열유도상분리법(TIPS) 및 연신의 복합공정을 적용하여 막증류(Membrane distillation, MD)용 다공성 PVDF 중공사 분리막을 제조하였다. 분리막의 투과도를 증가시키기 위하여 분리막 투과도를 향상시킬 수 있는 성능인자들 중 분리막의 벽두께를 감소시키고자 하였다. 분리막의 두께를 감소시키기 위하여 분리막 제조 시 토출량을 감소시키고 중공 형성 시 주입하는 bore fluid 주입량을 증대시켰다. 토출량의 감소 및 bore fluid의 증가에 따라 벽두께는 감소하였고, 공기투과도와 수투과도는 크게 증가하였으며, 결과적으로 막증류 공정에 적용 시 투과플럭스도 증가하는 경향을 보여 주었다.
Development of shale gas has drawn increasing attention since it is one of promising alternative energy resources. However, contamination of groundwater and surface water during the extraction of shale gas is becoming a serious environmental issues, which brings the needs to treat wastewater generated from hydraulic fracking. In this study, the feasibility of membrane distillation (MD) for the treatment of shale gas wastewater was investigated using a laboratory scale experimental setup. Flat-sheet MD membranes were used to treat produced water from a shale gas well in the United States. Different configurations such as direct contact MD (DCMD) and air gap MD (AGMD) were compared in terms of flux and fouling propensity. The foulants on the surface of the membranes were examined. The results suggest that MD can treat the shale gas produced water containing more than 200,000 mg/L of total dissolved solids, which is impossible by other technologies such as reverse osmosis (RO) and forward osmosis (FO). In this study, we investigated the possibility of processing and characterization of shale gas produce wastewater using membrane distillation. Laboratory scale membrane distillation experimental device was developed. It was compared the flat-sheet direct contact membrane distillation and flat-sheet air gap membrane distillation. AGMD flux in lower than the flux of DCMD, it was expected that the contamination caused by organic matters.
Pangarkar, Bhausaheb L.;Deshmukh, Samir K.;Thorat, Prashant V.
Membrane and Water Treatment
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제8권6호
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pp.529-541
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2017
A multi-effect air gap membrane distillation (ME-AGMD) module for pesticide wastewater treatment is studied with internal heat recovery, sensible heat of brine recovery, number of stages and the use of fresh feed as cooling water in a single module is implemented in this study. A flat sheet polytetrafluroethylene (PTFE) membrane was used in the 4-stage ME-AGMD module. The maximum value of permeate flux could reach $38.62L/m^2h$ at feed -coolant water temperature difference about $52^{\circ}C$. The performance parameter of the module like, specific energy consumption and gain output ratio (GOR) was investigated for the module with and without heat recovery. Also, the module performance was characterized with respect to the separation efficiency of several important water quality parameters. The removal efficiency of the module was found to be >98.8% irrespective water quality parameters. During the experiment the membrane fouling was caused due to the deposition of the salt/crystal on the membrane surface. The membrane fouling was controlled by membrane module washing cycle 9 h and also by acidification of the feed water (pH=4) using 0.1M HCl solution.
Membrane distillation (MD) is a thermal driven separation process in which separation a hydrophobic membrane is a barrier for the liquid phase, letting the vapor phase pass through the membrane pores. Therefore, a porous and hydrophobic membrane should be used in membrane distillation. MD cannot work if water penetrates into the pores of the membrane (membrane wetting). Accordingly, it is necessary to prevent wetting of MD membranes and to remove water inside the pores of the wetted membranes if possible. In this context, our study aimed to develop methods to recover wetted membranes in MD processes. Poly-vinylidene fluoride (PVDF) membranes were used in this study. A laboratory-scale direct contact MD (DCMD) system was used to examine the effect of operating parameters on wetting. For dewetting the wetted membranes, specific techniques including the use of high temperature air were applied. The performances of the membranes before and after dewetting were compared in terms of flux, salt rejection and liquid entry pressure(LEP). The surface morphology of dewetted membrane was confirmed by scanning electron microscope (SEM).
막증류(membrane distillation, MD)용 분리막의 장기 내구성능에 영향을 미치는 인자인 소수성 분리막의 젖음 현상에 대한 평가 지표로 사용되는 액체투과압력(liquid entry pressure, LEP) 측정 방법을 최적화하였다. PE (polyethylene) 분리막 및 PVDF (polyvinylidene di-fluoride) 중공사 분리막의 LEP를 측정하기 위하여 20 wt%의 고농도 염수를 제조하여 원수로 사용하고 투과수의 전도도를 모니터링하였다. PE와 PVDF 중공사 분리막의 신뢰성 있는 LEP 측정을 위해서는 5 min 이상의 holing time을 두고 주입 압력을 증가시켜야 하며, 증류수 수조의 물량대비 분리막의 면적비 또한 $10m^2/m^3$ 이상으로 부여되어야 함을 확인하였다.
Saleh, Jehad M;Ali, Emad M.;Orfi, Jamel A;Najib, Abdullah M
Membrane and Water Treatment
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제11권5호
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pp.363-374
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2020
Membrane distillation (MD) is a process used for water desalination. However, its commercialization is still hindered by its increased specific cost of production. In this work, several process configurations comprising Direct Contact and Permeate Gap distillation membrane units (PGMD/DCMD) were investigated to maximize the production rate and consequently reduce the specific water cost. The analysis was based on a cost model and an experimentally validated MD model. It was revealed that the best achievable water cost was approximately 5.1 $/㎥ with a production rate of 8000 ㎥/y. This cost can be further decreased to approximately 2 $/㎥ only if the heating and cooling energies are free of cost. Therefore, it is necessary to decrease the MD capital investment to produce pure water at economical prices.
Although the bucky paper (BP) made from carbon nanotubes (CNTs) possesses beneficial characteristics of hydrophobic nature and high porosity for membrane distillation (MD) application, weak mechanical strength of BP has often prevented the stable operation. This study aims to fabricate the BP with high mechanical strength to improve its MD performance. The strategy was to increase the purity level of CNTs with an assumption that purer CNTs would increase the Van der Waals attraction, leading to the improvement of mechanical strength of BP. According to this study results, the purification of CNT does not necessarily enhance the mechanical strength of BP. The BP made from purer CNTs demonstrated a high flux ($142kg/m^2{\cdot}h$) even at low ${\Delta}T$ ($50^{\circ}C$ and $20^{\circ}C$) during the experiments of direct contact membrane distillation (DCMD). However, the operation was not stable because a crack quickly formed. Then, a support layer of AAO (anodic aluminum oxide) filter paper was introduced to reinforce the mechanical strength of BP. The support reinforcement was able to increase the mechanical strength, but wetting occurred. Therefore, the mixed matrix membrane (PSf-CNT) using CNTs as filler to polysulphone was fabricated. The DCMD operation with the PSf-CNT membrane was stable, although the flux was low ($6.1kg/m^2{\cdot}h$). This result suggests that the mixed matrix membrane could be more beneficial for the stable DCMD operation than the BP.
Membrane distillation (MD), which can utilize low-grade thermal energy, has been extensively studied for desalination. By incorporating solar thermal energy, the solar membrane distillation desalination system (SMDDS) is a potential technology for resolving the energy and water resource problems. Small-scale SMDDS (s-SMDDS) is an attractive and viable option for the production of fresh water for small communities in remote arid areas. The minimum-cost design and operation of s-SMDDS are determined by a systematic method, which involves a pseudo steady state approach for equipment sizing and the dynamic optimization using overall system mathematical models. The s-SMDDS employing three MD configurations, including the air gap (AGMD), direct contact (DCMD) and vacuum (VMD) types, are optimized. The membrane area of each system is $11.5m^2$. The AGMD system operated for 500 kg/day water production rate gives the lowest unit cost of $5.92/m^3$. The performance ratio and recovery ratio are 0.85 and 4.07%, respectively. For the commercial membrane employed in this study, the increase of membrane mass transfer coefficient up to two times is beneficial for cost reduction and the reduction of membrane heat transfer coefficient only affects the cost of the DCMD system.
Kim, Yusik;Choi, Jihyeok;Choi, Yongjun;Lee, Sangho
Membrane and Water Treatment
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제13권1호
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pp.51-62
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2022
Vacuum-assisted air gap membrane distillation (V-AGMD) has the potential to achieve higher flux and productivity than conventional air gap membrane distillation (AGMD). Nevertheless, there is not much information on technical aspects of V-AGMD operation. Accordingly, this study aims to analyze the effect of membrane deformation on flux in V-AGMD operation. Experiments were carried out using a bench-scale V-AGMD system. Statistical models were applied to understand the flux behaviors. Statistical models based on MLR, GNN, and MLFNN techniques were developed to describe the experimental data. Results showed that the flux increased by up to 4 times with the application of vacuum in V-AGMD compared with conventional AGMD. The flux in both AGMD and V-AGMD is affected by the difference between the air gap pressure and the saturation pressure of water vapor, but their dependences were different. In V-AGMD, the membranes were found to be deformed due to the vacuum pressure because they were not fully supported by the spacer. As a result, the deformation reduced the effective air gap width. Nevertheless, the rejection and LEP were not changed even if the deformation occurred. The flux behaviors in V-AGMD were successfully interpreted by the GNN and MLFNN models. According to the model calculations, the relative impact of the membrane deformation ranges from 10.3% to 16.1%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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