Particle breakthrough can occur by either the breakoff of previously captured particles (or flocs) or the direct passage of some influent particles through the filter. Filtration experiments were performed in a laboratory-scale filter using spherical glass beads with a diameter of 0.55 mm as collectors. A single type of particle suspension (Min-U-Sil 5, nearly pure $SiO_2$) and three different destabilization methods (pH control, alum and polymer destabilization) were utilized. The operating conditions were similar to those of standard media filtration practice: a filtration velocity of 5 m/h. To assess the possibility of particle detachment during the normal filtration, a hydraulic shock load (20% increase of flow rate) was applied after 4 hours of normal filtration. The magnitude of particle detachment was proportional to the particle size for non-Brownian particles. At the same time, less favorable particles, i.e., particles with larger surface charge, were easily detached during the hydraulic shock load. Therefore, proper particle destabilization before filtration is crucial for maximum particle removal as well as minimum particle breakthrough.
Most experimental studies available in the literature on filtration are based on observed average zeta potential of particles (usually 10 measurements). However, analyses of data using the average zeta potential alone can lead to misleading and erroneous conclusions about the attachment behavior because of the variation of particle zeta potentials and the heterogeneous distribution of the collector surface charge. To study characteristics of zeta potential, zeta potential distributions (ZPDs) of silica particles under 9 different chemical conditions were investigated. Contrary to many researchers’ assumptions, most of the ZPDs of silica particles were broad. The solids concentration removal was better near the isoelectric point (IEP) as many researchers have noticed, thus proper destabilization of particles is very important to achieve better particle removal in particle separation processes. While, the mean zeta potential of silica particles at a given coagulant dose was a function of particle concentration; the amount of needed coagulant for particle destabilization was proportional to the total surface charge area of particles in the suspension.
Granular media filtration is used almost universally as the last particle removal process in conventional water treatment plants. Therefore, superb particle removal efficiency is needed during this process to ensure a high quality of drinking water. However, every particle can not be removed during granular media filtration. Besides the pattern of particle attachment is different depending on physicochemical aspects of particles and suspension. Filtration experiments were performed in a laboratory-scale filter using spherical glass beads with a diameter of 0.55 mm as collectors. A single type of particle suspension (Min-U-Sil 5) and alum coagulation was used to destabilize particles. The operating conditions were similar to those of standard media filtration practice: a filtration velocity of 5 m/h. More favorable particles, i.e., particles with smaller surface charge, were well attached to the collectors especially during the early stage of filtration when zeta potential of particles and collectors are both negative. This selective attachment of the lower charged particles caused the zeta potential distribution (ZPD) of the effluent to move to a more negative range. On the other hand, the ZPDs of the effluent moved from more positive to less positive when the surface charge of particles was positive and this result was thought to be caused by ion transfer between particles and collectors.
Proceedings of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry Conference
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2002.11a
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pp.209-217
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2002
Stability deterioration of AKD emulsion was studied with respect of the physical change of emulsion particles and the chemical change of AKD itself. Four kinds of commercial emulsions were kept at RT, 40, 50, and $60^{\circ}C$ water bath, respectively. Viscosity, particle size distribution, and solid contents of the emulsions were measured with storage time. At the same time, by performing NMR and IR spectroscopy analysis of the solvent-extracted AKD from the emulsions, the qualitative and quantitative information about the deformation of the AKD itself were obtained. AKD was gradually hydrolyzed to become dialkylketone and higher storage temperature accelerated destabilization of the AKD emulsions.
Yongdam reservoir located in Jeoliabuk-do has had a lot of concerns for its algal blooming since it has started to fill water. Many water utilities near Yongdam area use reservoirs even though they have some problems with certain algae that cause tastes and odors and clog filters. In this research, dissolved air flotation (DAF) technology was examined for feasibility for removal of algae. OAF can save the capital cost for its compactness, because its hydraulic loadings (overflow rates) are 10 times higher than sedimentation, and hydraulic detention times are much shorter, typically 5 to 15 minutes. As a result of this research, PAC is effective rather than Alum to DAF for pretreatment. Higher DOC plays an important role to change zetapotential negatively to inhibit destabilization of particle to coagulation. The length of pipeline to carry pressurized water into reactor does not affect reaction.
In this study, the effects of two pre-treatment processes were observed prior to membrane filtration: pre-coagulation and pre-ozonation. To compare the effect of two above-mentioned pre-treatments, we adopted the four schemes: first one is direct membrane filtration of river surface water, second one is membrane filtration after pre-coagulation, third one is membrane filtration after pre-ozonation and fourth one is membrane filtration after pre-coagulation and pre-ozonation. There are two exceptional characteristics in applied processes. One is the usage of the MF membrane which has high ozone resisting characteristic. Therefore, ozone resides in membrane module during filtration. The other is adoption of Jet Mixed Separator (JMS) as coagulation-sedimentation process. The change in transmembrane pressure and permeate water quality were also examined. As a result, considering the filtration performance efficiency and permeate water quality, the process composed of filtration with combination of both pre-coagulation and pre-ozonation was proved most effective. The improved efficiency was due to the reduction of loading rate of fouling inducing materials to membrane module by coagulation process as well as variable reactions, such as degradation, particle destabilization and coagulation, occurred by residual ozone in membrane module. The additional effect of pre-coagulation before pre-ozonation is suppression of AOC, one of the by-products induced by ozonation. Therefore, combination of pre-coagulation and pre-ozonation is the effective process to overcome the major de-merit of ozonation i.e. by-products formation.
Chung, Tai Hak;Lee, Jong Hoon;Kim, Hyoung Gun;Bae, Young Kyoung
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.34
no.6
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pp.406-413
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2012
Effect of three additives, chitosan, ferric chloride, and MPE50 on membrane fouling reduction was studied. They were introduced with various dosing rate into activated sludge, and changes in filtration resistance measured by the batch cell filtration test were evaluated. Both the filtration resistance and the specific cake resistance were minimized at 20 mg/g-MLSS with chitosan, 70 mg/g-MLSS with ferric chloride, and 20 mg/g-MLSS with MPE50 addition, respectively. Introduction of the additives into the activated sludge resulted in reduction of not only cake resistance, but also fouling resistance. However, the chitosan addition to three different activated sludge resulted in three different optimal dose of 10, 20, 30 mg/g-MLSS, respectively. This implies that the optimal dose is dependent on sludge characteristics rather than a constant value. Overdose above the optimal dosage always aggravated filterability in all cases. Zeta potential of sludge flocs, relative hydrophobicity, floc size distribution, soluble EPS concentration and supernatant turbidity were measured in order to analyze fouling reduction mechanism. Nearly neutral surface charge along with the largest particle size was observed at the optimal dose. This could be explained by particle destabilization and restabilization mechanism as positively charged additives were injected into sludge flocs of negative surface charge. Both soluble EPS concentration and supernatant turbidity also showed the lowest value at the optimal dose. These foulants are believed to be coagulated and entrapped in sludge flocs during flocculation. Chitosan and MPE50 which are cationic polymeric substances showed higher reduction in both soluble EPS and fine particles comparing with ferric chloride.
A preparation process's conditions of aqueous sol which contains anatase-type nano titania particles with photocatalyic properties was established by using Yoldas process, so called, DCS(Destabilization of Colloidal Solution) process in this study. And crystal size change and phase transformation of titania particles in aqueous titania sol depending on reaction conditions was investigated by a light scattering method and XRD analysis of frozen dried powders, respectively. This sol with photo catalytic nano titania particles was used to the following hydrophilic hybrid coating film's fabrication and its properties was evaluated. Subsequently, for coating film using the above mentioned aqueous titania sol, non-aqueous titania sol was prepared without any chemical additives and its time stability according to aging time was investigate. By using the above mentioned aqueous titania sol and non-aqueous sol, a complex oxide coating sol for metal and ceramic substrate and a organic-inorganic hybrid coating sol for polymer substrate was prepared and it's hydrophilicity depending on UV irradiation conditions was evaluated. As a conclusions, the following results were obtained. (1)Aqueous titania sol The average particle size of titania in formed aqueous titania sol was distributed between 20$\sim$90nm range depending on reaction conditions. And the crystal phase of titania powders obtained by frozen drying method was changed from amorphous state to anatase and subsequently transformed to rutile crystal phase and it is attributed to concentration gradient in aqueous sol. (2)Non-aqueous titania sol Non-aqueous titania sol was prepared using methanol as a solvent and a little distilled water for hydrolysis and nitric acid as a catalyst were used. The obtained non-aqueous titania sol was stable at room temperature for 20 days. Additionally, non-aqueous titania sol with addition of chealating reagent such as acethylaceton and ethylene glycol prolonged the stability of sol by six months. (3)Complex sol and hybrid sol with super hydrophilicity The above mentioned aqueous titania sol as a main photocataylic component and non-aqueous titania sol as a binder for coating process was used to prepare a complex sol used for metal, ceramic and wood material substrate and also to prepare the organic-inorganic hybrid sol for polymer substrate such as polycarbonate and polyethylene, in which process APMS(3-Aminopropyltrimethoxysilane), GPTS(3-Glycidoxypropyl-trimethoxysilane) as a hydrophilic silane compound and HEMA(2-Hydroxyethyl methacrylate) as a forming network in hybrid coating film were used. The hybrid coating film such as prepared through this process showed a superhydrophilicity below 1$10^{\circ}$ depending on processing conditions and a pencil's hardness over 6 H.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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