Disinfection by-products(DBPs) are formed through the reaction between chlorine and natural organic matter(NOM) in water treatment. For reducing the formation of chlorinated DBPs in the drinking water treatment, there is a need to evaluate the behavior of NOM fractions and the occurrence of DBPs for each fraction. Among the six fractions of NOM, the removal of HPOA and HPIN got accomplished through coagulation and sedimentation processes. Advanced water treatment processes were found to be most significant to remove the HPOA and HPON. It was found that HPOA made the most THMFP level than any other fractions and HPIA and HPOA formed higher HAAFP. The fraction of NOM with MW less than 1k Da was 32.5~54.3% in intake raw water. Mostly the organic matter with MW more than 1k Da was removed through coagulation and sedimentation in the drinking water treatment processes. In case of advanced water treatment processes, the organic matter with MW 1k~100k Da decreased by means of ozone oxidation for high molecular weight substances. As the result low molecular organic matter increased. In the BAC and GAC processes, the organic matter with MW less than 100k Da decreased.
물 속에 존재하는 자연 유기물의 성분은 계절과 장소에 따라 다양하게 변하므로 이들 성분에 대한 고찰과 이들이 환경에 미치는 영향을 고찰할 필요가 있다. 본 총설에서는 물 속에 존재하는 휴믹 물질, 탄수화물, 단백질(아미노산), hexosamine, 유지, 오일, 그리스 및 미량 유기물질(내분비교란화학물질과 의약품) 등의 자연 유기물의 특성을 정리하였다.
Natural organic matter (NOM) is among the most common pollutant in underground and surface waters. It comprises of humic substances which contains anionic macromolecules such as aliphatic and aromatic compounds of a wide range of molecular weights along with carboxylic, phenolic functional groups. Although the concentration of NOM in potable water usually lies in the range of 1-10 ppm. Conventional treatment technologies are facing challenge in removing NOM effectively. The main issues are concentrated to low efficiency, membrane fouling, and harmful by-product formation. Ion-exchangers can be considered as an efficient and economic pretreatment technology for the removal of NOM. It not only consumes less time for pretreatment but also resist formation of trihalomethanes (THMs), an unwanted harmful by-product. This article provides a comprehensive review of ion exchange processes for the removal of NOM.
Natural organic matter (NOM) is a primary component of fouling in low-pressure membrane filtration, either solely, or in concert with colloidal particles. Various preventive measures to interfere with NOM fouling have been developed and extensively tested, such as coagulation, oxidation, ion exchange, carbon adsorption, and mineral oxide adsorption. Therefore, this article aims to conduct a literature review covering the topics of low-pressure membrane processes, NOM characteristics and fouling behaviors, and diverse fouling control strategies. In-depth explanations and discussion are made regarding why some treatment options are able to remove NOM from source water, but do not reduce fouling. This review provides insight for hybridized membrane processes with respect to NOM removal and fouling mitigation in water treatment.
천연유기물질(NOM)과 모노클로라민이 반응할 때 NOM내 용존유기질소(DON)가 유기성 클로라민의 생성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 실험에 사용된 16가지 NOM의 용존유기탄소(DOC)에 대한 DON의 비(DOC/DON)는 7~47 mg-C/mg-N이었다. NOM 용액의 모노클로라민 반응시 유기성 클로라민 생성 농도는 24시간 후에 최대치(평균값 $0.16mg-Cl_2/mg-N$)로 염소반응에 비하여 유기성 클로라민의 생성량은 적었으나, 분해되어 감소되는 속도는 낮아 반응 120시간 후에 최대치 대비 평균 56% 감소되었다. NOM내 DON의 함유비가 높은 경우(DOC/DON 비가 낮은 경우)에 유기성 클로라민의 생성량이 상대적으로 높게 나타났으나, 소수성, 친수성, 중간성, 콜로이드성 등 NOM의 특성에 따른 유기성 클로라민 생성량의 차이는 크지 않았다. 모노클로라민의 주입량을 증가시킬수록 유기성 클로라민 생성량이 선형적으로 증가하였고($R^2=0.91$), 주입된 모노클로라민 중 6%가 유기성 클로라민으로 전환되어 모노클로라민 소독시 유기성 클로라민 형성에 의한 소독능 저하는 크게 우려할 바는 아닐 수 있다.
Membrane processes are now frequently considered for application in drinking water treatment. The biggest impediment for applying membrane processes is fouling that comes from mass flux (such as particle and organic matter) to the membrane surface and its pores due to convection flow through the membrane. Natural organic matter (NOM) has been reported as the most detrimental foulant. Some research also indicated that particles were often the dominant cause of fouling. Therefore, both NOM and particle fouling need to be examined to better understand fouling in ultrafiltration. Two waters from natural sources, Lake Austin water and Missouri River water, were selected. Both waters are relatively hard waters but has significantly different particle concentrations, which will elucidate effects of particles on membrane fouling. Precipitative softening is traditionally designed to remove hardness ions in hard waters but it can also remove particles and organic matter. Therefore, the integrated water treatment with softening and ultrafiltration is proposed as a promising option for hard waters. The three levels of softening were used to represent different degrees of pretreatment to ultrafiltration in terms of organic matter (i.e., NOM fouling) and precipitates (i.e., particle fouling by further precipitation). Results showed that natural particles in Missouri River water was detrimental foulants of ultrafiltration. As the levels of softening were increased, NOM and particle removal was increased, and thus fouling was decreased. Direct images of the surface of the membranes by scanning electron microscopy allowed observation of the different properties of particles caught in fibril networks of natural organic matter.
