Date of Award

4-2024

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Civil and Environmental Engineering

First Advisor

Ali H. Al-Marzouqi

Second Advisor

Bart Van der Bruggen

Third Advisor

Afaf Kamal-Eldin

Fourth Advisor

Mohamed Mostafa Ahmed Mohamed

Abstract

In the pursuit of enhanced waste management solutions, this comprehensive research delves into the untapped potential of Date Fruit Pomace (DFP), an abundant byproduct from the date syrup industry that is currently underutilized, leading to environmental concerns. The study emphasizes the need for proper waste management and valorization strategies to mitigate the environmental impact of DFP and promote sustainability within the date processing industry. The initial phase involves characterizing DFP from Emirati varieties, highlighting its compositional and functional properties. The analysis reveals that DFP is rich in total dietary fiber (45.5%), residual sugars (35.3%), protein (10.6%), ash (4.1%), and fat (1.3%). Recognizing the global shift towards a circular, sustainable bioeconomy, the research explores the potential of fermented DFP as a bioadsorbent for sulfate removal from high-salinity rejected brine, a critical issue in desalination plants. The bioadsorbent prepared from the fermented DFP in the form of activated carbon exhibited a 90.9% sulfate removal when 500 mg/L brine was treated with 20 g/L of activated carbon at 25°C for 2 h with a BET surface area of 166.48 m2/g. The behaviour of the sulfate adsorption fits the Langmuir model with a maximum adsorption capacity of 415.2 mg/g. The adsorption isotherms and kinetic model indicate that the adsorption is exothermic in nature in close alignment with both pseudo-first- and pseudosecond- order kinetics, indicating that sulfate adsorption is both physical and chemical in nature. A biorefinery based on DFP is proposed and the economic viability is assessed through a Techno-Economic Analysis (TEA) using the software SuperPro Designer. The TEA of the project exhibits a payback period of 3.6 years, highlighting its economic sustainability. The proposed biorefinery project not only aligns with environmental goals but also demonstrates economic viability, making a significant contribution to the sustainable development of the date processing industry in the UAE. In summary, this research provides a holistic exploration of the multifaceted applications of DFP, transforming what was once overlooked waste into a catalyst for sustainable innovation.

Arabic Abstract


تحويل بقايا التخمير من نخل ثمار التمر لإنتاج المادة الممتزة الحيوية في إطار معمل حيوي متكامل

في إطار السعي إلى إيجاد حلول محسنة لإدارة النفايات، يتعمق هذا البحث الشامل في الإمكانات غير المستغلة لنفل التمر (DFP)، وهو منتج ثانوي وفير من صناعة شراب التمر غير المستغل حالياً، مما يؤدي إلى مخاوف بيئية. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى استراتيجيات مناسبة لإدارة النفايات وتثمينها للتخفيف من الأثر البيئي لـ DFP وتعزيز الاستدامة في صناعة معالجة التمور. تتضمن المرحلة الأولية معرفه الخصائص المميزة لماده DFP من الأصناف الإماراتية وإبراز خصائصها التركيبية والوظيفية. يكشف التحليل أن DFP غني بإجمالي الألياف الغذائية بنسبة (45.5%)، والسكريات المتبقية (35.3%)، والبروتين بنسبة (10.6%)، والرماد بنسبة (4.1%)، والدهون بنسبة (1.3%). وإدراكاً للتحول العالمي نحو اقتصاد حيوي متكامل ومستدام، يستكشف البحث إمكانات DFP المتخمر كممتص حيوي لإزالة الكبريتات من المياه المالحة المطروحة عالية الملوحة، وهي مشكلة حاسمة في محطات تحلية المياه. أظهر الممتز الحيوي المحضر من DFP المتخمر في شكل كربون منشط إزالة كبريتات بنسبة 90.9% عندما تمت معالجة 500 mg/l من المحلول الملحي بتركيز 20 g/l من الكربون المنشط عند 25 درجة مئوية لمدة ساعتين بمساحة سطح BET تبلغ 166.48 m²/g. آلية امتزاز الكبريتات تناسب نموذج Langmuir بقدرة امتصاص قصوى تبلغ 415.2 mg/g. تشير نماذج تساوي الحرارة للامتزاز والنموذج الحركي إلى أن الامتزاز طارد للحرارة بطبيعته في تناسب شبه كلي مع كل من نموذج pseudo-first ونموذج pseudo-second-order، مما يشير إلى أن عملية امتزاز الكبريتات هو عملية فيزيائية وكيميائية بطبيعتها. يقترح إنشاء معمل حيوي يعتمد على DFP ويتم تقييم الجدوى الاقتصادية من خلال التحليل الفني الاقتصادي (TEA) باستخدام برنامج SuperPro Designer. يُظهر تقييم استغلال المشروع فترة استرداد تبلغ 3.6 سنوات، مما يسلط الضوء على استدامته الاقتصادية. لا يتوافق مشروع المصفاة الحيوية المقترح مع الأهداف البيئية فحسب، بل يوضح أيضاً الجدوى الاقتصادية، مما يسهم بشكل كبير في التنمية المستدامة لصناعة معالجة التمور في دولة الإمارات العربية المتحدة. باختصار، يوفر هذا البحث استكشافاً شاملاً للتطبيقات متعددة الأوجه لـ DFP، مما يحول ما تم تجاهله من النفايات إلى حافز للابتكار المستدام.

Download

Share

COinS