Efficiency of capacitive deionazation in reducing microbial contamination of brackish well water

Efficiency of capacitive deionazation in reducing microbial contamination of brackish well water

Author

Al-Kaabiyah, Hajer Ali Salim.

Publisher

Sultan Qaboos University

Gregorian

2015

Language

English

Subject

English abstract

Increasing population and extensive use of ground water resources lead to intrusion of sea water in aquifers adjacent to most coastal areas resulting in an increase in water salinity and bacterial contamination. Highly contaminated brackish water is not suitable for human, animals and plants consumption. There is a big demand to search for a suitable method to treat saline and contaminated ground waters. Capacitive deionization (CDI) technology deionizes sea water by application an electrical potential across two electrodes. During desalination process (treatment) the ions leave the water and absorbed by the charged electrodes resulted in low outlet ionized water. The absorbed ions released back to the water during the regeneration process when the electrical potential equals, resulting in highly ionized outlet water. This project was aimed to study the efficiency of CDI in reducing densities of microorganisms in contaminated brackish water samples. The total bacterial number, densities and percentages of dead and live cells were compared before and after desalination of artificial (made from distilled water and NaCl) and natural (collected from Mussanah) contaminated brackish water with CDI operated at 1.6V, 130mA and flow rate 3ml/min, The CDI bacterial removing efficiency and cleaning of saturated electrodes also have be tested in this project. The results showed that CDI reduced by 20-70% the total number of bacteria, number of pathogens, as well as numbers of viable cells in natural and artificial contaminated brackish water. The efficiency of CDI in removing bacteria was higher for artificial water than for natural one due to the different nature of the water samples. Initial salinity, concentration of bacteria, solid substances and ions in the water, as well as the CDI cell size, flow rate, current and voltage affect the removing efficiency of the CDI. At the end of each treatment cycle CDI was regenerated, which increased the number of bacteria in water. After five treatment cycles the efficiency of CDI in removing bacteria decreased and washing with Citric Acid solution and NaOH solution restored the antimicrobial properties of the CDI cell. In conclusion, this study suggested that CDI technology can be used for removal of microorganisms from contaminated brackish water.

Member of

Theses and Dissertations

Resource URL

https://hdl.handle.net/20.500.12408/391

Arabic abstract

أن زيادة عدد السكان والتوسع في استخدام موارد المياه الجوفية نتج عنه تداخل مياه البحر في الخزانات الجوفية في معظم المناطق الساحلية مما أدى إلى زيادة ملوحة المياه الجوفية وتلوثها البكتيري المياه المالحة والتي تحتوي على درجة عاليه من الملوثات البكتيريه تعتبر مياه غير صالحة للاستهلاك الإنسان والحيوان والنبات. لذلك هناك طلب كبير للبحث عن طريقة منهجية لمعالجة المياه الجوفية المالحة والملوثة بكتيريا.
تكنولوجيا ازالة الأيونات (CDI) تنتج مياه منزوعة الأيونات (محلاة) من خلال تطبيق الجهد الكهربائي عبر قطبين. خلال عملية التحليه (المعالجه) يتم امتصاص الأيونات من الماء عن طريق القطبين المشحونين لإنتاج ماء قليل الأيونات. الأيونات التي تم امتصاصها خلال عملية التحلية يتم اعادتها للماء خلال عملية الغسل (التجديد) عندما تكون القدرة الكهربائية متساويه الانتاج ماء يحتوي على تركيز عالي من الأيونات.
ويهدف هذا المشروع إلى دراسة كفاءة تكنلوجية ازالة الأيونات (CDI) في الحد من كثافة الكائنات الدقيقة ( البكتيريا) في عينات المياه الملوثة والمالحة. وقد تمت مقارنة العدد الكلي للبكتيريا ومجموع الكثافة البكتيرية والنسب المئوية للخلايا الميتة والحية قبل وبعد تحلية المياه المالحة والملوثه الاصطناعيه (صنعت من الماء المقطر و كلوريد الصوديم) والطبيعيه (جمعت من المصنعة) باستخدام جهاز ازالة الأيونات (CDI) بجهد كهربائي 1 . 6 تيار كهربائي 130 امبير و 3مللیتر / دقيقة معدل تدفق كما تم في هذا المشروع اختبار كفاءة خليه ال (CDI) في ازاله البكتيريا وتنظيف اقطاب الخلايا المشبعة.
وأشارت النتائج إلى أن تكنلوجية ازالة الأيونات (CDI) لديها الكفاءة في خفض العدد الكلي للبكتيريا، عدد مستعمرات البكتيري المسببة للأمراض و عدد الخلايا الحية في المياه المالحة والملوثة المصنعة والطبيعية بمقدار 20 الى 70%،. كما أوضحت هذه الدراسة أن كفاءة تكنولوجية (CD0) في ازالة الميكروبات كانت أكبر في المياه المصنعة مقارنة مع المياه الطبيعية وذلك بسبب طبيعة عينات الماء. كما أن هناك عوامل عديدة توثر على كفاءة تكنولوجية (CDI) في ازالة الميكروبات مثالا على ذلك تركيز الملوحة المبدئية، تركيز البكتيريا، المواد الصلبة والأيونات في المياه، إضافة إلى حجم الخلية CDI، معدل التدفق، التيار والجهد. في نهاية كل دورة معالجة كانت تتبعها دورة غسل (تجدید) خلية ال CDI التي يزداد بها عدد البكتيريا في الميا الناتجة. بعد اكثر عن 5 دورات معالجه ( تحلية) يحدث هناك نقص في قدرة ال CDI في ازاله البكتيريا وان غسلها باستخدام حمض الستريك وحمض هيدروكسيد الصوديوم قد يساعد على استرجاع قدرة خلية ال CDI في ازالة الميكروبات مجددا. في الختام، أشارت هذه الدراسة إلى أن تكنلوجية إزالة الأيونات (CDI) لديها القدرة على إزالة الكائنات الدقيقة من المياه المالح والملوثة.