Zoungrana, Ali;Zengin, Ismail H.;Elcik, Harun;Yesilirmak, Dilara;Karadag, Dogan;Cakmakci, Mehmet
Membrane and Water Treatment
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제7권3호
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pp.241-255
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2016
In this study, the treatability of arsenic (As) contaminated water by direct contact membrane distillation (DCMD) at different delta temperatures (${\Delta}T$) 30, 40 and $50^{\circ}C$ has been investigated. Two different pore sizes ($0.22{\mu}m$ and $0.45{\mu}m$) of hydrophobic membranes made of polyvinylidene fluoride (PVDF) were used. The membrane pore sizes, the operating temperatures, the feed solution As concentration and conductivity have been varied during the experimental tests to follow the removal efficiency and flux behavior. Both membranes tested had high removal efficiency of arsenite (As (III)) and arsenate (As (V)) and all permeates presented As concentration far lower than recommended $10{\mu}g/L$ of world health organization (WHO). As concentration was below detection limit in many permeates. Conductivity reduction efficiency was over 99% and the transmembrane flux (TMF) reached $19L/m^2.h$ at delta temperature (${\Delta}T$) of $50^{\circ}C$ with PVDF $0.45{\mu}m$ membrane. The experimental results also indicated that $0.45{\mu}m$ pore sizes PVDF membranes presented higher flux than $0.22{\mu}m$ pore sizes membranes. Regardless of all operating conditions, highest fluxes were observed at highest ${\Delta}T$ ($50^{\circ}C$).
This study was performed to investigate the effect of foulant characteristics on Membrane fouling index such as Silt Density Index (SDI) and Modified Fouling Index (MFI). A linear relationship was found relating the fouling index (both SDI and MFI) on particle concentration, but fouling index values were nonlinearly (exponentially) with increasing organic concentration. When organic matter was the primary cause of fouling, the MFI was not accurately predicted due to internal fouling such as pore adsorption. The fouling index was determined mainly by particle characteristics when both particle and organic coexisted in the feed water. This observation was attributed to lessening of organic pore adsorption by particle cake layer formed on the membrane surface. Bench-scale actual fouling experiments demonstrated that permeate flux declines much faster with feed water containing particles than organic matters although fouling potential predicted by SDI values were identical, indicating that the accurate prediction of fouling potential requires the development of fouling index reflecting different foulant characteristics.
A two-dimensional (2D) steady state numerical model of concentration polarisation (CP) phenomena in a membrane channel has been developed using the commercially available computational fluid dynamics (CFD) package CFX (Ansys, Inc., USA). The model incorporates the transmembrane pressure (TMP), axially variable permeate flux, variable diffusivity and viscosity, and osmotic pressure effects. The model has been verified against several benchmark analytical and empirical solutions from the membrane literature. Additionally, the model is able to predict the rejection of an arbitrary solute by the membrane using a pore model, given some basic knowledge of the geometry of the solute molecule or particle, and the membrane pore geometry. This allows for predictive design of membrane systems without experimental determination of the membrane rejection for the specified operating conditions. A demonstration of the model is presented against experimental results for two uncharged test compounds (sucrose and PEG1000) from the literature. The model will be extended to incorporate charge effects, transient simulations, three-dimensional (3D) geometry and turbulent effects in future work.
Chronic outbreaks of green tide in the Nakdong estuary toll a heavy socioeconomic cost. The paper investigates the influence of sediments on the nitrogen eutrophication, being claimed as the primary cause of green tide. To measure the flux of nitrate at the sediments-water interface, sediment cores were taken in Jan., Mar., May and Sep., 2000 at Noksan located in the West-Nakdong river estuary. The dissolved oxygen was profiled and then the pore water was extracted in situ. Core samples were analyzed for their textural characteristics. Cores were incubated by a novel technique to measure the fluxes of nitrate $(NO_3^-)$ and ammonia $(NH_4^+)$ at the sediment-water interface. The dissolved oxygen was depleted usually within several millimeters in the top sediments. Nitrate started to decrease drastically at the layer where dissolved oxygen was nearly depleted. Nitrate was also exhausted within several centimeters, followed by ammonia build up rapidly. The flux at the sediments-water interface calculated from the pore water concentrations revealed that nitrate was removed from the water column into the sediments. The sediment incubation experiment confirmed the above result. On the other hand ammonia were released from the sediment to the water column. As the incubation went on, however, the nitrate concentration in the overlying water was dropped below that of a top sediment. Then the flux is reversed, i.e., nitrate was released from the sediments to the water column. The implication is that the sediment can supply nitrate to the water column if it falls below a certain level. Thus it is likely that sediments in the eutrophicated river buffers the nitrate concentration in the water column, which leads to a prolonged green tide.
