• 제목/요약/키워드: reduction of fouling

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Organic fouling in forward osmosis (FO): Membrane flux behavior and foulant quantification

  • Xia, Shengji;Yao, Lijuan;Yang, Ruilin;Zhou, Yumin
    • Membrane and Water Treatment
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    • 제6권2호
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    • pp.161-172
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    • 2015
  • Forward osmosis (FO) is an emerging membrane technology with potential applications in desalination and wastewater reclamation. The osmotic pressure gradient across the FO membrane is used to generate water flux. In this study, flux performance and foulant deposition on the FO membrane were systematically investigated with a co-current cross-flow membrane system. Sodium alginate (SA), bovine serum albumin (BSA) and tannic acid (TA) were used as model foulants. Organics adsorbed on the membrane were peeled off via oscillation and characterized by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM). When an initial flux of $8.42L/m^2h$ was applied, both flux reduction and foulant deposition were slight for the feed solution containing BSA and TA. In comparison, flux reduction and foulant deposition were much more severe for the feed solution containing SA, as a distinct SA cake-layer was formed on the membrane surface and played a crucial role in membrane fouling. In addition, as the initial SA concentration increased in FS, the thickness of the cake-layer increased remarkably, and the membrane fouling became more severe.

역삼투막 표면에 음이온 고분자 코팅을 통한 파울링 현상 감소연구 (Study on the Fouling Reduction of the RO Membrane by the Coating with an Anionic Polymer)

  • 조은혜;정성일;임지원
    • 멤브레인
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    • 제22권6호
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    • pp.481-488
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    • 2012
  • 폴리아마이드 역삼투막 표면에 음이온 수용성 고분자인 poly(vinyl amine)(PVAm)을 코팅한 후 오염물질인 bovine serum albumin (BSA), humic acid (HA), sodium alginate (SA)에 대하여 파울링 개선효과가 있는지를 알아보고자 하였다. PVAm의 코팅과 파울링 여부는 scanning electron microscopy (SEM)을 통해 관찰하였다. BSA, HA, SA 100 ppm 공급원액을 이용하여 2, 4, 8 bar로 압력을 변화시켜 투과성능실험을 수행한 결과 PVAm으로 코팅되지 않은 막과 코팅된 막 모두 압력증가에 따라 파울링 현상이 심화되었으나 PVAm으로 코팅된 막이 BSA, HA, SA의 경우 모두에서 약 30%이상 투과도가 향상되어 파울링 개선효과가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. HA > SA > BSA의 순으로 파울링 개선효과가 나타났으며 HA의 경우 가장 두드러지게 나타났다.

금속 막의 정밀 여과 특성 및 간헐적 오존 처리에 의한 막 오염 저감 (Micro-Filtration Performance of Metal Membrane md Fouling Reduction by Intermittent Ozonation)

  • 김종오;정종태
    • 멤브레인
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    • 제14권1호
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    • pp.66-74
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    • 2004
  • 합성 하수 및 실제 하수를 이용한 금속 막의 정밀 여과 공정에서 분리 막의 전체 저항의 증가는 입자의 막 표면 축적에 의한 케이크 층의 저항 ($R_c$)에 가장 큰 영향을 받았다. 막 오염 저감을 위한 방법으로 오존 가스를 이용한 간헐적 역세정은 공기에 의한 경우보다 막 오염 저감에 훨씬 더 효과적인 것으로 나타났다. 운전 인자에 대한 영향으로 동일한 오존 주입량에서는 주입시간을 길게 하기보다는 주입 가스 유량을 크게 할수록 더 높은 막 투과 유속의 회복을 보였다. 여과시간이 길수록 오존가스를 이용한 막 오염 저감효과가 감소하는 것으로 나타나 부착층 및 막 내부에서 파울링 물질에 의한 비가역적인 막 오염이 발생하기 전에 막 세정을 실시하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

정유량 한외여과에서 자연대류 불안정성의 막오염 감소 및 임계 플럭스 증가 효과 (Effect of Natural Convection Instability on Reduction of Fouling and Increasing of Critical Flux in Constant-flow Ultrafiltration)

  • 장아름;남상원;염경호
    • 멤브레인
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    • 제22권5호
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    • pp.332-341
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    • 2012
  • 실리카 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각) 변화에 따라 발생되는 자연대류 불안정 흐름의 막오염 저감효과를 차압의 변화 정도를 측정하여 규명하였다. 막표면에 케이크 층을 형성함으로서 막오염을 발생시키는 나노 사이즈의 실리카 입자(평균 크기 = 7, 12, 22, 50 nm 및 78 nm)가 함유된 5가지 종류의 콜로이드 용액을 사용하여 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각 = $0^{\circ}{\sim}180^{\circ}$)에 따른 차압의 변화를 교반이 없는 dead-end 정유량 한외여과 실험을 통해 측정하였다. 상대적으로 크기가 작은 실리카 입자(7, 12 nm 및 22 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서 막모듈 경사각을 $30^{\circ}$ 이상으로 유지하면 막모듈에 자연대류 불안정 흐름이 발생되어 막오염 형성을 크게 억제시켜 차압의 증가가 거의 나타나지 않았다. 이 자연대류 불안정 흐름의 발생은 막표면에 형성된 실리카 케이크층의 벌크용액으로의 역이동(back transport)을 유발시킴으로서 차압의 증가를 억제시키는 막성능 개선 효과를 나타내었다. 그러나 상대적으로 크기가 큰 실리카 입자(50 및 78 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서는 자연대류 불안정 흐름 발생의 효과가 거의 없었다. 임계 플럭스 측정 결과 실리카 입자의 크기가 작을수록 그리고 막모듈 경사각이 클수록 막모듈에의 자연대류 불안정 흐름의 발생 강도가 커져 막오염 형성이 억제되었으며, 이로 인해 임계 플럭스가 증가하였다.

