y d r o c h l o r i c a c i d m a y b e u s e d i f c a l c i u m s u l f a t e p r e c i p i t a t i o n i s a c o n c e r n

, a l t h o u g h t h i s

i s n o t l i k e l y i n P R B w a t e r s b e c a u s e o f l o w c a l c i u m c o n c e n t r a t i o n s ( m u c h l e s s t h a n 1 0 0 m g / L )

.

C a l c i u m s u l f

a t e i s 1 3 6 t i m e s m o r e s o l u b l e i n w a t e r t h a n c a l c i u m c a r b o n a t e

, 2

. 0 4 g / L f

o r c a l c i u m

s u l f a t e a n d 0

. 0 1 5 g / L f

o r c a l c i u m c a r

b o n a t e a t 2 0 o C ( L e n n t e c h W a t e r T r e a t m e n t a n d A i r

P u r i f i c a t i o n

, 2 0 0 6 )

. T h e c h e m i s t r y o f t h e w a t e r s h o u l d b e i n v e s t i g a t e d b e f o r e d e c i d i n g w h i c h

a c i d t o u s e

.

T h e u s e o f a c i d i s n o t l i m i t e d t o p r e t r e a t m e n t

. S o m e t e c h n o l o g i e s r e q u i r e t h e u s e o f a c i d

t o r e g e n e r a t e r e s i n s a n d c l e a n t e c h n o l o g y s p e c i f i c c o m p o n e n t s

. O t h e r u s e s o f a c i d w i l l b e

d i s c u s s e d i n t h e f

o l l o w i n g s e c t i o n s

.

3

. 3 R e v e r s e O s m o s i s

3

. 3

. 1 O v e r v i e w

R e v e r s e o s m o s i s ( R O ) i s a d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y t h a t r e m o v e s c o n s t i t u e n t s f r o m

w a t e r b y f

o r c i n g w a t e r t h r o u g h a s e m i

- p e r m e a b l e m e m b r a n e

. T h i s i s d o n e b y e x e r t i n g a p r e s s u r e

o n t h e w a t e r t h a t i s g r e a t e r t h a n t h e o s m o t i c p r e s s u r e o f t h e w a t e r

.

T h e o s m o t i c p r e s s u r e o f a s o l u t i o n i s r e l a t e d t o t h e T D S c o n c e n t r a t i o n o f t h e s o l u t i o n

.

W h e n t w o s o l u t i o n s h a v i n g d i f f e r e n t T D S c o n c e n t r a t i o n s a r e s e p a r a t e d b y a s e m i

- p e r m e a b l e

m e m b r a n e

, a d i f

f e r e n c e i n c h e m i c a l p o t e n t i a l w i l l e x i s t a c r o s s t h e m e m b r a n e

. W a t e r w i l l d i f f u s e

f r o m t h e s i d e o f t h e m e m b r a n e w i t h l o w e r T D S c o n c e n t r a t i o n t o t h e s i d e w i t h h i g h e r T D S2 5

c o n c e n t r a t i o n

, a t t e m p t i n g t o e q u a l i z e t h e c h e m i c a l p o t e n t i a l

. T h i s p r o c e s s i s t e r m e d o s m o s i s a n d

t h e f l o w f r o m o n e s i d e o f t h e m e m b r a n e t o t h e o t h e r w i l l c o n t i n u e u n t i l t h e c h e m i c a l p o t e n t i a l i s

e q u a l o n e a c h s i d e o f t h e m e m b r a n e

. T h e e n d r e s u l t i s a p r e s s u r e d i f f e r e n t i a l b e t w e e n t h e t w o

s i d e s o f t h e m e m b r a n e

. T h i s p r e s s u r e d i f f e r e n t i a l i s t h e o s m o t i c p r e s s u r e o f t h e h i g h T D S

s o l u t i o n a n d c a n b e c a l c u l a t e d w i t h e q u a t i o n 3

. 2 0

. T h e p r o c e s s o f o s m o s i s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e

3

- 4 a

.

T

R C  T D S f

, ⋅ ⋅ = ( 3

. 2 0 )

W h e r e

,  i s t h e o s m o t i c p r e s s u r e o f t h e s o l u t i o n ( a t m )

, C f

, T D S T D S c o n c e n t r a t i o n o f t h e s o l u t i o n

( m o l / L )

, R i s t h e g a s c o n s t a n t ( 0

. 0 8 2 0 5 L a t m m o l

- 1 K - 1 ) a n d T i s t h e s o l u t i o n t e m p e r a t u r e ( K )

.

R e v e r s e o s m o s i s i s t h e o p p o s i t e o f o s m o s i s

. R e v e r s e o s m o s i s i s s i m p l y a p p l y i n g a

p r e s s u r e t o t h e h i g h T D S c o n c e n t r a t i o n s i d e o f t h e m e m b r a n e t h a t i s e q u a l t o o r g r e a t e r t h a n t h e

o s m o t i c p r e s s u r e

. T h i s c a u s e s w a t e r t o f l o w a c r o s s t h e m e m b r a n e t o t h e l o w e r T D S s i d e w h i c h

p r o d u c e s a l o w e r T D S p e r m e a t e

, a n d a c o n c e n t r a t e d b r i n e s t r e a m

. T h i s p r o c e s s i s i l l u s t r a t e d i n

F i g u r e 3

- 4 b

.

F i g u r e 3

- 4 : R e v e r s e o s m o s i s t r e a t m e n t p r o c e s s

.  i s t h e o s m o t i c p r e s s u r e o f t h e h i g h T D S

s o l u t i o n a n d P i s a n e x t e r n a l p r e s s u r e a p p l i e d t o t h e h i g h T D S s o l u t i o n

. a ) F o r O s m o s i s P i s

e q u a l t o a t m o s p h e r i c p r e s s u r e

. b ) F o r R e v e r s e o s m o s i s P i s a p r e s s u r e g r e a t e r t h a n 

. H i g h T D S L o w T D SMembrane H i g h T D S L o w T D SMembrane  P

a ) O s m o s i s :  P < B r i n e

b ) R e v e r s e O s m o s i s :  P >  P

2 6

A f t e r p r e t r e a t m e n t

, t h e w a t e r i s p r e s s u r i z e d w i t h h i g h p r e s s u r e p u m p s t o a p r e s s u r e

g r e a t e r t h a n t h e o s m o t i c p r e s s u r e o f t h e w a t e r

, 1 5

- 2 5 b a r f o r b r a c k i s h w a t e r a n d 5 4

- 8 0 b a r f o r

s e a w a t e r ( M i l l e r

, 2 0 0 3 )

. T h i s p r e s s u r e i s t e r m e d t h e f e e d p r e s s u r e

. T h e w a t e r i s t h e n f o r c e d

t h r o u g h a s e m i

- p e r m e a

b l e m e m b r a n e t h a t r e

j e c t s a p e r c e n t a g e o f t h e s a l t s i n t h e f e e d s o l u t i o n

.

R e j e c t e d s a l t s a r e t h e n r e m o v e d f r o m t h e s y s t e m i n a b r i n e

, a n d t h e c l e a n e d w a t e r i s d i s c h a r g e d

o r s t o r e d f

o r o t h e r u s e s

.

W i j m a n s a n d B a k e r ( 1 9 9 5 ) h a v e s h o w n t h a t R O i s a d i f f u s i o n l i m i t e d p r o c e s s i n w h i c h

t h e m o v e m e n t o f s o l u t e s a n d w a t e r a c r o s s t h e m e m b r a n e m a y b e d e s c r i b e d b y t h e s o l u t i o n

d i f f u s i o n m o d e l

, E q u a t i o n s 3

. 2 1 a n d 3

. 2 2

, r e s p e c t i v e l y

.



## ( ) π ∆ ∆

=

- P A J

i ( 3

. 2 1 )



# ( )

 j j o j C

- C B J

= ( 3

. 2 2 )

W h e r e

, J i a n d J

j a r e t h e w a t e r a n d s o l u t e f l u x

, r e s p e c t i v e l y ( k g / m 2 s )

, A i s t h e w a t e r p e r m e a b i l i t y

c o n s t a n t w h i c h i s m e m b r a n e s p e c i f i c ( s / m )

, **** P i s t h e p r e s s u r e a p p l i e d t o t h e f e e d s i d e o f t h e

m e m b r a n e ( k P a )

, ****  i s t h e o s m o t i c p r e s s u r e d i f f e r e n c e a c r o s s t h e m e m b r a n e ( k P a )

, B i s t h e

s o l u t e p e r m e a

b i l i t y c o n s t a n t w h i c h i s m e m b r a n e a n d s o l u t e s p e c i f i c ( m / s )

, C j o i s t h e s o l u t e

c o n c e n t r a t i o n o n t h e f

e e d s i d e o f t h e m e m b r a n e a n d C j   i s t h e s o l u t e c o n c e n t r a t i o n o n t h e e f f l u e n t

s i d e o f t h e m e m b r a n e ( k g / m 3 )

.

U p o n i n v e s t i g a t i o n o f t h e s o l u t i o n

- d i f f u s i o n m o d e l i t b e c o m e s e v i d e n t t h a t t h e m o v e m e n t

o f w a t e r t h r o u g h t h e m e m b r a n e i s d e p e n d e n t o n t h e o s m o t i c p r e s s u r e o f t h e f e e d s o l u t i o n

, t h e

p r e s s u r e a p p l i e d a n d t h e r a t e a t w h i c h w a t e r c a n d i f f u s e t h r o u g h t h e m e m b r a n e

. H o w e v e r

, t h e

m o v e m e n t o f s o l u t e s s u c h a s s a l t s t h r o u g h t h e m e m b r a n e i s d e p e n d e n t o n t h e s o l u t e

c o n c e n t r a t i o n a t t h e m e m b r a n e s u r f a c e o n e a c h s i d e o f t h e m e m b r a n e a n d t h e m e m b r a n e s p e c i f i c2 7

s o l u t e d i f f u s i v i t y

. T h e r e f

o r e

, t h e c h e m i c a l r e

j e c t i o n e f f i c i e n c y

, o r p e r c e n t o f a s p e c i f i c

c o n s t i t u e n t r e m o v e d f

r o m t h e w a t e r

, i s n o t 1 0 0 %

.

T h e c h e m i c a l r e

j e c t i o n e f f i c i e n c y f o r r e v e r s e o s m o s i s d e p e n d s p r i m a r i l y o n t h e

m e m b r a n e b e i n g u s e d ( Y o o n a n d L u e p t o w

, 2 0 0 5 ; D o w

, 2 0 0 5 )

. A r a n g e o f c h e m i c a l r e j e c t i o n

e f f i c i e n c i e s a r e s h o w n i n T a b l e 3

- 3

. T h e s e c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c i e s w e r e f

o u n d b y u s i n g

R O S A

, a r e v e r s e o s m o s i s d e s i g n p r o g r a m d e v e l o p e d b y D o w C h e m i c a l C o m p a n y

. T h i s p r o g r a m

g i v e s t h e u s e r t h e o p t i o n t o s e l e c t f r o m s e v e r a l d i f

f e r e n t D o w F I L M T E C TM m e m b r a n e s

. T a b l e 3

- 3

i s t h e r e s u l t o f r u n n i n g R O S A t e n d i f f e r e n t t i m e s u s i n g a d i f

f e r e n t m e m b r a n e e a c h t i m e

. T h e

s o u r c e w a t e r c h e m i s t r y i n p u t w a s P o w d e r R i v e r H i g h ( s e e T a b l e 2

- 1 ) a n d t h e s y s t e m w a s

d e s i g n e d w i t h 8 5 % w a t e r r e c o v e r y

. A v e r a g e v a l u e s f r o m T a b l e 3

- 3 a r e t h e a s s u m e d c h e m i c a l

r e j e c t i o n e f f i c i e n c i e s f

o r R O

.

T a b l e 3

- 3 : R e v e r s e O s m o s i s c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c i e s f

o r v a r i o u s c o n s t i t u e n t s

. D a t a w a s

d e v e l o p e d u s i n g R O S A s o f t w a r e a n d i s t h e a v e r a g e

, h i g h

, a n d l o w v a l u e s f r o m t e n d i f

f e r e n t

F I L M T E C TM m e m b r a n e s o p e r a t i n g a t 8 5 % r e c o v e r y w i t h a 4 4 0 6 m g / L f e e d T D S

. C o n s t i t u e n t A v e r a g e H i g h L o w

N H 4 + 9 2 % 9 8 % 8 9 %

K + 9 6 % 9 9 % 9 3 %

N a + 9 6 % 9 9 % 9 3 %

M g 2 + 9 7 % 9 9 % 9 5 %

C a 2 + 9 7 % 9 9 % 9 6 %

S r 2 + 9 7 % 9 9 % 9 6 %

B a 2 + 9 7 % 9 9 % 9 6 %

H C O 3 - 9 5 % 9 9 % 9 3 %

N O 3 - 4 8 % 7 5 % 3 2 %

C l

- 9 6 % 9 9 % 7 6 %

F - 9 5 % 9 9 % 9 2 %

S O 4 - 2 9 9 % 1 0 0 % 9 8 %

S i O 2 9 7 % 9 9 % 9 5 %

B o r o n 2 8 % 6 7 % 1 1 %

T D S 9 6 % 9 9 % 9 4 %

O t h e r 9 0 %2 8

3

. 3

. 2 W a t e r R e c o v e r y

W a t e r r e c o v e r y f

o r R O i s a f

u n c t i o n o f s e v e r a l v a r i a

b l e s

. T h e t y p e o f m e m b r a n e u s e d

,

f e e d p r e s s u r e

, n u m b e r o f m e m b r a n e s u s e d i n s e r i e s ( s t a g e s )

, a n d f e e d w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s a l l

h a v e a n i m p a c t o n t h e w a t e r r e c o v e r y

. A l l o f t h e s e v a r i a b l e s a r e i n t e r r e l a t e d a n d t h e d e s i g n o f a

s y s t e m i s g e n e r a l l y b a s e d o n t h e d e s i r e d p r o d u c t w a t e r r e c o v e r y

. T h i s h a s c a u s e d m a n y R O

m e m b r a n e m a n u f

a c t u r e r s t o d e v e l o p c o m p u t e r p r o g r a m s f o r t h e d e s i g n o f R O s y s t e m s

. A f e w o f

t h e s e p r o g r a m s a r e l i s t e d i n T a b l e 3

- 4

. T h e c o m p l e x i t y i n v o l v e d i n t h e d e s i g n o f a n R O s y s t e m i s

b e y o n d t h e s c o p e o f t h i s w o r k s o a n o t h e r m e t h o d f o r d e t e r m i n i n g w a t e r r e c o v e r y w a s u t i l i z e d

.

T a b l e 3

- 4 : R e v e r s e O s m o s i s s y s t e m d e s i g n p r o g r a m s b y m a n u f a c t u r e r

M a n u f a c t u r e r P r o g r a m

H y d r a n a u t i c s I M S D e s i g n

G E / O s m o n i c s W I N F L O W S TM

D o w R O S A

I D S C A R O L

T h r e e s o u r c e s o f d a t a w e r e u s e d t o f i n d a f u n c t i o n r e l a t i n g T D S t o w a t e r r e c o v e r y

. E E T

C o r p o r a t i o n p r o v i d e d a p l o t o f w a t e r r e c o v e r y v e r s u s i n f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n ( s e e A p p e n d i x

A

- R O F i g u r e A R O

- 1 )

. T h i s p l o t a s s u m e s a c o n s i s t e n t f e e d p r e s s u r e o f 8 0 0 p s i a n d t h e s a m e

e f f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n o f 5 0 0 m g / L

. T h e v a l i d i t y o f t h i s p l o t i s s o m e w h a t u n c e r t a i n b e c a u s e

t h e d a t a a r e f

r o m a p l o t c o m p a r i n g t h e r e c o v e r y o f H E E P M ( a t e c h n o l o g y p r o d u c e d b y E E T

C o r p o r a t i o n

, s e e s e c t i o n 3

. 6 ) t o a n R O s y s t e m

.

A n o t h e r s o u r c e o f d a t a w a s L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 )

. I n 1 9 9 7 L e i t n e r a n d

A s s o c i a t e s

, I n c

. c o n d u c t e d a s u r v e y o f s e v e r a l b r a c k i s h w a t e r d e s a l i n a t i o n p l a n t s i n t h e U n i t e d2 9

S t a t e s

. D a t a c o l l e c t e d i n c l u d e d : c a p i t a l c o s t

, l a b o r r e q u i r e m e n t s

, p r o c e s s c h e m i c a l c o s t s

, i n f l u e n t

a n d e f f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n s

, a n d w a t e r r e c o v e r y

. F i g u r e 3

- 5 w a s d e v e l o p e d f r o m L e i t n e r

a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) t o v a l i d a t e F i g u r e A R O

- 1

. T h e L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) d a t a d o n o t

s h o w a s t r o n g c o r r e l a t i o n b e t w e e n f e e d T D S a n d w a t e r r e c o v e r y f o r t h e r a n g e o f f

e e d T D S

c o n c e n t r a t i o n s b e t w e e n 5 0 a n d 7 0 0 0 m g / L

. B e c a u s e o n l y o n e d a t a p o i n t i s p r e s e n t b e y o n d 7 0 0 0

m g / L t h e a v e r a g e s a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n s w e r e f o u n d f o r f e e d T D S c o n c e n t r a t i o n s ( 1 9 0 2 ±

1 6 1 4 m g / L ) a n d w a t e r r e c o v e r y ( 7 9 ± 8 % ) f o r f e e d T D S c o n c e n t r a t i o n s b e t w e e n 5 0 a n d 7 0 0 0

m g / L

. T h e a v e r a g e a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n a r e p l o t t e d w i t h o t h e r d a t a s o u r c e s o n F i g u r e 3

- 6

.

y = - 0

. 0 0 1 5 x + 8 1

. 9 6 9

R 2

= 0

. 4 6 7 8

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

0 5 0 0 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 2 5 0 0 0

F e e d T D S

, m g / LWaterRecovery,%

F i g u r e 3

- 5 : R e v e r s e o s m o s i s w a t e r r e c o v e r y w i t h r e s p e c t t o i n f l u e n t T D S f

o r a v a r i e t y o f

e f f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n s

. A d a p t e d f r o m L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 )

.

T h e f i n a l s o u r c e o f R O w a t e r r e c o v e r y d a t a i s f r o m t h e P e t r o

- C a n a d a W i l d T u r k e y t w o

s t a g e R O p l a n t i n t h e P R B

. W i l d T u r k e y i s c u r r e n t l y o p e r a t e d b y S i e m e n s C o r p

. D u r i n g a v i s i t t o

t h e P R B

, J e f

f Y o u n g o f S i e m e n s i n f

o r m e d u s t h a t t h e p l a n t i s c u r r e n t l y t r e a t i n g w a t e r w i t h a n3 0

i n f l u e n t T D S o f 2 4 0 0 m g / L a t 9 5 % w a t e r r e c o v e r y ( Y o u n g

, 2 0 0 6 )

. T h e s e d a t a i n a d d i t i o n t o t h e

o t h e r d a t a s o u r c e s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 6

.

y = - 0

. 0 0 1 5 x + 1 0 0

R 2

= 1

y =

- 0

. 0 0 1 5 x + 9 5

. 1 4 9

R 2

= 0

. 8 3 5

4

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

0 5 0 0 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 2 5 0 0 0 3 0 0 0 0 3 5 0 0 0 4 0 0 0 0

F e e d T D S

, m

g / LWaterRecovery,% E

E T

, 2 0 0 6

Y o u n g

, 2 0 0 6

L e i t n e r a n d A s s o c

. , 1 9 9 7

L i n e a r ( E E T

, 2 0 0 6 )

L i n e a r ( C o m b i n e d )

F i g u r e 3

- 6 : R e v e r s e o s m o s i s w a t e r r e c o v e r y w i t h r e s p e c t t o i n f l u e n t T D S

. C o m b i n e d r e f e r s t o

t h e d a t a s e t c o n t a i n i n g a l l d a t a s o u r c e s

, w h i c h i n c l u d e s : E E T ( 2 0 0 6 )

, L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s

( 1 9 9 7 )

, a n d Y o u n g ( 2 0 0 6 )

. E E T ( 2 0 0 6 ) d a t a a s s u m e a n i n f l u e n t f e e d p r e s s u r e e q u a l t o 8 0 0 p s i f o r

a p r e d o m i n a t e l y N a C l f

e e d s o l u t i o n w h i l e m a i n t a i n i n g a c o n s t a n t e f f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n

e q u a l t o 5 0 0 m g / L

. T h e L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) p o i n t w i t h e r r o r b a r s c o r

r e s p o n d s t o t h e

a v e r a g e a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n o f T D S v a l u e s b e t w e e n 5 0 a n d 7 0 0 0 m g / L

.

E E T ( 2 0 0 6 )

, L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) a n d Y o u n g ( 2 0 0 6 ) d a t a

, a r e i l l u s t r a t e d i n

F i g u r e 3

- 6

. T h e s l o p e s o f t h e l i n e s i n F i g u r e 3

- 6 a r e t h e s a m e

, b u t t h e y

- i n t e r c e p t s a r e d i f f e r e n t

.

T h e y

- i n t e r c e p t f

o r t h e “ c o m b i n e d ” d a t a i s a p p r o x i m a t e l y 9 5 % w h i l e t h a t f o r t h e E E T C o r

p

. d a t a

i s 1 0 0 %

. T h e E E T C o r

p

. d a t a a r e m o r e r e a l i s t i c b e c a u s e : ( a ) w a t e r w i t h a f e e d T D S e q u a l t o z e r o

w o u l d h a v e a w a t e r r e c o v e r y o f 1 0 0 % b e c a u s e n o b r i n e i s b e i n g p r o d u c e d

, a n d ( b ) Y o u n g ( 2 0 0 6 )

d a t a a g r e e w e l l w i t h E E T ( 2 0 0 6 )

. T h e r e f o r e

, t h e E E T C o r

p

. d a t a a r e u s e d t o c a l c u l a t e t h e w a t e r

r e c o v e r y

. T h e w a t e r r e c o v e r y i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 2 3

.

T D S

- f r C 0

. 0 0 1 5

- 1 0 0 

⋅ = ( 3

. 2 3 )3 1

3

. 3

. 3 C a p i t a l C o s t s

R O c a p i t a l c o s t s h a v e b e e n d e t e r m i n e d w i t h t h e u s e o f d a t a c o l l e c t e d b y I n t e r n a t i o n a l

C o n s u l t a n t s e t a l

. ( 2 0 0 0 ) a n d B e a r d s l e y e t a l

. ( 1 9 9 4 )

. I n t e r n a t i o n a l C o n s u l t a n t s e t a l

. ( 2 0 0 0 )

d e v e l o p e d R O c a p i t a l c o s t s w i t h t h e W A T E R C O $ T M o d e l a n d W a t e r M o d e l ; w h i l e B e a r d s l e y e t

a l

. ( 1 9 9 4 ) a t t a i n e d e s t i m a t e s f r o m U S F i l t e r a n d G l e g g W a t e r C o n d i t i o n i n g

. A l l c a p i t a l c o s t d a t a

c o l l e c t e d f

r o m t h e s e s o u r c e s h a v e b e e n a d j u s t e d t o J a n u a r y 2 0 0 7 U

. S

. d o l l a r s b y u s i n g t h e

E n g i n e e r i n g N e w s

- R e c o r d c o n s t r u c t i o n c o s t i n d i c e s

. T h e s e d a t a a r e l o c a t e d i n A p p e n d i x A

- R O

a n d a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s 3

- 7 a n d 3

- 8

.

y = 2 1

. 8 4 4 x + 2 E + 0 6

R 2 = 0

. 9 9 9

$ 0 $ 3 0

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 6 0

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 9 0

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 2 0

, 0 0 0

, 0 0 0

0 1

, 0 0 0

, 0 0 0 2

, 0 0 0

, 0 0 0 3

, 0 0 0

, 0 0 0 4

, 0 0 0

, 0 0 0 5

, 0 0 0

, 0 0 0CapitalCost

F e e d W a t e r F l o w R a t e , b b l

/ d a y

F i g u r e 3

- 7 : D a t a d e v e l o p e d b y I n t e r n a t i o n a l C o n s u l t a n t s e t a l

. ( 2 0 0 0 ) w i t h W A T E R C O $ T

M o d e l

. T h i s d a t a i s u s e d t o c a l c u l a t e R O c a p i t a l c o s t s f o r f e e d w a t e r f

l o w r a t e s g r e a t e r t h a n

5 4 3 2 7 b b l / d a y

.

R O c a p i t a l c o s t s a r e d e p e n d e n t o n t h e f e e d w a t e r f

l o w r a t e

. E c o n o m i e s o f s c a l e b e c o m e

a p p a r e n t a t a f

e e d w a t e r f

l o w r a t e e q u a l t o 5 4 3 2 7 b b l / d a y b a s e d o n t h e d a t a p r e s e n t e d

. R O c a p i t a l

c o s t s a r e c a l c u l a t e d w i t h t h e f u n c t i o n s o n F i g u r e s 3

- 7 a n d 3

- 8

, E q u a t i o n s 3

. 2 4 a n d 3

. 2 5

.3 2 1 0 1 0 0 6 Q 5 6

. 7 9 9 C C

f R O +

⋅ = Q f 5 4 3 2 7 b b l / d a y ( 3

. 2 4 )

2 0 0 0 0 0 0 Q 2 1

. 8 4 4 C C

f R O +

⋅ = Q f > 5 4 3 2 7 b b l / d a y ( 3

. 2 5 )

W h e r e

, C C R O i s t h e c a p i t a l c o s t o f a r e v e r s e o s m o s i s s y s t e m ( $ ) a n d Q f i s t h e f e e d w a t e r f

l o w r a t e

( b b l / d a y )

.

y = 5 6

. 7 9 9 x + 1 0 1 0 0 6

R 2

= 0

. 9 8 3 6 y = 2 1

. 8 4 4 x + 2 E + 0 6

R 2 = 0

. 9 9 9

$ 0 $ 1

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 2

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 3

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 4

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 5

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 6

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 7

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 8

, 0 0 0

, 0 0 0

0 5 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1 5 0

, 0 0 0 2 0 0

, 0 0 0 2 5 0

, 0 0 0CapitalCost

F e e d W a t e r F l o w R a t e , b b l / d a y B e a r d s l e y e t a l

. , 1 9 9 4

I n t e r n a t i o n a l C o n s u l t a n t s e t a l

. , 2 0 0 0 ( W A T E R C O $ T M o d

e l )

I n t e r n a t i o n a l C o n s u l t a n t s e t a l

. , 2 0 0 0 ( W a t e r M o d e l )

Q < = 5 4 3 2 7 b b l / d a

y

Q > 5 4 3 2 7 b b l / d a

y

F i g u r e 3

- 8 : R e v e r s e O s m o s i s C a p i t a l C o s t s

. A d a p t e d f r o m I n t e r n a t i o n a l C o n s u l t a n t s e t a l

. ( 2 0 0 0 ) a n d B e a r d s l e y e t a l

. ( 1 9 9 4 )

. Q > 5 4 3 2 7 b b l / d a y i s f o r f e e d w a t e r f

l o w s g r e a t e r t h a n 5 4 3 2 7

b b l / d a y a n d Q < 5 4 3 2 7 b b l / d a y i s f o r f e e d w a t e r f

l o w s l e s s t h a n o r e q u a l t o 5 4 3 2 7 b b l / d a y

.

3

. 3

. 4 O p e r a t i n g a n d M a i n t e n a n c e C o s t s

R O o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s i n c l u d e : e l e c t r i c i t y

, l a b o r

, c h e m i c a l s

, a n d m e m b r a n e

a n d m i s c e l l a n e o u s p a r t s r e p l a c e m e n t

. T h e m e t h o d s u s e d t o a p p r o x i m a t e t h e s e c o s t s a r e o u t l i n e d

b e l o w

. T h e t o t a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r R O i s c a l c u l a t e d u s i n g E q u a t i o n 3

. 2 6

.

O C R O = O C

e l e c

- R O + O C l a b o r

- R O + O C

c h e m

- R O + O C

m e m

- R O + O C

p a r t s

- R O ( 3

. 2 6 )3 3

W h e r e

, O C R O i s t h e t o t a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r R O ( $ / b b l )

, O C

e l e c

- R O i s t h e

e l e c t r i c a l c o s t ( $ /

b b l )

, O C l a b o r

- R O i s t h e c o s t d u e t o l a b o r ( $ / b b l )

, O C

c h e m

- R O i s t h e c h e m i c a l c o s t

( $ / b b l )

, O C

m e m

- R O i s t h e m e m b r a n e r e p l a c e m e n t c o s t ( $ / b b l )

, a n d O C

p a r t s

- R O i s m i s c e l l a n e o u s p a r t s

r e p l a c e m e n t c o s t ( $ /

b b l )

.

R O r e q u i r e s e l e c t r i c i t y f

o r h i g h p r e s s u r e p u m p s t h a t i m p a r t e n e r g y t o t h e w a t e r

. T a y l o r

a n d J a c o b s ( 1 9 9 6 ) h a v e d e v e l o p e d e q u a t i o n s t h a t r e l a t e t h e t h e o r e t i c a l a m o u n t o f e n e r g y r e q u i r e d

t o f e e d w a t e r T D S

, p e r m e a t e T D S

, c o n c e n t r a t e T D S

, w a t e r r e c o v e r y

, m e m b r a n e w a t e r

p e r m e a b i l i t y

, a n d o t h e r s y s t e m p a r a m e t e r s

. T h i s m e t h o d w a s u s e d t o d e t e r m i n e t h e e l e c t r i c a l

r e q u i r e m e n t f

o r a R O s y s t e m

. T h i s m e t h o d

, a s s u m p t i o n s

, a n d e q u a t i o n s a r e p r e s e n t e d i n

A p p e n d i x A

- R O

. T h e r e s u l t s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 9

.

D a t a d e v e l o p e d f

r o m t h e T a y l o r a n d J a c o b s ( 1 9 9 6 ) m e t h o d w a s t h e n v e r i f i e d b y

c o m p a r i n g t h e m t o L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) d a t a ( s e e A p p e n d i x A

- R O F i g u r e A R O

- 2 )

.

T h i s w a s d o n e b y f

i n d i n g t h e a v e r a g e s a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n s f o r t h e f e e d T D S ( 1 6 2 7 ± 1 4 7 1

m g / L ) a n d e l e c t r i c a l r e q u i r e m e n t ( 0

. 1 9 ± 0

. 0 7 k W

- h r / b b l ) f r o m L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 )

.

L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) a v e r a g e s a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n s a r e i l l u s t r a t e d o n F i g u r e 3

- 9 w i t h

e r r o r b a r s

. S i n c e t h e L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) d a t a a r e o n t h e l i n e d e v e l o p e d u s i n g t h e

T a y l o r a n d J a c o b s ( 1 9 9 6 ) m e t h o d

, t h e e q u a t i o n d e v e l o p e d f r o m t h e T a y l o r a n d J a c o b s ( 1 9 9 6 )

m e t h o d i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e e l e c t r i c a l r e q u i r e m e n t f o r R O

. T h e c o s t o f e l e c t r i c i t y f o r R O i s

c a l c u l a t e d w i t h e q u a t i o n 3

. 2 7

.



# ( )

( )

e l e c

T D S f

, 5

-

R O

- e l e c C o s t C 1 0 3 e x p 0

. 1 7 5 3 O C

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ( 3

. 2 7 )

W h e r e

, O C

e l e c i s t h e o p e r a t i n g c o s t d u e t o e l e c t r i c i t y ( $ / b b l )

, C f

, T D S i s t h e f

e e d T D S c o n c e n t r a t i o n

( m g / L )

, a n d C o s t

e l e c i s t h e u n i t c o s t o f e l e c t r i c i t y ( $ / k W

- h r )

.3 4 y = 0

. 1 7 5 3 e 3 E

- 0 5 x

R 2

= 0

. 9 9 7 1

0

. 0 0 0 0 0

. 1 0 0 0 0

. 2 0 0 0 0

. 3 0 0 0 0

. 4 0 0 0 0

. 5 0 0 0 0

. 6 0 0 0

0 5 0 0 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 2 5 0 0 0 3 0 0 0 0 3 5 0 0 0 4 0 0 0 0

F e e d T D S

, m

g / L T a y

l o r a n d J a c o b s

, 1 9 9 6

L e i t n e r a n d A s s o c

. , 1 9 9 7ElectricalUse,kW-hr/bbl

F i g u r e 3

- 9 : E l e c t r i c a l e n e r g y r e q u i r e m e n t w i t h r e s p e c t t o f e e d T D S f

o r r e v e r s e o s m o s i s

. D e v e l o p e d u s i n g t h e T a y l o r a n d J a c o b s ( 1 9 9 6 ) m e t h o d ( s e e A p p e n d i x A

- R O )

.

T h e l a b o r r e q u i r e m e n t f

o r a R O s y s t e m h a s b e e n d e v e l o p e d f r o m L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s

( 1 9 9 7 )

, a n d i s a s s u m e d t o b e 1 f u l l t i m e e m p l o y e e p e r 1 1

, 6 8 2 b b l o f f e e d w a t e r p e r d a y

. T h e c o s t

f o r a n e m p l o y e e ( C o s t

e m p l o y e e ) i s a s s u m e d t o b e $ 5 0

, 0 0 0 / y r

. T h e c o s t o f l a b o r p e r b a r r e l o f f e e d

w a t e r ( C L a b o r

- R O ) i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 2 8

.

e m p l o y e e R O

- L a b o r C o s t d a y 3 6 5 y r 1

d a y b b l 1 1

, 6 8 2 e m p l o y e e 1 O C

⋅  



 

 

⋅    



   

 

= ( 3

. 2 8 )

E q u a t i o n 3

. 2 8 s h o w s t h a t O C L a b o r

- R O i s i n d e p e n d e n t o f t h e f l o w r a t e

. T h e r e f

o r e

, t h e c o s t o f l a b o r

i s c o n s i d e r e d f

i x e d a n d e q u a l t o $ 0

. 0 1 2 / b b l

.

C h e m i c a l u s a g e i s a f

u n c t i o n o f t h e f

e e d w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s

. C h e m i c a l s t h a t m a y b e

r e q u i r e d a r e a c i d s a n d a n t i s c a l a n t s

. A c i d s m a y b e n e c e s s a r y t o c o n s u m e a l k a l i n i t y a s d e s c r i b e d i n3 5

p r e t r e a t m e n t

. A n t i s c a l a n t s m a y b e n e c e s s a r y t o p r e v e n t f u r t h e r s c a l e f

o r m a t i o n o n t h e

m e m b r a n e s

. D u e t o t h e p r o p r i e t a r y n a t u r e o f a n t i s c a l a n t s o n l y a c i d a d d i t i o n f o r t h e c o n s u m p t i o n

o f a l k a l i n i t y i s c o n s i d e r e d

.

T h e a m o u n t o f a c i d r e q u i r e d t o c o n s u m e a l l o f t h e a l k a l i n i t y i n t h e f e e d w a t e r i s

c a l c u l a t e d u s i n g t h e m e t h o d s d e v e l o p e d i n p r e t r e a t m e n t

. F i g u r e 3

- 1 0 w a s d e v e l o p e d b y u t i l i z i n g

E q u a t i o n s 3

. 1 7 a n d 3

. 1 8

. T h e f u n c t i o n d e v e l o p e d a n d i l l u s t r a t e d o n F i g u r e 3

- 1 0 i s u s e d t o

d e t e r m i n e t h e a m o u n t o f s u l f u r i c a c i d r e q u i r e d t o c o n s u m e a l l o f t h e a l k a l i n i t y i n t h e f e e d w a t e r

.

E q u a t i o n 3

. 2 9 i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e c o s t o f a c i d p e r b a r r e l o f f e e d w a t e r

.

y = 2 E

- 0 7 x

0

. 0 0 0 0 0

. 0 0 0 5 0

. 0 0 1 0 0

. 0 0 1 5 0

. 0 0 2 0

0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0

F e e d A l k a l i n

i t y , m g / L a s C a C O 3TonsSulfuricAcidperbblwater

F i g u r e 3

- 1 0 : T o n s o f 9 8 % s u l f u r i c r e q u i r e d t o c o n s u m e a l l o f t h e a l k a l i n i t y i n t h e f e e d w a t e r



# ( )

a c i d

A l k f

, 7

R O

- c h e m C o s t

C 1 0 2 O C

⋅

⋅ × = − ( 3

. 2 9 )

W h e r e

, O C

c h e m

. - R O i s t h e c o s t o f a c i d p e r b a r r e l o f f e e d w a t e r ( $ /

b b l )

, C f

, A l k i s t h e f

e e d w a t e r

a l k a l i n i t y ( m g / L a s C a C O 3 ) a n d C o s t

a c i d i s t h e u n i t c o s t o f a c i d ( $ / T o n )

. T h i s f u n c t i o n c a n b e3 6

m o d i f i e d i f 3 6 % h y d r o c h l o r i c a c i d i s u s e d i n s t e a d o f 1 0 0 % s u l f u r i c a c i d b y m u l t i p l y i n g t h e r e s u l t

b y 1

. 9 6

.

M e m b r a n e r e p l a c e m e n t a n d m i s c e l l a n e o u s p a r t s r e p l a c e m e n t w e r e d e t e r m i n e d b y W a d e

( 2 0 0 1 )

. T h e c o s t o f m e m b r a n e r e p l a c e m e n t a n d m i s c e l l a n e o u s p a r t s a r e $ 0

. 0 1 7 / b b l a n d

$ 0

. 0 0 5 2 5 / b b l

, r e s p e c t i v e l y

.

3

. 3

. 5 E n e r g y R e c o v e r y a n d S a v i n g s

R O s y s t e m s c a n b e d e s i g n e d w i t h e n e r g y r e c o v e r y d e v i c e s t h a t c a n r e c o v e r e n e r g y f r o m

t h e w a t e r t h a t w o u l d o t h e r w i s e b e w a s t e d u p o n d i s c h a r g e

. T h e p r i m a r y m e t h o d o f e n e r g y

r e c o v e r y i s t h r o u g h t h e u s e o f e n e r g y r e c o v e r y t u r b i n e s ( E R T )

. A n E R T i s a n e l e c t r i c a l g e n e r a t o r

t h a t u s e s t h e e n e r g y o f t h e h i g h p r e s s u r e w a t e r t o t u r n a n i m p e l l e r

. T h e s e t u r b i n e s c a n r e c o v e r

e n e r g y f r o m t h e w a t e r a f

t e r i t h a s b e e n t r e a t e d

. T h i s i s p o s s i b l e d u e t o t h e w a t e r f l o w i n g a t

v e l o c i t i e s c a p a b l e o f t u r n i n g a t u r b i n e a f t e r t r e a t m e n t

.

O n c e t h e w a t e r i s p r e s s u r i z e d a n d p u s h e d t h r o u g h t h e m e m b r a n e t h e w a t e r m a i n t a i n s a

f l o w r a t e e q u a l t o t h e d a i l y f l o w r a t e m i n u s t h e b r i n e f l o w r a t e

. D a r w i s h a n d A l

- N a j e m ( 1 9 9 9 )

f o u n d t h a t 4 4 4 k

W o f p o w e r c a n b e r e c o v e r e d f r o m a R O s y s t e m t h a t r e q u i r e s 1 6 3 3 k W w h e n

u s i n g E R T s t o r e c o v e r e n e r g y f r o m o n l y t h e b r i n e s t r e a m

. T h i s c o r r e l a t e s t o 2 7 % e n e r g y s a v i n g s

.

D u e t o t h e e n e r g y s a v i n g s a l o n e

, t h e u s e o f E R T s s h o u l d b e i n v e s t i g a t e d w h e n d e s i g n i n g a n R O

s y s t e m

. C o s t s a s s o c i a t e d w i t h t h e u s e o f E R T s h a v e n o t b e e n i n c l u d e d d u e t o t h e s e c o s t s b e i n g

b e y o n d t h e s c o p e o f t h i s w o r k

.3 7

3

. 4 I o n E x c h a n g e

3

. 4

. 1 O v e r v i e w

I o n e x c h a n g e i s t h e p r o c e s s o f e x c h a n g i n g i o n s t h a t a r e o n a n i n s o l u b l e e x c h a n g e m a t e r i a l

f o r i o n s t h a t a r e d i s s o l v e d i n s o l u t i o n ( M e t c a l f a n d E d d y

, 2 0 0 3 )

. T h i s p r o c e s s i s a n a d s o r p t i o n

p h e n o m e n o n w h e r e t h e m e c h a n i s m f o r a d s o r p t i o n i s p r i m a r i l y e l e c t r o s t a t i c ( W e b e r a n d D i G i a n o

,

1 9 9 6 )

. I o n s a r e h e l d b y e l e c t r o s t a t i c f o r c e s t o c h a r g e d f

u n c t i o n a l g r o u p s o n t h e s u r f a c e o f t h e i o n

e x c h a n g e m a t e r i a l ( A W W A

, 1 9 9 0 )

. A s w a t e r

, w h i c h c o n t a i n s i o n s

, c o n t a c t s t h e r e s i n

, i o n s o n t h e

r e s i n a r e e x c h a n g e d f

o r i o n s i n t h e w a t e r

. T h i s p r o c e s s h a s b e e n u s e d i n w a t e r a n d w a s t e w a t e r

t r e a t m e n t f

o r : d e m i n e r a l i z a t i o n

, d e s a l t i n g

, h a r d n e s s r e m o v a l

, n u t r i e n t r e m o v a l

, a n d i n t h e

r e c o v e r y o f v a l u a b l e w a s t e p r o d u c t s ( R e y n o l d s

, 1 9 8 2 ; W e b e r a n d D i G i a n o

, 1 9 9 6 )

.

T h e e x c h a n g e m a t e r i a l c a n b e e i t h e r n a t u r a l l y o c c u r r i n g

, s u c h a s z e o l i t e s

, s o i l s

, e t c

. , o r a

s y n t h e t i c r e s i n

, a n d c a n r e m o v e e i t h e r c a t i o n s o r a n i o n s f r o m s o l u t i o n d e p e n d i n g o n t h e m a t e r i a l

u s e d ( R e y n o l d s

, 1 9 8 2 )

. C a t i o n e x c h a n g e m a t e r i a l s r e m o v e s o d i u m f r o m w a t e r a n d a r e t h e r e f

o r e

t h e f o c u s o f t h i s w o r k

. E q u a t i o n 3

. 3 0 s h o w s h o w t h i s p r o c e s s w o r k s f o r a c a t i o n e x c h a n g e

m a t e r i a l t h a t e x c h a n g e s h y d r o g e n i o n s o n t h e r e s i n f o r s o d i u m i o n s i n t h e w a t e r

.

R H + N a +

 R N a + H + ( 3

. 3 0 )

W h e r e

, R H i s a c a t i o n e x c h a n g e m a t e r i a l w i t h a h y d r o g e n i o n a t t a c h e d t o i t a n d R N a i s t h e

e x c h a n g e m a t e r i a l w i t h a s o d i u m i o n a t t a c h e d t o i t a f t e r t h e w a t e r h a s c o n t a c t e d t h e e x c h a n g e

m a t e r i a l

.

I n t h e c a s e d e p i c t e d a b o v e h y d r o g e n i o n s a r e r e l e a s e d i n t o t h e w a t e r

. T h e s e h y d r o g e n

i o n s w i l l c o n s u m e a l k a l i n i t y a n d g e n e r a t e c a r b o n d i o x i d e a s s h o w n i n E q u a t i o n s 3

. 1 5 a n d 3

. 1 6

.

I n t h i s c a s e i t i s n e c e s s a r y t o r e m o v e c a r b o n d i o x i d e f

r o m t h e w a t e r i f t h e r e s u l t i n g p H i s t o o l o w

f o r d i s c h a r g e ( R e y n o l d s

, 1 9 8 2 )

.3 8

T h e p r e v i o u s e x a m p l e i s t r u e f o r w a t e r t h a t c o n t a i n s o n l y s o d i u m a n d b i c a r b o n a t e

, b u t

t h e r e i s m o r e t h a n j u s t s o d i u m i n P R B C B M w a t e r s

. T h e p r e s e n c e o f o t h e r i o n s g i v e s w a y t o

c o m p e t i t i o n a m o n g i o n s t o a d s o r b t o t h e s u r f

a c e o f t h e e x c h a n g e m a t e r i a l

.

T h e d e g r e e t o w h i c h i o n e x c h a n g e o c c u r s f o r a c e r t a i n c o n s t i t u e n t i s r e l a t e d t o t h e i o n i c

s t r e n g t h o f t h a t c o n s t i t u e n t

. T h i s c o n c e p t i s b e s t d e s c r i b e d b y t h e i o n s e l e c t i v i t y c o e f f i c i e n t

.

T a b l e 3

- 5 l i s t s s e v e r a l i o n s e l e c t i v i t y c o e f f i c i e n t s f o r D o w G

- 2 6 s t r o n g a c i d c a t i o n e x c h a n g e

r e s i n

. T h e s e l e c t i v i t y c o e f f i c i e n t s a r e i n o r d e r o f t h e r e s i n s p r e f e r e n c e f o r a s p e c i f

i c i o n v e r s u s

h y d r o g e n ( w h i c h i s t h e o r i g i n a l i o n o n t h e r e s i n )

. F o r e x a m p l e : t h e s e l e c t i v i t y c o e f f i c i e n t f o r

s o d i u m v s

. h y d r o g e n i s 1

. 5 6 w h i l e c a l c i u m h a s a s e l e c t i v i t y c o e f f i c i e n t o f 4

. 0 6

. A s a r e s u l t

c a l c i u m i s s e l e c t i v e l y r e m o v e d b e f o r e s o d i u m

.

T a b l e 3

- 5 : I o n s e l e c t i v i t y c o e f f i c i e n t s f o r D o w G

- 2 6 R e s i n ( D o w

, 2 0 0 7 )

C o u n t e r I o n S e l e c t i v i t y C o e f f i c i e n t

L i + 0

. 7 9

H + 1

N a + 1

. 5 6

N H 4 + 2

. 0 1

K + 2

. 2 8

R b + 2

. 4 9

C s + 2

. 5 6

M g 2 + 2

. 5 9

Z n 2 + 2

. 7 3

C o 2 + 2

. 9 4

C u 2 + 3

. 0 3

C d 2 + 3

. 0 6

N i 2 + 3

. 0 9

C a 2 + 4

. 0 6

S r 2 + 5

. 1 3

P b 2 + 7

. 8

B a 2 + 9

. 0 63 9

3

. 4

. 2 P r o c e s s

I o n e x c h a n g e i s g e n e r a l l y p e r f o r m e d i n a v e s s e l c o n t a i n i n g i o n e x c h a n g e m a t e r i a l ( h e r e

o n r e f e r r e d t o a s r e s i n u n l e s s o t h e r w i s e n o t e d )

. W a t e r c o n t a c t s t h e i o n e x c h a n g e m a t e r i a l a t a

f l o w r a t e t h a t a l l o w s f

o r a d e q u a t e c o n t a c t t i m e w i t h t h e r e s i n t o a c h i e v e t h e d e s i r e d e f f l u e n t i o n

c o n c e n t r a t i o n

. T h e w a t e r i s t h e n b l e n d e d w i t h u n t r e a t e d w a t e r i f e x c e s s i v e i o n s w e r e r e m o v e d

,

a n d f i n a l l y d i s c h a r g e d o r s t o r e d f o r o t h e r u s e s

.

T h i s p r o c e s s c a n c o n t i n u e u n t i l t h e i o n e x c h a n g e m a t e r i a l r e a c h e s i t s c a p a c i t y ( e x h a u s t i o n

o r b r e a k t h r o u g h )

. T h i s i s t h e p o i n t a t w h i c h t h e i o n e x c h a n g e m a t e r i a l n o l o n g e r r e m o v e s t h e

t a r g e t i o n

, e

. g

. s o d i u m

, f

r o m t h e w a t e r

. W h e n b r e a k t h r o u g h o c c u r s t h e t a r g e t i o n b e c o m e s

p r e s e n t i n t h e e f

f l u e n t w a t e r a t c o n c e n t r a t i o n s g r e a t e r t h a n b e f o r e b r e a k t h r o u g h

. A t t h i s t i m e t h e

i o n e x c h a n g e m a t e r i a l i s e i t h e r d i s p o s e d o f o r r e g e n e r a t e d

.

R e g e n e r a t i o n i s t h e p r o c e s s o f r e m o v i n g i o n s f r o m t h e i o n e x c h a n g e m a t e r i a l t h a t w e r e

r e m o v e d f

r o m t h e w a t e r a n d r e s t o r i n g t h e o r i g i n a l i o n s t o t h e m a t e r i a l ( t h e o p p o s i t e o f E q u a t i o n

3

. 3 0 )

. R e g e n e r a t i o n i s p e r f o r m e d b y c o n t a c t i n g t h e r e s i n w i t h a s o l u t i o n w h i c h c o n t a i n s t h e

o r i g i n a l i o n

, r e g e n e r a n t ( R e y n o l d s

, 1 9 8 2 )

. T h e r e g e n e r a n t t y p i c a l l y c o n t a i n s a h i g h ( 1

- 1 0 % b y

w e i g h t ) c o n c e n t r a t i o n o f t h e o r i g i n a l i o n t o e n s u r e t h a t t h e r e s i n i s r e s t o r e d t o i t s o r i g i n a l s t a t e

( W a c h i n s k i

, 2 0 0 6 )

.

F o r s o d i u m r e m o v a l

, t h e r e g e n e r a n t s o l u t i o n m u s t c o n t a i n h y d r o g e n i o n s b e c a u s e

h y d r o g e n i o n s h a v e a l o w e r s e l e c t i v i t y t h a n s o d i u m i o n s

. T h e r e f o r e

, a n a c i d i s u s e d t o r e g e n e r a t e

t h e r e s i n w h e n s o d i u m i s t h e t a r g e t i o n ( D o w

, 2 0 0 7 )

. R e g e n e r a t i o n i s d e s c r i b e d b y E q u a t i o n 3

. 3 1

w h e n u s i n g s u l f

u r i c a c i d t o r e g e n e r a t e t h e m a t e r i a l u s e d i n E q u a t i o n 3

. 3 0

.

2 R N a + H 2 S O 4  2 R H + N a 2 S O 4 ( 3

. 3 1 )4 0

H y d r o c h l o r i c a c i d m a y a l s o b e u s e d t o r e g e n e r a t e t h i s r e s i n

. T h i s r e a c t i o n i s d e s c r i b e d b y

E q u a t i o n 3

. 3 2

.

R N a + H C l  R H + N a C l ( 3

. 3 2 )

O n a m o l a r b a s i s m o r e h y d r o c h l o r i c a c i d i s r e q u i r e d t h a n s u l f u r i c a c i d t o r e g e n e r a t e t h e

s a m e m a t e r i a l w h e n c o m p a r i n g E q u a t i o n s 3

. 3 1 t o 3

. 3 2

. H o w e v e r

, i o n e x c h a n g e c a p a c i t y i s n o t

e x p r e s s e d i n u n i t s o f m o l e s

, b u t i s r a t h e r e x p r e s s e d i n u n i t s o f e q u i v a l e n t s p e r l i t e r o f r e s i n

.

O n a n e q u i v a l e n t b a s i s m o r e s u l f u r i c a c i d i s r e q u i r e d t h a n h y d r o c h l o r i c a c i d

. T h i s i s b e c a u s e t h e

e q u i v a l e n t w e i g h t o f h y d r o c h l o r i c a c i d i s 3 6

. 5 g / e q w h i l e f o r s u l f u r i c a c i d t h e e q u i v a l e n t w e i g h t

i s 4 9 g / e q

. T h i s b e c o m e s i m p o r t a n t w h e n a s s e s s i n g t h e w a s t e s t r e a m g e n e r a t e d f r o m a n i o n

e x c h a n g e p r o c e s s

.

O v e r a l l t h e p r o c e s s o f i o n e x c h a n g e c o n s i s t s o f t h r e e s t e p s w h i c h a r e c a r r i e d o u t i n t h e

f o l l o w i n g o r d e r :

1 ) S e r v i c e : u n t r e a t e d w a t e r c o n t a c t s t h e r e s i n a n d t h e t a r g e t i o n s a r e r e m o v e d f r o m t h e

w a t e r

, a n d d i s p l a c e h y d r o g e n i o n s o n t h e r e s i n

.

2 ) R e g e n e r a t i o n : a n a c i d c o n t a c t s t h e r e s i n

, a n d h y d r o g e n i o n s d i s p l a c e t h e t a r g e t i o n s f r o m

t h e r e s i n

, t h u s r e s t o r i n g t h e r e s i n t o i t s o r i g i n a l s t a t e

.

3 ) R i n s e : w a t e r i s f

l u s h e d t h r o u g h t h e s y s t e m t o r e m o v e r e s i d u a l r e g e n e r a t i o n c h e m i c a l s

.

U p o n c o m p l e t i o n o f t h e r i n s e c y c l e t h e p r o c e s s s t a r t s b a c k a t s t e p 1

. T h i s p r o c e s s i s o u t l i n e d i n

F i g u r e 3

- 1 1 f

o r a d o w n w a r d f

l o w ( c o

- c u r

r e n t ) s e r v i c e c y c l e a n d u p w a r d f l o w ( c o u n t e r

- c u r r e n t )

r e g e n e r a t i o n c y c l e

. V a r i a b l e s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 1 1 a r e d e f i n e d i n T a b l e 3

- 6

.4 1 I o n

E x c h a n g e

R e s i n I o n

E x c h a n g e

R e s i n I o n

E x c h a n g e

R e s i n I o n

E x c h a n g e

R e s i n

Q

R Q

R

I o n

E x c h a n g e

R e s i n I o n

E x c h a n g e

R e s i n Q

r

Q

r I o n

E x c h a n g e

R e s i n I o n

E x c h a n g e

R e s i n Q

f

C

f

Q

f

C

t Q

f

C

t 1 2 3

C

t < C

t a r g e t C

t C

t a r g e t

C

R

- i n C

r

- o u t C

R

- o u t

R e g e n e r a t i o n R i n s e

C

r

- i n Q

f

C

f

1 1

F i g u r e 3

- 1 1 : S c h e m a t i c a n d s e r v i c e c y c l e f o r i o n e x c h a n g e p r o c e s s w i t h c o

- c u r r e n t s e r v i c e c y c l e

a n d c o u n t e r

- c u r r e n t r e g e n e r a t i o n

. N u m b e r s a n d v a r i a b l e s a r e d e s c r i b e d i n t e x t a n d T a b l e 3

- 6

,

r e s p e c t i v e l y

.

T a b l e 3

- 6 : V a r i a b l e s o u t l i n e d i n F i g u r e 3

- 1 1

V a r i a b l e D e f i n i t i o n U n i t s

Q f F e e d w a t e r f l o w r a t e L / d

C f F e e d i o n c o n c e n t r a t i o n m e q / L

C

t T r e a t e d w a t e r i o n c o n c e n t r a t i o n m e q / L

Q R R e g e n e r a n t f l o w r a t e L / d

C R

- i n I n f l u e n t r e g e n e r a n t c o n c e n t r a t i o n m e q / L

C R

- o u t E f f l u e n t r e g e n e r a n t c o n c e n t r a t i o n m e q / L

Q

r R i n s e w a t e r f l o w r a t e L / d

C

r

- i n I n f l u e n t r i n s e w a t e r c o n c e n t r a t i o n m e q / L

C

r

- o u t E f f l u e n t r i n s e w a t e r c o n c e n t r a t i o n m e q / L

3

. 4

. 3 D e s i g n R e q u i r e m e n t s

A s t r o n g a c i d c a t i o n e x c h a n g e r e s i n i s r e c o m m e n d e d f o r t h e r e m o v a l o f s o d i u m f r o m

P R B C B M w a t e r s ( D o w

, 2 0 0 7 )

. S u b s e q u e n t l y

, t h i s i s t h e t y p e o f r e s i n c u r r e n t l y b e i n g u s e d i n t h e

P R B b y E M I T a n d D r a k e ( B e a g l e

, 2 0 0 6 ; D r a k e

, 2 0 0 7 )

. D o w C h e m i c a l C o m p a n y r e c o m m e n d s

t h e i r G

- 2 6 s t r o n g

- a c i d c a t i o n e x c h a n g e r e s i n s p e c i f i c a l l y f o r t r e a t m e n t o f P R B C B M w a t e r s

( D o w

, 2 0 0 7 )

. T h e r e f

o r e

, D o w G

- 2 6 r e s i n w i l l b e u s e d i n t h i s a n a l y s i s

.4 2

D e s i g n r e q u i r e m e n t s f

o r a c a t i o n e x c h a n g e s y s t e m d e p e n d o n t h e r e s i n c a p a c i t y

, i n f l u e n t

c a t i o n c o n c e n t r a t i o n

, f

e e d w a t e r f

l o w r a t e

, d e s i r e d t i m e b e t w e e n r e g e n e r a t i o n s

, a n d v o l u m e o f

r e s i n

. T h e f

o l l o w i n g e q u a t i o n s a r e u s e d t o d e s i g n a n i o n e x c h a n g e s y s t e m :

R e s i n

c a t f

, w a t e r V

C R C V

⋅ ≤ ( 3

. 3 3 )

f w a t e r Q V

= ( 3

. 3 4 )

q A Q

v e s s e l f ⋅ = ( 3

. 3 5 )

R C C Q V c a t f

, f R e s i n ⋅ ⋅ = ( 3

. 3 6 )

W h e r e

, V

w a t e r i s t h e v o l u m e o f w a t e r t r e a t e d p e r s e r v i c e c y c l e ( L )

, R C i s t h e r e s i n c a p a c i t y ( 2 0 0 0

m e q / L o f r e s i n ( D o w

, 2 0 0 7 ) )

, C f

, c a t i s t h e t o t a l i n f l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n ( m e q / L )

, V R e s i n i s t h e

v o l u m e o f r e s i n t h a t c o n t a c t s t h e w a t e r ( L )

, i s t h e r u n t i m e o r t i m e b e t w e e n r e g e n e r a t i o n s ( d )

,

Q f i s t h e f e e d w a t e r f

l o w r a t e ( L

/ d o r m 3 / d a y )

, A

v e s s e l i s t h e a r e a o f t h e v e s s e l ( m 2 )

, a n d q i s t h e

s e r v i c e f l o w r a t e ( m

/ h )

.

3

. 4

. 3

. 1 R e g e n e r

a t i o n

T h e t h e o r e t i c a l a m o u n t o f r e g e n e r a n t r e q u i r e d t o r e g e n e r a t e t h e r e s i n i s 1 e q u i v a l e n t

r e g e n e r a n t p e r 1 e q u i v a l e n t c a t i o n r e m o v e d

. D o u g B e a g l e o f E M I T W a t e r D i s c h a r g e

T e c h n o l o g i e s r e c o m m e n d s 1

. 1 e q u i v a l e n t s r e g e n e r a n t p e r e q u i v a l e n t o f c a t i o n r e m o v e d ( B e a g l e

,

2 0 0 7 )

. T h i s w i l l b e u s e d t o d e t e r m i n e t h e v o l u m e o f r e g e n e r a n t r e q u i r e d

. T h e r e g e n e r a n t v o l u m e

r e q u i r e d p e r r e g e n e r a t i o n i s f o u n d u s i n g E q u a t i o n s 3

. 3 7 a n d 3

. 3 8

.

r e g e n r e g e n

E C o n

R e g e n e r a t i R e m o v e d C a t i o n s

1

. 1

o n R e g e n e r a t i V  



 

 

⋅ = ( 3

. 3 7 )4 3    

⋅  



 

 

⋅ ⋅ ⋅ = b b l g a l 4 2

g a l L 3

. 7 8 Q C

o n R e g e n e r a t i R e m o v e d C a t i o n s

f f

, c a t τ ( 3

. 3 8 )

W h e r e

, V

r e g e n i s t h e v o l u m e o f r e g e n e r a n t r e q u i r e d p e r r e g e n e r a t i o n t o r e s t o r e t h e r e s i n t o i t s

o r i g i n a l s t a t e ( L )

, E C

r e g e n i s t h e c o n c e n t r a t i o n o f t h e r e g e n e r a n t s o l u t i o n ( m e q / L )

, a n d

C a t i o n s R e m o v e d i s t h e e q u i v a l e n t s o f c a t i o n s r e m o v e d f r o m t h e w a t e r d u r i n g a s e r v i c e c y c l e o r

f r o m t h e m e d i a p e r r e g e n e r a t i o n ( m e q )

, a s s h o w n i n E q u a t i o n 3

. 3 8

.

A f t e r r e g e n e r a t i o n t h e r e s i n m u s t b e r i n s e d t o r e m o v e r e s i d u a l a c i d f r o m t h e r e s i n

. D o w

C h e m i c a l C o m p a n y r e c o m m e n d s u s i n g 3 t o 6 r e s i n v o l u m e s o f w a t e r p e r s e r v i c e c y c l e f o r

r i n s i n g ( D o w

, 2 0 0 7 )

. T h e a c t u a l v o l u m e r e q u i r e d w i l l v a r y b a s e d o n e f f l u e n t r e q u i r e m e n t s

. T h r e e

r e s i n v o l u m e s o f r i n s e w a t e r p e r s e r v i c e c y c l e i s u s e d i n t h i s a n a l y s i s

.

3

. 4

. 3

. 2 W a s t e s t r e a m

T w o w a s t e s t r e a m s a r e g e n e r a t e d f r o m a n i o n e x c h a n g e p r o c e s s

. T h e f i r s t w a s t e s t r e a m i s

d u e t o r e g e n e r a t i o n

. A s t h e r e g e n e r a n t c o n t a c t s t h e e x h a u s t e d r e s i n h y d r o g e n i o n s a d s o r b t o t h e

r e s i n a n d t h e i o n s t h a t w e r e o n t h e r e s i n e n t e r t h e r e g e n e r a n t

, a s d e s c r i b e d a b o v e

. T h e r e s u l t i s a

c o n c e n t r a t e d w a s t e s t r e a m

, b r i n e

. T h e v o l u m e o f b r i n e g e n e r a t e d i s a f u n c t i o n o f t h e t y p e o f a c i d

u s e d t o r e g e n e r a t e t h e b r i n e

, t h e c o n c e n t r a t i o n o f t h e a c i d u s e d

, i f w a t e r i s r e u s e d

, a n d m o s t

i m p o r t a n t l y t h e i n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n

. T h e s e c o n d w a s t e s t r e a m i s g e n e r a t e d a s a r e s u l t o f

r i n s i n g t h e r e s i n a f

t e r r e g e n e r a t i o n

. B o t h w a s t e s t r e a m s c o m b i n e d c o n s t i t u t e t h e t o t a l w a s t e

g e n e r a t e d f

r o m t h e i o n e x c h a n g e p r o c e s s E q u a t i o n 3

. 3 9

.

r i n s e r e g e n b r i n e V V V + = ( 3

. 3 9 )

W h e r e V b r i n e i s t h e v o l u m e o f b r i n e g e n e r a t e d p e r s e r v i c e c y c l e ( L )

, V

r e g e n i s t h e v o l u m e o f

r e g e n e r a n t u s e d t o r e g e n e r a t e t h e r e s i n ( L )

, a n d V

r i n s e i s t h e v o l u m e o f w a t e r u s e d t o r i n s e t h e

r e s i n a f t e r r e g e n e r a t i o n ( L )

.4 4

3

. 4

. 4 C o n f

i g u r a t i o n s

T h e r e a r e s e v e r a l d i f

f e r e n t i o n e x c h a n g e c o n f

i g u r a t i o n s

. T h e p r i m a r y d i f f e r e n c e b e t w e e n

e a c h c o n f i g u r a t i o n i n v o l v e s w h e n a n d w h e r e t h e r e s i n i s r e g e n e r a t e d

, h o w t h e w a t e r c o n t a c t s t h e

r e s i n

, a n d h o w t h e w a s t e s t r e a m i s m a n a g e d

.

3

. 4

. 4

. 1 R e g e n e r

a t i o n C o n f i g u r a t i o n s

T h e r e a r e t w o r e s i n r e g e n e r a t i o n c o n f i g u r a t i o n s o f i o n e x c h a n g e

, n o n

- c o n t i n u o u s b e d a n d

c o n t i n u o u s b e d

. N o n

- c o n t i n u o u s b e d i o n e x c h a n g e i s a p r o c e s s w h e r e a l l t h e s t e p s i n v o l v e d

o c c u r i n t h e s a m e v e s s e l a t d i f f e r e n t t i m e s

. T h i s p r o c e s s i s t y p i c a l l y d e s i g n e d b a s e d o n t h e

v o l u m e o f r e s i n r e q u i r e d t o a c h i e v e a c e r t a i n r u n t i m e o r t i m e b e t w e e n r e g e n e r a t i o n s ( W a c h i n s k i

,

2 0 0 6 )

. T h i s p r o c e s s a l s o r e q u i r e s a n a d d i t i o n a l v e s s e l t h a t i s c a p a b l e o f t r e a t i n g t h e w a t e r w h i l e

t h e o t h e r v e s s e l i s b e i n g r e g e n e r a t e d a n d r i n s e d

. T h e s e s y s t e m s a r e t y p i c a l l y l e s s c o m p l e x t h a n a

c o n t i n u o u s b e d s y s t e m

.

C o n t i n u o u s b e d i o n e x c h a n g e i n v o l v e s a l l s t e p s b e i n g p e r f o r m e d a t t h e s a m e t i m e i n

e i t h e r s e p a r a t e v e s s e l s ( D r a k e P r o c e s s )

, o r s e p a r a t e a r e a s o f t h e s a m e v e s s e l ( H i g g i n s l o o p )

. F l o w

r a t e i s t h e p r i m a r y d e s i g n v a r i a b l e b e c a u s e t h e r e s i n v o l u m e i s n o t d e p e n d e n t o n t h e r u n t i m e

.

T h e r e s u l t i s a s m a l l e r t r e a t m e n t a r e a a n d r e s i n v o l u m e b e i n g r e q u i r e d

, b u t i n c r e a s e d s y s t e m

c o m p l e x i t y ( W a c h i n s k i

, 2 0 0 6 )

.

T h e r e a r e c u r

r e n t l y t w o c o n t i n u o u s b e d c o n f i g u r a t i o n s

, t h e H i g g i n s l o o p a n d D r a k e

p r o c e s s

. T h e D r a k e P r o c e s s i n v o l v e s t h e s i m u l t a n e o u s m o v e m e n t o f w a t e r a n d r e s i n

. T h e p r o c e s s

b e g i n s b y d o s i n g t h e w a t e r w i t h a s p e c i f i c v o l u m e o f r e s i n

. T h e r e s i n d o s e a n d w a t e r

- r e s i n

c o n t a c t t i m e i s d e t e r m i n e d b y t h e r e q u i r e d c a t i o n r e m o v a l

. T r e a t e d w a t e r a n d r e s i n t h e n m o v e t o

a n o t h e r v e s s e l w h e r e t h e y a r e s e p a r a t e d a n d c a r b o n d i o x i d e i s r e m o v e d

. T h e r e s i n i s t h e n s e n t t o

a n o t h e r v e s s e l f

o r r e g e n e r a t i o n a n d r i n s i n g

. A f t e r r e g e n e r a t i o n t h e r e s i n i s r e t u r n e d t o t h e f i r s t4 5

v e s s e l t o t r e a t m o r e w a t e r

. T h i s p r o c e s s i s u n i n t e r r u p t e d

, m a k i n g i t c o n t i n u o u s b e d i o n e x c h a n g e

( D r a k e

, 2 0 0 7 )

.

T h e H i g g i n s l o o p c o n t i n u o u s b e d i o n e x c h a n g e s y s t e m c o n s i s t s o f p u l s i n g o r m o v i n g a

s m a l l p o r t i o n o f t h e r e s i n b e d o u t o f t h e m a i n c o l u m n t o a n o t h e r z o n e o f t h e v e s s e l f o r

r e g e n e r a t i o n a n d s i m u l t a n e o u s l y m o v i n g a r e g e n e r a t e d p o r t i o n b a c k t o t h e c o l u m n i n w h i c h

w a t e r i s b e i n g t r e a t e d

. T h e p r i m a r y d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e H i g g i n s l o o p a n d D r a k e P r o c e s s i s

t h a t t h e D r a k e P r o c e s s d o s e s t h e w a t e r w i t h r e s i n w h i l e t h e H i g g i n s l o o p a l l o w s w a t e r t o f l o w

t h r o u g h a r e s i n b e d

.

3

. 4

. 4

. 2 C o n t i n u o u s b e d v s

. N o n

- c o n t i n u o u s b e d

T o i d e n t i f y t h e p r i m a r y d i f

f e r e n c e s a n d t h e r e a s o n w h y a n o n

- c o n t i n u o u s p r o c e s s m a y b e

p r e f e r r e d o v e r a c o n t i n u o u s p r o c e s s t h e f o l l o w i n g a n a l y s i s h a s b e e n p e r f o r m e d

.

T h e r u n t i m e f

o r a n o n

- c o n t i n u o u s p r o c e s s c a n b e d e s c r i b e d b y E q u a t i o n 3

. 3 4

, a n d i s a

f u n c t i o n o f t h e i n f

l u e n t i o n c o n c e n t r a t i o n o r d e s i r e d i o n r e m o v a l

, t h e r e s i n v o l u m e

, f e e d w a t e r

f l o w r a t e

, a n d r e s i n c a p a c i t y

. T h e s e r e l a t i o n s h i p s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 1 2

, w h e n m a i n t a i n i n g

a c o n s t a n t r e s i n v o l u m e

, a n d r e s i n c a p a c i t y

. A s t h e c a t i o n c o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e s t h e r u n t i m e

d e c r e a s e s

. T h i s m a y r e s u l t i n a v e r y s h o r t r u n t i m e

. T h i s i s n o t a p r o b l e m f o r a c o n t i n u o u s i o n

e x c h a n g e s y s t e m s u c h a s t h e H i g g i n s l o o p o r D r a k e p r o c e s s i n w h i c h t h e p u l s i n g f r e q u e n c y

( H i g g i n s L o o p ) o r r e s i n d o s e ( D r a k e P r o c e s s ) w o u l d s i m p l y b e a d j u s t e d

. I n a n o n

- c o n t i n u o u s b e d

a v e r y s h o r t r u n t i m e m a y b e u n d e s i r a b l e

.4 6

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0

R u n T i m e , h r 2 0 0 g p m

4 0 0 g p m

6 0 0 g p m

8 0 0 g p mInfluentCationConcentration,meq/L

F i g u r e 3

- 1 2 : I n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n v e r s u s r u n t i m e f o r D o w G

- 2 6 r e s i n a t a c o n s t a n t

r e s i n v o l u m e e q u a l t o 1 3 5 7 L a t v a r i o u s f e e d w a t e r f

l o w r a t e s

.

T o o v e r c o m e a v e r y s h o r t r u n t i m e w h e n u t i l i z i n g a n o n

- c o n t i n u o u s b e d

, t h e r e s i n v o l u m e

i s t y p i c a l l y i n c r e a s e d

. B y h o l d i n g t h e t i m e t o r e g e n e r a t i o n c o n s t a n t t h e r e s i n v o l u m e i n c r e a s e s

w i t h i n c r e a s i n g c a t i o n c o n c e n t r a t i o n

. T h i s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 1 3 f

o r a r u n t i m e e q u a l t o

2 0 h r s a t v a r i o u s f

e e d w a t e r f

l o w r a t e s

. T h e r e s u l t i s a n i n c r e a s e i n p l a n t s i z e a n d c a p i t a l c o s t s

.4 7 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5

0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0 6 0 0 0 0 7 0 0 0 0 8 0 0 0 0

R e s i n V o l u

m e , L 2 0 0 g p m

4 0 0 g p m

6 0 0 g p m

8 0 0 g p mInfluentCationConcentration,meq/L

F i g u r e 3

- 1 3 : I n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n v e r s u s r e q u i r e d r e s i n v o l u m e a t a c o n s t a n t t i m e t o

e x h a u s t i o n e q u a l t o 2 0 h r s f o r D o w G

- 2 6 r e s i n

.

3

. 4

. 4

. 3 W a t e r

- r e s i n c o n t a c t i n g m e t h o d s

W a t e r c a n c o n t a c t t h e r e s i n i n f o u r d i f f e r e n t c o n f

i g u r a t i o n s

. D i f

f e r e n t w a t e r r e s i n

c o n t a c t i n g t e c h n i q u e s i n c l u d e : 1 ) b a t c h

, 2 ) f i x e d b e d

, 3 ) f

l u i d i z e d b e d ( W a c h i n s k i

, 2 0 0 6 )

, a n d 4 )

m o v i n g b e d ( D r a k e

, 2 0 0 7 )

.

B a t c h m o d e i o n e x c h a n g e w o r k s w e l l f o r l a b o r a t o r y t e s t i n g o f r e s i n w h e n p e r f o r m i n g

i s o t h e r m s

, b u t i s n o l o n g e r e m p l o y e d b e y o n d t h e l a b ( W a c h i n s k i

, 2 0 0 6 )

. B a t c h i o n e x c h a n g e w a s

a t t e m p t e d a t s e v e r a l l o c a t i o n s i n t h e P R B w i t h z e o l i t e s

, b u t w a s s o o n d i s b a n d e d d u e t o e f f l u e n t

r e q u i r e m e n t s n o t b e i n g m e t ( L a m b

, 2 0 0 6 )

.

F i x e d b e d i o n e x c h a n g e i s i o n e x c h a n g e i n w h i c h t h e r e s i n b e d d o e s n o t m o v e d u r i n g t h e

s e r v i c e s t e p

. F i x e d b e d i o n e x c h a n g e c a n b e e i t h e r p a r a l l e l f l o w o r c o u n t e r f

l o w

. P a r a l l e l f

l o w

s y s t e m s h a v e a d o w n w a r d w a t e r f l o w d u r i n g b o t h s e r v i c e a n d r e g e n e r a t i o n s t e p s

. W h e n u t i l i z i n g4 8

p a r a l l e l f l o w o n e m o r e s t e p m u s t b e e m p l o y e d

. B a c k w a s h i n g m u s t b e p e r f o r m e d b e f

o r e

r e g e n e r a t i o n t o r e m o v e p a r t i c l e s t h a t m a y g e t t r a p p e d i n t h e r e s i n d u r i n g s e r v i c e

, s i m i l a r t o a

s a n d f i l t e r w h i c h w a s d i s c u s s e d i n p r e t r e a t m e n t

. C o u n t e r f l o w s y s t e m s h a v e a d o w n w a r d f l o w

s e r v i c e s t e p a n d u p w a r d f l o w r e g e n e r a t i o n

. S i n c e t h i s s y s t e m r e g e n e r a t e s s i m i l a r t o b a c k w a s h i n g

,

l e s s w a t e r i s r e q u i r e d w h e n c o m p a r e d t o p a r a l l e l f l o w ( D o w

, 2 0 0 7 )

.

F l u i d i z e d b e d i o n e x c h a n g e i s w h e n t h e f l o w o f w a t e r i s u p w a r d ( c o u n t e r

- c u r r e n t )

t h r o u g h t h e r e s i n b e d a n d t h e r e s i n b e d i s a l l o w e d t o e x p a n d ( W a c h i n s k i

, 2 0 0 6 )

. T h i s

c o n f i g u r a t i o n d o e s n o t r e q u i r e b a c k w a s h i n g b e c a u s e p a r t i c l e s c a n n o t b e c o m e e n t r a i n e d b e t w e e n

t h e m e d i a a s a r e s u l t o f f

l u i d i z a t i o n

.

T h e f i n a l m e t h o d f

o r c o n t a c t i n g w a t e r t o r e s i n i s t h e m o v i n g b e d c o n f i g u r a t i o n

. I n t h i s

p r o c e s s t h e r e s i n m o v e s w i t h t h e w a t e r t o a c h i e v e a s p e c i f i e d i o n r e m o v a l

. A m o v i n g b e d c a n

h a v e f l o w r e g i m e s t h a t e x h i b i t e l e m e n t s o f f l u i d i z a t i o n

, s l i p f

l o w a n d e l u t r i a t i o n ( D r a k e

, 2 0 0 7 )

.

3

. 4

. 4

. 4 W a s t e S t r e a m M

a n a g e m e n t

I o n e x c h a n g e s y s t e m s c a n b e c o n f i g u r e d w i t h d i f

f e r e n t w a s t e m a n a g e m e n t t e c h n i q u e s

.

T h e r e a r e f

o u r t e c h n i q u e s u s e d t o m i n i m i z e t h e v o l u m e o f b r i n e g e n e r a t e d p e r s e r v i c e c y c l e

.

B r i n e v o l u m e r e d u c t i o n t e c h n i q u e s i n c l u d e : u s i n g m o r e c o n c e n t r a t e d r e g e n e r a n t o r a d i f f e r e n t

r e g e n e r a n t ( D o w

, 2 0 0 7 )

, r e u s i n g r i n s e w a t e r a n d / o r r e g e n e r a n t ( A W W A

, 1 9 9 0 )

, a n d p a r t i a l

r e g e n e r a t i o n ( A W W A

, 1 9 9 0 )

.

T h e c o n c e n t r a t i o n o f t h e a c i d c a n b e i n c r e a s e d t o t h e m a x i m u m r e c o m m e n d e d

c o n c e n t r a t i o n

. D o w c h e m i c a l c o m p a n y r e c o m m e n d s a n a c i d c o n c e n t r a t i o n b e t w e e n 0

. 2 0 5 t o 2

. 1 8

e q / l ( 1 % t o 1 0 % b y w e i g h t ) f o r s u l f u r i c a c i d

, a n d 1

. 1 2 t o 2

. 2 8 e q / L ( 4 t o 8 % b y w e i g h t ) f o r

h y d r o c h l o r i c a c i d w h e n u s i n g G

- 2 6 r e s i n

. B y m a x i m i z i n g t h e r e c o m m e n d e d a c i d c o n c e n t r a t i o n

l e s s r e g e n e r a n t w a s t e i s g e n e r a t e d b e c a u s e m o r e r e g e n e r a t i v e e q u i v a l e n t s a r e p r e s e n t p e r v o l u m e4 9 8 8 % 9 0 % 9 2 % 9 4 % 9 6 % 9 8 % 1 0 0 %

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5

I n f l u e n t C a t i o n c o n c e n t r a t i o n , m e q / L 8 % H C l

6 % H C l

1 0 % H 2 S O 4

5 % H 2 S O 4WaterRecovery o f r e g e n e r a n t

, F i g u r e 3

- 1 4

. U s i n g h y d r o c h l o r i c a c i d i n s t e a d o f s u l f u r i c a c i d a s t h e r e g e n e r a n t w i l l

d e c r e a s e t h e b r i n e v o l u m e f o r t h e s a m e r e a s o n

.

F i g u r e 3

- 1 4 : I o n e x c h a n g e w a t e r r e c o v e r y r a t e a s a f u n c t i o n o f i n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n

r e g e n e r a n t t y p e

, a n d r e g e n e r a n t c o n c e n t r a t i o n a s % b y w e i g h t

.

A n o t h e r w a y t o r e d u c e t h e v o l u m e o f b r i n e g e n e r a t e d i s t o r e u s e r e g e n e r a n t a n d o r r i n s e

w a t e r i n s t e a d o f t h r o w i n g i t a w a y

. R i n s e w a t e r i s u s e d t o r i n s e t h e r e s i n a f t e r r e g e n e r a t i o n

. T h e

u l t i m a t e r e s u l t i s a v e r y d i l u t e a c i d s o l u t i o n t h a t c a n b e u s e d f o r t h e n e x t r e g e n e r a t i o n b y s i m p l y

a d d i n g m o r e a c i d t o i t

. T h e r e s u l t i s a s m a l l e r v o l u m e o f b r i n e g e n e r a t e d

, F i g u r e 3

- 1 5

.

R e g e n e r a n t c a n b e r e u s e d i f r e g e n e r a t i o n i s p e r f o r m e d i n t w o s t e p s

, a r o u g h i n g s t e p a n d a

p o l i s h i n g s t e p ( A W W A

, 1 9 9 0 )

. R e g e n e r a n t r e u s e i s n o t c o n s i d e r e d h e r e d u e t o t h e v a r i a b i l i t y

s u r r o u n d i n g i t

.5 0 9 1 % 9 2 % 9 3 % 9 4 % 9 5 % 9 6 % 9 7 % 9 8 % 9 9 % 1 0 0 %

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5

I n f l u e n t C a t i o n c o n c e n t r a t i o n , m e q / L 8 % H C l 0

. 2 5 n

e w

8 % H C l 0

. 5 n

e w

8 % H C l n o r e u s eWaterRecovery

F i g u r e 3

- 1 5 : I o n e x c h a n g e w a t e r r e c o v e r y r a t e a s a f u n c t i o n o f i n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n a n d

t h e f r a c t i o n o f w a t e r t h a t i s n e w p e r r i n s e o r r e g e n e r a t i o n

. F o r e x a m p l e

, 0

. 2 5 n e w c o r r e s p o n d s t o

2 5 % o f t h e w a t e r u s e d p e r r e g e n e r a t i o n o r r i n s e n o t b e i n g u s e d b e f o r e

.

P a r t i a l r e g e n e r a t i o n i s t h e f i n a l w a y t o m i n i m i z e t h e a m o u n t o f w a s t e g e n e r a t e d i n a n i o n

e x c h a n g e p r o c e s s

. I n t h i s c a s e t h e f u l l c a p a c i t y o f t h e i o n e x c h a n g e r e s i n i s n o t r e s t o r e d d u r i n g

r e g e n e r a t i o n

. T h e r e s u l t i s e f f l u e n t i o n c o n c e n t r a t i o n s g r e a t e r t h a n w h a t t h e y w o u l d b e i f t h e

r e s i n w e r e f

u l l y r e g e n e r a t e d

. T h i s w i l l r e d u c e t h e v o l u m e o f b r i n e g e n e r a t e d

, s i m i l a r t o b l e n d i n g

t r e a t e d w a t e r w i t h u n t r e a t e d w a t e r

, b u t t o w h a t e x t e n t i s u n k n o w n a n d t h e a p p l i c a b i l i t y o f t h i s

a p p r o a c h w i l l m o s t l i k e l y b e g o v e r n e d b y d i s c h a r g e r e q u i r e m e n t s ( A W W A

, 1 9 9 0 )

. T h i s m e t h o d

i s t y p i c a l l y u s e d w h e n t r e a t i n g t h e e n t i r e w a t e r f l o w

, i

. e

. n o b l e n d i n g o f t r e a t e d a n d u n t r e a t e d

w a t e r ( A W W A

, 1 9 9 0 )

. T h e D r a k e P r o c e s s i s c o n f i g u r e d w i t h p a r t i a l r e g e n e r a t i o n ( D r a k e

, 2 0 0 7 )

.5 1

3

. 4

. 5 P R B I o n E x c h a n g e V e n d o r s

T h e r e a r e c u r

r e n t l y f o u r i o n e x c h a n g e v e n d o r s i n t h e P R B t h a t a r e t r e a t i n g C B M w a t e r

.

T h e s e v e n d o r s i n c l u d e : E M I T W a t e r D i s c h a r g e T e c h n o l o g y

, R o h m a n d H a a s C o m p a n y

, C a t a l y x

F l u i d S o l u t i o n s I n c

. , a n d D r a k e W a t e r T e c h n o l o g y

, L L C

.

E M I T W a t e r D i s c h a r g e T e c h n o l o g y h a s t r e a t e d o v e r 5 0

, 0 0 0

, 0 0 0 b b l s o f w a t e r i n t h e P R B

( B e a g l e

, 2 0 0 6 ) u s i n g t h e H i g g i n s L o o p i o n e x c h a n g e c o n f i g u r a t i o n

. T h e H i g g i n s l o o p i s

a v a i l a b l e i n t w o s i z e s

. T h e s m a l l e r o n e c a n t r e a t 2 0 0

- 2 5 0 g p m o f w a t e r a n d t h e l a r g e o n e c a n

t r e a t u p t o 7 5 0 g p m d e p e n d i n g o n t h e i n f l u e n t i o n c o n c e n t r a t i o n

. T h i s p r o c e s s g e n e r a t e s l e s s t h a n

1 % b r i n e p e r v o l u m e o f w a t e r t r e a t e d a n d b l e n d e d

. T h e r e a s o n f o r s u c h l o w b r i n e g e n e r a t i o n i s

t h e r e m o v a l o f b r i n e f

r o m t h e l o o p w h e n i t r e a c h e s a c e r t a i n c o n c e n t r a t i o n

. D o u g B e a g l e o f

E M I T p r o v i d e d t h i s i n f

o r m a t i o n ( B e a g l e

, 2 0 0 7 )

.

R o h m a n d H a a s o p e r a t e s a 4 0 0 g p m f i x e d b e d i o n e x c h a n g e s y s t e m w i t h s a n d f i l t e r

p r e t r e a t m e n t i n t h e P R B ( M i e r s

, 2 0 0 7 )

. T h e C B M w a t e r t h a t t h e y t r e a t c o n t a i n s 1 1 0 0 m g / L o f

s o d i u m a n d a f

t e r t r e a t m e n t c o n t a i n s l e s s t h a n 5 m g / L o f s o d i u m

. T h e w a s t e g e n e r a t e d p e r v o l u m e

o f w a t e r i s a p p r o x i m a t e l y 2

. 5

- 3 %

. T h i s c o r r e s p o n d s t o a w a t e r y i e l d o r r e c o v e r y o f 9 7 t o 9 7

. 5 %

.

T h e y a r e a b l e t o p r o d u c e s u c h l i t t l e w a s t e a t s u c h h i g h c a t i o n c o n c e n t r a t i o n s b e c a u s e t h e y r e u s e

f r a c t i o n s o f r i n s e w a t e r

. J a y M i e r s o f R o h m a n d H a a s p r o v i d e d t h i s i n f o r m a t i o n ( M i e r s

, 2 0 0 7 )

.

C a t a l y x F l u i d S o l u t i o n s I n c

. h a s a s i m i l a r p r o c e s s a s R o h m a n d H a a s

, b u t r e u s e s

r e g e n e r a n t a s w e l l a s r i n s e w a t e r

. C a t a l y x i s c u r r e n t l y b u i l d i n g a n i o n e x c h a n g e w a t e r t r e a t m e n t

p l a n t i n t h e P R B

.

D r a k e W a t e r T e c h n o l o g y u t i l i z e s t h e D r a k e P r o c e s s

. T h e y h a v e o p e r a t e d t h e i r s y s t e m i n

t h e P R B t o v e r i f

y t h e t e c h n o l o g y

. T h i s i s a n e w t e c h n o l o g y t h a t c u r r e n t l y h a s f

i v e p a t e n t s

p e n d i n g

. T h e s k i d m o u n t e d s y s t e m c a n t r e a t 2 5 0 g p m p e r u n i t

. H i g h e r f l o w r a t e s c a n b e5 2

a c c o m m o d a t e d b y r u n n i n g t h e s e s y s t e m s i n p a r a l l e l

. B r i n e g e n e r a t i o n i s a p p r o x i m a t e l y 1 % a n d

3 % o f t h e t o t a l f

l o w f o r 1 5 a n d 5 5 m e q / L c a t i o n r e m o v a l

, r e s p e c t i v e l y

. R o n D r a k e o f D r a k e

W a t e r T e c h n o l o g y p r o v i d e d t h i s i n f o r m a t i o n ( D r a k e

, 2 0 0 7 )

.

3

. 4

. 6 C o s t s

A n o n

- c o n t i n u o u s b e d s y s t e m w i l l b e u s e d t o d e t e r m i n e t h e c o s t s f o r i o n e x c h a n g e

b e c a u s e t h e c o n t i n u o u s s y s t e m s a r e n o t a v a i l a b l e w i t h o u t t h e v e n d o r ( E M I T o r D r a k e )

. B a s e d o n

D o w r e c o m m e n d a t i o n s a r e s i n d e p t h t o v e s s e l d i a m e t e r r a t i o o f 1 : 1 a n d s e r v i c e f l o w r a t e o f 8 0

m / h w i l l b e u s e d i n t h e f

o l l o w i n g a n a l y s i s

. A l s o

, t h e r u n t i m e w i l l b e a s s u m e d t o b e 2 0 h o u r s

( B e a r d s l e y

, 1 9 9 4 )

, a n d e f f l u e n t c a t i o n a n d b i c a r

b o n a t e c o n c e n t r a t i o n s w i l l b e a s s u m e d t o b e z e r o

.

A l l o t h e r a n i o n e f

f l u e n t c o n c e n t r a t i o n s a r e a s s u m e d t o b e e q u a l t o t h e i r i n f l u e n t c o n c e n t r a t i o n

.

W a t e r r e c o v e r y i s d e t e r m i n e d b y u s i n g D r a k e a n d R o h m a n d H a a s w a t e r r e c o v e r y d a t a

.

T h e s e d a t a a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 1 6

. W a t e r r e c o v e r y i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 4 0

r e m o v a l ) ( c a t i o n 0

. 0 5

- 1 0 0 

r ⋅ = ( 3

. 4 0 )

W h e r e

, c a t i o n r e m o v a l i s a s s u m e d t o b e e q u a l t o t h e i n f l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n ( m e q / L )

.

y = 1

- 0

. 0 0 0 5 x

R 2

= 0

. 9 7 9 8

9 6 % 9 7 % 9 8 % 9 9 % 1 0 0 %

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0

C a t i o n R e m o v a l

, m e q / LWaterRecovery D r a

k e

R o h m & H a a s

F i g u r e 3

- 1 6 : I o n e x c h a n g e w a t e r R e c o v e r y a s a f u n c t i o n o f c a t i o n r e m o v a l

. D a t a a r e f r o m D r a k e

W a t e r T e c h n o l o g i e s ( 2 0 0 7 ) a n d R o h m a n d H a a s C o m p a n y ( 2 0 0 7 )

.5 3

3

. 4

. 6

. 1 C a p i t a l C o s ts

I o n e x c h a n g e s y s t e m c a p i t a l c o s t s c o n s i s t o f : i o n e x c h a n g e v e s s e l s

, r e s i n

, c h e m i c a l

s t o r a g e t a n k s

, p r o c e s s w a t e r a n d b r i n e h o l d i n g t a n k s

, c h e m i c a l f e e d p u m p s a n d a s t r u c t u r e t o

h o u s e t h e s y s t e m

. T h e s e c o s t s h a v e b e e n d e t e r m i n e d b y R u b e l ( 2 0 0 3 ) t h r o u g h d i r e c t q u o t e s f r o m

m a n u f a c t u r e r s a n d e q u i p m e n t v e n d o r s

.

T h e c a p i t a l c o s t s f

o r a n i o n e x c h a n g e t r e a t m e n t s y s t e m a r e a f u n c t i o n o f t h e f

e e d w a t e r

f l o w r a t e a n d t h e i n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n w h e n u s i n g a n o n

- c o n t i n u o u s b e d s y s t e m w h i c h

w a s t h e s c o p e o f R u b e l ( 2 0 0 3 )

. F i g u r e 3

- 1 7 w a s g e n e r a t e d b y a d j u s t i n g R u b e l ( 2 0 0 3 ) d a t a t o

J a n u a r y 2 0 0 7 d o l l a r s w i t h E N R c o s t i n d e x e s

.

y = 6 6 6

. 4 3 x + 3 5 3 8 5 6

R 2

= 0

. 9 8 7 4

$ 1 0 0

, 0 0 0 $ 2 0 0

, 0 0 0 $ 3 0 0

, 0 0 0 $ 4 0 0

, 0 0 0 $ 5 0 0

, 0 0 0 $ 6 0 0

, 0 0 0 $ 7 0 0

, 0 0 0 $ 8 0 0

, 0 0 0 $ 9 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 0 0 0

, 0 0 0

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0

R e s i n V o l u

m e , f t 3CapitalCost

F i g u r e 3

- 1 7 : I o n e x c h a n g e c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f r e s i n v o l u m e f o r n o n

- c o n t i n u o u s i o n

e x c h a n g e

. A d a p t e d f

r o m R u b e l ( 2 0 0 3 )

.

T o d e t e r m i n e t h e c a p i t a l c o s t s f o r a n o n

- c o n t i n u o u s i o n e x c h a n g e s y s t e m E q u a t i o n 3

. 3 6 i s

u s e d t o s i z e t h e s y s t e m w i t h r e s p e c t t o f e e d w a t e r f

l o w r a t e a n d t h e i n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n5 4

b y a s s u m i n g a r u n t i m e e q u a l t o 2 0 h r s ( B e a r d s l e y e t a l

. , 1 9 9 4 )

. T h e n t h e c a p i t a l c o s t ( C C I X ) i s

f o u n d u s i n g t h e c o r

r e l a t i o n f r o m F i g u r e 3

- 1 7

, E q u a t i o n 3

. 4 1

.

C C I X = 6 6 6

. 4 3 V

r e s i n + 3 5 3 8 5 6 ( 3

. 4 1 )

3

. 4

. 6

. 2 O p e r a t i n g a n d M

a i n t e n a n c e c o s t

s

O p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s f o r a n i o n e x c h a n g e s y s t e m i n c l u d e : R e g e n e r a t i o n

c h e m i c a l s

, e l e c t r i c i t y

, r e s i n r e p l a c e m e n t

, a n d l a b o r

. O p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s a r e

c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 4 2

.

I X

- l a b o r I X

- R e s i n I X

- e l e c I X

- r e g e n I X O C O C O C O C O C + + + = ( 3

. 4 2 )

W h e r e

, O C I X i s t h e o p e r a t i n g c o s t f o r a n i o n e x c h a n g e s y s t e m ( $ / b b l )

, O C

r e g e n

- I

X i s t h e r e g e n e r a n t

c o s t

, O C

e l e c

- I X i s t h e e l e c t r i c c o s t

, O C R e s i n

- I X i s t h e r e s i n r e p l a c e m e n t c o s t

, a n d O C l a b o r

- I X i s t h e c o s t

o f l a b o r

.

T h e o p e r a t i n g c o s t a s s o c i a t e d w i t h r e g e n e r a n t d e p e n d s o n t h e f e e d w a t e r f

l o w r a t e

, c a t i o n

r e m o v a l o r i n f

l u e n t c a t i o n c o n c e n t r a t i o n

, a n d t h e r e g e n e r a n t p u r i t y o r d e n s i t y

. T h e c o s t o f

r e g e n e r a n t i n $ /

b b l i s f o u n d b y f i r s t d e t e r m i n i n g t h e v o l u m e o f r e g e n e r a n t r e q u i r e d ( L ) p e r b b l o f

f e e d w a t e r ( b b l ) w i t h E q u a t i o n 3

. 4 3

.

f r e g e n

r e g e n

Q 2 4 h r / d a y

o n R e g e n e r a t i V

a t e d w a t e r t r e b b l V    

⋅  



 

 

= τ ( 3

. 4 3 )

W h e r e

, Q f i s t h e f

e e d w a t e r f

l o w r a t e ( b b l / d a y )

, a n d i s t h e t i m e b e t w e e n r e g e n e r a t i o n s ( h r )

.

T h e V o l u m e o f c o n c e n t r a t e d / b u l k a c i d r e q u i r e d p e r b a r r e l o f f e e d w a t e r i s t h e n f

o u n d

w i t h E q u a t i o n 3

. 4 4

. T h i s e q u a t i o n a c c o u n t s f o r t h e d i l u t i o n o f t h e c o n c e n t r a t e d a c i d t h a t i s u s e d

t o m a k e t h e r e g e n e r a n t s o l u t i o n

.5 5 a c i d r e g e n r e g e n

a c i d

E C E C

a t e d w a t e r t r e b b l V

a t e d w a t e r t r e b b l V ⋅  



 

 

= ( 3

. 4 4 )

W h e r e

, V

a c i d i s t h e v o l u m e o f c o n c e n t r a t e d / b u l k a c i d r e q u i r e d p e r b a r r e l o f f e e d w a t e r ( L a c i d /

b b l

w a t e r )

, E C

r e g e n i s t h e e q u i v a l e n t c o n c e n t r a t i o n o f t h e d i l u t e a c i d / r e g e n e r a n t s o l u t i o n ( 2

, 8 7 0 m e q / L

f o r 1 0 % h y d r o c h l o r i c a c i d ( D o w

, 2 0 0 7 ) )

, a n d E C

a c i d i s t h e e q u i v a l e n t c o n c e n t r a t i o n o f

c o n c e n t r a t e d /

b u l k a c i d ( 1 1

, 6 3 0 m e q / L f o r 3 6 % h y d r o c h l o r i c a c i d ( D o w

, 2 0 0 7 ) )

.

F i n a l l y

, t h e o p e r a t i n g c o s t a s s o c i a t e d w i t h r e g e n e r a n t c a n b e c a l c u l a t e d

. T h i s i s d o n e w i t h

E q u a t i o n 3

. 4 5

.

a c i d ρ

⋅ ⋅    

⋅    

=

− a c i d a c i d

I X r e g e n C o s t

a t e d w a t e r t r e b b l V

t o n k g 2

. 9 0 7 O C ( 3

. 4 5 )

W h e r e

, C o s t

a c i d i s t h e u n i t c o s t o f c o n c e n t r a t e d / b u l k a c i d ( $ 2 2 5 / t o n f

o r 3 6 % h y d r o c h l o r i c a c i d

( M i e r s

, 2 0 0 7 ) ) a n d

a c i d i s t h e d e n s i t y o f t h e c o n c e n t r a t e d / b u l k a c i d ( 1

. 1 7 9 k g / L f

o r 3 6 %

h y d r o c h l o r i c a c i d ( D o w

, 2 0 0 7 ) )

.

R u b e l ( 2 0 0 3 ) e s t i m a t e d t h a t t h e a n n u a l c o s t o f e l e c t r i c i t y c a n v a r y b e t w e e n 0

. 0 5 a n d

0

. 0 3 3 k W

- h r / 1 0 0 0 g a l o f f

e e d w a t e r

. T h e a v e r a g e e l e c t r i c a l u s a g e f r o m R u b e l ( 2 0 0 3 )

, 0

. 0 4 2 k W

h r / 1 0 0 0 g a l o r 0

. 0 0 1 8 k

W

- h r / b b l

, i s u s e d t o d e t e r m i n e t h e a n n u a l c o s t o f e l e c t r i c i t y w i t h E q u a t i o n

3

. 4 6

.

O C

e l e c

- I X = ( 0

. 0 0 1 8 k W

- h r / b b l ) C o s t

e l e c ( 3

. 4 6 )

W h e r e

, C o s t

e l e c i s t h e c o s t o f e l e c t r i c i t y ( $ / k W

- h r )

.

R e s i n r e p l a c e m e n t i s a p p r o x i m a t e l y 2 0 % o f t h e r e s i n v o l u m e p e r y e a r

, o r a t o t a l r e s i n l i f e

o f 5 y e a r s ( R u b e l

, 2 0 0 3 ; B e a r d s l e y e t a l

. , 1 9 9 4 )

. T h i s c o s t w a s d e t e r m i n e d b y R u b e l ( 2 0 0 3 ) t o b e

$ 0

. 0 5 t o $ 0

. 2 0 / 1 0 0 0 g a l d e p e n d i n g o n t h e p l a n t s i z e a n d m e t h o d o f s h i p p i n g

. T h e a v e r a g e w i l l b e5 6

u s e d t o a p p r o x i m a t e i o n e x c h a n g e r e s i n r e p l a c e m e n t c o s t s a n d i s a s s u m e d t o b e e q u a l t o

$ 0

. 1 2 / 1 0 0 0 g a l o r $ 0

. 0 0 5 3 / b b l o f f e e d w a t e r ( Q f

)

.

R u b e l ( 2 0 0 3 ) d e t e r m i n e d t h a t a 7 5 0 f t 3 n o n

- c o n t i n u o u s i o n e x c h a n g e p r o c e s s w i t h

a u t o m a t i c o p e r a t i o n s r e q u i r e s 4 6 5 m a n h o u r s p e r y e a r f o r r o u t i n e o p e r a t i o n s a n d e x t r a t a s k s

. T h e

p a y r a t e i s a s s u m e d t o b e $ 5 0

, 0 0 0 p e r y e a r f o r 2

, 0 0 0 m a n h o u r s p e r y e a r p e r e m p l o y e e

. T h e

r e q u i r e d n u m b e r o f m a n h o u r s p e r y e a r i s a s s u m e d t o b e d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e v o l u m e o f

r e s i n r e q u i r e d

. T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n a n n u a l l a b o r c o s t a n d r e s i n v o l u m e i s i l l u s t r a t e d i n

F i g u r e 3

- 1 8

. T h e c o s t o f l a b o r i n $ / b b l i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 4 7

.

3 6 5 Q V 1 5

. 5 O C

f r e s i n

I X

- L a b o r

⋅ = ( 3

. 4 7 )

W h e r e

, 1 5

. 5 V

r e s i n i s t h e a n n u a l c o s t o f l a b o r f r o m F i g u r e 3

- 1 8 ( $ / y r )

, Q f i s t h e f e e d w a t e r f

l o w

r a t e ( b b l / d a y )

, a n d 3 6 5 i s t h e n u m b e r o f d a y s p e r y e a r

.

y = 1 5

. 5 x

R 2

= 1

$ 0 $ 5

, 0 0 0 $ 1 0

, 0 0 0 $ 1 5

, 0 0 0 $ 2 0

, 0 0 0 $ 2 5

, 0 0 0 $ 3 0

, 0 0 0

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0

R e s i n V o l u

m e , f t 3AnnualLaborCost

F i g u r e 3

- 1 8 : A n n u a l l a b o r c o s t a s a f u n c t i o n o f r e s i n v o l u m e f o r a n o n

- c o n t i n u o u s i o n e x c h a n g e

s y s t e m

, a s s u m i n g a n n u a l l a b o r c o s t i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o r e s i n v o l u m e

. A d a p t e d f r o m R u b e l

( 2 0 0 3 )

.5 7

3

. 5 E l e c t r o d i a l y s i s

3

. 5

. 1 O v e r v i e w

E l e c t r o d i a l y s i s ( E D ) i s a n e l e c t r o c h e m i c a l s e p a r a t i o n p r o c e s s i n w h i c h i o n s a r e

t r a n s f e r r e d t h r o u g h c h a r g e d m e m b r a n e s b y m e a n s o f a n e l e c t r i c a l p o t e n t i a l d i f f e r e n c e

( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. I n t h i s p r o c e s s i o n s a r e s e p a r a t e d t h r o u g h t h e u s e o f s e m i

p e r m e a b l e i o n

- s e l e c t i v e m e m b r a n e s ( M e t c a l f & E d d y

, 2 0 0 3 )

. I o n s e l e c t i v e m e m b r a n e s a l l o w

o n l y a n i o n s o r c a t i o n s t o c r o s s t h e m a n d c a n b e c o m e e v e n m o r e s e l e c t i v e w h e n i n c r e a s i n g o r

d e c r e a s i n g t h e p o r e s i z e s i n t h e m e m b r a n e

. F o r i n s t a n c e

, m e m b r a n e s h a v e b e e n d e v e l o p e d t h a t

r e m o v e o n l y m o n o v a l e n t i o n s f r o m s o l u t i o n ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. E D i s i l l u s t r a t e d

i n F i g u r e 3

- 1 9

.

F i g u r e 3

- 1 9 : E l e c t r o d i a l y s i s p r o c e s s

. W h e r e

, C i s t h e c a t i o n s e l e c t i v e m e m b r a n e

, A i s t h e a n i o n

s e l e c t i v e m e m b r a n e

, Q

t

, i , a n d Q f

, i a r e t h e i n f l u e n t a n d e f

f l u e n t f l o w r a t e s f

o r o n e f l o w c h a n n e l

, C f

i s t h e i n f l u e n t c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s

, C

t i s t h e e f f l u e n t c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s

, C b r i s t h e

e f f l u e n t b r i n e c o n c e n t r a t i o n

, a n d Q b r

, i i s t h e b r i n e f l o w r a t e f o r o n e c o n c e n t r a t e f

l o w c h a n n e l

. N a +

N a

+

N a

+ N a

+ N a +

N a +

C l

-

C l

-

C l

- C l

- C l

- C l

-

A C

C A C l

-

N a + C l

-

N a +



# + -

A n o d e C a t h o d e

Q

f

, i

C

f Q

t

, i

C

t

Q

b r

, i

C

b r Q

b r

, i

C

b r5 8

E D w o r k s b y a p p l y i n g a n e l e c t r i c a l p o t e n t i a l b e t w e e n t w o e l e c t r o d e s

. T h i s i n d u c e s a n

e l e c t r i c a l c u r

r e n t t h r o u g h t h e s o l u t i o n

. T h e c u r r e n t t h e n c a u s e s c a t i o n s t o m i g r a t e t o w a r d t h e

n e g a t i v e e l e c t r o d e a n d a n i o n s t o m i g r a t e t o w a r d t h e p o s i t i v e e l e c t r o d e

. A s t h e i o n s m i g r a t e

t o w a r d t h e i r r e s p e c t i v e e l e c t r o d e s

, t h e c a t i o n s e l e c t i v e m e m b r a n e a l l o w s c a t i o n s t o p a s s t h r o u g h

t h e c a t i o n s e l e c t i v e m e m b r a n e

, a n d t h e a n i o n s e l e c t i v e m e m b r a n e a l l o w s a n i o n s t o p a s s t h r o u g h

t h e a n i o n s e l e c t i v e m e m b r a n e

. A f t e r t h e i o n s m i g r a t e t h r o u g h t h e i r r e s p e c t i v e m e m b r a n e s t o w a r d

t h e e l e c t r o d e o f p r e f

e r e n c e

, t h e y a r e s t o p p e d b y t h e m e m b r a n e o f o p p o s i t e c h a r g e ( c a t i o n s c a n

n o t m i g r a t e t h r o u g h a n a n i o n s e l e c t i v e m e m b r a n e )

. T h i s g e n e r a t e s a c o n c e n t r a t e s t r e a m

. T h e i o n s

c a n n o t d i f

f u s e b a c k t h r o u g h t h e m e m b r a n e t h a t a l l o w e d t h e m t o e n t e r t h e c o n c e n t r a t e s t r e a m

b e c a u s e t h e c u r r e n t w i l l n o t a l l o w t h e i o n t o m o v e a g a i n s t i t

.

E D h a s b e e n u s e d f

o r t h e l a s t f

i f t y y e a r s t o t r e a t s e a

, b r a c k i s h

, a n d i n d u s t r i a l w a t e r s

( R e a h l

, 2 0 0 6 )

. T h i s p r o c e s s h a s a l s o b e e n u s e d i n t h e p r o d u c t i o n o f t a b l e s a l t

, i n o r g a n i c a n d

o r g a n i c a c i d s ; a n d i n t h e s e p a r a t i o n o f a m i n o a c i d s f r o m p r o t e i n s

, m o n o v a l e n t i o n s f r o m

m u l t i v a l e n t i o n s

, a n d i o n i c c o m p o u n d s f r o m u n c h a r g e d m o l e c u l e s ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

,

1 9 9 6 )

.

3

. 5

. 2 P r o c e s s

E D i s t y p i c a l l y p e r f

o r m e d i n a s t a c k ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. A s t a c k i s a

m o d u l e i n w h i c h t h e m e m b r a n e s a r e o r i e n t e d v e r t i c a l l y a n d s e p a r a t e d b y f l o w s p a c e r s

. W a t e r

f l o w s b e t w e e n t h e m e m b r a n e s w h i c h a r e s e p a r a t e d b y f l o w s p a c e r s

. A s t h e w a t e r f l o w s t h r o u g h

t h e s t a c k i o n s a r e t r a n s p o r t e d t h r o u g h t h e m e m b r a n e s t o a c o n c e n t r a t e s t r e a m

. T h e w a t e r i s t h e n

p a s s e d t h r o u g h a n o t h e r s t a c k i f f u r t h e r i o n r e m o v a l i s r e q u i r e d

.

S e v e r a l m e m b r a n e s t a c k s o p e r a t e d i n p a r a l l e l i s t y p i c a l l y r e f e r r e d t o a s a s t a g e

. T h e i o n

r e m o v a l p e r s t a g e i s a p p r o x i m a t e l y 5 0 % o f t h e t o t a l i o n l o a d t o t h a t s t a g e ( S c h o e m a n a n d5 9

T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. F o r e x a m p l e : t h e e f f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n f o r a t h r e e s t a g e s y s t e m w i t h a

f e e d T D S e q u a l t o 1 0 0 0 m g / L w i l l b e 5 0 0 m g / L f o r s t a g e 1

, 2 5 0 m g / L f

o r s t a g e 2 a n d 1 2 5 m g / L

f o r s t a g e 3

. T h i s p r o c e s s d o e s n o t r e q u i r e b l e n d i n g f o r t h i s r e a s o n

. B l e n d i n g i s a l s o n o t r e q u i r e d

b e c a u s e t h e i o n r e m o v a l e f f i c i e n c y i s a d

j u s t a b l e b y a d

j u s t i n g t h e v o l t a g e a c r o s s t h e s t a c k

.

T h e e f f i c i e n c y o f t h i s p r o c e s s i s d e t e r m i n e d b y t h e c o n c e n t r a t i o n o f i o n s i n t h e

c o n c e n t r a t e c h a n n e l s

, t h e i n f l u e n t i o n c o n c e n t r a t i o n

, a n d t h e e l e c t r i c a l p o t e n t i a l

, o r v o l t a g e

,

a c r o s s t h e m e m b r a n e s t a c k

. F o r t h e s e r e a s o n s e l e c t r o d i a l y s i s i s b e s t c h a r a c t e r i z e d b y c u r r e n t

u t i l i z a t i o n e f

f i c i e n c y

, E q u a t i o n 3

. 4 8

.

1 0 0 %

N I ) C ( C z F Q

i

t

, i f

, f × −

= ( 3

. 4 8 )

W h e r e

, i s t h e c u r

r e n t u t i l i z a t i o n e f

f i c i e n c y ( % )

, z i s t h e c h a r g e o f t h e i o n

, F i s F a r a d a y ’ s

c o n s t a n t ( 9 6

, 4 8 5 A m p

- s / m o l )

, Q f i s t h e f e e d f l o w r a t e ( L

/ s )

, C f

, i a n d C

t

, i a r e t h e f

e e d a n d t r e a t e d

c o n c e n t r a t i o n f

o r i o n i

, N i s t h e n u m b e r o f c e l l p a i r s a n d I i s t h e a p p l i e d c u r r e n t ( A m p s )

.

T o a c h i e v e t h e m o s t e c o n o m i c a l o p e r a t i o n o f a n E D s y s t e m t h e c u r r e n t u t i l i z a t i o n

e f f i c i e n c y s h o u l d b e g r e a t e r t h a n 7 0 % ( E E T

, 2 0 0 6 )

. T h i s i s t y p i c a l l y a c h i e v e d b y a d j u s t i n g t h e

i n f l u e n t o r e f

f l u e n t i o n c o n c e n t r a t i o n s a p p r o p r i a t e l y

. T h e e f f l u e n t c o n c e n t r a t i o n f

o r a s i n g l e s t a g e

m a y b e a d

j u s t e d b y i n c r e a s i n g o r d e c r e a s i n g t h e e l e c t r i c a l p o t e n t i a l ( v o l t a g e ) a c r o s s t h e s t a c k

,

t h u s i m p a c t i n g t h e t r a n s p o r t o f i o n s t h r o u g h t h e m e m b r a n e a n d i n c r e a s i n g o r d e c r e a s i n g t h e

e f f l u e n t i o n c o n c e n t r a t i o n

. T h e i n f l u e n t i o n c o n c e n t r a t i o n f

o r E D i s a d

j u s t e d b y e i t h e r r e c y c l i n g a

p o r t i o n o f t h e c o n c e n t r a t e t h r o u g h t h e s t a g e i n w h i c h i t w a s p r o d u c e d o r b l e n d i n g a p o r t i o n o f t h e

c o n c e n t r a t e w i t h t h e e f

f l u e n t f r o m s t a g e o n e a s t h e w a t e r e n t e r s s t a g e t w o

. B y i n c r e a s i n g t h e

c u r r e n t u t i l i z a t i o n e f

f i c i e n c y t h e e l e c t r i c a l r e q u i r e m e n t w i l l d e c r e a s e ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

,

1 9 9 6 )

.6 0

3

. 5

. 3 E l e c t r o d i a l y s i s R e v e r s a l ( E D R )

E D R i s t h e m o s t c o m m o n l y u s e d E D c o n f i g u r a t i o n i n w a t e r t r e a t m e n t ( R e a h l

, 2 0 0 6 )

.

E D R r e m o v e s c o n s t i t u e n t s f r o m t h e w a t e r i n t h e s a m e m a n n e r a s r e g u l a r E D e x c e p t t h e p o l a r i t y

o f t h e s t a c k i s r e v e r s e d e v e r y t e n t o f i f t e e n m i n u t e s ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. P o l a r i t y

r e v e r s a l r e m o v e s s o l i d s t h a t m a y f o r m o n t h e m e m b r a n e s d u r i n g n o r m a l o p e r a t i o n

.

T h e m a i n b e n e f

i t o f t h i s c o n f

i g u r a t i o n i s r e d u c e d c h e m i c a l c o s t s

. W h e n u s i n g E D R

,

c h e m i c a l p r e t r e a t m e n t t o c o n s u m e a l k a l i n i t y i s n o t r e q u i r e d b e c a u s e p r e c i p i t a t e s t h a t m a y f o r m

o n t h e m e m b r a n e s a r e r e m o v e d d u r i n g p o l a r i t y r e v e r s a l

. T h i s r e s u l t s i n r e d u c e d o p e r a t i n g a n d

m a i n t e n a n c e c o s t s

. A l s o

, f e w e r c h e m i c a l s a r e r e q u i r e d t o c l e a n t h e m e m b r a n e s d u e t o p o l a r i t y

r e v e r s a l c l e a n i n g t h e m e m b r a n e s t o s o m e e x t e n t ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. F o r t h e s e

r e a s o n s E D R i n s t e a d o f r e g u l a r E D s h o u l d b e u s e d t o t r e a t C B M p r o d u c e d w a t e r s

. T h e r e f o r e

, a l l

e c o n o m i c a n d p e r f

o r m a n c e a n a l y s i s h a s b e e n p e r f o r m e d f o r E D R

.

3

. 5

. 4 C h e m i c a l R e

j e c t i o n

T h e c h e m i c a l r e

j e c t i o n e f f i c i e n c y o f a n E D / E D R s y s t e m i s d e p e n d e n t o n t h e n u m b e r o f

s t a g e s o p e r a t e d i n s e r i e s

, t h e m e m b r a n e t y p e

, t h e f e e d T D S o f t h e w a t e r

, a n d t h e c u r r e n t a p p l i e d

( e l e c t r i c a l p o t e n t i a l a c r o s s t h e s t a c k )

. A l l o f t h e s e v a r i a b l e s h a v e a n i m p a c t o n t h e e f f l u e n t i o n

c o n c e n t r a t i o n s a n d v a r y f r o m f a c i l i t y t o f

a c i l i t y

.

S c h o e m a n a n d T h o m p s o n ( 1 9 9 6 ) d e t e r m i n e d t h a t c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c y f o r

E D / E D R f

a c i l i t i e s r a n g e b e t w e e n 4 0 % a n d 6 0 % p e r s t a g e

. T h e a v e r a g e o f t h i s r a n g e ( 5 0 % ) i s

u s e d t o d e t e r m i n e t h e c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c y f o r a n E D / E D R s y s t e m

. T h e e f f l u e n t i o n

c o n c e n t r a t i o n f

r o m t h e s y s t e m i s c a l c u l a t e d u s i n g E q u a t i o n 3

. 4 9

.



## ( )

i

f

, N

i t

, C 0

. 5 C

⋅ = ( 3

. 4 9 )6 1

W h e r e

, C

t

, i i s t h e e f

f l u e n t c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n ( m g / L )

, N i s t h e n u m b e r o f s t a g e s r e q u i r e d t o

a c h i e v e t h e d e s i r e d e f

f l u e n t c o n c e n t r a t i o n

, a n d C f

, i i s t h e f e e d c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n ( m g / L )

.

3

. 5

. 5 W a t e r R e c o v e r y

T h e o r e t i c a l l y

, w a t e r l o s s e s i n a n E D / E D R s y s t e m a r e a t t r i b u t e d t o o n l y t h e w a t e r

a s s o c i a t e d w i t h i o n s ( w h i c h f o r m a n i o n ’ s h y d r a u l i c r a d i u s ) a s i o n s m i g r a t e t h r o u g h t h e

m e m b r a n e ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. S c h o e m a n a n d T h o m p s o n ( 1 9 9 6 ) r e l a t e d t h e

t r a n s p o r t o f w a t e r t h r o u g h t h e m e m b r a n e a n d s u b s e q u e n t l y t h e w a t e r r e c o v e r y (  r ) t o t h e T D S

r e m o v a l o f a n E D / E D R s y s t e m

. T h i s r e l a t i o n s h i p i s d e s c r i b e d b y E q u a t i o n 3

. 5 0

.



# ( ) ( )

C

- C 1 0 5

- 1 0 0 

t

, T D S f

, T D S 4

-

r ⋅

× = ( 3

. 5 0 )

W h e r e

, C f

, T D S i s t h e f

e e d T D S c o n c e n t r a t i o n ( m g / L ) a n d C

t

, T D S i s t h e t r e a t e d w a t e r T D S

c o n c e n t r a t i o n ( m g / L )

.

T h e t h e o r e t i c a l w a t e r r e c o v e r y w a s n e x t c o m p a r e d t o a c t u a l d a t a c o l l e c t e d b y L e i t n e r a n d

A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 )

. L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) d a t a a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 2 0

. T h e s e d a t a

d o n o t p r o v i d e a t r e n d a s p r e d i c t e d b y t h e t h e o r e t i c a l w a t e r r e c o v e r y f u n c t i o n

. T h i s d i f

f e r e n c e

m a y b e a t t r i b u t e d t o t h e s y s t e m s f r o m L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) n o t o p e r a t i n g t o a c h i e v e t h e

h i g h e s t p o s s i b l e w a t e r r e c o v e r y a n d / o r w a t e r b e i n g a d d e d t o t h e c o n c e n t r a t e f l o w c h a n n e l s t o

r e d u c e f o u l i n g p o t e n t i a l a n d s c a l e f o r m a t i o n ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. T h e a v e r a g e s a n d

s t a n d a r d d e v i a t i o n s f

o r L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) d a t a a r e 7 9 % ± 8 % f o r w a t e r r e c o v e r y a n d

8 9 5 ± 6 6 0 m g / L f

o r T D S r e m o v a l

.

B a s e d o n d a t a p r e s e n t e d

, t h e w a t e r r e c o v e r y f o r a n E D R s y s t e m c a n b e g r e a t e r t h a n 9 0 %

i f t h e s y s t e m i s o p t i m i z e d f o r w a t e r r e c o v e r y

, o r b e l o w 8 0 % f o r T D S r e m o v a l s e q u a l t o 9 0 0

m g / L a s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 2 0

. T h e f a c t o r t h a t h a s h i s t o r i c a l l y d e t e r m i n e d t h e w a t e r r e c o v e r y

o f a n E D / E D R s y s t e m h a s b e e n t h e p o t e n t i a l f o r p r e c i p i t a t e f

o r m a t i o n ( S c h o e m a n a n d6 2

T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. H o w e v e r

, t h i s i s n o l o n g e r a s m u c h o f a n i s s u e d u e t o r e c e n t d e v e l o p m e n t s i n

m e m b r a n e t e c h n o l o g y w h i c h a l l o w E D / E D R s y s t e m s t o o p e r a t e a t c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s

w e l l a b o v e s a t u r a t i o n ( T u r e k e t a l

. , 2 0 0 6 )

. T u r e k e t a l

. ( 2 0 0 6 ) a c h i e v e d 9 3

. 1 % w a t e r r e c o v e r y

w h e n o p e r a t i n g a n E D R a t 3 6 4 % c a l c i u m s u l f a t e s a t u r a t i o n

.

y =

- 5 E

- 0 6 x + 1

R 2

= 1

6 0 % 6 5 % 7 0 % 7 5 % 8 0 % 8 5 % 9 0 % 9 5 % 1 0 0 %

0 1

, 0 0 0 2

, 0 0 0 3

, 0 0 0 4

, 0 0 0 5

, 0 0 0 6

, 0 0 0 7

, 0 0 0 8

, 0 0 0

T D S R e m

o v e d

, m g / L 9 3 % 9 4 % 9 5 % 9 6 % 9 7 % 9 8 % 9 9 % 1 0 0 % L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s , 1 9 9 7

S h o e m a n a n d T h o m p s o n , 1 9 9 6SchoemanandThompsonWaterRecoveryLeitnerWaterRecovery

F i g u r e 3

- 2 0 : W a t e r r e c o v e r y v e r s u s T D S r e m o v e d f o r 1 3 E D R s y s t e m s ( L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s

, 1 9 9 7 )

, a n d t h e o r e t i c a l w a t e r r e c o v e r y f o r a n E D / E D R s y s t e m ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

.

D u e t o r e c e n t d e v e l o p m e n t s i n m e m b r a n e t e c h n o l o g y a n d P R B C B M w a t e r s h a v i n g

r e l a t i v e l y l o w ( < 1 0 0 m g / L ) s c a l e f o r m i n g s u b s t a n c e s

, t h e a s s u m p t i o n h a s b e e n m a d e t h a t E D R

s y s t e m s c a n o p e r a t e i n t h e t h e o r e t i c a l w a t e r r e c o v e r y r e g i m e w h e n t r e a t i n g P R B C B M w a t e r s

.

T h e r e f o r e

, E q u a t i o n 3

. 5 0 i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e w a t e r r e c o v e r y f o r a n E D R s y s t e m

.

3

. 5

. 6 C a p i t a l C o s t s

C a p i t a l c o s t s f

o r E D / E D R s y s t e m s h a v e b e e n d e v e l o p e d b y U r a n o ( 1 9 7 7 )

, L a r s o n a n d

L e i t n e r ( 1 9 7 9 )

, L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) a n d L a w r e n c e e t a l

. ( 1 9 9 8 )

. T h e k e y f a c t o r s t h a t6 3

a f f e c t t h e c a p i t a l c o s t o f a n E D R s y s t e m a r e t h e r e q u i r e d T D S r e m o v a l a n d s y s t e m c a p a c i t y o r

f e e d w a t e r f

l o w r a t e ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. D a t a f r o m e a c h s o u r c e w e r e a d

j u s t e d t o

J a n u a r y 2 0 0 7 d o l l a r s u s i n g E N R c o s t i n d e x e s

. T h e s e d a t a a r e p r e s e n t e d i n A p p e n d i x A

- E D

.

F i g u r e s A E D

- 1

, A E D

- 2

, a n d A E D

- 3 w e r e d e v e l o p e d w i t h d a t a f r o m a l l o f t h e a b o v e

s o u r c e s t o f

i n d E D R c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

l o w r a t e a n d T D S r e m o v a l

. E D R c a p i t a l c o s t s

( C C E D ) a r e c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n s 3

. 5 1

, 3

. 5 2

, a n d 3

. 5 3 f o r T D S r e m o v a l s b e t w e e n 0 a n d l e s s

t h a n 2 0 0 0 m g / L

, 2

, 0 0 0 a n d l e s s t h a n 7

, 0 0 0 m g / L

, a n d g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o 7

, 0 0 0 m g / L

,

r e s p e c t i v e l y

. R e s u l t s f

o r a l l o f t h e s e f

u n c t i o n s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 2 1

.

1 0 0 0 0 0 0 Q 9 0

. 3 6 Q 0

. 0 0 0 2 C C

f 2

f E D +

⋅ +

⋅ = 0 < T D S

r e m o v e d < 2 0 0 0 m g / L ( 3

. 5 1 )

1 0 0 0 0 0 0 Q 8

. 1 5 0 C C

f E D +

⋅ = 2 0 0 0 T D S

r e m o v e d < 7 0 0 0 m g / L ( 3

. 5 2 )

1 0 0 0 0 0 0 Q 3 5 5

. 9 C C

f E D +

⋅ = 7 0 0 0 m g / L T D S

r e m o v e d ( 3

. 5 3 )

$ 0 $ 2

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 4

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 6

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 8

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 0

, 0 0 0

, 0 0 0

0 5

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0 1 5

, 0 0 0 2 0

, 0 0 0 2 5

, 0 0 0CapitalCost,$

F e e d W a t e r F l o w R a t e , b b l / d a y T D S > 7

, 0 0 0

T D S 2 0 0 0 t o < 7 0 0 0 m

g

. / L

T D S 0 t o < 2 0 0 0 m g

/ L

F i g u r e 3

- 2 1 : E D R c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

e e d w a t e r f

l o w r a t e a n d T D S r e m o v a l a s

p r e d i c t e d b y E q u a t i o n s 3

. 5 1

, 3

. 5 2

, a n d 3

. 5 3

.6 4

3

. 5

. 7 O p e r a t i n g a n d M a i n t e n a n c e C o s t s

E D R o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s i n c l u d e : e l e c t r i c i t y

, l a b o r

, c h e m i c a l s

, a n d

m e m b r a n e a n d m i s c e l l a n e o u s p a r t s r e p l a c e m e n t

. M e t h o d s u s e d t o d e t e r m i n e t h e s e c o s t s a r e

d e s c r i b e d b e l o w

. T h e t o t a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r a n E D R s y s t e m i s c a l c u l a t e d w i t h

E q u a t i o n 3

. 5 4

.

O C E D = O C

e l e c

- E D + O C l a b o r

- E D + O C

c h e m

- E D + O C

m e m

- E D + O C

p a r t s

- E D ( 3

. 5 4 )

W h e r e

, O C E D i s t h e t o t a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r E D R ( $ /

b b l )

, O C

e l e c

- E D i s t h e

e l e c t r i c a l c o s t ( $ /

b b l )

, O C l a b o r

- E D i s t h e c o s t d u e t o l a b o r ( $ / b b l )

, O C

c h e m

- E D i s t h e c h e m i c a l c o s t

( $ / b b l )

, O C

m e m

- E D i s t h e m e m b r a n e r e p l a c e m e n t c o s t ( $ / b b l )

, a n d O C

p a r t s

- E D i s m i s c e l l a n e o u s p a r t s

r e p l a c e m e n t c o s t ( $ /

b b l )

.

T h e c o s t o f e l e c t r i c i t y f

o r a n E D R s y s t e m i s d e p e n d e n t o n t h e d e s i r e d T D S r e m o v a l a n d

t h e h y d r a u l i c p r e s s u r e d r o p f r o m s t a g e t o s t a g e ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. L e i t n e r a n d

A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) a n d L a w r e n c e e t a l

. ( 1 9 9 8 ) d a t a h a v e b e e n u s e d t o d e v e l o p a f u n c t i o n t h a t

r e l a t e s e l e c t r i c a l u s e t o T D S r e m o v a l

. T h e s e d a t a a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 2 2

. E q u a t i o n 3

. 5 5 i s

u s e d t o c a l c u l a t e t h e c o s t o f e l e c t r i c i t y f o r a n E D R s y s t e m b a s e d o n t h e d e s i r e d T D S r e m o v a l

.



# ( ) 

# ( ) ( )

e l e c 5

T D S t

, T D S f

, E D

- e l e c C o s t 1 0 9 C C 0

. 0 1 8 3 O C

⋅ ×

⋅ − + = − ( 3

. 5 5 )

W h e r e

, O C

e l e c

- E D i s t h e o p e r a t i n g c o s t d u e t o e l e c t r i c i t y ( $ / b b l )

, C f

, T D S i s t h e f

e e d T D S

c o n c e n t r a t i o n ( m g / L )

, C

t

, T D S i s t h e t r e a t e d w a t e r T D S c o n c e n t r a t i o n ( m g / L )

, a n d C o s t

e l e c i s t h e

u n i t p r i c e o f e l e c t r i c i t y ( $ / k W

- h r )

.

T h e l a b o r r e q u i r e m e n t f

o r a n E D R s y s t e m h a s b e e n d e v e l o p e d f r o m L e i t n e r a n d

A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 )

, a n d i s a s s u m e d t o b e 1 f u l l t i m e e m p l o y e e p e r 7

, 7 3 2 b b l o f f e e d w a t e r p e r

d a y

. T h e c o s t f

o r a n e m p l o y e e ( C o s t

e m p l o y e e ) i s a s s u m e d t o b e $ 5 0

, 0 0 0 / y r

. T h e c o s t o f l a b o r p e r

b a r r e l o f f e e d w a t e r ( O C l a b o r

- E D ) i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 5 6

.6 5 e m p l o y e e E D

- l a b o r C o s t d a y 3 6 5 y r 1

d a y b b l 7

, 7 3 2 e m p l o y e e 1 O C

⋅  

  

 

⋅    



   

 

= ( 3

. 5 6 )

E q u a t i o n 3

. 5 6 s h o w s t h a t O C L a b o r

- E D i s i n d e p e n d e n t o f t h e f l o w r a t e

. T h e r e f

o r e

, t h e c o s t o f l a b o r

i s c o n s i d e r e d f

i x e d a n d e q u a l t o $ 0

. 0 1 7 7 / b b l

.

y = 0

. 0 0 0 0 9 x + 0

. 0 1 8 3

R 2

= 0

. 6 4 4 1 9

0

. 0 0

. 1 0

. 2 0

. 3 0

. 4 0

. 5 0

. 6 0

. 7 0

. 8 0

. 9 1

. 0

0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0

T D S R e m o v e d

, m g / L L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s

, 1 9 9 7 L a w r

e n c e e t a l

. , 1 9 9 8 C o m b i n e dElectricalUsage,kW-hr/bbl

F i g u r e 3

- 2 2 : E l e c t r i c a l U s a g e w i t h r e s p e c t t o T D S r e m o v a l f o r 5 d i f f e r e n t E D R s y s t e m s

o p e r a t e d a t d i f

f e r e n t T D S r e m o v a l s

. C o m b i n e d r e f e r s t o t h e d a t a s e t c o m p r i s e d o f b o t h d a t a

s o u r c e s ( L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s

, 1 9 9 7 ; L a w r e n c e e t a l

. , 1 9 9 8 )

.

C h e m i c a l c o s t s a s s o c i a t e d w i t h a n E D R s y s t e m a r e t y p i c a l l y a t t r i b u t e d t o p e r i o d i c

c l e a n i n g o f t h e m e m b r a n e s u r f a c e s w i t h d i l u t e a c i d s ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. T h e

a c t u a l c o s t o f c h e m i c a l s a t t h e S u f f o l k

, V A E D R f

a c i l i t y w a s $ 0

. 0 0 0 4 2 /

b b l i n 1 9 9 4 ( S c h o e m a n

a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. T h i s c o r r e s p o n d s t o $ 0

. 0 0 0 5 8 /

b b l i n 2 0 0 7 d o l l a r s

. T h i s v a l u e i s u s e d a s

t h e c h e m i c a l c o s t f

o r E D R

.6 6

M e m b r a n e r e p l a c e m e n t i s r e q u i r e d e v e r y t w e l v e t o f i f t e e n y e a r s i f o p e r a t e d p r o p e r l y

( R e a h l

, 2 0 0 6 )

. S c h o e m a n a n d T h o m p s o n ( 1 9 9 6 ) h a v e s u g g e s t e d t h a t a p p r o x i m a t e l y 1 0 % o f t h e

m e m b r a n e s m u s t b e r e p l a c e d a n n u a l l y

, i

. e

. a t e n y e a r m e m b r a n e l i f e

. P l a n n e r s p r e d i c t e d t h e

m e m b r a n e r e p l a c e m e n t c o s t a t t h e S u f f o l k

, V A E D R f

a c i l i t y t o b e $ 0

. 0 6 / 1 0 0 0 g a l o r

$ 0

. 0 0 2 5 2 / b b l ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. T h i s v a l u e i s u s e d t o e s t i m a t e t h e c o s t d u e t o

m e m b r a n e r e p l a c e m e n t b e c a u s e i t p r o v i d e s t h e m o s t c o n s e r v a t i v e e s t i m a t e

.

T h e f i n a l c o s t a s s o c i a t e d w i t h E D R i s m i s c e l l a n e o u s p a r t s r e p l a c e m e n t

. T h i s c o s t h a s

b e e n e s t i m a t e d f

r o m L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) d a t a

. L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) c o l l e c t e d

a n n u a l m i s c e l l a n e o u s p a r t s r e p l a c e m e n t a n d c h e m i c a l d a t a f o r d i f f e r e n t s i z e E D R f

a c i l i t i e s

. T h i s

d a t a w a s n o r m a l i z e d w i t h r e s p e c t t o f l o w t o g e n e r a t e F i g u r e 3

- 2 3

. T h e a v e r a g e p a r t s a n d

c h e m i c a l c o s t f

r o m F i g u r e 3

- 2 3 i s $ 0

. 0 0 2 1 ± 0

. 0 0 1 3 / b b l

. T h e c h e m i c a l c o s t f

r o m a b o v e

( $ 0

. 0 0 0 5 8 /

b b l ) w a s s u b t r a c t e d f

r o m t h i s v a l u e t o y i e l d t h e c o s t d u e t o m i s c e l l a n e o u s p a r t s

r e p l a c e m e n t

, $ 0

. 0 0 1 5 /

b b l

.

$ 0

. 0 0 0 0 $ 0

. 0 0 0 5 $ 0

. 0 0 1 0 $ 0

. 0 0 1 5 $ 0

. 0 0 2 0 $ 0

. 0 0 2 5 $ 0

. 0 0 3 0 $ 0

. 0 0 3 5 $ 0

. 0 0 4 0 $ 0

. 0 0 4 5 $ 0

. 0 0 5 0

0 2 0

, 0 0 0 4 0

, 0 0 0 6 0

, 0 0 0 8 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1 2 0

, 0 0 0

F e e d W a t e r F l o w R a t e , b

b l / d a yChemicalandPartsCost,$/bbl

F i g u r e 3

- 2 3 : C h e m i c a l c o s t s a n d m i s c e l l a n e o u s p a r t s r e p l a c e m e n t c o s t n o r m a l i z e d t o f e e d w a t e r

f l o w r a t e

. A d a p t e d f

r o m L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 )

.6 7

3

. 6 H E E P M

3

. 6

. 1 P r o c e s s

H i g h E f f i c i e n c y E l e c t r o

- P r e s s u r e M e m b r a n e s ( H E E P M ) i s a p a t e n t p e n d i n g t e c h n o l o g y

m a r k e t e d b y E E T C o r

p o r a t i o n

. T h i s t e c h n o l o g y c o m b i n e s e l e c t r o d i a l y s i s a n d r e v e r s e o s m o s i s

.

A f t e r p r e t r e a t m e n t

, p r o d u c e d w a t e r i s t r e a t e d w i t h e l e c t r o d i a l y s i s t h e n r e v e r s e o s m o s i s

.

E l e c t r o d i a l y s i s i s u s e d t o r e d u c e t h e i o n l o a d t o r e v e r s e o s m o s i s

, a n d i s a l s o u s e d t o t r e a t t h e

b r i n e s t r e a m g e n e r a t e d f

r o m r e v e r s e o s m o s i s ( E E T

, 2 0 0 6 )

. R e v e r s e o s m o s i s t h e n f u r t h e r t r e a t s

t h e w a t e r t o r e m o v e m o r e c o n s t i t u e n t s f r o m s o l u t i o n

. T h e p r o c e s s i s o u t l i n e d i n F i g u r e 3

- 2 4

.

E l e c t r o d i a l y s i s R e v e r s e O s m o s i s Q

f

C

f Q

t C

t Q

b r

- R O C

b r

- R O

Q

b r C

b r

F i g u r e 3

- 2 4 : S c h e m a t i c f o r H E E P M w a t e r t r e a t m e n t s y s t e m

. Q b r

- R O a n d C b r

- R O a r e t h e b r i n e f l o w

a n d b r i n e c o n c e n t r a t i o n b e i n g r e c y c l e d f r o m t h e R O u n i t t o t h e E D u n i t

.

T h i s p r o c e s s h a s b e e n u s e d f o r w a t e r f l o w s r a n g i n g f

r o m 1

, 0 0 0 g p d t o 1 0 m g d

, a n d i s

a d a p t a b l e t o a w i d e r a n g e o f i n f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n s

. A b e n e f i t t o t h i s p r o c e s s i s h i g h e r

w a t e r r e c o v e r y t h a n i s p o s s i b l e w i t h R O a l o n e

, w i t h a s m a l l e r s y s t e m s i z e t h a n i s r e q u i r e d f o r E D

a l o n e ( S f e r r a z z a

, 2 0 0 6 )

. H i g h r e c o v e r y i s a c h i e v e d b y r e c y c l i n g R O r e s i d u a l s t h r o u g h t h e

e l e c t r o d i a l y s i s p r o c e s s

. T h i s c o n c e n t r a t e s t h e b r i n e w h i c h r e s u l t s i n l e s s b r i n e p r o d u c t i o n

. T h e

b r i n e i s r e m o v e d f

r o m t h e s y s t e m d u r i n g e l e c t r o d i a l y s i s

.6 8

R e c y c l i n g R O r e s i d u a l s t h r o u g h t h e E D a l s o h e l p s t o m a i n t a i n a h i g h i o n c o n c e n t r a t i o n i n

t h e E D

. H i g h i o n c o n c e n t r a t i o n s i n t h e E D i n f l u e n t w a t e r a l l o w s f

o r h i g h e r c u r

r e n t u t i l i z a t i o n

e f f i c i e n c y w h i c h i s n e c e s s a r y f o r e c o n o m i c u s e o f E D ( S c h o e m a n a n d T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. H i g h

i o n c o n c e n t r a t i o n s a l l o w f o r l e s s c u r r e n t t o b e a b s o r b e d b y t h e w a t e r

, t h u s a l l o w i n g f o r l e s s

e n e r g y b e i n g r e q u i r e d t o i m p a r t a c u r r e n t t o t h e w a t e r

.

H E E P M c h e m i c a l r e

j e c t i o n e f f i c i e n c i e s a r e o u t l i n e d i n T a b l e 3

- 7

. T h e s e d a t a w e r e

s u p p l i e d b y E E T C o r

p o r a t i o n

, a n d a r e u s e d t o c a l c u l a t e t h e t r e a t e d w a t e r c h e m i s t r y ( C

t )

.

T a b l e 3

- 7 : H E E P M c h e m i c a l r e j e c t i o n e f f i c i e n c i e s

. S o u r c e : E E T C o r p

.

C o n s t i t u e n t R e j e c t i o n E f f i c i e n c y

T D S 9 8 %

C h l o r i d e 9 8 %

S u l f a t e 9 9 %

N i t r a t e 9 0 %

P h o s p h a t e 9 9 %

S o d i u m 9 8 %

O t h e r 9 0 %

H E E P M h a s t h e s a m e w a t e r r e c o v e r y a s E D b e c a u s e t h e w a t e r a n d R O b r i n e a r e t r e a t e d

w i t h E D

. T h e r e f

o r e

, w a t e r r e c o v e r y f

o r H E E P M a n d E D a r e r e l a t e d t o f e e d T D S i n t h e s a m e

m a n n e r

. E q u a t i o n 3

. 5 7 i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e w a t e r r e c o v e r y f o r H E E P M

.



# ( )

T D S

f

, - 4

r C

1 0 5

- 1 0 0 

⋅

× = ( 3

. 5 7 )

3

. 6

. 2 H E E P M C o s t s

H E E P M c a p i t a l a n d o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s w e r e p r o v i d e d b y E E T C o r p o r a t i o n

i n t w o f o r m a t s

, e s t i m a t e s a n d p l o t s

. T w o c o s t e s t i m a t e s w e r e p r o v i d e d

, o n e f o r a 1 5

, 0 0 0 b b l / d a y

s y s t e m a n d o n e f

o r a 4 5

, 0 0 0 b b l / d a y s y s t e m

. E a c h e s t i m a t e c o n t a i n s i n f o r m a t i o n r e l a t e d t o t h e

i n s t a l l e d c a p i t a l c o s t s f

o r e a c h s y s t e m i n t h e P R B ( s e e A p p e n d i x A

- H T a b l e A H

- 1 )

. T h e

e s t i m a t e s a l s o p r o v i d e o p e r a t i n g c o s t d a t a s u c h a s m e m b r a n e l i f e a n d r e p l a c e m e n t c o s t

, s u l f u r i c6 9

a c i d d o s e a n d c o s t

, e l e c t r i c a l u s e

, a n d l a b o r

. I n a d d i t i o n t o t h e e s t i m a t e s

, t w o p l o t s w e r e

p r o v i d e d

. O n e r e l a t e s o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s t o f e e d w a t e r f

l o w r a t e a n d r a w w a t e r

T D S w h i l e t h e o t h e r r e l a t e s c a p i t a l c o s t s t o f e e d w a t e r f

l o w r a t e a n d T D S

. B o t h s o u r c e s o f

i n f o r m a t i o n w e r e u s e d t o e s t i m a t e t h e c o s t s f o r H E E P M

.

3

. 6

. 2

. 1 C a p i t a l C o s ts

C a p i t a l c o s t s h a v e b e e n d e t e r m i n e d t h r o u g h t h e u s e o f t h e p r o v i d e d p l o t a n d t h e t w o c o s t

e s t i m a t e s

. T h e p l o t d o e s n o t i n c l u d e c o s t s s u c h a s

, i n s t a l l a t i o n

, f r e i g h t

, s i t e p r e p a r a t i o n

,

e n g i n e e r i n g

, a n d s t o r a g e t a n k s ; b u t

, t h e p l o t d o e s p r o v i d e a r e l a t i o n s h i p w h i c h r e l a t e s c a p i t a l

c o s t s t o f l o w r a t e a n d T D S

.

A s t r o n g r e l a t i o n s h i p w a s n o t f o u n d t o e x i s t b e t w e e n T D S a n d c a p i t a l c o s t f o r t h e T D S

c o n c e n t r a t i o n s o f i n t e r e s t

, 1

, 0 0 0 t o 1 0

, 0 0 0 m g / L

, i n P R B C B M p r o d u c e d w a t e r s ( s e e A p p e n d i x

A

- H F i g u r e A H

- 1 )

. T h e r e f o r e

, a v e r a g e c a p i t a l c o s t s w e r e f o u n d f o r t h i s r a n g e o f T D S v a l u e s

.

T h e a v e r a g e d c a p i t a l c o s t s w e r e t h e n p l o t t e d w i t h r e s p e c t t o f e e d w a t e r f

l o w r a t e

, F i g u r e 3

- 2 5

.

$ 1 0

, 0 0 0 $ 1 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 0

, 0 0 0

, 0 0 0

1 0 1 0 0 1

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0

F e e d W a t e r F l o w R a t e ( b b

l / d a y )CapitalCost,$ E s t i m a t e p t s C C C C

_ a d j u s t e d

F i g u r e 3

- 2 5 : H E E P M c a p i t a l c o s t s w i t h E E T C o r p

. d a t a f r o m t h e p l o t r e l a t i n g c a p i t a l c o s t s

, C C

,

t o f e e d f l o w r a t e ; a d

j u s t e d c a p i t a l c o s t s

, C C

_ a d j u s t e d

, t a k e s i n t o a c c o u n t i n s t a l l a t i o n

, f r e i g h t

, s i t e

p r e p a r a t i o n

, e n g i n e e r i n g

, a n d s t o r a g e t a n k s ; a n d e s t i m a t e p o i n t s ( E s t i m a t e p t s ) f r o m E E T C o r

p

.

c a p i t a l c o s t e s t i m a t e s f

o r t w o f l o w r a t e s 1 5

, 0 0 0 a n d 4 5

, 0 0 0 b b l / d a y

.7 0

D a t a f r o m t h e p l o t r e l a t i n g c a p i t a l c o s t t o f l o w r a t e w e r e t h e n a d

j u s t e d t o a c c o u n t f

o r t h e

c o s t s n o t i n c l u d e d i n t h e p l o t

. T h i s w a s d o n e b y f i n d i n g c o m m o n r a t i o s b e t w e e n t h e a c t u a l

i n s t a l l e d c o s t s f

r o m t h e e s t i m a t e s a n d t h e d a t a f r o m t h e p l o t

. I n d o i n g s o

, i t w a s f o u n d t h a t t h e

a c t u a l c a p i t a l c o s t w a s 1

. 6 9 a n d 1

. 2 6 t i m e s g r e a t e r f o r t h e 1 5

, 0 0 0 a n d 4 5

, 0 0 0 b b l / d a y s y s t e m s

,

r e s p e c t i v e l y

. D a t a f

r o m t h e p l o t w e r e t h e n a d j u s t e d b y m u l t i p l y i n g t h e c a p i t a l c o s t f r o m t h e p l o t

b y : 1

. 6 9 f o r f e e d w a t e r f

l o w r a t e s g r e a t e r t h a n 2

, 3 8 1 a n d l e s s t h a n o r e q u a l t o 2 3

, 8 1 0 b b l / d a y ;

a n d 1

. 2 6 f

o r f l o w r a t e s g r e a t e r t h a n 2 3

, 8 1 0 b b l / d a y

. T h e a v e r a g e o f t h e r a t i o s ( 1

. 4 8 ) w a s u s e d f o r

f l o w r a t e s l e s s t h a n 2

, 3 8 1 b b l / d a y

. T h e a d j u s t e d c a p i t a l c o s t s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 2 5

.

F u n c t i o n s w e r e t h e n f

o u n d f o r t h e a d j u s t e d c a p i t a l c o s t f

o r d i f f e r e n t f l o w r e g i m e s b y

p l o t t i n g a d

j u s t e d c a p i t a l c o s t d a t a v e r s u s f e e d w a t e r f

l o w r a t e ( Q f

) a n d f i n d i n g t h e b e s t f

i t l i n e f o r

e a c h f l o w r e g i m e ( s e e A p p e n d i x A

- H F i g u r e s A H

- 2

, A H

- 3

, A H

- 4

, a n d A H

- 5 )

. H E E P M c a p i t a l

c o s t s ( C C H E E P M ( $ ) ) a r e c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n s 3

. 5 8

, 3

. 5 9

, 3

. 6 0 a n d 3

. 6 1

.

7 5 0 9 6 Q 3 7 1

. 4 8 C C

f H E E P M +

⋅ = Q f 2 3 8 b b l / d a y ( 3

. 5 8 )

1 4 4 8 8 3 Q 2 0 8

. 2 9 C C

f H E E P M +

⋅ = 2 3 8 < Q f 2 3 8 1 ( 3

. 5 9 )

2 5 9 9 3 2 Q 1 6 0

. 9 9 C C

f H E E P M +

⋅ = 2 3 8 1 < Q f 2 3 8 1 0 ( 3

. 6 0 )

f H E E P M Q 1 1 1

. 4 7 C C

⋅ = 2 3 8 1 0 < Q f ( 3

. 6 1 )

3

. 6

. 2

. 2 O p e r a t i n g a n d M

a i n t e n a n c e C o s t

s

H E E P M o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s i n c l u d e : e l e c t r i c i t y

, l a b o r

, c h e m i c a l s a n d

m e m b r a n e r e p l a c e m e n t ( E E T

, 2 0 0 6 )

. T h e t o t a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t p e r b a r r e l o f f e e d

w a t e r f o r H E E P M ( O C H E E P M ) i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 6 2

.

H E E P M m e m H E E P M c h e m H E E P M l a b o r H E E P M e l e c H E E P M O C O C O C O C O C

− − − − +

+ + = ( 3

. 6 2 )

W h e r e

, O C

e l e c

- H E E P M i s t h e e l e c t r i c a l c o s t ( $ / b b l )

, O C l a b o r

- H E E P M i s t h e l a b o r c o s t ( $ / b b l )

, O C

c h e m

. -

H E E P M i s t h e c h e m i c a l c o s t ( $ / b b l )

, a n d O C

m e m

- H E E P M i s t h e m e m b r a n e r e p l a c e m e n t c o s t ( $ / b b l )

.7 1 T h e o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s a s s o c i a t e d w i t h H E E P M w e r e e s t i m a t e d f r o m a

p l o t t h a t r e l a t e s t o t a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t t o f e e d w a t e r f

l o w r a t e a n d f

e e d T D S

( F i g u r e A H

- 6 )

, a n d a n e s t i m a t e f o r t r e a t i n g a w a t e r w i t h a f e e d T D S o f 4 4 0 0 m g / L t o 2 5 0 m g / L

p r o v i d e d b y E E T C o r

p ( T a b l e A H

- 2 )

. W i t h t h e u s e o f b o t h s o u r c e s

, t h e i n d i v i d u a l c o s t s

r e p r e s e n t e d i n E q u a t i o n 3

. 6 2 w e r e u n c o u p l e d f r o m F i g u r e A H

- 6 a n d c o s t f u n c t i o n s w e r e f

o u n d

f o r e a c h c o m p o n e n t

.

T h e e l e c t r i c a l c o s t f

o r H E E P M i s d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e c o s t o f e l e c t r i c i t y a n d t h e f e e d

T D S o f t h e w a t e r ( E E T

, 2 0 0 6 )

. T h e e s t i m a t e d e l e c t r i c a l u s e t o t r e a t a w a t e r w i t h 4 4 0 0 m g / L f e e d

T D S c o n c e n t r a t i o n i s 1

. 1 6 k W

- h r / b b l ( E E T

, 2 0 0 6 )

. T h i s e l e c t r i c a l u s a g e w a s u s e d i n c o n j u n c t i o n

w i t h F i g u r e A H

- 6 d a t a t o d e v e l o p a r e l a t i o n s h i p b e t w e e n f e e d T D S a n d e l e c t r i c a l u s a g e ( S e e

A p p e n d i x A

- H )

. T h i s r e l a t i o n s h i p i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3

- 2 6

. T h e e l e c t r i c a l c o s t f o r H E E P M i s

c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 6 3

.

y = 0

. 0 0 0 2 x + 0

. 4 3 7 3

R 2

= 0

. 9 9 7 5

0 1 2 3 4 5 6

0 5

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0 1 5

, 0 0 0 2 0

, 0 0 0 2 5

, 0 0 0 3 0

, 0 0 0 3 5

, 0 0 0 4 0

, 0 0 0

T D S

, m g /

LElectricalUsage,kW-hr/bbl

F i g u r e 3

- 2 6 : H E E P M e l e c t r i c a l u s a g e a s a f u n c t i o n o f f

e e d T D S

.7 2



# ( )

e l e c

f

, T D S H E E P M e l e c C o s t 0

. 4 3 7 3 C 0

. 0 0 0 2 O C

⋅ +

⋅ =

− ( 3

. 6 3 )

W h e r e

, C f

, T D S i s t h e f

e e d T D S c o n c e n t r a t i o n ( m g / L ) a n d C o s t

e l e c i s t h e u n i t c o s t o f e l e c t r i c i t y

( $ / k W

- h r )

.

T h e o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t a t t r i b u t e d t o l a b o r f o r H E E P M i s a s s u m e d t o b e

e q u a l t o $ 0

. 0 1 5 1 /

b b l o f f e e d w a t e r ( E E T

, 2 0 0 6 )

. T h i s c o s t a s s u m e s a n e m p l o y e e c o s t o f

$ 5 0

, 0 0 0 / e m p l o y e e

- y r

.

H E E P M r e q u i r e s a c i d a d d i t i o n f o r t h e s a m e r e a s o n a s R O ( t o c o n s u m e a l k a l i n i t y w h i c h

p r e v e n t s m e m b r a n e f

o u l i n g i n t h e R O u n i t )

. T h e a m o u n t o f a c i d r e q u i r e d f r o m t h e e s t i m a t e i s

0

. 0 0 0 7 1 t o n s o f 9 8 % p u r e s u l f u r i c a c i d p e r b a r

r e l o f f e e d w a t e r f

o r a w a t e r c o n t a i n i n g

a p p r o x i m a t e l y 5 0 7 8 m g / L o f a l k a l i n i t y a s c a l c i u m c a r b o n a t e ( s e e A p p e n d i x A

- H f o r a n

e x p l a n a t i o n o f t h i s f

e e d w a t e r a l k a l i n i t y )

. T h i s i s a p p r o x i m a t e l y e q u a l t o t h e a c i d r e q u i r e d f r o m

F i g u r e 3

- 1 0

. T h e s u l f

u r i c a c i d r e q u i r e m e n t i s a s s u m e d t o b e d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e f e e d

T D S

, F i g u r e 3

- 2 7 ( w h i c h i s i d e n t i c a l t o F i g u r e 3

- 1 0 w i t h t h e e x c e p t i o n o f t h e x

- a x i s b e i n g T D S

c o n c e n t r a t i o n f

o r F i g u r e 3

- 2 7 )

. C h e m i c a l c o s t i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 6 4

.

a c i d f

, T D S 7

H E E P M c h e m C o s t

C 1 0 2 O C

⋅

⋅ × = −

− ( 3

. 6 4 )

H E E P M m e m b r a n e r e p l a c e m e n t c o s t i s a s s u m e d t o b e $ 0

. 0 1 2 6 / b b l o f f e e d w a t e r ( E E T

,

2 0 0 6 )

. T h i s c o s t a s s u m e s a 3 a n d 5 y e a r m e m b r a n e l i f e f o r R O a n d E D m e m b r a n e s

, r e s p e c t i v e l y

.7 3 y = 2 E

- 0 7 x

R 2

= 1

0

. 0 0 0 0 0

. 0 0 0 5 0

. 0 0 1 0 0

. 0 0 1 5 0

. 0 0 2 0

0 2

, 0 0 0 4

, 0 0 0 6

, 0 0 0 8

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0

T D S

, m g / LTonsSulfuricAcidperbblwater

F i g u r e 3

- 2 7 : H E E P M 9 8 % p u r e s u l f u r i c a c i d r e q u i r e m e n t a s a f u n c t i o n o f f

e e d T D S a s s u m i n g

a c i d u s e i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o f e e d T D S

.7 4 4

. B R I N E M A N G E M E N T

4

. 1 O v e r v i e w

A l l o f t h e s e l e c t e d w a t e r t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s g e n e r a t e a w a s t e s t r e a m a s a r e s u l t o f

r e m o v i n g c o n s t i t u e n t s f

r o m w a t e r

. T h i s w a s t e s t r e a m i s g e n e r a l l y t e r m e d b r i n e

. T h e b r i n e

c o n t a i n s a l l o f t h e c o n s t i t u e n t s t h a t w e r e r e m o v e d f r o m t h e w a t e r a n d a s a r e s u l t m u s t b e

m a n a g e d i n a m a n n e r t h a t w i l l n o t r e l e a s e t h e s e c o n s t i t u e n t s i n t o t h e e n v i r o n m e n t

.

T w o b r i n e m a n a g e m e n t t e c h n i q u e s a r e c u r r e n t l y u s e d i n t h e P R B

. T h e s e i n c l u d e d e e p

w e l l i n j e c t i o n a n d b r i n e e v a p o r a t i o n p o n d s ( L a m b

, 2 0 0 6 )

. O t h e r t e c h n i q u e s t h a t m a y b e u s e d t o

m a n a g e b r i n e i n t h e P R B i n c l u d e : e v a p o r a t i o n c r y s t a l l i z a t i o n

, b i p o l a r e l e c t r o d i a l y s i s

, a n d

m e m b r a n e d i s t i l l a t i o n

.

4

. 2 D e e p W e l l I n

j e c t i o n

4

. 2

. 1 O v e r v i e w

D e e p w e l l i n

j e c t i o n i s a b r i n e m a n a g e m e n t t e c h n i q u e t h a t i n v o l v e s i n j e c t i n g b r i n e i n t o a

g e o l o g i c f

o r m a t i o n i n t h e s u b s u r f

a c e

. T h e f o r m a t i o n i n w h i c h t h e b r i n e i s i n j e c t e d m u s t b e

b e n e a t h t h e l o w e r m o s t u n d e r g r o u n d s o u r c e o f d r i n k i n g w a t e r

, a n d m u s t n o t a l l o w t h e b r i n e t o

m i g r a t e t o o t h e r a r e a s o f t h e s u b s u r f a c e w h i c h m a y r e s u l t i n a q u i f e r c o n t a m i n a t i o n ( M i c k l e y

,

2 0 0 1 ; A S C E / A W W A

, 1 9 9 6 )

. W e l l s u s e d f o r t h i s p u r

p o s e a r e t e r m e d C l a s s I i n j e c t i o n w e l l s a n d

a r e t y p i c a l l y 1

, 0 0 0 t o 8

, 0 0 0 f e e t d e e p ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

.

T h i s b r i n e m a n a g e m e n t t e c h n i q u e h a s b e e n u s e d i n t h e P R B f o r s e v e r a l y e a r s w i t h m u c h

s u c c e s s ( L a m b

, 2 0 0 6 )

. T h e p r i m a r y i s s u e w i t h d e e p w e l l i n j e c t i o n i s t h a t t h e r e i s a s e t c a p a c i t y7 5

f o r h o w m u c h b r i n e a f

o r m a t i o n c a n s t o r e ( B e a g l e

, 2 0 0 7 )

. W h e n a l l o f t h e w e l l s t h a t a r e u s e d f o r

d e e p w e l l i n

j e c t i o n h a v e f

i l l e d t h e c a p a c i t y o f t h e f

o r m a t i o n i n w h i c h t h e y i n j e c t b r i n e e i t h e r : a )

m o r e w e l l s w i l l h a v e t o b e d e v e l o p e d

, o r b ) a n o t h e r b r i n e d i s p o s a l t e c h n i q u e w i l l h a v e t o b e

u s e d

.

C l a s s I i n

j e c t i o n w e l l s a r e r e g u l a t e d b y t h e W D E Q i n W y o m i n g u n d e r C h a p t e r 1 3 o f t h e

W y o m i n g w a t e r q u a l i t y r u l e s a n d r e g u l a t i o n s

, a n d a r e n a t i o n a l l y r e g u l a t e d b y t h e U S E P A u n d e r

4 0 C F R P a r t s 1 4 4 a n d 1 4 6

. C u r r e n t l y t h e r e a r e 5 0 c l a s s I i n j e c t i o n w e l l s i n W y o m i n g t h a t a r e

p e r m i t t e d f

o r n o n

- h a z a r d o u s w a s t e s ( P a s s e h l

, 2 0 0 7 )

. W y o m i n g d o e s n o t h a v e a n y c l a s s I w e l l s

t h a t a r e r e g u l a t e d f

o r h a z a r d o u s w a s t e s

. O f t h e 5 0 c l a s s I w e l l s i n W y o m i n g

, l e s s t h a n f i v e a r e

u s e d f o r C B M w a t e r t r e a t m e n t r e s i d u a l s

. O n e o f t h e s e w e l l s i s u s e d e x c l u s i v e l y b y E M I T

D i s c h a r g e T e c h n o l o g i e s ( B e a g l e

, 2 0 0 7 )

.

B e a g l e ( 2 0 0 7 ) h a s s u p p l i e d i n f o r m a t i o n f

o r t h e w e l l t h a t i s u s e d e x c l u s i v e l y b y E M I T

D i s c h a r g e T e c h n o l o g i e s

. T h i s w e l l i s 9

, 1 7 8 t o 9

, 2 8 2 f t d e e p i n t h e M i n n e l u s a f

o r m a t i o n o f

n o r t h e r n W y o m i n g a n d p e r m i t t e d f o r 5

, 0 4 0 b b l / d a y o f b r i n e a t 1

, 7 0 0 p s i m a x i m u m i n j e c t i o n

p r e s s u r e

. T o d a t e E M I T h a s i n j e c t e d a p p r o x i m a t e l y 9 0 0

, 0 0 0 b a r r e l s o f b r i n e

, a n d t h e a c t u a l

c a p a c i t y o f t h e f

o r m a t i o n i s u n k n o w n ( B e a g l e 2 0 0 7 )

. C o s t i n f o r m a t i o n f

o r t h i s w e l l w a s n o t

a v a i l a b l e d u e t o t h e p r o p r i e t a r y n a t u r e o f t h e c o s t s

. H o w e v e r

, t h i s w e l l ’ s d e p t h a n d f l o w r a t i n g

w i l l b e u s e d t o d e v e l o p c o s t s f o r d e e p w e l l i n

j e c t i o n

.

4

. 2

. 2 C o s t s

T h e r e a r e s e v e r a l c o s t s a s s o c i a t e d w i t h t h e c o n s t r u c t i o n o f a C l a s s I i n j e c t i o n w e l l t h a t

c a n b e u s e d t o d i s p o s e o f b r i n e

. T h e s e c o s t s i n c l u d e : s u b s u r f a c e e x p l o r a t i o n f

o r a f o r m a t i o n t h a t

i s c a p a b l e o f i s o l a t i n g a n d s t o r i n g t h e b r i n e

, p e r m i t t i n g

, m a t e r i a l s

, a n d w e l l i n s t a l l a t i o n ( M i c k l e y

,

2 0 0 1 )

. M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) d e v e l o p e d a c o s t m o d e l t h a t p r e d i c t s t h e c a p i t a l c o s t s a s s o c i a t e d w i t h t h e7 6

i n s t a l l a t i o n o f a C l a s s I i n j e c t i o n w e l l ( E q u a t i o n 4

. 1 )

. T h i s m o d e l p r e d i c t e d t h e t o t a l i n s t a l l e d c o s t

o f a 9

, 3 0 0 f

t d e e p C l a s s I i n

j e c t i o n w e l l w i t h a 1 6 i n c h i n j e c t i o n t u b e d i a m e t e r ( c a p a b l e o f

i n j e c t i n g 4

. 5 1 t o 9

. 0 2 m g d ) t o b e $ 9

, 0 5 8

, 6 0 0

, n o t i n c l u d i n g p e r m i t t i n g

.



## ( ) ( ) D e p t h 0

. 7 5 4 D i a m e t e r T u b e 1 4 5

. 9 2 8 8 C C

W e l l ⋅ +

⋅ +

− = ( 4

. 1 )

W h e r e

, C C W e l l i s t h e c a p i t a l c o s t f o r a c l a s s I i n

j e c t i o n w e l l ( $ 1

, 0 0 0 )

, T u b e D i a m e t e r i s t h e

i n j e c t i o n t u b e d i a m e t e r ( i n )

, a n d D e p t h i s t h e w e l l d e p t h ( f t )

.

I n a d d i t i o n t o c a p i t a l c o s t s t h e r e a r e a l s o o p e r a t i n g c o s t s t h a t m u s t b e c o n s i d e r e d w h e n

u t i l i z i n g a C l a s s I i n

j e c t i o n w e l l

. T h e s e c o s t s i n c l u d e : p u m p i n g

, c h e m i c a l s a n d l a b o r

. T h e m o s t

s i g n i f i c a n t o f t h e s e c o s t s i s p u m p i n g p o w e r w h i c h i s e s t i m a t e d t o b e $ 5 0

, 0 0 0 / y r f o r a 1 5 0 g p m

( 5 1 4 2 b b l / d a y ) p u m p o p e r a t i n g a t 3

, 1 5 0 p s i g w i t h a 3 5 0 h p m o t o r ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

.

C h e m i c a l s a r e r e q u i r e d t o p r e v e n t c o r r o s i o n o f t h e p u m p a n d i n j e c t i o n t u b e

. M i c k l e y

( 2 0 0 1 ) e s t i m a t e d t h a t t h e s e c o s t s a r e a p p r o x i m a t e l y $ 7

, 0 0 0 / y r f o r a 1 5 0 g p m i n

j e c t i o n w e l l

.

L a b o r c o s t s a r e n e g l e c t e d b e c a u s e a n i n j e c t i o n w e l l r e q u i r e s l a b o r p r i m a r i l y f o r m o n i t o r i n g

a c t i v i t i e s a n d p e r i o d i c r e p a i r s

.

B a s e d o n M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) r e s u l t s

, t h e c o s t t o d i s p o s e o f a b a r r e l o f b r i n e i f t h e c o m p a n y

o w n s t h e w e l l w i l l b e $ 0

. 2 6 / b b l ( n o t i n c l u d i n g t r u c k i n g o r p e r m i t t i n g ) a s s u m i n g : t h e w e l l

c a p a c i t y i s 1

, 6 4 6 m i l l i o n g a l l o n s

, c a p i t a l c o s t i s $ 9

, 0 5 8

, 6 0 0

, f l o w r a t e i s 1 5 0 g p m ( 5 1 4 3 b b l / d a y )

f o r e l e c t r i c a n d c h e m i c a l c o s t s

, a n d 2 1 y e a r s t r a i g h t l i n e d e p r e c i a t i o n

. C u r r e n t l y

, t h e c o s t t o

d i s p o s e o f a b a r r e l o f b r i n e v i a d e e p w e l l i n j e c t i o n i n t h e P R B i s $ 5

. 0 0 / b b l i n c l u d i n g t r u c k i n g t h e

b r i n e t o t h e w e l l i f t h e w e l l i s n o t o w n e d b y t h e c o m p a n y d i s p o s i n g o f t h e b r i n e ( M i e r s

, 2 0 0 7 )

.7 7

4

. 3 E v a p o r a t i o n P o n d s

4

. 3

. 1 O v e r v i e w

E v a p o r a t i o n p o n d s u t i l i z e s o l a r e n e r g y t o e v a p o r a t e w a t e r f r o m b r i n e

. W h e n d e s i g n e d

a p p r o p r i a t e l y t h e e n d r e s u l t i s d r i e d s o l i d s t h a t m a y b e l a n d f i l l e d d e p e n d i n g o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s

o f t h e s o l i d s

. E v a p o r a t i o n p o n d s a r e t y p i c a l l y u s e d i n d r y c l i m a t e s w i t h h i g h e v a p o r a t i o n r a t e s t o

e n s u r e t h a t w a t e r w i l l e v a p o r a t e f r o m t h e b r i n e ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

. E v a p o r a t i o n p o n d s a r e c u r r e n t l y

b e i n g u s e d a t P e t r o

- C a n a d a ’ s W i l d T u r k e y R O f a c i l i t y t o m a n a g e b r i n e ( L a m b

, 2 0 0 6 )

.

T h i s t e c h n i q u e h a s s e v e r a l i s s u e s r e l a t e d t o i t s u s e

. I s s u e s i n c l u d e : L a r g e e v a p o r a t i v e a r e a

r e q u i r e m e n t f

o r l a r g e f l o w s

, f r e e z i n g i n t h e w i n t e r

, p o t e n t i a l u n d e r l y i n g a q u i f e r c o n t a m i n a t i o n

f r o m f l o o d i n g o r d a m a g e d p o n d l i n e r s ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

, m i c r o b i a l a n d / o r a l g a e g r o w t h ( L a m b

,

2 0 0 6 )

, a n d s o l i d s d i s p o s a l

. T h e r e a r e s o m e a d v a n t a g e s

, h o w e v e r

, t o u s i n g a n e v a p o r a t i o n p o n d

.

T h e s e i n c l u d e : r e l a t i v e l y e a s y t o c o n s t r u c t

, l o w m a i n t e n a n c e c o s t s

, n o c h e m i c a l s r e q u i r e d

, a n d n o

m e c h a n i c a l e q u i p m e n t r e q u i r e d e x c e p t f o r a p u m p t o g e t t h e b r i n e t o t h e p o n d a n d p o s s i b l y a

w a t e r a t o m i z e r

/ e v a p o r a t o r t o e n h a n c e e v a p o r a t i o n ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

.

4

. 3

. 2 P a r a m e t e r s

I m p o r t a n t p a r a m e t e r s f

o r e v a p o r a t i o n p o n d s i n c l u d e t h e p o n d l i n e r t h i c k n e s s

, d i k e h e i g h t

,

e v a p o r a t i v e a r e a

, e v a p o r a t i o n r a t e a n d p o n d d e p t h

. T h e t h i c k n e s s o f t h e p o n d l i n e r i s i m p o r t a n t t o

e n s u r e t h e l i n e r w i l l n o t b e c o m e d a m a g e d a n d c o n t a m i n a t e u n d e r l y i n g g r o u n d w a t e r

. M i c k l e y

( 2 0 0 1 ) r e p o r t e d t h a t l i n e r t h i c k n e s s e s c a n r a n g e f r o m 2 0 t o 1 2 0 m i l s a n d t h a t t h e t h i c k n e s s m a y

b e r e g u l a t e d b y l a w

. A l i n e r t h i c k n e s s e q u a l t o 6 0 m i l s i s a s s u m e d t o b e a d e q u a t e ( M i c k l e y

,

2 0 0 1 )

.7 8

D i k e s a r e n e c e s s a r y a r o u n d t h e p e r i m e t e r o f a p o n d t o e n s u r e t h e b r i n e s t a y s i n t h e p o n d

d u r i n g t i m e s o f s t r o n g w i n d s a n d p r e c i p i t a t i o n

. T h e d i k e h e i g h t i s a s s u m e d t o b e 8 f e e t a b o v e t h e

p o n d s u r f a c e ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

.

