KFUPM ePrints

Modelling And Control Of Capacitive De-Ionization Desalination System

l Modelling And Control Of Capacitive De-Ionization Desalination System. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (Modelling and Control of Capacitive De-Ionization Desalination System) - Published Version
Restricted to Abstract Only until 15 February 2017.
Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives.

4Mb

Arabic Abstract

إن ندرة المياه من أكبر المشاكل و التحديات التي تواجه الناس هذه الأيام. كما لا يخفى أهمية الماء في حياة الإنسان و للمحافظة على صحته. بالرغم من توفر مصادر المياه المتنوعة على ظهر الأرض إلا أن الصالح للشرب منها لا تتعدى نسبته واحد في المائة. للإستفادة من بقية مصادر المياه الغير عذبة يتطلب الأمر إستخدام تقنيات تحلية المياه لإزالة الشوائب و الأملاح لتصبح صالحة للشرب بعد ذلك. هناك أنواع من مختلفة من عمليات تحلية المياه منها ما هو معتمد على الطاقة الحرارية أو الميكانيكية أو الكهربائية أو كان هجيناً بين نوعين أو أكثر من هذه الأشكال. إزالة الأيونات السعوية (Capacitive De-ionization CDI) واحدة من طرق تحلية المياه و تعتمد على الطاقة الكهربائية مستخدمةً الإلكترودات المسامية (إلكترونات مفعلة) لحفظ الأيونات. في هذه الرسالة نقوم بتطوير نموذج لإزالة الأيونات السعوية باستخدام دائرة كهربائية مكافئة لها و معادلة ديناميكية توصف كيفية تغير تركيز الملح المتبقي في خلية إزالة الأيونات السعوية بالنسبة للزمن. يتم تقييم كفاءة النموذج بمقارنة نتائجه مع النتائج المعملية لطريقة الإمتصاص الكهربائي التي تمت في الدراسات السابقة. تتلخص طريقة ال (CDI) في خطوتين: الخطوة الأولى هي إمتصاص الأيونات حيث أننا نتحصل على الماء النقي من خلية ال (CDI)، و الخطوة الثانية هي إمتزاز الأيونات الناتجة من تفريغ المحلول الملحي ذو التركيز العالي. هنالك طريقة جديدة من طرق إزالة الأيونات السعوية تسمى (إزالة الأيونات السعوية متحولة الموجة- Switched Wave Capacitive Deionization (SWCDI)) قد إقترحت و تم إستنتاج نموذج لها للحصول على إنسياب مستمر للماء النقي و الماء المالح مع الزمن. بعد النجاح في الحصول على نموذج يتم ضبط و موائمة باراميترات (معاملات) النظام للحصول على النسبة المطلوبة من تركيز الماء النقي و كذلك أعلى نسبة إستعادة للماء. و أخيراً يتم عرض التجارب المعملية و النتائج لهذه التجارب في حالة خلية إزالة الأيونات السعوية مفردة و في حالة إزالة الأيونات السعوية متحولة الموجة مرة أخرى.

English Abstract

Freshwater scarcity is one of the most challenging problems facing the world today. Water is necessary for human beings to maintain good health. Although water is present in abundance in the form of various sources on earth, only less than one percent of it is available for drinking purposes. To use abundantly available water resources on earth requires use of desalination technologies to remove impurities and salts from water to make it fit for drinking purposes. Many desalination processes are available based on thermal energy, mechanical energy and electrical energy or a hybrid of these. Capacitive de-ionization (CDI) is a method of water desalination based on electrical energy that uses porous electrodes (activated carbon) to store the ions. In this thesis, we develop a model of capacitive de-ionization using its equivalent electrical circuit and a dynamical equation to describe how the effluent salt concentration varies with respect to time in a CDI cell. The model effectiveness is evaluated by comparing its results with electrosorption experiments from the literature. The typical CDI operates in two steps; ion adsorption, where we get freshwater out of CDI cell, and ion desorption that results in discharge of highly concentrated brine. A novel method of capacitive de-ionization called Switched Wave Capacitive De-ionization (SWCDI) is proposed and modelled to obtain a continuous flow of freshwater and brine with time. Upon successful modelling of the system, an optimization of operational parameters is done to achieve desired freshwater concentration and high water recovery ratio. Lastly, the experimental setup and results of a single CDI cell and SWCDI system is presented.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Chemistry
Systems
Environmental
Engineering
Chemical Engineering
Earth Sciences
Research > Environment
Research > Engineering
Divisions:College Of Computer Sciences and Engineering > Systems Engineering Dept
Committee Advisor:Moustafa, Moustafa Elshafei
Committee Members:Sayyid, Sayyid Anas Vaqar and Mysorewala, Faizan Mysorewala
ID Code:139950
Deposited By:ALI, SYED ADNAN (g201308310)
Deposited On:18 Dec 2016 10:07
Last Modified:18 Dec 2016 10:07

Repository Staff Only: item control page