Although membrane distillation (MD) has great promise for desalination of saline water sources, it is crucial to improve its thermal efficiency to reduce the operating cost. Accordingly, this study intended to examine the thermal energy efficiency of MD modules in a pilot scale system. Two different modules of hollow fiber membranes were compared in direct contact MD mode. One of them was made of polypropylene with the effective membrane area of $2.6m^2$ and the other was made of polyvinylidene fluoride with the effective membrane area of $7.6m^2$. The influence of operation parameters, including the temperatures of feed and distillate, feed flow rate, and distillate flow rate on the flux, recovery, and performance ratio (PR), was investigated. Results showed that the two MD membranes showed different flux and PR values even under similar conditions. Moreover, both flow rate and temperature difference between feed and distillate significantly affect the PR values. These results suggest that the operating conditions for MD should be determined by considering the module properties.
In this study, flow analysis and fluid-solid interaction analysis were conducted on a hollow fiber membrane module used for analysis of dehumidification characteristics. To ensure the reliability of the flow analysis results, the dehumidification experiment was performed under the temperature of 30℃ and relative humidity of 30% RH. The results of the dehumidification experiments were compared with the flow analysis results. The results of dehumidification experiments and flow analysis had a difference of approximately 5%. A 1-Way fluid-solid interaction analysis with various materials was conducted. From the results, it was found that the baffle with the largest shape deformation (polyethylene material) was subjected to 2-way fluid-solid interaction. The analysis of fluid flow and dehumidification characteristics were analyzed according to the shape deformation of the baffle.
Active layer의 형성법에 따른 첫번째 모듈 set와 두번째 모듈 set 사이의 성능변화가 축방향 속도와 용질 농도변화를 통하여 각 모듈 set별로 비교, 고찰되었다. 모든 실험들은 같은 transmembrane pressure와 막면적당 에너지 소모하에서 동시에 수행되었다. 첫번째 모듈 set에 대해서 Dean vortices가 존재하는 나선형 모듈과 Dean vortices가 없는 선형모듈로 수행된 모든 비교 실험에서 용질 flux와 투과계수는 vortex flow의 경우 훨씬 큰 값을 보였다. 두번째 모듈 set에 대해서 순수에 대한 두 모듈의 투과계수는 다른 값을 보이고 있으며 선형 모듈의 투과계수가 나선형 모듈에 비해 약 150% 높은 것으로 나타났다. 이는 두 모듈의 막이 완전히 달라졌음을 보여준다.
중공사막 접촉기에 적절한 PVDF 중공사막을 상전이 공정에 의하여 제조하였으며, SEM 과 기체투과도에 의하여 그 특성을 분석하였다. 벤치규모 중공사막 접촉기에서 $SO_2$ 제거를 위한 흡수제는 수산화나트륨 수용액을 사용하였다. 기체는 shell side, 액체는 lumen side로 흐르는 counter-current로 실험하였으며, 흡수제의 농도, 기체의 유속, 액가스비, 유입 $SO_2$ 농도에 따른 영향을 알아보았으며, 수학적 모델링에 의해 막 물질전달계수($k_m$)를 측정하였다. 흡수제의 농도와 액기비가 증가함에 따라 기-액 계면에서 충분한 알칼리도가 제공되므로, 액체막 저항이 감소하며, 총괄물질전달 용량계수는 증가하였다. 기체유속이 증가함에 따라 기체막저항은 감소하게 되므로 총괄물질전달 용량계수는 증가하였다.
실관막 모듈을 이용한 액-액추출은 반응기 단위부피당 표면적이 크므로 신속히 진행된다. 이러한 실관막내에서 추출제와 원료액은 빠른 속도로 접촉하며 두 흐름이 완전히 독립적이므로 부하나 편류현상이 일어나지 않는다. 본 연구에서는 실관막을 이용하여 수용액으로부터 중금속들을 추출하기 위한 추출제들의 선택성을 고찰하였다. 또한, 실관막 내에서 용질의 물질전달에 미치는 분배비의 영향을 확인하기 위하여, 분배비와 총괄물질전달계수를 비교하였다. 이로부터, 분배비가 높은 계는 낮은 계에 비해 실관막 모듈 내에서 물질전달에 미치는 분배비의 영향이 미약함을 알 수 있었다.
혐기-호기의 생물반응조 공정과 막분리 공정을 조합한 막-생물반응조 공정을 이용하여 염색폐수 중의 난분해성 물질들을 제거하였다. 염색폐수 원수를 직접 막분리공정에 적용한 결과 심각한 fouling을 초래하였다. 반면 생물반응조로 1차 처리한 후 막분리공정에 적용한 경우 생물반응조가 막의 오염원을 상당부분 제거하여 fouling현상이 현저리 감소하였으며, 막의 수명도 연장시킬 수 있었다. 염색폐수의 처리효율 및 fouling현상은 막의 기공 크기나 구조보다는 막의 재질에 더욱 의존함을 확인하였다. 중공사막 module의 사용 방법 및 중공사막 내부의 유속에 따라서 제거효율 및 투과유량이 변화하였다. 생물반응조나 막분리 단독공정보다 두공정을 조합한 공정이 보다 효과적으로 염색폐수 처리능력을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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