Although the specific resistance to filtration is the most frequently employed means for characterizing dewaterability of a sludge, it presently is not possible to design nor to prediet performance of dewatering facilities using traditional linearized parabolic filtration equation, that is, the specific resistance model because of theoretical and practical inadequacies of the concept. Limitations of the specific resistance model reflect the need to examine fundamental sludge properties and filtration behaviors affecting dewaterability. From this study, two major limitations of the specific resistance model were noted. First, specific resistance values are very dependent on the sludge concentration because of the variations of particle size distribution and cake clogging to occur when surface area mean diameter is less than $25{\mu}m$ for activated sludge, $18{\mu}m$ for water treatment plant sludge. Second, nonparabolic filtration behavior can result from cake clogging, caused by the migration of fine particles into the cake pores, accelated by skin effect with highly compressible sludges.
Okoro, Emmanuel E.;Oladejo, Bukola R.;Sanni, Samuel E.;Obomanu, Tamunotonjo;Ibe, Amarachukwu A.;Orodu, Oyinkepreye D.;Olawole, Olukunle C.
Advances in nano research
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v.9
no.1
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pp.59-67
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2020
Filter cake formation during rotary drilling operation is an unavoidable scenario, hence there is need for constant improvement in the approaches used in monitoring the cake thickness growth in order to prevent drill-string sticking. This study proposes an improved model that predicts the growth of mud cake thickness overtime with the consideration of the addition of nanoparticles in the formulated drilling fluid system. Ferric oxide, titanium dioxide and copper oxide nanoparticles were used in varying amounts (2 g, 4 g and 6 g), and filtration data were obtained from the HPHT filtration test. The filter cakes formed were further analyzed with scanning electron microscope to obtain the morphological characteristics. The data obtained was used to validate the new filtrate loss model. This model specifically presents the concept of time variation in filter cake formation as against the previous works of constant and definite time. Regression coefficient which is a statistical measure was used to validate the new model and the predicted results were compared with the API model. The new model showed R2 values of 99.9%, and the predictions from the proposed filtration model can be said to be more closely related to the experimental data than that predicted from the API model from the SSE and RMSE results.
Effect of backflushing on the membrane fouling for polyethylene capillary membranes was examined by measuring the flux of $Al_2O_3$ colloidal suspensions through the cross flow microfiltration. In the comparison of with and without the application of backflushing, the hydraulic resistance to permeate flow of the suspension was less with backfluslng, but the Increasing rate in permeate resistance was higher. Regardless of backflushing, the cake filtration was dominant at the initial period of filtration with backflushing, being followed by the pore blocking. And at steady state, the fouling mechanism is almost governed by the cake filtration model. On the contrary, the pore blocking preceded the cake filtration in the initial stage of the original membrane before backflushing. And irrespective of backflushing, the ratio of cake filtration to total fouling increased, compared with that fur before backflushing. For the membrane with $0.24{\mu}m$ pore size, the permeate resistance was higher than that of $0.34{\mu}m$ pore size membrane. but the ratio of cake filtration was smaller than that of large pore membrane. In comparing the ratio of each fouling component to the total fouling for the case with backflushing pore blocking was 7.8% and cake filtration was 92.2%. for the case without backflushing, total fouling was composed of 9.6% pore blocking and 90.4% cake filtration.
This study was carried out to investigate the change of average .specific resistance according to suspension concentration for study phenomena occurring during filtration period. As the results of this study, the following conclusions were obtained. The average specific resistance in 1% $CaCO_3$ suspension was showed power function(R=0.99), whereas in TOYO 5C and TOYO 5A paper were made little difference under high pressure. It represented from results that filtration theory in concord with cake filtration was no affected the average specific resistance of filter medium in cake filtration. In case of 0.1% $CaCO_3$ suspension filtration, the TOYO 5C was showed power function, whereas in TOYO 5A paper differently. In the present study, the $P_1$ value was calculated from the average specific resistance by filtration method. Therefore, $P_1$ value were $1.68\times 10^4Pa$, $4.05\times 10^3Pa$, and $3.15\times 10^3Pa$ in $5.3\times 10^4Pa$, $1.3\times 10^4Pa$, and $8.2\times 10^3Pa$, respectively. We concluded that propriety of new filtration theory was also proved.
The resistance in series model has been frequently used for determination of various filtration resistance to correctly understand the membrane fouling behaviour in MBR (membrane bio-reactor) for wastewater treatment. The cake layer resistance ($R_c$) which is commonly determined by calculation of flux dataset that are obtained empirically before and after removing the cake layer on membrane surface. However, the calculated Rc values are very dependent on the cleaning methods adapted for removal of cake layer. This study investigated how the various cleaning options affect $R_c$. Seven different cleaning methods were employed: i) ultrasonication (100 W, 10 min), ii) ultrasonication (200 W, 60 min), iii) ultrasonication (400 W, 120 min), iv) water rinsing in a shaker (100 rpm, 10 min), v) water rinsing in a shaker (300 rpm, 60 min), vi) water rinsing, vii) sponge scrubbing. For the hydrophilic PES membrane, the cake layer removal efficiencies ranged from 64% to 10%, indicating that the removal of cake layer was highly dependent on the cleaning options. For the hydrophobic PVDF membrane, the cake layer removal efficiencies ranged from 79% to 97%. Consequently, a standardized method for cake layer removal to determine cake resistance ($R_c$) is needed for correct interpretation of the fouling phenomena.
Cake resistance is influenced by floc size deposited on membrane surface. Enlarging floc size can reduce cake resistance. The small particles are enlarged by coagulation and flocculation process in conventional mixing tank at membrane filtration system. Fully-grown flocs for reducing the cake resistance, however, are ruptured while passing through a pump. In light of this fact, this study aims to experimentally look at the reaggregation phenomenon of mixing system. In addition, reaggregation phenomenon of mixing system is compared with first-aggregation of in-line injection system in which coagulant is injected just before a pump. These results suggest that first-aggregation of in-line injection system is better than reaggregation of mixing system for G-value above $3100sec^{-1}$. Since G-value in pipe of actual membrane filtration system are usually larger than $3100sec^{-1}$. The performance of in-line injection system is expected to be better than the conventional mixing tank system.
Fully-grown flocs in a mixing tank of membrane filtration with dead-end membrane are ruptured while passing through a pump and the ruptured flocs are aggregated again in a Membrane-Feed-Pipe (MFP). To look at more details, this study tries to relate the reaggregation to a parameter of mixing intensity in MFP, i.e., G-value. The G-value is a function of Reynolds number, pipe diameter, friction factor and average velocity in MFP. To deal with polydispersity condition, we develop a representative particle size called in this study EDPD (Effective Diameter for Polydispersity condition in Dead-end filtration). The experimental results show that as the G-value increases, the EDPD decreases and also the cake resistance increases. Through comparison between EDPD and cake resistance, these results show that cake resistances are controlled by reaggregation phenomenon in MFP. The effect of detention time in MFP, however, does not affect the reaggregation of the broken flocs as G-values are increased.
Predictions of diesel particulate filtration are typically made by modeling of a particle collection, and providing particle trapping levels in terms of a pressure drop. In the present study, a series of single channel diesel particulate filter (DPF) experiments are conducted, the pressure traces are inversely analyzed and essential filtration parameters are deducted for model closure. A DPF filtration model is formulated with a non-linear description of soot cake regression. Dependence of soot cake porosity, packing density, permeability, and soot density in filter walls on convective-diffusive particle transportation is examined. Sensitivity analysis was conducted on model parameters, relevant to the mode of transition. Soot cake porosity and soot packing density show low degrees of dispersion with respect to the Peclet number and have asymptotes at 0.97 and $70\;kg/m^3$, respectively, at high Peclet number. Soot density in the filter wall, which is inversely proportional to filter wall Peclet number, controls the filtration mode transition but exerts no influence on termination pressure drop. The percolation constant greatly alters the extent of pressure drop, but is insensitive to volumetric flow rate or temperature of exhaust gas at fixed operation mode.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.20
no.3
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pp.371-380
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2004
In the dust separation by using porous filter media, the structure of dust layer deposited on the filter surface of filter medium directly affects the effective filtration. The present study has investigated the specific resistance (K$_2$') of the dust layer and its porosity ($\varepsilon$$_{c}$) for three different filters; FA composite filter, metal fiber filter and stainless filter. The specific resistance (K$_2$') increased and at the same time the cake porosity ($\varepsilon$$_{c}$) decreased with the increase of filtration velocity, possibly due to the compressible effect of dust layer. However, under the low dust concentration, subsequent dust particles would block the open channels through the layer resulting in high specific resistance of the layer. The FA composite filter among three filters was shown to be the most effective filter for dust cake filtration at low filtration velocities less than 0.1 m/s for an approximate dust concentration of 5 g/㎥.
Nguyen, The Bao;Lee, Chul-Ho;Yang, Jung-Hun;Choi, Hang-Seok
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.10a
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pp.498-507
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2008
The mixture of bentonite powder and water is generally used to maintain the stability of excavation surface during the construction of vertical cutoff walls. The filter cake on the sidewall surface is the result of filtration of slurry into the adjacent soil formation. The filter cake is believed to have a very low hydraulic conductivity compared to that of the cutoff wall. This paper evaluates hydraulic conductivities of bentonite filter cakes set up with three types of bentonites under various pressure levels. A modified fluid loss test was employed in this experiment. Theory of filtration process was reviewed to explain the procedure in the present experiment. Hydraulic conductivity of the filter cakes with consideration of the filter medium resistance was evaluated. The results of the experiment with two calculation methods and discussion are presented to show the efficiency of the modified fluid loss test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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