Particle breakthrough can occur by either the breakoff of previously captured particles (or flocs) or the direct passage of some influent particles through the filter. Filtration experiments were performed in a laboratory-scale filter using spherical glass beads with a diameter of 0.55 mm as collectors. A single type of particle suspension (Min-U-Sil 5, nearly pure $SiO_2$) and three different destabilization methods (pH control, alum and polymer destabilization) were utilized. The operating conditions were similar to those of standard media filtration practice: a filtration velocity of 5 m/h. To assess the possibility of particle detachment during the normal filtration, a hydraulic shock load (20% increase of flow rate) was applied after 4 hours of normal filtration. The magnitude of particle detachment was proportional to the particle size for non-Brownian particles. At the same time, less favorable particles, i.e., particles with larger surface charge, were easily detached during the hydraulic shock load. Therefore, proper particle destabilization before filtration is crucial for maximum particle removal as well as minimum particle breakthrough.
Particle contamination on the data storage disks has been a serious problem for magnetic hard disk drive manufacturers. For high storage optical disks, such as DVD-ROM/RAM or NFR (near field recording) system, particle-induced damages can be also detected because only a few micrometer particles can prevent read/write signal from optical lens. The increasing areal density and smaller bit size accelerates particle induced damages on the optical disk. One of the methods to prevent particle contamination on the optical disk surface is to handle the disk enclosed in a cartridge like a modern DVD-RAM disk. However, even for a perfectly sealed disk drive, particles are found inside the drive. The other method is to improve disk surface characteristics. Particle contamination on the surface can be reduced by proper selection of disk coating materials. [n this paper, particle detachment ratios for CD (compact disk), DVD (digital versatile disk), HD (magnetic hard disk), HD with Jut lubricant, and aluminosilicate substrate HD were investigated. Surface roughness and surface energy of the test disks were compared with the particle detachment ratios. Proper substrate and lubricant characteristics to reduce particle contamination on the disk surface were found.
Kim, Ijung;Zhu, Tongren;Jeon, Chan-Hoo;Lawler, Desmond F.
Membrane and Water Treatment
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제11권1호
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pp.1-10
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2020
An understanding of particle-particle interactions in filtration requires studying the detachment as well as the attachment of nanoparticles. Nanoparticles captured in a granular media filter can be released by changing the physicochemical factors. In this study, the detachment of captured silver nanoparticles (AgNPs) in granular media filtration was examined under different ionic strengths, ion type, and the presence or absence of natural organic matter (NOM). Filtration velocity and ionic strength were chosen as the physical and chemical factors to cause the detachment. Increasing filtration velocity caused a negligible amount of AgNP detachment. On the other hand, lowering ionic strength showed different release amounts depending on the background ions, implying a population of loosely captured particles inside the filter bed. Overall detachment was affected by ionic strength and ion type, and to a lesser degree by NOM coating which resulted in slightly more detachment (in otherwise identical conditions) than in the absence of that coating, possibly by steric effects. The secondary energy minimum with Na ions was deeper and wider than with Ca ions, probably due to the lack of complexation with citrate and charge neutralization that would be caused by Ca ions. This result implies that the change in chemical force by reducing ionic strength of Na ions could significantly enhance the detachment compared to that caused by a change in physical force, due to a weak electrostatic deposition between nanoparticles and filter media. A modification of the 1-D filtration model to incorporate a detachment term showed good agreement with experimental data; estimating the detachment coefficients for that model suggested that the detachment rate could be similar regardless of the amount of previously captured AgNPs.
Mathematical model was developed to verify a sequential particle removal taking place in a granular media gravity filter. Consequential multi-layer filtration cycle model was applied to verify the fraction of filter effluent particles that are filter influent particles that were never removed as well as the fraction of filter effluent particles that were detached after deposition were performed through laboratory experiments. Three sizes of marker particles were injected ahead of the filter column as a pulse in the presence of four sizes of polystyrene particles that were used as a primary source of particles in the raw suspension to investigate particle attachment alone in contrast to net removal from attachment and detachment. Microscopic counting of filter effluent particles was assumed to reflect attachment. Experimental results indicated that particle detachment is significant beginning from the early phase of filtration. For each size of fluorescent microspheres at one filter depth, fluorescent microsphere removal increased with filter runtime to a maximum due to ripening. The detached fraction of effluent particles increased with particle size and filter depth. The presence of detached particles and the increasing fraction of detached particles in deeper bed were confirmed.
Rapid increase of integrity for recent semiconductor industry highly demands the development of removal technology of contaminated particles in the scale of a few microns or even smaller. It is known that the surface cleaning technology using $CO_2$ snow has its own merits of high efficiency. However, the detailed removal mechanism of particles using this technology is not yet fully understood due to the lack of sophisticated research endeavors. The detachment mechanism of particles from the substrates is known to be belonged in four types; rebounding, sliding, rolling and lifting. In this study, a modeling effort is performed to explain the detachment mechanism of a contaminant particle due to the rebounding caused by the vertical collision of the $CO_2$ snow. The Hertz and Johnson-Kendall-Roberts(JKR) theories are employed to describe the contact, adhesion and deformation mechanisms of the particles on a substrate. Numerical simulations are followed for several representative cases, which provide the perspective views on the dynamic characteristics of the particles as functions of the material properties and the initial inter-particle collision velocity.
본 연구에서는 포장도로에서 발생되는 강우유출수 처리를 위하여 파일럿 규모의 우드칩 충진 수직흐름형 습지를 이용하여 처리시험을 수행하였다. 각 습지는 전처리 목적의 침강지와 우드칩이 전체용적의 25%, 50%, 75%가 충진된 습지로 구성되어 있다. 입도분석 결과 강우유출수에 함유된 입자의 크기는 0.52-30um 크기가 주종을 이루고 있으며 24시간 침강 후에 20um 이상의 입자는 대부분 제거되었다. 또한 20um 보다 작은 크기의 입자는 건기시 수행되는 내부순환에 의해 여과 및 부착 등의 기작에 의해 상당부분 제거되었으나 전체적인 입자의 양은 우드칩의 연화과정에서 탈리되는 입자들에 의해 증가하는 것으로 밝혀졌다. 우드칩으로 부터 입자탈리는 초기 75일 동안에 걸쳐 발생하였으며 발생된 우드칩 입자의 농도(밀도)는 충진율이 증가할수록 증가하였다. 본 논문에서는 우드칩 탈리과정을 설명할 수 있는 1차 반응속도 모델을 제안하였으며 우드칩 탈리에 영향을 미치는 주요 수질인자 및 운전조건과의 관계를 분석한 결과 수질인자 중에는 수온, 용존산소, pH 등이 주요 영향인자로 파악되었으며 운전조건으로는 습지내부 운전수위 및 선행건기일수도 탈리속도를 결정하는 주요 변수로 분석되었다.
코로나 방전 정전선별기 내에서 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 분쇄 입자의 이동궤도를 전산 모사하였다. 여기서 PCB입자는 전자부품 분리된 기판을 파쇄한 것으로, 대부분 구리와 FR-4(Flame Retardant Level-4)로 이루어져있다. 우선 입자가 선별기내 회전전극으로부터 탈착 지점을 계산하였으며, 중력, 원심력, 정전기력의 평형으로부터 유도되었다. 한편 탈착 후 이동궤도는 입자의 운동방정식으로부터 구한 가속도를 시간 적분하여 계산하였다. 시뮬레이션 변수는 입자의 크기, 공급전압의 세기, 회전전극속도 및 유도전극 각도로 하였다. 입자 이동궤도에 미치는 영향은 구리 입자의 경우에는 회전속도가 주요 변수였으나, 반면 FR-4 입자의 경우에는 상기 모든 변수에 영향을 받는 것으로 나타났다.
The use of magnetoresistive (MR) head requires much tighter control of particle contamination in a drive since loose particles on the disk surface will generate thermal asperities (TA). In this study, a spinoff test was performed to investigate the adhesion and removal capability of a particle to disk surface. Numerical simulation was also performed to investigate dominant factor of particle detachment and to support experimental results. It was shown that particles are detached from the disk surface by the moment derived from the centrifugal force and the drag force and that the centrifugal force and capillary force are the dominant force, which determines spin-off of a particle on the disk surface. Removal of particles smaller than several micrometers, which are the main source of TA generation, is extremely difficult since the adhesion forces exceed the centrifugal force. Lubricant types and manufacturing process also influence the particle removal. Lower bonding ratio and lower viscosity of the lubricant will help to increase the removal rate of the particles from the disk surface.
Granular media filtration is used almost universally as the last particle removal process in conventional water treatment plants. Therefore, superb particle removal efficiency is needed during this process to ensure a high quality of drinking water. However, every particle can not be removed during granular media filtration. Besides the pattern of particle attachment is different depending on physicochemical aspects of particles and suspension. Filtration experiments were performed in a laboratory-scale filter using spherical glass beads with a diameter of 0.55 mm as collectors. A single type of particle suspension (Min-U-Sil 5) and pH control was used to destabilize particles. The operating conditions were similar to those of standard media filtration practice: a filtration velocity of 5 m/h. More favorable particles, i.e., particles with smaller surface charge, were well attached to the collectors especially during the early stage of filtration. This selective attachment of the lower charged particles caused the zeta potential distribution (ZPD) of the effluent to move to a more negative range. On the other hand, the ZPD of the effluent did not keep moving from less negative to more negative during the later stages of filtration, and this result was thought to be caused by two reasons: ripening effects and the detachment of flocs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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