نیوار

نیوار

Investigating the Influence of Salinity and Temperature on the Dispersion of Desalination Brine in a Hypothetical Lake

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
Majid Hosseini Hamid 1
Mohammad Akbari Nasab 2
Behzad Layeghi 3
1 گروه علوم جوی و غیرزیستی, دانشکده علوم و فنون دریایی, دانشگاه هرمزگان, بندرعباس, ایران
2 دانشیار دانشگاه مازندران ،گروه علوم دریایی و محیطی، بابلسر، ایران
3 مدیرکل مرکز علوم جوی واقیانوسی ودبیرشورای عالی اقیانوس شناسی سازمان هواشناسی کشور
10.30467/nivar.2026.570770.1366
چکیده
امروزه شیرین سازی آب دریا بهترین راه برای دستیابی به آب شیرین می باشد و به موازات آن مشکل پساب برگشتی به دریا نیز وجود دارد، این پساب می تواند بر اکوسیستم منطقه تاثیر گذار باشد. در این تحقیق با استفاده از مدل عددی سه بعدی رامز ابتدا با ایجاد یک محیط دریایی مستطیل شکل ، یک چشمه پساب با شوری و دمای متغییر در سطح رهاسازی شد و به بررسی نحوه تغییرات پخش پساب پرداخته شد. شیب بستر ثابت و حداکثر عمق در مدل 150 متر درنظر گرفته شد. در همه موارد یک جریان باد ثابت شرق سو بر سطح دریا می وزد. در حالتی که پساب خروجی از نوع حرارتی و در سطح دریا با دمای ۵۰ درجه سانتی گراد و شوری ppt ۴۰ و دبی (m3/s) ۲ در نظر گرفته شد، بیشتر پساب در سطح دریا پخش شد بطوریکه نحوه پخش آن تحت تاثیر جهت وزش باد به سمت جلو شد. در این حالت اثری از رسیدن شوری به بستر دیده نشد. در حالتی که شوری پساب به ppt ۴۵ افزایش پیدا کرد نیز تغییر چندانی درنحوه حرکت در عمق دیده نشد ولی نحوه پخش در سطح با گسترش به سمت سواحل تغییر کرد و در دو منطقه ساحلی تجمع پساب دیده شد. در حالتی که دمای پساب خروجی ℃۴۵ و شوری ppt ۵۵ و دبی m3/s ۱ انتخاب شد، حرکت توده پساب به سمت عمق و در بستر دریا انجام گردید که تهدیدی برای محیط زیست بستر دریا می باشد. این تحقیق نشان داد که پخش پساب هایی با چگالی کم همواره تحت تاثیر وزش باد می باشند و در مقابل با افزایش چگالی، پساب به سمت بستر دریا پیش می رود. در فناورهای مورد استفاده در مدلسازی سه بعدی عددی رامز، برای رهاسازی پساب تاسیسات از نوع اسمز معکوس با چگالی بالا در انجام شد. نقطه ای در ساحل غربی دریای عمان به عنوان چشمه خروجی پساب انتخاب شد. پساب در سطح دریا و با دبی (m3/s) 10 رها گردیید. نتایج نشان داد که پساب سطحی در دو مسیر حرکت می کند. بخشی از پساب به سمت تنگه هرمز و بخش دیگری به سمت دریای عرب پیش رفت.
کلیدواژه‌ها
مدلسازی رامز
ردگیری پساب
شوری
جریانات منطقه
دریاچه فرضی
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the Influence of Salinity and Temperature on the Dispersion of Desalination Brine in a Hypothetical Lake

نویسندگان English

Majid Hosseini Hamid 1
Mohammad Akbari Nasab 2
Behzad Layeghi 3
1 Department of Atmospheric and Abiotic Sciences, Faculty of Marine Sciences and Technologies, Hormozgan University, Bandar Abbas, Iran
2 Associate Professor University of MAZANDARAN, Faculty of Marine and Environmental Sciences, Babolsar, Iran
3 Director General of the Center for Atmospheric and Oceanic Sciences and Secretary of the Supreme Oceanographic Council of the Iranian Meteorological Organization
چکیده English

