Removal of nitrate from brackish groundwater using electrodialysis cell powered by solar energy

Other Title(s)

إزالة النترات من المياه الجوفية باستخدام جهاز الإلكتروديليسز بالاعتماد على الطاقة الشمسية

Dissertant

Qishtah, Adib Subhi Mahmud

Thesis advisor

Rabah, Fahd Khidr

University

Islamic University

Faculty

Faculty of Engineering

Department

Department of Civil Engineering

University Country

Palestine (Gaza Strip)

Degree

Master

Degree Date

2019

Arabic Abstract

النترات هي واحدة من الملوثات الشائعة للمياه حيث يعتمد قطاع غزة بشكل رئيسي على المياه الجوفية كمصدر رئيسي لمياه الشرب و لسوء الحظ، أن جودة هذه المياه تتدهور مع مرور الوقت و بالأخص من حيث زيادة الملوحة و زيادة تركيز النترات التحلية المياه تعتمد بشكل أساسي على الطاقة وهي تشكل تحديا حقيقيا في ضوء أزمات الطاقة في قطاع غزة، إن تقنية الالكتروديلسز المتطورة التي يمكن تشغيلها بواسطة الطاقة الشمسية هي بديل واعد في حالة قطاع غزة و خاصة بالنسبة للمياه الجوفية ذات التراكيز العالية من النترات، إن تقنية الالكتروديلسز هي تقنية يتم فيها إزالة الأيونات الموجودة في الماء مثل النترات بواسطة مرور التيار الكهربائي من خلال الماء مع استخدام نوع خاص من الأعدية.

يهدف هذا البحث إلى دراسة أداء تقنية الالكتروديلسز المتردد ( EDR ) لإزالة النترات ( NO3 ) من المياه المالحة و تحديد وقت المعالجة اللازم لتقليل تركيز الدترات إلى القيمة القياسية لمنظمة الصحة العالمية.

كما تم اختبار تأثير تركيز النترات الابتدائي و تركيز المواد الصلبة الذائبة الابتدائي على وقت العلاج المطلوب.

تم استخدام جهاز الكتروديلسز تجريبي متردد ( EDR ) طيراز 100-4016 مع حجم مياه معالجه قدرها 1000 لتر و حجم مياه مالحة قدرها 500 لتر لكل وجبة معالجة.

كما وبلغ معدل التدفق 3450 لتر / ساعة خلال الجهاز، و تحميل السطح الهيدروليكي ( 54 ( HSL ) لتر / ساعة لكل متر مربع، و وقت التلامس داخل الجهاز 5.56 ( TC ) ثانية، و زمن التردد 40 دقيقة و عدد مرات التردد خلال الوجبة الواحدة 4 مرات، كما و لم يتجاوز التيار الكهربي 35.6 أمبير، مع العلم أن الجهاز يستطيع إنتاج ما يقارب 10م 3 في يوم من مياه الشرب و كنتيجة لهذا البحث ، وجد أن وقت المعالجة ( 8 ) المطلوب لتخفيض تركيز النترات إلى المستوى القياسي لمنظمة الصحة العالمية و البالغ 50 ملجم من النترات في اللتر يتناسب تناسبا طرديا مع تركيز النترات الابتدائي ، حيث كانت أزمنة المعالجة ( 8 ) هي ( 49،41،15، 70،60 ) دقيقة للتراكيز النترات الأولية ( 195103 ، 320 ، 385، 475 ملجم من النترات في اللتر ، على الترتيب.

كما وكانت نسب المواد الصلبة الذائية خلال التجربة بمتوسط ( 300 = 2970 ) ملجم في اللتر، و وجد أن وقت المعالجة ( 8 ) المطلوب لتخفيض تركيز النترات إلى المستوى القياسي لمنظمة الصحة العالمية يتناسب تناسبا طرديا مع التركيز الابتدائي للمواد الصلبة الذائبة في الماء حيث كانت أزمنة المعالجة ( 8 ) هي ( 47،53،65،80 ،105 ) دقيقة و تركيز المواد الصلبة الذائبة المتبقية بعد مرور تلك الأزمنة هي ( 283 و 615 و 1135 و 1328 و 2051 ) ملجم في اللتر على الترتيب حيث كانت التركيز الأولي للمواد الصلة الذائبة عند بدء المعالجة (1000،2200،3150،4350 5120 ) ملجم في اللتر، على الترتيب و خلال التجربة تم ضبط قيمة تركيز القدرات بمتوسط ( 288 = 13 ملجم من النترات في اللتر.

تم استنتاج أن الالكتروديلسز المتردد ( EDR ) هو نظام واعد لإزالة النترات من الماء المالحة والتي تحتوي على مواد صلبة ذائبة في حدود 1000 إلى 5000 ملجم في اللتر والتي تحتوي على تركيز تترات لا تتعدى 500 ملجم من النترات في اللتر.

English Abstract

Nitrate is one of the common contaminants of water.

Gaza strip relies mainly on groundwater as the main source of drinking water.

Unfortunately, the quality of this water is deteriorating with time especially in terms of increased salinity and nitrate concentrations.

Desalination is energy-intensive process which poses a real challenge given the energy crises in Gaza.

The evolving Electrodialysis (ED) desalination technology that can be operated by solar energy is a promising alternative for Gaza strip situation especially for brackish water with high nitrates concentrations.

ED is a technology in which the ions in water such as nitrate are removed by applying an electric current through water with use of special type of membranes.

This research aimed at studying the performance of electrodialysis reversal (EDR) to remove nitrate (NO3-) from brackish water and to decide the treatment time needed to reduce (NO3-) to the WHO standard value.

The effect of the initial nitrate and TDS concentrations on the required treatment time was also tested.

A pilot scale EDR stake 1004016 has been used with a batch volume of 1000L for treatment tank and 500L for concentrated tank.

The EDR has an average flow rate of 3450 L/h, hydraulic surface loading (HSL) of 54 L/h.m2, contact time inside the EDR device (Tc) of 5.56 sec.

The reversal cycle time and number of cycles are 40 and 4 min; respectively.

The current doesn’t exceed the maximum value of 35.6 amps, the EDR unit yields up to 10 m3/d of potable water.

As an output of this research, the treatment time (9) required to reduce nitrate concentration to WHO standard of 50 mg NO3VL is found to be directly proportional to the initial nitrate and TDS concentration.

The treatment time (9) was 15,41,49,60 and 70 minutes for initial nitrate concentration of 103,195,320,385 and 475 mg NO3VL, respectively.

During the experiment the TDS value was fixed in the range of (2970 ± 300) mg TDS/L.

The treatment time (9) and the remaining TDS concentration were 47,53,65,80 and 105 minute and 283, 615, 1135, 1328 and 2051 mgTDS/L; respectively for initial TDS concentration of 1000,2200,3150,4350 and 5120 mg TDS/L, respectively.

During the experiment the NO3-value fixed in range of (288 ± 13) mg NO3VL.

It was concluded that the EDR- reversal system is a promising system for the removal of nitrate for brackish water in the range of 1000 to 5000 mgTDS/L that has concentrations on nitrates up to 500 mg NO3VL.

Main Subjects

Civil Engineering

Topics

• Solar energy
• Groundwater
• Nitrates

No. of Pages

71

Table of Contents

• APA
• MLA
• AMA

Language

English

Data Type

Arab Theses

Record ID

BIM-903699