Document

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

Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2020
Language
English
English abstract
Petrochemical produced water (PPW) in oil and gas field consists a high concentration of pollutions and the largest wastewater streams. Current treatment technologies for PPW are highly expensive and limited to use. However, there is an urgent need to sustainable technology to treat this water. Microbial desalination cell (MDC) is consider as a costeffective and eco-friendly substitution to the currently available desalination and wastewater treatment methods. MDC endures from small desalination cell, low mass desalination rate and high internal resistance. Though, quadruple microbial desalination cell (QMDC) is a novel desalination configuration that has capability to generate high current and treat high saline water. Moreover, a novel design of QMDC is proposed with a large volume single desalination chamber in the middle of the system with multiple IEM's and surrounds by two anode and two cathode chambers on the sides to enhance electrical-gradient forces as per the system configuration and to reduce the internal resistance over the operation. The research aims to investigate QMDC performance using NaCl/PPW in term of current generation, power recovery and desalination rate. In the first stage, 35g/L NaCl was treated in QMDC using three connection modes (individual, parallel and series). As results, PQMDC showed the highest average current and power density (16.55 mA and 2.68 W/m2 respectively). Whereas the IQMDC generated the lowest average current (6.62 mA). Also, the findings indicated that the connection modes of QMDC were extremely sensitive to the system's internal resistance. The lowest internal resistance was in PQMDC (29.5Ω) in comparison with individual and series connections. Moreover, parallel connection revealed a high desalination rate of up to 45.89 mg/hr. PQMDC selected as the best connection modes to operate QMDC with high salinity PPW. However, the results of PQMDC using PPW as salt solution showed a high current generation (45.74 mA), maximum power density of 2.12 W/m2 and low internal resistance (25 Ω) with 5.6 g/L.d of concentration desalination rate in batch operation. However, more feasibility studies required to be conducted for determining the suitability of QMDC operation for real-scale operation and byproducts recoveries.
Arabic abstract
يتكون الماء المنتج من البتروكيماويات )PPW )في مجال النفط والغاز من تركيز عال من الملوثات وأكبر تيارات مياه الصرف الصحي. تقنيات المعالجة الحالية لـ PPW باهظة الثمن ومحدودة الاستخدام. ومع ذلك ، هناك حاجة ملحة لتقنية ا للبيئة لطرق معالجة فعال التكلفة وصديقً مستدامة لمعالجة هذه المياه. تعتبر خلية تحلية المياه الميكروبية )MDC )بديالً مياه الصرف الصحي المتاحة حاليًا. يتحمل MDC خلية تحلية صغيرة ، ومعدل تحلية كتلة منخفض ومقاومة داخلية عالية. على الرغم من أن خلية التحلية الميكروبية الرباعية )QMDC )هي تكوين جديد لتحلية المياه لديه القدرة على توليد تيار عا ٍل ومعالجة المياه عالية الملوحة. عالوة على ذلك ، تم اقتراح تصميم جديد لـ QMDC مع غرفة تحلية مفردة كبيرة الحجم في منتصف النظام مع IEM متعددة ومحيطين بواسطة قطعتين من الانود وغرفتي كاثود على الجانبين لتعزيز قوى التدرج الكهربائي وفقً QMDC ا لتكوين النظام ول تقليل المقاومة الداخلية خالل العملية. يهدف البحث إلى دراسة أداء باستخدام PPW / NaCl من حيث التوليد الحالي واستعادة الطاقة ومعدل التحلية. في المرحلة الاولى ، تمت معالجة 53 جم / لتر من كلوريد الصوديوم في QMDC باستخدام ثلاثة أوضاع اتصال )فردية ، متوازية ومتسلسلة(. نتيجة لذلك ، أظهر PQMDC أعلى متوسط كثافة للتيار والطاقة )33.55 مللي أمبير و 52.8 واط / متر مربع على التوالي(. بينما أنتج IQMDC أقل متوسط تيار )58.5 مللي أمبير(. كما أشارت النتائج إلى أن أوضاع الاتصال في QMDC كانت حساسة للغاية للمقاومة الداخلية للنظام. كانت أدنى مقاومة داخلية في PQMDC( 3..8 )بالمقارنة مع التوصيالت الفردية والمتسلسلة. عالوة على ذلك ، كشفت الوصلة المتوازية عن معدل تحلية مرتفع يصل إلى .2.93 مجم / ساعة. تم اختيار PQMDC كأفضل أوضاع اتصال لتشغيل QMDC مع PPW عالي الملوحة. ومع ذلك ، أظهرت نتائج PQMDC باستخدام PPW كمحلول ملحي توليد تيار عالي )59.93 مللي أمبير( ، وكثافة طاقة قصوى تبلغ 58.8 واط / م 8 ومقاومة داخلية منخفضة )83 )مع 5.3 جم / لتر من معدل تحلية التركيز في التشغيل على دفعات. ومع ذلك ، يلزم إجراء المزيد من دراسات الجدوى لتحديد مدى ملاءمة عملية QMDC للتشغيل على نطاق حقيقي وعمليات استرداد المنتجات الثانوية.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject