In this study, the performance experiment was conducted to compare the permeate flux of hollow fiber Vacuum Membrane Distillation module according to leak problem between module housing and membrane bundle. For the permeate flux performance experiment of the two Vacuum Membrane Distillation modules, the Lab-scale experimental equipment was built in the capacity of $1m^3/day$. The performance test of the two Vacuum Membrane Distillation modules were analyzed according to the feed water conditions. As a result, it was analyzed that the leak VMD module decreased about 14% of permeate flux than normal VMD module.
We measured the permeation characteristics of water with the hydrophobic PTFE membranes dependent on water temperature to confirm the separation of oxygen isotopes using Air Gap Membrane Distillation (AGMD) and Vacuum Enhanced Membrane Distillation (VEMD). Isotopic concentrations of $H_2^{16}O$ and $H_2^{18}O$ of the permeated water vapor were measured by Diode Laser Absorption Spectroscopy. Concentrations of the heavy oxygen isotopes in the permeated water vapor were decreased. Isotope separation coefficients for the hydrophobic PTFE membranes were 1.004∼1.01 depending on the experimental conditions. We observed the effects of air in membrane pores on the oxygen isotope separation. Isotope separation coefficients for the hydrophobic PTFE membranes without air in pores are higher than those for the membrane with air in pores.
Kim, Yusik;Choi, Jihyeok;Choi, Yongjun;Lee, Sangho
Membrane and Water Treatment
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v.13
no.1
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pp.51-62
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2022
Vacuum-assisted air gap membrane distillation (V-AGMD) has the potential to achieve higher flux and productivity than conventional air gap membrane distillation (AGMD). Nevertheless, there is not much information on technical aspects of V-AGMD operation. Accordingly, this study aims to analyze the effect of membrane deformation on flux in V-AGMD operation. Experiments were carried out using a bench-scale V-AGMD system. Statistical models were applied to understand the flux behaviors. Statistical models based on MLR, GNN, and MLFNN techniques were developed to describe the experimental data. Results showed that the flux increased by up to 4 times with the application of vacuum in V-AGMD compared with conventional AGMD. The flux in both AGMD and V-AGMD is affected by the difference between the air gap pressure and the saturation pressure of water vapor, but their dependences were different. In V-AGMD, the membranes were found to be deformed due to the vacuum pressure because they were not fully supported by the spacer. As a result, the deformation reduced the effective air gap width. Nevertheless, the rejection and LEP were not changed even if the deformation occurred. The flux behaviors in V-AGMD were successfully interpreted by the GNN and MLFNN models. According to the model calculations, the relative impact of the membrane deformation ranges from 10.3% to 16.1%.
In this study, thermal performance test of VMD module was performed, prior to the construction of the demonstration plant using the vacuum membrane distillation (VMD) module of the capacity of $400m^3/day$ and to the commercialization of the VMD module. For the thermal performance test, the experimental equipment of capacity of $2m^3/day$ was constructed. The permeate flux test and thermal performance test according to feed water conditions such as temperature and flow rate were conducted. The VMD module used in the study was manufactured by ECONITY Co., LTD with PVDF hollow fiber membrane. As a result, the Performance Ratio (PR) of the VMD module showed the maximum value of 0.904 under the condition of feed water temperature of $75^{\circ}C$ and flow rate of $8m^3/h$. PR value of the VMD module using PVDF hollow fiber membrane showed linearly increasing relationship with feed water temperature and flow rate. Also, The permeate flux of the VMD module was analyzed to have maximum value of 18.25 LMH and the salt rejection was 99.99%.
Fabricating hydrophobic porous membrane is important for exploring the applications of membrane distillation (MD). In the present paper, poly(vinylidene fluoride) (PVDF) hollow fiber membrane was modified by coating polydimethylsiloxane (PDMS) on its surface. The effects of PDMS concentration, cross-linking temperature and cross-linking time on the performance of the composite membranes in a vacuum membrane distillation (VMD) process were investigated. It was found that the hydrophobicity and the VMD performance of the PVDF hollow fiber membrane were obviously improved by coating PDMS. The optimal PDMS concentration, cross-linking temperature and cross-linking time were 0.5 wt%, $80^{\circ}C$, and 9 hr, respectively.
Scale formation is inevitable problem when seawater is treated by vacuum membrane distillation. The reason is the high concentration of calcium ion($Ca^{2+}$), sulfate ion(${SO_4}^{2-}$) and bicarbonate ion(${HCO_3}^-$). These ions form calcium sulfate($CaSO_4$) and calcium carbonate($CaCO_3$) on the membrane. The scale formed on membrane has to be removed, because the flux can be severely reduced and membrane wetting can be incurred. This study was carried out to investigate scale formation and effectiveness of acid cleaning in vacuum membrane distillation for SWRO brine treatment. It was found that permeate flux gradually declined until volume concentration factor(VCF) reached around 1.55 and membrane wetting started over VCF over 1.6 in the formation of precipitates containing $CaSO_4$ during VMD operation. In contrast, when calcium carbonate formed on membrane, permeate flux was gradually reduced until VCF 3.0. The precipitates containing both $CaSO_4$ and $CaCO_3$ were formed on the membrane surface and in the membrane pore.
This study was accomplished to get the foundation design data of VMD(Vacuum Membrane Distillation) system for Solar Thermal VMD plant. VMD experiment was designed to evaluate thermal performance of VMD using PVDF(polyvinylidene fluoride) hollow fiber hydrophobic membranes. The total membrane surface area in a VMD module is $5.3m^2$. Experimental equipments to evaluate VMD system consists of various parts such as VMD module, heat exchanger, heater, storage tank, pump, flow meter, micro filter. The experimental conditions to evaluate VMD module were salt concentration, temperature, flow rate of feed sea water. Salt concentration of feed water were used by aqueous NaCl solutions of 25g/l, 35g/l and 45g/l concentration. As a result, increase in permeate flux of VMD module is due to the increasing feed water temperature and feed water flow rate. Also, decrease in permeate flux of VMD module is due to increasing salinity of feed water. VMD module required about 590 kWh/day of heating energy to produce $1m^3/day$ of fresh water.
In this work, desalination experiments were performed on vacuum membrane distillation (VMD). Process parameters such as feed flow rate, vacuum degree on permeate side, feed bulk temperature and feed salt concentration were optimized using sensitivity analysis and Taguchi method. The optimum values of process parameters were found to be 2 lpm of feed flow rate, $60^{\circ}C$ of feed bulk temperature, 5.5 kPa of permeate-side pressure and 5000 ppm of salt concentration. The permeate flux at these conditions was obtained as $26.6kg/m^2{\cdot}hr$. The rejection of salt in permeate was found to be 99.7%. The percent contribution of various process parameters using ANOVA results indicated that the most important parameter is feed bulk temperature with its contribution of 95%. The ANOVA results indicate that the percent contribution of permeate pressure gets increased to 5.384% in the range of 2 to 7 kPa as compared to 0.045% in the range of 5.5 to 7 kPa.
Racz, Gabor;Kerker, Steffen;Schmitz, Oliver;Schnabel, Benjamin;Kovacs, Zoltan;Vatai, Gyula;Ebrahimi, Mehrdad;Czermak, Peter
Membrane and Water Treatment
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v.6
no.3
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pp.237-249
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2015
In this study we investigate a laboratory scale vacuum membrane distillation system to produce pure water from model oil in water emulsion. Experimental determination of liquid entry pressure (LEP) of a commercial Durapore$^{TM}$ GVPH flat sheet membrane using model emulsions in various oil concentrations has been carried out. Two different methods of liquid entry pressure determination - a frequently used, so-called static and a novel dynamic method - have been investigated. In case of static method, LEP value was found to be 2.3 bar. No significant effect of oil content on LEP was detected up to 3200 ppm. In contrast, LEP values determined with dynamic method showed strong dependence on the oil concentration of the feed and decreased from 2.0 bar to a spontaneous wetting at 0.2 bar in the range 0-250 ppm, respectively. Vacuum membrane distillation tests were also performed. The separation performance is evaluated in terms of flux behavior, total organic carbon removal and droplet size distribution of the feed and final retentate. No significant effect of oil content on the flux was found ($5.05{\pm}0.31kgm^{-2}h^{-1}$) up to 250 ppm, where a spontaneous wetting occurred. High separation performance was achieved along with the increasing oil concentration between 93.4-97.0%.
Guo, Hao;Peng, Changsheng;Ma, Weifang;Yuan, Hetao;Yang, Ke
Membrane and Water Treatment
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v.8
no.3
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pp.293-310
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2017
An ultrasonic assisting vacuum membrane distillation (VMD) system was designed to promote the heat and mass transfer in membrane distillation (MD) process. Both the effects of operating conditions and ultrasonic parameters to permeation flux in this process were investigated; the heat and mass transfer mechanism was also being discussed in this paper. The results showed that the performance of VMD process was improved significantly by ultrasonic assisting. The permeation flux was boosted at a certain feed solution temperature, pressure at permeate side and feed solution velocity whether or not to PP and PTFE. The results also indicated that ultrasonic power and frequency also was the key factor affecting the mass and transfer efficiencies. The feed side transfer coefficient ($K_f$), corresponding to ultrasonic power ($K_f=4.406-0.026{\times}P+7.824{\times}10^{-5}{\times}P^2$) and ultrasonic frequency ($K_f=0.941+0.598{\times}f-0.012{\times}f^2+6.283{\times}10^{-5}f^3$), was obtained and employed in the modeling of ultrasonic assisting VMD process. The modeling results showed that the calculated value of $K_f$ aligned with experimental results well. Both variations of temperature polarization coefficient (TPC) and concentration polarization coefficient (CPC) were studied based on the obtained data. The results showed that both TPC and CPC were improved obviously by the ultrasonic parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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