Date of Award

5-2017

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Chemical Engineering (MSChE)

Department

Chemical and Petroleum Engineering

First Advisor

Sulaiman Al-Zuhair

Second Advisor

Nayef Ghasem

Third Advisor

Eric D. van Hullebusch

Abstract

Excessive use of desalination, due to the increase in freshwater demand, results in large productions of reject brine. Therefore, the development of an efficient treatment process of the reject brine becomes vital. The Solvay process is one of the main treatment technologies, wherein NH3 is introduced to convert soluble Na+ into insoluble NaHCO3. However, in this process, Cl- is not removed and NH4+ is introduced, and therefore electrocoagulation has been proposed for their removal. The experiment was designed using Minitab with different initial concentrations of chloride (7400 – 32600 mg/l), current densities (0.033 - 0.2 A/cm2), and temperatures (3.2 - 36.8°C). It was found that both percentage and rate of removal increased with the increase in temperature and current density, and the decrease in initial concentration of the ions. For example, at 20°C and initial concentrations of 14250 mg/l and 20000 mg/l for NH4+ and Cl-, respectively, increasing the current density from 0 to 0.2 A/cm2 resulted in an increase in the removal percentages from 12.5 to 66.7% and from 3.55 to 28.4% for NH4+ and Cl-, respectively. At 0.1167 A/cm2 and initial concentrations of 14250 mg/l and 20000 mg/l for NH4+ and Cl-, respectively, increasing the temperature from 3.2 to 36.8°C, resulted in an increase in the removal from 42.9 to 72.4% and from 21.8 to 29.8% for NH4+ and Cl-, respectively. However, at 0.1167 A/cm2 and 20°C, increasing the initial concentration of Cl- from 7400 to 32600 mg/l resulted in decreasing in the removal from 56.9 to 45.3% and from 30.3 to 25.6% for NH4+ and Cl-, respectively. The results were fitted into model equations (14 and 15), which were validated against an independent experimental point not used in their development. The selected points were the middle points for the independent variables for central composite design for current density (0.1167 A/cm2) and initial concentrations of 14250 mg/l and 20000 mg/l for ammonium and chloride, respectively, but for temperature, the selected point was the high-level point for the independent variables for central composite design (30°C). At this condition, the removals of ammonium and chloride were found to be 71.55% and 26.88%, respectively.

Comments

الاستخدام المفرط لتحلية المياه، بسبب زيادة الطلب على المياه العذبة، يؤدي إلى إنتاج كمية كبيرة من المياه المالحة. ولذلك، فإنه من المهم تطوير تقنيات فعالة لمعالجة المياه المالحة. عملية سولفاي هي واحدة من التقنيات الرئيسية المعالجة ، حيث يتم ضخ NH3 لتحويل Na+ إلى NAHCO3 الغير قابل للذوبان. ولكن مع ذلك فإن استخدام عملية السولفاي لا ينتج عنه إزالة الكلورايد وبالإضافة إلى ذلك فإن كمية ال NH4+ تزداد، وبالتالي تم اقتراح التخثر الكهربي كطريقة لإزالة الأمونيوم والكلورايد من المحلول الملحي المركز الناتج من عملية السولفاي. استخدمت تراكيز أولية مختلفة من الكلوريد ( 7400 – 32600 ملغم / لتر(، و كثافات كهربائية مختلفة ( 0.033 -0.2 أمبير / سم 2 ) ودرجات حرارة مختلفة ( 3.2 – 36.8 درجة مئوية( . وقد وجد أن كلا من النسبة المئوية ومعدل الإزالة قد ازداد مع زيادة درجة الحرارة و الكثافة الكهربائية ، ومع انخفاض التركيز الأولي للأيونات. على سبيل المثال فقد تبين أنه عند 20 درجة مئوية، و 20000 ملغ / لتر كتركيز أولي من الكلورايد و 14250 ملغ/ لتر كتركيز أولي من الأمونيوم ، فإن زيادة الكثافة الكهربائية من 0 إلى 0.2 أمبير / سم 2 تؤدي إلى زيادة نسبة الإزالة من 12.5 إلى 66.7 ٪ ومن 3.55 إلى ٪28.4 من الأمونيوم والكلورايد، على التوالي. وعند الكثافة الكهرب 0.1167 أمبير ائية / سم 2, و 20000 ملغ / لتر كتركيز أولي من الكلورايد و 14250 ملغ/ لتر كتركيز أولي من الأمونيوم ، فإن زيادة درجة الحرارة من 3.2 إلى 36.8 درجة مئوية، تؤدي إلى زيادة نسبة الإزالة من 42.9 إلى 72.4 ٪ و من 21.8 إلى 29.8 ٪ من الأمونيوم والكلورايد، على التوالي. وعند الكثافة الكهربائية 0.1167 أمبير / سم 2 ، و درجة الحرارة 20 درجة مئوية، فإن زيادة التركيز الأولي من الكلورايد من 7400 إلى 32600 ملغ / لتر، يؤدي إلى انخفاض في نسبة الإزالة من 56.9 إلى 45.3 ٪ و من 30.3 إلى 25.6 ٪ من الأمونيوم والكلورايد، على التوالي. تم استخدام برنامج 17.0 Minitab وتم اجراء 20 تجربة لدراسة تأثير درجة الحرارة، والتركيز الأولي للكلورايد والأمونيوم، والكثافة الكهربائية على نسبة إزالة الكلورايد والأمونيوم من محلول السولفاي. تم ادراج النتائج في برنامج ال Minitab وعليه تم الحصول على المعادلة النموذجية التي تمثل العلاقة بين المتغيرات والنتائج، وللتأكد من صحة هذه المعادلة تم استخدام تجربة مختلفة عن ال 20 تجربة التي استخدمت لوضع المعادلتين ( 14 و 15 ) هذه التجربة المستقلة هي عبارة عن كثافة الكهربائية بمقدار 0.1167 أمبير / سم 2، و درجة حرارة بمقدار 30 درجة مئوية، و 20000 ملغ / لتر كتركيز أولي من الكلورايد و 14250 ملغ/ لتر كتركيز أولي من الأمونيوم. وفي هذه التجربة فقد وجد أنه 75.55 % من الأمونيوم و 26.88 % من الكلورايد قد أزيلت.

Download
COinS