Effect of frother type and concentration on the water recovery and entrainment recovery relationship

A study was undertaken to determine the effects of five industrial frothers on the relationship between entrainment recovery and water recovery. The experiments were conducted using a Batequip rectangular 60-L steel flotation cell that was run in parallel with the first cell in a copper/silver prefloat rougher circuit. The concentration of the frothers ranged from 2.5 to 8.4 g/t. The experiments were repeated at three different froth depths. A power function was found to fit this relationship with no discontinuity in the relationship caused by the changes in frother type and concentration and froth depth.

Maximizing of water recovery in nanofiltration of mine process waters by using antiscalants

Reverse osmosis and nanofiltration are among the most effective and widely used desalination and water softening technologies. They can also be used to treat mining wastewaters and are capable of producing water of extremely high purity, regardless of the high concentrations of toxic heavy metals and extreme pH and salinity. However, challenges with recovering the salts and metals from mining wastewaters in exploitable form, as well as problems with scaling still limit the process efficiency and the ratio of purified water recoverable from process waters. To address the problem of membrane scaling caused by calcium sulfate, batch filtration experiments with the Desal-5 DL nanofiltration membrane, three commercial antiscalants and actual mine process water from a copper mine were performed. The aim of these experiments was to find process conditions where maximum water recovery would be achieved before significant scaling or irreversible membrane fouling would occur and to further improve water recovery by addition of antiscalants. Water recovery of 70 % was reached with the experimental setups by optimizing process conditions. PC-504T antiscaling agent was determined to be the most effective of the three antiscalants used and the addition of 5 ppm of PC-504T allowed the water recovery to be further increased from 70 % to 85 % before major scaling was observed. In these conditions 92 % calcium rejection was achieved.

An evaluation of different models of water recovery in flotation

Water recovery is one of the key parameters in flotation modelling for the purposes of plant design and process control, as it determines the circulating flow and residence time in the individual process units in the plant and has a significant effect on entrainment and froth recovery. This paper reviews some of the water recovery models available in the literature, including both empirical and fundamental models. The selected models are tested using the data obtained from the experimental work conducted in an Outokumpu 3 m(3) tank cell at the Xstrata Mt Isa copper concentrator. It is found that all the models fit the experimental data reasonably well for a given flotation system. However, the empirical models are either unable to distinguish the effect of different cell operating conditions or required to determine the empirical model parameters to be derived in an existing flotation system. The model developed by [Neethling, SJ., Lee, H.T., Cilliers, J.J., 2003, Simple relationships for predicting the recovery of liquid from flowing foams and froths. Minerals Engineering 16, 1123-1130] is based on fundamental understanding of the froth structure and transfer of the water in the froth. It describes the water recovery as a function of the cell operating conditions and the froth properties which can all be determined on-line. Hence, the fundamental model can be used for process control purposes in practice. By incorporating additional models to relate the air recovery and surface bubble size directly to the cell operating conditions, the fundamental model can also be used for prediction purposes. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Modelling of entrainment in industrial flotation cells: Water recovery and degree of entrainment

Entrainment in flotation can be considered as a two-step process, including the transfer of the suspended solids in the top of the pulp region just below the pulp-froth interface to the froth phase and the transfer of the entrained particles in the froth phase to the concentrate. Both steps have a strong classification characteristic. The degree of entrainment describes the classification effect of the drainage process in the froth phase. This paper briefly reviews two existing models of degree of entrainment. Experimental data were collected from an Outokumpu 3 m(3) tank cell in the Xstrata Mt. Isa Mines copper concentrator. The data are fitted to the models and the effect of cell operating conditions including air rate and froth height on the degree of entrainment is examined on a size-by-size basis. It is found that there is a strong correlation between the entrainment and the water recovery, which is close to lineal. for the fines. The degree of entrainment decreases with increase in particle size. Within the normal range of cell operating conditions, few particles coarser than 50 mu m are recovered by entrainment. In general, the degree of entrainment increases with increase in the ail rate and decreases with increase in the froth height. Air rate and froth height strongly interact with each other and affect the entrainment process mainly via changes in the froth retention time, the froth structure and froth properties. As a result, other mechanisms such as entrapment may become important in recovering the coarse entrained particles. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Direct drinking water treatment by spiral-wound ultrafiltration membranes

