This study was aimed to examine inorganic fouling and fouling reduction method in direct contact membrane distillation(DCMD) process. Synthetic seawater of NaCl solution with CaCO3 and CaSO4 was used for this purpose. It was found in this study that both CaCO3 and CaSO4 precipitates formed at the membrane surface. More fouling was observed with CaSO4(anhydrite) and CaSO4·0.5H2O(bassanite) than CaSO4·2H2O(gypsum). CaCO3 and gypsum were detected at the membrane surface when concentrates of SWRO(seawater reverse osmosis) were treated by the DCMD process, while gypsum was found with MED(multi effect distillation) concentrates. Air backwash(inside to out) was found more effective in fouling reduction than air scouring.
Park, Jae-Hyung;Satoshi Takizawa;Hiroyuki Katayama;Shinichiro Ohgaki
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2003.05a
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pp.31-38
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2003
A pilot scale biofilter pretreatment-microfiltration system (BF-MF) was operated to investigate the effect of biofilter treatment in fouling reduction of microfiltration. Biofiltration was expected to reduce the membrane fouling by removal of turbidity and metal oxides. The hollow-fiber MF module with a nominal pore size of 0.1$\mu$m and a surface area of 8m$^2$ was submerged in a filtration tank and microfiltration was operated at a constant flux of 0.5 m/d. Biofiltration using polypropylene pellets was performed at a high filtration velocity of 320 m/d. Two experimental setups composed of MF and BF/MF, i.e., without and with biofilter pretreatment, were compared. Throughout the experimental period of 9 months, biofilter pretreatment was effective to reduce the membrane fouling, which was proved by the result of time variations of trans-membrane pressure and backwash conditions. The turbidity removal rate by biofiltration varied between 40% to 80% due to the periodic washing for biofilter contactor and raw water turbidity. In addition to turbidity, metals, especially Mn, Fe and Al were removed effectively with average removal rates of 89.2%, 67.8% and 64.9%, respectively. Further analysis of foulants on the used membranes revealed that turbidity and metal removal by biofiltration was the major effect of biofiltration pretreatment against microfiltration fouling.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.12
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pp.877-882
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2013
The application of ultrafiltration (UF) and microfiltration (MF) membranes has been increased for drinking water purification. The advantages of UF/MF membrane process compared to conventional treatment processes are stable operation under varying feed water quality, smaller construction area, and automatic operation. Most membrane treatment plants are designed with polymeric membranes. Recently, some studies suggested that the process of treating surface water with ceramic membranes is competitive to the application of polymeric membranes. Higher water flux, less frequent cleaning, and much longer lifetime are the advantages of ceramic membrane comparing to polymeric membrane. Therefore, this research focused on the application of ceramic MF membrane pilot plant at the slow sand filtration plant. The ceramic membrane pilot plant has three trains that used raw water and sand filtered water as a feed water, respectively. For optimizing the pilot plant process, the coagulation with PACl coagulant was used as a pretreatment of ceramic membrane process. In addition, CEB (Chemical Enhanced Backwash) process using $H_2SO_4$ and NaOCl was used for 1.5 days, respectively. The experimental results showed that applying the optimum coagulant dose before membrane filtration showed enhancing membrane fluxes for both raw water and sand filtered water. Also, when using raw water as a feed of membrane, minimum fouling rate was 2.173 kPa/cycle with 25 mg/L of PACl and when using sand filtered water, the minimum fouling rate was 0.301 kPa/cycle with 5 mg/L of PACl.
Kim, Youngmin;Jang, Jung-Woo;Kim, Jin-Ho;Choi, June-Seok;Lee, Sangho;Kim, Sukwi
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.9
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pp.624-629
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2013
The relation between performance maintenance conditions and those cost efficiency was studied to choose an optimum operating condition in the seawater desalination pretreatment system. A hollow fiber microfiltration module, which was developed with domestic technology, was tested with the various operating conditions such as chemically enhanced backwash cycles and design dosages of a cleaning chemical. Transmembrane pressure was measured to investigate membrane fouling status and cleaning degree. In addition, economic analysis was performed to compare water production costs by the operation condition. As a result, The operation mode III, chemically enhanced backwash at once a day with 100 mg/L of sodium hypochlorite (NaOCl) was selected. The concurrent evaluation between membrane filtration performance and its economic analysis will be suitable to choose an efficient optimum condition.
The effects of relaxation and backwashing on fouling in ultrafiltration were investigated using full-scale membrane bioreactors (MBRs) which operated at a constant flux of 30 LMH. This paper also estimated the feasibility of using intermittent aeration strategies for minimizing the hydraulic resistance to filtration in comparison with the continuous aeration for running MBRs. Multiple cycles of filtration (14.5 min each) and relaxation (0.5 min each) were repeated. Similarly, a backwash was conducted by replacing a relaxation after each filtration cycle for the comparative performance test. The attached cake thickness on the membrane rapidly increased, caused by subsequent no aeration leading to easier combining with gel layer and the formation of heterogeneous layer on the membrane surface. During periodic backwashing, it is expected that gel and thin cake layer might sufficiently be removed by heterogeneous layer. After periodic backwashing, subsequent cake layer formation during time of no aeration was rapid than frequent no aeration, acting as a prefilter and preventing further irreversible fouling. Based on the Pearson correlation analysis, overall period fouling (dTMP/min) and average of all cycles (dTMP/min) were strongly correlated with the on-off period of aeration for operating MBRs.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.3
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pp.155-163
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2017
Membrane filtration has become more popular in drinking water treatment recently, since the filtration can control not only particulate matters but also pathogenic microorganisms such as giardia and cryptosporidium very effectively. Pilot-scale ($120m^3/d$ of treatment capacity) and test-bed ($25,000m^3/d$ of treatment capacity) microfiltration experiments were conducted to find optimum operating mode and the critical flux. Optimum operating mode of pilot-test was assessed as inflow 1.0 min, filtration 36.5 min, air backwash 0.9 min, backwash 1.0 min and outflow 1.0 min with 50 LMH ($L/min{\cdot}m3^$) of critical flux. Critical Flux was calculated to be $50L/m^2-h$ (within TMP 0.5 bar) based on the increase formula of the transmembrane pressure difference according to the change of time at Flux 20, 40, 56 and 62 LMH in pilot operation. Chemical cleaning was first acid washed twice, and alkali washing was performed secondarily, and a recovery rate of 95% was obtained in the test-bed plant. The results of operating under these appropriate conditions are as follows. Turbidity of treated water were 0.028, 0.024, 0.026 and 0.028 NTU in spring, summer, autumn and winter time, respectively. Microfiltration has superior treatment capability and performance characteristics in removing suspended solids and colloidal materials, which are the main cause of turbidity and important carrier of metal elements, and it has shown great potential in being an economically substitute to traditional processes (sand filtration).
Lee, Jin Sook;Kim, Jun Hyun;Jun, Yong Seong;Kwak, Young Ju;Lee, Jin Hyo
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.8
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pp.444-451
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2016
Most research on membrane fouling models in the past are based on theoretical equations in lab-scale experiments. But these studies are barely suitable for applying on the full-scale spot where there is a sequential process such as filtration, backwash and drain. This study was conducted in submerged membrane system which being on operation auto sequentially and treating wastewater from G-water purification plant in Incheon. TMP had been designated as a fouling indicator in constant flux conditions. Total volume of inflow and SS concentration are independent variables as major operation parameters and time-series analysis and prediction of TMP were conducted. And similarity between simulated values and measured values was assessed. Final prediction model by using genetic algorithm was fully adaptable because simulated values expressed pulse-shape periodicity and increasing trend according to time at the same time. As results of twice validation, correlation coefficients between simulated and measured data were $r^2=0.721$, $r^2=0.928$, respectively. Although this study was conducted limited to data for summer season, the more amount of data, better reliability for prediction model can be obtained. If simulator for short range forecast can be developed and applied, TMP prediction technique will be a great help to energy efficient operation.
Fouling is an inevitable problem in membrane water treatment plant. It can be measured by trans-membrane pressure (TMP) in the constant flux operation, and chemical cleaning is carried out when TMP reaches a critical value. An early fouilng alarm is defined as warning the critical TMP value appearance in advance. The alarming method was developed using one of machine learning algorithms, decision tree, and applied to a ceramic microfiltration (MF) pilot plant. First, the decision tree model that classifies the normal/abnormal state of the filtration cycle of the ceramic MF pilot plant was developed and it was then used to make the early fouling alarm method. The accuracy of the classification model was up to 96.2% and the time for the early warning was when abnormal cycles occurred three times in a row. The early fouling alram can expect reaching a limit TMP in advance (e.g., 15-174 hours). By adopting TMP increasing rate and backwash efficiency as machine learning variables, the model accuracy and the reliability of the early fouling alarm method were increased, respectively.
Noh, Jin H.;Lee, Sang-Hyup;Choi, Jae-Woo;Maeng, Sung Kyu
Membrane and Water Treatment
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v.9
no.3
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pp.181-188
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2018
A sidestream contains the filtrate or concentrate from the belt filter press, filter backwash and supernatant from sludge digesters. The sidestream flow, which heads back into the sewage treatment train, is about 1-3% less than the influent flow. However, the sidestream can increase the nutrient load since it contains high concentrations of phosphorus and nitrogen. In this study, the removal of PO4-P with organic matter characteristics and bacteriological changes during the sidestream treatment via ladle furnace (LF) slag was investigated. The sidestream used in this study consisted of 11-14% PO4-P and 3.2-3.6% soluble chemical oxygen demand in influent loading rates. LF slag, which had a relatively high $Ca^{2+}$ release compared to other slags, was used to remove $PO_4-P$ from the sidestream. The phosphate removal rates increased as the slag particle size decreased 19.1% (2.0-4.0 mm, 25.2% (1.0-2.0 mm) and 79.9% (0.5-1.0 mm). The removal rates of dissolved organic carbon, soluble chemical oxygen demand, color and aromatic organic matter ($UV_{254}$) were 17.6, 41.7, 90.2 and 77.3%, respectively. Fluorescence excitation-emission matrices and liquid chromatography-organic carbon detection demonstrated that the sidestream treatment via LF slag was effective in the removal of biopolymers. However, the removal of dissolved organic matter was not significant during the treatment. The intact bacterial biomass decreased from $1.64{\times}10^8cells/mL$ to $1.05{\times}10^8cells/mL$. The use of LF slag was effective for the removal of phosphate and the removal efficiency of phosphate was greater than 80% for up to 100 bed volumes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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