Direct Contact Membrane Distillation for Palm Oil Mill Effluent Treatment

Idris, Iylia (2016) Direct Contact Membrane Distillation for Palm Oil Mill Effluent Treatment. PhD thesis, Universiti Sains Malaysia.

[img] PDF - Submitted Version
Download (154Kb)

    Abstract

    Kumbahan kelapa sawit (POME) adalah bahan buangan yang utama dihasilkan dari kilang kelapa sawit. Peningkatan dalam penghasilan dan pemprosesan kelapa sawit menyebabkan pencemaran alam sekitar dan turut memberi kesan kepada manusia dan hidupan air. POME dihasilkan pada suhu yang tinggi (~ 90 °C), memerlukan beberapa hari dan kawasan untuk disejukkan sebelum melalui proses rawatan konvensional. Melihat kepada potensi untuk mengurangkan tempoh rawatan, ruang dan pembuangan haba ke persekitaran, sistem rawatan membran penyulingan hubungan langsung (DCMD) telah dipilih dan proses ini terdiri daripada pra-rawatan dan proses membran. Kajian pengentalan mengenal pasti nilai optima dos yang diperolehi ialah 4 g/L pada pH 6.5 dan peratusan penyingkiran pepejal terampai adalah 82% pada suhu 50 °C. Aplikasi membran penyulingan hubungan langsung (DCMD) telah dikaji mengunakan dua jenis membrane iaitu membran PVDF gentian geronggang yang diubah suai dan yang tidak diubahsuai. Membran PVDF yang diubahsuai telah dilakukan untuk meningkatkan hydrophobiciti (sudut hubungan: 150.3 ± 1.1°) melalui salutan mengunakan larutan polietilena berketumpatan rendah (LDPE). Fluks tertinggi telah diperolehi pada suhu 80 °C untuk kedua-dua jenis membran. Fluks untuk PVDF membran gentian geronggang bagi yang tidak diubahsuai dan diubahsuai masing-masing adalah 2.63 L/m2.h and 2.38 L/m2.h. Tambahan pula, PVDF gentian geronggang tidak diubahsuai didapati tidak dapat bertahan untuk masa yang lama jika dibandingkan oleh PVDF gentian geronggang yang diubahsuai. Nilai TPC bagi kedua-dua jenis membran menurun apabila suhu kemasukan bertambah. Sebaliknya, nilai TPC yang diperolehi oleh gentian geronggang PVDF membran yang diubahsuai adalah dalam julat 0.57 hingga 0.62 pada julat suhu 60 hingga 80 °C. Manakala nilai TPC yang diperolehi oleh gentian geronggang PVDF membran yang tidak diubahsuai dalam julat suhu 60 hingga 80 darjah selsius adalah diantara 0.59 hingga 0.64. Proses ini boleh diklasifikasikan sebagai sistem yang baik. Rangkaian neural buatan (ANN) ialah simulasi yang mudah yang telah diaplikasikan untuk meramal jumlah fluks. Model bertingkat rangkaian neural buatan (FANN) telah dibuat dengan tiga input pembolehubah (suhu kemasukan, kadar aliran masuk dan jenis membran) dan satu output (fluks) dengan 18 eksperimen data. Optima model FANN terdiri daripada 1 lapisan tersembunyi dengan 13 neuron tersembunyi. Nilai kesilapan paling min persegi (MSE) yang diperolehi adalah 0.0034, manakala nilai pekali regresi (R) untuk latihan, pengesahan dan ujian adalah masing-masing 0.9859, 0.9986, dan 0.9984. keputusan ini menunjukkan latihan dan prestasi yang baik diantara model ANN ramalan data dan eksperimen data. Analisis pemilihan sensitif telah dilakukan untuk mengetahui sensitiviti parameter operasi. Parameter yang paling sensitif adalah suhu kemasukan dibandingkan dengan kadar aliran masuk. Membran penyulingan hubungan langsung (DCMD) sangat berpotensi untuk menggantikan rawatan konvensional POME. Sistem ini mampu mengurangkan pembaziran haba, memendekkan tempoh rawatan dan dapat menjana air yang bersih dan boleh digunakan untuk proses yang lain serta selamat untuk dilepaskan ke alam sekitar. ________________________________________________________________________________________________________________________ Palm oil mill effluent (POME) is a major waste produced by the palm oil industry. The increase in the production of POME has caused environmental pollution, which ultimately has adverse effects on humans and aquatic life. POME is discharged at high temperature (~ 90 degree Celsius), requires days and spaces to cool it before undergone conventional treatment. Viewing the potential of reducing the treatment period, spaces and heat wasted to the environment, a direct contact membrane distillation (DCMD) treatment system was investigated consisting of pre-treatment and membrane processes. Coagulation study identify optimum coagulant dosage obtained was 4 g/L at pH 6.5, and the percentage of suspended solids removal was found to be 82% at 50 °C. The application of the direct contact membrane distillation (DCMD) was studied using two types of membranes: modified and unmodified PVDF hollow fibre membranes. Modified PVDF membrane was carried out to increase the hydrophobicity (contact angle: 150.3 ± 1.1°) through coating with Low density polyethylene (LDPE) solution. The highest flux was obtained at 80 °C for both types of membranes. The permeate water fluxes for unmodified and modified PVDF hollow fiber membranes were 2.63 L/m2.h and 2.38 L/m2.h, respectively. Furthermore, it was found that the unmodified PVDF hollow fiber membrane could not withstand long operation times compared to the modified PVDF hollow fiber membrane. The TPC values obtained for the modified PVDF hollow fiber membrane ranged between 0.57 to 0.62 at a temperature range of 60 to 80 °C. Meanwhile, the TPC values for the unmodified PVDF hollow fiber membrane at 60 to 80 °C were 0.59 to 0.64. This process can be classified as a well-designed system. The Artificial Neural Network (ANN) is a simple simulation that was implemented to carry out predictions of the permeate water flux. A multilayer Feedforward Artificial Neural Network (FANN) model was developed with three input variables (feed temperature, feed velocity, and type of membrane) and one output (permeate water flux) with 18 experimental data points. This optimized FANN model consisted of 1 hidden layer with 13 hidden neurons. The lowest mean square error (MSE) obtained was 0.0034, while the regression coefficient (R) values for training, validation, and testing were 0.9859, 0.9986, and 0.9984, respectively. These results showed a good training and performance agreement between the ANN model’s predicted data and the experimental data. The selectivity analysis was done to determine the sensitivity of the operating parameters. The most sensitive parameter was the feed temperature compared to feed velocity. The DCMD system is highly potential to replace the conventional treatment of POME. This system eliminate heat waste, shorten treatment period and the treated water generated from the system can be used for other process and safely discharged into the environment.

    Item Type: Thesis (PhD)
    Additional Information: full text is available at http://irplus.eng.usm.my:8080/ir_plus/institutionalPublicationPublicView.action?institutionalItemId=2064
    Subjects: T Technology
    T Technology > TP Chemical Technology > TP1-1185 Chemical technology
    Divisions: Kampus Kejuruteraan (Engineering Campus) > Pusat Pengajian Kejuruteraan Kimia (School of Chemical Engineering) > Thesis
    Depositing User: Mr Mohd Jasnizam Mohd Salleh
    Date Deposited: 11 Jun 2018 16:58
    Last Modified: 11 Jun 2018 16:58
    URI: http://eprints.usm.my/id/eprint/40751

    Actions (login required)

    View Item
    Share