Date of Award

5-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Water Resources

Department

Civil and Environmental Engineering

First Advisor

Prof. Sulaiman Al-Zuhair

Second Advisor

Prof. Mohamed M. Mohamed

Abstract

Crude petroleum oil spills are among the most important organic contaminations, which result from uncontrolled releases and spillages during transportation or storage. The separated oils on that accumulate on top of the water can be removed by various conventional skimming methods. However, the emulsified portions that remain within the water phase are more difficult to remove and pose significant threats to the environment and could tamper the tertiary treatment in a wastewater treatment plant. Biological treatment, using bacteria, have proven to be an effective method in the removal of the emulsified oils. However, the biomass produced in this case does not have any significant remunerative value, and in most cases the used bacteria are pathogenic. In this work, microalgae have been proposed to be used, instead of bacteria, to combine the emulsified oil remediation with the microalgae potential as biofuel feedstock, which enhances the economic and environmental benefit of the process. A freshwater strain of Chlorella vulgaris was grown in water containing different concentrations of emulsified crude oil, up to 275 mg/L, at different temperatures. To enhance the removal of the emulsified oils, chemotrophic cultivation conditions was applied keeping the emulsified oils as a sole carbon source. The degradation was monitored by measuring the total organic carbon in the water. The specific growth rate of the microalgae at each initial oil concentration was determined and the results were fitted to a modified Monod kinetics model that takes specific interfacial area as the influential substrate, rather than the actual concentration. The microalgae growth was found to increase with the increase in temperature, in tested range, with μmax increasing from 1.17-1.48 day−1 as the temperature increased from 30oC and 40oC, and the activation energy was found to be 19.05 kJ/mol. However, the increase in the microalgae growth with temperature did not result increase on the oils removal and the yield of oil removal per biomass growth was found to decrease with the increase in temperature.

Arabic Abstract

تعد انسكابات النفط الخام من أهم الملوثات العضوية التي تنتج عن الإطلاقات والانسكابات غير المنضبطة أثناء النقل أو التخزين. يمكن إزالة الزيوت المنفصلة التي تتراكم فوق الماء بطرق تقليدية مختلفة، ومع ذلك فإن الأجزاء المستحلبة التي تبقى في طور الماء تكون أكثر صعوبة في الإزالة وتشكل تهديدات كبيرة على البيئة ويمكن أن تدخل في مرحلة العلاج الثالث في محطة معالجة مياه الصرف الصحي.

أثبت العلاج البيولوجي باستخدام البكتيريا أنه طريقة فعالة في إزالة الزيوت المستحلبة، ومع ذلك فإن الكتلة الحيوية المنتجة في هذه الحالة ليس لها أي قيمة تجارية كبيرة، وفي معظم الحالات تكون البكتيريا المستخدمة مسببة للأمراض.

في هذا العمل، تم اقتراح استخدام الطحالب الدقيقة بدلاً من البكتيريا لدمج معالجة الزيت المستحلب مع الطحالب الدقيقة كمواد وسيطة للوقود الحيوي، مما يعزز الفائدة الاقتصادية والبيئية للعملية. تم زرع سلالة من المياه العذبة من الكلوريلا الشائع في المياه التي تحتوي على تركيزات مختلفة من النفط الخام المستحلب تصل إلى 275 ملغم/لتر، في درجات حرارة مختلفة.

لتعزيز إزالة الزيوت المستحلبة، تم تطبيق شروط الزراعة الكيميائية للحفاظ على الزيوت المستحلبة كمصدر وحيد للكربون. تم رصد التحلل بقياس إجمالي الكربون العضوي في الماء. تم تحديد معدل النمو المحدد للطحالب الدقيقة في كل تركيز زيت أولي وتم تركيب النتائج على نموذج Monod الحركي المعدل الذي يأخذ منطقة بيئية محددة كركيزة مؤثرة بدلاً من التركيز الفعلي.

وجد أن نمو الطحالب الدقيقة يزداد مع زيادة درجة الحرارة، في النطاق الاختباري، مع زيادة μmax من 1.17 إلى 1.48 في اليوم، حيث زادت درجة الحرارة من 30 إلى 40 درجة مئوية، ووجدت طاقة التنشيط بمقدار 19.05 كيلوجول/مول. ومع ذلك، فإن الزيادة في نمو الطحالب الدقيقة مع درجة الحرارة لم ينتج عنها زيادة في إزالة الزيوت، ووجد أن محصول إزالة الزيت لكل نمو للكتلة الحيوية ينخفض مع زيادة درجة الحرارة.

Arabic Comments

مفاهيم البحث الرئيسية: مستحلب النفط الخام والمياه، المعالجة الحيوية، الطحالب الدقيقة، أنواع الكلوريلا، منطقة بيئية محددة، نموذج حركي.

Download

Share

COinS