Natural organic matter(NOM) is defined as the complex matrix of organic material and abundant in natural waters. It affects the performance of unit operations for water purification. Several kinds of analytical indicators such as DOC, specific ultraviolet absorbance(SUVA), apparent molecular weight (AMW), fractionation and high performance size exclusive chromatography(HPSEC) have been used to understand characteristics and variations of NOM. This study aims to evaluate the characteristics of NOM in the Geum River system comprising with stream flows and reservoirs. It was identified that SUVA denoting the portion of humic substance in water ranged within 1.60~3.36. Using resin adsorbents, dissolved organic carbon(DOC) was fractionated into three classes: hydrophobic bases(HOB), hydrophobic acids(HOA) and hydrophilic substances(HI). HI dominates in all samples, collectively accounting for more than 62% of the DOC. HOA was the second dominated fraction and it varied considerably but accounted for about 30% of the DOC. The distribution of high molecular weight(HMW) measured by HPSEC being used to determine the molecular weight distribution of aquatic humic substances was 40.1% and 38.7% in reservoir and stream flow, respectively. The distribution of low molecular weight(LMW) in stream flow was 13.2% higher than that in reservoir. And apparent molecular weight less than 1KDa, which include the molecular weight of hydrophilic organic matter, occupied with 69.2% and 68.2% in stream flow and reservoir, respectively. While the molecular weight of 1 to 100 KDa including humic substances ranged with 18.6% and 21.6% in stream flow and reservoir, respectively. Seasonal variation of refractory dissolved organic carbon was similar to that of SUVA.
In this research, the application of carbon nanotubes (CNTs) modified PVDF (polyvinylidene fluoride) membrane was tested as a simply and beginning attempt to overcome membrane fouling because CNTs importantly affect the transport of natural organic matter (NOM). Suwannee River fulvic acid (SRFA) as the representative of NOM was selected and its sorption results with single-walled CNT (SWCNT), multi-walled CNT (MWCNT), and oxidized MWCNT (O-MWCNT) were obtained through the batch experiment. SRFA sorption isotherms had a strong nonlinearity and its sorption capacity followed the order O-MWCNT < MWCNT < SWCNT. The adsorbed mass of SRFA on each CNT decreased as a function of pH due to their charge repulsion. For the CNT-PVDF membrane filtration experiments, the suspended CNT solution (10 mg/40 mL) was incorporated into $0.45{\mu}m$-PVDF membrane and 5 mg/L of SRFA solution was monitored using UV detector connected with high pressure pump after passing through CNT-PVDF membrane. The SRFA removal efficiency by MWCNT-PVDF membrane was the strongest among other modified membranes. This suggests that the CNT modified microfiltration (MF) membrane might effectively and selectively apply to treat the contaminated water including organic compounds in the presence of NOM.
Dispersion of coagulant should be completed in a fraction of a second before the metal hydroxide precipitate has form. For the reason so-called pump diffusion flash mixing (PDFM) have been proposed, and PDFM is one of reasonable methods to quickly disperse the hydrolyzing metal salts. In this study, therefore, we attempt to understand the difference of removal characteristics of natural organic matter (NOM) between pump diffusion flash mixing (PDFM) and conventional rapid mixing (CRM) for coagulation in a water treatment system, and to enhance the removal of NOM through the improved mixing process. DOC and turbidity removal by PDFM higher than those by CRM, while SUVA value of water treated by PDFM was high as compared with that by CRM. Hydrophilic NOM was more effectively removed by PDFM than CRM, since charge neutralization effect increased by quick dispersion of coagulant. The DBP formation potentials due to NOM was effectively reduced by the improved mixing (i.e., PDFM) for coagulation and could be controlled through decrease in concentration of precursor rather than reduction of activity with disinfectant.
It is complicate problem to optimize removing natural organic matter (NOM) by activated carbon in drinking water treatment because the activated carbon has heterogeneous surface area and pore structure. Seven different coals based activated carbons which have different pore structures were used in the study. Sand filtered effluents which normally used as GAC adsorber influent were used. The molecular weight distribution showed that most of the NOM was bigger than 10,000Da. In this study, systematical approaches such as characteristics of surface area and pore volume were evaluated on NOM adsorption. Especially, the adsorption capacities for NOM were evaluated by effect of micro-pores and meso-pores in surface area and pore structure. The results show that the higher ratio of meso-pore compare to the micro-pore has not only the better adsorption capacities for NOM but also the higher strongly-adsorbable fraction. Therefore, the overall adsorption capacity is increased with higher meso-pore ratio with existing of reasonable micro-pore surface area and volume.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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