Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Water purification of arsenic contaminated drinking water via air gap membrane distillation (AGMD)
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology, Heat and Power Technology. (Polygeneration)
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology, Heat and Power Technology. (Polygeneration)ORCID iD: 0000-0002-3661-7016
2014 (English)In: Periodica Polytechnica, Mechanical Engineering, ISSN 1587-379X, Vol. 58, no 1, 47-53 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Arsenic contamination in shallow tubewell water is a serioushealth issue in Bangladesh and other Southeast Asian countries.Rural and remote areas in these locations continue toface tremendous challenges in providing access to affordableand safe arsenic-free drinking water. In recent years, intensiveefforts have been undertaken to identify appropriate technologiesfor arsenic removal. This study examines one approach byinvestigating the application of suitable membrane technologies,specifically air gap membrane distillation (AGMD), asa promising method for small-scale, low cost deployment. Theobjective of this study was to test an AGMD commercial prototype(nominal capacity of 2 L/hr) with three different feedstocks:arsenic-containing groundwater (medium concentration) andarsenic-spiked tap water (medium and high concentrations).Results show that the tested AGMD prototype is capable ofachieving excellent separation efficiency, as all product watersamples showed arsenic levels well below WHO accepted limits(10 μg/L) even for initial concentrations over 1800 μg/L.Parametric studies with focus on variation of coolant temperatureillustrate the possibility of integrating AGMD in variousthermal systems.

Place, publisher, year, edition, pages
Faculty of Mechanical Engineering of the Budapest University of Technology and Economics , 2014. Vol. 58, no 1, 47-53 p.
Keyword [en]
arsenic removal · air gap membrane distillation (AGMD) · internal heat recovery · MD performance
National Category
Energy Engineering
Research subject
Energy Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-145681DOI: 10.3311/PPme.7422Scopus ID: 2-s2.0-84898015535OAI: oai:DiVA.org:kth-145681DiVA: diva2:719563
Note

QC 20140923

Available from: 2014-05-26 Created: 2014-05-26 Last updated: 2017-04-19Bibliographically approved
In thesis
1. Renewables Based Polygeneration for Rural Development in Bangladesh
Open this publication in new window or tab >>Renewables Based Polygeneration for Rural Development in Bangladesh
2017 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Despite the country's rural electrification programme, kerosene is the predominant source for lighting, and unsustainable and polluting woody biomass is virtually the only option available for cooking. The rural population also struggles with unsafe drinking water in terms of widespread arsenic contamination of well water. The present work has taken an integrated approach in an attempt to mitigate problems through small-scale polygeneration, a concept linking renewable energy sources to these energy needs via novel energy conversion systems.

Anaerobic digesters (AD) for biogas production are promising in the rural setting, and field surveys have identified problems in the construction, maintenance and operation of existing AD, particularly in overall performance of household digesters. Based on these results, a number of operational and technological improvements are suggested for employing digesters in polygeneration units. This study also examines one approach for small-scale, low cost arsenic removal in groundwater through air gap membrane distillation, a thermally-driven water purification technology.

Integration of biogas production with power generation and water purification is an innovative concept that lies at the core of feasibility analyses conducted in this work. One of the case studies presents a new concept for integrated biogas based polygeneration and analyzes the techno-economic performance of the scheme for meeting the demand of electricity, cooking energy and safe drinking water of 30 households in a rural village of Bangladesh. The specific technologies chosen for the key energy conversion steps are as follows: plug-flow digester; internal combustion engine; and membrane distillation. One major concern is local feedstock availability for the digester, since a single feedstock is impractical to serve both cooking, lighting and water purification systems. In this circumstance solar PV could be a potential option for integrated hybrid systems.

Abstract [sv]

Bangladesh har varit föremål för en svår energikris (bristande el- och gasnät) de senaste tre decennierna. Landsbygden, som innefattar 75 % av befolkningen, har varit särskilt drabbad. Trots landets elektrifieringsprogram av landsbygden är fotogenlampor den företrädande ljuskällan, medan förorenande och ohållbar träbaserad biomassa är praktiskt taget det enda alternativet för matlagning. Landsbygden kämpar samtidigt mot osäkert dricksvatten, på grund av utbredd arsenikförgiftning av brunnsvatten, med negativa hälsoeffekter som följd. Tillgång till ren energi och säkert dricksvatten är verkliga behov bland de fattiga på landsbygden, för ökad välfärd. Detta arbete antar ett integrerat tillvägagångssätt för att försöka lösa dessa problem genom småskalig polygenerering. Detta koncept länkar samman förnyelsebara energikällor av biomassa och sol med energibehoven, genom nya energiomvandlingssystem.

