The $N_2$ back-flushing period (FT) and time (BT) were investigated in hybrid process of ceramic microfiltration and PES (polyethersulfone) beads loaded with titanium dioxide ($TiO_2$) photocatalyst for advanced drinking water treatment in viewpoints of membrane fouling resistance ($R_f$), permeate flux (J), and total permeate volume ($V_T$). As decreasing FT and increasing BT, $R_f$ decreased and J increased, and finally the maximum $V_T$ could be acquired at FT 10 min and BT 30 sec. In FT effect experiment, treatment efficiencies of turbidity and dissolved organic matters (DOM) were the highest at no back-flushing (NBF) because of dramatic membrane fouling. As result of BT effect, the treatment efficiencies were the maximum at BT 30 sec, which was different with the FT result. Because the photocatalyst beads could be cleaned effectively as decreasing FT and increasing BT, turbidity treatment efficiency increased a little from 95.4% to 97.5% as decreasing FT, and from 95.9% to 98.5% as increasing BT. Also DOM treatment efficiency increased from 70.8% to 80.6% as decreasing FT, and from 75.1% to 85.8% as increasing BT. The optimal condition, where the treatment efficiencies and $V_T$ were the maximum, should be FT 10 min and BT 30 sec in our experimental range.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.38
no.4
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pp.547-553
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2018
An integrated iron and steel mill uses a large amount of water and produces wastewater which contains various contaminants such as iron, manganese, etc. Especially, in some regions of Southeast Asia, the concentration of silica in iron and steel mill wastewater is higher than in other countries. Silica is known to be one of the main causes for fouling in the membrane processes for water reuse. In cases of high concentrations of silica in iron and steel mill wastewater, the ferrous silicate tends to be formed. This could lead to higher fouling tendency depositing on the membrane surface. Therefore we conducted a pilot test to investigate the effect of silica and iron on the fouling tendency of reverse osmosis (RO) membrane for treating two types of wastewater from an integrated iron and steel mill. In this case of treated wastewater from iron and steel mill, RO pilot plant was operated with the fluxes 15.9LMH and 18.8LMH for 112 days to investigate the fouling characteristics. The results found that the fluctuation of flux was much wider than the average flux and the minimum permeability was low at 78%. In the case of treated runoff from an integrated iron and steel mill, the average concentration of iron was lower than in wastewater. RO pilot test was conducted with the flux 18.8LMH for 46 days. The results found that runoff had a lower fouling tendency and pre-treatment using microfiltration (MF) could minimize the fouling problem of RO.
Pressurized membrane module systems, including hollow fiber type of Microfiltration (MF) and Ultrafiltration (UF) membranes are being increasingly used in drinking water treatment due to their high removal efficiency of pathogen. However, when fibers are damaged in pressurized membrane system, the pathogen will be able to penetrate the membrane. Therefore, it is essential to guarantee the regulatory requirements for water quality by an effective on-line or off-line condition integrity monitoring methods. Recently, pressure decay test (PDT) which is one of membrane integrity tests has been reflected to drinking water treatment plants using pressurized membrane module. In this paper, three different method were used to perform PDT and three different sensitivity values were analyzed through experiments. Three types of direct integrity test methods were applied to pressure feed side, filtrate side and bidirectional pressure decay test. The results of these experiments show that the sensitivity was increasing when the volume of pressurized gas was decreasing. The sensitivity is inversely proportional to the gas volume. Furthermore, it is desirable to increase pressure difference between feed side and permeate side in order to achieve higher sensitivity in the PDT by membrane damage.
Tewfik, Shadia R.;Sorour, Mohamed H.;Shaalan, Hayam F.;Hani, Heba A.
Membrane and Water Treatment
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v.9
no.1
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pp.43-51
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2018
Hollow fiber (HF) membranes are gaining wide interest over flat membranes due to their compaction and high area to surface volume ratio. This work addresses the fabrication of HF from polysulfone (PS) and polyethersulfone (PES) using N-methylpyrrolidone (NMP) as solvent in addition to other additives to achieve desired characteristics. The semi-pilot spinning system includes jacketed vessel, four spinneret block, coagulation and washing baths in addition to dryer and winder. Different parameters affecting dry-wet spinning phase inversion process were investigated. Dope compositions of PES, NMP and polyvinyl pyrrolidone (PVP) of varying molecular weights as additive were addressed. Some critical parameters of importance were also investigated. Those include dope flow rate, air gap, coagulation & washing baths and drying temperatures. The measured dope viscosity was in the range from 1.7 to 36.5 Pa.s. Air gap distance was adjusted from 20 to 45 cm and coagulation bath temperature from 20 to $46^{\circ}C$. The HF membranes were characterized by scanning electron microscope (SEM), atomic force microscope (AFM) and mechanical properties. Results indicated prevalence of finger like structure and average surface roughness from about 29 to 78.3 nm. Profile of stress strain characteristics revealed suitability of the fibers for downstream interventions for fabrication of thin film composite membrane. Different empirical correlations were formulated which enable deeper understanding of the interaction of the above mentioned variables. Data of pure water permeability (PWP) confirmed that the fabricated samples fall within the microfiltration (MF)-ultrafiltration (UF) range of membrane separation.
Kim, Geon-Youb;Kim, Min-Gue;Lee, Chang-Ha;Kim, Hyung-Soo;Kim, Ji-Hoon;Lee, Kyung-Il
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.31
no.2
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pp.161-168
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2017
Microfiltration (MF) and Ultrafiltration (UF) membrane processes capable of producing highly purified water have been extensively applied as a pretreatment process in the wastewater reuse field with the improvement of membrane properties and resistance, development of operating protocols, and improvement of technologies of backwashing and physicochemical cleaning, and improvement of scale and antifoulants. However, despite of the development of membrane production and process technologies, fouling still remains unresolved. This study confirmed that foulants such as polysaccharides, proteins and humic substances existed in final treated effluent (secondary effluent) by fluorescence excitation emission matrix (FEEM) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis. In addition, when constructing ozone oxidation and coagulation processes as a hybrid process, the removal efficiency was 5.8%, 6.9%, 5.9%, and 28.2% higher than that of the single process using coagulation in turbidity, color, dissolved organic carbon (DOC), and UV254, respectively. The reversible and irreversible resistances in applying the hybrid process consisting of ozone oxidation and coagulation processes were lower than those in applying ozone oxidation and coagulation processes separately in UF membrane process. Therefore, it is considered possible to apply ozonation/coagulation as a pretreatment process for stable wastewater reuse by and then contributing to the reduction of fouling when calculating the optimal conditions for ozone oxidation and coagulation and then to applying them to membrane processes.
PVC microfiltration membrane was prepared by phase immersion method and applied to membrane bioreactor (MBR) contained activated sludge. The hydrophilicity of membrane and the pore size increase with the amount of additive(PVP) ducting the preparation of membrane. Permeation characteristics and the membrane fouling behavior were investigated by varying the internal environment in MBR using the prepared membranes. When there is a sludge bulking in MBR caused by microorganism, membrane fouling was accumulated. The cake layer resistance, R$_{c}$, of membrane increased in the order of CP-0 > CP-1.0 > CP-1.5. Rc increased up to 3.5~7 fold where the sludge bulking occurred in MBR. CP-1.5 seems to be appropriated membrane on the basis of the surface characteristics and the flux. The average flux of all the test membrane was 12(${\pm}$2) L/$m^2$hr whereas the COD removal efficiency was 98.8%. The ratio of bulking sludge and the type and the size of microorganism in operating MBR accelerate the membrane fouling and flux decline. It is concluded that the characteristic of membrane filtration depends on the hydrophilicity of membrane, the internal environment of MBR reactor and the growth factor of sludge.
Fouling has continued to be a problem that hinders the effectiveness of membrane properties. To solve this problem of reducing fouling effects on membrane surface properties, different and innovative types of membrane patterning has been proposed. This article reviews on the progress of patterned membranes and their separation process concerning the fouling effects of membranes. The types of separation processes that utilize the maximum effectiveness of the patterned membranes include nanofiltration (NF), reverse osmosis (RO), microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), and pervaporation (PV). Using these separation processes have shown and prove to have a major effect on reducing fouling effects, and in addition, they also add beneficial properties to the patterned membranes. Each patterned membrane and their separation processes gave notable results in threshold towards flux, salt rejections, hydrophilicity and much more, but there are also some unsolved cases to be pointed out. In this review, the effects of patterned membrane for separation processes will be discussed.
Jun, Byung-Moon;Lee, Hyung Kae;Kim, Woo Jeong;Park, Jihun;Kim, Jong Hyeok;Kwon, Young-Nam
Membrane Journal
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v.28
no.1
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pp.1-20
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2018
Fresh water is an important resource for humans, and pressure-driven membrane technology has been widely known as an energy-efficient method to obtain water resource. However, membrane fouling phenomenon, which is one of the major issue during operation, deteriorates membrane permeability. These fouling is usually affected by interaction between surface of membrane and various foulants, therefore, modification of membrane's surface is one of the methods to improve fouling-resistance. This review focuses on the method to modify surface of pressure-driven membranes such as microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF), and reverse osmosis (RO). Specifically, there are two different surface modification methods: (1) adsorption and coating as the physical modification methods, (2) cross-linker, free radical polymerization (FRP), atom transfer radical polymerization (ATRP), plasma/UV-induced polymerization as the chemical modification methods. This review introduces the physico - chemical surface modification methods reported in recent papers and suggests research directions for membrane separation which can increase membrane fouling resistance.
This study was focused on the investigation of filtration characteristics of membrane-coupled fermentor system for dissolved organics recovery from liquid organic sludge. On the filterability of MF over the range of $0.1{\sim}5 {\mu}m,$ the magnitude of total membrane resistance ($R_t$) is ranged as follows in the order; $0.1 {\mu}m>0.2{\mu}m>0.5 >1{\mu}m>2{\mu}m>5{\mu}m$. The cake layer resistance ($R_c$) occupied about 68~88% of total resistance with fermented sludge. Permeation flux decline was mainly attributed to the $R_c$, which was formed by a strong deposition from physico-chemical interactions of solids on membrane surface. Higher suspended solids (SS) concentration of suspension caused lower permeation flux. However, there was not a proportion relation beyond a certain SS concentration. The cross-flow velocity on the membrane surface was faster, which resulted in the higher permeation flux and also more efficient with low trans membrane pressure (TMP) in viewpoint of energy efficiency. The appropriate pH of suspension was over the range of 5.0~6.0 for dissolved organics recovery as well as the permeation flux. It is possible f3r bacteria to be separated perfectly with $0.1{\mu}m\; and \;0.2{\mu}m$ membrane pore size. Based on experimental results, most appropriate membrane pore size for the recovery is believed to around $1{\mu}m$.
In the membrane process, it is important to improve water treatment efficiency to ensure water quality and minimize membrane fouling. In this study, a pilot study of membrane process using reservoir water was conducted for a long time to secure high flux operation technology capable of responding to influent turbidity changes. The raw water and DAF(Dissolved Air Flotation) treated water were used for influent water of membrane to analyze the effect of water quality on the TMP (Trans Membrane Pressure) and to optimize the membrane operation. When the membrane flux were operated at 70 LMH and 80 LMH under stable water quality conditions with an inlet turbidity of 10 NTU or less, the TMP increase rates were 0.28 and 0.24 kPa/d, respectively, with minor difference. When the membrane with high flux of 80 LMH was operated for a long time under inlet turbidity of 10 NTU or more, the TMP increase rate showed the maximum of 43.5 kPa/d. However, when the CEB(Chemically Enhanced Backwash) cycle was changed from 7 to 1 day, it was confirmed that the TMP increase rate was stable to 0.23 kPa/d. As a result of applying pre-treatment process(DAF) on unstability water quality conditions, it was confirmed that the TMP rise rates differed by 0.17 and 0.64 kPa/d according to the optimization of the coagulant injection. When combined with coagulation pretreatment, it was thought that the balance with the membrane process was more important than the emphasis on efficiency of the pretreatment process. It was considered that stable TMP can be maintained by optimizing the cleaning conditions when the stable or unstable water quality even in the high flux operation on membrane process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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