Seawater desalination has become one of the most effective solutions for freshwater production; however, the return brine discharged into the marine environment represents a significant ecological concern. In this study, the three-dimensional ROMS numerical model was employed to construct an idealized rectangular marine domain in which a surface brine outfall with variable salinity and temperature was released. The seabed slope was assumed constant, with a maximum depth of 150 m, and an eastward surface wind was applied in all scenarios.
In the first case, where the effluent represented a thermally enriched brine discharged at the surface with a temperature of 50 °C, salinity of 40 ppt, and a flow rate of 2 m³/s, the brine plume remained predominantly near the surface, advected forward under the influence of wind. No evidence of brine reaching the seabed was observed.
Increasing the brine salinity to 45 ppt did not significantly alter its vertical movement; however, surface spreading expanded toward the coast, resulting in plume accumulation in two shoreline regions.
In the scenario with an effluent temperature of 45 °C, salinity of 55 ppt, and a discharge rate of 1 m³/s, the brine mass became sufficiently dense to sink and travel along the seabed, posing a potential threat to benthic ecosystems.
Overall, the findings indicate that low-density effluents are primarily governed by wind-driven circulation, whereas increased brine density enhances downward movement toward the seabed.
In an additional application of ROMS, a high-density reverse osmosis brine discharge was simulated for a coastal point along the western Sea of Oman, released at the surface with a flow rate of 10 m³/s. Model results showed a two-branch transport pathway: one part of the plume progressed toward the Strait of Hormuz, while the other was advected offshore toward the Arabian Sea.

کلیدواژه‌ها English

ROMS modeling
effluent desalination
salinity
regional flows
hypothetical lake
1.      Al-Barwani, T., Chapman, D. W., & Ameen, H., 2009. Strategic brain drain: Implications for higher education in Oman. Higher Education Policy, 22(4), 415-432.
2.      Al-Kaabi, A. H., & Mackey, H. R., 2019. Environmental assessment of intake alternatives for seawater reverse osmosis in the Arabian Gulf. Journal of Environmental Management, 242, 22-30.
3.      Bader, B., Aissaoui, F., Kmicha, I., Salem, A. B., Chehab, H., Gargouri, K., ... & Chaieb, M., 2015. Effects of salinity stress on water desalination, olive tree (Olea europaea L. cvs ‘Picholine’, ‘Meski’ and ‘Ascolana’) growth and ion accumulation. Desalination, 364, 46-52.
4.      Baluchi, S., 2013. Modeling the dispersion of pollution from the Bandar Abbas desalination plant effluent. M.Sc. Thesis, Department of Marine Physics, University of Hormozgan, February.
5.      Blanco-Marigorta, A. M., Lozano-Medina, A., & Marcos, J. D., 2017. A critical review of definitions for exergetic efficiency in reverse osmosis desalination plants. Energy, 137, 752-760.
6.      Campos, E. J., Vieira, F., Cavalcante, G., Kjerfve, B., Abouleish, M., Shahriar, S., ... & Gordon, A. L., 2020. Impacts of brine disposal from water desalination plants on the physical environment in the Persian/Arabian Gulf. Environmental Research Communications, 2(12), 125003.
 
