Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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1997.05a
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pp.25-29
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1997
In many solute transport studies, either flux or resident concentration has been used. Choice of the concentration mode was dependent on the monitoring device in solute displacement experiments. It would be questionable, however. to accept the equivalency in the solute transport parameters between flux and resident concentrations in structured soils exhibiting preferential movement of solute. In this study, we investigate how they differ in the monitored breakthrough curves (BTCs) and transport parameters for a given boundary and flow condition by performing solute displacement experiments on a number of undisturbed soil columns. Both flux and resident concentrations have been simultaneously obtained by monitoring the effluent and resistance of the Horizontally-positioned TDR probes. The study reveals that soil columns having relatively high flux densities exhibited great differences in the degree of peak concentration and travel time of peak between flux and resident concentrations. The peak concentration in flux mode was several times higher than that in resident one. This was mainly due to the bypassing of solute through soil macropores.
Forward osmosis (FO) is an emerging technology which can possibly make the desalination process more cost and energy efficient. One of the major factors impeding its growth is the lack of an appropriate draw solute. The present study deals with the identification of potential draw solutes, and rank them. The comparison was carried out among ten draw solutes on the basis of four main parameters namely; water flux, reverse salt diffusion, flux recovery and cost. Each draw solute was given three 24 hour runs; corresponding to three different concentrations; and their flux and reverse salt diffusion values were calculated. A fresh membrane was used every time except for the fourth time which was the flux recovery experiment conducted for the lowest concentration and the change of flux and reverse salt diffusion values from the initial run was noted. The organic solutes inspected were urea and tartaric acid which showed appreciable values in other parameters viz. reverse salt diffusion, flux recovery and cost although they generated a lower flux. They ranked 5th and 8th respectively. All the experimented draw solutes were ranked based on their values corresponding to each of the four main parameters chosen for comparison and Ammonium sulfate was found to be the best draw solute.
This study is to evaluate the performance of draw solutions in forward osmosis desalination using fertilizer as draw solution. Considering osmotic pressure, solubility, and pH, $NH_4NO_3$, $NH_4H_2PO_4$, $(NH_4)_2HPO_4$, KCl, $KNO_3$, and $KHCO_3$ were screened from a comprehensive lists of fertilizer. Their performance were evaluated in terms of pure water permeate flux, reverse solute flux, and specific reverse solute flux for nitrogen and phosphorus. KCl showed the highest pure water permeate flux among the selected fertilizers while $(NH_4)_2HPO_4$ draw solution had the lowest flux. $NH_4H_2PO_4$ showed the lowest reverse solute flux and specific reverse solute flux for nitrogen followed by $(NH_4)_2HPO_4$, $KNO_3$, and $NH_4NO_3$. Although the pure water permeate flux of $NH_4H_2PO_4$ is lower than the other draw solutions, because it contains both nitrogen and phosphorus, and have the lowest reverse solute flux and specific reverse solute flux, it is a promising candidate as draw solution for forward osmosis desalination.
This study is to investigate the effects of the draw solution concentration on forward osmosis desalination performance using blended fertilizer as draw solution. As the concentration of blended fertilizer solution (draw solution) increased, the water permeate flux increased nearly linearly, but PR (performance ratio) was reduced. Using sea water and deionized water as the feed solution, respectively, at the blended fertilizer solution of 600 g/L $H_2O$, the PR obtained were 5.39 and 6.50, respectively. And as the concentration of blended fertilizer solution increased, the reverse solute flux for nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) increased nearly linearly, but specific reverse solute flux for them was reduced. The reverse solute flux and specific reverse solute flux became higher in the order of N > K > P.
This study is to find the optimum draw solution in fertilizer-drawn forward osmosis desalination. Considering osmotic pressure, solubility, and pH, 20 blended fertilizers were screened. Their performance were evaluated in terms of pure water permeate flux, reverse solute flux, and specific reverse solute flux for nitrogen, phosphorus, and potassium. The pure water permeate flux of blended fertilizers including KCl were relatively higher. The reverse solute flux and specific reverse solute flux for nitrogen of blended fertilizers containing ${NO_3}^-$ ion were relatively higher than those of the nitrate ion-free draw solution. Those for phosphorus, and potassium of blended fertilizers including $NH_4H_2PO_4$, and $KNO_3$ were relatively higher than those of the phosphorus-free, and potassium-free draw solution, respectively. The blended fertilizer of $NH_4H_2PO_4$ and KCl contains all of nitrogen, phosphorus and potassium which are essential elements of fertilizer, and has the relatively high water permeation flux and the low reverse solute flux for nitrogen, phosphorus, and potassium. Therefore, it is the most effective draw solution for fertilizer-drawn forward osmosis desalination.
A novel multi-valent salt based on polyethyleneimine having molecular weight of 800 (PEI 800) has been synthesized and characterized as forward osmosis draws solute. A reaction intermediate was synthesized by the neutralization reaction of polyethyleneimine and methyl acrylate, and was hydrolyzed with potassium hydroxide to synthesize a water soluble carboxylic acid (potassium salt) polyethyleneimine. NMR spectrometry, viscometry measurements and osmometry measurements was performed to characterize the draw solute. Forward osmosis experiments were done to know whether the solute could be used as a draw solute or not. The result shows comparable water flux and lower reverse salt flux compared with NaCl as a draw solute. We have also demonstrated recycling of the draw solute in the FO-NF integrated process.
An organic citrate series draw solute was synthesized using diethyl malonate for forward osmosis. The structure of the final compound potassium pentane-1,3,3,5-tetracarboxylate was confirmed by $^1H-NMR$ and $^{13}C-NMR$ analysis. Osmotic pressure, solubility, water permeability and reverse salt flux were measured for the properties of the draw solute. Forward osmosis results showed that the draw solute exhibited higher water flux than other draw solutes of trisodium citrate and tripotassium citrate. Reverse salt flux of all the organic daw solutes was much lower than that of NaCl. The osmotic pressure of the synthesized draw solute was 25% lower than that of NaCl. The solubility of the draw solute was 317 g/ 100 g water, which is 8.8 times higher than that of NaCl. A commercialized nanofiltration membrane was used for the recovery of the draw solute. The draw solute could be effectively recovered at low pressure.
In many solute transport studies, either flux or resident concentration has been used. Choice of the concentration mode was dependent on the monitoring device in solute displacement experiments. It has been accepted that no priority exists in the selection of concentration mode in the study of solute transport. It would be questionable, however, to accept the equivalency in the solute transport parameters between flux and resident concentrations in structured soils exhibiting preferential movement of solute. In this study, we investigate how they differ in the monitored breakthrough curves (BTCs) and transport parameters for a given boundary and flow condition by performing solute displacement experiments on a number of undisturbed soil columns. Both flux and resident concentrations have been simultaneously obtained by monitoring the effluent and resistance of the horizontally-positioned TDR probes. Two different solute transport models namely, convection-dispersion equation (CDE) and convective lognormal transfer function (CLT) models, were fitted to the observed breakthrough data in order to quantify the difference between two concentration modes. The study reveals that soil columns having relatively high flux densities exhibited great differences in the degree of peak concentration and travel time of peak between flux and resident concentrations. The peak concentration in flux mode was several times higher than that in resident one. Accordingly, the estimated parameters of flux mode differed greatly from those of resident mode and the difference was more pronounced in CDE than CLT model. Especially in CDE model, the parameters of flux mode were much higher than those of resident mode. This was mainly due to the bypassing of solute through soil macropores and failure of the equilibrium CDE model to adequate description of solute transport in studied soils. In the domain of the relationship between the ratio of hydrodynamic dispersion to molecular diffusion and the peclet number, both concentrations fall on a zone of predominant mechanical dispersion. However, it appears that more molecular diffusion contributes to the solute spreading in the matrix region than the macropore region due to the nonliearity present in the pore water velocity and dispersion coefficient relationship.
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.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1B
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pp.73-81
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2009
This paper presents a numerical investigation of the impact of the secondary currents on solute transport in open-channel flows. The RANS model with Reynolds stress model is used for flow modeling, and the GGDH(generalized gradient diffusion hypothesis) model is used to close the scalar transport equation. Using the developed model, the impact of secondary currents on solute transport in open channel flows over smooth-rough strip is investigated. Through numerical experiments, the secondary currents are found to affect the solute spreading, leading a movement of the position of the peak concentration and a skewed distribution of solute concentration. Due to the lateral flow of secondary currents near the free surface, the concentration at the rough strip is found to be larger than that at the smooth strip bed. The solute at the rough strip is more rapidly transported than smooth bed. A magnitude analysis of the solute transport rate in scalar transport equation is also carried out to investigate the effect of secondary currents and scalar flux on the concentration distribution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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