A d e q u a t e e v a p o r a t i v e a r e a i s a l s o n e c e s s a r y t o p r o v i d e s u r f a c e a r e a f o r e v a p o r a t i o n t o

o c c u r

. T h e r e q u i r e d e v a p o r a t i v e a r e a i s d e p e n d e n t o n t h e l o c a l e v a p o r a t i o n r a t e w h i c h i s 2

. 5 1

f t / y r a n d 5

. 8 0 f

t / y r w h e n u t i l i z i n g n a t u r a l o r f o r c e d e v a p o r a t i o n i n t h e P R B

, r e s p e c t i v e l y ( U r r u t y

,

2 0 0 7 )

. F o r c e d e v a p o r a t i o n i s t h e u s e o f a n a t o m i z e r / e v a p o r a t o r t o e n h a n c e e v a p o r a t i o n

. T h e

e v a p o r a t i o n r a t e f

o r w a t e r s a t u r a t e d w i t h s o d i u m c h l o r i d e s a l t h a s b e e n f o u n d t o b e 7 0 p e r c e n t o f

t h e e v a p o r a t i o n r a t e f

o r f r e s h w a t e r ( U S D I

, 1 9 7 1 )

. T h e r e f o r e t h e e v a p o r a t i o n r a t e f o r a n

e v a p o r a t i o n p o n d u t i l i z i n g f o r c e d e v a p o r a t i o n i n t h e P R B i s a s s u m e d t o b e 4

. 0 6 f t / y r

. T h e

r e q u i r e d e v a p o r a t i v e a r e a i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 4

. 2

.



## ( ) ( )

E R

Q 5

. 2 0 4 9 2

. 1 E A b r

⋅ ⋅ = ( 4

. 2 )

W h e r e E A i s t h e e v a p o r a t i o n a r e a ( f t 2 )

, 1

. 2 i s a 2 0 % s a f

e t y f a c t o r

, 2 0 4 9

. 5 i s a c o n v e r s i o n f a c t o r

f r o m b b l y r f

t - 1 d a y - 1 t o f

t 2

, Q b r i s t h e b r i n e f

l o w r a t e ( b b l / d a y )

, a n d E R i s t h e e v a p o r a t i o n r a t e

( f t / y r )

.

T h e d e p t h o f t h e p o n d i s a l s o i m p o r t a n t

. P o n d d e p t h p r o v i d e s s t o r a g e f o r s o l i d s t h a t

p r e c i p i t a t e o u t o f t h e b r i n e a s t h e w a t e r e v a p o r a t e s

. T h e r a t e o f s o l i d s a c c u m u l a t i o n c a n r a n g e

f r o m 0

. 0 0 5 t o a b o v e 0

. 0 2 f t / y r f o r b r i n e T D S c o n c e n t r a t i o n s r a n g i n g f r o m 1 5

, 0 0 0 t o a b o v e

5 0

, 0 0 0 m g / L

. A t o t a l p o n d d e p t h e q u a l t o 1

. 5 f e e t i s a s s u m e d t o b e a d e q u a t e f o r s o l i d s s t o r a g e

( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

.7 9

4

. 3

. 3 C o s t s

S e t h U r r u t y o f P e t r o

- C a n a d a h a s s u p p l i e d c o s t d a t a f o r t h e W i l d T u r k e y e v a p o r a t i o n

p o n d s i n t h e P R B

. T h e s e d a t a h a v e b e e n u s e d t o a p p r o x i m a t e c a p i t a l

, a n d o p e r a t i n g a n d

m a i n t e n a n c e c o s t s f

o r e v a p o r a t i o n p o n d s

.

P e t r o

- C a n a d a c u r

r e n t l y h a s f

o u r e v a p o r a t i o n p o n d s w i t h a t o t a l e v a p o r a t i o n a r e a o f

8 1 8

, 7 0 0 f t 2 i n t h e P R B ( U r

r u t y

, 2 0 0 7 )

. T h e s e p o n d s a r e u s e d t o e v a p o r a t e b r i n e g e n e r a t e d f r o m a

R O f a c i l i t y t h a t a c h i e v e s 9 2 % t o 9 6 % w a t e r r e c o v e r y

. T h e t o t a l d e s i g n f l o w r a t e f o r t h e

e v a p o r a t i o n p o n d s i s 8 0 g p m ( U r r u t y

, 2 0 0 7 )

.

C o s t s a s s o c i a t e d w i t h c o n s t r u c t i n g a n e v a p o r a t i o n p o n d i n c l u d e : l a n d

, e a r t h w o r k

, l i n i n g

,

a n d o t h e r m i s c e l l a n e o u s c o s t s ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

. T h e t o t a l c a p i t a l c o s t t o c o n s t r u c t 8 1 8

, 7 0 0 f t 2 o f

e v a p o r a t i o n p o n d i n t h e P R B w a s $ 1

, 5 0 0

, 0 0 0 ± $ 1 5 0

, 0 0 0 n o t i n c l u d i n g t h e c o s t o f l a n d ( U r r u t y

,

2 0 0 7 )

. U r r u t y ( 2 0 0 7 ) s t a t e d t h a t i t i s n o t r e q u i r e d t o p u r c h a s e l a n d f o r a n e v a p o r a t i o n p o n d i n t h e

P R B

, b u t t h a t p u r c h a s i n g l a n d m a y s h i e l d t h e p r o d u c e r f r o m f u t u r e l i a b i l i t y i s s u e s

. T h e c o s t o f

l a n d f o r t h i s p u r

p o s e i n t h e P R B i s c o n f

i d e n t i a l ( U r

r u t y

, 2 0 0 7 )

. T h e u n i t c o s t t o c o n s t r u c t a n

e v a p o r a t i o n p o n d i n t h e P R B i s t h e n $ 1

. 8 3 / f t 2

. T h e c a p i t a l c o s t a s s o c i a t e d w i t h e v a p o r a t i o n p o n d

b r i n e m a n a g e m e n t i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 4

. 3 ( a s s u m i n g c a p i t a l c o s t i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l

t o e v a p o r a t i v e a r e a )

.

E A

1

. 8 3 C C

p o n d ⋅ = ( 4

. 3 )

W h e r e

, C C

p o n d i s t h e e v a p o r a t i o n p o n d c a p i t a l c o s t ( $ )

, 1

. 8 3 i s t h e u n i t c a p i t a l c o s t ( $ / f t 2 )

, a n d

E A i s t h e e v a p o r a t i v e a r e a ( f t 2 )

.

O p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s f o r t h e W i l d T u r k e y p o n d s a r e a p p r o x i m a t e l y

$ 4 8

, 0 0 0 / y r w h e n u t i l i z i n g f o r c e d e v a p o r a t i o n ( U r r u t y

, 2 0 0 7 )

. T h e t o t a l o p e r a t i n g a n d

m a i n t e n a n c e c o s t p e r b a r r e l o f b r i n e m a n a g e d v i a f o r c e d e v a p o r a t i o n i s $ 0

. 0 8 1 / b b l a s s u m i n g t h e8 0

e v a p o r a t i o n r a t e i s 4

. 0 6 f

t / y r f o r t h e e n t i r e 8 1 8

, 7 0 0 f

t 2 e v a p o r a t i v e a r e a

. T h i s i s t h e a s s u m e d

o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r e v a p o r a t i o n p o n d b r i n e m a n a g e m e n t i n t h e P R B

.

4

. 4 E v a p o r a t i o n C r y s t a l l i z a t i o n

4

. 4

. 1 O v e r v i e w

E v a p o r a t i o n i s a p r o c e s s w h i c h i s u s e d t o d e s a l i n a t e s e a w a t e r a r o u n d t h e w o r l d a n d

c r y s t a l l i z a t i o n i s u s e d t o g e n e r a t e s o l i d s

. T h e s e a r e s e p a r a t e p r o c e s s e s

, b u t a r e g e n e r a l l y u s e d

t o g e t h e r w h e n m a n a g i n g b r i n e

. E v a p o r a t i o n i s r e f e r r e d t o a s a p r o c e s s i n w h i c h e n e r g y i s a p p l i e d

t o w a t e r c a u s i n g i t t o e v a p o r a t e

. E v a p o r a t i o n a n d c r y s t a l l i z a t i o n c a n o c c u r w h e n s o l a r e n e r g y i s

a p p l i e d a s i s t h e c a s e w i t h e v a p o r a t i o n p o n d s

. E v a p o r a t i o n c r y s t a l l i z a t i o n c a n a l s o o c c u r a s a

r e s u l t o f a p p l y i n g e n e r g y t o w a t e r i n a c o n t r o l l e d e n v i r o n m e n t

, o r a s a r e s u l t o f a t o m i z i n g t h e

w a t e r ( s p r a y e v a p o r a t i o n )

.

W h e n u s i n g e v a p o r a t i o n c r y s t a l l i z a t i o n t o m a n a g e b r i n e

, e v a p o r a t o r s c o n c e n t r a t e t h e

b r i n e f r o m 1

- 3

. 5 % t o t a l d i s s o l v e d s o l i d s t o 1 0

- 2 0 % t o t a l s o l i d s b y w e i g h t ( A S C E / A W W A

,

1 9 9 6 )

. T h e c o n c e n t r a t e d b r i n e i s t h e n p a s s e d t h r o u g h a c r y s t a l l i z e r t h a t c a n c o n c e n t r a t e a n d

s o l i d i f y t h e b r i n e t o 5 0 % t o t a l s o l i d s b y w e i g h t

. T h e b r i n e s o l i d s e x t r a c t e d f r o m t h e c r y s t a l l i z e r

m a y t h e n b e d e w a t e r e d f

u r t h e r

. T h e s o l i d s a r e t h e n l a n d f i l l e d o r s o l d a s a p r o d u c t

.

4

. 4

. 2 P r o c e s s

T h e r e a r e s e v e r a l t y p e s o f e v a p o r a t o r s t h a t c a n b e u s e d t o c o n c e n t r a t e b r i n e

. E v a p o r a t o r s

i n c l u d e : m u l t i

- e f

f e c t d i s t i l l e r ( M E D )

, m u l t i

- s t a g e f l a s h ( M S F )

, v e r t i c a l t u b e f a l l i n g f i l m v a p o r

c o m p r e s s i o n

, r a p i d s p r a y

, f r e e z e t h a w

, a n d s o l a r

.

M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) a n d A S C E / A W W A ( 1 9 9 6 ) r e c o m m e n d t h e u s e o f a v e r t i c a l t u b e f a l l i n g

f i l m v a p o r c o m p r e s s i o n e v a p o r a t o r t o c o n c e n t r a t e b r i n e

. T h i s t y p e o f e v a p o r a t o r i s r e c o m m e n d e d8 1

b e c a u s e i t r e q u i r e s l e s s e n e r g y a n d h a s l o w e r c a p i t a l c o s t s t h a n t h e o t h e r t y p e s o f e v a p o r a t o r s

.

T h i s t y p e o f e v a p o r a t o r i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4

- 1

.

C o m p r e s s o r

B r i n e R e c i r c u l a t i o n P u m p C o n c e n t r a t e d B r i n

e t o

C r y s t a l l i z e r V a p o r

B r i n e B r i n e I n D i s t i l l a t e t o h e a t

e x c h a n g e rDeaerator T u b e s

B r i n e G a s e s

D i s t i l l a t e

O u tBrineHeatExchangerEvaporator

F i g u r e 4

- 1 : V e r t i c a l t u b e f a l l i n g f i l m v a p o r c o m p r e s s i o n e v a p o r a t o r

. A d a p t e d f r o m

A S C E / A W W A

, 1 9 9 6

.

V e r t i c a l t u b e f

a l l i n g f i l m v a p o r c o m p r e s s i o n e v a p o r a t o r s u t i l i z e a v a p o r c o m p r e s s i o n

c y c l e t o m i n i m i z e h e a t i n p u t s

. T h i s t y p e o f e v a p o r a t o r r e q u i r e s h e a t e n e r g y t o b r i n g t h e b r i n e t o a

b o i l a t s t a r t

- u p

. A f

t e r t h e s y s t e m i s u p t o o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e t h e e x t e r n a l h e a t s o u r c e i s n o

l o n g e r n e e d e d

. V a p o r t h a t i s g e n e r a t e d a s a r e s u l t o f e v a p o r a t i o n i s c o m p r e s s e d t o m a i n t a i n t h e

t e m p e r a t u r e w i t h i n t h e e v a p o r a t o r

. T h i s t y p e o f e v a p o r a t o r i s 2 8 t i m e s m o r e e f f i c i e n t t h a n a

s t e a m p o w e r e d e v a p o r a t o r ( A S C E / A W W A

, 1 9 9 6 )

.

V e r t i c a l t u b e f

a l l i n g f i l m v a p o r c o m p r e s s i o n e v a p o r a t o r s s h o u l d o p e r a t e w i t h a f e e d T D S

c o n c e n t r a t i o n b e t w e e n 1 0

, 0 0 0 a n d 3 5

, 0 0 0 m g / L t o p r e v e n t s c a l i n g o f c o m p o n e n t s

. F i r s t

, f e e d

b r i n e i s p u m p e d t h r o u g h a h e a t e x c h a n g e r

, w h i c h h a s h o t d i s t i l l a t e c i r c u l a t i n g t h r o u g h i t

, t o8 2

p r e h e a t t h e b r i n e

. B r i n e t h e n f l o w s t h r o u g h a d e a e r a t o r t h a t v e n t s n o n

- c o n d e n s a b l e g a s e s t h a t

m a y i n t e r f

e r e w i t h h e a t t r a n s f

e r

, c a r b o n d i o x i d e t h a t m a y c a u s e s c a l e f o r m a t i o n

, a n d o x y g e n t o

p r e v e n t c o r

r o s i o n ( A S C E / A W W A

, 1 9 9 6 )

. B r i n e t h e n f a l l s t h r o u g h t h e v e r t i c a l t u b e s w h i c h a r e

c o n t a c t e d b y c o m p r e s s e d v a p o r o n t h e o u t s i d e o f t h e t u b e s

. M o s t o f t h e w a t e r e v a p o r a t e s ( 9 1

. 8 %

t o t a l w h e n c o n c e n t r a t i n g f r o m 2 t o 2 0 % t o t a l s o l i d s ) a n d l e a v e s t h e s y s t e m a s d i s t i l l a t e ( T D S

=

1 0 t o 5 0 m g / L )

. R e m a i n i n g v a p o r i s t h e n c o m p r e s s e d t o i n c r e a s e t h e t e m p e r a t u r e o f t h e v a p o r b y

1 0 t o 1 5 o F a b o v e t h e b o i l i n g t e m p e r a t u r e i n t h e e v a p o r a t o r ( A S C E / A W W A

, 1 9 9 6 )

. T h e

c o m p r e s s e d v a p o r i s t h e n r e l e a s e d b a c k i n t o t h e e v a p o r a t o r t o e v a p o r a t e m o r e w a t e r f r o m t h e

b r i n e a n d m a i n t a i n t h e e v a p o r a t o r ’ s o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e

. T h e b r i n e i s r e c i r c u l a t e d

, a t 2 0 t o 4 0

t i m e s t h e f

e e d f l o w r a t e

, t h r o u g h t h e e v a p o r a t o r t o m a i n t a i n t h e t e m p e r a t u r e i n t h e e v a p o r a t o r

a n d f u r t h e r c o n c e n t r a t e t h e b r i n e

. T h e b r i n e l e a v e s t h e e v a p o r a t o r w i t h a T D S c o n c e n t r a t i o n

a r o u n d 2 0 0

, 0 0 0 m g / L ( A S C E / A W W A

, 1 9 9 6 )

.

O n c e t h e b r i n e h a s a T D S c o n c e n t r a t i o n a r o u n d 2 0 0

, 0 0 0 m g / L i t l e a v e s t h e

e v a p o r a t o r

/ c o n c e n t r a t o r a n d e n t e r s t h e c r y s t a l l i z e r

. T h e c r y s t a l l i z e r u s e s c o m p r e s s e d s t e a m t o

f u r t h e r c o n c e n t r a t e t h e b r i n e t o a T D S c o n c e n t r a t i o n a r o u n d 5 0 0

, 0 0 0 m g / L

. A t t h i s c o n c e n t r a t i o n

t h e b r i n e s l u r

r y b e g i n s t o c r y s t a l l i z e

. T h e s l u r r y i s t h e n e x t r a c t e d f

r o m t h e c r y s t a l l i z e r a n d

m e c h a n i c a l l y d e w a t e r e d w i t h a c e n t r i f u g e

, b e l t f

i l t e r

, f i l t e r p r e s s

, h y d r o c y c l o n e

, o r e v a p o r a t i o n

p o n d t o a c h i e v e f

i n a l b r i n e s o l i d s c o n c e n t r a t i o n s o f 8 0

- 9 0 %

, 4 0

- 5 0 %

, 4 0

- 6 0 %

, 5 0

- 7 0 %

,

r e s p e c t i v e l y ( A S C E / A W W A

, 1 9 9 6 )

.

T h e u s e o f a n e v a p o r a t o r i s r e q u i r e d w h e n C b r

- T D S i s b e l o w 2 0 0

, 0 0 0 m g / L a s i l l u s t r a t e d i n

F i g u r e 4

- 2 a

. I f C b r

- T D S i s g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o 2 0 0

, 0 0 0 m g / L a n e v a p o r a t o r i s n o t r e q u i r e d t o

c o n c e n t r a t e t h e b r i n e f

o r t h e c r y s t a l l i z e r a s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4

- 2 b

. A m a s s b a l a n c e o n F i g u r e s8 3

4

- 2 a a n d 4

- 2 b a l l o w s f

o r t h e c r y s t a l l i z e r d e s i g n f l o w r a t e ( Q b r

- 1 ) t o b e d e t e r m i n e d ( E q u a t i o n 4

. 4

a n d E q u a t i o n 4

. 5 )

.

1

- T D S b r T D S b r b r

1

- b r C C Q Q

− −

⋅

= C b r

- T D S < 2 0 0

, 0 0 0 m g / L ( 4

. 4 )

Q b r

- 1 = Q b r C b r

- T D S  2 0 0

, 0 0 0 m g / L ( 4

. 5 )

W h e r e

, Q b r i s t h e b r i n e f

l o w r a t e l e a v i n g t h e d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y ( b b l / d a y )

, Q b r

- 1 i s t h e

c o n c e n t r a t e d b r i n e f

l o w r a t e e n t e r i n g t h e c r y s t a l l i z e r ( b b l / d a y )

, Q b r

- 2 i s t h e b r i n e f l o w r a t e l e a v i n g

t h e c r y s t a l l i z e r ( b b l / d a y )

, C b r

- T D S i s t h e b r i n e T D S c o n c e n t r a t i o n l e a v i n g t h e d e m i n e r a l i z a t i o n

t e c h n o l o g y ( m g / L )

, C b r

- T D S

- 1 i s t h e b r i n e T D S c o n c e n t r a t i o n l e a v i n g t h e e v a p o r a t o r ( 2 0 0

, 0 0 0

m g / L )

, a n d C b r

- T D S

- 2 i s t h e b r i n e T D S c o n c e n t r a t i o n l e a v i n g t h e c r y s t a l l i z e r ( 5 0 0

, 0 0 0 m g / L )

.

Q

b r

C

b r

- T D S D e m i n e r a l i z a t i o n

T e c h n o l o g y C r y s t a l l i z e r E v a p o r a t o r Q

b r

- 1

C

b r

- T D S

- 1 Q

b r

- 2

C

b r

- T D S

- 2

Q b r

C

b r

- T D S D e m i n e r a l i z a t i o n

T e c h n o l o g y C r y s t a l l i z e r Q b r

- 2

C

b r

- T D S

- 2 a )

b )

F i g u r e 4

- 2 : E v a p o r a t i o n c r y s t a l l i z a t i o n p r o c e s s f o r b r i n e l e a v i n g t h e d e m i n e r a l i z a t i o n

t e c h n o l o g y w i t h a T D S c o n c e n t r a t i o n a ) l e s s t h a n 2 0 0

, 0 0 0 m g / L a n d b ) g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o

2 0 0

, 0 0 0 m g / L

. V a r i a b l e s a r e d e f i n e d b e l o w E q u a t i o n 4

. 5

.

4

. 4

. 3 C o s t s

E v a p o r a t i o n c r y s t a l l i z a t i o n c o s t s h a v e b e e n a d a p t e d f r o m M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) a n d

A S C E / A W W A ( 1 9 9 6 )

. T h e c o s t s f o r e a c h u n i t h a v e b e e n a s s e s s e d i n d e t a i l a n d a d j u s t e d w i t h

E N R c o s t i n d e x e s t o J a n u a r y 2 0 0 7 d o l l a r s

. C o s t s i n c l u d e : e v a p o r a t o r c a p i t a l

, e v a p o r a t o r8 4

o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e

, c r y s t a l l i z e r c a p i t a l

, a n d c r y s t a l l i z e r o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e

. T h e

o v e r a l l c o s t f

o r e v a p o r a t i o n c r y s t a l l i z a t i o n i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 4

. 6

.

3 6 5 Q t C C C C O C O C C

b r c e

c e e / c

⋅

⋅ +

+ + = ( 4

. 6 )

W h e r e C

e / c i s t h e c o s t t o m a n a g e a b a r r e l o f b r i n e w i t h e v a p o r a t i o n c r y s t a l l i z a t i o n ( $ / b b l )

, O C

e i s

t h e e v a p o r a t o r o p e r a t i n g c o s t ( $ / b b l )

, O C

c i s t h e c r y s t a l l i z e r o p e r a t i n g c o s t ( $ / b b l )

, C C

e i s t h e

e v a p o r a t o r c a p i t a l c o s t ( $ )

, C C

c i s t h e c r y s t a l l i z e r c a p i t a l c o s t ( $ )

, t i s t h e s e r v i c e l i f e o f t h e

f a c i l i t y ( y r s )

, Q b r i s t h e b r i n e f l o w r a t e ( b b l / d a y )

, a n d 3 6 5 i s t h e n u m b e r o f d a y s i n a y e a r

.

4

. 4

. 3

. 1 E v a p o r a t o r

C a p i t a l c o s t s f

o r v e r t i c a l t u b e f

a l l i n g f i l m v a p o r c o m p r e s s i o n e v a p o r a t o r s a r e i l l u s t r a t e d

i n F i g u r e 4

- 3

. T h e t r e n d l i n e f o r M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) d a t a i s u s e d t o c a l c u l a t e e v a p o r a t o r c a p i t a l c o s t

b e c a u s e t h e c o m b i n e d t r e n d l i n e a n d A S C E / A W W A ( 1 9 9 6 ) t r e n d l i n e b o t h i m p l y t h a t t h e

m i n i m u m c o s t f

o r a n e v a p o r a t o r i s $ 2

, 0 0 0

, 0 0 0

. T h i s i s b e c a u s e A S C E / A W W A ( 1 9 9 6 ) d a t a d o

n o t i n c l u d e c a p i t a l c o s t s f o r b r i n e f l o w r a t e s b e l o w 1 0 0 g p m

. M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) d a t a d o e s i n c l u d e

c a p i t a l c o s t s f

o r b r i n e f l o w r a t e s a s l o w a s 2 5 g p m

. T h e r e f o r e

, M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) d a t a i s u s e d t o

c a l c u l a t e e v a p o r a t o r c a p i t a l c o s t

. E q u a t i o n 4

. 7 i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e c a p i t a l c o s t f o r a v e r t i c a l

t u b e f a l l i n g f i l m v a p o r c o m p r e s s i o n e v a p o r a t o r / c o n c e n t r a t o r

.

C C

e = 3 3 0 Q b r + 7 3 8

, 7 0 8 ( 4

. 7 )

W h e r e C C

e i s t h e e v a p o r a t o r c a p i t a l c o s t ( $ ) a n d Q b r i s t h e b r i n e f l o w r a t e e n t e r i n g t h e e v a p o r a t o r

( b b l / d a y )

.

O p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s a s s o c i a t e d w i t h a n e v a p o r a t o r i n c l u d e : e n e r g y t o h e a t

t h e b r i n e a n d c o m p r e s s t h e v a p o r

, e n e r g y f o r p u m p i n g f

l u i d s

, a n d l a b o r

. M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) f o u n d

t h a t t h e t o t a l e n e r g y r e q u i r e m e n t f o r a n e v a p o r a t o r i s 3

. 8 k

W

- h r / b b l o f b r i n e

. A S C E / A W W A

( 1 9 9 6 ) f o u n d t h a t t h e o v e r a l l e n e r g y r e q u i r e m e n t c a n r a n g e f r o m 4

. 6 2 t o 7

. 3 5 k

W

- h r / b b l

. T h e8 5

a v e r a g e o f t h e s e v a l u e s ( 5

. 2 6 k W

- h r / b b l ) i s a s s u m e d t o b e t h e e n e r g y r e q u i r e d t o c o n c e n t r a t e

b r i n e f r o m a T D S c o n c e n t r a t i o n o f 2 0

, 0 0 0 t o 2 0 0

, 0 0 0 m g / L

. T h i s i s a p p r o x i m a t e l y e q u a l t o

0

. 0 3 6 7 k W

- h r / L o f d i s t i l l a t e p r o d u c e d

. T h e e n e r g y r e q u i r e d t o e v a p o r a t e p u r e w a t e r w i t h o u t a n

e v a p o r a t o r w o u l d b e a p p r o x i m a t e l y 0

. 7 2 5 k W

- h r / L o f d i s t i l l a t e ( S e e A p p e n d i x B )

. T h e r e f o r e

,

t h i s t y p e o f e v a p o r a t o r i s m u c h m o r e e f f i c i e n t t h a n s i m p l y a p p l y i n g h e a t e n e r g y t o e v a p o r a t e

w a t e r

.

C o m b i n e d : y = 3 1 2

. 3 3 x + 2 E

+ 0 6

R 2

= 0

. 9 4 5 4

A S C E / A W W A

, 1 9 9 6 : y = 4 4 3

. 0 1 x + 2 E + 0 6

R 2

= 0

. 9 8 8 3 M i c k l e y , 2 0 0 1 : y = 3 3 0 x + 7 3 8 7 0 8

R 2

= 0

. 9 8 6 2

$ 0 $ 5

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 0

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 5

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 2 0

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 2 5

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 3 0

, 0 0 0

, 0 0 0

0 1 0

, 0 0 0 2 0

, 0 0 0 3 0

, 0 0 0 4 0

, 0 0 0 5 0

, 0 0 0 6 0

, 0 0 0 7 0

, 0 0 0 8 0

, 0 0 0

B r i n e F l o w R a t e , b

b l / d a yCapitalCost M i c k l e y , 2 0 0 1

A S C E / A W W A

, 1 9 9 6

C o m b i n e d

A S C E / A W W A

, 1 9 9 6

M i c k l e y , 2 0 0 1

F i g u r e 4

- 3 : C a p i t a l c o s t w i t h r e s p e c t t o i n f l u e n t b r i n e f

l o w r a t e f o r a v e r t i c a l t u b e f

a l l i n g f i l m

v a p o r c o m p r e s s i o n e v a p o r a t o r

. A d a p t e d f r o m M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) a n d A S C E / A W W A ( 1 9 9 6 )

. C o m b i n e d i s t h e t r e n d l i n e t h a t i s c o m p r i s e d o f d a t a f r o m b o t h s o u r c e s

.

F i g u r e 4

- 4 i l l u s t r a t e s t h e e n e r g y r e q u i r e m e n t w i t h r e s p e c t t o t h e e v a p o r a t o r f e e d T D S

.

T h i s f i g u r e w a s p r o d u c e d b y a s s u m i n g t h e e n e r g y r e q u i r e d t o c o n c e n t r a t e b r i n e t o a T D S

c o n c e n t r a t i o n e q u a l t o 2 0 0

, 0 0 0 m g / L i s i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e f e e d T D S

. E q u a t i o n 4

. 8 i s

u s e d t o c a l c u l a t e t h e e n e r g y r e q u i r e m e n t t o c o n c e n t r a t e b r i n e t o 2 0 % s o l i d s

.



# ( )

T D S

b r - 5

e C

1 0 2

. 9 5 5

. 9 E

−

⋅ ×

− = ( 4

. 8 )8 6

W h e r e

, E

e i s t h e e n e r g y r e q u i r e d t o c o n c e n t r a t e b r i n e t o 2 0 % s o l i d s ( T D S

= 2 0 0

, 0 0 0 m g / L ) a n d

C b r

- T D S i s t h e i n f

l u e n t b r i n e T D S c o n c e n t r a t i o n ( m g / L )

.

y =

- 0

. 0 0 0 0 2 9 5 x + 5

. 8 8 8 9

0 2 4 6

0 5 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1 5 0

, 0 0 0 2 0 0

, 0 0 0

E v a p o r a t o r F e e d T

D S

, m g / LEnergyRequired,kW-hr/bbl

F i g u r e 4

- 4 : E n e r g y r e q u i r e d t o c o n c e n t r a t e b r i n e t o 2 0 % s o l i d s

. A s s u m i n g t h e e n e r g y r e q u i r e d i s

i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e f e e d T D S

.

T h e l a b o r r e q u i r e m e n t i s a s s u m e d t o b e 2 t o 4 h r s p e r e i g h t h o u r s h i f t ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 )

.

T h i s i s e q u i v a l e n t t o 5 2 0 t o 1

, 0 4 0 h r s p e r y e a r ( a s s u m i n g 5 s h i f t s p e r w e e k )

, o r $ 5

, 2 0 0 t o $ 1 0

, 4 0 0

p e r y e a r ( a s s u m i n g a n e m p l o y e e c o s t ( C

e m p l o y e e ) e q u a l t o $ 5 0

, 0 0 0 p e r 2 0 0 0 h r s p e r y e a r o r

$ 2 5 / h r )

. T h e o v e r a l l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r e v a p o r a t i o n / c o n c e n t r a t i o n i s c a l c u l a t e d

w i t h E q u a t i o n 4

. 9

.

b r e m p l o y e e

e l e c e e Q

C 4

C E O C ⋅

+

⋅ = ( 4

. 9 )

W h e r e

, O C

e i s t h e o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r a n e v a p o r a t o r ( $ /

b b l )

, E

e i s t h e e l e c t r i c a l

u s a g e ( k W

- h r / b b l )

, C

e l e c i s t h e u n i t p r i c e o f e l e c t r i c i t y ( $ / k W

- h r )

, 4 i s t h e l a b o r r e q u i r e m e n t p e r

d a y ( h r )

, C

e m p l o y e e i s t h e e m p l o y e e p a y r a t e ( $ / h r )

, a n d Q b r i s t h e b r i n e f l o w r a t e ( b b l / d a y )

.8 7

4

. 4

. 3

. 2 C r

y s t a l l i z e r

C r y s t a l l i z e r c a p i t a l c o s t s h a v e b e e n a d a p t e d f r o m M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) a n d A S C E / A W W A

( 1 9 9 6 )

, a n d a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4

- 5

. T h e c a p i t a l c o s t f o r a c r y s t a l l i z e r i s c a l c u l a t e d w i t h

E q u a t i o n 4

. 1 0

.

0

. 5 5 2 1

1

- b r c Q 6 7

, 5 8 2 C C

⋅ = ( 4

. 1 0 )

W h e r e

, C C

c i s t h e c a p i t a l c o s t f o r a c r y s t a l l i z e r ( $ ) a n d Q b r

- 1 i s t h e b r i n e f l o w r a t e e n t e r i n g t h e

c r y s t a l l i z e r ( b b l / d a y )

.

y = 6 7 5 8 2 x 0

. 5 5 2 1

R 2

= 0

. 9 7 7 1

$ 0 $ 5 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 2

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 2

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 3

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 3

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 4

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 4

, 5 0 0

, 0 0 0

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1

, 0 0 0 1

, 2 0 0 1

, 4 0 0 1

, 6 0 0 1

, 8 0 0

C o n c e n t r a t e F l o w R a t e ( Q b r

- 1 )

, b

b l / d a yCapitalCost M i c k l e y , 2 0 0 1

A S C E / A W W A

, 1 9 9 6

C o m b i n e d

F i g u r e 4

- 5 : C r y s t a l l i z e r c a p i t a l c o s t s w i t h r e s p e c t t o c o n c e n t r a t e f l o w r a t e ( Q b r

- 1 )

. A d a p t e d f r o m

M i c k l e y ( 2 0 0 1 ) a n d A S C E / A W W A ( 1 9 9 6 )

. C o m b i n e d i s t h e t r e n d l i n e t h a t i s c o m p r i s e d o f d a t a

f r o m b o t h s o u r c e s

.

O p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s a s s o c i a t e d w i t h c r y s t a l l i z e r s a r e s i m i l a r t o t h o s e f o r

e v a p o r a t o r s / c o n c e n t r a t o r s

. T h e e n e r g y r e q u i r e d t o c r y s t a l l i z e b r i n e f r o m a T D S c o n c e n t r a t i o n o f

2 0 0

, 0 0 0 t o 5 0 0

, 0 0 0 m g / L w a s f o u n d t o r a n g e f

r o m 8

. 4 t o 1 0

. 5 k

W

- h r / b b l ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 ;

A S C E / A W W A

, 1 9 9 6 )

. T h e a v e r a g e ( 9

. 4 5 k W

- h r / b b l ) i s a s s u m e d t o b e t h e e n e r g y r e q u i r e m e n t

.8 8

T h i s i s e q u a l t o 0

. 0 9 9 2 k

W

- h r / L o f d i s t i l l a t e p r o d u c e d

. T h e e n e r g y r e q u i r e d t o e v a p o r a t e p u r e

w a t e r w i t h o u t t h i s t y p e o f c r y s t a l l i z e r w o u l d b e a p p r o x i m a t e l y 0

. 6 3 k W

- h r / L o f d i s t i l l a t e

a s s u m i n g t h e o n l y e n e r g y r e q u i r e d i s f o r v a p o r i z a t i o n ( h e a t o f v a p o r i z a t i o n = 2 2 7 0 k J / L )

.

T h e r e f o r e

, t h i s t y p e o f c r y s t a l l i z e r i s m u c h m o r e e f f i c i e n t t h a n s i m p l y a p p l y i n g h e a t e n e r g y t o

e v a p o r a t e w a t e r

.

F i g u r e 4

- 6 i l l u s t r a t e s t h e e n e r g y r e q u i r e m e n t w i t h r e s p e c t t o t h e c r y s t a l l i z e r f e e d T D S

.

T h i s f i g u r e w a s p r o d u c e d b y a s s u m i n g t h e e n e r g y r e q u i r e d t o c o n c e n t r a t e b r i n e t o a T D S

c o n c e n t r a t i o n e q u a l t o 5 0 0

, 0 0 0 m g / L i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o t h e c r y s t a l l i z e r f e e d T D S ( C b r

T D S

- 1 )

. E q u a t i o n 4

. 1 1 i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e e n e r g y r e q u i r e d t o c r y s t a l l i z e / c o n c e n t r a t e b r i n e

f r o m C b r

- T D S

- 1 t o 5 0 % s o l i d s

.

1

- T D S b r c C

0

. 0 0 0 0 3 1 5

. 7 5 E

−

⋅ − = ( 4

. 1 1 )

W h e r e

, E

c i s t h e c r y s t a l l i z e r e n e r g y r e q u i r e m e n t ( k W

- h r / b b l ) a n d C b r

- T D S

- 1 i s e q u a l t o C b r

- T D S f o r

C b r

- T D S  2 0 0

, 0 0 0 m g / L

.

T h e l a b o r r e q u i r e m e n t f

o r a c r y s t a l l i z e r i s a s s u m e d t o b e t h e s a m e a s t h a t f o r a n

e v a p o r a t o r

. T h e t o t a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r a c r y s t a l l i z e r i s c a l c u l a t e d w i t h

E q u a t i o n 4

. 1 2

.

2 b r e m p l o y e e

e l e c c e Q

C 4

C E O C ⋅

+

⋅ = ( 4

. 1 2 )

W h e r e E

c i s t h e e n e r g y u s a g e ( k W

- h r / b b l )

, Q b r 2 i s t h e c o n c e n t r a t e d b r i n e f l o w r a t e e n t e r i n g t h e

c r y s t a l l i z e r ( b b l / d a y )

, C

e l e c i s t h e u n i t p r i c e o f e l e c t r i c i t y ( $ / k W

- h r )

, 4 i s t h e h o u r l y l a b o r

r e q u i r e m e n t p e r d a y ( h r )

, C

e m p l o y e e i s t h e h o u r l y e m p l o y e e p a y r a t e ( $ / h r )

.8 9 y =

- 3 E

- 0 5 x + 1 5

. 7 5

0 2 4 6 8 1 0

2 0 0

, 0 0 0 2 5 0

, 0 0 0 3 0 0

, 0 0 0 3 5 0

, 0 0 0 4 0 0

, 0 0 0 4 5 0

, 0 0 0 5 0 0

, 0 0 0 5 5 0

, 0 0 0

C r y s t a l l i z e r F e e d T D S

, m

g / LEnergyRequired,kW-hr/bbl

F i g u r e 4

- 6 : E n e r g y r e q u i r e d t o c r y s t a l l i z e / c o n c e n t r a t e b r i n e f r o m C b r

- T D S

- 1 t o 5 0 % s o l i d s

. A s s u m i n g t h e e n e r g y r e q u i r e d i s i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e f e e d T D S

.

4

. 5 O t h e r O p t i o n s

4

. 5

. 1 B i p o l a r E l e c t r o d i a l y s i s

B i p o l a r e l e c t r o d i a l y s i s ( B E D ) i s a t e c h n o l o g y t h a t h a s b e e n u s e d t o m a n a g e i o n e x c h a n g e

b r i n e s t r e a m s a n d i s a l s o u s e d t o p r o d u c e a c i d s a n d b a s e s c o m m e r c i a l l y ( S c h o e m a n a n d

T h o m p s o n

, 1 9 9 6 )

. T h i s t e c h n o l o g y f u n c t i o n s s i m i l a r l y t o a n E D u n i t u s e d t o d e m i n e r a l i z e w a t e r

w i t h a m o d i f

i c a t i o n

. T h i s m o d i f

i c a t i o n i s a b i p o l a r m e m b r a n e w h i c h i s c o m p r i s e d o f b o t h a n

a n i o n l a y e r t h a t f

a c e s t h e a n o d e a n d c a t i o n l a y e r t h a t f a c e s t h e c a t h o d e

. T h e b i p o l a r m e m b r a n e

a l l o w s w a t e r m o l e c u l e s t o e n t e r i t a n d a s a r e s u l t o f t h e m e m b r a n e o r i e n t a t i o n a n d e l e c t r i c a l f i e l d

g e n e r a t e d b y t h e c a t h o d e a n d a n o d e t h e b i p o l a r m e m b r a n e s p l i t s w a t e r m o l e c u l e s i n t o h y d r o g e n

a n d h y d r o x y l i o n s ( E u r o d i a

, 2 0 0 7 )

. T h e s e i o n s m i g r a t e t o w a r d t h e i r r e s p e c t i v e e n d s o f t h e E D

s t a c k a n d f

o r m a b a s i c a n d a n a c i d i c s o l u t i o n

. B i p o l a r e l e c t r o d i a l y s i s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4

- 7

.9 0 C A

A C



# +

-

A n o d e C a t h o d e

H

2 O

B i p o l a r M e m b r a n e

H

2 O H +

O H

H C l

N a O H

N a C l N a C l

N a + C l

- C l

- N a +

F i g u r e 4

- 7 : B i p o l a r e l e c t r o d i a l y s i s ( B E D )

. N a C l r e p r e s e n t s t h e b r i n e f e e d

, H C l i s t h e a c i d

p r o d u c e d

, N a O H i s t h e b a s e p r o d u c e d

, A i s t h e a n i o n s e l e c t i v e m e m b r a n e

, C i s t h e c a t i o n

s e l e c t i v e m e m b r a n e

, H + a n d O H - a r e t h e i o n s g e n e r a t e d f r o m H 2 O b y t h e b i p o l a r m e m b r a n e

. A d a p t e d f r o m W i s n i e w s k i e t a l

. ( 2 0 0 4 )

.

T h e f e e d s o l u t i o n f

o r B E D i s t h e b r i n e g e n e r a t e d f r o m i o n e x c h a n g e o r a n o t h e r

d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y a n d w a t e r

. I o n e x c h a n g e b r i n e m a n a g e m e n t m a y b e t h e m o s t

e c o n o m i c a l l y v i a b l e u s e f o r B E D t h o u g h

. T h i s i s d u e t o i o n e x c h a n g e b r i n e s h a v i n g r e l a t i v e l y

p u r e c o n c e n t r a t i o n s o f s o d i u m c h l o r i d e o r s o d i u m s u l f a t e w h e n t r e a t i n g P R B C B M w a t e r s

.

T h e e n d r e s u l t o f t r e a t i n g P R B C B M i o n e x c h a n g e b r i n e s w i t h B E D i s a n a c i d

( h y d r o c h l o r i c a c i d o r s u l f u r i c a c i d ) a n d a b a s e ( s o d i u m h y d r o x i d e )

. I f m a n a g e d p r o p e r l y B E D

g e n e r a t e s a p r o d u c t t h a t i s n e c e s s a r y t o t r e a t t h e s e w a t e r s v i a i o n e x c h a n g e

, a c i d

. A s a r e s u l t

, t h e9 1

o n c e w a s t e b r i n e h a s b e c o m e a u s e f u l c o n s u m a b l e

, a c i d t h a t c a n b e u s e d t o r e g e n e r a t e c a t i o n

e x c h a n g e r e s i n s

. I n a d d i t i o n t o a c i d g e n e r a t i o n

, t h e b a s e m a y b e s o l d a s a p r o d u c t

.

T h i s t e c h n o l o g y h a s b e e n u s e d e x t e n s i v e l y i n E u r o p e t o p r o d u c e a c i d s a n d b a s e s f r o m i o n

e x c h a n g e b r i n e s

, b u t i t s u s e h a s b e e n l i m i t e d i n t h e U n i t e d S t a t e s

. E u r o d i a I n d u s t r i e s c u r r e n t l y

m a r k e t s B E D i n t h e U n i t e d S t a t e s ( E u r o d i a

, 2 0 0 7 )

. C o s t i n f o r m a t i o n w a s n o t a v a i l a b l e

, b u t

s h o u l d b e f

u r t h e r i n v e s t i g a t e d b y i n t e r e s t e d p a r t i e s

.

4

. 5

. 2 M e m b r a n e D i s t i l l a t i o n

M e m b r a n e d i s t i l l a t i o n i s a p r o c e s s t h a t m a y b e u s e d t o c o n c e n t r a t e b r i n e s i m i l a r l y t o a n

e v a p o r a t o r

. T h e p r o c e s s i n v o l v e s t h e t r a n s p o r t o f w a t e r v a p o r t h r o u g h t h e p o r e s o f h y d r o p h o b i c

m e m b r a n e s d u e t o a v a p o r p r e s s u r e d r i v i n g f o r c e p r o v i d e d b y t e m p e r a t u r e a n d / o r s o l u t e

c o n c e n t r a t i o n d i f

f e r e n c e s a c r o s s a m e m b r a n e ( M a r t i n e z

- D i e z a n d F l o r i d o

- D i a z

, 2 0 0 0 )

. T h i s

p r o c e s s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4

- 8

.

F i g u r e 4

- 8 s h o w s t h e h i g h e r t e m p e r a t u r e o n t h e h i g h T D S s i d e o f t h e m e m b r a n e c a u s i n g

w a t e r t o e n t e r t h e g a s p h a s e a n d l e a v i n g s o l i d s i n t h e l i q u i d p h a s e

. T h e v a p o r t h e n c r o s s e s t h e

m e m b r a n e t o t h e l o w e r t e m p e r a t u r e s i d e a n d b e c o m e s l i q u i d a g a i n a s a r e s u l t o f t h e g a s n o t b e i n g

a b l e t o h o l d a s m u c h w a t e r a t t h e l o w e r t e m p e r a t u r e

.

H i g h

T D S L o w

T D SMembrane

V a p o r 5 0 o C 3 0 o C

F i g u r e 4

- 8 : M e m b r a n e d i s t i l l a t i o n w h e n u s i n g a t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e a s t h e d r i v i n g f

o r c e t o

p r o d u c e a l o w e r T D S p r o d u c t

.9 2

T h i s p r o c e s s h a s b e e n u s e d t o d e s a l i n a t e d r i n k i n g w a t e r f r o m b r i n e s ( M a r t i n e z

- D i e z a n d

F l o r i d o

- D i a z

, 2 0 0 0 ; D r i o l i e t a l

. , 1 9 9 9 ; G o d i n o e t a l

. , 1 9 9 6 )

, b u t h a s n o t b e e n u s e d f o r t h e s o l e

p u r p o s e o f c o n c e n t r a t i n g b r i n e s t o d a t e

. W h e n u s e d t o p r o d u c e d r i n k i n g w a t e r t h e b r i n e i s h e a t e d

t o a t e m p e r a t u r e b e t w e e n 3 0 a n d 5 0 o C

. T h i s i s a m u c h l o w e r t e m p e r a t u r e t h a n r e q u i r e d f o r a n

e v a p o r a t o r w h i c h r e q u i r e s t h e b r i n e t o b o i l a t t e m p e r a t u r e s i n e x c e s s o f 1 0 0 o C

. T h e r e f o r e

, t h i s

p r o c e s s m a y o f

f e r s o m e a d v a n t a g e s a n d b e m o r e e c o n o m i c a l t h a n a n e v a p o r a t o r

.9 3 5

. T O O L B O X

5

. 1 O v e r v i e w

T h e C o a l b e d M e t h a n e D e m i n e r a l i z a t i o n T r e a t m e n t C o s t ( C B M

- D T C ) T o o l b o x h a s b e e n

d e v e l o p e d t o p r e d i c t t h e c o s t s a s s o c i a t e d w i t h t r e a t i n g P R B C B M w a t e r s b a s e d o n i n f l u e n t w a t e r

c h a r a c t e r i s t i c s

, e f

f l u e n t w a t e r r e q u i r e m e n t s

, a n d t h e a b i l i t i e s o f s e l e c t e d t e c h n o l o g i e s

. T h e c o s t s

p r e d i c t e d b y t h e t o o l b o x s h o u l d n o t b e c o n s i d e r e d t o b e t h e e x a c t c o s t s

, b u t a p p r o x i m a t i o n s

.

T h e t o o l b o x i s c o n s t r u c t e d i n V i s u a l B a s i c w i t h t h e u s e r i n t e r f a c e b e i n g E x c e l b a s e d

. T h i s

c o n f i g u r a t i o n k e e p s t h e u s e r i n t e r f a c e r e l a t i v e l y s m a l l w i t h r e s p e c t t o t h e s i z e o f t h e l o g i c

r e q u i r e d t o p e r f

o r m r e q u i r e d c a l c u l a t i o n s

, t h u s m i n i m i z i n g s p r e a d s h e e t c a l c u l a t i o n s a n d t h e

p r o b a b i l i t y o f u s e r c r e a t e d e r r o r s

. T h e p r e s e n c e o f v i s u a l b a s i c m a c r o s a r e i d e n t i f i e d b y a s e r i e s

o f b u t t o n s l o c a t e d t h o u g h o u t t h e s p r e a d s h e e t ( T a b l e 5

- 1 )

.

T a b l e 5

- 1 : T e c h n o l o g y a n d b r i n e m a n a g e m e n t u s e r i n t e r f a c e w i t h b u t t o n s s h o w n u n d e r “ C l i c k t o

S e l e c t a T e c h n o l o g y ” a n d “ C l i c k t o S e l e c t B r i n e M a n a g e m e n t ”

. N u m b e r s s h o w n a r e f o r e x a m p l e

o n l y

.

T e c h n o l o g y O u t p u t : B r i n e O u t p u t :

A n n u a l P e r b b l

E l e c t r i c $ 4 6 8

, 2 7 8 $ 0

. 0 1 3

L a b o r $ 4 2 6

, 8 8 8 $ 0

. 0 1 2

C h e m i c a l $ 2

, 2 2 8

, 3 5 6 $ 0

. 0 6 1

M e m b r a n e / P a r t s $ 7 9 1

, 5 2 2 $ 0

. 0 2 2

R e s i n $ 0 $ 0

. 0 0 0

I r o n P r e t r e a t m e n t $ 2 5 1

, 1 3 6 $ 0

. 0 0 7

T o t a l O & M $ 4

, 1 6 6

, 1 8 1 $ 0

. 1 1 4

T o t a l C a p i t a l $ 5

, 3 4 7

, 1 5 0 $ 0

. 0 1 5 T o t a l

, $ / b b l o f b r i n e $ 5

. 0 0

T o t a l w / o B r i n e $ 0

. 1 2 9 B r i n e C o s t / b b l o f Q i $ 0

. 1 7 1 C l i c k t o S e l e c t a T e c h n o l o g y C l i c k t o S e l e c t B r i n e M a n a g e m e n t



### T o t a l T r e a t m

e n t C o s t R e v e r s e O s m o s i s D e e p W e l l

I n j e c t i o n



### $ 0

. 3 0 0 R O H E E P M I X H C l I X H 2 S O 4 E D R D e e p W e l l

I n j e c t i o n E v a p / C r y s t

. E v a p

. P o n d9 4

T o u s e t h e t o o l b o x t h e u s e r m u s t a n s w e r a s e r i e s o f q u e s t i o n s b y e n t e r i n g a n a n s w e r i n

t h e a d j a c e n t c e l l

. T h e n t o r u n a s p e c i f i c m a c r o t h e u s e r m u s t h i t e n t e r t h e n c l i c k t h e m o u s e o n t h e

n e c e s s a r y b u t t o n

. T h e r e s u l t s w i l l t h e n b e d i s p l a y e d i n t h e o u t p u t p o r t i o n o f t h e s p r e a d s h e e t

.

D e t a i l e d i n s t r u c t i o n s f

o r u s i n g t h e t o o l b o x a r e d i s c u s s e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s

. T a b l e 5

- 4 a t

t h e e n d o f t h i s c h a p t e r g i v e s s t e p b y s t e p i n s t r u c t i o n s f o r u s i n g t h e t o o l b o x

.

5

. 2 I n f

l u e n t a n d E f

f l u e n t

D e f a u l t i n f l u e n t a n d e f

f l u e n t w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s d a t a f r o m C h a p t e r 2 h a v e b e e n

e m b e d d e d i n t o t h e t o o l b o x f o r u s e r s w h o d o n o t k n o w t h e s e p a r a m e t e r s

. T h e u s e r m a y s e l e c t a n d

u s e t h e s e d a t a w h e n r u n n i n g a n a l y s e s b y a n s w e r i n g a s e r i e s o f q u e s t i o n s a t t h e t o p o f t h e

s p r e a d s h e e t

. T h e s e r i e s o f q u e s t i o n s a n d f l o w o f l o g i c t h r o u g h t h i s p a r t o f t h e t o o l b o x a r e

i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 5

- 1

.

T h e u s e r i s f

i r s t a s k e d t o i n p u t t h e w a t e r f l o w r a t e t o t h e f

a c i l i t y i n b b l / d a y

. T h e u s e r i s

t h e n a s k e d i f t h e i n f

l u e n t w a t e r c h e m i s t r y i s k n o w n

. T h e u s e r e n t e r s “ y e s ” o r “ n o ” i n t h e a d j a c e n t

c e l l ( U s e o n l y l o w e r c a s e l e t t e r s )

. T h e u s e r t h e n c l i c k s t h e b u t t o n t h a t r e a d s “ I n f l u e n t D a t a ”

. I f

“ y e s ” w a s e n t e r e d t h e u s e r k n o w s t h e i n f l u e n t w a t e r c h e m i s t r y

, a n d t h e i n f l u e n t w a t e r c o n s t i t u e n t

v a l u e s w i l l b e s e t t o z e r o

. T h e u s e r t h e n e n t e r s t h e k n o w n w a t e r c h e m i s t r y ( T D S i s a r e q u i r e d

i n p u t )

. T h e t o o l b o x w i l l a p p r o x i m a t e v a l u e s f o r a l l c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s t h a t a r e n o t k n o w n

e x c e p t T D S

. T D S m u s t b e e n t e r e d f o r t h e t o o l b o x t o p e r f

o r m

. T o c o n d u c t t h e a p p r o x i m a t i o n

, t h e

t o o l b o x m u l t i p l i e s t h e e n t e r e d T D S c o n c e n t r a t i o n b y t h e r a t i o o f t h e u n k n o w n c o n s t i t u e n t w i t h

r e s p e c t t o t h e T D S b a s e d o n t h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n s o f c o n s t i t u e n t s i n P R B C B M w a t e r s

( a d a p t e d f r o m T a b l e 2

- 1 )

.9 5

F i g u r e 5

- 1 : I n f

l u e n t a n d E f

f l u e n t w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s s e r i e s o f q u e s t i o n s a n d t o o l b o x f l o w

. D o y o u k n o w t h e

i n f l u e n t w a t e r

c h a r a c t e r i s t i c s ?

Y E S N O I n w h a t

w a t e r s h e d a r e t h e

w e l l s l o c a t e d ?

I n p u t i n f l u e n t w a t e r

C h a r a c t e r i s t i c s D o y o u w a n t t o u s e

a v e r a g e

, h i g h

, o r l o w

c o n c e n t r a t i o n s ?

I n f l u e n t w a t e r

C h a r a c t e r i s t i c s

D o y o u k n o w t h e

d e s i r e d e f f l u e n t w a t e r

c h a r a c t e r i s t i c s ?

I n p u t e f f l u e n t w a t e r

C h a r a c t e r i s t i c s Y E S N O • S u r f a c e D i s c h a r g e ( 1 )

• D r i n k i n g w a t e r ( 2 )

• I r r i g a t i o n ( 3 )

• L i v e s t o c k ( 4 )

• E O R ( 5 )

• C o o l i n g W a t e r ( 6 )

E f f l u e n t W a t e r

C h a r a c t e r i s t i c s • C h e y e n n e ( 1 )

• B e l l e F o u r c h e ( 2 )

• L i t t l e P o w d e r ( 3 )

• P o w d e r ( 4 )

• T o n g u e ( 5 ) W h a t i s t h e w a t e r

f l o w r a t e

, b b l / d a y ?

H o w w i l l t h e

w a t e r b e u s e d ?

D o y o u w a n t t o

u s e m o r e o r l e s s

s t r i n g e n t v a l u e s ? • L e s s ( 1 )

• M o r e ( 2 ) • A v e r a g e ( 1 )

• H i g h ( 2 )

• L o w ( 3 )9 6

I f t h e u s e r d o e s n o t k n o w t h e i n f l u e n t w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s h e / s h e e n t e r s “ n o ” i n t h e

a d j a c e n t c e l l

. T h e u s e r i s t h e n a s k e d

, “ I n w h a t w a t e r s h e d a r e t h e w e l l s l o c a t e d ? ” T h e u s e r h a s t h e

o p t i o n o f s e l e c t i n g e i t h e r t h e C h e y e n n e

, B e l l e F o u r c h e

, L i t t l e P o w d e r

, P o w d e r

, o r T o n g u e R i v e r

w a t e r s h e d b y e n t e r i n g 1

, 2

, 3

, 4

, o r 5 i n t h e a d j a c e n t c e l l

. T h e u s e r i s t h e n a s k e d “ D o y o u w a n t t o

u s e a v e r a g e

, h i g h

, o r l o w c o n c e n t r a t i o n s ? ” T h e s e a r e t h e a v e r a g e

, h i g h

, a n d l o w c o n c e n t r a t i o n s

f o r t h e d i f f e r e n t w a t e r s h e d s f

o u n d i n T a b l e 2

- 1

, a n d a r e s e l e c t e d b y e n t e r i n g 1

, 2

, o r 3 i n t h e

a d j a c e n t c e l l s

. T h e u s e r t h e n c l i c k s t h e i n f l u e n t d a t a b u t t o n w h i c h b r i n g s t h e a p p r o p r i a t e

c o n c e n t r a t i o n s t o t h e u s e r i n t e r f a c e

.

