Treatment of Surface Water by Autonomous Solar-Powered Membrane Cells
Date
2010
Authors
Raed Waked Assad Al Qutub
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
In addition to shortage of fresh water resources, Palestine is suffering from shortages in recoverable commercial energy sources such as crude oil and natural gas. The limited energy sources in Palestine makes renewable energy options such as solar power very attractive, especially for remote areas. This will be extremely important for small-scale applications. Due to prevailing tough conditions, such as low water quality and shortage in supplies, there is a large demand for small water treatment units to obtain drinkable water for life support. In this thesis, an experimental study was conducted to investigate the potential to develop a small water treatment unit using photovoltaic powered reverse osmosis system in Palestine. A testing rig was built, where a reverse osmosis (RO) water treatment system driven by photovoltaic power is used. The RO unit consists of a five-micron sediment filter that is made of polypropylene, two active carbon filters with 1 2 micrometer hole diameter, and one polyamide TFC membrane. The system is mechanically powered, One PV arrays panel (55 p W) which tilted a 45 to the south directly coupling to a DC motor (Diaphragm), that can give pressure up to 1.2 bar and average flow rate 34.68 L/d by using water from Shraish spring located in Nablus city in West Bank The system was operated at variable flow, enabling it to make efficient use of the naturally varying solar resource, with no need of batteries. Different operating conditions of solar radiation pump pressure, feed water temperature, total dissolved solid, trans-membrane pressure, and flow rates were studied. In order to study the affect on permeate flow rate and water quality. It was found that increasing the solar radiation, pump pressure, and feed water temperature has enhanced the permeate flux. Increasing the TDS has reduced the permeate flux, and the water quality was within the international standard to be safe drinking water, on the other hand, A pronounced effect on the permeate water quality occurred when the recovery increased, the fecal was observed for the first time when the recovery changed . Based on the calculations, the estimated cost of water produced by the system is $17/m³.The Price of water produced from a solar-powered system for water treatment cannot be economically viable, only in remote areas and far from conventional energy sources or during catastrophes where drinkable water is not available..
بالإضافة إلى نقص موارد المياه العذبة, فلسطين تعاني من نقص موارد الطاقة التقليدية مثل النفط الخام والغاز الطبيعي ومصادر الطاقة المحدودة في فلسطين يجعل خيارات الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية جذابة للغاية وخاصة في المناطق النائية, وبالتالي سيكون أمراً بالغ الأهمية للتطبيقات صغيرة الحجم بسبب الظروف الصعبة السائدة مثل تدني نوعية المياه ونقص في الإمدادات حيث أن هناك طلب كبير على وحدات صغيرة لمعالجة المياه للحصول على مياه صالحة للشرب. في هذه الأطروحة، أجريت دراسة للتحقق من إمكانية تطوير وحدة معالجة مياه صغيرة تعمل بالخلايا الشمسية باستخدام نظام التناضح العكسي في فلسطين. وقد تم بناء نموذج اختبار يشمل على نظام معالجة المياه بالتناضح العكسي تعمل بطاقة الخلايا الشمسية, ويتكون النظام من فلتر الرواسب الترابية (5 ميكرون) وهي مصنوعة من مادة البوليبروبيلين, واثنين من فلترالكربون النشط 1-2 مايكروميتر, ومركب غشاء التناضح العكسي وخلية شمسية واحدة بقدره مقدارها 55 واط مائلة بزاوية 45 درجة جنوبا وهي موصولة مباشره بمضخة ذات تيار كهربائي مستمر, التي يمكن أن تعطي ضغط يصل إلى 1.2 بار ومعدل تدفق مياه يصل إلى 34.68 لتر/ يوم باستخدام مياه عين شريش تقع في مدينة نابلس في فلسطين. إن النظام يعمل بتدفق المياه بشكل متغير,مما مكّن من تحقيق الاستخدام الأمثل لمصدر الطاقة الشمسية الطبيعي والمتغير دون الحاجة إلى بطاريات. تمت دراسة ظروف التشغيل المختلفة من الإشعاع الشمسي وضغط المضخة ودرجة حرارة المياه المغذية للنظام, والمواد الصلبة الذائبة بالمياه والضغط عبر الغشاء من أجل معرفة مدى تأثيرها على معدل تدفق وجودة المياه.وجد أن زيادة الإشعاع الشمسي وضغط المضخة ودرجة حرارة المياه يعزز تدفق المياه الناتجة، وإن زيادة المواد الصلبة الذائبة يقلل من تدفق المياه الناتجة، مع بقاء جودة المياه ضمن المعايير الدولية لمياه الشرب المأمونة، من ناحية أخرى، هناك تأثير واضح على جودة المياه الناتجة عند زيادة الاسترداد، حيث أنه للمرة الأولى التي يلاحظ فيها وجود بكتيريا في المياه الناتجة. استناداً إلى الحسابات، تُقَدر تكلفة المياه الناتجة من قبل النظام ب $ 17/ متر مكعب. وثمن المياه الناتجة من نظام يعمل بالطاقة الشمسية لمعالجة المياه لا يمكن أنتكون مجديه اقتصاديا إلا في المناطق النائية والبعيدة عن مصادر الطاقة التقليدية أو أثناء الكوارث التي لا تتوافر فيها المياه الصالحة للشرب.
