The definition of cake is not established for cake filtration, and especially the definition was impossible for the filtration of the floc already sedimented. The definition is proposed with the experimental method named 'filtration-permeation'. The limit of water content which can be achieved with cake filtration of floc was established with the definition of cake. The expression operation of which the purpose is to reduce the water content of pre-formed filter cake is calculated with our 'unified theory on solid-liquid separation' and compared with the experimental results. The importance of expression is analyzed by the calculated whole procedure of cake filtration and expression. The method determining the most effective operational conditions of filter press including the cake discharge and washing time is proposed.
For the filtration of super compactible cake, the high filtration pressure can not improve filtration rate. As the high pressure, in this case, decreases the cake porosity adjacent to filter medium and thus forms 'dense skin' which decreases the rate of liquid flow in a great extent. Actually, there was no method to improve filtration rate for the filtration with super compactible cake. We propose the saturation of $CO_2$ gas into the suspension before the filtration operation for improving the filtration rate. The dissolved $CO_2$ gas transforms itself into gas phase in the dense skin through which the pressure changes dramatically. The gas secures its space inside the dense skin, and finally forms the flow passages which improve the filtration rate.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.1
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pp.74-81
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2007
Using the new experimental method named "filtration-permeation", the average specific resistances which plays an important role in designing cake filtration apparatus and the development of cake filtration theory were measured in this study. By this new experimental method, two kinds of average specific resistances are measured. The one from the filtration is named 'filtration average specific resistance $\alpha_{avf}$, and the other from the permeation of particle eliminated water through the pre-formed cake is named 'permeation average specific resistance $\alpha_{avf}$. The "filtration-permeation" method is applied to three different kind of suspensions(i.e. particulate suspension, pre-flocculated suspension and macro-molecule suspension) to obtain filtration and permeation average specific resistances. A theoretical procedure of cake filtration is studied based on the values of permeation average specific resistance. With the study it was concluded that the influence of the sedimentation during particlulate filtration operation could not be ignored as commonly used. And the solid content of suspension, S, which also regarded usually as constant, changes during filtration of particles. It is also verified that the exact value of solid content of cake for floe filtration could not be obtained. These significant problems are all solved by our new "filtration-permeation" experimental method.
The average specific cake resistance, the most important indicator for cake filtration and solid-liquid separation, is measured by filtration experiment. But the exact value is difficult to measure because of the other influences such as sedimentation during filtration. This study, a little more stable method named filtration-permeation is proposed for measuring average specific cake resistance. The filtration-permeation is composed of permeation of particle eliminated water through pre-formed cake by filtration. Using 1 wt% calcium carbonate suspension, the filtration-permeation experiments were performed for 8 kinds of filter media at the conditions of 0.5 atm and 0.2 atm, 1 and 3 sheets of filter media. At each specific condition, three to five times filtration-permeation were accomplished. As a result, stable permeation speed is measured. According to this experimental result, the characteristics of permeation and the effect of sedimentation are analyzed with Ruth's equation. The one way analysis of variance (one way ANOVA) is applied to the average specific cake resistances of filtration and permeation obtained with the selected three kinds of filter media. The average specific cake resistances between 0.5 atm and 0.2 atm by filtration do not distinguished, but those by permeation is perfectly distinguished. The experimental results during permeation have a very narrow distribution than that measured during filtration. The analysis of filtration experiments, it was verified that the resistance of filter medium by traditional method is of no significance. Finally, the migration of small particles through the medium composed of fiber glass at low pressure was studied.
Filtration on horizontal filter medium facing upward is accompanied by sedimentation. When sedimentation phenomenon is not considered, the average specific cake resistance by filtration could be in error more than two times. In the previous paper on this subject, it was insisted that the solid mass fraction of suspension changes in filtration period by sedimentation. But we could not find out the degree of change. At the first half of this paper, the average specific cake resistance measured by permeation will be proved to be exact in several means. The average specific cake resistance conventionally measured by filtration does not give correct results because it uses initial solid mass fraction of suspension. Then we calculated the changed solid mass fraction of suspension due to sedimentation during filtration by the experimental values obtained "filtration-permeation" method. We also determined the solid mass fraction at a certain moment of filtration from the suspension height and a new equation derived in this study. The two results were compared and proven that they almost matched.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.6
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pp.127-136
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2006
Prediction of diesel particulate filtration is typically made by virtue of modeling of particulate matter(PM) collection. The model is closed with filtration parameters reflecting all small scale phenomena associated with PM trapping, and these parameters are to be traced back by inversely analyzing large-scale empirical data-the pressure drop histories. Included are soot cake permeability, soot cake density, soot density in the porous filter wall, and percolation constant. In the present study, a series of single channel DPF experiment is conducted, pressure histories are inversely analyzed, and the essential filtration parameters are deducted by DPF filtration model formulated with non-linear description of soot cake regression. Sensitivity analyses of model parameters are also made. Results showed that filtration transients are significantly altered by the extent of percolation constant, and the soot density in the porous filter wall is controlling the filtration qualities in deep-bed filtration regime. In addition, effect of soot particle size on filtration quality is distinct in a period of soot cake regime.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.2
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pp.161-167
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2008
Using an experimental method named filtration-permeation, the influence of sedimentation during filtration was studied for the suspensions composed of particles and that of flocs. The average specific cake resistances measured by filtration do not give accurate values because of the sedimentations during filtration, but the permeation data give quite accurate values. The prolonged permeation rates for the cake formed from particulate suspension do not change, but that rate from the floc filtration changes by the sweeping of flocculant. It is proposed that the cake compressibility can be measured with one set of filtration-permeation experiment by step increase of pressure during permeation period. The another experimental method which can shorten experimental time for floc filtration using filtrationpermeation is also proposed.
This study was carried out to investigate the change of average specific resistance according to filtration pressure, suspension concentration and filters for study phenomena occurring in cake filtration. As the results of this study, the following conclusions were obtained. It was estimated that the average specific resistance of filtration Was decreased in proportion to decreased of filtration pressure. But in very pressure, average specific resistance was increased. The average specific resistance value on filter medium by various pressure was showed as same trends under constant suspension concentration. This phenomenon was though that a carrain amount of fine particles in the cake was found to migrate throught the cake in the case of very thin at very low pressure. In relation to the change of suspension concentration, average specific resistance value become low according to decreased in supension concentration.
Fouling behavior of polyethylene capillary membranes was examined by measuring the flux of bentonite colloidal suspensions through the cross flow micro filtration. The membrane fouling was due to the three mechanisms: the cake formation on the membrane surface, the standard pore blocking and the complete pore blocking by particles. These mechanisms were simultaneously responsible for the membrane fouling, being significantly governed by the cake filtration. In the total fouling at $1.0kg/cm^2$ TMP condition, the complete blocking was 3.36%, the standard blocking 3.18% and the cake filtration 96.05%. For 1000 ppm feed solution, the complete blocking was 1.71% compared with the standard blocking of 1.90% and the cake filtration of 96.39%. And 96.14% of the total fouling was generated at the initial period of filtration. The cake filtration effect was larger on $0.34{\mu}m$ pore membrane than on $0.24{\mu}m$ pore membrane. With the increase in cross flow velocity, the component fouling decreased by 10.20%, and the ratio of pore blocking to total fouling increased.
To know the role of 'the solid compressive pressure to the first solid layer of a cake, $p_d$' in the 'unified theory on solid-liquid separation', we analyzed extremely compressible cake formed with floc for the following three operations with our new concepts. First, the role of $p_d$ was studied in calculating the sediment thickness of floc, and in calculating the cake thickness in cake filtration performed with floc sediment. Second, we calculated the expression procedure using $p_d$. Finally, the influence of $p_d$ on cake thickness in hindered sedimentation, and on the calculation of the procedure of hindered sedimentation $p_d$ was verified. Thus the possibility of application of 'unified theory on solid-liquid separation' and the importance of $p_d$ was verified. Through these processes, new theoretical definitions of the cake filtration, expression and hindered sedimentation was established.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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