Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.20
no.3
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pp.361-369
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2004
A metal fiber bed has seldom been applied to the practical filtration process despite its excellent mechanical and chemical stability. The filter-bed used in this work was highly porous with open structure, of which apparent porosity was 80 ∼ 90%. Although pressure loss across the filter-bed was very low, separation efficiency was found to be quite high. This paper focuses on the basic filtration mechanisms of a metal filter-bed and a thin ceramic filter from fly ash for reference. The experimental parameters were face velocity, dust loading and porosity of filter-bed. Pressure drop increased with increasing face velocity and dust feeding load for both filters. It also showed that dust particles deposited in the deep flow path, finally resulting in clogging the pore channels. It thereby indicates that the dominating mechanism of the metal filter-bed would be depth filtration. Meanwhile, the thin fly ash composite filters trapped the aerated dust mainly on the surface of the filter medium, so that the instantaneously formed dust layer might cause a steep increase of pressure drop across the filtration system.
The objective of this study is to evaluate the filtration efficiency of deep-bed filters by comparing to single and dual media filters. Pilot-plant tests using four-filter columns were conducted for the comparison of head loss development and filtered water quality. The dual-media filter showed greater initial head loss, but less rate of head-loss development than those of the coarse-sand-0deep-bed filters. For 180 m/day of filtration rate, the dual-media filter produces larger unit production rate by 30-40%, and the turbidities of filtered water were below 0.1 NTU. The initial breakthrough could be effectively controlled by the dual-media filter rather than coarse-sand-deep-bed filters.
The industrial development of large scale deep bed filters has been a very important step in the process of drinking water production and more recently in the tertiary treatment of wastewater. The target of deep bed filtration is the retention is the retention of small particles generally smaller than 30 microns at relatively small concentration, generally less than 30 mg/l from natural water (surface water or aquifers) or secondary treated wastewater. The relation between the retention efficiency and the characteristics of the particles has been extensively studied experimentally and through different models of retention. During the last years the development of new technologies (fiber filter, membrane modules) lead to more intensive processes compared to conventional sand filtration. Fiber filters can combine intensification with a decrease in specific energy needed however they cannot be operated under gravity like sand filters. Membrane filters (UF or MF) are much more intensive and efficient than sand filters. The specific energy needed is not so high (about $0.1Kwh/M^3$) but is higher than sand or fiber filter. A Life Cycle Analysis (LCA) has to be made for a complete comparison between these technologies taking in account that the efficiency of particle retention obtained by membrane filters is unique.
A model was proposed for investigating the particle removal from suspension with particles of different sizes by deep-bed filtration, and the collection efficiency was predicted by computer simulation. Deposited particles on the pore surface may act as additional collector and reduce the pore size, which contribute to the improved collection efficiency with increase of deposition. Computer experiments for suspension of particles of three sizes and its equivalent size of mono particles were carried out and compared. The collection efficiency of suspension with poly-dispersed particles shows higher efficiency than that of suspension with mono-dispersed particles. Also the collection efficiency of smell particle of mixture is higher that that of same uniform size particles.
A model was proposed for the removal of poly-dispersed suspended solid by deep bed filtration and the collection efficiency was investigated by computer simulation. Deposited particles on the collector surface may act as additional collector and reduce the pore size of the collector. As a result, the capability of removing suspended particles of the filter bed was improved with the deposition. The filtration process of poly-dispersed suspension shows higher collection efficiency than that of mono-dispersed suspensions. Since the large particles deposited on the collector surface may contribute to the increase of contact between collectors and small particles, the improved overall collection efficiency was obtained.
Collection efficiencies and pressure drops for the removal of small particles from dilute liquid suspensions by granular bed filter were calculated using network model. The network model is composed of a number of nodes connected with cylindrical bond and particles are deposited on the bond surface. The collection efficiency of each cylindrical bond was predicted using unit cell model corresponding to the pore volume of cylindrical pore both at the initial and transient states. Deposited particles on the collector surface may act as additional collector and reduce the pore size of the collector. As a result, the collection efficiency was improved and pressure drop increased with deposition. Even though the stochastic nature of network requires a large number of simulation work, the model proposed in this study can be used in investigating collection efficiency and pressure drop.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.6
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pp.127-136
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2006
Prediction of diesel particulate filtration is typically made by virtue of modeling of particulate matter(PM) collection. The model is closed with filtration parameters reflecting all small scale phenomena associated with PM trapping, and these parameters are to be traced back by inversely analyzing large-scale empirical data-the pressure drop histories. Included are soot cake permeability, soot cake density, soot density in the porous filter wall, and percolation constant. In the present study, a series of single channel DPF experiment is conducted, pressure histories are inversely analyzed, and the essential filtration parameters are deducted by DPF filtration model formulated with non-linear description of soot cake regression. Sensitivity analyses of model parameters are also made. Results showed that filtration transients are significantly altered by the extent of percolation constant, and the soot density in the porous filter wall is controlling the filtration qualities in deep-bed filtration regime. In addition, effect of soot particle size on filtration quality is distinct in a period of soot cake regime.
Recently a new technology called the flexible-fiber deep-bed filter (FDF) claimed to replace the conventional sand filter including coagulation and sedimentation filter (CSF) processes in the water treatment plant. Therefore the life cycle assessment (LCA) approach was applied for evaluating the life cycle impacts of FDF compared with those of CSF. The used LCA softwares were the Simapro 6 and PASS and their life cycle impact assessment (LCIA) methodologies were the Eco-indicator 99 and the Korean Eco-indicator, respectively. The goal of this LCA was to identify environmental loads of CSF and FDF from raw material to disposal stages. The scopes of the systems have been determined based on the experiences of existing CSF and FDF. The function was to remove suspended solids by filtration and the functional unit was $1\;m^3$/day. Both systems showed that most environmental impacts were occurred during the operation stage. To reduce the environmental impacts the coagulants and electricity consumptions need to be cut down. If the CSF was replaced with the FDF, the environmental impacts would be reduced in most of the impact categories. The LCA results of Korean Eco-indicator and Eco- indicator99 were quite different from each other due to the indwelling differences such as category indicators, impact categories, characterization factors, normalization values and weighting factors. This study showed that the life cycle assessment could be a valuable tool for evaluating the environmental impact of the new technology which was introduced in water treatment process.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.34
no.10
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pp.684-693
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2012
The stormwater runoff from the increasing paved roads and vehicles resulted in the increase in the pollutants load to adjacent water bodies. The granular media filtration facilities are the most widely adopted to minimize the non-point source pollution from motorways. It is essential to consider the severe variation of hydraulic condition, suspended solid (SS) characteristics, and the medium characteristics for stormwater management filter. In this study, different types of media, including sand, were tested and the performance of downflow sand filters was investigated under various linear velocity and influent solid particle size. Results showed that the best medium is the coarse sand with large grain size, which showed the specific SS removal before clogging of more than $8.498kg/m^2$, the SS removal of higher than 95%, and minimum head loss. Linear velocity did not affect the total solid removal, while the performance was improved when fine solid was introduced. It is suggested that the life of a downflow sand filter bed can be extended by deep bed filtration when influent particles are fine. However, the captured particles can be washed out after a long period of operation.
Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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v.7
no.3
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pp.103-115
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2000
The formation of brown-colored precipitates is one of the serious problems frequently encountered in the development and supply of groundwater in Korea, because by it the water exceeds the drinking water standard in terms of color. taste. turbidity and dissolved iron concentration and of often results in scaling problem within the water supplying system. In groundwaters from the Pajoo area, brown precipitates are typically formed in a few hours after pumping-out. In this paper we examine the process of the brown precipitates' formation using the equilibrium thermodynamic and kinetic approaches, in order to understand the origin and geochemical pathway of the generation of turbidity in groundwater. The results of this study are used to suggest not only the proper pumping technique to minimize the formation of precipitates but also the optimal design of water treatment methods to improve the water quality. The bed-rock groundwater in the Pajoo area belongs to the Ca-$HCO_3$type that was evolved through water/rock (gneiss) interaction. Based on SEM-EDS and XRD analyses, the precipitates are identified as an amorphous, Fe-bearing oxides or hydroxides. By the use of multi-step filtration with pore sizes of 6, 4, 1, 0.45 and 0.2 $\mu\textrm{m}$, the precipitates mostly fall in the colloidal size (1 to 0.45 $\mu\textrm{m}$) but are concentrated (about 81%) in the range of 1 to 6 $\mu\textrm{m}$in teams of mass (weight) distribution. Large amounts of dissolved iron were possibly originated from dissolution of clinochlore in cataclasite which contains high amounts of Fe (up to 3 wt.%). The calculation of saturation index (using a computer code PHREEQC), as well as the examination of pH-Eh stability relations, also indicate that the final precipitates are Fe-oxy-hydroxide that is formed by the change of water chemistry (mainly, oxidation) due to the exposure to oxygen during the pumping-out of Fe(II)-bearing, reduced groundwater. After pumping-out, the groundwater shows the progressive decreases of pH, DO and alkalinity with elapsed time. However, turbidity increases and then decreases with time. The decrease of dissolved Fe concentration as a function of elapsed time after pumping-out is expressed as a regression equation Fe(II)=10.l exp(-0.0009t). The oxidation reaction due to the influx of free oxygen during the pumping and storage of groundwater results in the formation of brown precipitates, which is dependent on time, $Po_2$and pH. In order to obtain drinkable water quality, therefore, the precipitates should be removed by filtering after the stepwise storage and aeration in tanks with sufficient volume for sufficient time. Particle size distribution data also suggest that step-wise filtration would be cost-effective. To minimize the scaling within wells, the continued (if possible) pumping within the optimum pumping rate is recommended because this technique will be most effective for minimizing the mixing between deep Fe(II)-rich water and shallow $O_2$-rich water. The simultaneous pumping of shallow $O_2$-rich water in different wells is also recommended.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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