A mathematical model to adequately predict complex mixing characteristics of sorptive polluants in natural streams with pools-and-riffes has been developed. In this model, sorption of pollutants onto the bed sediment as well as mass storage and exchange in the storage zones were incorporated into one-dimensional mass balance equatins. The geometric and hydraulic characteristics of the pool-riffle sequences were properly conceptualized. Simulations with parameters of pool-and-riffle streams better fit the measured data in overall shape and peak concentration than simulations with parameters for uniform channels. The analyses on the characteristics of the storage zone model parameters reveal that a linear relationship between the logrithm of the storage zone volume ratio and a function of the friction factor exists. A linear relatiohship might also be tenatively assumed between the logarithm of the dimensionless mass exchange coefficient and the logarithm of the aspect ratio of the storage zone if some of the high values of the dimensionless mass exchange coefficient collected on the successive bed forms are excluded.
In this study, an anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE) cell was operated for ~1000 h at a voltage bias of 1.95 V. Impedance spectra were regularly measured every ~ 100 h, and changes in the ohmic and non-ohmic resistance were traced as a function of time. While there was relatively little change in the I-V curves and the total cell resistance during the long-term test, we observed various electrochemical phenomena in the cell: 1) initial activation with a decrease in both ohmic and non-ohmic resistance; 2) momentary and non-permanent bubble resistance (non-ohmic resistance) depending on the voltage bias, and 3) membrane degradation with a slight increase in the ohmic resistance. Thus, the regular test protocol used in this study provided clear insights into the performance degradation (or improvement) mechanism of AEMWE cells.
In this study, the stability of an anion exchange membrane water electrolyzer (AEMWE) cell was evaluated in an on-off cycling operation with respect to an applied electric bias, i.e., a current density of 500 mA cm-2, and an open circuit. The ohmic and polarization resistances of the system were monitored during operation (~800 h) using electrochemical impedance spectra. Specific consideration was given to the ohmic resistance of the cell, especially that of the membrane under on-off cycling conditions, by consistently feeding the cell with KOH solution. Owing to an excess feed solution, a momentary increase in the polarization resistance was observed immediately after the open-circuit. The excess feed solution was mostly recovered by subjecting the cell to the applied electric bias. Stability tests on the AEMWE cell under on-off cycling with continuous feeding even under an open circuit can guarantee long-term stability by avoiding an irreversible increase in ohmic and polarization resistances.
Since the beginning of the water shortage by disasters such as global warming, environmental pollution, and drought, development of original technology and studies have been undergone to increase availability of water resources. Among them the water treatment separation membrane technology is an environmentally friendly process that does not use chemicals and shows better water quality improvement effect than conventional physicochemical and biological processes. The water treatment membrane can be applied to various fields such as waste water treatment, water purification treatment, seawater desalination, ion exchange process, ultrapure water production, organic solvent separation and water treatment technology, and it tends to expand the range of application. In the core technology of water treatment membrane, researches are being actively carried out to develop a separation membrane of better performance by controlling the pore size to adjust the separation performance. In this review, we summarized the frequency of announcement by country and organization through the technological competitiveness evaluation of patents and papers of the water separation membrane. Also, we evaluated the results from membrane research for waste water treatment, water purification treatment, seawater desalination, ion exchange process and present the future direction of research.
Kim, In Sik;Ko, Dae Young;Canlier, Ali;Hwang, Taek Sung
Korean Chemical Engineering Research
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v.56
no.3
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pp.361-369
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2018
A manufacturing method has been devised to prepare novel heterogeneous cation exchange membranes by mixing ethylene vinyl acetate (EVA) copolymers with a commercial cation exchange resin. Optimum material characteristics, mixture ratios and manufacturing conditions have been worked out for achieving favorable membrane performance. Ion exchange capacity, electrical resistance, water uptake, swelling ratio and tensile strength properties were measured. SEM analysis was used to monitor morphology. Effects of vinyl acetate (VA) content, melt index (MI) and ion exchange resin content on properties of heterogeneous cation exchange membranes have been discussed. An application test was carried out by mounting a selected membrane in a membrane capacitive deionization (MCDI) system to investigate its desalination capability. 0.92 meq/g of ion exchange capacity, $8.7{\Omega}.cm^2$ of electrical resistance, $40kgf/cm^2$ of tensile strength, 19% of swelling ratio, 42% of water uptake, and 56.4% salt removal rate were achieved at best. VA content plays a leading role on the extent of physical properties and performance; however, MI is important for having uniform distribution of resin grains and achieving better ionic conductivity. Overall, manufacturing cost has been suppressed to 5-10% of that of homogeneous ion exchange membranes.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.6
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pp.562-575
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2023
In an effort to improve water quality, the South Korean government has implemented measures to increase seawater circulation in Saemangeum Lake. We analyzed the effect of increasing the frequency of seawater circulation based on salinity levels and bottom water exchange in the lake, using an environmental fluid dynamics code model. When the sluice gate opening and shutting frequency increased from once to twice per day, the internal water level of Saemangeum Lake increased by up to ~0.7 m. The salinity increased by 2.12 psu near the western breakwater and decreased by 1.18 psu near the freshwater inlet. We analyzed the extent of bottom water exchange using a particle tracing method and observed that the residual rate of particles shallower than 5 m in water depth decreased by 2.52% in Case 2 (opening and shutting twice per day) compared to Case 1 (opening and shutting once per day). This indicates that increasing the frequency of sluice gate opening and shutting would promote enhanced bottom water exchange. Consequently, the increased salinity and bottom water exchange associated with increased seawater circulation are expected to improve water quality in Saemangeum Lake.