Anaerobiska rötkammare för biogasproduktion är lovande för landsbygdsmiljö, även om det för närvarande råder en betydande klyfta mellan den tekniska och kostandseffektiva potentialen och faktisk implementering på grund av bristande tekniskt kunnande och tillgång på råmaterial, höga installations- och driftkostnader, och begränsade användartillämpningar. Intervjuundersökningar visar på problem i konstruktion, underhåll och drift av befintliga anaerobiska rötkammare. Särskilt den generella prestandan hos hushållsrötkammare identifieras som bristfällig. Utifrån dessa resultat föreslås en rad drift- och teknikförbättringar för att utnyttja rötkammare i polygenereringssystem.  

Denna studie undersöker även en metod för småskalig och kostnadseffektiv arsenikrening av grundvatten genom membrandestillation med luftspalt (Air Gap Membrane Distillation, AGMD), vilket är en termiskt driven vattenreningsteknik. Resultat från en experimentell undersökning visar att den undersökta AGMD-prototypen är kapabel att uppnå utmärkt separationseffektivitet med hänsyn till arsenikrening. Parametriska studier med fokus på varierande kylvattentemperatur illustrerar möjligheten att integrera AGMD-teknik i diverse termiska system.

Integrering av biogasproduktion med kraftproduktion och vattenrening är ett innovativt koncept som utgör kärnan av förstudierna utförda i detta arbete. En av studierna visar ett nytt koncept för biogasbaserad polygenerering och analyserar den techno-ekonomiska prestandan av metoden för att möta efterfrågan av elektricitet, matlagningsvärme och säkert dricksvatten för 30 hushåll i en Bangladeshisk by på landsbygden. De specifika tekniker som valts för energiomvandlingsstegen är följande: plugg-flödesrötkammare, förbränningsmotor och en AGMD-enhet. Termodynamisk utvärdering inklusive mass- och energibalans av systemet undersöktes tillsammans med produktionskostnaden för elektricitet, matlagningsgas, och säkert dricksvatten. Även återbetalningsperiod och internräntan undersöktes. För att bemöta energi- och arsenikproblemen i Bangladesh, indikerar resultaten att detta polygenereringssystem är mycket mer konkurrenskraftigt och lovande (med avseende på produktionskostnaderna) jämfört med andra tillgängliga tekniker. Ett viktigt problem för rötkammaren är tillgången till lokalt råmaterial, eftersom en ensam källa till råmaterial är opraktiskt för att tillgodose efterfrågan från både matlagning, belysning och vattenrening. I detta fall kan solceller vara ett potentiellt alternativ för integrerade hybridsystem. Teknisk värdering och optimering har genomförts för elektricitet med verktyget HOMER (Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources), för ett polygenereringssystem beläget i byn Panipara i Faridpur. Resultaten visar att systement kan tillgodoses det dagliga elektricitetsbehovet och samtidigt producera 0.4 m3 matlagningsbränsle och 2-3 L/person rent dricksvatten. Kostnadsuppskattningar visar att denna metod är högst gynnsam jämfört med andra förnyelsebara alternativ (t ex vind-, vatten-, biobränslebaserad- eller geotermisk energi).

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2017. 88 p.
Series
TRITA-KRV, ISSN 1100-7990 ; 17/01
Keyword
Anaerobic digester, solar PV, polygeneration, cooking gas, gas engine, electricity, membrane distillation, arsenic safe water, Anaerobisk rötkammare, solceller, polygenerering, matlagningsgas, gasmotor, elektricitet, membrandestillering, arsenikfritt vatten
National Category
Energy Engineering
Research subject
Energy Technology
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-205556 (URN)978-91-7729-373-6 (ISBN)
Public defence
2017-05-22, M3, Brinellvägen 64, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Projects
SIDA – the Swedish International Development Cooperation Agency, Department for Research Cooperation, SAREC- project no. SWE-2011-135STEM-Fjärrsyn project 2014
Funder
Sida - Swedish International Development Cooperation Agency, SWE-2011-135
Note

QC 20170419

Available from: 2017-04-19 Created: 2017-04-18 Last updated: 2017-05-22Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full textScopusPublished article

Authority records BETA

Martin, Andrew

Search in DiVA

By author/editor
Khan, MD. Ershad UllahMartin, Andrew
By organisation
Heat and Power Technology
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 131 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf