Membrane process has been one of the widely applied wastewater treatment options, especially in field. However, one of the tricky issues in the process is to treat concentrates generated from reverse osmosis (RO) system in a manner of saving cost with maximum efficiency for treating a wide range of contaminants. Stimulated with the challenging issues, we have conducted a series of experimental studies in the evaluation for removing organics and nutrients using activated carbon. Results indicated that while powdered activated carbon (PAC) efficiently removed organics and the extent of removal was proportional to the PAC dosage, little removal of nitrogen and phosphorus was observed despite increasing the PAC dose. Interestingly, applying PAC was superior in removing organics than using granular activated carbon (GAC). These results suggest smaller particle size with higher surface area could provide greater chemical reactivity in removing organics.
Desalination is a key technology to overcome water shortage problem in a near future. High energy consumption is an Achilles' heel in desalination technology. Osmotically driven membrane processes like forward osmosis(FO) was introduced to address this energy issue. Characterizing membrane properties such as water permeability(A), salt permeability(B), and the resistance to salt diffusion within the support layer($K_{ICP}$) are very important to predict the performance of scaled-up FO processes. Currently, most of researches reported that the water permeability of FO membrane was measured by reverse osmosis(RO) type test. Permeating direction of RO and FO are different and RO test needs hydraulic pressure so that several problems can be occurred(i.e. membrane deformation, compaction and effect of concentration polarization). This study focuses on measuring water permeability of FO membrane by FO type test results in various experimental conditions. A statistical approach was developed to evaluate the three FO membrane properties(A, B, and $K_{ICP}$) and it predicted test result by the internal and external concentration polarization model.
Silt Density Index (SDI) has been used as a fouling index for reverse osmosis (RO) processes for decades. In order to decrease RO fouling, feed water should meet SDI standard, which was used to select a proper pretreatment system for RO processes. However, SDI is supposed to be sensitive only to particles larger than 0.45 ${\mu}m$ in terms of diameters while nanoparticles and dissolved organic matter can be potent foulants for RO processes. Our study started from the suspected performance of SDI as a RO fouling index. SDI data from pilot plants located world wide including South Korea were collected and analyzed. Suspended partcle concentration (i.e., turbidity and particle counts), and dissolved organic matter concentration (i.e., dissolved orgnaic carbon (DOC) concentration) data were also collected and compared to SDI values of same water samples. We found that SDI values were not only affected by suspended particle concentration but also by dissolved organic matter concentration. Therefore SDI can be used as a reasonable fouling index for RO feed water because the main foulants for RO processes are suspended particle and dissolved organic matter.
Biofouling in brackish water reverse osmosis (RO) membranes still needs extensive research to understand cause and mechanism and to obtain methods for reduction of its impact on RO applications. Natural compounds with biofilm formation inhibitory properties are being investigated. Two compounds, vanillin and Epigallocatechin gallate (EGCG), were selected due to their great potential on biofilm formation inhibition. Vanillin shows inhibition on quorum sensing mechanisms of biofilm formation. EGCG has potential to inactivate microbial activity. The two compounds were incorporated in typical polyamide reverse osmosis membranes and evaluated on flux behaviours and biofilm formation potential. The surface properties of membrane coated with vanillin were changed tremendously compared to those with EGCG. As a result, the flux was reduced substantially. The biofilm formation seems hindered with EGCG coated membranes compared to the virgin membranes. More research is needed to optimize coating methods applicable to RO membranes and to enhance biofouling reduction.
This study was carried out to evaluate the removal rate of organic and inorganic matters from landfill leachate using pre-treatment process as coagulation and limonite adsorption, and membrane process as RO (reverse osmosis) and NF(nanofiltration). By adding limonite adsorption as pre-treatment process, about 40% of organic matters in leachate was removed through pre-treatment process and 74.7% of boron was removed after RO process without pH adjustment. The rejection rate of boron in RO process mainly depends on the pH and increased at pH value of 10. RO process was performed as two stage system adjusting pH condtion to 7 and 10 in second RO stage for boron removal. Most (>90%) of TOC, Cl- and inorganic matters as Ca was rejected in first RO stage, the residue was rejected in second RO and the rejection rate was above 97%. Considering economic efficiency of operation cost, NF substituted for the first RO and total removal rate of TOC was above 90%. Through RO system toxicity to Daphnia in leachate was removed completely.
