This research investigated the effect of a photocatalytic reaction on nanofiltration(NF) membrane fouling by natural organic matter(NOM). The photocatalytic degradation was very effective for destruction and transformation of NOM and was carried out by titanium dioxide($TiO_2$) and $TiO_2$-immobilized bead as a photocatalyst. In order to compare their phtocatalytic properties, the photocatalytic degradation of humic acid in the presence of calcium ion was used as a model reaction. After the photocatalytic degradation the membrane fouling was dramatically decreased.
The reaction of ozone with NOM (Natural Organic Matter) can occur by two different pathways: that involving molecular ozone and by way of reactions with hydroxyl radicals which are produced from the decomposition of molecular ozone. As such, the formation of ketoacids and Assimilable Organic Carbon (AOC) can be controlled by controlling the pathway by which ozone reacts with NOM. The ratios of $[OH{\cdot}]/[O_3]$ ($R_{CT}$ values) were determined under the various ozonation conditions. The $R_{CT}$ values increased with increasing initial ozone concentration. The $R_{CT}$ values (ranges from 10 to $35^{\circ}C$) increased linearly as temperature increased (within the range from 10 to $35^{\circ}C$). However, $R_{CT}$ was independent of hydraulic retention time (HRT). Operational conditions were found to affect the formation of AOC. The conditions where the molecular ozone reaction predominated resulted in an increase in the formation of AOC.
Natural organic matters(NOMs) are found everywhere such as soil, surface and ground waters and consist of both humic and nonhumic components, and their heterogeneith makes each source unique. This study was carried to evaluate the removal characteristics of NOMs by mixing coagulants and the variation of apparent molecular weight distribution(AMWD) in coagulation process. Ratio of optimum coagulants dosage for removal of DOC and turbidity by mixing coagulants was 1.83 mM F $e^{3+}$/mM $Al^{3+}$. DOC removal increased at lower pH. The pH6 control focused on the removal of organic matters could reduce the amount of coagulant consumption by 2 to 3 times based on the pH8.5 of natural water. The dissolved organic matters in the natural water from the mid-stream of Han River were composed of the low molecular weight(LMW,<1 K) of 59.7%, and the medium and high molecular weight(M.HMW, 1~30 K) of 40.3%, respectively. At pH6, the DOC removal efficiencies of LMW(<1 K) and M.HMW(1~30 K) in coagulation process were 27~35%, 62~72%, respectively. The fraction smaller than 1 K was not eliminated to a noticeable degree, while the fraction of 1~30 K was relatively well removed. In conclustion, mixing coagulants were fairly effective in the removal of natural organic matter.r.
Park, Sang-Hyuk;Hong, Jong-Hyun;Yu, Myong-Jin;Koo, Ja-Yong
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.24
no.2
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pp.237-246
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2010
This study was carried out to compare the performances of hydrophobic and hydrophilic membranes in the filtration of the pretreatment waters using coagulants such as PAC and PAHCs, and to investigate the influence of NOM characteristics on the fouling of membranes. As a result, the hydrophobic fraction was more effectively removed by PAHCs, however the transphilic and hydrophilic fraction were more effectively removed by PAC on NOM removal. Raw water showed the highest response in the range of humic substances, and pre-coagulated waters with PAC and PAHCs followed. It was also observed that the fouling effect for a hydrophobic membrane was greater than that of a hydrophilic membrane with a similar pore size, due to fouling caused by adsorption. Foulants causing significant flux decline were alcoholic compounds (polysaccharide-like) and humic substances including aromatic groups. Especially, it appeared that alcoholic compounds such as polysaccharide-like substances which mostly remained after coagulation pretreatment had most influence on fouling. It was found that fouling were influenced by each fraction NOM components depending on coagulants used. And PAHCs was more efficient for membrane fouling than PAC.
This study assessed the removal efficiency of NOM which is known as the precursors of DBPs in advanced water treatment using the ceramic membrane filtration, introduced the first in the nation at the Y water treatment plant (WTP). It is generally well-known that the removal of NOM by MF Membrane is very low in water treatment process. But, the result of investigation on removal efficiency of NOM in advanced water treatment using the ceramic membrane was different as follows. The removal rate of organic contaminant by the ceramic membrane advanced water treatment was determined to be 65.5% for the DOC, 85.8% for UV254, and 77 to 86% for DBPFP. The removal rate of pre-ozonation was found to be 6 to 15% more effective compared with the pre-chlorination. The removal rate of DOC and $UV_{254}$ in biological activated carbon(BAC) process was over 50% and 75%, respectively although the rate was decreased 10 ~ 20% according to analysis items in converting from GAC to BAC.
Ka, Gilhyun;Kim, Yunyung;Lee, Junho;Ahn, Chihwa;Han, Ihnsup;Min, Byungdae
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.24
no.4
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pp.415-422
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2008
Drinking water treatment is enhanced by coagulant dosages and chlorine injection because of pH increase in raw water in droughty seasons such as spring and fall. But water quality deterioration is occurred by increase in residual aluminium and disinfection by-products. Coagulation process can be used to control natural organic matter (NOM) during water treatment. The effect of coagulation process appeared to depend on the pH of water rather than coagulant dosages. In this study, for water treatment in high pH season $H_2SO_4$ was applied for pH adjustment at full scale. Before and after pH adjustment by $H_2SO_4$ injection, water quality of drinking water was evaluate. In the result of investigation of total organic carbon (TOC) removal in high pH season, TOC was removed approximately 30~40%, which showed decrease in water treatment efficiency. Also, it is increased both particle numbers and residual Al concentration in the water. After $H_2SO_4$ injection for adjustment to pH<7.5 in settled water, treated water turbidity decreased in 0.047 NTU from 0.059 NTU, and particle numbers of filtered water decreased in 20/mL from 90/mL. On the other side, TOC removal efficiency increased in approximately 10% after adjustment of pH. In the result of decrease in pH in raw water through more coagulants and prechlorine without $H_2SO_4$ injection, trihalomethanes (THMs) concentration increased in $16{\mu}g/L$ from $8{\mu}g/L$.
Carboxymethyl cellulose (CMC) as stabilizer is expected to facilitate in-situ delivery of zero-valent iron (ZVI) nanoparticles in a contaminated aquifer because it increases dispersity of ZVI nanoparticles. This work investigated the transport of CMC-stabilized ZVI nanoparticles (CMC-Fe) using column breakthrough experiments. The ZVI nanoparticles (100 mg/L Fe) were transportable through sand porous media. In contrast, non-stabilized ZVI nanoparticles rapidly agglomerate in solution and are stopped in sand porous media. At pH 7 of solution approximately 80% CMC-Fe were eluted. When the pH of solution is below 5, 100% CMC-Fe were eluted. These results suggest that the mobility of CMCFe was increased as pH decreases. In the mobility test under different ionic strengths using $Na^+$ and $Ca^{2+}$ ions, there was no signigficant difference in the mobility of CMC-Fe. Also, in the experiments of effect of clay and natural organic mater (NOM) on the mobility of ZVI, there was no significant difference in the mobility of CMC-Fe not only between 1 and 5% clay, but 100 and 1000 mg/L NOM. The results from this work suggests that the CMC-Fe nanoparticles could be easily delivered into the subsurface over a broad range of ionic strength, clay and NOM.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.5
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pp.332-339
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2011
Effects of powdered activated carbon impregnated by iron oxide nano particle (Impregnated PAC) on the microfiltration (MF) membrane system performance in NOM removal from water were investigated in this study. A fluidized bed column was employed as a pretreatment of MF membrane process. The Impregnated PAC bed was stably maintained at an upflow rate of 63 m/d without leakage of the Impregnated PAC particles, which provided a contact time of 29 minutes. A magnetic ring at the upper part of the column could effectively hold the overflowing discrete particles. The Impregnated PAC column demonstrated a significant enhancement in the MF membrane performance in terms of fouling prevention and natural organic matter (NOM) removal. Trans-membrane pressure of the MF membrane increased to 41 kPa in 98 hours of operation, while it could be maintained at 12 kPa with the Impregnated PAC pretreatment. Removal of NOM determined by dissolved organic carbon and UV254 was also enhanced from 46% and 51% to 75% and 84%, respectively, by the pretreatment. It was found that the Impregnated PAC effectively removed a wide range of different molecular-sized organic compounds from size exclusion analysis.
We investigated the effect of organic materials on membrane fouling in advanced drinking water treatment by a hybrid module packed with granular activated carbon (GAC) outside multi-channel ceramic microfiltration membrane. Synthetic water was prepared with humic acid and kaolin to simulate natural water resouces consisting of natural organic matter and inorganic particles. Kaolin concentration was fixed at 30 mg/L and humic acid was changed as 2~10 mg/L to inspect the effect of organic matters. Periodic back-flushing using permeate water was performed for 10 sec per filtration of 10 min. As a result, both resistance of membrane fouling (Rf) and permeate flux (J) were influenced highly by concentration of humic acid. It proved that NOM like humic acid could be an important factor on membrane fouling in drinking water treatment. Turbidity and UV254 absorbance were removed up to above 97.4% and 59.2% respectively.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.2
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pp.144-150
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2013
Hybrid ceramic membrane (HCM) processes that combined ozonation with a ceramic membrane (CM) or a reactive ceramic membrane (RM), an iron oxide nanoparticles (IONs) incorporated-CM were investigated for membrane fouling control. Alumina disc type microfiltration and ultrafiltration membranes doped with IONs by sintering method were tested under varying mass fraction of IONs. Scanning electron microscope (SEM) images showed that IONs were well-doped on the CM surface and doped IONs were approximately 50 nm in size. Change in the pure water permeability of RM was negligible compared to that of CM. These results indicate that IONs incorporation onto CM had little effect on CM performance in terms of the flux. Natural organic matter (NOM) fouling and fouling recovery patterns during HCM processes confirmed that the RM-ozonation process enhanced the destruction of NOM and reduced the extent of fouling more than the CM-ozonation process by hydroxyl radical formation in the presence of IONs on RM. In addition, analyses of NOM in the feed water and the permeate showed that the efficiency of membrane fouling control results from the NOM degradation during HCM processes; leading to removal and transformation of relatively high contents of aromatic, high molecular weight and hydrophobic NOM fractions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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