بالإضافة إلى نقص موارد المياه العذبة, فلسطين تعاني من نقص موارد الطاقة التقليدية مثل النفط الخام والغاز الطبيعي ومصادر الطاقة المحدودة في فلسطين يجعل خيارات الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية جذابة للغاية وخاصة في المناطق النائية, وبالتالي سيكون أمراً بالغ الأهمية للتطبيقات صغيرة الحجم بسبب الظروف الصعبة السائدة مثل تدني نوعية المياه ونقص في الإمدادات حيث أن هناك طلب كبير على وحدات صغيرة لمعالجة المياه للحصول على مياه صالحة للشرب. في هذه الأطروحة، أجريت دراسة للتحقق من إمكانية تطوير وحدة معالجة مياه صغيرة تعمل بالخلايا الشمسية باستخدام نظام التناضح العكسي في فلسطين. وقد تم بناء نموذج اختبار يشمل على نظام معالجة المياه بالتناضح العكسي تعمل بطاقة الخلايا الشمسية, ويتكون النظام من فلتر الرواسب الترابية (5 ميكرون) وهي مصنوعة من مادة البوليبروبيلين, واثنين من فلترالكربون النشط 1-2 مايكروميتر, ومركب غشاء التناضح العكسي وخلية شمسية واحدة بقدره مقدارها 55 واط مائلة بزاوية 45 درجة جنوبا وهي موصولة مباشره بمضخة ذات تيار كهربائي مستمر, التي يمكن أن تعطي ضغط يصل إلى 1.2 بار ومعدل تدفق مياه يصل إلى 34.68 لتر/ يوم باستخدام مياه عين شريش تقع في مدينة نابلس في فلسطين. إن النظام يعمل بتدفق المياه بشكل متغير,مما مكّن من تحقيق الاستخدام الأمثل لمصدر الطاقة الشمسية الطبيعي والمتغير دون الحاجة إلى بطاريات. تمت دراسة ظروف التشغيل المختلفة من الإشعاع الشمسي وضغط المضخة ودرجة حرارة المياه المغذية للنظام, والمواد الصلبة الذائبة بالمياه والضغط عبر الغشاء من أجل معرفة مدى تأثيرها على معدل تدفق وجودة المياه.وجد أن زيادة الإشعاع الشمسي وضغط المضخة ودرجة حرارة المياه يعزز تدفق المياه الناتجة، وإن زيادة المواد الصلبة الذائبة يقلل من تدفق المياه الناتجة، مع بقاء جودة المياه ضمن المعايير الدولية لمياه الشرب المأمونة، من ناحية أخرى، هناك تأثير واضح على جودة المياه الناتجة عند زيادة الاسترداد، حيث أنه للمرة الأولى التي يلاحظ فيها وجود بكتيريا في المياه الناتجة. استناداً إلى الحسابات، تُقَدر تكلفة المياه الناتجة من قبل النظام ب $ 17/ متر مكعب. وثمن المياه الناتجة من نظام يعمل بالطاقة الشمسية لمعالجة المياه لا يمكن أنتكون مجديه اقتصاديا إلا في المناطق النائية والبعيدة عن مصادر الطاقة التقليدية أو أثناء الكوارث التي لا تتوافر فيها المياه الصالحة للشرب.