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.
Okoro, Emmanuel E.;Oladejo, Bukola R.;Sanni, Samuel E.;Obomanu, Tamunotonjo;Ibe, Amarachukwu A.;Orodu, Oyinkepreye D.;Olawole, Olukunle C.
Advances in nano research
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제9권1호
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pp.59-67
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2020
Filter cake formation during rotary drilling operation is an unavoidable scenario, hence there is need for constant improvement in the approaches used in monitoring the cake thickness growth in order to prevent drill-string sticking. This study proposes an improved model that predicts the growth of mud cake thickness overtime with the consideration of the addition of nanoparticles in the formulated drilling fluid system. Ferric oxide, titanium dioxide and copper oxide nanoparticles were used in varying amounts (2 g, 4 g and 6 g), and filtration data were obtained from the HPHT filtration test. The filter cakes formed were further analyzed with scanning electron microscope to obtain the morphological characteristics. The data obtained was used to validate the new filtrate loss model. This model specifically presents the concept of time variation in filter cake formation as against the previous works of constant and definite time. Regression coefficient which is a statistical measure was used to validate the new model and the predicted results were compared with the API model. The new model showed R2 values of 99.9%, and the predictions from the proposed filtration model can be said to be more closely related to the experimental data than that predicted from the API model from the SSE and RMSE results.
Although the specific resistance to filtration is the most frequently employed means for characterizing dewaterability of a sludge, it presently is not possible to design nor to prediet performance of dewatering facilities using traditional linearized parabolic filtration equation, that is, the specific resistance model because of theoretical and practical inadequacies of the concept. Limitations of the specific resistance model reflect the need to examine fundamental sludge properties and filtration behaviors affecting dewaterability. From this study, two major limitations of the specific resistance model were noted. First, specific resistance values are very dependent on the sludge concentration because of the variations of particle size distribution and cake clogging to occur when surface area mean diameter is less than $25{\mu}m$ for activated sludge, $18{\mu}m$ for water treatment plant sludge. Second, nonparabolic filtration behavior can result from cake clogging, caused by the migration of fine particles into the cake pores, accelated by skin effect with highly compressible sludges.
Predictions of diesel particulate filtration are typically made by modeling of a particle collection, and providing particle trapping levels in terms of a pressure drop. In the present study, a series of single channel diesel particulate filter (DPF) experiments are conducted, the pressure traces are inversely analyzed and essential filtration parameters are deducted for model closure. A DPF filtration model is formulated with a non-linear description of soot cake regression. Dependence of soot cake porosity, packing density, permeability, and soot density in filter walls on convective-diffusive particle transportation is examined. Sensitivity analysis was conducted on model parameters, relevant to the mode of transition. Soot cake porosity and soot packing density show low degrees of dispersion with respect to the Peclet number and have asymptotes at 0.97 and $70\;kg/m^3$, respectively, at high Peclet number. Soot density in the filter wall, which is inversely proportional to filter wall Peclet number, controls the filtration mode transition but exerts no influence on termination pressure drop. The percolation constant greatly alters the extent of pressure drop, but is insensitive to volumetric flow rate or temperature of exhaust gas at fixed operation mode.
The resistance in series model has been frequently used for determination of various filtration resistance to correctly understand the membrane fouling behaviour in MBR (membrane bio-reactor) for wastewater treatment. The cake layer resistance ($R_c$) which is commonly determined by calculation of flux dataset that are obtained empirically before and after removing the cake layer on membrane surface. However, the calculated Rc values are very dependent on the cleaning methods adapted for removal of cake layer. This study investigated how the various cleaning options affect $R_c$. Seven different cleaning methods were employed: i) ultrasonication (100 W, 10 min), ii) ultrasonication (200 W, 60 min), iii) ultrasonication (400 W, 120 min), iv) water rinsing in a shaker (100 rpm, 10 min), v) water rinsing in a shaker (300 rpm, 60 min), vi) water rinsing, vii) sponge scrubbing. For the hydrophilic PES membrane, the cake layer removal efficiencies ranged from 64% to 10%, indicating that the removal of cake layer was highly dependent on the cleaning options. For the hydrophobic PVDF membrane, the cake layer removal efficiencies ranged from 79% to 97%. Consequently, a standardized method for cake layer removal to determine cake resistance ($R_c$) is needed for correct interpretation of the fouling phenomena.
$Al_2O_3$ 현탁액의 폴리에틸렌 정밀여과에 있어 역세척이 막오염에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 현탁액의 투과저항은 역세척을 한 경우가 역세척을 하지 않은 경우보다 작았으나 투과저항 증가율은 역세척을 하지 않은 때보다도 더 컸다. 막오염 형태는 역세척을 한 경우나 하지 않은 경우 운전초기에는 케익오염이 지배적이었으며, 이어 세공막힘오염이 나타났고, 정상상태에 도달하면 투과유속은 다시 케익여과 오염에 의해 지배받는 것으로 나타났다. 한편, 세척공정에 앞선 막은 운전초기에 세공막힘오염이 케익오염에 앞서 일어났다. 총오염에 대한 케익여과 오염의 비율은 역세척에 관계없이 역세척 전에 비하여 증가하였다. 세공크기가 $0.24{\mu}m$인 막의 투과저항은 세공이 $0.34{\mu}m$인 막에 비해 더 컸으나, 막오염 형태는 세공의 크기가 $0.34{\mu}m$인 막에 비해 케익오염이 작았다. 총오염에 대한 성분오염의 비율은 역세척을 한 경우에는 세공막힘이 약 7.8%, 케익오염 약 92.2%이었고, 역세척을 하지 않은 경우에는 세공막힘은 9.6% 그리고 케익오염이 90.4%이었다.
Park, Ho-Sang;Nam, Suk-Tae;Jeon, Jae-Hong;Lee, Seok-Ki
한국막학회:학술대회논문집
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한국막학회 1999년도 The 7th Summer Workshop of the Membrane Society of Korea
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pp.95-96
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1999
The ultrafiltration behavior of dilute colloidal solution containing Si particles has been investigated. The experiments in cross flow mode have been performed at different operating condition by using the membrane with 20 kDa cut-off. The flux decline was due to the development of membrane fouling which was a dynamic process of two distinctive stages. For the high trans-membrane pressure, the pore blocking resistance was dominant at the initial period of filtraion and was followed by the cake resistance. And for the low cross flow velocity, the membrane fouling was governed by the cake filtration model at the initial stage of filtration process. Flux jump was observed temporally during the membrane filtration of mixed feed solution.
Teow, Yeit Haan;Wong, Zhong Huo;Takriff, Mohd Sobri;Mohammad, Abdul Wahab
Membrane and Water Treatment
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제9권5호
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pp.373-383
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2018
Fouling by solids and microorganisms is the major obstacle limiting the efficient use of membrane wastewater treatment. In our previous study, two stages microalgae/membrane filtration system was proposed to treat anaerobic digested palm oil mill effluent (AnPOME). This two stages microalgae/membrane filtration system had showed great potential for the treatment of AnPOME with high removal of COD, $NH_3-N$, $PO_4{^{3-}}$, TSS, turbidity, and colour. However, fouling behavior of the membrane in this two stages microalgae/membrane filtration system was still unknown. In this study, empirical models that describe permeate flux decline for dead-end filtration (pore blocking - complete, intermediate, and standard; and cake layer formation) presented by Hermia were used to fit the experimental results in identifying the fouling mechanism under different experimental conditions. Both centrifuged and non-centrifuged samples were taken from the medium with 3 days RT intervals, from day 0 to day 12 to study their influence on fouling mechanisms described by Hermia for ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF), and reverse osmosis (RO) filtration mode. Besides, a more detailed study on the use of resistance-in-series model for deadend filtration was done to investigate the fouling mechanisms involved in membrane filtration of AnPOME collected after microalgae treatment. The results showed that fouling of UF and NF membrane was mainly caused by cake layer formation and it was also supported by the analysis for resistance-in-series model. Whereas, fouling of RO membrane was dominated by concentration polarization.
In this study, chemically enhanced steam cleaning(CESC) was applied as a novel and efficient method for the control of organic and inorganic fouling in ceramic membrane filtration. The constant filtration regression model and the resistance in series model(RISM) were used to investigate the membrane fouling mechanisms. For total filtration, the coefficient of determination(R2) with an approximate value of 1 was obtained in the intermediate blocking model which is considered as the dominant contamination mechanism. In addition, most of the coefficient values showed similar values and this means that the complex fouling was formed during the filtration period. In the RISM, R c/R f increased about 4.37 times in chemically enhanced steam cleaning compared to physical backwashing, which implies that the internal fouling resistance was converted to cake layer resistance, so that the membrane fouling hardly to be removed by physical backwashing could be efficiently removed by chemically enhanced steam cleaning. The results of flux recovery rate showed that high-temperature steam may loosen the structure of the membrane cake layer due to the increase in diffusivity and solubility of chemicals and finally enhance the cleaning effect. As a consequence, it is expected that chemically enhanced steam cleaning can drastically improve the efficiency of membrane filtration process when the characteristics of the foulant are identified.
알루미나 콜로이드 용액의 막여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각 변화로 유발된 자연대류 불안정 흐름(natural convection instability flow, NCIF)의 콜로이드 물질의 막오염 제어 효과를 정압(constant-pressure) 막여과 시 플럭스 증가와 정투과량(constant-flux) 막여과 시 막차압 감소 정도로 측정하고, 플럭스 결과를 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커지면 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 2시간의 막여과에서 플럭스는 최대 2.8배까지 증가하고, 막차압은 최대 85%까지 감소하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 결과를 해석하여 운전 시간 15분 이내에서는 중간막힘모델 그 이후에는 케이크여과모델로 평가하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 52% 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 93% 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어기작은 막표면에의 입자상 콜로이드 물질의 케이크층 형성을 억제시키는 것으로 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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