FENTON-BASED ELECTROCHEMICAL REMOVAL OF AMMONIA FROM HIGHLY SALINE WATER

FENTON-BASED ELECTROCHEMICAL REMOVAL OF AMMONIA FROM HIGHLY SALINE WATER. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Final thesis report -8 June 2020.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 9 June 2021.

Download (2MB)

Arabic Abstract

تسبب الأمونيا مشاكل صحية خطيرة للبشر والبيئة المحيطة. في البيئة المائية ، تؤدي الأمونيا إلى تكوين النتريت والنترات ، والتي تعتبر أيضًا ملوثات خطيرة للمياه. طرق العلاج التقليدية لهذه الملوثات عادة ما تعاني من العديد من أوجه القصور بما في ذلك تشكيل الرواسب وارتفاع التكلفة الاقتصادية . من ناحية أخرى ، أثبتت طرق المعالجة المتقدمة ، مثل عمليات الأكسدة الكهروكيميائية ، أنها عمليات فعالة وصديقة للبيئة لإزالة الملوثات القائمة على النيتروجين. ومع ذلك ، لا يزال مستوى جاهزيتها للتكنولوجيا منخفضًا ومن الضروري بذل مزيد من الجهود البحثية للتغلب على قيود التكلفة والتغلب على الأنظمة التقليدية من ناحية الموثوقية ووضعها على خارطة الطريق في السوق من اجل التنفيذ. تم تنفيذ العمل التجريبي على شكل دفعات بكميات معينة يتم تدويرها في وحدة قياس تجريبية مع خلية لوحية وإطار غير مقسم مزودة بماس مبطن بالبورون (BDD)او قطب مستقر ثلاثي الأبعاد (Ti-DSA) كقطب كهربائي موجب و البولي تيتراتيروفلوروثيلين الكربوني-نشر الغاز كقطب كهربائي سالب . تم تقييم آثار ظروف التشغيل على انحلال الأمونيا ، بما في ذلك الكثافة الكهربائية ، ومعدل تدفق الهواء ، و وكذلك نوعية المياه المستخدمة ومعدل تدفق المياه و كميات الحديد المضافة . أظهرت النتائج زيادة محتوى الكلورايد في الماء كان له أكبر تأثير على انحلال الأمونيا . تم تحقيق الانحلال الكامل للأمونيا خلال ساعتين في ظل ظروف التشغيل المثالية (60 مللي أمبير لكل سنتميتر مربع ، ودرجة الحموضة 7.5 ، 0.4 متر مكعب / ساعة معدل دوران المياه في الخلية التجريبية والموصلية الكهربائية 43300 ماكروسمينس لكل سنتميتر) باستخدام القطب الموصل من البورون –الماس (BDD). نتائج مشابهة تم الحصول عليها للإنحلال الكامل للأمونيا خلال ساعتين في ظل ظروف التشغيل المثالية (60 مللي أمبير لكل سنتميتر مربع ، ودرجة الحموضة 7.5 ، 0.4 متر مكعب / ساعة معدل تدفق المياه في الخلية التجريبية والموصلية الكهربائية 41500 ماكروسمينس لكل سنتميتر) باستخدام القطب الموصل المكون من التيتانوم مستقر الابعاد (Ti-DSA). بالإضافة لذلك , تمرير تيار كهربائي بشدة 120 مللي امبير لكل سنتميتر مربع اظهر تأثيرا كبيرا لانحلال الأمونيا عند استخدام القطب الموصل من البورون –الماس(BDD). بينما لم يتم الحصول على نتائج مشابهة عند استخدام القطب الموصل المكون من التيتانوم مستقر الابعاد(Ti-DSA) عند تمرير نفس التيار الكهربائي في ظل نفس ظروف التشغيل. تم تحديد نواتج تحلل الأمونيا (النترات NO2-والنتريت NO3-) وقياسها أثناء المعالجة . حيث لم يظهر نتائج لايونات النترات بينما تشكلت الأيونات بعد ساعة واحدة من التجربة ، ووصلت في ظروف التشغيل المثلى إلى تركيز 73 ملجم / لتر. تم قياس انتقائية غاز النيتروجين ووجدت انها 81.5٪ في ظروف التشغيل المثلى.

English Abstract

Full Name : MOHAMMAD JUBRAN GHAZWAN Thesis Title : FENTON-BASED ELECTROCHEMICAL REMOVAL OF AMMONIA FROM HIGHLY SALINE WATER Major Field : ENVIRONMENTAL SCIENCES Date of Degree : March, 2020 Ammonia is one of the prevalent causes of serious health problems to humans and the surrounding environment. In an aquatic environment, ammonia leads to the formation of nitrite and nitrate, which are also considered serious water pollutants. Traditional treatment methods of these pollutants usually suffer from several shortcomings including sludge formation and high cost. On the other hand, advanced treatment methods, such as electrochemical oxidation processes have been proven efficient and environmentally friendly processes for the removal of nitrogen-based pollutants. However, more research efforts are necessary to overcome cost limitations and traditional systems reliability in the road map towards market implementation. The experiment was conducted in a pilot scale unit with an undivided plate and frame cell, provided with a Boron-doped Diamond (BDD) or Ti-based Dimensional Stable anode (Ti- DSA) and a carbon- Polytetrafluoroethylene (PTFE) gas diffusion electrode (GDE) as cathode, in a batch recirculation mode. The effects of various experimental conditions on ammonia degradation, such as current density, feed solution conductivity, feed flow rate, Fe2+ dosage, as well as the water matrix were evaluated. Increasing the chloride content of water had the greatest impact on ammonia degradation. The optimum operating conditions favorable to complete ammonia degradation are - 60 mA/cm2, pH 7.5, 0.4 m3/h water circulation rate and feed water electrical conductivity 43300 μS/cm- within 2 hours for BDD anode. Similar results were achieved when 60 mA/cm2, pH 7.5, 0.4 m3/h, water circulation rate and feed water electrical conductivity of 41500 μS/cm were employed within 2 hours of experimental run for DSA anode. In addition to that, applied current at 120 mA/cm2 showed the greatest effect on ammonia removal when the BDD anode was used. However, the DSA anode did not give similar effect. Ammonia degradation by- products (nitrate, NO3- and nitrite, NO2-) were identified and measured during the treatment with NO2- ions being not produced while NO3- ions were formed after one hour of experiment, reaching at optimum operating conditions a concentration of 73 mg/L. The selectivity of N2 was measured and found to be 81.5 % at the optimum operating conditions

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Environmental
Divisions: College Of Sciences > Earth Sciences Dept
Committee Advisor: Tawabini, Tawabini
Committee Members: Plakas, Konstantinos and Kawde, Abdel Nasser
Depositing User: MOHAMMAD GHAZWANI (g200243800)
Date Deposited: 10 Jun 2020 10:18
Last Modified: 10 Jun 2020 10:18
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141613