The investigation of effects on fouling propensity with various viscosity of feed solutions would be better understanding for forward osmosis (FO) performance since the fouling propensity was directly influenced with solution viscosity. Therefore, this study was focused on the FO fouling with model foultants (humic acid, alginate) by altering solution viscosity with change of ionic strength (I.S) and $Ca^{2+}$ concentrations. In the comparison between humic acid and alginate, as expected, the alginate generally caused more severe fouling (almost 35.8 % of flux reduction) based on the solution characteristics (high viscosity) and fouling patterns (coil and gel layer). However, interesting point to note is that the fouling propensity of alginate was more severe even though it was applied with low viscosity of feed conditions (I.S = 20 mM, $Ca^{2+}=1mM$). This might be due to that crossed linked gel layer of alginate on the FO membrane surface could be best formed in the condition of $Ca^{2+}$ presence and higher I.S, and that is more dominant to fouling propensity than the low viscosity of feed solutions.
A lab-scale Reverse Osmosis(RO) membrane reactor was installed to investigate the membrane permeability, characteristics of membrane fouling at each conditions, and performance of elimination at different trans-membrane pressure(TMP) in the liquid fertilizer accumulated system. Experimental setup was divided to three different TMP conditions. As a result of experiment, permeability of RO membrane was proportional to the increase of TMP and temperature. After experiment was completed, two types chemical cleaning(remove the organic foulant and inorganic foulant) was done, and recover rate of permeability was each 99.8, 99.7 and 99.7%, respectively. From this experimental data, membrane fouling could be determined that the most of it was recoverable in this system, and major reason of fouling was concentration polarization. Elimination rate of solute substance in the liquid fertilizer indicated very stable(above 99%), except ammonia nitrogen, and the most stable elimination rate was investigated at the highest TMP condition (Run 3).
The aim of this work is to investigate the transport mechanism of radioactive nuclides through the reverse osmosis (RO) membrane and to estimate its effectiveness for nuclide separation from radioactive liquid waste. An analytical model is developed to simulate the RO separation, and a series of experiments are set up to confirm its estimated separation behavior. The model is based on the extended Nernst-Plank equation, which handles the convective flux, diffusive flux, and electromigration flux under electroneutrality and zero electric current conditions. The distribution coefficient which arises due to ion interactions with the membrane material and the electric potential jump at the membrane interface are included as boundary conditions in solving the equation. A high Peclet approximation is adopted to simplify the calculation, but the effect of concentration polarization is included for a more accurate prediction of separation. Cobalt and cesium are specifically selected for the experiments in order to check the separation mechanism from liquid waste composed of various radioactive nuclides and nonradioactive substances, and the results are compared with the estimated cobalt and cesium rejections of the RO membrane using the model. Experimental and calculated results are shown to be in excellent agreement. The proposed model will be very useful for the prediction of separation behavior of various radioactive nuclides by the RO membrane.
Choline chloride-glycerol (1:2 mol), a natural deep eutectic solvent (NADES) is examined as a draw solution in forward osmosis (FO) for dewatering application. The NADES is easy to prepare, low in toxicity and environmentally benign. A polyamide thin film composite membrane was used. Characterization of the membrane confirmed porous membrane structure with good hydrophilicity and a low structural parameter (722 ㎛) suitable for FO application. A dilute solution of 20% (v/v) NADES was enough to generate moderate water flux (14.98 L m-2h-1) with relatively low reverse solute flux (0.125 g m-2h-1) with deionized water feed. Application in dewatering industrial wastewater feed showed reasonably good water flux (11.9 L m-2h-1) which could be maintained by controlling the external concentration polarization and fouling/scaling mitigation via simple periodic deionized water wash. In another application, clarified sugarcane juice could be successfully concentrated. Recovery of the draw solute was accomplished easily by chilling utilizing thermo responsive phase transition property of NADES. This study established that low concentration NADES can be a viable alternative as a draw solute for dewatering of wastewater and other heat sensitive applications along with a simple recovery process.
Seawater desalination is doubtlessly a viable option to supply fresh drinking water. Nevertheless, RO (reverse osmosis) desalination plants in specific areas may be intermittently operated to match the imbalance between water demand and supply. Although a handful of works have been done on other membrane systems, few studies have attempted to mitigate fouling in intermittent RO systems. Accordingly, the objectives of this paper were to examine the effect of the intermittent operation on RO fouling; and to compare four intermittent operation modes including feed solution recirculation, membrane storage in the feed solution, deionized water (DI) recirculation, and membrane storage in DI water. Results showed that intermittent operation reduced RO fouling under several conditions. However, the extents of fouling mitigation were different depending on the feed conditions, foulant types, and membrane lay-up methods. When the feed solution was recirculated during the lay-up, the restoration of the flux was less significant than that by the feed solution feed-up. The use of deionized water during the lay-up was effective to restore flux, especially when the feed solution contains scale-forming salts (CaSO4) and/or colloidal silica.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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