N e x t

, t h e u s e r i s a s k e d

, “ D o y o u k n o w t h e e f f l u e n t w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s ? ” I f t h e a n s w e r i s

“ y e s ”

, t h e u s e r c l i c k s t h e e f f l u e n t d a t a b u t t o n

. T h i s w i l l z e r o a l l e f f l u e n t c o n c e n t r a t i o n s s o t h e

u s e r c a n e n t e r t h e e f

f l u e n t w a t e r r e q u i r e m e n t s a s n o n

- z e r o a n d n o n

- n e g a t i v e v a l u e s

. I f a v a l u e i s

b l a n k

, z e r o

, o r n e g a t i v e t h e t o o l b o x w i l l a s s u m e t h e c o n s t i t u e n t i s n o t r e g u l a t e d a n d m a k e t h e

v a l u e e q u a l t o t h e i n f

l u e n t v a l u e

. I f t h e u s e r a n s w e r s “ n o ” ( e f f l u e n t c h a r a c t e r i s t i c s a r e u n k n o w n )

,

t h e n t h e u s e r i s a s k e d

, “ H o w w i l l t h e w a t e r b e u s e d ? ” T h e u s e r h a s t h e o p t i o n o f s u r f a c e

d i s c h a r g e

, d r i n k i n g w a t e r

, i r r i g a t i o n

, l i v e s t o c k

, e n h a n c e d o i l r e c o v e r y

, o r c o o l i n g w a t e r b y

e n t e r i n g 1

, 2

, 3

, 4

, 5

, o r 6 i n t o t h e a d j a c e n t c e l l

. T h e u s e r i s t h e n a s k e d

, “ D o y o u w a n t t o u s e

m o r e o r l e s s s t r i n g e n t v a l u e s ? ” T h e u s e r m a k e s a s e l e c t i o n b y e n t e r i n g 2 o r 1 i n t h e a d j a c e n t c e l l

,

a n d r e t r i e v e s e f

f l u e n t v a l u e s b y h i t t i n g E N T E R a n d c l i c k i n g t h e e f f l u e n t d a t a b u t t o n

.

5

. 3 T e c h n o l o g i e s

5

. 3

. 1 I n p u t

E a c h d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y d i s c u s s e d i n C h a p t e r 3 h a s b e e n g i v e n i t s o w n m a c r o

t h a t i s c o n s t r u c t e d u s i n g e q u a t i o n s d e v e l o p e d i n C h a p t e r 3

. T e c h n o l o g i e s i n c l u d e : r e v e r s e9 7

o s m o s i s ( R O )

, e l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l ( E D R )

, h i g h e f f i c i e n c y e l e c t r o

- p r e s s u r e m e m b r a n e s

( H E E P M )

, i o n e x c h a n g e w i t h h y d r o c h l o r i c a c i d r e g e n e r a t i o n ( I X H C l )

, a n d i o n e x c h a n g e w i t h

s u l f u r i c a c i d r e g e n e r a t i o n ( I X H 2 S O 4 )

. T o a n a l y z e o n e o f t h e i n c l u d e d t e c h n o l o g i e s h i t E N T E R

t o e n s u r e n o c e l l s a r e s e l e c t e d t h e n c l i c k t h e b u t t o n w i t h t h e t e c h n o l o g y ’ s n a m e o n i t

.

T h e u s e r h a s t h e o p t i o n

, b u t i s n o t r e q u i r e d t o

, i n p u t s o m e p a r a m e t e r s t h a t m a y b e

i m p o r t a n t t o t h e c o s t s a s s o c i a t e d w i t h a t e c h n o l o g y

. O p t i o n a l u s e r i n p u t i n c l u d e s : e l e c t r i c a l c o s t

( $ / k W

- h r )

, s u l f

u r i c a c i d c o s t ( $ / t o n )

, h y d r o c h l o r i c a c i d c o s t ( $ / t o n )

, f a c i l i t y l i f e ( y r s )

, i o n

e x c h a n g e r u n t i m e ( h r s )

, a n d b r i n e d i s p o s a l c o s t ( $ / b b l o f b r i n e )

. I f t h e u s e r d o e s n o t i n p u t v a l u e s

f o r t h e s e p a r a m e t e r s t h e d e f a u l t v a l u e s l i s t e d i n T a b l e 5

- 2 w i l l b e u s e d

.

T a b l e 5

- 2 : T o o l b o x d e f

a u l t e c o n o m i c p a r a m e t e r s

.

P a r a m e t e r V a l u e S o u r c e

E l e c t r i c $ 0

. 0 7 / k W

- h r B e a g l e ( 2 0 0 7 )

H C l a $ 2 2 5 / t o n B r a i n e r d ( 2 0 0 7 )

H 2 S O 4 a $ 1 3 5 / t o n B r a i n e r d ( 2 0 0 7 )

I X R u n T i m e 2 0 h r B e a r d s l e y ( 1 9 9 4 )

F a c i l i t y L i f

e 2 0 y r

a H C l a n d H 2 S O 4 a r e 3 6 % a n d 9 8 % p u r e b y w e i g h t

, r e s p e c t i v e l y

.

5

. 3

. 2 O u t p u t

T h e t o o l b o x o u t p u t i s b e l o w t h e t o o l b o x i n p u t o n t h e s p r e a d s h e e t

. T o o l b o x o u t p u t

i n c l u d e s : t r e a t e d w a t e r

, b l e n d e d w a t e r a n d b r i n e c o n c e n t r a t i o n s ; f e e d

, b y p a s s

, b r i n e a n d f

i n a l

f l o w r a t e ; i t e m i z e d o p e r a t i n g c o s t s

, c a p i t a l c o s t s

, a n d o v e r a l l t r e a t m e n t c o s t i n $ / b b l o f w a t e r

e n t e r i n g t h e f

a c i l i t y

.

O t h e r o u t p u t i s d i s p l a y e d w i t h i n p u t d a t a

. T h e s e o u t p u t i n c l u d e a c o l u m n t h a t s p e c i f i e s i f

t h e w a t e r m u s t b e t r e a t e d t o m e e t a n e f f l u e n t r e q u i r e m e n t f

o r e a c h c o n s t i t u e n t

. U n k n o w n

i n f l u e n t c o n c e n t r a t i o n a p p r o x i m a t i o n s a n d u n s p e c i f i e d e f f l u e n t c o n c e n t r a t i o n s a r e o u t p u t a s w e l l

.9 8

T h e t o o l b o x c a l c u l a t e s t h e t r e a t e d w a t e r c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s b a s e d o n t h e

t e c h n o l o g y ’ s t r e a t m e n t c a p a b i l i t i e s a n d t h e i n f l u e n t w a t e r c o n c e n t r a t i o n s

. T h e f i n a l t r e a t e d w a t e r

f r a c t i o n (  ) i s d e t e r m i n e d f o r e a c h c o n s t i t u e n t f

r o m t h e t r e a t e d w a t e r c o n c e n t r a t i o n s a n d t h e

d e s i r e d e f f l u e n t c o n c e n t r a t i o n s

. T h e l i m i t i n g c o n s t i t u e n t ( c o n s t i t u e n t t h a t l e a d s t o t h e h i g h e s t

f i n a l t r e a t e d w a t e r f

r a c t i o n ) o r c o n s t i t u e n t f

o r w h i c h t h e w a t e r i s b e i n g b l e n d e d t o m e e t a d e s i r e d

e f f l u e n t c o n c e n t r a t i o n i s t h e n o u t p u t

. I f t h e s e l e c t e d t e c h n o l o g y c a n n o t t r e a t t h e w a t e r t o t h e

d e s i r e d e f f l u e n t c r i t e r i a “ L I M I T ! ! ! ” w i l l a p p e a r u n d e r t h e e f f l u e n t e x c e e d e d c o l u m n i n t h e r o w o f

t h e c o n s t i t u e n t f

o r w h i c h t h e e f

f l u e n t r e q u i r e m e n t i s n o t b e i n g a c h i e v e d

.

W i t h t h e f

i n a l t r e a t e d w a t e r f

r a c t i o n k n o w n

, f

l o w r a t e s a r e d e t e r m i n e d

. T h e f e e d a n d

b r i n e f l o w r a t e s a r e d e t e r m i n e d w i t h t h e t e c h n o l o g y ’ s w a t e r r e c o v e r y r a t e (  r ) a n d o t h e r f l o w

r a t e s

. T h e f

l o w s o u t p u t i n c l u d e : t r e a t e d w a t e r f l o w r a t e

, b y p a s s w a t e r f

l o w r a t e

, f

e e d f l o w r a t e

,

b r i n e f l o w r a t e

, f

i n a l f l o w r a t e

, a n d i n i t i a l t r e a t e d f r a c t i o n

. P r e t r e a t m e n t r e s i d u a l f l o w i s

n e g l e c t e d

.

T r e a t m e n t c o s t s a r e t h e n d e t e r m i n e d b a s e d o n t h e f e e d f l o w r a t e

. A m o r t i z e d t r e a t m e n t

c o s t s a r e o u t p u t i n b o t h d o l l a r s p e r y e a r a n d d o l l a r s p e r b a r r e l o f w a t e r e n t e r i n g t h e f a c i l i t y

. C o s t s

t h a t a r e o u t p u t i n c l u d e : e l e c t r i c a l

, l a b o r

, c h e m i c a l ( w h i c h i n c l u d e s a l k a l i n i t y r e m o v a l )

,

m e m b r a n e r e p l a c e m e n t

, r e s i n r e p l a c e m e n t

, i r o n r e m o v a l p r e t r e a t m e n t

, t o t a l o p e r a t i n g

, t o t a l

c a p i t a l a n d t o t a l c o s t p e r b a r r e l o f w a t e r e n t e r i n g t h e f a c i l i t y

. T h e c a p i t a l c o s t p e r b b l o f w a t e r

e n t e r i n g t h e f

a c i l i t y i s a m o r t i z e d a s s u m i n g s t r a i g h t l i n e d e p r e c i a t i o n o v e r t h e l i f e t i m e o f t h e

f a c i l i t y

.9 9

5

. 4 B r i n e

5

. 4

. 1 I n p u t

B r i n e d i s p o s a l / m a n a g e m e n t c o s t s a r e c a l c u l a t e d s e p a r a t e l y f r o m t r e a t m e n t c o s t s

. A f

t e r

t h e u s e r h a s s e l e c t e d a t r e a t m e n t t e c h n o l o g y

, a b r i n e m a n a g e m e n t o p t i o n m u s t b e s e l e c t e d

o t h e r w i s e t h e b r i n e m a n a g e m e n t c o s t w i l l n o t b e i n c l u d e d i n t h e t o t a l t r e a t m e n t c o s t

. A b r i n e

m a n a g e m e n t o p t i o n i s s e l e c t e d b y c l i c k i n g o n e o f t h e b u t t o n s u n d e r “ C l i c k t o S e l e c t B r i n e

M a n a g e m e n t ”

. T h e u s e r h a s t h e o p t i o n o f s e l e c t i n g d e e p w e l l i n j e c t i o n

, e v a p o r a t i o n w i t h

c r y s t a l l i z a t i o n

, o r e v a p o r a t i o n p o n d b r i n e m a n a g e m e n t

.

T h e r e a r e o p t i o n a l u s e r i n p u t s f o r b r i n e m a n a g e m e n t

. T h e s e a r e l o c a t e d a t t h e t o p r i g h t o f

t h e s p r e a d s h e e t

. O p t i o n a l i n p u t s i n c l u d e : d e e p w e l l i n j e c t i o n c o s t ( $ /

b b l o f b r i n e )

, e v a p o r a t i o n

r a t e ( f t / y r )

, e v a p o r a t i o n p o n d u n i t c o s t ( $ / f t 2 )

, b r i n e f

a c i l i t y l i f e ( y r s )

, a n d e l e c t r i c a l c o s t ( $ / k W

h r )

. D e f a u l t v a l u e s w i t h r e f

e r e n c e s f o r o p t i o n a l i n p u t a r e o u t l i n e d i n T a b l e 5

- 3

.

T a b l e 5

- 3 : T o o l b o x d e f

a u l t b r i n e m a n a g e m e n t e c o n o m i c p a r a m e t e r s w i t h s o u r c e

P a r a m e t e r V a l u e S o u r c e

D e e p W e l l I n

j e c t i o n C o s t $ 5

. 0 0 / b b l o f b r i n e M i e r s ( 2 0 0 7 )

E v a p o r a t i o n R a t e 4

. 0 6 f t / y r U r

r u t y ( 2 0 0 7 )

E v a p o r a t i o n P o n d U n i t C o s t $ 1

. 8 3 / f t 2 U r

r u t y ( 2 0 0 7 )

B r i n e F a c i l i t y L i f

e 5 y r

E l e c t r i c $ 0

. 0 7 / k W

- h r B e a g l e ( 2 0 0 7 )

5

. 4

. 2 O u t p u t

O n c e a b r i n e m a n a g e m e n t o p t i o n i s s e l e c t e d ( a f t e r a t r e a t m e n t t e c h n o l o g y h a s b e e n

s e l e c t e d ) t h e t o o l b o x c a l c u l a t e s t h e t o t a l c o s t t o t r e a t t h e w a t e r e n t e r i n g t h e f a c i l i t y

. T h i s i s o u t p u t

b e l o w t h e t e c h n o l o g y a n d b r i n e o u t p u t

.

T h e t o o l b o x a l s o c a l c u l a t e s d i f f e r e n t p a r a m e t e r s f

o r t h e b r i n e m a n a g e m e n t o p t i o n

s e l e c t e d

. T h e c o s t p e r b b l o f b r i n e ( $ / b b l ) a n d c o s t p e r b b l o f w a t e r e n t e r i n g t h e f a c i l i t y ( $ / b b l ) i s1 0 0

t h e o n l y o u t p u t f

o r d e e p w e l l i n

j e c t i o n

. E v a p o r a t i o n p o n d o u t p u t i n c l u d e s : t h e r e q u i r e d

e v a p o r a t i v e a r e a ( f

t 2 )

, t h e p o n d d e p t h ( a s s u m e d t o b e 1

. 5 f t ( M i c k l e y

, 2 0 0 1 ) )

, t h e e v a p o r a t i o n

r a t e ( b b l / y r )

, o p e r a t i n g c o s t ( $ / b b l o f b r i n e )

, c a p i t a l c o s t ( $ )

, t o t a l c o s t p e r b b l o f b r i n e ( $ / b b l ) a n d

b r i n e m a n a g e m e n t c o s t p e r b b l o f w a t e r e n t e r i n g t h e f a c i l i t y ( $ / b b l )

. E v a p o r a t i o n w i t h

c r y s t a l l i z a t i o n o u t p u t i n c l u d e s : e v a p o r a t o r a n d c r y s t a l l i z e r c a p i t a l c o s t ( $ )

, a n d o p e r a t i n g a n d

m a i n t e n a n c e c o s t ( $ /

b b l )

, i n a d d i t i o n t o

, t h e t o t a l c o s t p e r b b l o f b r i n e ( $ / b b l ) a n d b r i n e c o s t p e r

b b l o f w a t e r e n t e r i n g t h e f a c i l i t y ( $ / b b l )

. S t e p b y s t e p i n s t r u c t i o n s f o r u s i n g t h e t o o l b o x a r e

o u t l i n e d i n T a b l e 5

- 4

.

T a b l e 5

- 4 : S t e p b y s t e p i n s t r u c t i o n s f o r u s i n g t h e t o o l b o x

.

1 ) S p e c i f

y p r o d u c e d w a t e r f

l o w r a t e ( b b l / d a y )

2 ) S e l e c t i n f

l u e n t w a t e r c r i t e r i a

3 ) C l i c k “ I n f

l u e n t ” b u t t o n

4 ) I n p u t i n f

l u e n t c h a r a c t e r i s t i c s i f k n o w n ( T D S i s a r e q u i r e d i n p u t )

5 ) S e l e c t e f

f l u e n t c r i t e r i a

6 ) C l i c k “ E f

f l u e n t ” b u t t o n

7 ) I n p u t e f

f l u e n t c h a r a c t e r i s t i c s i f k n o w n

8 ) I n p u t o p t i o n a l p a r a m e t e r s i f k n o w n

9 ) C l i c k a t e c h n o l o g y b u t t o n

1 0 ) C l i c k a b r i n e m a n a g e m e n t b u t t o n

1 1 ) G e t o u t p u t

• T o t a l w a t e r t r e a t m e n t c o s t i s o u t p u t b e l o w t h e i t e m i z e d t e c h n o l o g y a n d b r i n e

m a n a g e m e n t c o s t s

.

• T e c h n i c a l o u t p u t i s b e l o w t h e c o s t o u t p u t

.1 0 1 6

. S E N S I T I V I T Y A N A L Y S I S

6

. 1 O v e r v i e w

S e n s i t i v i t y a n a l y s i s w a s u s e d t o d e t e r m i n e w h i c h v a r i a b l e o r v a r i a b l e s h a v e t h e l a r g e s t

a n d s m a l l e s t e f

f e c t o n t h e t o o l b o x ’ s r e s u l t s

. T h i s t y p e o f a n a l y s i s a l l o w s t h e u s e r a n d d e v e l o p e r s

t o b e t t e r u n d e r s t a n d w h a t s o m e o f t h e k e y p a r a m e t e r s f o r e a c h t e c h n o l o g y a r e w h e n d e c i d i n g

w h i c h t e c h n o l o g y t o u t i l i z e

. T h e s e n s i t i v i t y o f a t e c h n o l o g y t o a p a r a m e t e r t h a t m a y c h a n g e

, s u c h

a s t h e u n i t p r i c e o f e l e c t r i c i t y

, m a y h e l p t h e u s e r d e t e r m i n e w i t h m o r e c e r t a i n t y w h a t t e c h n o l o g y

t o c h o o s e t o t r e a t P R B C B M w a t e r s

.

D e s i g n E x p e r t s o f

t w a r e w a s u s e d t o c o n d u c t s e n s i t i v i t y a n a l y s i s o n t h e t o o l b o x

. T h i s

s o f t w a r e p e r f

o r m s a n a l y s i s t h r o u g h t h e u s e o f f a c t o r i a l d e s i g n s a n d a n a l y s i s o f v a r i a n c e

( A N O V A )

. T h e s e s t a t i s t i c a l t o o l s a l l o w f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e v a r i a b l e s w h i c h h a v e t h e

g r e a t e s t a n d s m a l l e s t i m p a c t o n t h e r e s u l t o u t p u t b y t h e t o o l b o x ( S t a t

- E a s e

, 2 0 0 7 )

.

6

. 2 S e n s i t i v i t y A n a l y s i s S e t u p

T o p e r f o r m s e n s i t i v i t y a n a l y s i s a s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t m u s t f i r s t b e d e v e l o p e d t o e n s u r e

t h a t a l l v a r i a b l e s o f i n t e r e s t a r e i n c l u d e d

. O n c e t h e v a r i a b l e s a r e i d e n t i f i e d a h i g h a n d l o w v a l u e

i s a s s i g n e d t o e a c h v a r i a b l e w h e n u t i l i z i n g a 2 l e v e l f a c t o r i a l d e s i g n ( M o n t g o m e r y

, 1 9 9 7 )

. T h i s i s

t h e t y p e o f f

a c t o r i a l d e s i g n u t i l i z e d i n t h i s a n a l y s i s

. O n c e a h i g h a n d l o w v a l u e i s a s s i g n e d f o r

e a c h v a r i a b l e o f i n t e r e s t

, D e s i g n E x p e r t d e v e l o p s t h e s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t

. T h e s i m u l a t i o n

e x p e r i m e n t i s a t a b l e w h i c h l i s t s a l l t h e v a r i a b l e s a n d w h a t t h e i r v a l u e s s h o u l d b e s e t a t f o r e a c h

r u n o f t h e t o o l b o x

. T h e t o o l b o x ’ s r e s p o n s e o r r e s u l t f o r e a c h r u n i s t h e n r e c o r d e d ( t o t a l t r e a t m e n t1 0 2

c o s t i n $ / b b l o f Q i )

. T h e s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t s e t u p s w i t h r e s u l t s a r e i l l u s t r a t e d i n

A p p e n d i x D

.

T a b l e 6

- 1 i l l u s t r a t e s t h e f a c t o r s o r v a r i a b l e s t h a t s e n s i t i v i t y a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d w i t h

a n d i n c l u d e s t h e h i g h a n d l o w v a l u e s t h a t w e r e u s e d i n a n a l y s i s

. C o m m o n v a r i a b l e s t h a t w e r e

u s e d f o r a l l t e c h n o l o g i e s i n c l u d e d : u n i t c o s t o f e l e c t r i c i t y

, f a c i l i t y l i f e

, b r i n e d i s p o s a l c o s t

,

i n f l u e n t f l o w r a t e ( Q i ) a n d s o d i u m r e m o v e d

. T e c h n o l o g y s p e c i f i c f a c t o r s i n c l u d e d o p e r a t i n g a n d

m a i n t e n a n c e r e p l a c e m e n t c o s t s f o r I X r e s i n

, R O m e m b r a n e s

, E D R m e m b r a n e s

, a n d H E E P M

m e m b r a n e s ( l o w v a l u e i s t h e a s s u m e d v a l u e ( C h a p t e r 3 ) a n d t h e h i g h v a l u e i s 2 t i m e s t h e

a s s u m e d v a l u e )

. A c i d c o s t w a s t h e f i n a l f a c t o r i n c l u d e d i n a n a l y s i s ( h i g h a n d l o w v a l u e s a r e t h e

c u r r e n t c o s t o f h y d r o c h l o r i c a c i d a n d s u l f u r i c a c i d i n t h e P R B

, r e s p e c t i v e l y )

.

T a b l e 6

- 1 : F a c t o r s u s e d i n s e n s i t i v i t y a n a l y s i s w i t h h i g h a n d l o w v a l u e s a s s i g n e d

.

P a r a m e t e r U n i t s R O I X H E E P M E D R

H i g h L o w H i g h L o w H i g h L o w H i g h L o w

E l e c t r i c i t y $ /

k W

- h r 0

. 2 1 0

. 0 7 a 0

. 2 1 0

. 0 7 0

. 2 1 0

. 0 7 0

. 2 1 0

. 0 7

B r i n e D i s p o s a l $ /

b b l Q b r 5 a 1 5 1 5 1 5 1

F a c i l i t y L i f

e Y r 1 0 5 1 0 5 1 0 5 1 0 5

F l o w R a t e b b l / d a y Q i 1 0 0

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0

S o d i u m R e m o v e d m g / L 5 0 0 1 0 0 5 0 0 1 0 0 5 0 0 1 0 0 5 0 0 1 0 0

M e m b r a n e C o s t $ /

b b l Q f 0

. 0 3 4 0

. 0 1 7 a

- - - - - - 0

. 0 2 5 2 0

. 0 1 2 6 a 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 2 5 2 a

R e s i n C o s t $ /

b b l Q f - - - - - - 0

. 0 1 0 6 0

. 0 0 5 3 a

- - - - - - - - - - - -

A c i d C o s t b $ / t o n 2 5 0 1 3 5 2 5 0 1 3 5 2 5 0 1 3 5

- - - - - -

a C u r r e n t c o s t i n t h e P R B ( C h a p t e r 5 ) o r a s s u m e d v a l u e ( C h a p t e r 3 )

b C u r r e n t c o s t o f h y d r o c h l o r i c a c i d o r s u l f u r i c a c i d i n t h e P R B ( C h a p t e r 5 )

T h e s o d i u m r e m o v e d f

a c t o r a n a l y s i s w a s p e r f

o r m e d b y h o l d i n g t h e i n f

l u e n t w a t e r

c o n s t i t u e n t c o n c e n t r a t i o n s c o n s t a n t f o r a l l a n a l y s i s w i t h C i

- N a a n d C i

- T D S e q u a l t o 6 0 0 m g / L a n d

1 0 7 4 m g / L

, r e s p e c t i v e l y

. T h e i n f l u e n t w a t e r c h e m i s t r y i s o u t l i n e d i n A p p e n d i x D T a b l e D

- 5

. T h e

e f f l u e n t c o n c e n t r a t i o n f

o r s o d i u m w a s t h e n s e t a t 1 0 0 m g / L f o r 5 0 0 m g / L o f s o d i u m r e m o v e d

,

a n d 5 0 0 m g / L f

o r 1 0 0 m g / L o f s o d i u m r e m o v e d

. P e r f o r m i n g t h e a n a l y s i s i n t h i s m a n n e r h e l d a l l1 0 3

i n f l u e n t c o n c e n t r a t i o n s c o n s t a n t

, a n d f o r c e d s o d i u m t o b e t h e l i m i t i n g c o n s t i t u e n t b e c a u s e n o

o t h e r e f f l u e n t r e q u i r e m e n t s w e r e s p e c i f i e d

.

T h e f a c t o r i a l d e s i g n f

o r e a c h t e c h n o l o g y w a s 2 7

- 1 f o r I X

, R O

, a n d H E E P M

, a n d 2 6

- 1 f o r

E D R

. T h e s e a r e f

r a c t i o n a l f

a c t o r i a l d e s i g n s

. T h e e x p o n e n t

, 7 f o r e x a m p l e

, i d e n t i f

i e s t h e n u m b e r

o f f a c t o r s i n t h e f

a c t o r i a l d e s i g n w h i l e t h e

- 1 s i g n i f i e s h a l f a s m a n y r u n s t o g e n e r a t e a r e s u l t

. A 2 7

f a c t o r i a l d e s i g n i s a f

u l l f a c t o r i a l d e s i g n

, a n d r e q u i r e s 1 2 8 r u n s t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t o f e a c h

v a r i a b l e a n d i n t e r a c t i o n o n t h e f i n a l r e s u l t w h i l e a 2 7

- 1 r e q u i r e s 6 4 r u n s

.

A s a r e s u l t o f u s i n g f

r a c t i o n a l f

a c t o r i a l d e s i g n s

, c o n f

o u n d i n g o c c u r s

. C o n f

o u n d i n g i s a

d e s i g n t e c h n i q u e f

o r a r r a n g i n g a c o m p l e t e f

a c t o r i a l e x p e r i m e n t i n b l o c k s

, w h e r e t h e b l o c k s i z e i s

s m a l l e r t h a n t h e n u m b e r o f t r e a t m e n t c o m b i n a t i o n s i n o n e r e p l i c a t e ( M o n t g o m e r y

, 1 9 9 7 )

.

C o n f o u n d i n g t y p i c a l l y c a u s e s t h e e f f e c t s o f h i g h e r o r d e r i n t e r a c t i o n s t o b e i n d i s t i n g u i s h a b l e

( M o n t g o m e r y

, 1 9 9 7 )

.

T h e e n d r e s u l t o f c o n f

o u n d i n g i n a 2 6

- 1 f

r a c t i o n a l f

a c t o r i a l d e s i g n i s t h a t s o m e t h r e e a n d

a l l f o u r f a c t o r i n t e r a c t i o n s c a n n o t b e d e f i n e d b e c a u s e t h e y a r e a l i a s e d w i t h o t h e r i n t e r a c t i o n s

m a k i n g t h e m i n d i s t i n g u i s h a b l e f r o m o t h e r i n t e r a c t i o n s

. L i k e w i s e

, a 2 7

- 1 f r a c t i o n a l f

a c t o r i a l

d e s i g n c a n n o t d e f

i n e t h e e f f e c t s o f g r e a t e r t h a n a f

o u r f a c t o r i n t e r a c t i o n

. H o w e v e r

, t h e e f f e c t s o f

c o n f o u n d i n g a r e i n s i g n i f

i c a n t f o r t h i s s e n s i t i v i t y a n a l y s i s b e c a u s e f i r s t a n d s e c o n d o r d e r

i n t e r a c t i o n s a r e o f t h e m o s t c o n c e r n

. T h e r e f o r e

, f r a c t i o n a l f

a c t o r i a l d e s i g n s h a v e b e e n u t i l i z e d

.

6

. 3 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n

6

. 3

. 1 B a c k g r o u n d

A f t e r p e r f o r m i n g t h e s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t s b y r u n n i n g t h e t o o l b o x 6 4 t i m e s f o r a l l 2 7

- 1

f a c t o r i a l d e s i g n s a n d 3 2 t i m e s f o r 2 6

- 1 f a c t o r i a l d e s i g n s t h e r e s p o n s e s ( t o t a l t r e a t m e n t c o s t

, $ / b b l )1 0 4

w e r e e n t e r e d i n t o D e s i g n E x p e r t

. D e s i g n E x p e r t t h e n p e r f o r m e d f a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A

a n a l y s i s t o a i d i n d e t e r m i n i n g w h a t f a c t o r s a r e m o s t i m p o r t a n t f o r e a c h t e c h n o l o g y

. T h e f i r s t

r e s u l t s o u t p u t w e r e t h e s u m o f s q u a r e s a n d t h e r e l a t i v e p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f e a c h f a c t o r t o t h e

t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h e f a c t o r w i t h t h e l a r g e s t p e r c e n t c o n t r i b u t i o n t o t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

h a s t h e l a r g e s t e f

f e c t o n t h e t o o l b o x ’ s r e s p o n s e a n d v i c e v e r s a ( M o n t g o m e r y

, 1 9 9 7 )

.

T h e r e l a t i v e c o n t r i b u t i o n o f e a c h f a c t o r t o t h e t o o l b o x ’ s r e s p o n s e c a n a l s o b e s e e n w i t h

t h e u s e o f a p e r t u r

b a t i o n p l o t ( F i g u r e 6

- 1 A ) o r n o r m a l p l o t ( F i g u r e 6

- 1 B )

, b o t h o f w h i c h a r e

d e v e l o p e d b y D e s i g n E x p e r t

. T h e p e r t u r b a t i o n p l o t ( F i g u r e 6

- 1 A ) i s a g r a p h w i t h r e s p o n s e o n t h e

y

- a x i s a n d t h e f

a c t o r l e v e l o n t h e x

- a x i s (

- 1 a n d 1 c o r r e s p o n d t o t h e l o w a n d h i g h v a l u e s

,

r e s p e c t i v e l y )

. T h i s p l o t h e l p s t o c o m p a r e t h e e f f e c t o f a l l t h e f

a c t o r s a t a p a r t i c u l a r p o i n t i n t h e

d e s i g n s p a c e

. T h e r e s p o n s e i s p l o t t e d b y c h a n g i n g o n l y o n e f a c t o r o v e r i t s r a n g e

, w h i l e h o l d i n g

t h e o t h e r f

a c t o r s c o n s t a n t

. T h e f

a c t o r w h o s e l i n e h a s t h e l a r g e s t s l o p e o r c u r v a t u r e h a s t h e l a r g e s t

e f f e c t a n d v i s e v e r s a o n t h e p e r t u r b a t i o n p l o t ( S t a t

- E a s e

, 2 0 0 7 )

.

A ) P e r t u r b a t i o n

F a c t o r L e v e lTreatmentCost,$/bbl

- 1 0 1 0

. 0 1 0

. 0 6 0

. 1 1 0

. 1 6 0

. 2 1

A A B

B C

C D D

E E

F

F G G

A ) P e r t u r b a t i o n

F a c t o r L e v e lTreatmentCost,$/bbl

- 1 0 1 0

. 0 1 0

. 0 6 0

. 1 1 0

. 1 6 0

. 2 1

A A B

B C

C D D

E E

F

F G G A : A c i d C o s t

B : M e m b r a n e C o s t

C : F a c i l i t y L i f

e

D : B r i n e D i s p o s a l

E : S o d i u m R e m o v e d

F : f l o w

G : E l e c t r i c

P o s i t i v e E f

f e c t s

N e g a t i v e E f

f e c t sNormal%Probability

S t a n d a r d i z e d E f f e c t B ) N o r m a l P l o t

- 0

. 0 1 0

. 0 2 0

. 0 5 0

. 0 8 0

. 1 1 1 5 1 0 2 0 3 0 5 0 7 0 8 0 9 0 9 5 9 9

A

B

C D E

F G

A E

C E D E

E F E G A : A c i d C o s t

B : M e m b r a n e C o s t

C : F a c i l i t y L i f

e

D : B r i n e D i s p o s a l

E : S o d i u m R e m o v e d

F : f l o w

G : E l e c t r i c

P o s i t i v e E f

f e c t s

N e g a t i v e E f

f e c t sNormal%Probability

S t a n d a r d i z e d E f f e c t B ) N o r m a l P l o t

- 0

. 0 1 0

. 0 2 0

. 0 5 0

. 0 8 0

. 1 1 1 5 1 0 2 0 3 0 5 0 7 0 8 0 9 0 9 5 9 9

A

B

C D E

F G

A E

C E D E

E F E G

F i g u r e 6

- 1 : R e v e r s e o s m o s i s s e n s i t i v i t y r e s u l t s A ) P e r t u r b a t i o n P l o t a n d B ) N o r m a l P l o t

.1 0 5 A n o r m a l p l o t i d e n t i f i e s e a c h f a c t o r a n d m u l t i p l e f

a c t o r i n t e r a c t i o n s a s d a t a p o i n t s o n a

g r a p h w i t h n o r m a l p e r c e n t p r o b a b i l i t y o n t h e y

- a x i s a n d s t a n d a r d i z e d e f f e c t o n t h e x

- a x i s

. T h e

f a c t o r w i t h t h e g r e a t e s t c o n t r i b u t i o n i s t h e f a r t h e s t f r o m a s t a n d a r d e f

f e c t e q u a l t o z e r o a n d

f a c t o r s w i t h t h e l e a s t c o n t r i b u t i o n

, r e s i d u a l s

, a r e c l o s e s t t o z e r o s t a n d a r d e f f e c t

.

A l l m a i n f

a c t o r s a n d m u l t i p l e f

a c t o r i n t e r a c t i o n s w i t h g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o 1 %

c o n t r i b u t i o n t o t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s w e r e s e l e c t e d o n a n o r m a l p l o t o u t p u t i n D e s i g n E x p e r t

.

S e l e c t e d f a c t o r s w e r e t h e n i n c l u d e d i n t h e A N O V A a n a l y s i s

. I n t e r a c t i o n s t h a t w e r e n o t i n c l u d e d

a r e r e s i d u a l s

.

6

. 3

. 2 R e v e r s e O s m o s i s

S e n s i t i v i t y r e s u l t s f

o r r e v e r s e o s m o s i s a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6

- 2 a n d F i g u r e 6

- 1

. R O

t r e a t m e n t c o s t i s m o s t s e n s i t i v e t o t h e a m o u n t o f s o d i u m r e m o v e d w h i c h a c c o u n t s f o r 8 4

. 1 % o f

t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h i s i s a l s o i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s 6

- 1 A a n d B a s t h e l i n e r e p r e s e n t i n g

s o d i u m r e m o v e d h a s t h e g r e a t e s t s l o p e ( F i g u r e 6

- 1 A ) a n d s o d i u m r e m o v e d h a s t h e l a r g e s t

s t a n d a r d i z e d e f

f e c t ( F i g u r e 6

- 1 B )

.

T a b l e 6

- 2 : R e v e r s e o s m o s i s f a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s

. d f i s t h e d e g r e e s o f f r e e d o m

. T o t a l d e g r e e s o f f

r e e d o m e q u a l s 6 3

. T e r m E f f e c t S u m o f S q u a r e s % C o n t r i b u t i o n F

- v a l u e P r o b > F

A

- A c i d C o s t 0

. 0 0 7 3 4 0

. 0 0 0 8 6 3 0

. 3 7 6 0 < 0

. 0 0 0 1

B

- M e m b r a n e C o s t

- 0

. 0 0 5 2 8 0

. 0 0 0 4 4 6 0

. 1 9 3 1 < 0

. 0 0 0 1

C

- F a c i l i t y L i f

e

- 0

. 0 1 1 9 1 0

. 0 0 2 2 6 8 0

. 9 8 1 5 7 < 0

. 0 0 0 1

D

- B r i n e D i s p o s a l 0

. 0 3 2 9 7 0

. 0 1 7 3 9 1 7

. 5 4 1

, 2 0 3 < 0

. 0 0 0 1

E

- S o d i u m R e m o v e d 0

. 1 1 0 1 6 0

. 1 9 4 1 5 0 8 4

. 1 1 3

, 4 2 5 < 0

. 0 0 0 1

F

- F l o w

- 0

. 0 1 0 2 8 0

. 0 0 1 6 9 1 0

. 7 3 1 1 7 < 0

. 0 0 0 1

G

- E l e c t r i c 0

. 0 1 4 0 9 0

. 0 0 3 1 7 8 1

. 3 8 2 2 0 < 0

. 0 0 0 1

D E 0

. 0 2 1 5 9 0

. 0 0 7 4 6 1 3

. 2 3 5 1 6 < 0

. 0 0 0 1

E G 0

. 0 0 9 5 9 0

. 0 0 1 4 7 3 0

. 6 4 1 0 2 < 0

. 0 0 0 1

C E

- 0

. 0 0 5 5 3 0

. 0 0 0 4 9 0 0

. 2 1 3 4 < 0

. 0 0 0 1

A E 0

. 0 0 4 5 9 0

. 0 0 0 3 3 8 0

. 1 5 2 3 < 0

. 0 0 0 1

E F

- 0

. 0 0 3 7 8 0

. 0 0 0 2 2 9 0

. 1 0 1 6 0

. 0 0 0 2

R e s i d u a l s ( d f

= 5 1 ) 0

. 0 0 0 5 3 0

. 0 0 0 7 3 8 0

. 3 2

T o t a l 0

. 1 6 4 0 9 0

. 2 3 0 7 1 5 1 0 01 0 6

B r i n e d i s p o s a l c o s t i s t h e s e c o n d m o s t s e n s i t i v e v a r i a b l e a n d a c c o u n t s f o r 7

. 5 4 % o f t h e

t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h e r e i s a l s o a n i n t e r a c t i o n e f f e c t o f s o d i u m r e m o v e d a n d b r i n e d i s p o s a l

c o s t

. T h i s i n t e r a c t i o n i s a t t r i b u t e d t o m o r e s o d i u m r e m o v a l g e n e r a t i n g m o r e b r i n e a n d a c c o u n t s

f o r 3

. 2 3 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

. O t h e r m a i n f a c t o r s

, i n t e r a c t i o n e f

f e c t s

, a n d r e s i d u a l s h a v e

a m i n i m a l c o n t r i b u t i o n a c c o u n t i n g f o r 5

. 0 7 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s a s a w h o l e

. H o w e v e r

,

a l l t e r m s p r e s e n t e d i n T a b l e 6

- 2 a r e s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t b e c a u s e t h e P r o b > F i s l e s s t h a n 0

. 0 5

( S t a t

- E a s e

, 2 0 0 7 )

.

6

. 3

. 3 I o n E x c h a n g e

S e n s i t i v i t y r e s u l t s f

o r i o n e x c h a n g e a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6

- 3 a n d F i g u r e 6

- 2

. I X r e s u l t s

s h o w s o d i u m r e m o v e d h a v i n g t h e l a r g e s t c o n t r i b u t i o n t o r e s p o n s e w h i c h a c c o u n t s f o r

8 1

. 9 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h i s i s a l s o i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s 6

- 2 A a n d B

.

T a b l e 6

- 3 : I o n e x c h a n g e f a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s

. d f i s t h e d e g r e e s o f f r e e d o m

. T o t a l d e g r e e s o f f

r e e d o m e q u a l s 6 3

. T e r m E f f e c t S u m o f S q u a r e s % C o n t r i b u t i o n F

- v a l u e P r o b > F

A

- A c i d C o s t 0

. 0 3 2 1 6 0

. 0 1 6 5 4 4 6

. 2 0 4 6

, 6 6 1 < 0

. 0 0 0 1

B

- R e s i n c o s t

- 0

. 0 0 1 2 8 0

. 0 0 0 0 2 6 0

. 0 1 7 4 < 0

. 0 0 0 1

C

- F a c i l i t y L i f

e

- 0

. 0 1 1 4 1 0

. 0 0 2 0 8 2 0

. 7 8 5

, 8 7 1 < 0

. 0 0 0 1

D

- B r i n e D i s p o s a l 0

. 0 2 8 7 2 0

. 0 1 3 1 9 6 4

. 9 4 3 7

, 2 1 8 < 0

. 0 0 0 1

E

- S o d i u m R e m o v e d 0

. 1 1 6 9 1 0

. 2 1 8 6 7 3 8 1

. 9 6 1 6

, 7 3 2 < 0

. 0 0 0 1

F

- f l o w

- 0

. 0 1 3 0 3 0

. 0 0 2 7 1 7 1

. 0 2 7

, 6 6 3 < 0

. 0 0 0 1

G

- E l e c t r i c 0

. 0 0 0 0 3 0

. 0 0 0 0 0 0 0

. 0 0 0 0

. 8 3 4 5

A E 0

. 0 2 1 4 1 0

. 0 0 7 3 3 2 2

. 7 5 2 0

, 6 7 8 < 0

. 0 0 0 1

D E 0

. 0 1 9 0 9 0

. 0 0 5 8 3 3 2

. 1 8 1 6

, 4 5 1 < 0

. 0 0 0 1

C F 0

. 0 0 4 4 1 0

. 0 0 0 3 1 1 0

. 1 2 8 7 6 < 0

. 0 0 0 1

C E

- 0

. 0 0 4 0 3 0

. 0 0 0 2 6 0 0

. 1 0 7 3 3 < 0

. 0 0 0 1

R e s i d u a l s ( d f

= 5 2 )

- 0

. 0 0 1 1 3 0

. 0 0 0 0 1 8 0

. 0 1

T o t a l 0

. 1 9 1 8 4 0

. 2 6 6 9 9 3 1 0 0

A c i d c o s t i s t h e s e c o n d m o s t s i g n i f i c a n t f a c t o r f o r I X a n d a c c o u n t s f

o r 6

. 2 % o f t h e t o t a l

s u m o f s q u a r e s

. T h e r e i s a l s o a n i n t e r a c t i o n e f f e c t ( T e r m A E ) a s s o c i a t e d w i t h b o t h s o d i u m1 0 7

r e m o v e d a n d a c i d c o s t b e c a u s e m o r e s o d i u m r e m o v e d r e q u i r e s m o r e a c i d u s e

. T h i s t e r m

a c c o u n t s f

o r 2

. 7 5 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

.

T h e n e x t m o s t s i g n i f

i c a n t f a c t o r i s b r i n e d i s p o s a l c o s t w h i c h a c c o u n t s f o r 4

. 9 4 % o f t h e

t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h i s f a c t o r a l s o h a s a n i n t e r a c t i o n e f f e c t w i t h s o d i u m r e m o v e d ( T e r m D E )

a c c o u n t i n g f

o r 2

. 1 8 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h e s e f a c t o r s c a u s e a n i n t e r a c t i o n e f f e c t

b e c a u s e m o r e s o d i u m r e m o v e d p r o d u c e s m o r e b r i n e a s a r e s u l t o f m o r e r e g e n e r a n t o r a c i d b e i n g

r e q u i r e d

.

A l l o t h e r f

a c t o r s c o m b i n e d a c c o u n t f o r 2

. 0 8 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

. A l l t e r m s

p r e s e n t e d i n T a b l e 6

- 3 a r e s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t w i t h t h e e x c e p t i o n o f e l e c t r i c a l p r i c e w h i c h h a s

a P r o b > F e q u a l t o 0

. 8 3 4 5

.

F a c t o r L e v e lTreatmentCost,$/bbl A ) P e r t u r

b a t i o n

- 1 0 1 0

. 0 1 0

. 0 6 5 0

. 1 2 0

. 1 7 5 0

. 2 3

A A

B B C

C D D

E E

F

F G G

F a c t o r L e v e lTreatmentCost,$/bbl A ) P e r t u r

b a t i o n

- 1 0 1 0

. 0 1 0

. 0 6 5 0

. 1 2 0

. 1 7 5 0

. 2 3

A A

B B C

C D D

E E

F

F G G A : A c i d C o s t

B : R e s i n c o s t

C : F a c i l i t y L i f

e

D : B r i n e D i s p o s a l

E : S o d i u m R e m o v e d

F : F l o w

G : E l e c t r i c

P o s i t i v e E f

f e c t s

N e g a t i v e E f

f e c t sNormal%Probability

S t a n d a r d i z e d E f f e c t B ) N o r m a l P l o t

- 0

. 0 1 0

. 0 2 0

. 0 5 0

. 0 8 0

. 1 2 1 5 1 0 2 0 3 0 5 0 7 0 8 0 9 0 9 5 9 9

A

B

C D E

F G A E

C E C F D E

A : A c i d C o s t

B : R e s i n c o s t

C : F a c i l i t y L i f

e

D : B r i n e D i s p o s a l

E : S o d i u m R e m o v e d

F : F l o w

G : E l e c t r i c

P o s i t i v e E f

f e c t s

N e g a t i v e E f

f e c t sNormal%Probability

S t a n d a r d i z e d E f f e c t B ) N o r m a l P l o t

- 0

. 0 1 0

. 0 2 0

. 0 5 0

. 0 8 0

. 1 2 1 5 1 0 2 0 3 0 5 0 7 0 8 0 9 0 9 5 9 9

A

B

C D E

F G A E

C E C F D E

F i g u r e 6

- 2 : I o n e x c h a n g e s e n s i t i v i t y r e s u l t s A ) P e r t u r b a t i o n P l o t a n d B ) N o r m a l P l o t

.1 0 8

6

. 3

. 4 E l e c t r o d i a l y s i s R e v e r s a l

S e n s i t i v i t y r e s u l t s f

o r e l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6

- 4 a n d F i g u r e 6

- 3

.

T h e m o s t s e n s i t i v e f

a c t o r f o r E D R t r e a t m e n t c o s t i s f a c i l i t y l i f e w h i c h a c c o u n t s f

o r 5 5

. 6 % o f t h e

t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h i s i s i n c o n t r a s t t o r e s u l t s p r e s e n t e d a b o v e f o r R O a n d I X

, a n d i s d u e t o

c a p i t a l c o s t s a c c o u n t i n g f o r m o s t o f t h e c o s t s a s s o c i a t e d w i t h E D R

. T h e e f f e c t o f t h e v a r i a b l e i s

a l s o n e g a t i v e w h i c h m e a n s t h a t i f E D R i s u t i l i z e d t h e f a c i l i t y l i f e s h o u l d b e m a x i m i z e d t o

m i n i m i z e o v e r a l l t r e a t m e n t c o s t

.

T h e s e c o n d m o s t s e n s i t i v e v a r i a b l e f o r E D R i s i n f

l u e n t f l o w r a t e ( Q i ) w h i c h a c c o u n t s f o r

2 9

. 8 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h i s f a c t o r a l s o h a s a n e g a t i v e e f f e c t w h i c h m e a n s t h a t t h e

i n f l u e n t f l o w r a t e f o r a n E D R f

a c i l i t y s h o u l d b e m a x i m i z e d t o m i n i m i z e t r e a t m e n t c o s t s

.

T a b l e 6

- 4 : E l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l f a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s

. d f i s t h e d e g r e e s o f

f r e e d o m

. T o t a l d e g r e e s o f f r e e d o m e q u a l s 3 1

. T e r m E f f e c t S u m o f S q u a r e s % C o n t r i b u t i o n F

- v a l u e P r o b > F

A

- E l e c t r i c 0

. 0 1 2 0 6 0

. 0 0 1 1 6 4 3

. 1 2 1 0

, 5 0 6 < 0

. 0 0 0 1

B

- M e m b r a n e C o s t

- 0

. 0 0 4 0 6 0

. 0 0 0 1 3 2 0

. 3 5 1

, 1 9 2 < 0

. 0 0 0 1

C

- F a c i l i t y L i f

e

- 0

. 0 5 0 9 4 0

. 0 2 0 7 5 7 5 5

. 6 1 8 7

, 3 4 6 < 0

. 0 0 0 1

D

- B r i n e D i s p o s a l 0

. 0 1 4 6 9 0

. 0 0 1 7 2 6 4

. 6 2 1 5

, 5 7 6 < 0

. 0 0 0 1

E

- S o d i u m R e m o v e d 0

. 0 1 1 1 9 0

. 0 0 1 0 0 1 2

. 6 8 9

, 0 3 7 < 0

. 0 0 0 1

F

- F l o w

- 0

. 0 3 7 3 1 0

. 0 1 1 1 3 8 2 9

. 8 1 0 0

, 5 2 6 < 0

. 0 0 0 1

C F 0

. 0 1 2 4 4 0

. 0 0 1 2 3 8 3

. 3 1 1 1

, 1 7 0 < 0

. 0 0 0 1

D E 0

. 0 0 4 0 6 0

. 0 0 0 1 3 2 0

. 3 5 1

, 1 9 2 < 0

. 0 0 0 1

A E 0

. 0 0 2 4 4 0

. 0 0 0 0 4 8 0

. 1 2 4 2 9 < 0

. 0 0 0 1

R e s i d u a l s ( d f

= 2 2 )

- 0

. 0 0 0 1 3 0

. 0 0 0 0 0 2 0

. 0 1

T o t a l

- 0

. 0 3 5 5 6 0

. 0 3 7 3 3 7 1 0 0

B o t h f a c i l i t y l i f e a n d i n f l u e n t f l o w r a t e h a v e a n i n t e r a c t i o n e f f e c t ( T e r m C F ) t h a t a c c o u n t s

f o r 3

. 3 1 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h i s e f f e c t s h o w s t h a t i f E D R i s u s e d t o t r e a t P R B C B M

w a t e r s

, t h e f

a c i l i t y l i f e a n d i n f l u e n t f l o w r a t e s h o u l d b e m a x i m i z e d

.1 0 9 A ) P e r t u r b a t i o n

F a c t o r L e v e lTreatmentCost,$/bbl

- 1 0 1 0

. 0 7 0

. 1 0 2 5 0

. 1 3 5 0

. 1 6 7 5 0

. 2

A A

B

B C

C D D

E E F

F

A ) P e r t u r b a t i o n

F a c t o r L e v e lTreatmentCost,$/bbl

- 1 0 1 0

. 0 7 0

. 1 0 2 5 0

. 1 3 5 0

. 1 6 7 5 0

. 2

A A

B

B C

C D D

E E F

F A : E l e c t r i c

B : M e m b r a n e C o s t

C : F a c i l i t y L i f

e

D : B r i n e D i s p o s a l

E : S o d i u m R e m o v e d

F : F l o w

P o s i t i v e E f

f e c t s

N e g a t i v e E f

f e c t sNormal%Probability

S t a n d a r d i z e d E f

f e c t B ) N o r m a l P l o t

- 0

. 0 5

- 0

. 0 3

- 0

. 0 2 0 0

. 0 1 1 5 1 0 2 0 3 0 5 0 7 0 8 0 9 0 9 5 9 9

A

B

C D

E

F A E C F

D E A : E l e c t r i c

B : M e m b r a n e C o s t

C : F a c i l i t y L i f

e

D : B r i n e D i s p o s a l

E : S o d i u m R e m o v e d

F : F l o w

P o s i t i v e E f

f e c t s

N e g a t i v e E f

f e c t sNormal%Probability

S t a n d a r d i z e d E f

f e c t B ) N o r m a l P l o t

- 0

. 0 5

- 0

. 0 3

- 0

. 0 2 0 0

. 0 1 1 5 1 0 2 0 3 0 5 0 7 0 8 0 9 0 9 5 9 9

A

B

C D

E

F A E C F

D E

F i g u r e 6

- 3 : E l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l s e n s i t i v i t y r e s u l t s A ) P e r t u r b a t i o n P l o t a n d B ) N o r m a l P l o t

.

O t h e r f a c t o r s t h a t t h e t o o l b o x ’ s r e s p o n s e i s s e n s i t i v e t o i n c l u d e b r i n e d i s p o s a l c o s t

,

e l e c t r i c a l c o s t a n d s o d i u m r e m o v e d

, e a c h a c c o u n t i n g f o r 4

. 6 2 %

, 3

. 1 2 % a n d 2

. 6 8 % o f t h e t o t a l

s u m o f s q u a r e s

, r e s p e c t i v e l y

. T h e r e m a i n i n g f a c t o r ( m e m b r a n e r e p l a c e m e n t c o s t ) a n d i n t e r a c t i o n

e f f e c t s h a v e m i n i m a l e f

f e c t a c c o u n t i n g f

o r 0

. 8 3 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s a s a w h o l e

. A l l

f a c t o r s a n d i n t e r a c t i o n e f

f e c t s a r e s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t t h o u g h

.

6

. 3

. 5 H E E P M

S e n s i t i v i t y r e s u l t s f

o r H E E P M a r e p r e s e n t e d i n T a b l e 6

- 5 a n d F i g u r e s 6

- 4 A a n d B

.

H E E P M t r e a t m e n t c o s t i s m o s t s e n s i t i v e t o s o d i u m r e m o v e d w h i c h a c c o u n t s f o r 8 0

. 7 % o f t h e

t o t a l s u m o f s q u a r e s

.1 1 0

T a b l e 6

- 5 : H E E P M f

a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s

. d f i s t h e d e g r e e s o f f r e e d o m

. T o t a l

d e g r e e s o f f

r e e d o m e q u a l s 6 3

. T e r m E f f e c t S u m o f S q u a r e s % C o n t r i b u t i o n F

- v a l u e P r o b > F

A

- A c i d C o s t 0

. 0 0 8 5 3 0

. 0 0 1 1 6 5 0

. 2 4 6 0

. 0 1 8 7

B

- M e m b r a n e C o s t

- 0

. 0 0 6 0 3 0

. 0 0 0 5 8 2 0

. 1 2 3 0

. 0 9 1 9

C

- F a c i l i t y L i f

e

- 0

. 0 2 4 4 1 0

. 0 0 9 5 3 1 1

. 9 4 4 8 < 0

. 0 0 0 1

D

- B r i n e D i s p o s a l 0

. 0 1 5 2 2 0

. 0 0 3 7 0 6 0

. 7 6 1 9 < 0

. 0 0 0 1

E

- S o d i u m R e m o v e d 0

. 1 5 7 3 4 0

. 3 9 6 1 1 3 8 0

. 7 2

, 0 0 8 < 0

. 0 0 0 1

F

- F l o w

- 0

. 0 1 9 5 3 0

. 0 0 6 1 0 4 1

. 2 4 3 1 < 0

. 0 0 0 1

G

- E l e c t r i c 0

. 0 4 3 9 1 0

. 0 3 0 8 4 4 6

. 2 9 1 5 6 < 0

. 0 0 0 1

E G 0

. 0 3 5 2 8 0

. 0 1 9 9 1 6 4

. 0 6 1 0 1 < 0

. 0 0 0 1

C E

- 0

. 0 1 7 7 8 0

. 0 0 5 0 5 9 1

. 0 3 2 6 < 0

. 0 0 0 1

E F

- 0

. 0 1 4 0 3 0

. 0 0 3 1 5 0 0

. 6 4 1 6 0

. 0 0 0 2

C F 0

. 0 1 2 0 9 0

. 0 0 2 3 4 0 0

. 4 8 1 2 0

. 0 0 1 2

A E 0

. 0 1 1 1 6 0

. 0 0 1 9 9 1 0

. 4 1 1 0 0

. 0 0 2 5

R e s i d u a l s ( d f

= 5 1 ) 0

. 0 0 4 7 8 0

. 0 1 0 0 5 8 2

. 0 5

T o t a l 0

. 2 0 6 5 3 0

. 4 9 0 5 5 8 1 0 0

T h e n e x t m o s t s i g n i f

i c a n t f a c t o r f o r H E E P M i s t h e c o s t o f e l e c t r i c i t y w h i c h a c c o u n t s f o r

6

. 2 9 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

. T h e r e i s a l s o a n i n t e r a c t i o n e f f e c t o f e l e c t r i c a l c o s t a n d

s o d i u m r e m o v e d ( T e r m E G ) t h a t a c c o u n t s f o r 4

. 0 6 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

.

F a c i l i t y l i f

e a n d i n f l u e n t f l o w r a t e a r e t h e n e x t m o s t s i g n i f i c a n t f a c t o r s a n d a c c o u n t f

o r

1

. 9 4 % a n d 1

. 2 4 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

, r e s p e c t i v e l y

. T h e s e f a c t o r s h a v e a n e g a t i v e e f

f e c t

m e a n i n g t h a t H E E P M m a y b e m o r e c o s t e f f e c t i v e w i t h a l o n g f

a c i l i t y l i f e a n d h i g h e r i n f

l u e n t

f l o w r a t e

. H o w e v e r

, t h e i n t e r a c t i o n e f f e c t o f t h e s e t w o t e r m s ( T e r m C F ) a c c o u n t s f o r o n l y 0

. 4 8 %

o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

.

O t h e r f a c t o r s a n d i n t e r a c t i o n e f

f e c t s h a v e l i t t l e e f

f e c t o n t o o l b o x r e s p o n s e a n d a c c o u n t f o r

5

. 7 3 % o f t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s a s a w h o l e

. H o w e v e r

, a l l f a c t o r s a n d i n t e r a c t i o n e f

f e c t s

i n c l u d e d i n t h e a n a l y s i s a r e s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t w i t h P r o b < F l e s s t h a n 0

. 0 5

.1 1 1 A : A c i d C o s t

B : M e m b r a n e C o s t

C : F a c i l i t y L i f

e

D : B r i n e D i s p o s a l

E : S o d i u m R e m o v e d

F : F l o w

G : E l e c t r i c

P o s i t i v e E f

f e c t s

N e g a t i v e E f

f e c t s B ) N o r m a l P l o tNormal%Probability

S t a n d a r d i z e d E f

f e c t - 0

. 0 2 0

. 0 2 0

. 0 7 0

. 1 1 0

. 1 6 0

. 1 1

. 0 5

. 0 1 0

. 0 2 0

. 0 3 0

. 0 5 0

. 0 7 0

. 0 8 0

. 0 9 0

. 0 9 5

. 0 9 9

. 0 9 9

. 9

A

B

C D E

F G

A E

C E C F

E F E G

A : A c i d C o s t

B : M e m b r a n e C o s t

C : F a c i l i t y L i f

e

D : B r i n e D i s p o s a l

E : S o d i u m R e m o v e d

F : F l o w

G : E l e c t r i c

P o s i t i v e E f

f e c t s

N e g a t i v e E f

f e c t s B ) N o r m a l P l o tNormal%Probability

S t a n d a r d i z e d E f

f e c t - 0

. 0 2 0

. 0 2 0

. 0 7 0

. 1 1 0

. 1 6 0

. 1 1

. 0 5

. 0 1 0

. 0 2 0

. 0 3 0

. 0 5 0

. 0 7 0

. 0 8 0

. 0 9 0

. 0 9 5

. 0 9 9

. 0 9 9

. 9

A

B

C D E

F G

A E

C E C F

E F E G A ) P e r t u r b a t i o n

F a c t o r L e v e lTreatmentCost,$/bbl

- 1 0 1 0

. 0 2 0

. 0 9 5 0

. 1 7 0

. 2 4 5 0

. 3 2

A A B

B C

C D D

E E

F

G G

F A ) P e r

t u r b a t i o n

F a c t o r L e v e lTreatmentCost,$/bbl

- 1 0 1 0

. 0 2 0

. 0 9 5 0

. 1 7 0

. 2 4 5 0

. 3 2

A A B

B C

C D D

E E

F

G G

F

F i g u r e 6

- 4 : H E E P M s e n s i t i v i t y r e s u l t s A ) P e r t u r b a t i o n P l o t a n d B ) N o r m a l P l o t

.

6

. 4 S u m m a r y

T h e s e n s i t i v i t y o f t o t a l t r e a t m e n t c o s t f o r a l l o f t h e s e l e c t e d t e c h n o l o g i e s t o k e y v a r i a b l e s

h a v e b e e n d e t e r m i n e d t h r o u g h t h e u s e o f D e s i g n E x p e r t s o f t w a r e

. R e s u l t s h a v e s h o w n t h a t t h e

t o t a l t r e a t m e n t c o s t i s m o s t s e n s i t i v e t o s o d i u m r e m o v e d w h e n u t i l i z i n g R O

, I X

, a n d H E E P M

.

E D R t r e a t m e n t c o s t i s m o s t s e n s i t i v e t o f a c i l i t y l i f e a n d i n f l u e n t f l o w r a t e

.

S e c o n d o r d e r i n t e r a c t i o n s a n d o t h e r v a r i a b l e s s u c h a s b r i n e d i s p o s a l c o s t

, a c i d c o s t

,

f a c i l i t y l i f e a n d i n f l u e n t f l o w h a v e b e e n s h o w n t o h a v e a n e f f e c t o n t h e t r e a t m e n t c o s t f o r a l l

t e c h n o l o g i e s

, b u t t o a l e s s e r d e g r e e t h a n t h e a b o v e l i s t e d v a r i a b l e s

. T e c h n o l o g y s p e c i f i c

p a r a m e t e r s s u c h a s m e m b r a n e a n d r e s i n r e p l a c e m e n t c o s t s h a v e b e e n s h o w n t o h a v e t h e l e a s t

e f f e c t o n t r e a t m e n t c o s t s

.1 1 2 7

. T E C H N O L O G Y C O S T E F F E C T I V E N S S A N D S E L E C T I O N

7

. 1 O v e r v i e w

T h e p u r p o s e o f t h i s c h a p t e r i s t o s h o w t o o l b o x r e s u l t s f o r a l l o f t h e s e l e c t e d t e c h n o l o g i e s

i n a c o m p a r a t i v e m a n n e r

. T h i s a n a l y s i s m a y a i d a n i n d i v i d u a l i n d e c i d i n g w h a t t e c h n o l o g y t o

s e l e c t a n d u n d e r w h a t c o n d i t i o n s w h e n t r e a t i n g C B M w a t e r s

.

C o n d i t i o n s t h a t h a v e b e e n t e s t e d o v e r a r a n g e o f s o d i u m r e m o v a l s i n c l u d e : t h e a n t i c i p a t e d

t r e a t m e n t f

a c i l i t y l i f e

, i n f l u e n t f l o w r a t e

, b r i n e d i s p o s a l c o s t

, e l e c t r i c a l c o s t

, a n d p r o c e s s c h e m i c a l

c o s t

. T h e s e v a r i a b l e s w e r e s e l e c t e d b e c a u s e t h e y w e r e s h o w n i n C h a p t e r 6 t o h a v e t h e g r e a t e s t

i m p a c t o n t h e t o t a l t r e a t m e n t c o s t f o r s e l e c t e d t e c h n o l o g i e s

.

7

. 2 S c e n a r i o s

T h e f o l l o w i n g a n a l y s i s w a s c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e t h e i m p a c t o f k e y v a r i a b l e s o n t h e

t o t a l t r e a t m e n t c o s t ( $ /

b b l ) w h e n d e c i d i n g w h a t t e c h n o l o g y t o u s e t o t r e a t P R B C B M w a t e r s

. T o

d o t h i s

, o p t i o n a l u s e r i n p u t s ( k e y v a r i a b l e s ) w e r e c h a n g e d o n e a t a t i m e f o r a t o t a l o f s e v e n

s c e n a r i o s ( T a b l e 7

- 1 ) a n d t h e t o o l b o x w a s r u n w i t h s i x d i f f e r e n t s o d i u m r e m o v a l s ( T a b l e 7

- 2 ) p e r

s c e n a r i o t o d e t e r m i n e w h a t t e c h n o l o g y m a y b e m o r e c o s t e f f e c t i v e o v e r a n o t h e r u n d e r c e r t a i n

c o n d i t i o n s

.

S o d i u m r e m o v e d w a s s e l e c t e d a s t h e p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r b e c a u s e t h e t o t a l t r e a t m e n t

c o s t o f e a c h t e c h n o l o g y

, e x c l u d i n g E D R

, i s m o s t s e n s i t i v e t o s o d i u m r e m o v e d

. T r e a t m e n t c o s t

( $ / b b l ) v e r s u s s o d i u m r e m o v e d w a s t h e n p l o t t e d f o r s e l e c t e d t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s t o d e t e r m i n e

u n d e r w h a t c o n d i t i o n s o n e t e c h n o l o g y m a y b e m o r e c o s t e f f e c t i v e t h a n a n o t h e r

.1 1 3

T a b l e 7

- 1 : S c e n a r i o s U s e d t o E v a l u a t e T e c h n o l o g y C o s t s a n d C o s t E f f e c t i v e n e s s

. “ x ” a n d “ y ”

e q u a l t h e s a m e v a l u e u s e d i n s c e n a r i o 1 a n d 2

, r e s p e c t i v e l y

. S c e n a r i o P a r a m e t e r U n i t s 1 2 3 4 5 6 7

T r e a t m e n t F a c i l i t y L i f

e y r s 5 1 0 y y y y y

I n f l u e n t F l o w R a t e b b l / d a y 1 0 0

, 0 0 0 x 1 0

, 0 0 0 x x x x

B r i n e D i s p o s a l $ / b b l b r i n e 5 x x 1 x x x

E l e c t r i c C o s t $ / k W

- h r 0

. 0 7 x x x 0

. 2 1 x x

H C l C o s t $ / t o n 2 2 5 x x x x 1 3 5 x

H 2 S O 4 C o s t $ / t o n 1 3 5 x x x x x 2 2 5

F o r t h e s e a n a l y s e s t h e e f

f l u e n t s o d i u m c o n c e n t r a t i o n w a s h e l d c o n s t a n t a t 1 0 0 m g / L a n d

t h e i n f l u e n t c o n c e n t r a t i o n w a s c h a n g e d b y i n p u t t i n g a d i f f e r e n t i n f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n f o r

e a c h o f t h e s i x s i m u l a t i o n s f o r e a c h s c e n a r i o ( T a b l e 7

- 2 )

. T h e t o o l b o x t h e n c a l c u l a t e d t h e i n f l u e n t

s o d i u m c o n c e n t r a t i o n b a s e d o n t h e i n f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n

. I n f l u e n t T D S ( u s e r d e f

i n e d a n d

t o o l b o x c a l c u l a t e d )

, t o o l b o x

- p r e d i c t e d i n f l u e n t s o d i u m

, a n d s o d i u m r e m o v e d f o r t h e s e a n a l y s e s

a r e o u t l i n e d i n T a b l e 7

- 2

.

T a b l e 7

- 2 : W a t e r P a r a m e t e r s U s e d t o E v a l u a t e T e c h n o l o g y C o s t s a n d C o s t E f f e c t i v e n e s s

. A l l

u n i t s a r e m g / L

. U s e r F T D S a C a l c u l a t e d F T D S b F e e d N a b E f f l u e n t N a a N a R e m o v e d c

2 5 0 0 2 7 7 4 8 5 8 1 0 0 7 5 8

2 0 0 0 2 2 1 9 6 8 7 1 0 0 5 8 7

1 5 0 0 1 6 6 5 5 1 5 1 0 0 4 1 5

1 0 0 0 1 1 1 0 3 4 3 1 0 0 2 4 3

7 5 0 8 3 2 2 5 7 1 0 0 1 5 7

5 0 0 5 5 5 1 7 2 1 0 0 7 2

a S e l e c t e d I n p u t

b D e t e r m i n e d b y t o o l b o x

c F e e d N a

– E f

f l u e n t N a

O t h e r s p e c i f

i e d i n p u t s w e r e f

a c i l i t y l i f e

, i n f l u e n t f l o w r a t e

, b r i n e d i s p o s a l c o s t

, c o s t o f

e l e c t r i c i t y

, h y d r o c h l o r i c a c i d c o s t a n d s u l f u r i c a c i d c o s t

. V a l u e s u s e d f o r t h e s e v e n d i f

f e r e n t

s c e n a r i o s t e s t e d a r e o u t l i n e d i n T a b l e 7

- 1

. F a c i l i t y l i f e a n d f l o w r a t e s w e r e a r

b i t r a r i l y s e l e c t e d1 1 4

a n d m a y b e r e p r e s e n t a t i v e o f c u r r e n t a n d / o r f u t u r e o p e r a t i o n s i n t h e P R B

. B r i n e d i s p o s a l c o s t s

t h a t w e r e s e l e c t e d r e p r e s e n t t h e c u r r e n t c o s t o f d e e p w e l l i n

j e c t i o n b r i n e d i s p o s a l i n t h e P R B

( $ 5 / b b l ) a n d w h a t m a y h a p p e n i f t h i s c o s t i s r e d u c e d ( $ 1 / b b l )

. T h e c o s t s s e l e c t e d f

o r e l e c t r i c i t y

r e p r e s e n t t h e c u r r e n t c o s t i n t h e P R B ( $ 0

. 0 7 / k W

- h r ) a n d t h e t r i p l i n g o f t h e c u r r e n t c o s t o f

e l e c t r i c i t y ( $ 0

. 2 1 /

k W

- h r )

. A c i d c o s t s r e p r e s e n t t h e c u r r e n t h y d r o c h l o r i c a c i d ( $ 2 2 5 / t o n ) a n d

s u l f u r i c a c i d c o s t ( $ 1 3 5 / t o n ) i n t h e P R B

.

7

. 3 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n

7

. 3

. 1 S c e n a r i o s 1 a n d 2 : F a c i l i t y L i f e

T h e f a c i l i t y l i f e h a s b e e n s h o w n t o b e a n i m p o r t a n t p a r a m e t e r w i t h r e s p e c t t o t h e t o t a l

t r e a t m e n t c o s t w h e n u t i l i z i n g E D R

. T h i s p a r a m e t e r i s i m p o r t a n t b e c a u s e t h e t o o l b o x a s s u m e s

s t r a i g h t l i n e d e p r e c i a t i o n o f t h e t r e a t m e n t t e c h n o l o g y ’ s c a p i t a l c o s t o v e r t h e l i f e o f t h e f a c i l i t y

.

T h e r e f o r e

, a n i n c r e a s e d f

a c i l i t y l i f e w i l l r e d u c e t h e t r e a t m e n t c o s t p e r b b l o f i n f l u e n t w a t e r

. T h i s

r e l a t i o n s h i p h a s b e e n t e s t e d t o d e t e r m i n e w h i c h t e c h n o l o g y m a y b e t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e f o r a

f a c i l i t y l i f e e q u a l t o 5 y r s ( F i g u r e 7

- 1 ) a n d 1 0 y r s ( F i g u r e 7

- 3 )

. D e f a u l t v a l u e s w e r e u s e d f

o r a l l

a n a l y s e s u n l e s s o t h e r w i s e n o t e d ( s e e T a b l e 7

- 1 )

. T h e i n t e r s e c t i o n o f t w o o r m o r e l i n e s o n t h e s e

p l o t s i s c o n s i d e r e d a c r o s s o v e r p o i n t

.

W h e n t h e t r e a t m e n t f

a c i l i t y l i f e i s 5 y r s I X H 2 S O 4 i s t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e t r e a t m e n t

t e c h n o l o g y f

o r l o w e r a m o u n t s o f s o d i u m r e m o v e d ( s o d i u m r e m o v e d < 7 6 0 m g / L )

. H o w e v e r

, w h e n

t h e s o d i u m r e m o v e d i s a b o v e 7 6 0 m g / L

, E D R b e c o m e s m o r e c o s t e f f e c t i v e ( a t c r o s s o v e r p o i n t

s h o w n i n F i g u r e 7

- 1 )

.

T h e r e a r e s a f

e t y i s s u e s r e l a t e d t o t h e u s e o f 9 8 % p u r e s u l f u r i c a c i d i n t h e P R B

. T h e

p r i m a r y i s s u e i s t h e c o r

r o s i v e n e s s o f 9 8 % p u r e s u l f u r i c a c i d

. T h i s m a k e s s h i p p i n g

, s t o r a g e a n d1 1 5

h a n d l i n g m o r e d i f

f i c u l t t h a n w h a t i s r e q u i r e d f o r 3 6 % p u r e h y d r o c h l o r i c a c i d

. A n o t h e r i s s u e i s

t h e p o s s i b i l i t y o f p r e c i p i t a t e f o r m a t i o n ( B a S O 4 o r C a S O 4 ) w h i c h m a y c a u s e a d v e r s e e f f e c t s t o

p r o c e s s p u m p s o r v e s s e l s

. F o r t h e s e r e a s o n s

, i t m a y b e n e c e s s a r y t o c h o o s e I X H C l w h i c h i s t h e

n e x t m o s t c o s t e f

f e c t i v e t e c h n o l o g y

, f

o r s o d i u m r e m o v e d < 3 6 0 m g / L

. W h e n s o d i u m r e m o v e d i s

g r e a t e r t h a n 3 6 0 m g / L

, E D R b e c o m e s m o r e c o s t e f f e c t i v e t h a n I X H C l

.

0 0

. 1 0

. 2 0

. 3 0

. 4

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0TreatmentCost,$/bbl

S o d i u m R e m o v e d

, m g / L I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

F i g u r e 7

- 1 : S c e n a r i o 1

, f a c i l i t y l i f e e q u a l t o 5 y e a r s

, t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r

t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

. A r r o w s r e p r e s e n t c r o s s o v e r p o i n t s d i s c u s s e d i n t h e

t e x t

.

F i g u r e 7

- 2 i l l u s t r a t e s i t e m i z e d c o s t s a s s o c i a t e d w i t h s e l e c t e d t e c h n o l o g i e s

, a n d T a b l e 7

- 3

o u t l i n e s t h e p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f e a c h c o s t t o t h e o v e r a l l t r e a t m e n t c o s t w h e n r e m o v i n g 2 4 3

m g / L o f s o d i u m

. N o t e t h a t t h e h i g h e s t c o n t r i b u t o r t o t r e a t m e n t c o s t f o r I X H C l a n d I X H 2 S O 4 i s

c h e m i c a l c o s t ( 5 3 % ) a n d b r i n e d i s p o s a l c o s t ( 4 8 % )

, r e s p e c t i v e l y

, b u t t h e b r i n e d i s p o s a l c o s t

( $ 0

. 0 3 4 / b b l ) f o r e a c h i s e q u a l b e c a u s e e a c h g e n e r a t e s e q u a l v o l u m e s o f b r i n e

. T h i s d i f f e r e n c e

e x i s t s b e c a u s e h y d r o c h l o r i c a c i d c o s t s $ 0

. 0 2 5 / r e g e n e r a t i v e e q u i v a l e n t w h i l e H 2 S O 4 c o s t s1 1 6

$ 0

. 0 0 7 / r e g e n e r a t i v e e q u i v a l e n t f

o r t h e c o n d i t i o n s o f S c e n a r i o 1

. T h e r e f o r e

, d e c r e a s e d s a f

e t y

c o n c e r n s c o m e a t t h e p r i c e o f a m o r e e x p e n s i v e a c i d ( H C l )

.

W h i l e I X i s t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e t e c h n o l o g y f

o r l o w e r a m o u n t s o f s o d i u m r e m o v e d

,

E D R i s t h e m o s t c o s t e f

f e c t i v e t e c h n o l o g y w h e n h i g h e r a m o u n t s o f s o d i u m m u s t b e r e m o v e d

.

T h e n u m b e r o n e c o n t r i b u t o r t o t h e c o s t o f u t i l i z i n g E D R i s c a p i t a l c o s t

. T h i s a c c o u n t s f o r 6 4 % o f

t h e t o t a l t r e a t m e n t c o s t o f $ 0

. 1 4 9 / b b l o f i n f l u e n t w a t e r ( T a b l e 7

- 3 )

.

$ 0

. 0 0 $ 0

. 0 2 $ 0

. 0 4 $ 0

. 0 6 $ 0

. 0 8 $ 0

. 1 0

I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l B r i n e E l e c t r i c

L a b o r C h e m i c a l P a r t s

I r o n P r e t r e a t m e n tTotalTreatmentCost,$/bbl

F i g u r e 7

- 2 : S c e n a r i o 1 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s f o r 2 4 3 m g / L s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r t o T a b l e

7

- 1 f o r S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

T a b l e 7

- 3 : S c e n a r i o 1 : E c o n o m i c P a r a m e t e r P e r c e n t C o n t r i b u t i o n t o T o t a l T r e a t m e n t C o s t f o r

2 4 3 m g / L S o d i u m R e m o v e d

. ( R e f e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

P a r a m e t e r I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l 1 2 % 1 9 % 6 4 % 3 4 % 1 7 %

B r i n e 3 0 % 4 8 % 1 4 % 1 4 % 4 2 %

E l e c t r i c 0

. 1 % 0

. 1 % 4 % 2 3 % 6 %

L a b o r 1

. 2 % 1

. 9 % 1 2 % 7

. 4 % 6 %

C h e m i c a l 5 3 % 2 5 % 0

. 4 % 1 5 % 1 5 %

P a r t s 3 % 5 % 3 % 6 % 1 1 %

I r o n P r e t r e a t m e n t 0 % 0 % 3 % 2 % 2 %

T o t a l 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 %

T o t a l C o s t ( $ /

b b l ) 0

. 1 1 1 0

. 0 6 9 0

. 1 4 9 0

. 1 4 8 0

. 1 4 71 1 7 F i g u r e s 7

- 3 a n d 7

- 4

, a n d T a b l e 7

- 4 s h o w t o o l b o x r e s u l t s i f t h e f a c i l i t y l i f e i s d o u b l e d a n d

e q u a l t o t e n y e a r s

. R e s u l t s s h o w t h a t I X w i t h s u l f u r i c a c i d r e g e n e r a t i o n i s s t i l l t h e m o s t c o s t

e f f e c t i v e f o r l o w e r a m o u n t s o f s o d i u m r e m o v e d ( s o d i u m r e m o v e d < 5 4 0 m g / L )

, b u t t h e c r o s s o v e r

p o i n t w h e r e E D R b e c o m e s m o r e c o s t e f f e c t i v e h a s c h a n g e d t o s o d i u m r e m o v e d g r e a t e r t h a n 5 4 0

m g / L

. T h i s c h a n g e i s a d i r e c t r e s u l t o f c a p i t a l c o s t d r i v i n g t h e c o s t o f E D R t r e a t m e n t

. N o t e t h a t

c a p i t a l c o s t i s s t i l l t h e m a i n c o n t r i b u t o r t o E D R t r e a t m e n t c o s t

, b u t t o a l e s s e r e x t e n t ( 4 7 % )

.

0 0

. 1 0

. 2 0

. 3 0

. 4

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0TreatmentCost,$/bbl

S o d i u m R e m o v e d

, m g / L I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

F i g u r e 7

- 3 : S c e n a r i o 2

, f a c i l i t y l i f e e q u a l t o 1 0 y e a r s

, t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r

t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

. A r r o w s r e p r e s e n t c r o s s o v e r p o i n t s d i s c u s s e d i n t h e

t e x t

.

T h e i m p a c t o f a l o n g e r t r e a t m e n t f a c i l i t y l i f e h a s a l s o i m p a c t e d t h e c a p i t a l c o s t p e r c e n t

c o n t r i b u t i o n o f a l l t e c h n o l o g i e s

. T h e p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f c a p i t a l c o s t t o t h e o v e r a l l t r e a t m e n t

c o s t h a s d e c r e a s e d f

o r a l l t e c h n o l o g i e s w h e n c o m p a r i n g T a b l e 7

- 3 ( l i f e = 5 y r s ) t o T a b l e 7

- 4 ( l i f e

= 1 0 y r s )

. T h e r e s u l t i s a 6 %

, 8 %

, 1 7 %

, 1 4 %

, a n d 8 % d e c r e a s e ( v e r s u s t o t a l ) i n t h e c o n t r i b u t i o n

o f c a p i t a l c o s t f

o r I X H C l

, I X H 2 S O 4 , E D R

, H E E P M

, a n d R O

, r e s p e c t i v e l y

.1 1 8

$ 0

. 0 0 $ 0

. 0 2 $ 0

. 0 4 $ 0

. 0 6 $ 0

. 0 8

I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O C a p i t a l B r i n e E l e c t r i c

L a b o r C h e m i c a l P a r t s

I r o n P r e t r e a t

m e n tTotalTreatmentCost,$/bbl

F i g u r e 7

- 4 : S c e n a r i o 2 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s f o r 2 4 3 m g / L s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r t o T a b l e

7

- 1 f o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

T a b l e 7

- 4 : S c e n a r i o 2 E c o n o m i c P a r a m e t e r P e r c e n t C o n t r i b u t i o n t o T o t a l T r e a t m e n t C o s t f o r

2 4 3 m g / L S o d i u m R e m o v e d

. ( R e f e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

P a r a m e t e r I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l 6 % 1 1 % 4 7 % 2 0 % 9 %

B r i n e 3 2 % 5 4 % 2 0 % 1 6 % 4 6 %

E l e c t r i c 0

. 1 % 0

. 1 % 6

. 4 % 2 7

. 0 % 7

. 0 %

L a b o r 1 % 2 % 1 7 % 9 % 7 %

C h e m i c a l 5 6 % 2 7 % 1 % 1 8 % 1 6 %

P a r t s 4 % 6 % 4 % 7 % 1 2 %

I r o n P r e t r e a t m e n t 0 % 0 % 5 % 3 % 3 %

T o t a l 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 %

T o t a l C o s t ( $ /

b b l ) 0

. 1 0 4 0

. 0 6 3 0

. 1 0 2 0

. 1 2 4 0

. 1 3 5

T h e s e r e d u c t i o n s i n p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f c a p i t a l c o s t h a v e r e s u l t e d i n a d e c r e a s e i n

o v e r a l l t r e a t m e n t c o s t f

o r a l l t e c h n o l o g i e s ( T a b l e s 7

- 3 a n d 7

- 4 )

. T h e r e f o r e

, t h e f a c i l i t y l i f e s h o u l d

b e m a x i m i z e d r e g a r d l e s s o f t h e t e c h n o l o g y s e l e c t e d t o t r e a t P R B C B M w a t e r s

. N o t e t h a t c o s t s1 1 9

p r e s e n t e d d o n o t i n c l u d e i n t e r e s t r a t e s o r s a l v a g e v a l u e s ; b o t h w i l l a f f e c t t h e a c t u a l t r e a t m e n t

c o s t

.

7

. 3

. 2 S c e n a r i o 3 : I n f

l u e n t F l o w R a t e

I n f l u e n t f l o w r a t e s i g n i f

i c a n t l y a f f e c t s E D R c o s t s a n d i s a l s o i m p o r t a n t f o r o t h e r

t e c h n o l o g i e s

. E c o n o m i e s o f s c a l e b e c o m e s i g n i f i c a n t a t h i g h e r f

l o w r a t e s

. T h e r e f

o r e

, a n

i n c r e a s e d i n f

l u e n t f l o w r a t e w i l l r e d u c e t h e t r e a t m e n t c o s t p e r b b l o f i n f l u e n t w a t e r

. T h i s

r e l a t i o n s h i p h a s b e e n t e s t e d t o d e t e r m i n e w h i c h t e c h n o l o g y m a y b e t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e f o r a

1 0 y e a r f a c i l i t y l i f e w i t h a n i n f

l u e n t f l o w r a t e e q u a l t o 1 0 0

, 0 0 0 b b l / d a y ( F i g u r e 7

- 3 ) v e r s u s

1 0

, 0 0 0 b b l / d a y ( F i g u r e 7

- 5 )

.

0 0

. 1 0

. 2 0

. 3 0

. 4

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0TreatmentCost,$/bbl

S o d i u m R e m o v e d

, m g / L I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

F i g u r e 7

- 5 : S c e n a r i o 3

, i n f l u e n t f l o w r a t e e q u a l t o 1 0

, 0 0 0 b b l / d a y a n d 1 0 y e a r f a c i l i t y l i f e

,

t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

. A r r o w s

r e p r e s e n t c r o s s o v e r p o i n t s d i s c u s s e d i n t h e t e x t

.

T h e c r o s s o v e r p o i n t b e t w e e n I X H 2 S O 4 a n d E D R h a s i n c r e a s e d f r o m s o d i u m r e m o v e d

e q u a l t o a p p r o x i m a t e l y 5 4 0 m g / L ( F i g u r e 7

- 3 ) t o 7 1 5 m g / L ( F i g u r e 7

- 5 )

. T h i s i n c r e a s e i s a d i r e c t

r e s u l t o f f a c i l i t y s i z e

, a n d c a n b e s e e n b y c o m p a r i n g F i g u r e s 7

- 4 a n d 7

- 6 a n d T a b l e s 7

- 4 a n d 7

- 5

.1 2 0

C a p i t a l c o s t s p e r b a r r e l o f i n f l u e n t w a t e r a n d t h e p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f c a p i t a l c o s t t o t o t a l

t r e a t m e n t c o s t h a s i n c r e a s e d a s a r e s u l t o f a l o w e r i n f l u e n t f l o w r a t e

.

$ 0

. 0 0 $ 0

. 0 2 $ 0

. 0 4 $ 0

. 0 6 $ 0

. 0 8

I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l B r i n e E l e c t r i c

L a b o r C h e m i c a l P a r t s

I r o n P r e t r e a t

m e n tTotalTreatmentCost,$/bbl

F i g u r e 7

- 6 : S c e n a r i o 3 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s f o r 2 4 3 m g / L s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r t o T a b l e

7

- 1 f o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

T a b l e 7

- 5 : S c e n a r i o 3 : E c o n o m i c P a r a m e t e r P e r c e n t C o n t r i b u t i o n t o T o t a l T r e a t m e n t C o s t f o r

2 4 3 m g / L S o d i u m R e m o v e d

. ( R e f e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

P a r a m e t e r I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l 1 4 % 2 2 % 5 9 % 3 2 % 1 5 %

B r i n e 3 0 % 4 7 % 1 6 % 1 4 % 4 3 %

E l e c t r i c 0

. 1 % 0

. 1 % 5 % 2 3

. 1 % 6

. 6 %

L a b o r 1 % 2 % 1 3 % 8 % 6 %

C h e m i c a l 5 2 % 2 4 % 0

. 4 % 1 5 % 1 5 %

P a r t s 3 % 5 % 3 % 6 % 1 2 %

I r o n P r e t r e a t m e n t 0 % 0 % 4 % 2 % 2 %

T o t a l 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 %

T o t a l C o s t ( $ /

b b l ) 0

. 1 1 3 0

. 0 7 1 0

. 1 3 2 0

. 1 4 5 0

. 1 4 3

T h e l o w e r f

l o w r a t e d o e s n o t a l l o w f

o r e c o n o m i e s o f s c a l e

, b u t t h e h i g h e r f l o w r a t e d o e s

.

T h i s i s e v i d e n t b e c a u s e t h e p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f c a p i t a l c o s t ( v e r s u s t o t a l ) h a s i n c r e a s e d b y1 2 1

8 %

, 1 1 %

, 1 2 %

, 1 2 %

, a n d 6 % f o r I X H C l

, I X H 2 S O 4 , E D R

, H E E P M

, a n d R O

, r e s p e c t i v e l y

( T a b l e 7

- 4 v s

. T a b l e 7

- 5 )

. T h e r e f o r e

, t o m i n i m i z e t r e a t m e n t c o s t s

, r e g a r d l e s s o f t h e t e c h n o l o g y

s e l e c t e d

, t h e i n f

l u e n t f l o w r a t e s h o u l d b e m a x i m i z e d

. H o w e v e r

, c o s t s s u c h a s p i p e l i n e s h a v e n o t

b e e n i n c l u d e d

, s o t h e t o t a l c o s t m a y b e h i g h e r

, f o r t h e l a r g e r f

a c i l i t y

, i f t h e f

a c i l i t y i s n o t p l a c e d

i n a c e n t r a l i z e d l o c a t i o n w i t h r e s p e c t t o t h e C B M w e l l s f r o m w h i c h w a t e r i s b e i n g t r e a t e d

. A l s o

,

n o t e t h a t a d e c r e a s e i n f

a c i l i t y s i z e d o e s y i e l d a l o w e r c a p i t a l i n v e s t m e n t

.

7

. 3

. 3 S c e n a r i o 4 : B r i n e D i s p o s a l C o s t

B r i n e d i s p o s a l c o s t h a s b e e n s h o w n t o b e s i g n i f i c a n t w i t h r e s p e c t t o t h e t o t a l t r e a t m e n t

c o s t f o r a l l t e c h n o l o g i e s

. T o d e t e r m i n e h o w b r i n e m a n a g e m e n t / d i s p o s a l c o s t e f

f e c t s c r o s s o v e r

p o i n t s t w o b r i n e d i s p o s a l c o s t s w e r e e x a m i n e d ( $ 1 / b b l a n d $ 5 /

b b l o f b r i n e )

.

F i g u r e 7

- 3 i l l u s t r a t e s t h e t r e a t m e n t c o s t a s s o c i a t e d w i t h s e l e c t e d t e c h n o l o g i e s w h e n t h e

f a c i l i t y l i f e i s t e n y e a r s a n d b r i n e d i s p o s a l c o s t i s $ 5 / b b l o f b r i n e ( t h e d e f

a u l t v a l u e )

. F i g u r e 7

- 7

i l l u s t r a t e s t r e a t m e n t c o s t s w h e n t h e b r i n e d i s p o s a l c o s t i s r e d u c e d t o $ 1 / b b l o f b r i n e

. T h e i n f

l u e n t

f l o w r a t e a n d f

a c i l i t y l i f e w e r e h e l d c o n s t a n t a n d e q u a l t o 1 0 0

, 0 0 0 b b l / d a y a n d 1 0 y r s

,

r e s p e c t i v e l y

.

W h e n c o m p a r i n g t h e r e s u l t s o f F i g u r e 7

- 3 t o F i g u r e 7

- 7 i t i s e v i d e n t t h a t c r o s s o v e r p o i n t s

c h a n g e

. M o s t n o t a b l y

, t h e c r o s s o v e r p o i n t w h e r e E D R b e c o m e s t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e h a s

i n c r e a s e d f

r o m a p p r o x i m a t e l y 5 4 0 m g / L o f s o d i u m r e m o v e d t o o v e r 7 6 0 m g / L

. T h i s i n c r e a s e i s

b e c a u s e E D R g e n e r a t e s m u c h l e s s b r i n e t h a n t h e o t h e r t e c h n o l o g i e s m a k i n g E D R l e s s c o s t

e f f e c t i v e a t l o w e r b r i n e d i s p o s a l c o s t s

.

A l s o

, R O i s n o l o n g e r t h e m o s t c o s t l y t r e a t m e n t t e c h n o l o g y

. T h i s i s b e c a u s e R O

g e n e r a t e s t h e m o s t b r i n e o f a l l t h e t e c h n o l o g i e s w h i c h m a k e s R O t r e a t m e n t c o s t s v e r y s e n s i t i v e

t o b r i n e d i s p o s a l c o s t

. F o r e x a m p l e

, i f t h e b r i n e d i s p o s a l c o s t w e r e r e d u c e d t o $ 0

. 5 0 / b b l o f b r i n e1 2 2

f o r 2 4 3 m g / L o f s o d i u m r e m o v e d t h e t o t a l t r e a t m e n t c o s t s w o u l d b e $ 0

. 0 7 4

, $ 0

. 0 3 2

, $ 0

. 0 8 3

,

$ 0

. 1 0 5 a n d $ 0

. 0 7 9 /

b b l f o r I X H C l

, I X H 2 S O 4 , E D R

, H E E P M a n d R O

, r e s p e c t i v e l y

. T h i s c h a n g e

m a k e s R O n e a r l y t h e s a m e c o s t a s I X H C l

. T h i s m e a n s t h a t R O m a y b e s e l e c t e d i f I X H 2 S O 4 i s

n o t s e l e c t e d d u e t o s a f

e t y c o n c e r n s

. B r i n e d i s p o s a l c o s t s c l e a r l y i n f l u e n c e w h a t t e c h n o l o g y i s t h e

m o s t c o s t e f

f e c t i v e

.

0 0

. 1 0

. 2 0

. 3 0

. 4

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0TreatmentCost,$/bbl

S o d i u m R e m o v e d

, m g / L I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

F i g u r e 7

- 7 : S c e n a r i o 4

, b r i n e d i s p o s a l c o s t e q u a l t o $ 1 / b b l o f b r i n e

, t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m

r e m o v e d ( R e f

e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

. A r r o w s r e p r e s e n t c r o s s o v e r p o i n t s

d i s c u s s e d i n t h e t e x t

.

F i g u r e 7

- 8 a n d T a b l e 7

- 6 i l l u s t r a t e t h e i t e m i z e d c o s t s a n d p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f e a c h

c o s t

, r e s p e c t i v e l y

, w h e n r e m o v i n g 2 4 3 m g / L o f s o d i u m f r o m P R B C B M w a t e r s w h e n t h e b r i n e

d i s p o s a l c o s t i s $ 1 /

b b l o f b r i n e

. T h i s c h a n g e i n b r i n e d i s p o s a l c o s t f r o m $ 5 / b b l h a s r e s u l t e d i n a

d e c r e a s e i n o v e r a l l t r e a t m e n t c o s t f o r a l l o f t h e t e c h n o l o g i e s ( T a b l e 7

- 4 v e r s u s T a b l e 7

- 6 ) a n d a n

o v e r a l l d e c r e a s e i n t h e p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f b r i n e d i s p o s a l c o s t s t o t o t a l t r e a t m e n t c o s t ( T a b l e

7

- 4 v s

. T a b l e 7

- 6 a n d F i g u r e 7

- 4 v s

. F i g u r e 7

- 8 )

.1 2 3 $ 0

. 0 0

$ 0

. 0 2 $ 0

. 0 4 $ 0

. 0 6

I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l B r i n e E l e c t r i c

L a b o r C h e m i c a l P a r t s

I r o n P r e t r e a t

m e n tTotalTreatmentCost,$/bbl

F i g u r e 7

- 8 : S c e n a r i o 4 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s f o r 2 4 3 m g / L s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r t o T a b l e

7

- 1 f o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

T a b l e 7

- 6 : S c e n a r i o 4 E c o n o m i c P a r a m e t e r P e r c e n t C o n t r i b u t i o n t o T o t a l T r e a t m e n t C o s t f o r

2 4 3 m g / L S o d i u m R e m o v e d

. ( R e f e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

P a r a m e t e r I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l 9 % 1 9 % 5 6 % 2 3 % 1 5 %

B r i n e 9 % 1 9 % 5 % 4 % 1 4 %

E l e c t r i c 0

. 1 % 0

. 3 % 7

. 7 % 3 1 % 1 1 %

L a b o r 2 % 4 % 2 1 % 1 0 % 1 0 %

C h e m i c a l 7 6 % 4 8 % 1 % 2 0 % 2 6 %

P a r t s 5 % 1 1 % 5 % 8 % 1 9 %

I r o n P r e t r e a t m e n t 0 % 0 % 5 % 3 % 4 %

T o t a l 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 %

T o t a l C o s t ( $ /

b b l ) 0

. 0 7 8 0

. 0 3 6 0

. 0 8 5 0

. 1 0 7 0

. 0 8 5

T h e s e n s i t i v i t y o f E D R t r e a t m e n t c o s t t o E D R l a b o r c o s t w a s i n v e s t i g a t e d a f t e r r u n n i n g

t h e s e a n a l y s e s b e c a u s e l a b o r c o s t w a s f o u n d t o c o n t r i b u t e 2 1 % t o E D R t o t a l t r e a t m e n t c o s t

( T a b l e 7

- 6 )

. R e s u l t s o f t h i s s e n s i t i v i t y a n a l y s i s ( T a b l e D

- 7 ) s h o w e d l a b o r t o c o n t r i b u t e 1

. 3 % t o1 2 4

t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s

. H o w e v e r

, t h e m a i n c o n t r i b u t o r s t o t h e t o t a l s u m o f s q u a r e s d i d n o t

c h a n g e s i g n i f

i c a n t l y ( T a b l e D

- 7 v s

. T a b l e 6

- 4 )

.

7

. 3

. 4 S c e n a r i o 5 : E l e c t r i c a l C o s t

T h e t o t a l t r e a t m e n t c o s t s f o r a l l s e l e c t e d t e c h n o l o g i e s

, e x c e p t I X

, s h o w e d s e n s i t i v i t y t o

t h e c o s t o f e l e c t r i c i t y

. A n a l y s i s w a s t h e r e f o r e c o n d u c t e d t o d e t e r m i n e h o w t h e c o s t o f e l e c t r i c i t y

a f f e c t s c r o s s o v e r p o i n t s a n d c o s t e f f e c t i v e n e s s

. T h i s w a s d o n e w i t h t w o d i f f e r e n t e l e c t r i c a l c o s t s

$ 0

. 0 7 / k W

- h r ( t h e d e f

a u l t v a l u e ) a n d $ 0

. 2 1 /

k W

- h r f o r a n i n f l u e n t f l o w r a t e e q u a l t o 1 0 0

, 0 0 0

b b l / d a y a n d t r e a t m e n t f

a c i l i t y l i f e e q u a l t o 1 0 y r s

. R e s u l t s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s 7

- 3 a n d 7

- 9

.

0 0

. 1 0

. 2 0

. 3 0

. 4

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0TreatmentCost,$/bbl

S o d i u m R e m o v e d

, m g / L I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

F i g u r e 7

- 9 : S c e n a r i o 5

, e l e c t r i c a l c o s t e q u a l t o $ 0

. 2 1 / k W

- h r

, t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v e d

( R e f e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

. A r r o w s r e p r e s e n t c r o s s o v e r p o i n t s d i s c u s s e d i n

t h e t e x t

.

I n c r e a s i n g t h e c o s t o f e l e c t r i c i t y i n c r e a s e s a l l c r o s s o v e r p o i n t s

. M o s t n o t a b l y

, E D R d o e s

n o t b e c o m e t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e u n t i l t h e s o d i u m r e m o v e d i s a b o v e 2 8 0 m g / L ( I X H C l ) a n d

o v e r 7 6 0 m g / L ( I X H 2 S O 4 )

. A l s o

, t h e R O

, H E E P M a n d I X H C l l i n e s h a v e b e c o m e n e a r l y

p a r a l l e l a s a r e s u l t o f i n c r e a s i n g t h e c o s t o f e l e c t r i c i t y

.1 2 5 F i g u r e 7

- 1 0 a n d T a b l e 7

- 7 i l l u s t r a t e i t e m i z e d c o s t s a n d p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f e a c h c o s t

c o m p o n e n t t o t h e o v e r a l l t r e a t m e n t c o s t

, r e s p e c t i v e l y

, f o r s o d i u m r e m o v e d e q u a l t o 2 4 3 m g / L

.

T h i s i n c r e a s e i n e l e c t r i c a l c o s t h a s c a u s e d t h e p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f e l e c t r i c i t y t o i n c r e a s e f o r

a l l t e c h n o l o g i e s ( T a b l e 7

- 4 v s

. T a b l e 7

- 7 )

.

$ 0

. 0 0 $ 0

. 0 2 $ 0

. 0 4 $ 0

. 0 6 $ 0

. 0 8 $ 0

. 1 0

I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O C a p i t a l B r i n e E l e c t r i c

L a b o r C h e m i c a l P a r t s

I r o n P r e t r e a t

m e n tTotalTreatmentCost,$/bbl

F i g u r e 7

- 1 0 : S c e n a r i o 5 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s f o r 2 4 3 m g / L s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r t o T a b l e

7

- 1 f o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

A l s o t h e e l e c t r i c a l c o s t c o m p o n e n t f o r a l l t e c h n o l o g i e s h a s i n c r e a s e d

. M o s t n o t a b l y

, t h e

e l e c t r i c a l c o m p o n e n t f

o r H E E P M a n d R O i n c r e a s e d f r o m $ 0

. 0 3 5 ( F i g u r e 7

- 4 ) t o $ 0

. 1 0 / b b l

( F i g u r e 7

- 1 0 ) a n d $ 0

. 0 1 t o $ 0

. 0 3 / b b l

, r e s p e c t i v e l y

. H o w e v e r

, e l e c t r i c a l c o s t d o e s n o t a p p e a r t o

h a v e a l a r g e i n f

l u e n c e o n o v e r a l l t e c h n o l o g y c o s t e f f e c t i v e n e s s b e c a u s e I X i s n o t a n e n e r g y

i n t e n s i v e p r o c e s s

, b u t i f e n e r g y c o n s e r v i n g p r o c e s s e s o r p r o d u c i n g p r o c e s s e s ( e n e r g y r e c o v e r y

t u r b i n e s o r s o l a r p o w e r ) w e r e u t i l i z e d t h e e l e c t r i c a l c o s t c o m p o n e n t w o u l d d e c r e a s e w h i c h m a y

c h a n g e c o s t e f

f e c t i v e n e s s

.1 2 6

T a b l e 7

- 7 : S c e n a r i o 5 E c o n o m i c P a r a m e t e r P e r c e n t C o n t r i b u t i o n t o T o t a l T r e a t m e n t C o s t f o r

2 4 3 m g / L S o d i u m R e m o v e d

. ( R e f e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

P a r a m e t e r I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l 6 % 1 1 % 4 1 % 1 3 % 8 %

B r i n e 3 2 % 5 4 % 1 8 % 1 1 % 4 0 %

E l e c t r i c 0

. 3 % 0

. 4 % 1 7 % 5 2

. 6 % 1 8

. 4 %

L a b o r 1 % 2 % 1 5 % 6 % 6 %

C h e m i c a l 5 6 % 2 7 % 1 % 1 1 % 1 4 %

P a r t s 4 % 6 % 4 % 5 % 1 1 %

I r o n P r e t r e a t m e n t 0 % 0 % 4 % 2 % 2 %

T o t a l 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 %

T o t a l C o s t ( $ /

b b l ) 0

. 1 0 5 0

. 0 6 3 0

. 1 0 6 0

. 1 9 0 0

. 1 5 3

7

. 3

. 5 S c e n a r i o s 6 a n d 7 : A c i d C o s t

T h e f i n a l f a c t o r t h a t w a s t e s t e d i s a c i d c o s t

. T w o a c i d c o s t s w e r e s e l e c t e d f o r t h i s a n a l y s i s

$ 1 3 5 / t o n a n d $ 2 2 5 / t o n ( d e f a u l t v a l u e s f

o r h y d r o c h l o r i c a c i d a n d s u l f u r i c a c i d )

. T h e c o s t f

o r e a c h

t y p e o f a c i d w a s s e t e q u a l t o e a c h o t h e r o n a p e r t o n b a s i s

, t h e f a c i l i t y l i f e a n d i n f l u e n t f l o w r a t e s

w e r e t h e n s e t e q u a l t o 1 0 y r s a n d 1 0 0

, 0 0 0 b b l / d a y

, r e s p e c t i v e l y

. R e s u l t s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s

7

- 1 1 a n d 7

- 1 2

.

T h e f i r s t t h i n g t o n o t e f

r o m F i g u r e s 7

- 1 1 a n d 7

- 1 2 i s t h a t t h e I X H C l a n d I X H 2 S O 4 l i n e s

a r e n o t t h e s a m e

. T h i s i s a d i r e c t r e s u l t o f t h e c o n c e n t r a t i o n o f e a c h t y p e o f a c i d

. T h e b u l k

c o n c e n t r a t i o n o f s u l f

u r i c a c i d a n d h y d r o c h l o r i c a r e a s s u m e d t o b e 9 8 % a n d 3 6 % a c i d b y w e i g h t

.

S o

, e v e n t h o u g h t h e a c i d c o s t i s t h e s a m e f o r e a c h t y p e o f a c i d t h e t r e a t m e n t c o s t i s s t i l l d i f f e r e n t

.

W h e n c o m p a r i n g r e s u l t s f r o m F i g u r e s 7

- 1 1 a n d 7

- 1 2 c r o s s o v e r p o i n t s c h a n g e a s a r e s u l t

o f a c i d c o s t

. T h e c r o s s o v e r p o i n t s a t t h e l o w e r a c i d c o s t o f $ 1 3 5 / t o n ( F i g u r e 7

- 1 1 ) s h o w s E D R

b e i n g t h e m o s t c o s t e f

f e c t i v e w h e n g r e a t e r t h a n 3 5 0 m g / L ( I X H C l ) a n d 5 4 0 m g / L ( I X H 2 S O 4 ) o f

s o d i u m a r e r e m o v e d

. T h e h i g h e r a c i d c o s t o f $ 2 2 5 / t o n i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 7

- 1 2 m a k e s E D R t h e

m o s t c o s t e f

f e c t i v e t r e a t m e n t t e c h n o l o g y w h e n g r e a t e r t h a n 2 3 5 ( I X H C l ) a n d 4 1 0 m g / L ( I X1 2 7

H 2 S O 4 ) o f s o d i u m a r e r e m o v e d

. T h e r e f o r e t h e c o s t o f a c i d d o e s i n f l u e n c e t e c h n o l o g y c o s t

e f f e c t i v e n e s s

.

0 0

. 1 0

. 2 0

. 3 0

. 4

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0TreatmentCost,$/bbl

S o d i u m R e m o v e d

, m g / L I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

F i g u r e 7

- 1 1 : S c e n a r i o 6

, a c i d c o s t e q u a l t o $ 1 3 5 / t o n

, t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r

t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

. A r r o w s r e p r e s e n t c r o s s o v e r p o i n t s d i s c u s s e d i n t h e

t e x t

.

A l s o

, n o t e t h a t R O i s t h e m o s t c o s t p r o h i b i t i v e w h e n g r e a t e r t h a n 1 6 0 m g / L o f s o d i u m i s

r e m o v e d f

o r t h e s e a n a l y s e s

. T h i s i s m o s t l i k e l y a t t r i b u t e d t o t h e d e f a u l t b r i n e d i s p o s a l c o s t o f

$ 5 / b b l o f b r i n e b e i n g u s e d f

o r t h e s e a n a l y s e s

.

F i g u r e s 7

- 1 3 a n d 7

- 1 4

, a n d T a b l e s 7

- 8 a n d 7

- 9 i l l u s t r a t e i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s a n d t h e

p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f e a c h c o s t t o t h e t o t a l t r e a t m e n t c o s t

, r e s p e c t i v e l y

, f o r a n a c i d c o s t o f $ 1 3 5

a n d $ 2 2 5 / t o n

. A s a r e s u l t o f i n c r e a s i n g a c i d c o s t

, t h e p e r c e n t c o n t r i b u t i o n o f c h e m i c a l c o s t

i n c r e a s e s f

o r a l l t e c h n o l o g i e s e x c e p t E D R ( T a b l e 7

- 8 v s

. T a b l e 7

- 9 )

. E D R d o e s n o t c h a n g e

b e c a u s e c h e m i c a l / a c i d r e q u i r e m e n t s a r e c o n s i d e r e d c o n s t a n t f o r t h i s p r o c e s s

.1 2 8

0 0

. 1 0

. 2 0

. 3 0

. 4

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0TreatmentCost,$/bbl

S o d i u m R e m o v e d

, m g / L I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

F i g u r e 7

- 1 2 : S c e n a r i o 7

, a c i d c o s t e q u a l t o $ 2 2 5 / t o n

, t r e a t m e n t c o s t v s

. s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r

t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

. A r r o w s r e p r e s e n t c r o s s o v e r p o i n t s d i s c u s s e d i n t h e

t e x t

.

$ 0

. 0 0 $ 0

. 0 2 $ 0

. 0 4 $ 0

. 0 6 $ 0

. 0 8

I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O C a p i t a l B r i n e E l e c t r i c

L a b o r C h e m i c a l P a r t s

I r o n P r e t r e a t

m e n tTotalTreatmentCost,$/bbl

F i g u r e 7

- 1 3 : S c e n a r i o 6 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s f o r 2 4 3 m g / L s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r t o T a b l e

7

- 1 f o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

.1 2 9 T r e a t m e n t c o s t c h a n g e s a r e t h e m o s t p r o n o u n c e d f o r b o t h I X p r o c e s s e s

, R O a n d H E E P M

.

T h i s i s b e c a u s e t h e c h e m i c a l / a c i d r e q u i r e m e n t s a r e d e p e n d e n t o n t r e a t m e n t r e q u i r e m e n t s f o r

t h e s e t e c h n o l o g i e s

. H o w e v e r

, a c i d c o s t d o e s n o t a p p e a r t o h a v e a s i g n i f i c a n t a f f e c t o n c o s t

e f f e c t i v e n e s s w h e n t h e s o d i u m r e m o v e d i s l e s s t h a n 4 1 0 m g / L ( F i g u r e 7

- 1 2 )

.

T a b l e 7

- 8 : S c e n a r i o 6 E c o n o m i c P a r a m e t e r P e r c e n t C o n t r i b u t i o n t o T o t a l T r e a t m e n t C o s t f o r

2 4 3 m g / L S o d i u m R e m o v e d

. ( R e f e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

P a r a m e t e r I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l 8 % 1 1 % 4 7 % 2 0 % 9 %

B r i n e 4 2 % 5 4 % 2 0 % 1 6 % 4 6 %

E l e c t r i c 0

. 1 % 0

. 1 % 6 % 2 7 % 7 %

L a b o r 2 % 2 % 1 7 % 9 % 7 %

C h e m i c a l 4 4 % 2 7 % 1 % 1 8 % 1 6 %

P a r t s 5 % 6 % 4 % 7 % 1 2 %

I r o n P r e t r e a t m e n t 0 % 0 % 5 % 3 % 3 %

T o t a l 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 %

T o t a l C o s t ( $ /

b b l ) 0

. 0 8 1 0

. 0 6 3 0

. 1 0 2 0

. 1 2 4 0

. 1 3 5

$ 0

. 0 0 $ 0

. 0 2 $ 0

. 0 4 $ 0

. 0 6 $ 0

. 0 8

I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l B r i n e E l e c t r i c

L a b o r C h e m i c a l P a r t s

I r o n P r e t r e a t

m e n tTotalTreatmentCost,$/bbl

F i g u r e 7

- 1 4 : S c e n a r i o 7 i t e m i z e d t r e a t m e n t c o s t s f o r 2 4 3 m g / L s o d i u m r e m o v e d ( R e f e r t o T a b l e

7

- 1 f o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )1 3 0

T a b l e 7

- 9 : S c e n a r i o 7 E c o n o m i c P a r a m e t e r P e r c e n t C o n t r i b u t i o n t o T o t a l T r e a t m e n t C o s t f o r

2 4 3 m g / L S o d i u m R e m o v e d ( R e f e r t o T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l S c e n a r i o d e s c r i p t i o n )

.

P a r a m e t e r I X H C l I X H 2 S O 4 E D R H E E P M R O

C a p i t a l 6 % 9 % 4 7 % 1 8 % 9 %

B r i n e 3 2 % 4 5 % 2 0 % 1 5 % 4 1 %

E l e c t r i c 0

. 1 % 0

. 1 % 6

. 4 % 2 4

. 2 % 6

. 3 %

L a b o r 1 % 2 % 1 7 % 8 % 6 %

C h e m i c a l 5 6 % 3 9 % 1 % 2 6 % 2 4 %

P a r t s 4 % 5 % 4 % 7 % 1 1 %

I r o n P r e t r e a t m e n t 0 % 0 % 5 % 2 % 2 %

T o t a l 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 %

T o t a l C o s t ( $ /

b b l ) 0

. 1 0 4 0

. 0 7 4 0

. 1 0 2 0

. 1 3 8 0

. 1 4 9

7

. 4 S u m m a r y

T h e t o t a l t r e a t m e n t c o s t s f o r a l l t e c h n o l o g i e s f

r o m a l l s c e n a r i o s a t 2 4 3 m g / L o f s o d i u m

r e m o v e d a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 7

- 1 0

. B a s e d o n t o o l b o x r e s u l t s

, w h e n t r e a t i n g P R B C B M

w a t e r s t h e c o s t e f

f e c t i v e n e s s o f t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s a r e i n f l u e n c e d b y o p t i o n a l u s e r i n p u t s

.

H o w e v e r

, I X H 2 S O 4 i s t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e t e c h n o l o g y u p t o t h e c r o s s o v e r p o i n t w h e r e E D R

b e c o m e s t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e ( a p p r o x i m a t e l y 4 1 0 t o 7 6 0 m g / L o f s o d i u m r e m o v e d d e p e n d i n g

o n t h e c o n d i t i o n s )

. T h e r e a r e

, h o w e v e r

, s a f e t y c o n c e r n s a s s o c i a t e d w i t h I X H 2 S O 4 w h i c h m a y

m a k e i t n e c e s s a r y t o s e l e c t t h e n e x t m o s t c o s t e f f e c t i v e t e c h n o l o g y w h e n r e m o v i n g l o w e r

a m o u n t s o f s o d i u m

, I X H C l o r E D R

.