This paper presents the results of a research on direct drinking water treatment through an ultrafiltration pilot plant unit using spiral-wound membranes (3500 MWCO). The source of water is the Guarapiranga Reservoir, an eutrophicated water body located in the metropolitan region of Sao Paulo, Brazil. The data were collected during a period of almost 3400 h, from August 2005 to January 2006. The main objective of the study was to evaluate the membrane production capacity and contaminant removal efficiency. It was verified that the system was able to produce a high quality permeate with a flow close to the specified by the membrane manufacturer. The average permeate flow was 19.7 L.h(-1).m(-2), at 467 kPa and 25 degrees C, with a global water recovery of almost 85%. The removal efficiencies for TOC, UV light absorption, and turbidity were 85%, 56%, and 95%, respectively. The results provide substantial evidence of the technical feasibility of spiral-wound UF membranes for direct drinking water treatment from euthrophicated sources, as an alternative for conventional drinking water treatment systems.

The modelling of froth zone recovery in batch and continuously operated laboratory flotation cells

This paper proposes an integrated methodology for modelling froth zone performance in batch and continuously operated laboratory flotation cells. The methodology is based on a semi-empirical approach which relates the overall flotation rate constant to the froth depth (FD) in the flotation cell; from this relationship, a froth zone recovery (R,) can be extracted. Froth zone recovery, in turn, may be related to the froth retention time (FRT), defined as the ratio of froth volume to the volumetric flow rate of concentrate from the cell. An expansion of this relationship to account for particles recovered both by true flotation and entrainment provides a simple model that may be used to predict the froth performance in continuous tests from the results of laboratory batch experiments. Crown Copyright (C) 2002 Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Enhancing spiral-wound ultrafiltration performance for direct drinking water treatment through operational procedures improvement: A feasible option for the Sao Paulo Metropolitan Region

This work aimed to evaluate the influence of specific operational conditions on the performance of a spiral-wound ultrafiltration pilot plant for direct drinking water treatment, installed at the Guarapiranga's reservoir, in the Sao Paulo Metropolitan Region. Results from operational tests showed that the volume of permeate produced in the combination of periodic relaxation with flushing and chlorine dosage procedures was 49% higher than the volume obtained when these procedures were not used. Two years of continuous operation demonstrated that the ultrafiltration pilot plant performed better during fall and winter seasons, higher permeate flow production and reduced chemical cleanings frequency. Observed behavior seems to be associated with the algae bloom events in the reservoir, which are more frequent during spring and summer seasons, confirmed by chlorophyll-a analysis results. Concentrate clarification using ferric chloride was quite effective in removing NOM and turbidity, allowing its recirculation to the ultrafiltration feed tank. This procedure made it possible to reach almost 99% water recovery considering a single 54-hour recirculation cycle. Water quality monitoring demonstrated that the ultrafiltration pilot plant was quite efficient, and that potential pathogenic organisms, Escherichia coil and total coliforms, turbidity and apparent color removals were 100%, 95.1%, and 91.5%, respectively. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Comparison of configurations for high-recovery inland desalination systems

Desalination of brackish groundwater (BW) is an effective approach to augment water supply, especially for inland regions that are far from seawater resources. Brackish water reverse osmosis (BWRO) desalination is still subject to intensive energy consumption compared to the theoretical minimum energy demand. Here, we review some of the BWRO plants with various system arrangements. We look at how to minimize energy demands, as these contribute considerably to the cost of desalinated water. Different configurations of BWRO system have been compared from the view point of normalized specific energy consumption (SEC). Analysis is made at theoretical limits. The SEC reduction of BWRO can be achieved by (i) increasing number of stages, (ii) using an energy recovery device (ERD), or (iii) operating the BWRO in batch mode or closed circuit mode. Application of more stages not only reduces SEC but also improves water recovery. However, this improvement is less pronounced when the number of stages exceeds four. Alternatively and more favourably, the BWRO system can be operated in Closed Circuit Desalination (CCD) mode and gives a comparative SEC to that of the 3-stage system with a recovery ratio of 80%. A further reduction of about 30% in SEC can be achieved through batch-RO operation. Moreover, the costly ERDs and booster pumps are avoided with both CCD and batch-RO, thus furthering the effectiveness of lowering the costs of these innovative approaches. © 2012 by the authors.

Estudo económico-financeiro sobre a implementação de sistemas de uso eficiente da água numa habitação

Trabalho de Projecto de Natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Testing of Vacuum Drum Filter

Tämän diplomityön tavoitteena oli testata ja optimoida erään alipainerumpusuodattimen toimivuutta, ja lisäksi maksimoida tuottavuus ja vertailla erilaisten pesumenetelmientehokkuutta. Testilietteiden ¿ rautarikasteen ja täyteainepastan ¿ karakterisointi oli myös tärkeää. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin lyhyesti neste-kiintoaine-erotuksen teoriaa, erityisesti alipainesuodatusta ja alipainerumpusuodattimia. Lisäksi käsiteltiin kapillaarisuodatuksen toimintaperiaatteita sekä selvitettiin kaivosteollisuuden veden talteenottokeinoja, kiintoainejäämien käsittelymenetelmiä ja Chilen kaivosteollisuuden nykytilaa. Työn kokeellinen osa suoritettiin käyttämällä raskaita ja kiintoainepitoisuuksiltaan korkeita lietteitä, eli rautarikastetta ja täyteainepastaa. Kokeet suoritettiin erityisellä alipainerumpusuodattimella, joka oli muokattu perinteisestäpäältä syötettävästä alipainerumpusuodattimesta. Kokeissa tutkittiin pyörimisnopeuden ja erilaisten pesumenetelmien vaikutusta kakun kosteuteen ja suodatuskapasiteettiin. Koelietteiden karakterisointi suoritettiin analysoimalla partikkelikokojakauma, kiintoainepitoisuus, metallipitoisuus ja koostumus. Kokeiden perusteella havaittiin, että rummun pyörimisnopeudella ja lietteen kiintoainepitoisuudella on merkittävä vaikutus suodatuskapasiteettiin ja kakun kosteuspitoisuuteen. Havaittiin myös, että kakun kosteuspitoisuuksissa ja rummun suodatuskapasiteeteissa oli eroja, kun verrattiin eri suodatinväliaineen pesumenetelmiä. Täten oikean pesumenetelmän valinta on tärkeää, ja sillä pystytään lisäämään suodatinväliaineen käyttöikää.

Paperikoneen vesi- ja energiatehokkuuden parantaminen

Työn tavoitteena oli laatia reaaliaikaiset vesi- ja energiatasenäytöt Stora Enso PublicationPaper Veitsiluodon tehtaalle, paperikone 5:lle. Tavoitteena oli myös simuloida kyseisen paperikonelinjan vesitase. Aluksi työssä piirrettiin lohkokaaviot taseita varten paperikoneen kaikista vettä tai energiaa sisältävistä jakeista. Näitä yksinkertaistettuja lohkokaavioita hyväksi käyttäen laadittiin taseidenlaskentakaavat, jotka testattiin tarkastuslaskelmien avulla. Vesi- ja energiataseista tehtiin myös suunnitelmat prosessinohjausjärjestelmän tasenäytöiksi. FlowMac-simulointiohjelmalla rakennetun paperikone 5 vesitaseen simulointimallin tulosten oikeellisuutta arvioitiin herkkyysanalyysin avulla. Tehdyn herkkyysanalyysin tuloksien perusteella voidaan olettaa, että simulointimalli toimii luotettavasti. Tämän vesitaseen simulointimallin avulla tarkasteltiin kiekkosuotimien uudistamisen vaikutuksia paperikonelinjan vesitaseeseen. Tarkastelussa huomattiin, että vaihtamalla kiekkosuotimien syöttöventtiilit kolmea jaetta tuottaviksi, voitaisiin flotaatioallas ja suihkuveden kaarisihti poistaa käytöstä. Tulevaisuudessa simulointimallia voidaan käyttää myös monilla muilla eri tavoin hyödyksi kyseisellä paperikoneella. Työssä laaditut vesi- ja energiataseet saatiin niin tarkoiksi kuin se nykyisiä mittauksia hyödyntäen on mahdollista. Jostaseita haluttaisiin tarkentaa, olisi paperikonelinjalle syytä lisätä joitakin mittauksia. Myös työssä tehty vesitaseen simulointi FlowMac:lla onnistui hyvin mutta kyseisessä ohjelmassa havaittiin silti joitakin kehittämistarpeita. Työn tuloksien perusteella vettä ja energiaa voitaisiin mahdollisesti säästää paperikone 5:llä esimerkiksi laimennussäätöisen perälaatikon avulla, kiekkosuotimien uusimisella sekä kenkäpuristimen käyttöönotolla. Jatkotutkimuskohteita voisivat olla esimerkiksi paperikone 5:n lämpötase, kemiallisesti puhdistetun veden tulolämpötilan nostaminen, hiomon suodosveden ylimääräisen lämmön hyödyntäminen paperikone 5 kirkassuodoksen lämmittämisen jälkeen, lämmön talteenotossa lämmitysvesikennon ja prosessivesikennon järjestyksen vaihtaminen sekä vastaavien vesi- ja energiataseiden laatiminen paperikone 1:lle ja hiomolle.

