ENERGY UTILIZATION FROM DISPOSED BRINE OF DESALINATION PLANTS USING PRESSURE RETARDED OSMOSIS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (MS Thesis)
g201004060.pdf - Accepted Version Download (4MB) | Preview |
Arabic Abstract
ينتج عن محطات تحلية مياه البحر محلول ملحي والذي يعتبر تركيزه اعلى من مياه البحر المغذية لهذه المحطات. ان تمييع هذا المحلول الملحي عن طريق خلطها مع مياه البحر ذات التركيز الملحي الأقل سوف تقلل من المخاطر البيئية فيما لو تم التخلص من المحلول الملحي ذو التركيز الملحي العالي مباشرة دون خلطه. ومن الجدير بالذكر انه يمكن توليد الطاقة من عملية التمييع هذه إذا تم تنفيذها بطريقة انعكاسية. ان الهدف من هذه الرسالة تحقيق الاستفادة من نظام ضغط التناضح العكسي (بي ار او) والذي يمكن استخدامه كجهاز استعادة الطاقة المهدره في محطات التحلية. في الجزء الأول من هذه الرسالة، تم تطوير نموذج تحليلي مفصل لنظام تحلية المياه متعدد المراحل (ام اس اف) ودراسه محطة تحلية الجبيل (ام اس اف) للتعرف على المكونات المسؤولة عن أكبر خسارة في النظام. في الجزء الثاني من العمل، تم تطوير نموذج تحليلي مفصل لنظام (بي ار او) للتحقيق في إمكانية إنتاج الطاقة باستخدام مجموعة مختلفة من تكوينات (بي ار او). كما تم استخدام نموذج (بي ار او) أيضا لتحليل (بي ار او) كجهاز استعادة الطاقة لمحطات تحلية المياه (بي ار) و (ام اس اف). صافي كمية الطاقة المنتجة هي 9 كيلو واط وذلك في حالة محطات تحلية المياه (ار او)، بينما تنتج محطة تحلية المياه (ام اس اف) مقدار أقل بكثير مقارنة بمقدار الطاقة المطلوبة للضخ. ولهذا تم اقتراح عدم استعمال (بي ار او) كَ (أي ار دي) في محطات تحلية المياه (ام اس اف). علاوة على ذلك، تم استخدام مغذيات مختلفة وبيانات التراكيز وذلك لتقدير الإنتاجية المحتملة من الطاقة باستخدام نظام (بي ار او). أقصى طاقة محتملة يمكن الوصول اليها باستخدام مياه البحر المالحة مع المياه العذبة. تم لاقتراح ترتيبات جديدة لل (بي ار او) متعدد المراحل ومتعدد السريان وذلك للحصول على أقصى إنتاجية للطاقة. عندما تمت مقارنة نظام (بي ار او) مفرد المرحلة، وجد أن هنالك زيادة بمقدار 4% في الطاقة الناتجة عند استخدام نظام (بي ار او) متعدد المراحل، وأيضا هنالك زيادة بنسبة 132% في الطاقة المنتجة عند استخدام نظام (بي ار او) متعدد السريان. وعلاوة على ذلك، التصاميم المعدلة، ومتعددة المراحل، ومتعددة التمرير-بي ار او تم اقتراحها للحصول على اقصى انتاجية للطاقة.
English Abstract
Desalination plants discharge brine which is at higher salinity than the feed water. Diluting this brine by mixing it with the feed water will reduce the environmental hazards associated with the high salt concentration of the disposed brine. In addition, energy can be generated if the diluting process is performed in a reversible manner. Pressure retarded osmosis (PRO) is a process in which water permeates through a semi permeable membrane from the low hydrostatic pressure stream (feed solution) to the higher hydrostatic pressure stream (draw solution) due to the osmotic pressure difference. This increases the volume flow rate of the pressurized draw stream and energy is obtained by depressurizing the draw stream through a hydro turbine. In the present work, PRO process is used as an energy recovery device (ERD) for MSF and RO desalination plants. A steady state model is developed for MSF process to perform energy and exergy analyses. The energy analysis evaluates the performance of the desalination plant and determines the streams of mass and energy while the exergy analysis reveals the components that are responsible for greatest losses. A steady state, 2-D, computational model is developed for PRO process using the solution diffusion and Fick’s diffusion models. Parallel- and counter-flow PRO configurations are investigated under different operating conditions with and without the effect of concentration polarization. It is found that the maximum power produced from the rejected brine (salinity 70 g/kg) of MSF desalination plant when mixing with a feed water (salinity 46.5 g/kg) is 0.017 kWh/m3. On the other hand, the maximum power produced from the rejected brine (salinity 64 g/kg) of RO desalination plant when mixing with a feed water (salinity 45 g/kg) is 0.022 kWh/m3. These amounts of the generated energy from the rejected brine are very small when compared with the pumping power required which doesn’t make it feasible. Therefore it is not recommended to use PRO process to recover energy from the rejected brine of desalination plants. However, it was found that there is a high potential of energy generation if the brine is mixed with waste water (salinity of 5 g/kg) which suggests that waste water plants should be built near to desalination plants to utilize this option. On the other hand, novel PRO multi-stage and multi-pass configurations are proposed for increasing the power output. As compared with single stage PRO system, a 4% more power is obtained using multi-stage PRO system and an increase of 132% is achieved using multi-pass PRO system.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Environmental Engineering Mechanical |
| Department: | College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering |
| Committee Advisor: | Sharqawy, Dr. Mostafa H. |
| Committee Members: | Zubair, Dr. Syed M. and Antar, Dr. Mohamed A. |
| Depositing User: | AKRAM WAQAS (g201004060) |
| Date Deposited: | 01 Nov 2015 05:32 |
| Last Modified: | 01 Nov 2019 16:29 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139649 |