Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-7869
Main Title: Direct contact membrane distillation of saline wastewater for recycling
Translated Title: Direktkontakt-Membrandestillation von salzhaltigem Abwasser zur Verwertung
Author(s): Abdelkader, Sana
Advisor(s): Geissen, Sven-Uwe
Bousselmi, Latifa
Referee(s): Seffen, Mongi
Denecke, Martin
Koschikowski, Joachim
Geissen, Sven-Uwe
Bousselmi, Latifa
Granting Institution: Technische Universität Berlin
National Higher School of Food Industries (ESIAT), Tunisia
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Freshwater availability is suffering from an increasing pressure created by the growing demand, depleting resources and the environmental pollution. Saline wastewater and saline industrial effluents are creating a complex issue due to their contribution in the pollution and the alteration of both surface water and groundwater properties. Thus, attention is drawn to investigating complete treatment systems for water recovery, especially in the industry. Desalination of saline wastewater presents a possibility to supply households, industry and agriculture with water. Hence, the development of cost effective and efficient treatment processes has become an obligation. In this work, the first step was to test two biological processes, namely aerobic and anaerobic processes, in combination with two membrane treatments (microfiltration and ultrafiltration) for saline wastewater treatment. It was observed during the tests that both the biological treatments and the membrane filtration performances were significantly affected by the NaCl concentration increase in the feed solutions. Membrane Distillation (MD) is a competitive technology for water desalination which forms an appealing solution for industrial wastewater treatment. It is getting an increasing attention thanks to its advantages in terms of energy consumption and final permeate quality. In this study, the second step was to apply Response Surface Methodology (RSM) to optimize the Direct Contact Membrane Distillation (DCMD) treatment of synthetic saline wastewater. The aim was to enhance the process performance and the permeate flux by optimizing the operating parameters. Despite its advantages, one of the most challenging issues in DCMD is membrane fouling and wetting. Therefore, the DCMD treatment of real industrial effluent was a focus in the present research work. Saline dairy effluent discharged from hard cheese industry was first pretreated by macrofiltration (MAF) and ultrafiltration (UF) and then processed by DCMD to investigate the extent of the aforementioned issues. Effluents pretreated by UF have led to the best process performance with stable DCMD permeate flux values at different operating conditions. Fouling has occurred in all the experiments, though their effect on the flux behavior and membrane wetting was different from one feed to the other. The utility theory was applied on the different scenarios that have been experimented using the studied system in order to identify the best demonstrated improvements in terms of process performance and cost-effectiveness.
Die Verfügbarkeit von Süßwasser leidet unter einem zunehmenden Druck, der durch die wachsende Nachfrage, die Erschöpfung der Ressourcen und die Umweltverschmutzung entsteht. Salzwasser und salzhaltige Industrieabwässer stellen ein komplexes Problem dar. So wird die Aufmerksamkeit auf die Untersuchung kompletter Aufbereitungssysteme zur Wasserrückgewinnung, insbesondere in der Industrie, gelenkt. Die Entsalzung von salzhaltigem Abwasser bietet die Möglichkeit, Haushalte, Industrie und Landwirtschaft mit Wasser zu versorgen. Daher ist die Entwicklung kostengünstiger und effizienter Behandlungsverfahren zu einer Verpflichtung geworden. In dieser Arbeit war der erste Schritt, zwei biologische Prozesse zu testen, nämlich aerobe und anaerobe Prozesse, in Kombination mit zwei Membranbehandlungen (Mikrofiltration und Ultrafiltration) zur Behandlung von Salzwasser. Bei den Tests wurde festgestellt, dass sowohl die biologischen Behandlungen als auch die Membranfiltrationsleistungen durch den Anstieg der NaCl-Konzentration in den Feed-Lösungen signifikant beeinflusst wurden. Die Membran-Destillation (MD) ist eine wettbewerbsfähige Technologie zur Wasserentsalzung, die eine attraktive Lösung für die industrielle Abwasserbehandlung darstellt. Dank seiner Vorteile in Bezug auf Energieverbrauch und Endpermeatqualität erfährt es eine zunehmende Aufmerksamkeit. In dieser Studie wurde im zweiten Schritt die Response Surface Methodology (RSM) zur Optimierung der Direktkontakt Membrandestillation (DCMD) Behandlung von synthetischem Salzwasser angewendet. Ziel war es, die Prozessleistung und den Permeatfluss durch Optimierung der Betriebsparameter zu verbessern. Trotz seiner Vorteile ist Membranverschmutzung und Benetzung eines der schwierigsten Themen bei der DCMD. Daher war die DCMD-Behandlung von realem industriellem Abwasser ein Schwerpunkt der vorliegenden Forschungsarbeiten. Das aus der Hartkäseindustrie eingeleitete salzhaltige Milchabwasser wurde zunächst durch Makrofiltration (MAF) und Ultrafiltration (UF) vorbehandelt und anschließend von der DCMD verarbeitet, um das Ausmaß der oben genannten Probleme zu untersuchen. Die mit UF vorbehandelten Abwässer haben zu bester Prozessleistung mit stabilen DCMD-Permeatfluss bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen geführt. Fouling ist in allen Experimenten aufgetreten, obwohl ihr Einfluss auf das Flussverhalten und die Benetzung der Membranen von einem Feed zum anderen unterschiedlich war. Die Utility-Theorie wurde auf die verschiedenen Szenarien angewendet, die mit dem untersuchten System experimentiert wurden, um die an den besten nachgewiesenen Verbesserungen in Bezug auf Prozessleistung und Kosteneffizienz zu identifizieren.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de//handle/11303/8740
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-7869
Exam Date: 11-Dec-2018
Issue Date: 2018
Date Available: 6-Feb-2019
DDC Class: 600 Technik, Technologie
Subject(s): membrane distillation
saline wastewater
permeate flux
process optimization
membrane fouling
membrane wetting
Membrandestillation
salzhaltiges Abwasser
Permeatfluss
Prozessoptimierung
Membranverschmutzung
Membranbenetzung
License: http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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