Improvement on Seawater Reverse Osmosis Design Integrated with Solar PV System. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Master Thesis) Sohayb Thesis Final4.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 30 January 2025. Download (3MB)

Arabic Abstract

تعتمد المملكة العربية السعودية بشكل كبير على تحلية مياه البحر، والتي تمثل أكثر من 70 ٪ من نظام المياه المحلاه في البلاد وهي معترف بها كأكبر دول تحلية مياه البحر في جميع أنحاء العالم. من بين تقنيات تحلية المياه المختلفة، تتميز تقنية التناضح العكسي (RO) بأقل استهلاك محدد للطاقة ويمكن أن تؤدي التحسينات المستمرة في تصميم نظام تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي (SWRO) إلى تقليل استهلاك الطاقة بشكل فعال أو تحسين جودة المياه المنتجة (تقليل الملوحة) وبذلك التكلفة الكلية . تستخدم هذه الدراسة برنامج الماتلاب (MATLAB) لدراسة تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي باستخدام نظام المرور الواحد مع تدوير جزء من المياه الناتجة الى خط التغذية المبتكر مؤخرًا (SSP) في ظل معايير تشغيلة مختلفة وظروف مياه البحر شديدة الملوحة. علاوة على ذلك، تم فحص تصميم جديد يجمع بين نظام المرور الواحد مع تدوير جزء من المياه الناتجة الى خط التغذية (SSP) والتصميم الداخلي المرحلي (ISD) باستخدام ثلاثة أنواع من الأغشية بخصائص مختلفة ، مما أدى إلى 1٪ زيادة في نسبة الاسترداد الأمثل ، وتقليل الملوحة بنسبة 6.6٪ باستخدام تكوين (SSP-ISD 313). وتخفيض الاستهلاك المحدد للطاقة بنسبة 1.5٪ مع تكوين (SSP-ISD2hr 4hf 1i). بالإضافة إلى ذلك، فإن التصميم الجديد (SSP-ISD) يوازن بنجاح في توزيع التدفق داخل الأغشية، مما يؤدي الى تخفيف الترسبات والتكلسات على أسطح الأغشية. أخيرًا، تم استخدام برنامج محاكاة (HOMER) لتحديد الحجم الأمثل لنظام الكهروضوئية لتشغيل نظام تحلية مياه البحر بشكل مستقل وبسعة إنتاجية 10,000 متر مكعب / يوم، مما أدى إلى تكوين ألواح كهروضوئية بسعة 8,942 كيلو واط، مع محول بسعة 2,761 كيلو واط، وعدد 22,533 بطارية. وحدة التكلفة لكل متر مكعب للتكوين (SSP-ISD2hr 4hf 1i) هي الأقل بقيمة 1.42 $/m3 وبتوفير سنوي 2.7 مليون دولار بدلا من التكوين(SP-ISD 601) و 700,000 دولار بدلا من التكوين الأساسي (SSP-ISD 070) بوحدة إنتاج 100,000 متر مكعب/يوم.

English Abstract

Saudi Arabia is heavily reliant on desalination, which accounts for over 70% of the country's potable water system and is recognized as the largest seawater desalination countries worldwide. Among various desalination technologies, reverse osmosis (RO) has the lowest specific energy consumption, and further improvements in SWRO design can effectively reduce energy consumption or improve product water quality and hence the overall economics. This study utilizes MATLAB software to thoroughly investigate the recently innovated Split Partial Single-Pass (SSP) SWRO design, and the impact of various operating parameters and harsh seawater condition on the SSP Design. Moreover, a novel design combining SSP with Internal Staged Design (ISD) utilizing three types of membranes with different characteristics has been examined, resulting in a 1% increase in the optimal recovery ratio, a 6.6% improvement in water quality with SSP-ISD 313 configuration, and a 1.5% reduction in SEC with SSP-ISD2hr 4hf 1i configuration. Additionally, the SSP-ISD configuration successfully alleviates flux distribution imbalances, mitigating fouling and scale formation. Finally, HOMER simulation software has been utilized to determine the optimal size for a stand-alone PV system to power SWRO with a 10,000 m3/day product water capacity, resulting in a 8,942-kW PV array, along with 2,761-kW inverter, and 22,533 batteries. the unit product cost (UPC) for SSP-ISD 2hr 4hf 1i has the lowest value at 1.42 $/m3 and it has annual saving amount $2,700,000 instead of SSP-ISD 601, and $700,000 as compared to standard SSP-ISD 070 design at 100,000 m3/day production capacity.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Antar, Mohamed Abdelkarim Mohamed
Committee Members:	Al-Sharafi, Abdullah and Rahman, Faizur
Depositing User:	SOHAYB BADANDI (g201602100)
Date Deposited:	07 Feb 2024 10:18
Last Modified:	07 Feb 2024 10:18
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142802