 
7.      Cooley, H., Gleick, P. H., & Wolff, G., 2006. Desalination, with a grain of salt. A California Perspective: Pacific Institute for Studies in Development, Environment and Security: Oakland, California.
8.      El Aimani, S., 2023. Modeling of Reverse Osmosis Water Desalination Powered by Photovoltaic Solar Energy. Green Energy and Environmental Technology.
9.      Gacia, E., Invers, O., Manzanera, M., Ballesteros, E., & Romero, J., 2007. Impact of the brine from a desalination plant on a shallow seagrass (Posidonia oceanica) meadow. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 72(4), 579-590.
10.  Hosseini Hamid, M., Akbari Nasab, M., & Laeghi, B., 2017. Numerical modeling of industrial desalination effluent dispersion in the northern Oman Sea. M.Sc. Thesis, University of Mazandaran.
11.  Jafarinejad, S., 2017. A comprehensive study on the application of reverse osmosis (RO) technology for the petroleum industry wastewater treatment. Journal of Water and Environmental Nanotechnology, 2(4), 243-264.
12.  Jones, E., Qadir, M., van Vliet, M. T., Smakhtin, V., & Kang, S. M., 2019. The state of desalination and brine production: A global outlook. Science of the Total Environment, 657, 1343-1356.
13.  Kämpf, J., Brokensha, C., & Bolton, T., 2009. Hindcasts of the fate of desalination brine in large inverse estuaries: Spencer Gulf and Gulf St. Vincent, South Australia. Desalination and Water Treatment, 2(1-3), 335-344.
14.  Khan, M. A., Shamsuzzaman, M., Labib, F., Islam, S., Mashira, M., & Al-Saad, M. A., 2023. Bangladesh’s Sustainable Water Production Solutions: An Analysis of Different Methods. Authorea Preprints.
15.  Lashkari, S., Soyuf Jahromi, M., & Hamzei, S., 2023. Seasonal changes of the Persian Gulf water mass in the Gulf of Oman. Journal of Oceanography, 14(53), 103-122.
16.  Liu, W., Wei, L., Wu, L., & Zhang, Z., 2023. Research Progress on Desalination Technology Based on Ocean Energy. Frontiers in Power and Energy Systems, 2(1), 8-14.
17.  Malcangio, D., & Petrillo, A. F., 2010. Modeling of brine outfall at the planning stage of desalination plants. Desalination, 254(1-3), 114-125.
18.  Mezher, T., Fath, H., Abbas, Z., & Khaled, A., 2011. Techno-economic assessment and environmental impacts of desalination technologies. Desalination, 266(1-3), 263-273.
19.  Miller, S., Shemer, H., & Semiat, R., 2015. Energy and environmental issues in desalination. Desalination, 366, 2-8.
20.  Miri, R., & Chouikhi, A., 2005. Ecotoxicological marine impacts from seawater desalination plants. Desalination, 182(1-3), 403-410.
21.  North, E., 2022. Physical modelling of desalination discharges impacting an inclined boundary.
22.  Panagopoulos, A., Haralambous, K. J., & Loizidou, M., 2019. Desalination brine disposal methods and treatment technologies—A review. Science of the Total Environment, 693, 133545.
23.  Petersen, K. L., Frank, H., Paytan, A., & Bar-Zeev, E., 2018. Impacts of seawater desalination on coastal environments. In Sustainable desalination handbook (pp. 437-463).
24.  Purnalna, A., Al-Barwani, H. H., & Al-Lawatia, M., 2003. Modeling dispersion of brine waste discharges from a coastal desalination plant. Desalination, 155(1), 41-47.
25.  Purnama, A., Al-Barwani, H. H., Bleninger, T., & Doneker, R. L., 2011. CORMIX simulations of brine discharges from Barka plants, Oman. Desalination and Water Treatment, 32(1-3), 329-338.
26.  Sadri Nasab, M., 2010. Three Dimensional Numerical Modeling of Circulation in the Strait of Hormuz. Journal of Oceanography, 1(1), 19-24.
27.  Shokri, A., & Fard, M. S., 2023. Techno-economic assessment of water desalination: Future outlooks and challenges. Process Safety and Environmental Protection, 169, 564-578.
28.  Souari, L., & Hassairi, M., 2007. Sea water desalination by reverse osmosis: the true needs for energy. Desalination, 206(1-3), 465-473.
29.  Yan, X., 2015. Numerical Simulation of the Long-term Balance of Salinity in the Persian Gulf. Doctoral dissertation, Université d'Ottawa/University of Ottawa.
30.  Zamani, A., Samiee, J., & Kirby, J. F., 2013. Estimating the mechanical anisotropy of the Iranian lithosphere using the wavelet coherence method. Tectonophysics, 601, 139-147

  • تاریخ دریافت 15 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 25 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 07 بهمن 1404
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1404