Membrane water treatment plant design and simulation and evaluation of renewable energy source for the energy consumption of the plant

Abstract

Due to the increasing population of the world and changes in the lifestyle of the people, the demand for clean water is increased and applies pressure on the water supply system. Civilization and industrialization affected clean water sources and increased the demand for clean water. Alternative sources of freshwater are desalination and wastewater treatment. Because of human and industrial activities, different pollutants may reach clean water sources. Therefore, water treatment is necessary. The present study seeks to advance tertiary water treatment technology for brackish water treatment to render the water for drinking purposes. Among advanced water treatment technologies, reverse osmosis water desalination is a famous and suitable water treatment technology for drinking water treatment purposes. The present study designed the RO treatment plant for Kirikkale city. It stimulated different scenarios with WAVE simulation software to find the most efficient and economical layout for the RO plant. RO water treatment plants need high energy to pass water through membrane surfaces. Therefore, finding a solution to reduce high energy consumption is essential. The present study tried to find a way for energy consumption reduction and design and evaluate the Energy recovery devices (ERD) for the RO plant. The result shows that installing turbocharger ERD devices decreases energy consumption by up to 30%. At the end of this study, it was designed and evaluated using renewable energy sources (solar energy) for RO plants. The photovoltaic energy production system was evaluated and compared to energy production by the conventional system (coal, natural gas, and oil) using RETscreen software to find the PV system's greenhouse gas (GHG) reduction. The results show that implementing the PV energy production system reduces more than 12750 tCO2 equivalent emission reduction to the atmosphere.

Artan dünya nüfusu ve insanların yaşam tarzındaki değişiklikler nedeniyle temiz suya olan talep artmakta ve su temin sistemi üzerinde baskı oluşturmaktadır. Medeniyet ve sanayileşme temiz su kaynaklarını etkilemiş ve temiz su talebini artırmıştır. Alternatif tatlı su kaynakları tuzdan arındırma ve atık su arıtmadır. İnsan ve endüstriyel faaliyetler nedeniyle farklı kirleticiler temiz su kaynaklarına ulaşabilmektedir. Bu nedenle, su arıtma gereklidir. Bu çalışma, suyu içme amaçlı hale getirmek için acı su arıtımı için üçüncül su arıtma teknolojisini ilerletmeyi amaçlamaktadır. Gelişmiş su arıtma teknolojileri arasında ters ozmozlu su tuzdan arındırma, içme suyu arıtma amaçları için ünlü ve uygun bir su arıtma teknolojisidir. Bu çalışma Kırıkkale şehri için RO arıtma tesisi tasarlamıştır. RO tesisi için en verimli ve ekonomik yerleşimi bulmak için WAVE simülasyon yazılımıyla farklı senaryoları harekete geçirdi. RO su arıtma tesisleri, suyu membran yüzeylerinden geçirmek için yüksek enerjiye ihtiyaç duyar. Bu nedenle, yüksek enerji tüketimini azaltmak için bir çözüm bulmak önemlidir. Bu çalışma, enerji tüketimini azaltmanın bir yolunu bulmaya ve RO tesisi için Enerji geri kazanım cihazlarını (ERD) tasarlamaya ve değerlendirmeye çalıştı. Sonuç, turbo şarjlı ERD cihazlarının takılmasının enerji tüketimini %30'a kadar azalttığını gösteriyor. Bu çalışmanın sonunda RO santralleri için yenilenebilir enerji kaynakları (güneş enerjisi) kullanılarak tasarlanmış ve değerlendirilmiştir. Fotovoltaik enerji üretim sistemi değerlendirildi ve PV sisteminin sera gazı (GHG) azaltımını bulmak için RETscreen yazılımı kullanılarak geleneksel sistem (kömür, doğal gaz ve petrol) tarafından enerji üretimi ile karşılaştırıldı. Sonuçlar, PV enerji üretim sisteminin uygulanmasının atmosfere 12750 tCO2 eşdeğerinden daha fazla emisyon azaltımını azalttığını göstermektedir