Eko-yenilikçi entegre membran sistemleriyle deniz suyundan ekonomik ve sürdürülebilir içme suyu üretimi
Economic and sustainable drinking water production from seawater with eco-innovative integrated membrane sytems
Yazar: DUYGU TOPALOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. COŞKUN AYDINER
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada; ileri osmoz prosesiyle tatlı sulardan su temini ve arıtılmış evsel atıksulardan su geri kazanımı sağlanarak İleri osmoz/Membran distilasyon (İO/MD) sisteminde deniz suyu konsantresi üretmeksizin, tek başına MD prosesinin etkinliğinin teknik ve ekonomik olarak arttırılması amaçlanmıştır. İO/MD sisteminin farklı besleme suları (göl suyu, yeraltı suyu ile II. ve III. evsel arıtma çıkış suları) için teknik performansları, lab-pilot ölçekli sistemde sürekli işletimlerle tespit edilmiştir. Bu çalışmalarda, I.İO'da deniz suyu, farklı besleme sularıyla önce seyreltilmiş, sonrasında seyreltilmiş deniz suyu MD proseste işlenerek içme suyu eldesi sağlanmıştır. MD konsantresi, I.İO konsantre beslemesi ile, ya II.İO proseste işlenerek ya da arıtma çıkış sularıyla doğrudan karıştırılarak, deniz suyu tuzluluk seviyesine seyreltilmiştir. Bu sayede, tatlı su kaynaklarından çekilecek suların, sistemde temiz su üretimine dahil edilerek denize deşarjla kaybı önlenmiş, arıtılmış evsel sular ise I.İO sonrası sistem dışına alınarak denize deşarj edileceği kabul edilmiştir. Elde edilen teknik performanslar proses modelleme ve maliyet analiz yazılımında gerçek ölçeğe benzeştirilerek, İO/MD sistemine ait farklı senaryoların tekno-ekonomik uygulanabilirlikleri incelenmiştir. İO prosesi ile seyreltilmiş deniz suyu MD proseste kullanıldığında, proses daha yüksek su akısıyla işletilmiştir. İO/MD sistemi tatlı kaynak sularıyla beslendiğinde, birim su arıtma maliyetinin iyileştirilebildiği belirlenmiştir. Ancak, sistem arıtılmış evsel sularla beslendiğinde, herhangi bir ekonomik iyileşmenin elde edilemeyeceği tespit edilmiştir. Deniz suyundan içme suyu eldesinde MD prosesi, seyreltme amaçlı harici tatlı su kaynağı kullanılan İO prosesle birleştirilerek, denize deşarj konsantre akım üretilmeksizin, tekno-ekonomik olarak başarıyla uygulanabilmektedir. Son olarak MD ve İO/MD desalinasyon tesislerinin analitik hiyerarşi prosesiyle teknik ekonomik ve çevresel kriterler dikkate alınarak en uygun desalinasyon tesislerinin seçimi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to increase the efficiency of MD process technically and economically without generating seawater concentration with forward osmosis/membrane distillation (FO/MD) process by providing water from fresh waters and gained of treated wastewaters with FO process.
Technical performances of the FO/MD system for different feed waters (lake water, groundwater and treated domestic wastewaters) were determined by operation in lab-pilot scale system. Seawater was diluted with feed waters in I.FO, then diluted seawater was processed in MD to produced drinking water. The MD concentrate was diluted to the seawater salinity either diluting with concentrated feed stream of I.FO in II.FO or mixing with treated wastewaters. The technical performances of FO/MD process was simulated to the real scale in process modeling and cost analysis software to investigate the techno-economic feasibility of the systems. When the seawater diluted with the FO process is treated with MD, the process is operated with higher water flux. It has been determined that when the FO/MD system is fed with fresh water,  unit treatment cost can be improved. However, when the system was fed with treated wastewaters, it was determined that no economic improvement could be obtained. Drinking water production can be successfully applied techno-economically without generating seawater concentrate by combining MD with FO process using external fresh water sources for dilution. Finally, the selection of the most appropriate desalination plants has been made taking into account the technical economical and environmental criteria with analytical hierarchy process of MD and FO/MD desalination plants.