EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF OIL REMOVAL IN OIL-CONTAMINATED WASTEWATER USING MEMBRANE TREATMENT. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Ali-MS-thesis-cover-signed.pdf - Draft Version Restricted to Repository staff only until 31 December 2026. Download (5MB)

Arabic Abstract

تُعَدّ صناعة النفط والغاز بشكل متزايد قطاعًا آخذًا في التراجع، وذلك نتيجة التحوّل العالمي نحو مصادر الطاقة المتجددة والمستدامة بيئيًا. ونتيجةً لذلك، تتزايد الضغوط المفروضة على شركات النفط والغاز للحدّ من بصمتها البيئية، مدفوعةً بتشديد اللوائح الحكومية، وفرض الغرامات المالية، وتحقيق أهداف الاستدامة المؤسسية. وتُعدّ مشكلة وجود النفط في المياه المصاحبة أحد أبرز الشواغل البيئية، مما يستلزم اعتماد طرق معالجة فعّالة. وقد برز الفصل باستخدام الأغشية كإحدى التقنيات الواعدة لخفض محتوى النفط في التيارات المائية. في هذه الدراسة، تم استخدام ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) لتعزيز فهم وأداء أنظمة المعالجة بالغشاء، وذلك من خلال تحليل سلوك النفط بالقرب من سطح الغشاء وتحديد المعلمات التشغيلية الرئيسية المؤثرة في تدفق المياه. وقد شملت العوامل المدروسة سرعة الدخول، والضغط عبر الغشاء، وقيمة القطر لقطرات النفط، وتركيز النفط، حيث جرى تحليلها من خلال محاكاة عددية. ولتمثيل سلوك الغشاء بدقة، أُجريت تجارب مخبرية لتحديد مقاومة الغشاء، وتم تضمين هذه المقاومة في نموذج ال (CFD) باستخدام دالة معرفة من قبل المستخدم (UDF). تم التحقق من صحة نتائج المحاكاة بمقارنتها مع البيانات التجريبية، حيث أظهرت توافقًا وثيقًا بين القيم المتوقعة والمقاسة. وكشفت النتائج أن زيادة سرعة الجريان كان لها تأثير سلبي على تدفق المياه، على خلاف التوقعات التي تشير إلى تعزيز تأثيرات النقل العكسي. كما تبيّن أن حجم قطرات النفط والسرعة مترابطان بشكل وثيق؛ إذ إنّه عند الأقطار الصغيرة للقطرات، تؤدي زيادة السرعة إلى انخفاض التدفق الكلي حتى الوصول إلى سرعة حرجة، بعدها يبدأ التدفق بالازدياد. وتسلّط هذه النتائج الضوء على التعقيد في التفاعلات التي تحكم أداء الأغشية. ويوصى بإجراء مزيد من الأبحاث لدراسة عوامل مؤثرة إضافية مثل قابلية ابتلال الغشاء، وإجهاد القص، وتشوه القطرات.

English Abstract

The oil and gas industry is increasingly regarded as a declining sector due to the global transition toward renewable and environmentally sustainable energy sources. Consequently, there is growing pressure on oil and gas companies to reduce their environmental footprint, driven by stricter governmental regulations, financial penalties, and corporate sustainability objectives. One major environmental concern is the presence of oil in produced water, necessitating effective treatment methods. Membrane-based separation has emerged as a promising technique for reducing oil content in water streams. In this study, Computational Fluid Dynamics (CFD) was employed to enhance the understanding and performance of membrane treatment systems by analyzing oil behavior near the membrane surface and identifying key operational parameters affecting water flux. Parameters including inlet velocity, transmembrane pressure, oil droplet diameter, and oil concentration were investigated through numerical simulations. To accurately represent membrane behavior, experimental investigations were conducted to determine membrane resistance, which was implemented into the CFD model via a user-defined function (UDF). Simulation results were validated against experimental data, showing close agreement between predicted and measured values. The findings revealed that increasing flow velocity negatively impacted water flux, contrary to the expected enhancement of back-transport effects. Additionally, oil droplet size and velocity were found to be strongly interdependent. For smaller droplet diameters, increasing velocity led to a reduction in total flux up to a critical velocity, beyond which flux began to increase. These results highlight the complex interactions governing membrane performance. Further research is recommended to investigate additional influencing factors such as membrane wettability, shear stress, and droplet deformation.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Ben Mansour, Rached
Committee Members:	Alsarkhi, Abdelsalam and Elsamadony, Mohamed
Depositing User:	ALI SHAHIN (g202303690)
Date Deposited:	31 Dec 2025 08:53
Last Modified:	31 Dec 2025 08:53
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143966