Kim, Young-Doo;Choi, Min-Kyu;Lee, Kyung-Do;Baek, Man-Gee;Ku, Bon-Il;Kang, Shin-Gu;Park, Hong-Kyu;Kim, Bo-Kyong
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.57
no.3
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pp.203-208
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2012
Field experiment was carried out to identify the proper water exchange interval for the rice cultivation on reclaimed saline soil with different nitrogen levels in southwestern area. The nitrogen fertilizer was applied 14, 17 and 20 kg per 10a by ingredient, and intervals of water exchange treated 3, 6 and 9-day periods from transplanting of rice(Oryza sativa var. Cheongho) to maturing stage in Munpo soil series. The salinity levels ranged 0.10~0.24% and 0.24~0.32% of 3-day and 6-day respectively, whileas it ranged 0.35~0.52% for 9-day interval of water exchange during vegetative stage. Water exchange and nitrogen level showed significant effects on the plant growth, yield, and quality. The yield of milled rice on 3-day and 6-day interval of water exchange showed 497 kg/10a and 492 kg/10a and that were significantly higher than that of 9-day interval in 2008 and 2009. Milled rice yield of 9-day interval of water exchange was lower than that of 3-day and 6-day interval of all nitrogen levels. Plant growth and yield components were not significantly different between 3-day and 6-day interval of water exchange of all nitrogen levels. The combination of nitrogen fertilizer level of 17 kg/10a and 6-day interval of water exchange after transplanting might be recommended for maximum yield realization and minimize salt injury at reclaimed medium saline soil in southwestern area.
Kim, HyunJoo;Yoo, ChangKyoo;Ryu, Jun-Hyung;Lee, In-Beum
Korean Chemical Engineering Research
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v.46
no.2
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pp.369-375
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2008
To achieve zero-emission, one of the main goals of an eco-industrial park (EIP), it is needed to develop an effective water exchange network. The network includes various subsystems and decision making processes, which make the modeling process extremely complicated. Agent-based modeling was used to simulate water exchange network in an EIP. Firm agents were created based on the behavior pattern of firms, and an agent-based model (ABM) was made with the agents, showing the growth of the exchange network. An existing steel and iron making industrial park was chosen as a case study, and the ABM model shows eco-efficient behavior with a decreased environmental cost. Water reuse network based on the ABM model results in 35% decrease of the fresh water supply and 50% reduction of the wastewater generation in EIP. A case study shows that agent-based model can be a powerful tool in modeling and designing complex eco-industrial parks, especially when a part of the system needs to be changed.
An eddy-resolving free-surface primitive-equation model with nonlinear terrain-following coordinates is established to study the exchange of water masses among the Asian marginal seas and their adjacent waters. A curvilinear coordinate system is used to generate the horizontal grid with a variable resolution for the regional oceans from $5^{\circ}$S to $45^{\circ}$N and $100^{\circ}$E to $155^{\circ}$E. The higher resolution region has about a 10 km by 10 km grid covering the complex geometry of the coastal marginal seas, while the lower resolution region has about a 30 km by 30 km grid covering the eastern Pacific. The model is initialized by the Levitus annual climitology and forced by the monthly mean air-sea fluxes of momentum, heat, and freshwater derived from the Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set. High-resolution and low-viscosity are identified as the key factors for a better representation of the exchange of waters through narrow straits and passages between the marginal seas and their adjacent waters. The dynamics of the loop currents and eddies in the South China Sea and Celebes Sea are examined in detail. It has found that the anticyclonic loop and detached eddies from the Kuroshio through the Luzon Strait play an important role in transporting warm and salty water into the South China Sea, while the cyclonic circulation of the Mindanao Current in the Celebes Sea plays a role in contributing cold water to the Indonesian throughflow. The deep undercurrent of the western Pacific is shown to provide fresher water to the South China Sea and Celebes Sea. These modeling results suggest that the exchange processes via the narrow straits and passages are of fundamental importance to the maintenance of water masses for the marginal sea region.
The anion exchange membrane (AEM) water electrolysis for high purity hydrogen production is attracting attention as a next-generation green hydrogen production technology by using inexpensive non-noble metal-based catalysts instead of conventional precious metal catalysts used in proton exchange membrane (PEM) water electrolysis systems. However, since AEM water electrolysis technology is in the early stages of development, it is necessary to develop research on AEM, ionomers, electrode supports and catalysts, which are key elements of AEM water electrolysis. Among them, current research in the field of catalysts is being studied to apply a previously developed half-cell catalyst for alkali to the AEM system, and the applied catalyst has disadvantages of low activity and durability. Therefore, this review presented a catalyst synthesis technique that promoted oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) using a non-noble metal-based catalyst in an alkaline medium.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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