A bench-scale submerged-type membrane filtration system (SMFS) was constructed to study a feasibility of membrane filtration for solid-liquid separation in water and wastewater treatment processes. In the case of applying the SMFS to a biological wastewater treatment process, so-called membrane bioreactor, aeration underneath membrane modules is usually employed in order to provide oxygen demand for microbial growth as well as to control membrane fouling. A study was investigated the effects of operation parameters by aeration intensity, feed concentration, foulant type and airlift pore size on critical flux. Critical flux tends to increase with aeration rate. Optimal aeration flow rate was found to be 10 L/min/module. Feed concentration and foulant type has a significant effect on membrane fouling and filtration performance. But downward position and pore size of airlift has no a significant effects on membrane fouling and filtration performance.
In order to estimate microbial contaminant discharge from diffuse sources, rainfall runoff was monitored at forestry, agriculture and urban watersheds. Total coliform and E. coli were monitored at the study watersheds as they are regulated by the environmental laws. Concentration and EMC (Event Mean Concentration) of coliform of rainfall runoff at the urban watershed were the highest followed by those from agricultural and forestry watersheds. By monitoring coliform concentrations of overlying water and sediment at five monitoring points in the downstream of the Geum River, average concentration from spring to summer was higher than those values from fall to spring. Coliform concentrations in the pore water were higher compared to those of overlying water and closely related with flow rate of the river.
GUERRA, GINGGING;JINNO, KENJI;HIROSHIRO, YOSHINARI;NAKAMURA, KOJI
한국수자원학회:학술대회논문집
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한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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pp.90-101
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2004
The present trend of disposing treated sewage water by allowing it to infiltrate the soil brings a new dimension to environmental problems. It is therefore necessary to identify the chemicals likely to be present in treated sewage water. A soil column experiment was conducted to determine the behavior of chemical species in soil columns applied with secondary treated sewage water. To predict the behavior of chemical species, a multicomponent solute transport model that includes the biochemical redox process and cation exchange process was developed. The model computes changes in concentration over time caused by the processes of advection, dispersion, biochemical reactions and cation exchange reactions. The solute transport model was able to predict the behavior of the different chemical species. The model reproduced the sequential reduction reaction. To design the safe depth of plow layer where $NO_3^-$ is totally reduced, a numerical study of $NO_3^-$ leach was done and it was found out that the pore velocity and concentration of $CH_2O$ at the inject water was found to affect $NO_3^-$ reduction in the mobile pore water phase. It is revealed that the multicomponent solute transport model is useful to design the land treatment system for $NO_3^-$ removal from wastewater.
Cement of three alkalinities (equivalent alkalinities of 0.36,0.52 and 0.97) was employed in fabricating a set of classical G109 type specimens. To-date, these have been subjected to a one week wet-one week dry cyclic pending using 15 w/o NaCl solution. At the end of the dry period, potential and macro-cell current were measured to indicate whether the top reinforcing steel was in the passive or active state. Once this bar became active, the specimen was autopsied and the extent of corrosion was documented. Subsequent to visual inspection, concrete powder samples were collected from the upper region of the top rebar trace; and at a certain times concrete cores were taken from non-reinforced specimens. Using these, determinations were made of (1) critical chloride concentration for corrosion initiation ($Cl_{th}^-$), (2) effective chloride diffusion coefficient ($D_e$), and (3) pore water alkalinity ($[OH^-]$). The pore water alkalinity was strongly related to the alkali content of cement that was used in the mix. The chloride concentration, ($Cl^-$), was greater at active than at passive sites, presumably as a consequence of electro migration and accumulation of these species at active site subsequent to corrosion initiation. Accordingly, ($Cl^-$) at passive sites was considered indicative of the threshold concentration fur corrosion initiation. The $Cl_{th}^-$ was increased with increasing Time-to-corrosion ($T_i$). Consequently, the HA(High Alkalinity) specimens exhibited the highest $Cl_{th}^-$ and the NA(Normal Alkalinity) was the least. This range exceeds what has previously been reported in North America. In addition, the effective diffusion coefficient, $D_e$, was about 40 percent lower for concrete prepared with the HA cement compared to the NA and LA(Low Alkalinity) ones.
This study was performed employing the two stage aerated submerged biofilter of media pore size 1.5cm and 2cm, and infiuent substrate concentrations were 30.25mg COD/l, 50.1mg COD/l respectively. The purpose was to determine the treatment efficiency at the low concentration infiuent, reaction order and substrate flux with application of variable-order model that was presented by Rittmann and McCarty. . The results are as follows. 1. Treatment efficiency of 1st reactor was about BOD 82% and COD 76%, when effluent concentration was BOD 3.9 ~ 6.8, COD 7.1 ~ 12.5 mg/l, and this effluent concentration didn't satisfy the water quality grade I, II of river and lake. But as treated effluent of 1st reactor with 2nd reactor, we could achieve appropriate water quality, since instillation of 2nd reactor was needed. 2. Difference of media pore size between 1.5cm and 2cm didn't effect significantly to treatment efficiency and since this of 2nd reactor was about BOD 60%, COD 50%, an consideration of economic point of view should be carried out in field application. 3. Reaction order and substrate flux was varied 0.9851~0.9956 and 0.0028~0.0405 mg/$cm^{2} \cdot day$, and the substrate flux was increased as infiuent substrate concentration increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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