Masdar Institute ist Vorreiter bei einem innovativen Abwasserbehandlungssystem

Innovation in der Abwasserbehandlung und -wiederverwendung unter der Leitung von Dr. Shadi Hasan und seinem Team am Masdar Institute. Foto mit freundlicher Genehmigung des Masdar Institute

Das von Dr. Shadi Wajih Hasan, Assistenzprofessor für Chemie- und Umweltingenieurwesen am Masdar-Institut, entwickelte All-in-one-Abwasseraufbereitungssystem wird weiter verbessert, um den Bereich der Abwasserreinigung voranzutreiben.

Das fortschrittliche System von Dr. Hasan, bekannt als Tauchmembran-Elektrobioreaktor oder SMEBR, ist eine integrierte Hybrid-Abwasseraufbereitungsanlage, die das Abwasser deutlich effizienter aufbereitet und deutlich weniger anfällig für Fouling, also die unerwünschte Ansammlung von Salz und Bio, ist -Material auf einer Membran, das die Fähigkeit der Membran, Verunreinigungen zu filtern, verringert.

Ein SMEBR ist ein elektrisch unterstützter Membranbioreaktor (MBR), bei dem es sich um eine neuartige Abwasserbehandlungstechnologie handelt. Während ein MBR Membranprozesse wie Mikrofiltration mit biologischen Aufbereitungsprozessen kombiniert, um Abwasser zu einem qualitativ hochwertigen Abwasser zu reinigen, fügt ein SMEBR einen dritten elektrokinetischen Prozess hinzu, der einen elektrischen Strom verwendet, um verschiedene Verunreinigungen aus dem Abwasser zu entfernen.

Der SMEBR ist in der Lage, gereinigtes Abwasser höherer Qualität zu erzeugen und dabei weniger Energie zu verbrauchen als ein MBR, da die Einbeziehung der verbesserten biologischen und elektrokinetischen Prozesse die Abhängigkeit des Systems von primären und sekundären Behandlungsvorgängen verringert.

Dr. Hasan trug während seines Doktoratsstudiums an der Concordia University in Kanada zur Entwicklung des ersten SMEBR-Systems im Pilotmaßstab bei und setzte seine Arbeit zur Verbesserung des SMEBR während seiner Zeit am MI fort, wobei der Schwerpunkt auf der Optimierung des Systems für Effizienz lag Betrieb in den VAE. Dr. Hasan und seine Kollegen haben über 20 Artikel zu diesem Thema in internationalen Fachzeitschriften und Konferenzberichten wie Nature Scientific Reports, Bioresource Technology, Chemosphere, Electrochimica Acta, Environmental Management und Environmental Sciences veröffentlicht. Einer dieser Artikel, der von seinem Doktoranden Adewale Giwa mitverfasst wurde, belegt seit 2015 den ersten Platz unter den Top-20-Artikeln der BioMedLib-Suchmaschine im Bereich Membranbioreaktoren für die Abwasserbehandlung.

Das Interesse an der SMEBR-Arbeit von Dr Philippinen.

Ein Übersichtsartikel fasst zuvor veröffentlichte Studien zusammen und liefert den aktuellen Wissensstand zu einem bestimmten Forschungsthema. Die Veröffentlichung eines Übersichtsartikels ist ein Zeichen dafür, dass sich immer mehr Wissenschaftler für das jeweilige Forschungsthema interessieren.

„Die Veröffentlichung eines Übersichtsartikels, der sich stark auf meine SMEBR-Arbeit konzentriert, spiegelt die Tatsache wider, dass das Gebiet weltweit immer wichtiger wird und dass mehrere Forscher auf der ganzen Welt begonnen haben, mit der gleichen Abwassertechnologie zu arbeiten“, bemerkte Dr. Hasan.

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In seinen Bemühungen, das am MI entwickelte SMEBR-System im Labormaßstab weiter voranzutreiben, hat Dr. Hasan mit Giwa zusammengearbeitet, um das erste numerische computerbasierte Modell des SMEBR zu entwickeln. Das Modell simuliert den Entfernungsprozess von Schadstoffen wie organischen und anorganischen Verbindungen, während das Abwasser durch die SMEBR-Einheit fließt, und modelliert die Auswirkungen der SMEBR-Prozesse auf die Qualität des Abwassers, also des abgeleiteten Wassers.

Das SMEBR-Modell zeigte, dass das durch die neuartige Technologie erzeugte Abwasser die niedrigsten Konzentrationen an Ammoniak, Stickstoff, Phosphor und Metallen aufwies im Vergleich zu dem Abwasser, das durch die beiden anderen gängigsten Behandlungsverfahren erzeugt wurde, darunter das konventionelle Belebtschlammverfahren und das MBR-Verfahren. Das Modell wurde dann durch experimentelle Arbeiten validiert, die zu ähnlichen Ergebnissen führten wie das Modell vorhergesagt.

„Um unser Modell zu erstellen, mussten wir verschiedene Modelle entwickeln, die jeden der drei in einem SMEBR-System verwendeten Behandlungsprozesse darstellen, und sie so integrieren, dass sie zusammenarbeiten, um die Leistung des Reaktors vorherzusagen, und das wurde noch nie zuvor gemacht.“ Dr. Hasan erklärte.

Das Modell ermöglicht ein besseres Verständnis darüber, wie ein SMEBR-System auf unterschiedliche Abwasserqualitäten reagiert, und wäre besonders nützlich für die Optimierung des Entwurfs und des Baus von Abwasseraufbereitungsanlagen, die SMEBR-Technologien nutzen möchten.

Um die Wirksamkeit und Effizienz der SMEBR-Technologie zur Erzeugung von Wasser hoher Qualität weiter voranzutreiben, arbeitet Dr. Hasan mit dem MSc-Studenten für Chemieingenieurwesen Menatalla Ahmed zusammen, um das Hybridsystem mit einem zweiten Behandlungszyklus zu verbessern – einem Nachbehandlungsprozess, der Nanotechnologie nutzt.

Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) mit der Absicht ins Leben gerufen, die Qualität des vom SMEBR-System erzeugten Abwassers durch die Kopplung von Nanodrahtfiltration – das sind Filter aus dünnen Mangandioxid- und Titandioxid-Nanopartikeln – zu verbessern. als Nachbehandlungsprozess.

„Das im Rahmen dieses Projekts entwickelte Nanodrahtmaterial hat bereits eine starke Fähigkeit bewiesen, die durch Schwermetalle und organische Bestandteile im Abwasser verursachte Verschmutzung zu beseitigen“, sagte Dr. Hasan. „Eine Integrationstechnologie, die dies mit dem SMEBR-System kombiniert, bietet großes Potenzial für die Abwasserbehandlung.“

Derzeit testen MSc- und Doktoranden des Masdar-Instituts auch andere Nanomaterialien, um die membranbasierte Nanofiltration nach der Behandlung zu optimieren. Dr. Hasan arbeitet derzeit an der Integration der SMEBR-Einheit und der Nanofiltration, um einen Prototyp zu entwickeln und mit dem Pilottest des integrierten Systems zu beginnen.

Durch die Nutzung des Fachwissens von Dr. Hasan entwickelt das Masdar Institute ein innovatives Abwasseraufbereitungssystem und trägt zur Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Erkenntnisse über neuartige Wassertechnologien bei.

Die von Dr. Hasan und seinem Team durchgeführte Arbeit unterstützt die Entwicklung einer widerstandsfähigen Wasserinfrastruktur in den VAE und stärkt gleichzeitig die Position des Landes als globaler Marktführer bei der Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser.