The increasing demand for materials, energy and products drives chemical engineers to propose new solutions everyday able to promote development while supporting sustainable industrial growth. Membrane engineering can offer significant assets to this development. Here, they are identified the most interesting aspects of membrane engineering in strategic industrial sectors such as water treatment, energy production and depletion and reuse of raw materials. The opportunity to integrate membrane units with innovative systems to exploit the potential advantages derived from their synergic uses is also emphasized. The analysis of the potentialities of these new technologies is supported by the introduction of process intensification metrics which provide an alternative and innovative point of view regarding the unit performance, highlighting important aspects characterizing the technology and not identified by the conventional analysis of the unit performance.
Membrane Distillation(MD) is reviewed as an application to new separation technology. Hydrophobic membrane which has been used to microfiltration is feasible material for MD process. MD has perfect selectivity under moderate temperature and is promised to simplify typical water treatment process. The principle of MD separation is phase transition by vapor-liquid interface at the pore of membrane surface. Feed and permeate temperature, composition, membrane wetting, heat and mass transfer phenomena affect the selectivity and flux of MD.
Kim, Geon-Youb;Kim, Min-Gue;Lee, Chang-Ha;Kim, Hyung-Soo;Kim, Ji-Hoon;Lee, Kyung-Il
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.31
no.2
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pp.161-168
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2017
Microfiltration (MF) and Ultrafiltration (UF) membrane processes capable of producing highly purified water have been extensively applied as a pretreatment process in the wastewater reuse field with the improvement of membrane properties and resistance, development of operating protocols, and improvement of technologies of backwashing and physicochemical cleaning, and improvement of scale and antifoulants. However, despite of the development of membrane production and process technologies, fouling still remains unresolved. This study confirmed that foulants such as polysaccharides, proteins and humic substances existed in final treated effluent (secondary effluent) by fluorescence excitation emission matrix (FEEM) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis. In addition, when constructing ozone oxidation and coagulation processes as a hybrid process, the removal efficiency was 5.8%, 6.9%, 5.9%, and 28.2% higher than that of the single process using coagulation in turbidity, color, dissolved organic carbon (DOC), and UV254, respectively. The reversible and irreversible resistances in applying the hybrid process consisting of ozone oxidation and coagulation processes were lower than those in applying ozone oxidation and coagulation processes separately in UF membrane process. Therefore, it is considered possible to apply ozonation/coagulation as a pretreatment process for stable wastewater reuse by and then contributing to the reduction of fouling when calculating the optimal conditions for ozone oxidation and coagulation and then to applying them to membrane processes.
Supported liquid membrane process usually is used for recovering or enrichment of valuable metals in the industrial wastewater. But, even if the metals in the wastewater was separated with high chemical selectivity, it cannot be enough concentrated since separation performance of supported liquid membrane (SLM) process is limited by concentration gradient between feed solution and stripping solution. If metal concentration in the stripping solution to be enough low, transport of metal through membrane can be accomplishment constantly. Therefore, Electrodialysis (ED) has been placed after SLM process and the stripping solution of SLM was used as the feed solution for the ED process. Transport of ions in the solutions is successfully performed by ED process. Thus, the metal concentration in the stripping solution does not rise as to stop ion transport. Besides, valuable metals easily are concentrated by ED process for re-use. In this study, effects of operation parameters like initial Cd(II) concentration, HCl concentration in the feed solution of SLM and applied voltage are investigated on separation efficiency, flux and permeability of the both processes. As the feed solution concentration increased, all performance values has increased. When initial concentration of 100 mg/L is used, separation performances (SP) are 55% and 70%, for SLM and consecutive process, respectively. The best HCl concentration in the feed solution of SLM has determined as 2 M, in this conditions SP are 64% and 72%, for SLM and consecutive process, respectively. With increased of applied voltage on ED process, SP of the consecutive process has been raised from 72% to 83%. According to the obtained experimental data, consecutive process has better separation performance than SLM. When the separation performances of both processes were compared for the same operating conditions, it was determined higher the separation efficiency, permeability and flux values of the consecutive process, 8%, 9% and %10.6, respectively. Consequently, the use of the consecutive process increases the performance efficiency of both processes. The consecutive process studied has quite a good chemical separation efficiency, and enrichment capability. Moreover, this process requires few water and energy.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.12
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pp.877-882
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2013
The application of ultrafiltration (UF) and microfiltration (MF) membranes has been increased for drinking water purification. The advantages of UF/MF membrane process compared to conventional treatment processes are stable operation under varying feed water quality, smaller construction area, and automatic operation. Most membrane treatment plants are designed with polymeric membranes. Recently, some studies suggested that the process of treating surface water with ceramic membranes is competitive to the application of polymeric membranes. Higher water flux, less frequent cleaning, and much longer lifetime are the advantages of ceramic membrane comparing to polymeric membrane. Therefore, this research focused on the application of ceramic MF membrane pilot plant at the slow sand filtration plant. The ceramic membrane pilot plant has three trains that used raw water and sand filtered water as a feed water, respectively. For optimizing the pilot plant process, the coagulation with PACl coagulant was used as a pretreatment of ceramic membrane process. In addition, CEB (Chemical Enhanced Backwash) process using $H_2SO_4$ and NaOCl was used for 1.5 days, respectively. The experimental results showed that applying the optimum coagulant dose before membrane filtration showed enhancing membrane fluxes for both raw water and sand filtered water. Also, when using raw water as a feed of membrane, minimum fouling rate was 2.173 kPa/cycle with 25 mg/L of PACl and when using sand filtered water, the minimum fouling rate was 0.301 kPa/cycle with 5 mg/L of PACl.
Kang, Jinjin;Noh, Jaehyun;Ahn, June Shu;Cho, Jungho
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.12
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pp.6590-6596
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2013
Carbon dioxide should be removed to increase the productivity of dimethyl ether(DME) from the DME manufacturing process. In this study, carbon dioxide can be removed using a physical absorbent through a solvent absorption method and membrane separation method. After performing the simulation for the carbon dioxide removal process, the energy consumption of the processes was compared. Methanol was used as a physical absorbent for the rectisol process, dimethyl ethers of polyethylene glycol for the Selexol process and N-methyl pyrrolidone for the Purisol process. By performing the simulation for each process, the energy consumption was compared. The Purisol process had the lowest energy consumption, followed in order by the Selexol process, Rectisol process and Membrane process. Therefore, the Purisol process was the most suitable method for the carbon dioxide process in the DME manufacturing process.
A process simulation model of pervaporation process has been developed as a design tool to analyse and optimize the dehyhration of organic solvents through a commercial scale of pervaporative plate-and-frame modules that contain a stack of membrane sheets. In the simulation model, the mass balance, the heat balance and the concentration balance are integrated in a finite elements-in-succession method to simulate the overall process. In the integration method, a feed channel between membrane sheets in the modules was taken as differential unit element volume to simplify calculation procedure and shorten computing time. Some of permeation parameters used in the simulation model, were quantified directly from the dehydration experiment of ethanol through $AzeoSep^{TM}$-2002 membrane which is a commercial pervaporation membrane. The simulation model was verified by comparing the simulated values with experimental data. Using the model, continuous and batch pervaporation processes were simulated, respectively, to acquire basic data for analysing and optimizing in the dehydration of ethanol through the membrane. Based on the simulation results, a comparison between the continuous and the batch pervaporation processes would be discussed.
Hwang, Young Jin;Lim, Jae Lim;Choi, Young Jong;Wang, Chang Gun
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.23
no.4
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pp.459-469
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2009
It is well known that coagulation pretreatment can reduce foulants prior to membrane filtration. The purpose of this research was to investigate the effects of coagulation on fouling of ceramic microfiltration membrane($0.1 {\mu}m$) using pilot plant of $150m^3/day/train$ capacity. Train A membrane system has pretreatment process of ozonation and coagulation while train B has only coagulation. Two types of coagulation operation were investigated: back mixer(rapid mixing with or without slow mixing) which is a conventional mechanically stirred mixer and an inline static mixer. Ozone dose rate for train A was 1 mg/L and ozone contact time was 12 min. The coagulation dose(PACl 10% as $Al_2O_3$) rate was changed 20~40 mg/L according to experimental schedule. In this experimental conditions, the coagulation of back mixer type with rapid mixing(GT=72,000) and slow mixing(GT=45,000) was the best effective in reduction of ceramic membrane fouling regardless preozonation. Especially, the effect of inline static mixer was sensitive to change in water quality. Ozonation mainly affected irreversible fouling rather than reversible fouling in accordance with less adsorption of NOM on the membrane surface. Thus, the increase rate of the nomalized TMP(trans membrane pressure) at $25^{\circ}C$ for train A was relatively lower than that of train B under same coagulation process with same coagulant dosage. The best performance of ceramic membrane appeared in case of combined process with ozonation, therefore this integrated process is able to archive less coagulant dosing and secure a stability of ceramic membrane system.
Electrodialysis (ED) is essential in separating ions through an ion exchange membrane. The disposal of brine generated from seawater desalination is a primary environmental concern, and its recycling through membrane separation technology is highly efficient. Alkali is produced by several chemical industries such as leather, electroplating, dyeing, and smelting, etc. A high concentration of alkali in the waste needs treatment before releasing into the environment as it is highly corrosive and has a chemical oxygen demand (COD) value. The concentration of calcium and magnesium is almost double in brine and is the perfect candidate for carbon dioxide adsorption, a major environmental pollutant. Sodium hydroxide is essential for the metal carbonation process which, is easily produced by the bipolar membrane electrodialysis process. Various strategies are available for its recovery, like reverse osmosis (RO), nanofiltration (NF), ultrafiltration (UF), and ED. This review discusses the ED process by ion exchange membrane for alkali recovery are discussed.
The permeation characteristics and reclamation efficiency of waste lubricating oil were studied as a function of the types of ceramic composite membranes and the membrane separation process variables. The oil permeability of the TiO2 composite membrane(pore size 0.015 $\mu\textrm{m}$) was directly proportional to the crossflow velocity(0.22∼0.9 m/s) and temperature(150$^{\circ}C$∼200$^{\circ}C$). In the batch concentration process, as the concentration factor increased, both the permeability and the ash content of the permeate decreased. The average ash contents of the total permeate through the A6 alumina membrane(average pore size 0.8$\mu\textrm{m}$), Z1/A6 and Z1/A4(pore size 0.23$\mu\textrm{m}$)/A7(pore size 6$\mu\textrm{m}$) zirconia composite membrances(average pore size 0.07$\mu\textrm{m}$) were about 0.063 wt%, 0.045wt% and 0.08wt% in the region of 1∼2 concentration factor, respectively. The ash content of the mixed permeate through the A6 alumina and zirconia composite membrane was about 0.06 wt% and it can be also reduced to 0.06 wt% in the Z1/A6 membrane and below 0.003 wt% in the TiO2/Z1/A6 membrane. It was concluded that the treated oil obtained from the multi-step membrane separation process could be used as reclaimed lubricating oil as well as reclained fuel oil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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