Hybridization Appraisal of Forward Osmosis and Membrane Distillation for Seawater Desalination

ان الطلب المتزايد على المياه العذبة وندرة الموارد الطبيعية للمياه العذبة في دولة الكويت أدت الى توجه الدولة نحو مياه الخليج العربي كمصدر رئيسي لإنتاج المياه العذبة من خلال عمليات التحلية التقليدية. وتستخدم محطات التحلية التابعة لوزارة الكهرباء والمياه بدولة الكويت تقنيتي التبخير الومضي المتعدد المراحل والتناضح العكسي لتوفير المياه العذبة. إلا ان هذه التقنيات باهضه التكلفة وتتطلب كميات كبيرة من الطاقة. كما انها تنتج كميات كبيره من المياه الطاردة وهي مياه عالية الملوحة ويتم تصريفها الى البحر، علاوة على ذلك، فإن هذه النظم تعاني من مشاكل فنية مثل الترسبات والتآكل والانسدادات. وبالتالي اصبح هناك حاجه ماسة للبحث عن تقنيات مبتكره وواعدة لتحلية مياه البحر بواسطة تقنيات التحلية غير التقليدية. وشهدت تقنيات التحلية غير التقليدية باستخدام الاغشية بمختلف أنواعها وطرقها وانظمتها تطورا ملحوظا من خلال البحوث المكثفة على مدى سنوات حيث نتج عنها عدد من الأنظمة الواعدة ومن بينها النظام المترابط والمبتكر حديثا باستخدام تقنيتي التناضح المباشر والتقطير الغشائي كإحدى الحلول المستدامة لتطبيقات تحلية مياه البحر في المستقبل المنظور. ويعد هذا النظام المترابط ذو مزايا كبيرة حيث انه يتفادى عيوب أنظمة التحلية التقليدية. وبالرغم من هذه المزايا، الا ان هذه التقنية لا تزال في مراحلها الأولى وهي بحاجه إلى الكثير من الدراسات والتطوير للوصول بها الى القدرة التنافسية على المستوى التجاري. وبالتالي توجد فرصة كبيرة في تطوير وابتكار هذه التقنية الواعدة.
وتهدف هذه الدراسة المقترحة إلى تقييم التقنية المذكورة لتحلية مياه البحر ومقارنة جدواها وفعاليتها وتحديد معايير التشغيل الأمثل لها، كما تهدف إلى تحليل نتائج الاختبارات المعملية للوصول الى خارطة طريق لتطبيقها على نطاق تجاري مستقبلا في دولة الكويت أو لتحقيق المزيد من التطوير من خلال إجراء مشاريع بحثية مستقبلا. ومن أهم مخرجات هذه الدراسة استحداث قاعدة مرجعية للمعلومات الفنية المكتسبة حول أداء وكفاءة هذه التقنية المقترحة، بالإضافة إلى تصميم مبدئي لوحدة نموذجية شبه تجارية لهذه التقنية مع وضع المواصفات الفنية لها ويستغرق تنفيذ المشروع 24 شهر، وتبلغ الميزانية الكلية 174,197 د.ك.

The increasing demand for freshwater and scarcity of natural sources of freshwater in the State of Kuwait have led the country to turn to the Arabian Gulf seawater as a main source to produce freshwater through conventional desalination processes. Multi-stage flash distillation (MSF) and reverse osmosis (RO) technologies are currently being utilized in the existing desalination plants of the Ministry of Electricity and Water (MEW) of Kuwait. However, these processes are prohibitively expensive and energy intensive. Additionally, these technologies provide low water recovery and produce high levels of brine discharged to the sea. Furthermore, these systems are sensitive to corrosion and scaling problems as well as fouling. Consequently, innovation in nonconventional desalination technologies is substantially needed. The nonconventional membrane separation elements, methods, and systems have been substantially developed through intensive research over a number of years. These research studies have produced a number of promising systems including the newly developed hybrid membrane system, using forward osmosis (FO) and membrane distillation (MD), as one of sustainable solutions for seawater desalination applications in the foreseeable future. Such an innovative hybrid system promises a number of advantages and can avoid the limitations of MSF and RO. Despite these advantages, this hybrid system has still not been developed for commercial applications, and, thus, there is a great opportunity to take lead in the development and innovation in this particular area of research.
Therefore, the scope of this study will assess the viability and efficiency of hybrid system of the FO-MD technology for seawater desalination. Furthermore, the conceptual design of a commercial plant model and basic technical specifications will be developed in this study in order to pave the way for the implementation of this technology on a semi-commercial scale-level in Kuwait for future commercial applications as well as for further research and development. The most important deliverables of this study will include a referenced scientific and technical knowledge base on the performance characteristics of the proposed technology. The duration of project is 24 mo and the total estimated budget is KD 174,197.