Date of Award

11-2023

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Civil Engineering

Department

Civil and Environmental Engineering

First Advisor

Dr. Ashraf Aly Hassan

Second Advisor

Dr. Mohamed Hamouda

Abstract

Water shortage in many coastal parts of the world is reaching alarming situation, including the United Arab Emirates. Urbanization and rapid population growth are generating critical water demands with an increase in per capita consumption. Seawater is usually treated by membrane processes such as Reverse Osmosis (RO). However, this technology is energy intensive and generates excessive brine as a waste. The solution to this problem can be found in natural remediation techniques that can reduce salt concentration from seawater, such as halophytes. A salt-tolerant species can consume Na+ and Cl- ions and increase cellular growth which is termed biological desalination or biodesalination. Lab-scale reactors were used to analyze all the strains having better salt tolerance capacities. Two species of cyanobacteria and three species of algae; Trichormus variabilis, Phormidium keutzingianum, Chlamydomonas reinharditii, Euglena deses and Scenedesmus obliquus were studied in different application combinations, i.e., in suspension, immobilized method and attached growth. Phormidium keutzingianum performed much better than all other studied strains and it showed salt tolerance up to 100 g/L. Phormidium keutzingianum strain was grown on a support media (zeolites) to develop biofilm for evaluation of salt bioaccumulation/biosorption in attached growth PBR for the treatment of direct seawater and placed outdoors in harsh UAE climate. A continuous flow system composed of an initial phase of packed bed attached growth Phormidium keutzingianum was experimented. It reduces ~40% of Clion from the real seawater within a hydraulic retention time of 7 days with minimal cell detachment into the effluent seawater. Therefore, the designed photobioreactor can be utilized as a hybrid approach to the existing desalination industry. This technology has the potential to revive our understanding of drinking water treatment based on natural remediation techniques. The technology will reduce water shortage issues, GHG emissions in the atmosphere, reduce operational cost, and energy requirements.

Arabic Abstract

التحلية البيولوجية لمياه البحر باستخدام الطحالب الخضراء والسيانوبكتيريا

ندرة المياه في العديد من الأماكن الساحلية في العالم تصل إلى مستويات مقلقة، بما في ذلك دولة الإمارات العربية المتحدة. عمليات التحضر والنمو السكاني السريع تؤدي إلى زيادة حادة في الاستهلاك المائي الشخصي. يتم معالجة مياه البحر عادة بواسطة عمليات الغشاء مثل التناضح العكسي (RO). ومع ذلك، هذه التقنية تستهلك الكثير من الطاقة وتنتج نفايات مفرطة في شكل محلول ملحي. الحلا لهذه المشكلة يمكن العثورعليه في تقنيات التنقية الطبيعية التي يمكن أن تقلل من تركيز الملح في مياه البحر، مثل النباتات الملحية. يمكن لأنواع مقاومة للملح استهلاك أيونات و Na+ وCl- ‏وزيادة النمو الخلوي، مما يسمى بالتحلية البيولوجية أو التحلية البيولوجية. تم استخدام مفاعلات مقياس المختبر لتحليل جميع السلالات ذات قدرات أفضل للتحمل للملح. تمت دراسة نوعين من السيانوبكتيريا وتلاثة أنواع من الطحالب؛ Trichormus variabilis، Phormidium keutzingianum، Chlamydomonas reinharditii، Euglena deses، Scenedesmus obliquus في تركيبات تطبيقية مختلفة، أي في التعليق والتركيب الجامد والنمو المعلق. أداء نوع Phormidium keutzingianum‏ كان أفضل بكثير من جميع السلالات الأخرى المدروسة وأظهر تحملا للملح يصل إلى 100 جرام/لتر. تمت زراعة سلالة ‎Phormidium keutzingianu m‏ على وسط دعم (زيوليت) لتطوير طبقة حيوية لتقييم تراكم الملح الحيوي في مفاعل النمو المعلق المرتبط لمعالجة مياه البحر المباشرة وتم وضعه في الهواء الطلق في مناخ الإمارات القاسي. تم تجربة نظام تدفق مستمر مكون من مرحلة أولى من النمو المعلق في مفاعل Phormidium keutzingianum المرتبط بالسرير المعبأ. يمكن استخدام المصمم لمفاعل الفوتوبيولوجي كنهج مختلط لصناعة تحلية المياه الحالية. تتيح هذه التقنية إمكانية استعادة فهمنا لمعالجة مياه الشرب بناءً على تقنيات التنقية الطبيعية. ستقلل هذه التقنية من مشكلات ندرة المياه، وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الجو، وتكاليف التشغيل، واحتياجات الطاقة.

Download

Share

COinS