INVESTIGATING THE USE OF RO REJECT WATER AND OIL-BASED PRODUCED WATER FOR CONCURRENT SAND STABILIZATION AND CO2 SEQUESTRATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Final Thesis Draft-Muhammad Ariansyah.pdf Restricted to Repository staff only until 27 August 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

يقدّم هذا البحث مقاربة صديقة للبيئة تعالج قضيتين ملحتين، وهما تآكل الرمال وارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وذلك من خلال تحويل مياه الصرف إلى معالجات تعمل على تثبيت الرمال والتقاط الكربون. وقد استُخدم محلول الرجيع الناتج عن التحلية بالتناضح العكسي (RO) والمياه المصاحبة لعمليات إنتاج النفط (PW) ممزوجة بثنائي بوتاسيوم إيثيلين دي أمين تترا أسيتيك أسيد (K₂-EDTA) لهذا الغرض. جُمعت مياه الرجيع الأصلية من محطة تحلية في الخبر بالمملكة العربية السعودية، في حين أُعِدّت مياه مصاحبة صناعية (PW) في المختبر. خضعت المياه المستعملة للتحليل الكيميائي أولاً للتأكد من محتواها الكيميائي وخلوها من الملوثات السامة (مثل المعادن الثقيلة) قبل استخدامها في الدراسة. في التجارب، أُضيف عامل EDTA إلى كلا النوعين من المياه بتركيزات مختلفة (1%، 5%، 7%، 10%) لتقييم أثره في تثبيت الرمال وتكوين المعادن الكربونية. كما دُرِس أثر درجة الحرارة في ترسيب المعادن من خلال معالجة عينات الرمال عند درجات 20 و30 و50 درجة مئوية لمدة تصل إلى ثلاثة أيام. شملت الاختبارات الإضافية المعالجة في ظروف داخلية وخارجية، بالإضافة إلى إجراء رش متكرر لأربعة أيام في ظروف طبيعية لمحاكاة تأثير الأمطار في قدرة التماسك. تم قياس قوة السطح وسماكة القشرة، في حين استُخدم تحليل الكربون غير العضوي الكلي (TIC) وتقنية SEM-EDX لتقييم محتوى الكربونات والتغيرات البِنيوية المجهرية. أظهرت النتائج أن EDTA عزّز بشكل ملحوظ من تماسك الرمال وتكوين المعادن الكربونية. وقد تم تسجيل أقصى قوة سطحية بلغت 4.5 كغ/سم² باستخدام مياه الرجيع RO مع 5–10% EDTA وبالمياه المصاحبة مع 10% EDTA عند درجات حرارة معالجة مرتفعة. وأكدت الفحوص المجهرية حدوث ارتباط معدني عبر تبلور أملاح مختلفة، بما في ذلك الهالايت والمعادن الكربونية (الكالسيت والأراغونيت) ومعقدات EDTA–المعادن. كما أظهرت المياه المصاحبة، نتيجة لاحتوائها الأعلى على الكاتيونات ثنائية التكافؤ، قدرة أفضل على احتجاز ثاني أكسيد الكربون، خصوصاً عند التكرار في المعالجة. تُظهر هذه الدراسة الفائدة المحتملة لاستخدام مزيج من EDTA والمياه المالحة عالية التركيز للسيطرة على تآكل الرمال والمساهمة في احتجاز الكربون الجوي.

English Abstract

This research introduces an environmentally friendly approach that tackles two pressing issues—sand erosion and rising atmospheric CO₂—by converting wastewaters into a stabilizing and carbon-capturing treatment. Reverse osmosis (RO) reject brine and oil-based-produced water (PW), mixed with Dipotassium ethylenediaminetetraacetic acid (K₂-EDTA), were tested for this purpose. Authentic RO reject water was collected from a desalination plant in Al-Khobar, Saudi Arabia, while synthetic produced water (PW) was prepared in the laboratory. Both wastewaters were initially characterized to assess their chemical contents and ensure the absence of any toxic constituents (i.e. heavy metals) before used in the study. In the study, EDTA agent was added to both types of wastewaters at varying concentrations (1%, 5%, 7%, and 10%) to evaluate its effect on sand stabilization and carbon mineralization. To study the effect of temperature on mineral precipitation, treated sand samples were cured at 20 °C, 30 °C, and 50 °C for up to three days.. Additional tests involved indoor and outdoor curing, as well as a four-day repeated spraying procedure under natural conditions to simulate the effect of rain on the consolidation potential. Surface strength and crust thickness were measured, while total inorganic carbon (TIC) analysis and SEM-EDX were used to evaluate the carbonate content and microstructural changes. The results demonstrated that EDTA significantly enhanced sand consolidation and carbon mineralization. A maximum surface strength of 4.5 kg/cm² was achieved using RO reject water with 5–10% EDTA and produced water with 10% EDTA at elevated curing temperatures. Microscopy confirmed mineral binding through crystallization of various salts, including halite, carbonate minerals (calcite, aragonite), and EDTA–metal complexes. Produced water, due to its higher divalent cation content, exhibited superior CO₂ sequestration potential, particularly under repeated treatment. This study demonstrated the beneficial use of the combination of EDTA and highly saline wastewater to control sand erosion and atmospheric carbon sequestration.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Tawabini, Bassam Shafiq
Committee Members:	Mahmoud, Mohamed and Abdulhamid, Mahmoud Atif
Depositing User:	MUHAMMAD ARIANSYAH (g202215380)
Date Deposited:	27 Aug 2025 10:28
Last Modified:	27 Aug 2025 10:28
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143684