Jäähdytykseen ja täyssuolanpoistoon perustuva lauhteen puhdistus soodakattilalaitoksella

Tämän diplomityön oleellisempana tavoitteena oli tutkia ioninvaihtohartsien pitkäaikaista toiminnallista lämpötilakestävyyttä kirjallisuustutkimuksin ja kuormituskokein. Lisaksi työssä optimoitiin taloudellisesti ja teknisesti paras kytkentävaihtoehto soodakattilan lauhteenpuhdistuslaitokselle. Tässä diplomityössä selvitettiin myös soodakattilan ulospuhallusveden sisältämien veden jälkiannostelukemikaalien ja epäpuhtauksien vaikutusta ioninvaihtohartsien vanhenemiseen.; Ioninvaihtohartsien lämpötilakestävyyteen liittyvät koeajot suoritettiin Stora Enso Laminating Papers Oy Kotkan tehtaalla. Koeajoja varten oli erikseen suunniteltu koeajolaitteisto, jossa lauhdenäytettä puhdistettiin patruunasuotimella ja sekavaihtimella. Sekavaihtimessa käytettiin vahvoja anioni- ja kationihartseja. Koeajoja oli yhteensä neljäkappaletta ja niissä tutkittiin hartsien lämpötilakestävyyttä ja anionihartsin silikaatti-vuodon riippuvuutta lämpötilasta. Lämpötilakestävyyskoeajoissa käytetyt hartsit lähetettiin Rohm and Haasille analysoitavaksi. Lopulta koeajojen tuloksia verrattiin kirjallisuudessa esitettyihin aikaisempiin tutkimuksiin. Lauhteenpuhdistuslaitoksen kytkentävaihtoehtojen optimoinnissa käytettiin apuna Kotkan ja UPM-Kymmene Oyj Pietarsaaren tehtaiden kokemuksia. Kytkentävaihtoehtojen energiataseet laskettiin kuudelle eri laitokselle, joiden syöttöveden virtaukset olivat 37 -180 kg/s. Lisaksi selvitettiin kytkentävaihtoehtojen investointikustannukset ja kertakäyttöhartsien vuotuiset kustannukset laitokselle, jossa syöttöveden virtaus oli 67 kg/s. Ulospuhalluksen talteenottojärjestelmän energiataseet laskettiin kuudelle eri laitokselle, joiden syöttöveden virtaukset olivat 37 - 180 kg/s. Laskelmien lähtökohtana käytettiin kunkin soodakattilan ulospuhallusveden määriä, jotka selvitettiin tehdasvierailujen yhteydessä. Ulospuhallusveden epäpuhtauksien ja jälkiannostelukemikaalien pitoisuudet arvioitiin kattilaveden perusteella. Aikaisempien kokemusten perusteella arvioitiin, että ulospuhallusvesi johdettaisiin lisäveden valmistukseen ennen suolanpoistosarjoja. loninvaihtohartsien kuormituskokeiden ja kirjallisuustutkimusten perusteella oli selkeästi nähtävissä, että etenkin anionihartsin kapasiteetti heikkeni nopeasti lämpötilan ollessa yli 60 °C. Kationihartsin suolanpoistolle kriittinen lämpötilaraja on 100 °C.Lisäksi yli 60 °C:ssa anionihartsi ei pysty poistamaan silikaattia lauhteesta. Seuraavaksi on esitelty lauhteenpuhdistuslaitoksen optimikytkentävaihtoehdot sekä vanhoille että uusille laitoksille. Vanhalle laitokselle, jossa lauhteet on puhdistettu aikaisemmin mekaanisella suotimella ja lisäveden puhdistuksessa on käytetty sekavaihdinta, paras kytkentävaihto on erilliset sekavaihtimet lauhteelle ja lisävedelle. Uudelle ja vanhalle laitokselle, jossa lauhteet on puhdistettu aikaisemmin mekaanisella suotimella ja lisäveden puhdistuksessa ei ole käytetty sekavaihdinta, paras kytkentävaihto on yhteiset sekavaihtimet lauhteelle ja lisävedelle. Lauhteen puhdistuksessa käytetyt sekavaihtimen toimintalämpötila on 45 °C molemmissa kytkentävaihtoehdoissa. Kertakäyttöhartsien käyttö osoittautui suuressa mittakaavassa kannattamattomaksi. Tämä asia tarvinnee kuitenkin jatkotutkimuksia. Ulospuhallusveden talteenotolla saadaan energiasäästöä 6-53 k¤/a riippuenlaitoksesta. Etenkin soodakattilalaitoksissa, joissa soodakattila ja vedenkäsittelylaitos sijaitsevat lähellä toisiaan, kannattaa ulospuhallusvesi johtaa lisäveden valmistukseen. Jos edellä mainittujen laitosten etäisyydet kasvavat, saattavat ulospuhallusjärjestelmän investointi-kustannukset nousta kohtuuttoman suureksi. Tämä työ osoitti myös, että ulospuhallusveden epäpuhtauksilla ei ole merkittävää vaikutusta kemiallisesti puhdistetun veden laatuun ennen suolanpoistolaitosta ja ioninvaihtohartsien vanhenemiseen.

Redução do volume de vinhaça através do processo de evaporação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influence of Mechanical and Thermal Boundary Conditions on Stabilizing/Destabilizing Mechanisms in Evaporating Liquid Films

Liquid films, evaporating or non-evaporating, are ubiquitous in nature and technology. The dynamics of evaporating liquid films is a study applicable in several industries such as water recovery, heat exchangers, crystal growth, drug design etc. The theory describing the dynamics of liquid films crosses several fields such as engineering, mathematics, material science, biophysics and volcanology to name a few. Interfacial instabilities typically manifest by the undulation of an interface from a presumed flat state or by the onset of a secondary flow state from a primary quiescent state or both. To study the instabilities affecting liquid films, an evaporating/non-evaporating Newtonian liquid film is subject to a perturbation. Numerical analysis is conducted on configurations of such liquid films being heated on solid surfaces in order to examine the various stabilizing and destabilizing mechanisms that can cause the formation of different convective structures. These convective structures have implications towards heat transfer that occurs via this process. Certain aspects of this research topic have not received attention, as will be obvious from the literature review. Static, horizontal liquid films on solid surfaces are examined for their resistance to long wave type instabilities via linear stability analysis, method of normal modes and finite difference methods. The spatiotemporal evolution equation, available in literature, describing the time evolution of a liquid film heated on a solid surface, is utilized to analyze various stabilizing/destabilizing mechanisms affecting evaporating and non-evaporating liquid films. The impact of these mechanisms on the film stability and structure for both buoyant and non-buoyant films will be examined by the variation of mechanical and thermal boundary conditions. Films evaporating in zero gravity are studied using the evolution equation. It is found that films that are stable to long wave type instabilities in terrestrial gravity are prone to destabilization via long wave instabilities in zero gravity.

Carbon and nitrogen content of marine pore waters

We have developed sampling methods and an analytical system to determine the concentration of dissolved organic C (DOC) in marine pore waters. Our analytical approach is a modification of recently developed high-temperature, Pt-catalyzed oxidation methods; it uses Chromatographic trapping of the DOC-derived CO2 followed by reduction to CH4 and flame ionization detection. Sampling experiments with nearshore sediments indicate that pore-water separation by whole-core squeezing causes artificially elevated DOC concentrations, while pore-water recovery by sectioning and centrifugation does not appear to introduce DOC artifacts. Results from a set of northwestern Atlantic continental slope cores suggest that net DOC production accounts for >50% of the organic C that is recycled at the sediment-water interface.