Investigating the performance of a novel quadruple microbial desalination cell for petrochemical produced water desalination

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Petrochemical produced water (PPW) in oil and gas fields contains a high concentration of pollutants and represents one of the largest wastewater streams. Current treatment technologies for PPW are highly expensive and have limited applicability. Therefore, there is an urgent need for sustainable, cost-effective technologies to treat this water efficiently. The microbial desalination cell (MDC) is considered a cost-effective and eco-friendly alternative to conventional desalination and wastewater treatment methods. However, MDCs suffer from limitations such as small cell volume, low mass desalination rate, and high internal resistance. To address these limitations, a novel configuration called the quadruple microbial desalination cell (QMDC) has been developed. This configuration has the potential to generate higher current and treat high-salinity water. A new design of QMDC is proposed, featuring a large-volume single desalination chamber positioned at the center of the system. This chamber is equipped with multiple ion exchange membranes (IEMs) and is flanked by two anode and two cathode chambers. This arrangement is intended to enhance electric gradient forces and reduce internal resistance during operation. This research aims to evaluate the performance of the QMDC using NaCl and PPW in terms of current generation, power recovery, and desalination rate. In the first phase, a 35 g/L NaCl solution was treated in the QMDC using three connection modes: individual, parallel, and series. The results showed that the parallel configuration (PQMDC) achieved the highest average current and power density, with values of 16.55 mA and 2.68 W/m², respectively. In contrast, the individual configuration (IQMDC) produced the lowest average current of 6.62 mA. The findings also revealed that the system's internal resistance was highly sensitive to the connection mode. The lowest internal resistance was observed in PQMDC (29.5 Ω) compared to the other configurations. Additionally, the parallel connection achieved a high desalination rate of up to 45.89 mg/hr. Based on these results, PQMDC was selected as the optimal connection mode for operating the QMDC with high-salinity PPW. Further experiments using PPW as the saline feed in PQMDC demonstrated high current generation (45.74 mA), a maximum power density of 2.12 W/m², and a low internal resistance of 25 Ω. The system achieved a concentration desalination rate of 5.6 g/L/day in batch operation. However, further feasibility studies are required to assess the suitability of QMDC technology for real-scale applications and the potential for byproduct recovery during the treatment process.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

f51c1abe-a793-4590-acc1-ed15a1b73d25

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

f51c1abe-a793-4590-acc1-ed15a1b73d25_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

التحقيق في أداء خلية تحلية ميكروبية جديدة رباعية المفعول لتحلية المياه المنتجة من البتروكيماويات

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":" Aziza Nasser Hamed Al-Hinaiyah ","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"Md. Abdullah Al-Mamun","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Investigating the performance of a novel quadruple microbial desalination cell for petrochemical produced water desalination

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

يتكوّن الماء الناتج من الصناعات البتروكيميائية (PPW) في قطاع النفط والغاز من تركيز عالٍ من الملوثات، ويُعدّ من أكبر مصادر مياه الصرف الصناعي. تُعد تقنيات المعالجة الحالية لـ PPW باهظة التكلفة ومحدودة الفاعلية، مما يستدعي الحاجة الماسّة إلى تقنيات فعّالة من حيث التكلفة وصديقة للبيئة ومستدامة لمعالجة هذه المياه. تُعدّ خلية التحلية الميكروبية (MDC) بديلًا محتملاً لتقنيات معالجة مياه الصرف الصحي المتاحة حاليًا، إلا أن MDC التقليدية تُعاني من قيود مثل صغر حجم الخلية، وانخفاض معدل تحلية الكتلة، وارتفاع المقاومة الداخلية. في المقابل، تمثل خلية التحلية الميكروبية الرباعية (QMDC) تكوينًا مبتكرًا يمتلك القدرة على توليد تيار عالٍ ومعالجة المياه عالية الملوحة. وقد تم اقتراح تصميم جديد لـ QMDC يتضمّن غرفة تحلية مفردة كبيرة الحجم في منتصف النظام، محاطة بأغشية تبادل أيوني متعددة (IEM)، مع وجود قطعتين من الأنود وغرفتي كاثود على الجانبين. يهدف هذا التصميم إلى تعزيز قوى التدرج الكهربائي وتقليل المقاومة الداخلية أثناء العملية. يهدف هذا البحث إلى دراسة أداء QMDC باستخدام محلول مكون من PPW وكلوريد الصوديوم (NaCl)، من حيث توليد التيار، واستعادة الطاقة، ومعدل التحلية. في المرحلة الأولى، تم معالجة محلول يحتوي على 53 جم/لتر من كلوريد الصوديوم باستخدام ثلاثة أوضاع توصيل (فردي، متوازي، ومتسلسل). أظهرت النتائج أن الوضع المتوازي (PQMDC) حقق أعلى متوسط لكثافة التيار والطاقة، حيث بلغت 33.55 مللي أمبير و52.8 واط/م² على التوالي، في حين سجّل الوضع الفردي (IQMDC) أقل متوسط تيار بلغ 58.5 مللي أمبير. كما أظهرت النتائج أن أوضاع الاتصال في QMDC كانت حساسة جداً للمقاومة الداخلية للنظام، حيث سُجلت أدنى مقاومة داخلية في وضع PQMDC (3.8 Ω) مقارنة بالأوضاع الفردية والمتسلسلة. إضافةً إلى ذلك، أظهر الوضع المتوازي أعلى معدل تحلية بلغ 2.93 مجم/ساعة. بناءً على هذه النتائج، تم اختيار PQMDC كأفضل وضع تشغيل لنظام QMDC عند استخدام PPW عالي الملوحة. وقد أظهرت التجارب أن PQMDC باستخدام PPW كمحلول ملحي حقق تيارًا عاليًا بلغ 59.93 مللي أمبير، وكثافة طاقة قصوى وصلت إلى 58.8 واط/م²، مع مقاومة داخلية منخفضة (8.3 Ω)، ومعدل تحلية بلغ 5.3 جم/لتر في التشغيل على دفعات. ومع ذلك، توصي الدراسة بإجراء المزيد من دراسات الجدوى لتحديد مدى ملاءمة تقنية QMDC للتشغيل على نطاق واسع، بالإضافة إلى دراسة إمكانيات استرداد المنتجات الثانوية الناتجة عن المعالجة.

كلمات الباحثين

Microbial desalination cell, Power recovery, Desalination rate, Petrochemical produced water, Quadruple design of cell.

إشراف وإعداد

الإشراف

Md. Abdullah Al-Mamun

الإعداد

Aziza Nasser Hamed Al-Hinaiyah

الاقتباسات الببليوغرافية