This study was performed to discover the optimum operation conditions for the advanced water treatment using the ceramic membrane, introduced the first in the nation at the Y water treatment plant (WTP). The result of investigation to find the optimum operation conditions which can continue preserving the filtration performance as well as satisfying both the economics and the water quality is as follows. In the ordinary water quality condition of the Y WTP, the optimum filtration time(the backwash period), which can minimize the production of backwash waste and preserve the membrane performance was examined to be 4.0 hours on basis of institution capacity ($16,000m^3/day$). Examining the recovery rate of TMP from the chemical cleaning (CIP) discovered that the inorganic contaminants, which cause membrane fouling, such as iron, manganese, aluminum, were removed through the acidic cleaning using citric acid, whereas the membrane recovery rate was found to be low. But, on the other hand, the TMP was recovered to the initial value from the alkali cleaning using the NaOCl. Therefore, the main contaminant causing the fouling was determined to be hydrophilic organic compound( biopolymer). The membrane recovery rate is highly influenced by the temperature of the cleaning chemical. That is, the rate increased with increasing temperature.
The constant-pressure and constant-flux membrane filtration experiments of alumina colloidal solution are performed to investigate defouling effect of the natural convection instability flow (NCIF) induced in membrane module. The permeate flux at constant-pressure and the transmembrane pressure (TMP) at constant-flux experiments are measured by changes the inclined angle (0, 90 and 180°) of membrane module to the gravity, and flux results are analyzed by using the blocking filtration model. NCIF are more induced as the inclined angles increased from 0° to 180°, and the maximum induced NCIF at 180° angle enhances flux to 2.8 times and reduces TMP to 85% after two-hour operation. As a result of analyzing flux data by applying the blocking filtration model, it is more reasonable to analyze them by using the intermediate blocking model within 15-minute operation time and then thereafter times by using the cake filtration model. The induced NCIF at 180° angle reduces the intermediate blocking fouling at 52% in the early operation time of 15-minute and thereafter the cake layer fouling at 93%. The main membrane fouling control mechanism of NCIF induced in membrane module is evaluated as suppressing the formation of the cake layer of particulate colloidal materials on membrane surface.
The application of the membrane filtration process has been increased for the drinking water treatment system because of excellent quality of treated water compared with the sand filtration process. The selection of suitable pre-treatment processes and optimum flux according to the characteristics of raw water are important factors for the design of membrane processes. In this study, the most efficient pre-treatment processes for drinking water was selected by investigating the effects of pre-treatment processes on the operational stability of the membrane filtration process. Both lab-scale and pilot-scale experiments were conducted. In the lab-scale test, the effect of pre-treatment processes on the stability of the membrane filtration process was investigated indirectly by comparing the performance of membrane flux for raw water, pre-treated water, and membrane permeated water. In the pilot-scale test, the usefulness of prefiltration processes was assessed by comparing the performance of single membrane process and hybrid coagulation-membrane process. The results indicated that the coagulation process contributed to the stabilization of trans-membrane pressure (TMP) by removing contaminants on membranes, though the pre-filtration process had little effect on the TMP.
Transactions of the KSME C: Technology and Education
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v.1
no.1
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pp.59-68
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2013
In the present study, sea water reverse osmosis desalination system was composed with an ultra-filtration membrane as a pre-treatment. Sea water was induced into the pre-treatment composed with an auto-screen filter and an ultra-filtration membrane. It was proved that the permeate of the pre-treatment was adequate for reverse osmosis desalination system by measuring the $SDI_{15}$ and the turbidity. Feed salinities was changed by mixing the brine and the permeate. Inlet salinities effected the performances of sea water reverse osmosis desalination system in a large amount such as the salt rejection, the recovery ratio, the pressure, the product salinity. Energy consumptions per the ton of the product were almost linearly increased with the inlet salinities.
Membrane system has been increasingly considered as a safe and cost-effective water treatment process especially in case of small scale water works. This research is a basis of membrane application in water works through a long period test with obtaining operation skills and evaluation of water quality and cost competitiveness. For the research, the UF membrane system was installed in small water treatment plant that uses river-bed water as raw water. The system was consisted of 2 stage membrane and operated in constant flow mode (Flux: 1.5, 1.0, 0.9, 0.6). In each different flux condition, TMP trends were showed better results at lower flux condition. And through the high flux condition test, it is certified that membrane system could deal with breakdown of one stage. Water quality of permeate was satisfied the water quality standards especially turbidity. To know what mainly causes fouling on membrane, the test by membrane with several cleaning agents and EDX analysis have done in lab. Through the tests, ferrous concentration in raw water, backwashing water and membrane surface etc. was high and it causes fouling inside and outside of membrane. So acid cleaning using organic acid such as oxalic acid is necessary in Chemical in Place (CIP). At the economical aspect the electrical cost of membrane system is higher than that of slow sand filtration but labor cost can be reduced by automation. However, the use of labor should be determined considering effectiveness and stability of operation. Because during the operation, there are several breakdown such as electrical shock by lightning, water drop in summer, etc.
In order to plan out the Daegu G membrane filtration water treatment plant, water quantity, water quality and process stability were evaluated using the field pilot-scale tests, during the six months of continuous operation, including low water temperature period. The field model experiments, which were carried out according to the Installation Criteria of Ministry of Environment, consisted of two series : series 1 - water quality verification, and series 2 - membrane process evaluation. The process water quality met all drinking water standards with less than 0.03 NTU. Moreover, process operation showed a stable membrane pressure with 99% of recovery ratio. This shows that the tests were properly designed in terms of the influence of water loading and temperature. In conclusion, the purpose of this study is to establish core technology for advanced drinking water treatment, through on-going accumulation of engineering and construction know-how.
On the subject of river bed water in Seomjin river, it had accomplished the verifying experiment of membrane filtration pilot plant for evaluating the applicability of its process throughout the prediction of membrane fouling as a function of the pore size of membrane and the determination of optimum coagulant dosage. On the result of the experiment for the evaluation of the membrane fouling as a function of the pore size, a increasing rate of irreversible resistance of membrane pore size $0.1{\mu}m$ and $0.01{\mu}m$ was measured each $0.44{\times}10^{12}/m^2$ and $0.42{\times}10^{12}/m^2$, respectively. And on the result of Flux-test, it showed that the optimum coagulant dosage was measured lower than the it of the Jar-test. The result to be operated in a condition of a permeate flux $1.0{\sim}1.5m^3/m^2{\cdot}day$ without coagulation and a permeate flux $1.0{\sim}2.0m^3/m^2{\cdot}day$ with coagulation was maintained at stable trans-membrane pressure (TMP) value for 6 months up to. Therefore it showed that the stable operation without the coagulation was possible on permeate flux $1.0{\sim}1.5m^3/m^2{\cdot}day$ in the operation of membrane filtration process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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