T a b l e 7

- 1 0 : T o t a l T r e a t m e n t C o s t s f o r a l l s c e n a r i o s a t 2 4 3 m g / L o f S o d i u m R e m o v e d

. R e f e r t o

T a b l e 7

- 1 f

o r f u l l s c e n a r i o d e s c r i p t i o n s

. U n i t s a r e $ / b b l o f i n f l u e n t w a t e r

. S c e n a r i o T e c h n o l o g y 1 2 3 4 5 6 7

I X H C l 0

. 1 1 1 0

. 1 0 4 0

. 1 1 3 0

. 0 7 8 0

. 1 0 5 0

. 0 8 1 0

. 1 0 4

I X H 2 S O 4 0

. 0 6 9 0

. 0 6 3 0

. 0 7 1 0

. 0 3 6 0

. 0 6 3 0

. 0 6 3 0

. 0 7 4

E D R 0

. 1 4 9 0

. 1 0 2 0

. 1 3 2 0

. 0 8 5 0

. 1 1 5 0

. 1 0 2 0

. 1 0 2

H E E P M 0

. 1 4 8 0

. 1 2 4 0

. 1 4 5 0

. 1 0 7 0

. 1 9 0 0

. 1 2 4 0

. 1 3 8

R O 0

. 1 4 7 0

. 1 3 5 0

. 1 4 3 0

. 0 8 5 0

. 1 5 3 0

. 1 3 5 0

. 1 4 91 3 1 W h e n u t i l i z i n g t h e D T C t o o l b o x n o t e t h a t t h e c o s t o u t p u t s h o u l d n o t b e t a k e n t o b e e x a c t

t r e a t m e n t c o s t s

, b u t r a t h e r p r e d i c t i o n s o f t r e a t m e n t c o s t s b a s e d o n p u b l i s h e d v a l u e s a n d e s t i m a t e s

p r o v i d e d t o t h e a u t h o r

. C o s t s p r e s e n t e d a r e f o r a f a c i l i t y o w n e d a n d o p e r a t e d b y a C B M w a t e r

p r o d u c e r n o t a n o t h e r e n t i t y

.

A l s o

, e x t r a c o s t s s u c h a s

, p i p e l i n e s t o g e t t h e w a t e r t o a n d f r o m t h e f a c i l i t y

, r o a d s

,

e q u a l i z a t i o n s t o r a g e

, w a t e r d e g a s s i n g

, a n d p r o f i t t o a c o n s u l t i n g f

i r m o r t r e a t m e n t t e c h n o l o g y

p r o v i d e r h a v e n o t b e e n a c c o u n t e d f o r

. T h e s e c o s t s h a v e n o t b e e n i n c l u d e d d u e t o t h e i r v a r i a b i l i t y

a n d t h e l a c k o f d a t a r e s u l t i n g f r o m t h e i r p r o p r i e t a r y n a t u r e

. T h e r e f o r e

, i t i s s t r o n g l y

r e c o m m e n d e d t h a t t h e p r o d u c e r g e t d e t a i l e d t r e a t m e n t c o s t e s t i m a t e s p r i o r t o d e c i d i n g w h a t

t e c h n o l o g y t o u t i l i z e

.1 3 2 8

. S U M M A R Y

, C O N C L U S I O N S

, A N D R E C O M M E N D A T I O N S

8

. 1 S u m m a r y

T h e C B M

- D T C T o o l b o x h a s b e e n d e v e l o p e d t o a i d i n d u s t r y

, r e g u l a t o r s a n d r e s e a r c h e r s

i n d e c i d i n g w h i c h d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g y t o u s e a n d u n d e r w h a t c o n d i t i o n s w h e n t r e a t i n g

P R B C B M p r o d u c e d w a t e r s

. T h e f i r s t s t e p i n d e v e l o p m e n t w a s t o d e f i n e t h e c o n s t i t u e n t

c o n c e n t r a t i o n s o f P R B C B M p r o d u c e d w a t e r s a n d u s e r e q u i r e m e n t s

. T h e n a n e x a m i n a t i o n o f

c u r r e n t l y u s e d t e c h n o l o g i e s

, l e a d t o t h e c o n c l u s i o n t h a t d e m i n e r a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s m u s t b e

u s e d t o r e m o v e s o d i u m f

r o m t h e s e w a t e r s

. L i t e r a t u r e r e v i e w a n d c o n t a c t o f t e c h n o l o g y v e n d o r s

t h e n i d e n t i f

i e d t h e m o s t p r o b a b l e t e c h n o l o g i e s t h a t m a y b e u s e d t o t r e a t t h e s e w a t e r s : i o n

e x c h a n g e w i t h h y d r o c h l o r i c a c i d o r s u l f u r i c a c i d r e g e n e r a t i o n

, r e v e r s e o s m o s i s

, e l e c t r o d i a l y s i s

r e v e r s a l

, a n d h i g h e f

f i c i e n c y e l e c t r o

- p r e s s u r e m e m b r a n e s

.

A f t e r d e t e r m i n i n g t h e t e c h n o l o g i e s t h a t a r e m o s t l i k e l y t o b e u s e d t o t r e a t P R B C B M

w a t e r s

, a g e n e r a l t r e a t m e n t f l o w s c h e m a t i c w a s d e v e l o p e d a n d n e c e s s a r y m a s s b a l a n c e s w e r e

p e r f o r m e d t o d e f

i n e f u n c t i o n s f

o r a p p r o x i m a t i n g f

l o w r a t e s a n d c o n c e n t r a t i o n s f o r t h e b y p a s s

,

t r e a t e d

, b r i n e

, a n d f

i n a l s t r e a m s

. F u n c t i o n s w e r e a l s o d e v e l o p e d t o a p p r o x i m a t e t h e w a t e r

r e c o v e r y a n d c h e m i c a l r e

j e c t i o n e f f i c i e n c y o f s e l e c t e d t e c h n o l o g i e s f r o m t h e l i t e r a t u r e

.

C a p i t a l

, o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s w e r e d e v e l o p e d f o r e a c h t e c h n o l o g y f

r o m t h e

l i t e r a t u r e

. C o s t a l g o r i t h m s d e v e l o p e d t o o k i n t o a c c o u n t t h e i n f l u e n t w a t e r c h a r a c t e r i s t i c s

, e f f l u e n t

c h a r a c t e r i s t i c s

, p r e t r e a t m e n t r e q u i r e m e n t s

, a n d f l o w r a t e s

. C o s t s w e r e a l s o d e v e l o p e d f o r t h e

f o l l o w i n g b r i n e m a n a g e m e n t t e c h n o l o g i e s : d e e p w e l l i n j e c t i o n

, e v a p o r a t i o n p o n d s

, a n d1 3 3

e v a p o r a t i o n w i t h c r y s t a l l i z a t i o n

. T h e t o o l b o x w a s c o n s t r u c t e d i n a M i c r o s o f t E x c e l e n v i r o n m e n t

w i t h c a l c u l a t i o n s b e i n g p e r f o r m e d b y u n d e r l y i n g V i s u a l B a s i c M a c r o s

.

S e n s i t i v i t y a n a l y s e s w e r e t h e n p e r f o r m e d u s i n g t h e t o o l b o x t o d e t e r m i n e t h e s e n s i t i v i t y o f

t r e a t m e n t c o s t t o c o s t f

a c t o r s s u c h a s : f

a c i l i t y l i f e

, i n f l u e n t f l o w r a t e

, s o d i u m r e m o v e d

, c h e m i c a l

c o s t

, e l e c t r i c a l c o s t

, p a r t s r e p l a c e m e n t c o s t s

, a n d b r i n e d i s p o s a l c o s t s

. D e s i g n E x p e r t s o f t w a r e

w a s u s e d t o p e r f

o r m t h e s e a n a l y s e s

.

T h e f i n a l t a s k w a s t o d e t e r m i n e t h e i m p a c t o f t h e a b o v e f a c t o r s o n t e c h n o l o g y c o s t

e f f e c t i v e n e s s

. T h i s a n a l y s i s s h o w e d u n d e r w h a t c o n d i t i o n s o n e t e c h n o l o g y m a y b e m o r e c o s t

e f f e c t i v e t h a n a n o t h e r

. I n a l l s c e n a r i o s t e s t e d i o n e x c h a n g e w i t h s u l f u r i c a c i d r e g e n e r a t i o n w a s

t h e m o s t c o s t e f

f e c t i v e f o r l o w e r a m o u n t s o f s o d i u m r e m o v e d

, a n d e l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l w a s

t h e m o s t c o s t e f

f e c t i v e f o r h i g h e r s o d i u m r e m o v a l s

.

8

. 2 C o n c l u s i o n s

T h e C B M

- D T C T o o l b o x m a k e s i t p o s s i b l e t o c o m p a r e f i v e d i f f e r e n t d e m i n e r a l i z a t i o n

t e c h n o l o g i e s o n a n e q u a l p l a t f o r m t o d e t e r m i n e p r e l i m i n a r y t r e a t m e n t c o s t a p p r o x i m a t i o n s

, a n d

f a c i l i t a t e i n i t i a l t e c h n o l o g y s e l e c t i o n

. R e s u l t s s h o w t h a t P R B C B M w a t e r t r e a t m e n t c o s t s m a y

r a n g e f r o m $ 0

. 0 3 6 /

b b l t o $ 0

. 1 9 0 /

b b l d e p e n d i n g o n t h e t e c h n o l o g y s e l e c t e d a n d t h e c o n d i t i o n s

( T a b l e 7

- 1 0 )

.

S e n s i t i v i t y a n a l y s e s h a v e s h o w n t h a t t r e a t m e n t c o s t i s d i r e c t l y i m p a c t e d b y t h e a m o u n t o f

s o d i u m r e m o v e d f

r o m t h e w a t e r ( a s t h e a m o u n t o f s o d i u m r e m o v e d i n c r e a s e s t h e t r e a t m e n t c o s t

i n c r e a s e s r e g a r d l e s s o f t h e t e c h n o l o g y s e l e c t e d )

. A l s o

, i f t h e l i m i t i n g c o n s t i t u e n t f o r t h e p r o c e s s

i s n o t s o d i u m t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e t e c h n o l o g y m a y c h a n g e

. F o r e x a m p l e

, i f c h l o r i d e o r s u l f a t e

m u s t b e r e m o v e d f

r o m t h e w a t e r t o m e e t a d i s c h a r g e r e q u i r e m e n t

, t h e n c a t i o n e x c h a n g e w i l l n o t1 3 4

b e a b l e t o t r e a t t h e w a t e r t o m e e t t h e r e q u i r e m e n t b e c a u s e c h l o r i d e o r s u l f a t e c a n n o t b e r e m o v e d

f r o m w a t e r v i a c a t i o n e x c h a n g e

. S e n s i t i v i t y a n a l y s e s a l s o i n d i c a t e d t h a t a t r e a t m e n t f a c i l i t y ’ s

f l o w r a t e a n d o p e r a t i o n a l l i f e s h o u l d b e m a x i m i z e d t o d e c r e a s e o v e r a l l t r e a t m e n t c o s t

.

T o o l b o x r e s u l t s h a v e i n d i c a t e d t h a t c a t i o n e x c h a n g e i s t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e t e c h n o l o g y

f o r t r e a t i n g P R B C B M w a t e r s w h e n l o w a m o u n t s o f s o d i u m m u s t b e r e m o v e d f r o m t h e w a t e r

.

H o w e v e r

, t h i s r e s u l t i s a t t r i b u t e d s o l e l y t o t h e m a j o r a n i o n i n P R B C B M w a t e r s b e i n g

b i c a r b o n a t e ( H C O 3 - )

. I f s u l f

a t e o r c h l o r i d e

, f

o r e x a m p l e

, w e r e t h e m a

j o r a n i o n ( s ) i n P R B C B M

w a t e r s a n o t h e r t e c h n o l o g y

, s u c h a s E D R

, m a y b e c o m e t h e m o s t c o s t e f f e c t i v e

. T h i s i s a t t r i b u t e d

t o b o t h a n i o n a n d c a t i o n e x c h a n g e b e i n g r e q u i r e d w h i c h w i l l i n c r e a s e t h e t r e a t m e n t c o s t f o r i o n

e x c h a n g e

.

8

. 3 R e c o m m e n d a t i o n s

B a s e d o n t h e C B M

- D T C T o o l b o x r e s u l t s a f e a s i b i l i t y s t u d y o f e l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l

t r e a t m e n t s h o u l d b e p e r f

o r m e d i n t h e P R B t h r o u g h t h e u s e o f a p i l o t s c a l e E D R t r e a t m e n t p l a n t

.

T h i s m a y b e c o m e m o r e n e c e s s a r y i n t h e f u t u r e i f b r i n e d i s p o s a l c o s t s i n c r e a s e

, w h i c h w i l l m a k e

E D R t r e a t m e n t e v e n m o r e c o m p e t i t i v e v e r s u s i o n e x c h a n g e t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s

.

P R B C B M p r o d u c e r s a n d v e n d o r s s h o u l d a l s o w o r k t o w a r d d e c r e a s i n g b r i n e m a n a g e m e n t

c o s t s t h r o u g h a l l p o s s i b l e m e a n s i n c l u d i n g v o l u m e r e d u c t i o n a n d b y

- p r o d u c t g e n e r a t i o n /

u t i l i z a t i o n

. T e c h n o l o g i e s t h a t w i l l a i d i n t h i s t a s k m a y i n c l u d e b i p o l a r e l e c t r o d i a l y s i s

, m e m b r a n e

d i s t i l l a t i o n

, a n d e v a p o r a t i o n w i t h c r y s t a l l i z a t i o n

. M o s t n o t a b l y

, s o d i u m s u l f a t e o r s o d i u m

c h l o r i d e b r i n e s g e n e r a t e d i n i o n e x c h a n g e p r o c e s s e s m a y b e c o n v e r t e d i n t o v i a b l e p r o d u c t s s u c h

a s s u l f u r i c a c i d o r h y d r o c h l o r i c a c i d t h r o u g h t h e u s e o f b i p o l a r E D

.1 3 5 T h e f i n a l r e c o m m e n d a t i o n i s f

o r P R B p r o d u c e r s a n d t r e a t m e n t v e n d o r s t o c o n s i d e r u s i n g

r e n e w a b l e r e s o u r c e s s u c h a s

, s o l a r

, w i n d

, a n d w a t e r ( e n e r g y r e c o v e r y t u r b i n e s ) t o a i d i n

p o w e r i n g w a t e r t r e a t m e n t o p e r a t i o n s

. I n t h e o r y a f t e r t h e i n i t i a l c a p i t a l i n v e s t m e n t t h e s e

t e c h n o l o g i e s m a y r e d u c e o v e r a l l t r e a t m e n t c o s t s c o n s i d e r a b l y

, e s p e c i a l l y f o r e n e r g y i n t e n s i v e

p r o c e s s e s l i k e r e v e r s e o s m o s i s o r e l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l

.1 3 6 9

. R E F E R E N C E S

A q u a S t o r e

. 2 0 0 7

. h t t p : /

/ w w w

. a q u a s t o r e

. c o m

/ l i f e

_ c y c l e

. a s p

. L a s t v i s i t e d : A p r i l 1 9

, 2 0 0 7

.

A r t h u r

, D

. J

. L a n g h u s

, B

. G

. P a t e l

, C

. 2 0 0 5 T e c h n i c a l S u m m a r y o f O i l a n d G a s P r o d u c e d W a t e r

T r e a t m e n t T e c h n o l o g i e s

, A L L C o n s u l t i n g 1 3 0 5 E

. 1 5 t h S t

. T u l s a

, O K 7 4 1 2 0

.

A S C E / A W W A

. 1 9 9 6

. T e c h n o l o g y T r a n s f e r H a n d b o o k : M a n a g e m e n t o f W a t e r T r e a t m e n t P l a n t

R e s i d u a l s

. A m e r i c a n S o c i e t y o f C i v i l E n g i n e e r s

, A m e r i c a n W a t e r W o r k s A s s o c i a t i o n

,

U

. S

. E P A / 6 2 5 / R

- 9 5 / 0 0 8

.

A W W A

, 1 9 9 0

. W a t e r Q u a l i t y a n d T r e a t m e n t : H a n d b o o k o f C o m m u n i t y W a t e r S u p p l i e s

, 4 t h

E d i t i o n

. A m e r i c a n W a t e r W o r k s A s s o c i a t i o n

. M c G r a w

- H i l l

, I n c

.

A y e r s

, R

. S

. W e s t c o t

, D

. W

. 1 9 9 4

. W a t e r Q u a l i t y f o r A g r i c u l t u r e

. F o o d a n d A g r i c u l t u r e

O r g a n i z a t i o n o f t h e U n i t e d N a t i o n s R o m e

, 1 9 8 5 © F o o d a n d A g r i c u l t u r e O r g a n i z a t i o n o f

t h e U n i t e d N a t i o n s

.

B a t e s

, W

. T

. 1 9 9 8

. “ R e d u c i n g t h e F o u l i n g R a t e o f S u r f a c e a n d W a s t e W a t e r R O S y s t e m s ”

,

H y d r a n a u t i c s

, R o c k t o n

, I L

. U S A

.

B e a g l e

, D

. 2 0 0 6

. P r e s e n t a t i o n : C o u n t e r c u r r e n t I o n E x c h a n g e A p p l i e d t o C B M P r o d u c e d W a t e r

T r e a t m e n t i n t h e P R B

. S o u t h D a k o t a S c h o o l o f M i n e s a n d T e c h n o l o g y

, 2 0 0 6 R o c k y

M o u n t a i n U n c o n v e n t i o n a l G a s C o n f e r e n c e

. O c t o b e r 1 3

, 2 0 0 6

.

B e a g l e

, D

. 2 0 0 7

. E M I T W a t e r D i s c h a r g e T e c h n o l o g y L L C

. P e r s o n a l C o n t a c t v i a e m a i l

. L a s t

C o r r e s p o n d e n c e : J u n e 1 3

, 2 0 0 7

.1 3 7

B e a r d s l e y

, S

. S

. C o k e r

, S

. D

. W h i p p i e

, S

. S

. 1 9 9 4

. F I L M T E C M e m b r a n e s : T h e E c o n o m i c s o f

R e v e r s e O s m o s i s a n d I o n E x c h a n g e

, D o w L i q u i d S e p a r a t i o n s

, W A T E R T E C H E x p o ’ 9 4

,

N o v e m b e r 9

- 1 1

, 1 9 9 4

. H o u s t o n

, T e x a s

.

B r a i n e r d

, M

. A

. 2 0 0 7

. B r a i n e r d C h e m i c a l C o

. , I n c

. 1 2 0 0 N o r t h P e o r i a T u l s a

, O K

. P e r s o n a l

C o m m u n i c a t i o n v i a e m a i l

. L a s t c o r r e s p o n d e n c e : M a y 7

, 2 0 0 7

.

B u e k e r

, B

. 1 9 9 7

. P o w e r P l a n t W a t e r C h e m i s t r y : A P r a c t i c a l G u i d e

. P e n n W e l l P u b l i s h i n g

C o m p a n y

.

C h e m i s t r y S t o r e

. 2 0 0 7

. h t t p : / / w w w

. c h e m i s t r y s t o r e

. c o m / p o t a s s i u m

_ p e r m a n g a n a t e

. h t m

. L a s t

V i s i t e d : A p r i l 4

, 2 0 0 7

.

C o u l t e r

, B

. L

. a n d T h o m a s D

. J

. 1 9 9 8

. P r e t r e a t m e n t k e y i n d e m i n e r a l i z i n g h i g h

- p u r i t y w a t e r

.

W a t e r T e c h n o l o g y M

a g a z i n e

, S e p t e m b e r 1 9 9 8

.

D a r w i s h

, M

. A

. a n d A l

- N a j e m

, N

. M

. 1 9 9 9

. E n e r g y c o n s u m p t i o n b y m u l t i

- s t a g e f l a s h a n d r e v e r s e

o s m o s i s d e s a l t e r s

, A

p p l i e d T h e r m a l E n g i n e e r i n g

, 2 0 ( 2 0 0 0 ) : 3 9 9

- 4 1 6

.

D o w C h e m i c a l C o m p a n y

. D o w L i q u i d S e p a r a t i o n s : F I L M T E C R e v e r s e O s m o s i s M e m b r a n e s

T e c h n i c a l M a n u a l J u l y 2 0 0 5

.

D o w

, 2 0 0 7

. D o w C h e m i c a l C o m p a n y

. h t t p : / / w w w

. d o w

. c o m

/ l i q u i d s e p s / s e r v i c e / i x

_ t e c h i n f o

. h t m

.

L a s t D a t e V i s i t e d : M a r c h 2 9

, 2 0 0 7

.

D r a k e

, R

. 2 0 0 7

. D r a k e W a t e r T e c h n o l o g y

, L L C

. P e r s o n a l C o m m u n i c a t i o n b y e m a i l

. L a s t

C o r r e s p o n d e n c e : F e b r u a r y 2 2

, 2 0 0 7

.

D r i o l i

, E

. L a g a n a

, F

. C r i s c u o l i

, A

. B a r b i e r i

, G

. 1 9 9 9

. I n t e g r a t e d M e m b r a n e O p e r a t i o n s i n

D e s a l i n a t i o n P r o c e s s e s

. D e s a l i n a t i o n

, 1 2 2 : 1 4 1

- 1 4 5

.

E E T

, 2 0 0 6

. E E T C o r

p o r a t i o n

, 3 1 0 6 R o a n e S t a t e H w y

, H a r r i m a n

, T N 3 7 7 4 8

. w w w

. e e t c o r p

. c o m

.

E u r o d i a I n d u s t r i e s

. 2 0 0 7

. h t t p : / / w w w

. e u r o d i a

. c o m / h t m l / c t u

. h t m l

. L a s t V i s i t e d : J u n e 8

, 2 0 0 7

.1 3 8

F i n l e y

, A

. K

. a n d G o o l s b y

, J

. E

. 2 0 0 0

. E s t i m a t e s o f C o a l V o l u m e s a n d C o a l b e d M e t h a n e i n P l a c e

,

W y o m i n g : W y o m i n g S t a t e G e o l o g i c a l S u r v e y

, W y o m i n g G e o

- n o t e s N o

. 6 8 ( D e c e m b e r

,

2 0 0 0 )

, p

. 1 6

- 1 8

.

F r a n k

, Y

. C

. H u a n g

, P

. E

. N a t r a j a n

, P

. 2 0 0 6

. F e a s i b i l i t y o f U s i n g N a t u r a l Z e o l i t e s t o R e m o v e

S o d i u m f r o m C o a l B e d M e t h a n e

- P r o d u c e d W a t e r

. J o u r n a l o f E n v i r o n m e n t a l

E n g i n e e r i n g

. 1 3 2 : 1 6 4 4

- 1 6 5 0

.

G o d i n o

, M

. P

. P e n a

, L

. R i n c o n

, C

. M e n g u a l

, J

. I

. 1 9 9 6

. W a t e r P r o d u c t i o n f r o m B r i n e s b y

M e m b r a n e D i s t i l l a t i o n

. D e s a l i n a t i o n

, 1 0 8 : 9 1

- 9 7

.

G w o n

, E

. Y u

, M

. O h

, H

. Y l e e

, Y

. 2 0 0 3

. F o u l i n g C h a r a c t e r i s t i c s o f N F a n d R O o p e r a t e d f o r

r e m o v a l o f d i s s o l v e d m a t t e r f r o m g r o u n d w a t e r

. W

a t e r R e s e a r c h 3 7 : 2 9 8 9

- 2 9 9 7

.

H o f f m a n

, G

. L

. L y t l e

, D

. A

. S o r g

, T

. J

. A b r a h a m

, S

. C

. C h e n

, W a n g

, L

. 2 0 0 6

. “ D e s i g n M a n u a l

R e m o v a l o f A r s e n i c f

r o m D r i n k i n g W a t e r S u p p l i e s b y I r o n R e m o v a l P r o c e s s ”

, U S E P A

C o n t r a c t N o

. 6 8

- C

- 0 0

- 1 8 5

, A p r i l 2 0 0 6

.

I n t e r n a t i o n a l C o n s u l t a n t s

, I n c

. M a l c o m P i r i n e

, I n c

. T h e C a d m u s G r o u p

, I n c

. 2 0 0 0

. T e c h n o l o g i e s

a n d C o s t s f

o r R e m o v a l o f A r s e n i c f

r o m D r i n k i n g W a t e r

, U S E P A N o

. 6 8

- C 6

- 0 0 3 9

.

D e l i v e r y O r d e r 1 3

.

I n v e r s a n d

, 2 0 0 6

. I n v e r s a n d C o m p a n y

, 2 2 6 A t l a n t i c A v e n u e P

. O

. 6 5 0

, C l a y t o n N J 0 8 3 1 2 U S A

.

w w w

. i n v e r s a n d

. c o m

. L a s t v i s i t e d : A p r i l 1 9

, 2 0 0 7

.

J a c k s o n

, R

. E

. a n d R e d d y

, K

. J

. 2 0 0 7

. G e o c h e m i s t r y o f C B N G p r o d u c e d w a t e r i n P o w d e r R i v e r

B a s i n : S a l i n i t y a n d S o d i c i t y

. W a t e r

, A i r

, a n d S o i l P o l l u t i o n 1 8 4 : 4 9

- 6 1

.

J a c k s o n

, R

. E

. a n d R e d d y

, K

. J

. 2 0 0 7

. T r a c e E l e m e n t C h e m i s t r y o f C o a l B e d N a t u r a l G a s

P r o d u c e d W a t e r i n t h e P o w d e r R i v e r B a s i n

, W y o m i n g

. E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d

T e c h n o l o g y 4 1 : 5 9 5 3

- 5 9 5 9

.1 3 9

K e i t h

, K

. B a u d e r

, J

. W h e a t o n

, J

. 2 0 0 3

. C o a l B e d M e t h a n e : F r e q u e n t l y A s k e d Q u e s t i o n s

.

L a m b

, D

. 2 0 0 6

. W y o m i n g D e p a r t m e n t o f E n v i r o n m e n t a l Q u a l i t y

. P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n

. L a s t

M e e t i n g : A u g u s t 2 2

, 2 0 0 6

.

L a n d

, B

. 1 9 9 9

. I r o n a n d M a n g a n e s e i n D r i n k i n g W a t e r

, E n g i n e e r i n g T e c h T i p s

, U n i t e d S t a t e s

D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e

. 9 9 7 1 1 3 0 8

- S D T D C

.

L a r s o n

, T

. J

. L e i t n e r

, G

. 1 9 7 9

. D e s a l t i n g S e a w a t e r a n d B r a c k i s h W a t e r : A C o s t U p d a t e

.

D e s a l i n a t i o n

, 3 0 ( 1

- 3 ) : 5 2 5

- 5 3 9

.

L a w r e n c e

, A

. W

. M i l l e r

, J

. A

. H i c k e y

, R

. F

. 1 9 9 8

. E v a l u a t i o n o f R e s u l t s f r o m L y s i t e W y o m i n g

P r o d u c e d W a t e r T r e a t m e n t S y s t e m F i e l d E x p e r i m e n t ( N o v e m b e r 1 3

, 1 9 9 5

- J a n u a r y 2 5

,

1 9 9 6 )

. E n v i r o n m e n t a n d S a f e t y B u s i n e s s U n i t

, G a s R e s e a r c h I n s t i t u t e

, G R I

- 9 7 / 0 2 8 7

.

L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s

, I n c

. 1 9 9 7

. S u r v e y o f U

. S

. C o s t s a n d W a t e r R a t e s f o r D e s a l i n a t i o n a n d

M e m b r a n e S o f

t e n i n g P l a n t s

, U

. S

. D e p a r t m e n t o f t h e I n t e r i o r B u r e a u o f L a n d

R e c l a m a t i o n

, W a t e r T r e a t m e n t T e c h n o l o g y P r o g r a m R e p o r t N o

. 2 4

.

L e n n t e c h W a t e r T r e a t m e n t & A i r P u r i f i c a t i o n

. 2 0 0 6

. L e n n t e c h W a t e r T r e a t m e n t & A i r

P u r i f i c a t i o n H o l d i n g B

. V

. R o t t e r d a m s e w e g 4 0 2 M

, 2 6 2 9 H H D e l f t

, T h e N e t h e r l a n d s

,

© 1 9 9 8

- 2 0 0 6

. h t t p : /

/ w w w

. l e n n t e c h

. c o m

/ A i r

- p u r i f i c a t i o n / G a s p u r i f

i c a t i o n

t e c h n i q u e s / s o l u b i l i t y

- i n

- w a t e r

. h t m

. L a s t v i s i t e d : A p r i l 2 1

, 2 0 0 7

.

M a r t i n e z

- D i e z

, L

. F l o r i d o

- D i a z

, F

. J

. 2 0 0 1

. D e s a l i n a t i o n o f B r i n e s b y M e m b r a n e D i s t i l l a t i o n

.

D e s a l i n a t i o n

, 1 3 7 : 2 6 7

- 2 7 3

.

M c B e t h

, I

. H

. R e d d y

, K

. J

. S k i n n e r

, Q

. D

. 2 0 0 3

. C h e m i s t r y o f t r a c e e l e m e n t s i n c o a l b e d

m e t h a n e p r o d u c t w a t e r

. W a t e r R e s e a r c h

. 3 7 : 8 8 4

- 8 9 0

.1 4 0

M c B e t h

, I

. H

. , K

. J

. R e d d y

, a n d Q

. D

. S k i n n e r

. 2 0 0 3

. W a t e r c h e m i s t r y o f c o a l b e d m e t h a n e p r o d u c t

w a t e r i n t h r e e W y o m i n g w a t e r s h e d s

. J o u r n a l o f A m e r i c a n W

a t e r R e s o u r c e s A s s o c i a t i o n

.

3 9 : 5 7 5

- 5 8 5

.

M e t c a l f & E d d y

, I n c

. 2 0 0 3

. W a s t e w a t e r E n g i n e e r i n g : T r e a t m e n t a n d R e u s e

, 4 t h E d i t i o n

.

M c G r a w

- H i l l

, I n c

.

M i c k l e y

, M

. C

. 2 0 0 1 M e m b r a n e C o n c e n t r a t e D i s p o s a l : P r a c t i c e s a n d R e g u l a t i o n s

, U S D e p t

. o f

t h e I n t e r i o r

, B u r e a u o f R e c l a m a t i o n

, A g r e e m e n t N o

. 9 8

- F C

- 8 1

- 0 0 5 4

, P r o g r a m r e p o r t N o

.

6 9

, S e p t e m b e r 2 0 0 1

.

M i e r s

, J

. 2 0 0 7

. M a r k e t D e v e l o p m e n t M a n a g e r

, W a t e r G r o u p P r o c e s s C h e m i c a l s

, R o h m a n d H a a s

C o m p a n y P h i l a d e l p h i a

, P A

. P e r s o n a l C o n t a c t v i a e m a i l

. L a s t C o r r e s p o n d e n c e : J u n e 1 4

,

2 0 0 7

.

M i l l e r

, J

. E

. 2 0 0 3

. R e v i e w o f W a t e r R e s o u r c e s a n d D e s a l i n a t i o n T e c h n o l o g i e s

, M a t e r i a l s

C h e m i s t r y D e p a r t m e n t S a n d i a N a t i o n a l L a b o r a t o r i e s

, S A N D 2 0 0 3

- 0 8 0 0

.

M o n t g o m e r y

, D

. C

. 1 9 9 7

. D e s i g n a n d A n a l y s i s o f E x p e r i m e n t s 4 t h e d i t i o n

. J o h n W i l e y a n d S o n s

,

I n c

.

N e w M e x i c o S t a t e U n i v e r s i t y

. 1 9 9 9

. A r s e n i c R e m o v a l f r o m W a t e r U s i n g M a n g a n e s e

G r e e n s a n d : L a b o r a t o r y S c a l e B a t c h a n d C o l u m n S t u d i e s

, U

. S

. D e p a r t m e n t o f t h e I n t e r i o r

B u r e a u o f R e c l a m a t i o n

, W a t e r T r e a t m e n t T e c h n o l o g y P r o g r a m R e p o r t N o

. 4 1

P a s s a n i s i

, J

. P e r s e c h i o

, J

. R e y n o l d s

, T

. K

. 2 0 0 5

. T e c h n o l o g i e s U s e d a t t h e B r a c k i s h W a t e r

R e c l a m a t i o n f

a c i l i t y

. P a p e r p r e s e n t e d a t 2 0 0 0 A W W A A n n u a l C o n f e r e n c e

. G e n e r a l

E l e c t r i c C o m p a n y T e c h n i c a l P a p e r

. T P 1 0 2 4 E N 0 5 1 0

.

P a s s e h l

, J

. 2 0 0 7

. U n d e r G r o u n d I n j e c t i o n C o n t r o l P r o g r a m

, W y o m i n g D e p a r t m e n t o f

E n v i r o n m e n t a l Q u a l i t y

. P e r s o n a l c o n t a c t v i a e m a i l

. L a s t C o r r e s p o n d e n c e : M a y 2 9

, 2 0 0 7

.1 4 1

P a t z

, M

. J

. , K

. J

. R e d d y

, a n d Q

. D

. S k i n n e r

. 2 0 0 4

. C h e m i s t r y o f c o a l b e d m e t h a n e d i s c h a r g e w a t e r

i n t e r a c t i n g w i t h s e m i

- a r i d e p h e m e r a l s t r e a m c h a n n e l s

. J o u r n a l o f A m e r i c a n W

a t e r

R e s o u r c e s A s s o c i a t i o n

. 4 0 : 1 2 4 7

- 1 2 5 5

.

P a t z

, M

. J

. , K

. J

. R e d d y

, a n d Q

. D

. S k i n n e r

. 2 0 0 6

. T r a c e e l e m e n t s i n c o a l b e d m e t h a n e d i s c h a r g e

w a t e r i n t e r a c t i n g w i t h s e m i

- a r i d e p h e m e r a l s t r e a m c h a n n e l s

. W a t e r

, A i r

, a n d S o i l

P o l l u t i o n

. 1 7 : 5 5

- 6 7

.

P r a x a i r

, 2 0 0 4

. M e t h a n e M a t e r i a l S a f e t y D a t a S h e e t

. P r a x a i r T e c h n o l o g y I n c o r p o r a t e d

.

S e p t e m b e r

, 2 0 0 4

. P

- 4 6 1 8

- E

.

R e a h l

, E

. R

. 2 0 0 6

. H a l f a C e n t u r y o f D e s a l i n a t i o n w i t h E l e c t r o d i a l y s i s

. G e n e r a l E l e c t r i c

C o m p a n y

, T e c h n i c a l P a p e r

. T P 1 0 3 8 E N 0 6 0 3

.

R e y n o l d s

, T

. D

. 1 9 8 2

. U n i t O p e r a t i o n s a n d P r o c e s s e s i n E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g

.

B r o o k s / C o l e E n g i n e e r i n g D i v i s i o n

, W a d s w o r t h

, I n c

.

R i c e

, C

. A

. , E l l i s

, M

. S

. , a n d B u l l o c k

, J

. H

. , J r

. , 2 0 0 0 W a t e r P r o d u c e d w i t h c o a l b e d m e t h a n e i n t h e

P o w d e r R i v e r B a s i n

, W y o m i n g : p r e l i m i n a r y c o m p o s i t i o n a l d a t a

, U S G S O p e n F i l e

- R e p o r t

0 0

- 3 7 2

.

R o y c e

, B

. , K a p l a n

, E

. , G a r r e l l

, M

. , a n d G e f

f e n

, T

. M

. 1 9 8 4

. E n h a n c e d O i l R e c o v e r y W a t e r

R e q u i r e m e n t s

, E

n v i r o n m e n t a l G e o c h e m i s t r y a n d H e a l t h

, 6 : 4 4

- 5 3

.

R u b e l

, J

. 2 0 0 3

. D e s i g n M a n u a l : R e m o v a l o f A r s e n i c f r o m D r i n k i n g W a t e r b y I o n E x c h a n g e

.

E P A C o n t r a c t N o

. 6 8

- C 7

- 0 0 0 8

.

R u c k e l s h a u s I n s t i t u t e o f E n v i r o n m e n t a n d N a t u r a l R e s o u r c e s

. 2 0 0 5

. W a t e r P r o d u c t i o n f r o m

C o a l b e d M e t h a n e D e v e l o p m e n t i n W y o m i n g : A S u m m a r y o f Q u a n t i t y

, Q u a l i t y

, a n d

M a n a g e m e n t O p t i o n s

. D e c e m b e r

, 2 0 0 5

.1 4 2

S a w y e r

, C

. N

. M c C a r t y

, P

. L

. P a r k i n

, G

. F

. 2 0 0 2

. C h e m i s t r y f o r E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g a n d

S c i e n c e 5 t h E d i t i o n

. M c G r a w

- H i l l

.

S c h o e m a n

, J

. J

. T h o m p s o n

, M

. A

. 1 9 9 6

. C h a p t e r 1 2 : E l e c t r o d i a l y s i s

. W a t e r T r e a t m e n t M e m b r a n e

P r o c e s s e s

. E d i t e d b y : M a l l e v i a l l e

, J

. O d e n d a a l

, P

. E

. W i e s n e r

, M

. R

. A m e r i c a n W a t e r

W o r k s A s s o c i a t i o n

, A m e r i c a n W a t e r W o r k s A s s o c i a t i o n R e s e a r c h F o u n d a t i o n

,

L y o n n a i s e d e s E a u x

, a n d W a t e r R e s e a r c h C o m m i s s i o n o f S o u t h A f r i c a

.

S f e r r a z z a

, L

. 2 0 0 6

. P r e s i d e n t E E T C o r p o r a t i o n

. P e r s o n a l c o n t a c t v i a e m a i l

. L a s t c o n t a c t :

O c t o b e r 1 0

, 2 0 0 6

.

S o l t a n p o u r

, P

. N

. a n d F o l l e t t

, R

. H

. 1 9 9 9

. S o i l T e s t E x p l a n a t i o n

, C o l o r a d o S t a t e C o o p e r a t i v e

E x t e n s i o n P u b l i c a t i o n N o

. 0

. 5 0 2

.

S t a t

- E a s e

, I n c

. 2 0 0 7

. D e s i g n E x p e r t V e r s i o n 7

. 1

. 2

S t e a r n s

, M

. T i n d a l l

, J

. A

. C r o n i n

, G

. M

. F r i e d e l

, M

. J

. a n d B e r g q u i s t

, E

. 2 0 0 5 E f f e c t s o f C o a l

- B e d

M e t h a n e D i s c h a r g e W a t e r s o n t h e V e g e t a t i o n a n d S o i l E c o s y s t e m i n P o w d e r R i v e r B a s i n

,

W y o m i n g

, W

a t e r A i r a n d S o i l P o l l u t i o n

. , 1 6 8 : 3 3

- 5 7

.

T a y l o r

, J

. S

. a n d J a c o b s

, E

. P

. 1 9 9 6

. C h a p t e r 9 : R e v e r s e O s m o s i s a n d N a n o f i l t r a t i o n

. W a t e r

T r e a t m e n t M e m b r a n e P r o c e s s e s

. E d i t e d b y : M a l l e v i a l l e

, J

. O d e n d a a l

, P

. E

. W i e s n e r

, M

.

R

. A m e r i c a n W a t e r W o r k s A s s o c i a t i o n

, A m e r i c a n W a t e r W o r k s A s s o c i a t i o n R e s e a r c h

F o u n d a t i o n

, L y o n n a i s e d e s E a u x

, a n d W a t e r R e s e a r c h C o m m i s s i o n o f S o u t h A f r i c a

.

T u r e k

, M

. D y d o

, P

. W a s ’

. J

. 2 0 0 6

. E l e c t r o d i a l y s i s R e v e r s a l i n h i g h C a S O 4 s u p e r s a t u r a t i o n m o d e

.

D e s a l i n a t i o n

, 1 9 8 : 2 8 8

- 2 9 4

.

U r a n o

, K

. 1 9 7 7

. P r e s e n t S t a t u s o f E l e c t r o d i a l y s i s P r o c e s s e s i n J a p a n

. D e s a l i n a t i o n

, 2 0 : 3 6 5

- 3 7 4

.

U r r u t y

, S

. 2 0 0 7

. O p e r a t i o n s / P r o d u c t i o n E n g i n e e r

, P e t r o

- C a n a d a R e s o u r c e s ( U S A ) I n c

. P e r s o n a l

c o n t a c t v i a e

- m a i l

. L a s t C o r r e s p o n d e n c e : J u n e 5

, 2 0 0 7

.1 4 3

U S D I

. O f f i c e o f S a l i n e W a t e r

. 1 9 7 1

. S u m m a r y o f D e s a l i n a t i o n P l a n t B r i n e D i s p o s a l

M e t h o d s f

o r I n l a n d L o c a t i o n s

. W a s h i n g t o n

, D

. C

. : G o v e r n m e n t P r i n t i n g O f f i c e

.

U S E P A

. 2 0 0 6

. U n i t e d S t a t e s E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n A g e n c y

.

h t t p : / / w w w

. e p a

. g o v / s a f

e w a t e r / m c l

. h t m l

, L a s t v i s i t e d : A p r i l 2 3

, 2 0 0 7

.

W a c h i n s k i

, A

. M

. 2 0 0 6

. I o n e x c h a n g e T r e a t m e n t f o r W a t e r

. A m e r i c a n W a t e r W o r k s A s s o c i a t i o n

.

W a d e

, N

. M

. 2 0 0 1

. D i s t i l l a t i o n p l a n t d e v e l o p m e n t a n d c o s t u p d a t e

, D e s a l i n a t i o n

, 1 3 6 : 3

- 1 2

W a t e r t a n k s

. c o m

, 2 0 0 7

. h t t p : / / w w w

. w a t e r t a n k s

. c o m

/ c a t e g o r y / 6 /

. L a s t v i s i t e d : A p r i l 1 9

, 2 0 0 7

.

W e b e r

, W

. J

. a n d D i G i a n o

, F

. A

. 1 9 9 6

. P r o c e s s D y n a m i c s i n E n v i r o n m e n t a l S y s t e m s

. J o h n W i l e y

& S o n s I n c

.

W e s t e r n R e s o u r c e s P r o

j e c t F i n a l R e p o r t

. 2 0 0 5

. P r o d u c e d G r o u n d w a t e r A s s o c i a t e d w i t h C o a l b e d

N a t u r a l G a s P r o d u c t i o n i n t h e P o w d e r R i v e r B a s i n

. W y o m i n g S t a t e G e o l o g i c a l S u r v e y

R e p o r t o f I n v e s t i g a t i o n s N o

. 5 5

.

W e s t n e y

, R

. E

. 1 9 9 7

. T h e E n g i n e e r ’ s C o s t H a n d b o o k : T o o l s f o r M a n a g i n g P r o

j e c t C o s t s

. M a r c e l

D e c k e r

, I n c

. .

W H O

. 2 0 0 6

. W o r l d H e a l t h O r g a n i z a t i o n

.

h t t p : / / w w w

. w h o

. i n t

/ w a t e r

_ s a n i t a t i o n

_ h e a l t h / d w q / g d w q 0 5 0 6

. p d f

, L a s t v i s i t e d : O c t o b e r

1 9

, 2 0 0 6

.

W i j m a n s

, J

. G

. a n d B a k e r

, R

. W

. 1 9 9 5

. T h e S o l u t i o n

- D i f f u s i o n M o d e l : A R e v i e w

, J o u r n a l o f

M e m b r a n e S c i e n c e

, 1 0 7 : 1

- 2 1

.

W i s n i e w s k i

, J

. W i s n i e w s k a

, G

. W i n n i c k i

, T

. 2 0 0 4

. A p p l i c a t i o n o f B i p o l a r E D t o t h e R e c o v e r y o f

A c i d s a n d B a s e s f

r o m W a t e r S o l u t i o n s

. D e s a l i n a t i o n

, 1 6 9 : 1 1

- 2 0

.

W Y D E Q

. 2 0 0 7

. W y o m i n g D e p a r t m e n t o f E n v i r o n m e n t a l Q u a l i t y

.

h t t p : / / d e q

. s t a t e

. w y

. u s / w q d / i n d e x

. a s p

, L a s t v i s i t e d : A p r i l 2 1

, 2 0 0 7

.1 4 4

W Y P D E S

. 2 0 0 6

. W y o m i n g P o l l u t a n t D i s c h a r g e E l i m i n a t i o n S y s t e m w e b s i t e

.

h t t p : / / d e q

. s t a t e

. w y

. u s / w q d /

W Y P D E S

_ P e r m i t t i n g /

W Y P D E S

_ P N s

_ a n d

_ a p p r

_ p e r m i t s / P a e s / i

s s u e d

_ p e r m i t s

. a s p

. L a s t v i s i t e d : O c t o b e r 1 0

, 2 0 0 6

.

W y o m i n g O i l a n d G a s C o n s e r v a t i o n C o m m i s s i o n W a t e r A n a l y s i s D a t a B a s e

,

h t t p : / / w o g c c

. s t a t e

. w y

. u s / w a r c h o i c e M e n u

. c f m ? S k i p = ' Y ' & o o p s = 4 9

. L a s t v i s i t e d : M a y

1 7

, 2 0 0 7

.

X i e

, X

. 2 0 0 7

. P e r s o n a l C o n t a c t v i a e m a i l

. L a s t C o r r e s p o n d e n c e : M a y 1 8

, 2 0 0 7

Y o o n

, Y

. a n d L u e p t o w

, R

. M

. 2 0 0 5

. R e v e r s e O s m o s i s M e m b r a n e R e j e c t i o n f o r E r s a t z S p a c e

M i s s i o n W a s t e w a t e r s

, W

a t e r R e s e a r c h

, 3 9 : 3 2 9 8

- 3 3 0 8

.

Y o u n g

, J

. 2 0 0 6

. P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n

. L a s t m e e t i n g 2 2 A u g 2 0 0 6

.1 4 5 1 0

. A P P E N D I C E S

A P P E N D I X A : T r e a t m e n t T e c h n o l o g y D a t a a n d A n a l y s i s

A p p e n d i x A

- P : P r e t r e a t m e n t

D e t e r m i n a t i o n o

f g r e e n s a n d p r e t r e a t

m e n t c a p i t a l c o s t s :

C a p i t a l c o s t s i n c l u d e d i n t h i s a n a l y s i s a r e i l l u s t r a t e d i n T a b l e A P

- 1

. T h e s e c o s t s i n c l u d e :

g r e e n s a n d f

i l t r a t i o n m e d i a

, f

i l t e r i n g v e s s e l s

, b a c k w a s h h o l d i n g t a n k s

, s t r u c t u r e c o s t s a n d

m i s c e l l a n e o u s e q u i p m e n t c o s t s

. T h e o v e r a l l c a p i t a l c o s t i s c a l c u l a t e d u s i n g E q u a t i o n A P

. 1

.

m i s c

. t a n k s t r u c t u r e v e s s e l g r e e n s a n d p r e t r e a t C C C C C C C C C C C C + + + + = ( A P

. 1 )

W h e r e

, C C

p r e t r e a t i s t h e p r e t r e a t m e n t c a p i t a l c o s t f o r m a n g a n e s e g r e e n s a n d i r o n r e m o v a l ( $ )

,

C C

g r e e n s a n d c a p i t a l c o s t f

o r g r e e n s a n d ( $ )

, C C

v e s s e l i s t h e v e s s e l c a p i t a l c o s t ( $ )

, C C

s t r u c t u r e i s t h e

c a p i t a l c o s t f

o r a s t r u c t u r e t o h o u s e t h e s y s t e m ( $ )

, C C

t a n k i s t h e c a p i t a l c o s t f o r a b a c k w a s h

h o l d i n g t a n k ( $ )

, a n d C C

m i s c

. i s t h e c a p i t a l c o s t o f m i s c e l l a n e o u s e q u i p m e n t ( $ )

.

T a b l e A P

- 1 : G r e e n s a n d c a p i t a l c o s t e s t i m a t e f r o m H o f f m a n e t a l

. ( 2 0 0 6 ) f

o r r e q u i r e d e q u i p m e n t

f o r i r o n r e m o v a l w i t h m a n g a n e s e g r e e n s a n d

. M i s c e l l a n e o u s r e f e r s t o o t h e r e q u i p m e n t c o s t s s u c h

a s : f e e d p u m p s

, p i p i n g

, m i x i n g t a n k s

, a n d b l o w e r s

. I t e m C o s t

G r e e n s a n d F i l t e r M e d i a $ 9 0 p e r f t 3

V e s s e l $ 1 2 5

, 0 0 0 p e r 9 f t d i a m e t e r

B a c k w a s h H o l d i n g T a n k $ 3 0

, 0 0 0 p e r 1 2 7 f t 2

S t r u c t u r e $ 1 0 0 p e r f t 2

M i s c e l l a n e o u s $ 1 9

, 0 0 0

T h e c a p i t a l c o s t f

o r g r e e n s a n d w a s d e t e r m i n e d f i r s t

. T h i s w a s d o n e b y d e t e r m i n i n g t h e

r e q u i r e d f i l t e r a r e a f

o r d i f f e r e n t f e e d w a t e r f

l o w r a t e s a t a f

i l t e r l o a d i n g r a t e e q u a l t o 4 g p m / f t 2

( H o f f m a n e t a l

. , 2 0 0 6 )

. T h e r e q u i r e d g r e e n s a n d v o l u m e w a s t h e n f o u n d b y m u l t i p l y i n g t h e f i l t e r1 4 6

a r e a b y t h e b e d d e p t h

, 3 f

t ( I n v e r s a n d C o m p a n y

, 2 0 0 6 )

. F i n a l l y

, t h e g r e e n s a n d c o s t w a s f o u n d b y

m u l t i p l y i n g t h e m e d i a v o l u m e b y t h e u n i t c o s t o f m a n g a n e s e g r e e n s a n d f r o m T a b l e A P

- 1

.

N e x t

, t h e r e q u i r e d v e s s e l d i a m e t e r w a s f o u n d f r o m t h e c a l c u l a t e d a r e a

. T h i s d i a m e t e r

w a s u s e d t o c a l c u l a t e t h e c o s t f o r f i l t e r i n g ( p r e s s u r e ) v e s s e l s

. T h e c o s t o f a p r e s s u r e v e s s e l i s

a s s u m e d t o b e d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o i t s d i a m e t e r

. P r e s s u r e v e s s e l c o s t i s c a l c u l a t e d w i t h

E q u a t i o n A P

. 2

.

   

⋅ = 9 f

t $ 1 2 5

, 0 0 0 D C C

v e s s e l v e s s e l ( A P

. 2 )

W h e r e

, $ 1 2 5

, 0 0 0 i s t h e c o s t f o r a 9 f t d i a m e t e r p r e s s u r e v e s s e l f r o m T a b l e A P

- 1

.

T h e c o s t o f a s t r u c t u r e t o h o u s e t h e s y s t e m w a s n e x t d e t e r m i n e d

. T h e s p a c e r e q u i r e d f o r

i r o n r e m o v a l w i t h g r e e n s a n d w a s a s s u m e d t o b e e q u a l t o t h e r e q u i r e d f i l t e r a r e a p l u s 2 0 % o f t h e

f i l t e r i n g a r e a ( Y o u n g

, 2 0 0 6 )

. T h e u n i t c o s t f o r t h e s t r u c t u r e w a s t h e n a s s u m e d t o b e e q u a l t o t h e

v a l u e f r o m T a b l e A P

- 1 ( $ 1 0 0 / f

t 2 )

. T h e s t r u c t u r e c a p i t a l c o s t i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n A P

. 3

.

2

f i l t e r s t r u c t u r e $ 1 0 0 / f

t A 1

. 2 C C

⋅

⋅ = ( A P

. 3 )

W h e r e

, 1

. 2

· A f

i l t e r i s t h e f

i l t e r a r e a p l u s 2 0 % a n d $ 1 0 0 / f t 2 i s t h e u n i t c o s t o f t

h e s t r u c t u r e

.

T h e c o s t f o r a b a c k w a s h h o l d i n g t a n k i s a l s o d e p e n d e n t o n t h e r e q u i r e d f i l t e r a r e a

. T h i s

c o s t w a s a d a p t e d d i r e c t l y f r o m H o f f m a n e t a l

. ( 2 0 0 6 ) i n t h e s a m e m a n n e r a s v e s s e l c a p i t a l c o s t s

.

T h e c a p i t a l c o s t f

o r a b a c k w a s h h o l d i n g t a n k i s c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n A P

. 4

.

   

⋅ = 2 f i l t e r t a n k 1 2 7 f

t $ 3 0

, 0 0 0 A C C ( A P

. 4 )

W h e r e

, $ 3 0

, 0 0 0 i s t h e c o s t f o r a b a c k w a s h t a n k c a p a b l e o f h o l d i n g t w o b a c k w a s h e s f o r a s y s t e m

w i t h a 1 2 7 f

t 2 f i l t e r a r e a f

r o m T a b l e A P

- 1

.

M i s c e l l a n e o u s c o s t s w h i c h i n c l u d e f e e d p u m p s

, p i p i n g

, m i x i n g t a n k s

, a n d b l o w e r s a r e

c o n s i d e r e d c o n s t a n t w i t h r e s p e c t t o Q

p a n d f i l t e r a r e a

. T h e s e c o s t s a r e c o n s i d e r e d c o n s t a n t1 4 7

b e c a u s e t h e y a r e s m a l l w i t h r e s p e c t t o o t h e r c o s t s i n v o l v e d i n t h i s p r o c e s s

, ( s e e T a b l e A P

- 1 )

.

M i s c e l l a n e o u s c o s t s a r e e q u a l t o $ 1 9

, 0 0 0

.

A l l t h e c o s t s d i s c u s s e d a b o v e w e r e c o m b i n e d i n a s p r e a d s h e e t a n d a r e l a t i o n s h i p w a s

f o u n d t h a t r e l a t e s Q

p t o i r o n p r e t r e a t m e n t c a p i t a l c o s t s

, F i g u r e 3

- 3

. E q u a t i o n 3

. 1 1 c a l c u l a t e s t h e

c a p i t a l c o s t f

o r i r o n r e m o v a l f

r o m w a t e r b y g r e e n s a n d f i l t r a t i o n

.

A p p e n d i x A

- R O : R e v e r s e O s m o s i s

y = - 0

. 0 0 1 5 x + 1 0 0

R 2

= 1

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

0 5 0 0 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 2 5 0 0 0 3 0 0 0 0 3 5 0 0 0 4 0 0 0 0

F e e d T D S

, m

g / LWaterRecovery,%

F i g u r e A R O

- 1 : R e v e r s e o s m o s i s w a t e r r e c o v e r y w i t h r e s p e c t t o i n f l u e n t T D S

. I n f

l u e n t f e e d

p r e s s u r e e q u a l s 8 0 0 p s i f

o r p r e d o m i n a t e l y N a C l f

e e d s o l u t i o n w h i l e m a i n t a i n i n g a c o n s t a n t

e f f l u e n t T D S c o n c e n t r a t i o n e q u a l t o 5 0 0 m g / L

. S o u r c e : E E T C o r p o r a t i o n

, 3 1 0 6 R o a n e S t a t e

H w y

, H a r r i m a n

, T N 3 7 7 4 8 w w w

. e e t c o r p

. c o m

.1 4 8

0

. 0 0 0 0

. 0 5 0 0

. 1 0 0 0

. 1 5 0 0

. 2 0 0 0

. 2 5 0 0

. 3 0 0 0

. 3 5 0

0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0

F e e d T D S

, m

g / LElectricalUsage,kW-hr/bbl

F i g u r e A R O

- 2 : E l e c t r i c a l e n e r g y r e q u i r e m e n t w i t h r e s p e c t t o f e e d T D S f

o r r e v e r s e o s m o s i s

. A d a p t e d f r o m L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 )

.

T a b l e A R O

- 1 : C a p i t a l C o s t s f o r R O w i t h d a t a s o u r c e a n d E N R c o s t i n d e x e s i n t h e y e a r o f

a n a l y s i s a n d J a n u a r y 2 0 0 7

.

S o u r c e : F l o w , m g d C a p i t a l C o s t E N R Y r E N R 2 0 0 7 2 0 0 7 c o s t

0

. 0 0 2 5 $ 4 1

, 6 0 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 5 3

, 7 8 0

0

. 0 1 $ 5 7

, 2 0 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 7 3

, 9 4 8

0

. 0 5 $ 1 1 2

, 9 0 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 1 4 5

, 9 5 7

0

. 1 0 $ 1 8 7

, 5 0 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 2 4 2

, 4 0 0

0

. 5 0 $ 6 2 8

, 6 0 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 8 1 2

, 6 5 2 I n t e r n a t i o n a l

C o n s u l t a n t s e t a l

. , 2 0 0 0

( W a t e r M o d e l )

1

. 0 0 $ 1

, 1 5 7

, 6 0 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 1

, 4 9 6

, 5 4 2

1

. 0 0 $ 7 7 5

, 8 2 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 1

, 0 0 2

, 9 7 8

1 0

. 0 $ 5

, 4 6 7

, 3 9 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 7

, 0 6 8

, 2 2 7

1 0 0 $ 4 3

, 1 6 1

, 7 4 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 5 5

, 7 9 9

, 3 8 4 I n t e r n a t i o n a l

C o n s u l t a n t s e t a l

. , 2 0 0 0

( W A T E R C O $ T

M o d e l ) 2 0 0 $ 8 0

, 9 6 1

, 1 7 0 6 0 9 5 7 8 7 9

. 6 $ 1 0 4

, 6 6 6

, 3 8 8

0

. 2 5 $ 3 3 5

, 0 0 0 5 4 0 8 7 8 7 9

. 6 $ 4 8 8

, 1 0 4

0

. 5 0 $ 6 0 5

, 0 0 0 5 4 0 8 7 8 7 9

. 6 $ 8 8 1

, 5 0 1 B e a r d s l e y e t a l

. , 1 9 9 4

1

. 0 0 $ 1

, 1 1 0

, 0 0 0 5 4 0 8 7 8 7 9

. 6 $ 1

, 6 1 7

, 3 0 0

A v e r a g e 1

. 0 0 $ 1

, 3 7 2

, 2 7 31 4 9

D e t e r m i n a t i o n o

f E l e c t r i c a l u s e u s i n g t h e T a y l o r a n d J

a c o b s ( 1 9 9 6 ) m e t h o d

T o d e v e l o p a f

u n c t i o n t h a t r e l a t e s R O e l e c t r i c a l u s e t o f e e d T D S t h e f

o l l o w i n g p r o c e d u r e

w a s u s e d :

1 ) B r i n e a n d p e r m e a t e T D S c o n c e n t r a t i o n s w e r e f o u n d f o r s e v e r a l T D S c o n c e n t r a t i o n s :

a ) P e r m e a t e T D S c o n c e n t r a t i o n s w e r e f o u n d b y m u l t i p l y i n g t h e f e e d T D S

c o n c e n t r a t i o n b y o n e m i n u s t h e T D S r e j e c t i o n e f f i c i e n c y

, 0

. 9 9

.

b ) B r i n e T D S c o n c e n t r a t i o n s w e r e f o u n d b y p e r f

o r m i n g a m a s s b a l a n c e o n T D S

,

E q u a t i o n s A R O

. 1 a n d A R O

. 2

.



## ( ) 

# ( )



# [ ]

T D S f

, 5

-

f f b C 1 0 1

. 5

- 1 1 Q R e c o v e r y W a t e r 1 Q Q × ×

− ⋅ =

− ⋅ = ( A R O

. 1 )



# ( ) ( )

b b

f T D S t

, T D S f

, f

T D S b

, Q Q Q C C Q

C − ⋅ − ⋅

= ( A R O

. 2 )

W h e r e

, Q b a n d Q f a r e t h e b r i n e a n d f e e d f l o w r a t e s

, r e s p e c t i v e l y ( b b l / d a y )

, a n d

C f

, T D S , C

t

, T D S a n d C b

, T D S a r e t h e f e e d

, t r e a t e d a n d b r i n e T D S c o n c e n t r a t i o n s

,

r e s p e c t i v e l y ( m g / L )

2 ) T h e a v e r a g e o s m o t i c p r e s s u r e g r a d i e n t w a s f o u n d f o r s e v e r a l f

e e d T D S c o n c e n t r a t i o n s

u s i n g e q u a t i o n A R O

. 3 f

r o m T a y l o r a n d J a c o b s ( 1 9 9 6 )

.

0

. 0 1 C

2 C C



T D S t

, T D S b

, T D S f

,

s y s ⋅      

− +

= ( A R O

. 3 )

W h e r e

, ** **  s y s i s t h e a v e r a g e o s m o t i c p r e s s u r e g r a d i e n t f o r t h e s y s t e m ( l b / i n 2 )

, C f

, T D S i s t h e

f e e d T D S ( m g / L )

, C b

, T D S i s t h e c o n c e n t r a t e o r b r i n e T D S c o n c e n t r a t i o n ( m g / L )

, C

t

, T D S i s

t h e p e r m e a t e o r t r e a t e d w a t e r T D S c o n c e n t r a t i o n ( m g / L )

. a n d 0

. 0 1 i s a n a p p r o x i m a t i o n

f a c t o r f o r c o n v e r t i n g T D S ( m g / L ) t o p r e s s u r e ( l b / i n 2 ) w h i c h i s a n a l o g o u s t o R T i n

E q u a t i o n 3

. 2 0

.1 5 0

3 ) T h e r e q u i r e d f

e e d p r e s s u r e w a s f

o u n d u s i n g e q u a t i o n A R O

. 4 w i t h t h e a s s u m p t i o n s l i s t e d

i n T a b l e A R O

- 2 f

r o m T a y l o r a n d J a c o b s ( 1 9 9 6 ) :



## ( ) 

## 

=  ∆

− −     ×

− ×

− Γ × = n

i i p F

i w P L i P K J

1 ) ( ) ( 2 1

2 2

π ( A R O

. 4 )

4 ) T h e E n e r g y r e q u i r e m e n t w a s f o u n d u s i n g e q u a t i o n A R O

. 5

. S e e T a b l e A R O

- 3 f o r r e s u l t s

f r o m E q u a t i o n s A R O

. 1

, A R O

. 2

, A R O

. 3

, A R O

. 4 a n d A R O

. 5



## ( )

m p r 3

2 2

F



  0

. 0 0 3 1 5

l b 6 2

. 4 f t 1

f t i n 1 4 4 P

E

⋅

⋅  



 

 

 



 

 

⋅

= ( A R O

. 5 )

W h e r e

, E i s t h e e n e r g y r e q u i r e d ( k W h / k g a l )

, P F i s t h e f

e e d p r e s s u r e ( l b / i n 2 )

,  r i s t h e

w a t e r r e c o v e r y ( c a l c u l a t e d w i t h E q u a t i o n 3

. 2 3 )

,  p i s t h e p u m p e f f i c i e n c y ( 0

. 8 5 )

,  m i s t h e

m o t o r e f f i c i e n c y ( 0

. 8 5 )

, 1 f

t 3 / 6 2

. 4 l b i s t h e w a t e r d e n s i t y

, a n d 0

. 0 0 3 1 5 i s a c o n v e r s i o n

f a c t o r u s e d t o c o n v e r t f

e e t o f w a t e r h e a d t o k

W h / 1 0 0 0 g a l

.

T a b l e A R O

- 2 : V a r i a b l e d e f i n i t i o n s a n d v a l u e s a s s u m e d f o r e q u a t i o n A R O

. 4

V a r i a b l e D e f i n i t i o n V a l u e a s s u m e d u n i t

J D e s i g n W a t e r F l u x 1 5 1 g a l / f t 2

- d a y

K W M e m b r a n e m a s s t r a n s f e r C o e f f i c i e n t f o r w a t e r 0

. 3 1 g a l / f t 2

- d a y / l b / i n 2

i S t a g e n u m b e r

( i ) A r

r a y f l o w w e i g h t e d f

a c t o r f o r s t a g e i 1 1

P

e l P r e

- e l e m e n t p r e s s u r e l o s s 3 1 l b / i n 2

P

e S t a g e e n t r a n c e p r e s s u r e l o s s 5 1 l b / i n 2

N

e l N u m b e r o f e l e m e n t s p e r p r e s s u r e v e s s e l 6 2

n N u m b e r o f s t a g e s 2 3

L S u m o f m e c h

. h e a d l o s s e s = ( P

e l · N

e l ) + ( P

e · n ) 2 8 4 l b / i n 2

 ( i ) O s m o t i c p r e s s u r e g r a d i e n t f o r s t a g e i  s y s l b / i n 2

P

p D e s i r e d P e r m e a t e P r e s s u r e 3 0 1 l b / i n 2

P F F e e d P r e s s u r e C a l c u l a t e d l b / i n 2

1 v a l u e a d a p t e d f

r o m T a y l o r a n d J a c o b s ( 1 9 9 6 )

. 2 v a l u e f r o m I M S D e s i g n

. 3 U s e r d e f i n e d

. 4 C a l c u l a t e d w i t h u s e r d e f i n e d v a l u e s a n d v a l u e s f

r o m o t h e r s o u r c e s

.1 5 1

T a b l e A R O

- 3 : V a l u e s U s e d a n d C a l c u l a t e d t o F i n d a F u n c t i o n R e l a t i n g E l e c t r i c a l U s a g e t o F e e d

T D S f o r R O ( E q u a t i o n 3

. 2 7 a n d F i g u r e 3

- 9 )

. S e e E q u a t i o n s A R O

. 1

, A R O

. 2

, A R O

. 3

, A R O

. 4

, A R O

. 5

, a n d T a b l e A R O

- 2 f o r v a r i a b l e d e f

i n i t i o n s

. P F w a s f

o u n d u s i n g M i c r o s o f

t E x c e l S o l v e r

. F e e d T D S

,

m g / L R e c o v e r y B r i n e T D S

,

m g / L E f

f l u e n t T D S

,

m g / L  s y s ,

p s i P F ,

p s i H e a d

, f t E n e r g y , k W h / 1 0 0 0 g a l E n e r g y ,

k W h / b b l

1 0 0 0

. 9 9 8 5 6 6 3 3 4 1 3 3 2 4 2 3 9 7 7 4

. 2 6 3 9 0

. 1 7 9 1

1 5 0 0 0

. 9 7 7 5 6 6 3 4 1 1 5 3 3 9 4 3 0 9 9 2 4

. 4 2 6 5 0

. 1 8 5 9

6 0 0 0 0

. 9 1 6 6 3 6 3 6 0 3 6 1 4 5 2 1 0 4 4 4

. 9 9 9 8 0

. 2 1 0 0

1 0 0 0 0 0

. 8 5 6 6 3 8 3 1 0 0 3 8 1 4 7 2 1 0 8 9 5

. 5 8 5 9 0

. 2 3 4 6

2 0 0 0 0 0

. 7 6 6 4 3 3 2 0 0 4 3 0 5 2 1 1 2 0 3 7

. 4 9 0 8 0

. 3 1 4 6

3 5 0 0 0 0

. 4 7 5 6 6 5 0 8 3 5 0 5 0 4 5 9 5 1 3 7 3 1 2

. 6 0 3 9 0

. 5 2 9 4

A p p e n d i x A

- I X : I o n E x c h a n g e

T a b l e A I X

- 1 : I o n e x c h a n g e c a p i t a l c o s t s a d j u s t e d w i t h E N R c o s t I n d e x e s

. A d a p t e d f r o m R u b e l

( 2 0 0 3 )

. F l o w r a t e , g p m V

r e s i n , f t 3 C a p i t a l

, 2 0 0 3 E N R 2 0 0 3 E N R 2 0 0 7 C a p i t a l

, 2 0 0 7

6 5 7 9 $ 3 3 2

, 0 0 0 6 6 9 4

. 6 4 7 8 7 9

. 6 $ 3 9 0

, 7 6 4

1 1 5 1 3 9 $ 3 7 7

, 0 0 0 6 6 9 4

. 6 4 7 8 7 9

. 6 $ 4 4 3

, 7 2 9

2 3 0 2 7 8 $ 4 7 2

, 0 0 0 6 6 9 4

. 6 4 7 8 7 9

. 6 $ 5 5 5

, 5 4 5

3 3 0 3 9 9 $ 5 4 0

, 0 0 0 6 6 9 4

. 6 4 7 8 7 9

. 6 $ 6 3 5

, 5 8 1

4 8 0 5 8 1 $ 6 0 2

, 0 0 0 6 6 9 4

. 6 4 7 8 7 9

. 6 $ 7 0 8

, 5 5 5

5 5 5 6 7 1 $ 7 0 5

, 0 0 0 6 6 9 4

. 6 4 7 8 7 9

. 6 $ 8 2 9

, 7 8 6

6 2 0 7 5 0 $ 7 3 6

, 0 0 0 6 6 9 4

. 6 4 7 8 7 9

. 6 $ 8 6 6

, 2 7 3

7 0 0 8 4 7 $ 7 6 1

, 0 0 0 6 6 9 4

. 6 4 7 8 7 9

. 6 $ 8 9 5

, 6 9 81 5 2

A p p e n d i x A

- E D : E l e c t r o d i a l y s i s

y = 0

. 0 0 0 2 x 2 + 9 0

. 3 6 x + 1 E + 0 6

R 2 = 0

. 9 4 7 6

0 5

, 0 0 0

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0

, 0 0 0 1 5

, 0 0 0

, 0 0 0 2 0

, 0 0 0

, 0 0 0 2 5

, 0 0 0

, 0 0 0 3 0

, 0 0 0

, 0 0 0

0 5 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1 5 0

, 0 0 0 2 0 0

, 0 0 0 2 5 0

, 0 0 0CapitalCost,$

F e e d F l o w R a t e , b b l / d a y L e i t n e r a n d A s s o c i a

t e s

, 1 9 9 7

U r a n o

, 1 9 7 7

L a r s o n a n d L e i t n e r

, 1 9 7 9

C o m b i n e d

F i g u r e A E D

- 1 : E D R c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

e e d w a t e r f

l o w r a t e ( c a p a c i t y ) w i t h d a t a

i l l u s t r a t e d b y s o u r c e

. C o m b i n e d r e f e r s t o t h e d a t a s e t c o n s i s t i n g o f a l l d a t a s o u r c e s

. U r a n o

, 1 9 9 7

( 1 0 0 0 m g / L ) i s d a t a d e v e l o p e d b y U r a n o ( 1 9 7 7 ) f o r a n E D R s y s t e m d e s i g n e d f o r 1

, 0 0 0 m g / L T D S

r e m o v a l

, a n d L a r s o n a n d L e i t n e r

, 1 9 7 9 ( 1 3 0 0 m g / L ) i s d a t a d e v e l o p e d b y L a r s o n a n d L e i t n e r

( 1 9 7 9 ) f o r a n E D R s y s t e m d e s i g n e d f o r 1 3 0 0 m g / L T D S r e m o v a l

.

y = 1 5 0

. 8 x + 1 E + 0 6

R 2 = 0

. 9 9 6

0 5

, 0 0 0

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0

, 0 0 0 1 5

, 0 0 0

, 0 0 0 2 0

, 0 0 0

, 0 0 0 2 5

, 0 0 0

, 0 0 0 3 0

, 0 0 0

, 0 0 0 3 5

, 0 0 0

, 0 0 0 4 0

, 0 0 0

, 0 0 0

0 5 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1 5 0

, 0 0 0 2 0 0

, 0 0 0 2 5 0

, 0 0 0CapitalCost,$

F e e d F l o w R a t e , b b l / d a y U r a n o

, 1 9 7 7

L e i t n e r a n d A s s o c i a

t e s

, 1 9 9 7

L a r s o n a n d L e i t n e r

, 1 9 7 9

L a w r e n c e e t a l

. , 1 9 9 8

C o m b i n e d

F i g u r e A E D

- 2 : E D R c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

e e d w a t e r f

l o w r a t e ( c a p a c i t y ) w i t h d a t a

i l l u s t r a t e d b y s o u r c e

. C o m b i n e d r e f e r s t o t h e d a t a s e t c o n s i s t i n g o f a l l d a t a s o u r c e s

. U r a n o

, 1 9 9 7

( 3 0 0 0 m g / L ) i s d a t a d e v e l o p e d b y U r a n o ( 1 9 7 7 ) f o r a n E D R s y s t e m d e s i g n e d f o r 3

, 0 0 0 m g / L T D S

r e m o v a l

, a n d L a r s o n a n d L e i t n e r

, 1 9 7 9 ( 1 3 0 0 m g / L ) i s d a t a d e v e l o p e d b y L a r s o n a n d L e i t n e r

( 1 9 7 9 ) f o r a n E D R s y s t e m d e s i g n e d f o r 1 3 0 0 m g / L T D S r e m o v a l

.

.1 5 3 y = 3 5 5

. 9 x + 1 E + 0 6

R 2 = 0

. 9 9 2

0 5

, 0 0 0

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0

, 0 0 0 1 5

, 0 0 0

, 0 0 0 2 0

, 0 0 0

, 0 0 0 2 5

, 0 0 0

, 0 0 0

0 1 0

, 0 0 0 2 0

, 0 0 0 3 0

, 0 0 0 4 0

, 0 0 0 5 0

, 0 0 0 6 0

, 0 0 0 7 0

, 0 0 0CapitalCost,$

F e e d F l o w R a t e , b b l / d a y U r a n o

, 1 9 7 7

L a w r e n c e e t a l

. , 1 9 9 8

C o m b i n e d

F i g u r e A E D

- 3 : E D R c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

e e d w a t e r f

l o w r a t e ( c a p a c i t y ) w i t h d a t a

i l l u s t r a t e d b y s o u r c e

. C o m b i n e d r e f e r s t o t h e d a t a s e t c o n s i s t i n g o f a l l d a t a s o u r c e s

. U r a n o

, 1 9 9 7

( 1 0 0 0 0 m g / L ) i s d a t a d e v e l o p e d b y U r a n o ( 1 9 7 7 ) f o r a n E D R s y s t e m d e s i g n e d f o r 1 0

, 0 0 0 m g / L

T D S r e m o v a l

.

T a b l e A E D

- 1 : L e i t n e r a n d A s s o c i a t e s ( 1 9 9 7 ) E D R c a p i t a l c o s t d a t a a d j u s t e d t o J a n u a r y 2 0 0 7

d o l l a r s w i t h E N R I n d e x e s

. F l o w i s t h e s y s t e m c a p a c i t y ( f e e d w a t e r f

l o w r a t e ) a n d E N R Y r b u i l t

i s t h e E N R i n d e x i n t h e y e a r b u i l t

. F l o w , g p d C a p i t a l Y r b u i l t Y r b u i l t E N R Y r b u i l t 2 0 0 7 C a p i t a l

1 0 0

, 0 0 0 $ 3 8 7

, 9 4 2 1 9 7 5 2 2 1 2 $ 1

, 3 8 1

, 9 2 9

3 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 2 0 0

, 0 0 0 1 9 8 4 4 1 4 6 $ 2

, 2 8 0

, 6 3 7

4 3 2

, 0 0 0 $ 9 0 0

, 0 0 0 1 9 9 5 5 4 7 1 $ 1

, 2 9 6

, 2 2 4

5 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 1 3 5

, 7 0 0 1 9 9 0 4 7 3 2 $ 1

, 8 9 1

, 1 3 7

1

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 0 5 0

, 0 0 0 1 9 8 9 4 6 1 5 $ 1

, 7 9 2

, 7 5 8

1

, 9 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 4 9 2

, 6 0 0 1 9 9 3 5 2 1 0 $ 2

, 2 5 7

, 4 0 7

3

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 6

, 1 0 0

, 0 0 0 1 9 8 9 4 6 1 5 $ 1 0

, 4 1 5

, 0 7 3

3

, 7 5 0

, 0 0 0 $ 6

, 9 2 0

, 0 0 0 1 9 9 0 4 7 3 2 $ 1 1

, 5 2 2

, 9 9 9

4

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 5

, 0 0 0

, 0 0 0 1 9 9 3 5 2 1 0 $ 7

, 5 6 1

, 9 9 6

T a b l e A E D

- 2 : L a w r e n c e e t a l

. ( 1 9 9 8 ) E D R c a p i t a l c o s t f o r v a r i o u s T D S r e m o v a l s f o r a s y s t e m

c a p a c i t y o f 1 6 8

, 0 0 0 g p d a d j u s t e d t o J a n u a r y 2 0 0 7 d o l l a r s

. T D S R e m o v e d 5 0 0 0 m g / L 7 5 0 0 m g

/ L 9 0 0 0 m g

/ L

1 9 9 8 C a p i t a l $ 1

, 0 4 4

, 0 0 0 $ 1

, 3 8 7

, 0 0 0 $ 1

, 5 7 5

, 0 0 0

2 0 0 7 C a p i t a l $ 1

, 3 8 9

, 5 7 8 $ 1

, 8 4 6

, 1 1 6 $ 2

, 0 9 6

, 3 4 61 5 4

T a b l e A E D

- 3 : U r a n o ( 1 9 7 7 ) E D R c a p i t a l c o s t f o r v a r i o u s f

l o w r a t e s a n d T D S r e m o v a l s a d j u s t e d

t o J a n u a r y 2 0 0 7 d o l l a r s

. F l o w i s t h e s y s t e m c a p a c i t y ( f e e d w a t e r f

l o w r a t e )

. F l o w , g p d C a p i t a l C o s t w i t h T D S R e m o v e d 2 0 0 7 C a p i t a l C o s t w i t h T D S R e m o v e d

1 0 0 0 m g / L 3 0 0 0 m g / L 1 0 0 0 0 m g / L 1 0 0 0 m g / L 3 0 0 0 m g / L 1 0 0 0 0 m g / L

2 6

, 4 0 0 $ 3 0 0

, 0 0 0 $ 3 7 5

, 0 0 0 $ 4 2 5

, 0 0 0 $ 9 1 7

, 6 5 5 $ 1

, 1 4 7

, 0 6 9 $ 1

, 3 0 0

, 0 1 2

5 2

, 8 0 0 $ 3 2 5

, 0 0 0 $ 4 0 0

, 0 0 0 $ 5 0 0

, 0 0 0 $ 9 9 4

, 1 2 7 $ 1

, 2 2 3

, 5 4 0 $ 1

, 5 2 9

, 4 2 5

7 9

, 2 0 0 $ 4 0 0

, 0 0 0 $ 5 0 0

, 0 0 0 $ 6 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 2 2 3

, 5 4 0 $ 1

, 5 2 9

, 4 2 5 $ 1

, 8 3 5

, 3 1 1

1 3 2

, 0 0 0 $ 4 7 5

, 0 0 0 $ 5 2 5

, 0 0 0 $ 8 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 4 5 2

, 9 5 4 $ 1

, 6 0 5

, 8 9 7 $ 2

, 4 4 7

, 0 8 1

2 6 4

, 0 0 0 $ 5 5 0

, 0 0 0 $ 8 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 1 2 5

, 0 0 0 $ 1

, 6 8 2

, 3 6 8 $ 2

, 4 4 7

, 0 8 1 $ 3

, 4 4 1

, 2 0 7

5 2 8

, 0 0 0 $ 8 2 5

, 0 0 0 $ 1

, 1 2 5

, 0 0 0 $ 2

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 2

, 5 2 3

, 5 5 2 $ 3

, 4 4 1

, 2 0 7 $ 6

, 1 1 7

, 7 0 2

7 9 2

, 0 0 0 $ 1

, 1 2 5

, 0 0 0 $ 1

, 7 5 0

, 0 0 0 $ 3

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 3

, 4 4 1

, 2 0 7 $ 5

, 3 5 2

, 9 8 9 $ 9

, 1 7 6

, 5 5 3

1

, 3 2 0

, 0 0 0 $ 1

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 2

, 0 5 0

, 0 0 0 $ 4

, 2 5 0

, 0 0 0 $ 4

, 5 8 8

, 2 7 6 $ 6

, 2 7 0

, 6 4 4 $ 1 3

, 0 0 0

, 1 1 6

2

, 6 4 0

, 0 0 0 $ 2

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 4

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 7

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 6

, 1 1 7

, 7 0 2 $ 1 2

, 2 3 5

, 4 0 4 $ 2 2

, 9 4 1

, 3 8 2

T a b l e A E D

- 4 : L a r s o n a n d L e i t n e r ( 1 9 7 9 ) E D R c a p i t a l c o s t f o r v a r i o u s f

l o w r a t e s a n d T D S

r e m o v a l s a d

j u s t e d t o J a n u a r y 2 0 0 7 d o l l a r s

. F l o w i s t h e s y s t e m c a p a c i t y ( f e e d w a t e r f

l o w r a t e )

. F l o w , g p d C a p i t a l w / T D S R e m o v e d 2 0 0 7 C a p i t a l w/ T D S R e m o v e d

1 3 0 0 m g / L 3 1 4 8 m g / L 1 3 0 0 m g / L 3 1 4 8 m g / L

1

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 3 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 7 0 0

, 0 0 0 $ 3

, 4 1 1

, 0 8 2 $ 4

, 4 6 0

, 6 4 6

3

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 3

, 6 0 0

, 0 0 0 $ 4

, 6 5 0

, 0 0 0 $ 9

, 4 4 6

, 0 7 4 $ 1 2

, 2 0 1

, 1 7 9

5

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 5

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 7

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 1 4

, 4 3 1

, 5 0 2 $ 1 9

, 6 7 9

, 3 2 1

1 0

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 0

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 4

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 2 6

, 2 3 9

, 0 9 4 $ 3 6

, 7 3 4

, 7 3 21 5 5

A p p e n d i x A

- H : H E E P M TM

T a b l e A H

- 1 : H E E P M TM c a p i t a l c o s t e s t i m a t e s a n d d e s i g n p a r a m e t e r s f o r t w o s y s t e m c a p a c i t i e s

, 1 5

, 0 0 0 a n d 4 5

, 0 0 0 b b l / d a y ( E E T

, 2 0 0 6 )

. I t e m

H E E P M TM H E E P M TM

S y s t e m C a p a c i t y R a t e ( b b l / d a y ) 1 5

, 0 0 0 4 5

, 0 0 0

S y s t e m C a p a c i t y R a t e ( g p m ) 4 4 6

. 8 1

, 3 4 0

. 4

S y s t e m C a p a c i t y R a t e ( g p d ) 6 3 0

, 0 0 0 1

, 8 9 0

, 0 0 0

S y s t e m F e e d ( a p p r o x

. p p m

, a s T D S ) 4

, 4 0 0 4

, 4 0 0

P r o d u c t Q u a l i t y ( a p p r o x

. p p m

, a s T D S ) 2 5 0 2 5 0

B r i n e C o n c e n t r a t i o n ( p p m

, a s T D S ) 2 0 0

, 0 0 0 2 0 0

, 0 0 0

B r i n e P r o d u c t i o n R a t e ( B W P D ) 3 1 1 9 3 4

B r i n e P r o d u c t i o n R a t e ( g p d ) 1 3

, 0 7 3 3 9

, 2 1 8

T o t a l S y s t e m R e c o v e r y ( % ) 9 7

. 9 % 9 7

. 9 %

H o u r s o f S y s t e m O p e r a t i o n ( h r s / d a y ) 2 3

. 5 2 3

. 5

H E E D ® M o d e l N o

. 4 0 0

- B 4 0 0

- B

N o

. C e l l s 1

, 1 0 0 3

, 2 0 0

W o r k T a n k S i z e 1 0

, 0 0 0 2 @ 1 0

, 0 0 0

N u m b e r R O M o d u l e s / V e s s e l s 7 0 / 3 5 2 1 0 / 1 0 5

T o t a l E n e r g y R e q u i r e m e n t ( k w

- h r / 1 0 0 0 g a l ) 2 7

. 5 2 7

. 5

S h e l t e r S p a c e R e q u i r e m e n t ( a p p r o x

. f t 2 ) 2 5 0 0 3 0 0 0

T o t a l S y s t e m C o s t ( U S D o l l a r s ) $ 2

, 6 8 0

, 0 0 0 ` $ 4

, 9 9 0

, 0 0 0

T a b l e A H

- 2 : H E E P M TM i t e m i z e d o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s f o r a P R B C B M p r o d u c e d

w a t e r w i t h a T D S c o n c e n t r a t i o n o f 4 4 0 0 m g / L a n d a s s u m p t i o n s ( E E T

, 2 0 0 6 )

.

I t e m $ / 1 0 0 0 g a l A s s u m p t i o n s

E l e c t r i c i t y $ 2

. 2 0 2 7

. 5 k W

- h r / 1 0 0 0 g a l a t $ 0

. 0 8 /

k W

- h r

L a b o r $ 0

. 3 6 $ 5 0

, 0 0 0 / e m p l o y e e

- y r

S u l f u r i c A c i d $ 1

. 1 8 2

. 2 g a l 9 8 % H 2 S O 4 / 1 0 0 0 g a l w a t e r a t $ 7 0 / t o n

M e m b r a n e R e p l a c e m e n t $ 0

. 3 0 R O

= 3 y r s E D

= 5 y r s1 5 6

F i g u r e A H

- 1 : H E E P M TM c a p i t a l c o s t v e r s u s s y s t e m c a p a c i t y a n d f e e d T D S ( E E T

, 2 0 0 6 )

.

Q < 2 3 8

y = 3 7 1

. 4 8 x + 7 5 0 9 6

R 2

= 0

. 9 5 2 4

$ 8 0

, 0 0 0 $ 1 0 0

, 0 0 0 $ 1 2 0

, 0 0 0 $ 1 4 0

, 0 0 0 $ 1 6 0

, 0 0 0 $ 1 8 0

, 0 0 0 $ 2 0 0

, 0 0 0

0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0

F e e d W a t e r F l o w R a t e ( b b l / d a y )SystemCapitalCost

F i g u r e A H

- 2 : H E E P M TM c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

e e d w a t e r f

l o w r a t e s l e s s t h a n o r e q u a l t o

2 3 8 b b l / d a y1 5 7 2 3 8 < Q < 2 3 8 1

y = 2 0 8

. 2 9 x + 1 4 4 8 8 3

R 2

= 0

. 9 9 3 3

$ 5 0

, 0 0 0 $ 1 0 0

, 0 0 0 $ 1 5 0

, 0 0 0 $ 2 0 0

, 0 0 0 $ 2 5 0

, 0 0 0 $ 3 0 0

, 0 0 0 $ 3 5 0

, 0 0 0 $ 4 0 0

, 0 0 0 $ 4 5 0

, 0 0 0 $ 5 0 0

, 0 0 0

0 5 0 0 1

, 0 0 0 1

, 5 0 0 2

, 0 0 0 2

, 5 0 0

F e e d W a t e r F l o w R a t e ( b b l / d a y )SystemCapitalCost

F i g u r e A H

- 3 : H E E P M TM c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

e e d w a t e r f

l o w r a t e s g r e a t e r t h a n 2 3 8

b b l / d a y a n d l e s s t h a n o r e q u a l t o 2

, 3 8 1 b b l / d a y

2 3 8 1 < Q < 2 3 8 1 0

y = 1 6 0

. 9 9 x + 2 5 9 9 3 2

R 2

= 0

. 9 9 7 9

$ 5 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 2

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 2

, 5 0 0

, 0 0 0 $ 3

, 0 0 0

, 0 0 0

2

, 5 0 0 5

, 0 0 0 7

, 5 0 0 1 0

, 0 0 0 1 2

, 5 0 0 1 5

, 0 0 0 1 7

, 5 0 0 2 0

, 0 0 0 2 2

, 5 0 0 2 5

, 0 0 0

F e e d W a t e r F l o w R a t e ( b b l

/ d a y )SystemCapitalCost

C C

_ a d j u s t e d

E s t i m a t e p t s

F i g u r e A H

- 4 : H E E P M TM c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

e e d w a t e r f

l o w r a t e s g r e a t e r t h a n 2

, 3 8 1

b b l / d a y a n d l e s s t h a n o r e q u a l t o 2 3

, 8 1 0 b b l / d a y1 5 8 2 3 8 1 0 < Q

y = 1 1 1

. 4 7 x

R 2

= 1

$ 4

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 5

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 6

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 7

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 8

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 9

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 0

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 1

, 0 0 0

, 0 0 0

4 0

, 0 0 0 6 0

, 0 0 0 8 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0

F e e d W a t e r F l o w R a t e ( b b l / d a y )SystemCapitalCost

C C

_ a d j u s t e d

E s t i m a t e p t s

F i g u r e A H

- 5 : H E E P M TM c a p i t a l c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

e e d w a t e r f

l o w r a t e s g r e a t e r t h a n 2 3

, 8 1 0

b b l / d a y

$ 1

, 0 0 0 $ 1 0

, 0 0 0 $ 1 0 0

, 0 0 0 $ 1

, 0 0 0

, 0 0 0 $ 1 0

, 0 0 0

, 0 0 0

1

, 0 0 0 1 0

, 0 0 0 1 0 0

, 0 0 0 1

, 0 0 0

, 0 0 0

F e e d W a t e r F l o w R a t e ( b

b l / d a y ) 3 5 0 0 0

2 0 0 0 0

1 0 0 0 0

5 0 0 0

1 5 0 0

F i g u r e A H

- 6 : H E E P M TM o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s a s a f u n c t i o n o f f

e e d T D S a n d f

l o w

r a t e w i t h a n e f

f l u e n t T D S e q u a l t o 5 0 0 m g / L

. ( E E T

, 2 0 0 6 )

.

E x p l a n a t i o n o

f E l e c t r i c a l U

s e e s t i m a t i o n f

o r H E E P M

E E T C o r p

. p r o v i d e d e l e c t r i c a l u s e d a t a f o r a s y s t e m t r e a t i n g 4 4 0 0 m g / L f e e d T D S f

r o m

t h e e s t i m a t e T a b l e A H

- 2

. T h e e l e c t r i c a l u s e w a s 1

. 1 6 k W

- h r / b b l

. E E T C o r

p a l s o p r o v i d e d F i g u r e1 5 9

A H

- 6 w h i c h r e l a t e s o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s t o f e e d T D S a n d f

e e d w a t e r f

l o w r a t e

.

T h e s e s o u r c e s w e r e u s e d i n t h e f o l l o w i n g w a y t o d e t e r m i n e e l e c t r i c a l a n d o t h e r c o s t s

.

1 ) T h e t o t a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t w a s f o u n d f r o m t h e e s t i m a t e

, a n d F i g u r e A H

- 6

f o r a f e e d w a t e r f

l o w r a t e e q u a l t o 1 5 0 0 0 b b l / d a y a n d f e e d T D S e q u a l t o 4 4 0 0 m g / L

.

T h e r e s u l t i n g a n n u a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t s w e r e $ 5 0 0

, 0 0 0 / y r f r o m F i g u r e A H

6 a n d $ 8 9 6

, 2 1 6 / y r f

r o m t h e e s t i m a t e

.

2 ) A r a t i o ( r a t i o 1 ) w a s f o u n d b e t w e e n t h e s e n u m b e r s e q u a l t o 1

. 7 9

.

3 ) T h e e l e c t r i c a l c o s t p e r y e a r w a s d e t e r m i n e d f r o m t h e e s t i m a t e t o b e $ 5 0 5

, 8 9 0 / y r a t a u n i t

c o s t o f $ 0

. 0 8 /

k W

- h r

.

4 ) A r a t i o ( r a t i o 2 ) w a s f o u n d b e t w e e n e l e c t r i c a l c o s t a n d t o t a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e

c o s t f r o m t h e e s t i m a t e ( $ 8 9 6

, 2 1 6 / y r ) e q u a l t o 0

. 5 6

5 ) T h e a c t u a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r e a c h T D S r e g i m e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e A H

6 w e r e a d j u s t e d w i t h r a t i o 1 t o g i v e t h e a c t u a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t f o r P R B

C B M w a t e r s

.

6 ) T h e e l e c t r i c a l c o s t w a s f o u n d b y m u l t i p l y i n g t h e a c t u a l o p e r a t i n g a n d m a i n t e n a n c e c o s t

b y r a t i o 2

.

7 ) T h e e l e c t r i c a l c o s t w a s d i v i d e d b y t h e u n i t c o s t o f e l e c t r i c i t y $ 0

. 0 8 / k W

- h r

.

8 ) T h e s e s t e p s w e r e r e p e a t e d f o r s e v e r a l f

l o w s a n d a l l T D S r e g i m e s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e

A H

- 6 t o d e v e l o p a f

u n c t i o n r e l a t i n g e l e c t r i c a l u s a g e t o f e e d T D S c o n c e n t r a t i o n F i g u r e 3

-

2 6 a n d E q u a t i o n 3

. 6 3

.

E x p l a n a t i o n o

f A l k a l i n i t y u s e d t o d e t e r

m i n e S u l f u r i c a c i d do s e f

o r H E E P M

T h e e s t i m a t e p r o v i d e d b y E E T C o r p

. w a s f o r a w a t e r w i t h a f

e e d T D S c o n c e n t r a t i o n

e q u a l t o 4 4 0 0 m g / L

. T h e a l k a l i n i t y o f t h i s w a t e r w a s n o t p r o v i d e d

. T o d e t e r m i n e t h e a l k a l i n i t y o f1 6 0

t h i s w a t e r b a s e d o n f

e e d T D S a l o n e t h e f

o l l o w i n g w a s d o n e

.

1 ) T h e r a t i o o f a l k a l i n i t y ( 2 3 2 0 m g / L ) t o f e e d T D S ( 2 0 1 0 m g / L ) f

o r P o w d e r R i v e r H i g h i n

T a b l e 2

- 1 w a s f

o u n d

.

2 ) T h e f

e e d T D S f

o r t h e w a t e r i n t h e e s t i m a t e w a s m u l t i p l i e d b y t h e r a t i o ( 1

. 1 5 4 )

3 ) T h e r e s u l t i n g v a l u e i s t h e a s s u m e d a l k a l i n i t y o f t h e w a t e r i n t h e e s t i m a t e ( 5 0 7 8 m g / L a s

C a C O 3 )

.1 6 1

A P P E N D I X B : B R I N E M A N A G E M E N T A N A L Y S I S

E n e r g y R e q u i r e d t o E v a p o r a t o r w a t e r w i t h a n d w i t h o u t a n e v a p o r a t o r

E v a p o r a t i o n w / o a n e v a p o r a t o r :

E n e r g y r e q u i r e d t o e v a p o r a t e 1 L o f w a t e r f r o m a n i n i t i a l t e m p e r a t u r e e q u a l t o 1 9 o C :

E n e r g y t o 1 0 0 o C

= ( m a s s w a t e r

, 1 k g ) ( s p e c i f i c h e a t

, 4

. 1 8 7 k J k g - 1 o C

- 1 ) ( 1 0 0 o C

- 1 9 o C )

E n e r g y t o 1 0 0 o C

= 3 3 9 k J

E n e r g y t o b o i l w a t e r t o s t e a m = ( h e a t o f v a p o r i z a t i o n

, 2 2 7 0 k J / k g ) ( m a s s w a t e r

, 1 k g )

E n e r g y t o b o i l w a t e r t o s t e a m = 2 2 7 0 k J

T o t a l E n e r g y R e q u i r e d

= 3 3 9 k J + 2 2 7 0 k J

= 2 6 0 9 k J

= 0

. 7 2 5 k

W

- h r / L d i s t i l l a t e

E v a p o r a t i o n w / a n e v a p o r a t o r :

b r i n e o f L h r k W 0 3 3

. 0

L 3

. 7 8 g a l 1

g a l 4 2 b b l 1

b r i n e o f b b l h r k W 5

. 2 6 E n e r g y −

= ⋅ ⋅ −

=

C o n c e n t r a t e f

r o m 2 % t o 2 0 % s o l i d s b y w e i g h t

A s s u m e : b r i n e d e n s i t y = 1 0 0 0 g / L

2 %  9 8 0 g w a t e r a n d 2 0 g s o l i d s

2 0 %  8 0 g w a t e r a n d 2 0 g s o l i d s

W a t e r R e m o v e d f

r o m 1 L o f b r i n e a s d i s t i l l a t e = ( 9 8 0 g

– 8 0 g ) ( 1 L / 1 0 0 0 g )

= 0

. 9 L

D i s t i l l a t e o f L h r k W 0

. 0 3 6 7

D i s t i l l a t e o f L 0

. 9 b r i n e o f L 1

b r i n e o f L h r k W 0

. 0 3 3 E n e r g y −

= ⋅ −

=1 6 2

A P P E N D I X C : L I S T O F R E V I E W E D W Y P D E S P E R M I T S

A c t i v e W Y P D E S p e r m i t s r e v i e w e d :

0 0 4 3 9 5 8

, 0 0 4 4 3 0 0

, 0 0 5 1 9 3 4

, 0 0 5 0 2 7 0

, 0 0 5 3 9 4 5

, 0 0 4 2 4 1 2

, 0 0 4 1 6 1 1

, 0 0 4 6 3 1 1

, 0 0 3 7 6 9 9

,

0 0 3 9 6 4 1

, 0 0 4 7 5 9 7

.

W a t e r s h e d b a s e d p e r m i t s r e v i e w e d :

P u m p k i n C r e e k

, F o u r M i l e C r e e k

, W i l l o w C r e e k

, F e n c e C r e e k

, C l e a r C r e e k

.

W a t e r s h e d b a s e d p e r m i t s i n p e r m i t t i n g p r o c e s s r e v i e w e d :

L o w e r T o n g u e R i v e r

, C r a z y W o m a n C r e e k

, D e a d h o r s e C r e e k

.1 6 3

A P P E N D I X D : F a c t o r i a l d e s i g n e x p e r i m e n t a l s e t u p s a n d t o o l b o x r e s u l t s

T a b l e D

- 1 : R e v e r s e o s m o s i s f a c t o r i a l d e s i g n w i t h r e s p o n s e s

R u n A c i d C o s t

,

$ / t o n M e m b r a n e

C o s t

, $ / b b l F a c i l i t y L i f

e

,

y r B r i n e C o s t

,

$ / b b l N a R e m o v e d

,

m g / L F l o w

,

b b l / d a y E l e c t r i c

,

$ / k W

- h r R e s p o n s e

$ / b b l

1 2 5 0 0

. 0 3 4 1 0 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 9 2

2 2 5 0 0

. 0 3 4 1 0 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 7

3 1 3 5 0

. 0 1 7 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 2 0 1

4 2 5 0 0

. 0 1 7 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 9 4

5 2 5 0 0

. 0 1 7 1 0 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 9

6 2 5 0 0

. 0 3 4 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 2 8

7 2 5 0 0

. 0 3 4 1 0 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 4

8 1 3 5 0

. 0 1 7 1 0 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 3 9

9 2 5 0 0

. 0 3 4 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 2 6

1 0 2 5 0 0

. 0 3 4 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 2 4

1 1 2 5 0 0

. 0 1 7 1 0 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 5 8

1 2 1 3 5 0

. 0 3 4 1 0 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 3 4

1 3 1 3 5 0

. 0 3 4 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 4 6

1 4 1 3 5 0

. 0 1 7 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 2 3

1 5 1 3 5 0

. 0 1 7 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 5 8

1 6 2 5 0 0

. 0 1 7 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 5 8

1 7 2 5 0 0

. 0 3 4 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 2 0 5

1 8 2 5 0 0

. 0 1 7 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 3 1

1 9 1 3 5 0

. 0 1 7 5 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 3 7

2 0 2 5 0 0

. 0 3 4 1 0 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 3 1

2 1 2 5 0 0

. 0 1 7 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 3 8

2 2 1 3 5 0

. 0 1 7 1 0 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 5 5

2 3 2 5 0 0

. 0 3 4 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 2 4

2 4 2 5 0 0

. 0 1 7 1 0 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 1 2

2 5 1 3 5 0

. 0 3 4 1 0 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 3 3

2 6 1 3 5 0

. 0 1 7 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 3 9

2 7 1 3 5 0

. 0 3 4 5 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 2 6

2 8 1 3 5 0

. 0 3 4 1 0 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 0 1

2 9 1 3 5 0

. 0 1 7 1 0 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 3 1

3 0 2 5 0 0

. 0 3 4 5 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 2 4

3 1 2 5 0 0

. 0 3 4 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 4 4

3 2 2 5 0 0

. 0 1 7 1 0 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 2 4

3 3 2 5 0 0

. 0 1 7 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 5 1

3 4 1 3 5 0

. 0 3 4 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 9 2

3 5 1 3 5 0

. 0 3 4 1 0 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 6 7

3 6 1 3 5 0

. 0 1 7 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 2 4

3 7 1 3 5 0

. 0 3 4 5 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 3

3 8 1 3 5 0

. 0 1 7 1 0 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 8 8

3 9 1 3 5 0

. 0 3 4 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 3 5

4 0 1 3 5 0

. 0 1 7 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 2 4

4 1 1 3 5 0

. 0 1 7 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 1 2 4

4 2 1 3 5 0

. 0 1 7 5 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 2 3

4 3 1 3 5 0

. 0 1 7 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 4 3

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. 0 3 11 6 4

T a b l e D

- 2 : I o n E x c h a n g e f a c t o r i a l d e s i g n w i t h r e s p o n s e s

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T a b l e D

- 3 : E l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l f a c t o r i a l d e s i g n w i t h r e s p o n s e s

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. 1 1 21 6 6

T a b l e D

- 4 : H E E P M f

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b b l / d a y E l e c t r i c

,

$ / k W

- h r R e s p o n s e

$ / b b l

1 1 3 5 0

. 0 2 5 2 5 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 5 2

2 1 3 5 0

. 0 1 2 6 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 2 3 1

3 2 5 0 0

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. 0 7 0

. 1 6 4

4 1 3 5 0

. 0 1 2 6 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 3 7

5 2 5 0 0

. 0 2 5 2 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 2 1 6

6 1 3 5 0

. 0 1 2 6 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 4 4

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. 2 1 0

. 2 9 9

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. 0 2 5 2 1 0 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 4

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. 2 1 0

. 0 5 6

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. 2 1 0

. 0 7 3

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. 0 7 0

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. 0 7 0

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. 2 1 0

. 2 2

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. 0 7 0

. 1 7 4

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. 0 2 5 2 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 2 4 7

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. 0 1 2 6 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 7 2

1 7 2 5 0 0

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. 0 7 0

. 0 5 9

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. 2 1 0

. 0 4 7

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. 2 1 0

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2 0 1 3 5 0

. 0 2 5 2 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 2 4 4

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. 0 7 0

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. 0 7 0

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. 2 1 0

. 2 3 6

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. 2 1 0

. 2 9 6

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. 2 1 0

. 0 7

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. 0 2 5 2 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

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. 2 1 0

. 0 5 7

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. 2 1 0

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. 2 1 0

. 1 9 7

3 0 1 3 5 0

. 0 1 2 6 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 5 7

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. 0 7 0

. 0 4 1

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. 0 7 0

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. 0 7 0

. 0 4 1

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. 2 1 0

. 2 2 5

3 5 2 5 0 0

. 0 2 5 2 1 0 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 3 5

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. 0 7 0

. 0 3 8

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. 0 2 5 2 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 4

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. 0 7 0

. 0 5 3

3 9 1 3 5 0

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. 2 1 0

. 2 7 2

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. 0 1 2 6 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 5 8

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. 0 1 2 6 1 0 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 5 2

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. 0 2 5 2 5 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 7 3

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. 0 1 2 6 1 0 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 6 6

4 4 2 5 0 0

. 0 1 2 6 5 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 5 8

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. 0 2 5 2 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 4 7

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. 0 7 0

. 0 3 3

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. 0 7 0

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. 0 7 0

. 1 4 5

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. 2 1 0

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. 0 7 0

. 1 2 4

5 1 2 5 0 0

. 0 2 5 2 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 6

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. 0 7 0

. 1 4 8

5 3 2 5 0 0

. 0 2 5 2 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 1 8 7

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. 2 1 0

. 2 7

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. 0 7 0

. 0 3 9

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. 2 1 0

. 2 3 8

5 7 1 3 5 0

. 0 2 5 2 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 2 7

5 8 2 5 0 0

. 0 2 5 2 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 3 1 2

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. 0 1 2 6 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 2 3 9

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. 0 2 5 2 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 5 1

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. 2 1 0

. 0 7 8

6 2 2 5 0 0

. 0 1 2 6 1 0 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 0 4 5

6 3 1 3 5 0

. 0 1 2 6 5 1 5 0 0 1 0 0 0 0 0

. 0 7 0

. 2

6 4 2 5 0 0

. 0 2 5 2 1 0 5 1 0 0 1 0 0 0 0 0

. 2 1 0

. 0 5 91 6 7

T a b l e D

- 5 : S e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n f l u e n t w a t e r c h e m i s t r y

C o n s t i t u e n t C o n c e n t r a t i o n U n i t s

T o t a l d i s s o l v e d s o l i d s 1 0 7 4 m g / L

F

– 7 4 7 μ g / L

C l

– 1 0 m g / L

S O 4 2

– 3 m g / L

B r 4 6 μ g / L

A l k a l i n i t y ( a s C a C O 3 ) 6 7 4 m g / L

N H 4 + 2 m g / L

C a 2 + 2 3 m g / L

K 6 m g / L

M g 2 + 1 2 m g / L

N a + 6 0 0 m g / L

B a 2 + 4 4 1 μ g / L

F e 6 2 1 μ g / L

S i 3 m g / L

S r 5 2 3 μ g / L

A l 6 μ g / L

A s 2 μ g / L

S e 1 μ g / L

B 5 1 μ g / L

C u 1 2 μ g / L

M o 1 μ g / L

M n 1 4 μ g / L

C r 4 3 μ g / L

Z n 1 1 μ g / L1 6 8

T a b l e D

- 6 : E l e c t r o d i a l y s i s r e v e r s a l f a c t o r i a l d e s i g n w i t h r e s p o n s e s ( l a b o r i n c l u d e d )

R u n E l e c t r i c B r i n e F a c i l i t y L i f e F l o w r a t e S o d i u m R e m o v e d M e m b r a n e C o s t L a b o r C o s t R e s p o n s e $ / k W

- h r $ /

b b l b r i n e y r b b l / d a y m g / L $ / b b l $ /

b b l $ /

b b l

1 0

. 0 7 5 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 1 0 4

2 0

. 2 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 1 0 3

3 0

. 0 7 5 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 0 9 6 0

. 0 7 5

4 0

. 2 1 1 1 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 0 9 6 0

. 1 0 8

5 0

. 0 7 1 1 0 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 0 9 6 0

. 0 6 9

6 0

. 2 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 1 7 7 0

. 0 8 6

7 0

. 2 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 0 9 6 0

. 0 7 4

8 0

. 0 7 5 1 0 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 0 9 2

9 0

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. 0 0 5 0 4 0

. 0 1 7 7 0

. 1 7 5

1 0 0

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. 0 0 5 0 4 0

. 0 1 7 7 0

. 1 1 5

1 1 0

. 2 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 1 7 7 0

. 1 0 7

1 2 0

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. 0 0 5 0 4 0

. 0 1 7 7 0

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. 0 0 5 0 4 0

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. 1 7 6

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. 0 0 5 0 4 0

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1 5 0

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. 0 0 2 5 2 0

. 0 0 9 6 0

. 1 0 2

1 6 0

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. 0 0 2 5 2 0

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. 0 1 7 7 0

. 1 8 1

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. 0 0 2 5 2 0

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2 0 0

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. 2 0 2

2 1 0

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. 0 1 7 7 0

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. 0 0 5 0 4 0

. 0 1 7 7 0

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. 0 1 7 7 0

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. 0 1 7 7 0

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. 0 0 5 0 4 0

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4 3 0

. 2 1 5 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 1 7 7 0

. 1 2 1

4 4 0

. 2 1 5 5 1 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 1 7 7

4 5 0

. 0 7 5 1 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 0 9 6 0

. 1 1 2

4 6 0

. 2 1 1 5 1 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 1 7 7 0

. 1 7 4

4 7 0

. 0 7 1 5 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 1 1 1

4 8 0

. 0 7 1 1 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 1 7 7 0

. 1 0 2

4 9 0

. 2 1 1 5 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 1 1 6

5 0 0

. 0 7 1 5 1 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 1 7 7 0

. 1 6 9

5 1 0

. 0 7 1 5 1 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 0 9 6 0

. 1 5 7

5 2 0

. 0 7 1 5 1 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 1 5 6

5 3 0

. 2 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 1 7 7 0

. 0 9 1

5 4 0

. 2 1 1 5 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 0 9 6 0

. 1 2 2

5 5 0

. 2 1 5 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 1 7 7 0

. 0 9 2

5 6 0

. 0 7 5 5 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 1 1 7

5 7 0

. 2 1 5 1 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 1 7 7 0

. 1 3 5

5 8 0

. 2 1 1 5 1 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 1 7 7 0

. 1 8

5 9 0

. 2 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 0 8 7

6 0 0

. 0 7 1 5 1 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 1 7 7 0

. 1 6

6 1 0

. 2 1 5 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 0 8 8

6 2 0

. 2 1 5 1 0 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 1 7 7 0

. 1 1 4

6 3 0

. 2 1 5 1 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0

. 0 0 5 0 4 0

. 0 0 9 6 0

. 1 3 1

6 4 0

. 0 7 1 5 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

. 0 0 2 5 2 0

. 0 0 9 6 0

. 1 0 31 6 9

T a b l e D

- 7 : E D R f

a c t o r i a l d e s i g n a n d A N O V A r e s u l t s w i t h l a b o r i n c l u d e d

. d f i s t h e d e g r e e s o f

f r e e d o m

. T o t a l d e g r e e s o f f r e e d o m e q u a l s 6 3

.

T e r m E f f e c t S u m o f S q u a r e s % C o n t r i b u t i o n F

- v a l u e P r o b > F

A

- E l e c t r i c 0

. 0 1 1 9 1 0

. 0 0 2 2 6 8 3

. 0 0 6 6 5 0 < 0

. 0 0 0 1

B

- B r i n e D i s p o s a l 0

. 0 1 4 7 8 0

. 0 0 3 4 9 6 4

. 6 2 1 0 2 4 9 < 0

. 0 0 0 1

C

- F a c i l i t y L i f

e

- 0

. 0 5 1 0 3 0

. 0 4 1 6 6 7 5 5

. 1 1 2 2 1 5 6 < 0

. 0 0 0 1

D

- F l o w r a t e

- 0

. 0 3 7 2 2 0

. 0 2 2 1 6 4 2 9

. 3 6 4 9 7 8 < 0

. 0 0 0 1

E

- S o d i u m R e m o v e d 0

. 0 1 1 2 8 0

. 0 0 2 0 3 6 2

. 6 9 5 9 7 0 < 0

. 0 0 0 1

F

- M e m b r a n e C o s t 0

. 0 0 3 9 1 0

. 0 0 0 2 4 4 0

. 3 2 7 1 6 < 0

. 0 0 0 1

G

- L a b o r C o s t 0

. 0 0 7 8 4 0

. 0 0 0 9 8 4 1

. 3 0 2 8 8 6 < 0

. 0 0 0 1

A E 0

. 0 0 2 2 8 0

. 0 0 0 0 8 3 0

. 1 1 2 4 4 < 0

. 0 0 0 1

B E 0

. 0 0 4 1 6 0

. 0 0 0 2 7 6 0

. 3 7 8 1 0 < 0

. 0 0 0 1

C D 0

. 0 1 2 3 4 0

. 0 0 2 4 3 8 3

. 2 2 7 1 4 7 < 0

. 0 0 0 1

R e s i d u a l s ( d f

= 5 3 ) 0

. 0 0 0 3 1 0

. 0 0 0 0 1 7 0

. 0 2

T o t a l

- 0

. 0 1 9 4 4 0

. 0 7 5 6 7 4 1 0 01 7 0

A P P E N D I X E : U N I T S A N D U N I T C O N V E R S I O N S

S y m b o l D e f i n i t i o n E q u a l t o :

b b l b a r r e l 4 2 g a l

g a l g a l l o n 3

. 7 8 L

L l i t e r 0

. 0 0 1 m 3

f t 3 c u b i c f o o t 7

. 4 2 g a l

m 2 s q u a r e m e t e r 1 0

. 7 6 f t 2

m 3 c u b i c m e t e r 2 6 4

. 2 g a l

g p d g a l l o n s p e r d a y 1 4 4 0 g p m

g p m g a l l o n s p e r m i n u t e

m g d m i l l i o n g a l l o n s p e r d a y 1

, 0 0 0

, 0 0 0 g p d

b p d b a r r e l s p e r d a y 4 2 g p d

b b l / d a y b a r r e l s p e r d a y

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