Biofilter pretreatment for the control of microfiltration membrane fouling

  • Park, Jae-Hyung;Satoshi Takizawa;Hiroyuki Katayama;Shinichiro Ohgaki
    • 한국막학회:학술대회논문집
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    • 한국막학회 2003년도 춘계 총회 및 학술발표회
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    • pp.31-38
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    • 2003
  • A pilot scale biofilter pretreatment-microfiltration system (BF-MF) was operated to investigate the effect of biofilter treatment in fouling reduction of microfiltration. Biofiltration was expected to reduce the membrane fouling by removal of turbidity and metal oxides. The hollow-fiber MF module with a nominal pore size of 0.1$\mu$m and a surface area of 8m$^2$ was submerged in a filtration tank and microfiltration was operated at a constant flux of 0.5 m/d. Biofiltration using polypropylene pellets was performed at a high filtration velocity of 320 m/d. Two experimental setups composed of MF and BF/MF, i.e., without and with biofilter pretreatment, were compared. Throughout the experimental period of 9 months, biofilter pretreatment was effective to reduce the membrane fouling, which was proved by the result of time variations of trans-membrane pressure and backwash conditions. The turbidity removal rate by biofiltration varied between 40% to 80% due to the periodic washing for biofilter contactor and raw water turbidity. In addition to turbidity, metals, especially Mn, Fe and Al were removed effectively with average removal rates of 89.2%, 67.8% and 64.9%, respectively. Further analysis of foulants on the used membranes revealed that turbidity and metal removal by biofiltration was the major effect of biofiltration pretreatment against microfiltration fouling.

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막오염에 의한 압축기 성능 저하가 발전용 가스터빈 설계점 성능에 미치는 영향에 관한 연구 (Performance degradation due to compressor fouling of an industrial gas turbine operating at design point condition)

  • 서진식;손정락;김재환;김동섭;노승탁
    • 한국유체기계학회 논문집
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    • 제6권3호
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    • pp.36-43
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    • 2003
  • Operating performance of industrial gas turbines in combined cycle power plants depends upon atmospheric conditions. Compressor fouling caused by airborne particles in the atmosphere and their adhesions on compressor blades is one of critical phenomena related to the performance degradation of industrial gas turbines. Compressor fouling provokes increase of pressure loss in inlet duct, decrease of mass flow rate of intake air and decrease of compressor stage efficiency. In this study, impacts of compressor fouling on the performance of an industrial gas turbine operating at design point condition are investigated analytically. As results, it is found that the reduction of produced power with decreased mass flow rate of intake air caused by narrowed flow area by the adhesion of airborne particles on compressor blades is the most dominant impact on the gas turbine performance by the compressor fouling phenomena.

공기조화기용 열교환기의 공기측 파울링 가속 특성 분석 (An experimental study of the air-side particulate fouling in finned-tube heat exchangers of air conditioners through accelerated tests)

  • 안영철;조재민;이재근;이현욱;안승표;윤덕현;강태욱;옥주호
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2003년도 춘계학술대회
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    • pp.1857-1862
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    • 2003
  • The air-side particulate fouling in the heat exchangers of HVAC applications degrades the performance of cooling capacity, pressure drop across a heat exchanger, and indoor air quality. Indoor and outdoor air contaminants foul heat exchangers. The purpose of this study is to investigate the fouling characteristics trough accelerated tests. The fouling characteristics are analyzed as functions of a dust concentration (1.28 and 3.84 $g/m^3$), a face velocity (0.5, 1.0, and 1.5 m/s), and a surface condition. The cooling capacity in the slitted finned-tube heat exchangers at the face velocity of 1 m/s decreases about 2% and the pressure drop increases up to 57%. The rate of build-up of fouling is observed to be 3 times slower for this three-fold reduction of dust concentration whilst still approaching the same asymptotic level.

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침지형 MBR 공정의 공기 세정 최적화를 통한 효율적 막 오염 제어 (Optimization of air scouring for an effective control of membrane fouling in submerged MBR)

  • 김준영;백병도;장인성
    • 상하수도학회지
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    • 제30권6호
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    • pp.645-652
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    • 2016
  • A membrane module including grid was designed and introduced to MBR (membrane bio-reactor) for the purpose of better control of membrane fouling. It could be anticipated that the grid enhances the shear force of fluid-air mixture into the membrane surface by even-distributing the fluid-air to the membrane module. As MLSS concentration, packing density which is expressed in the ratio of the housing and the cross-sectional area of membrane fibers ($A_m/A_t$) and air-flow rate were changed, membrane foulings were checked by monitoring fouling resistances. The total fouling resistance ($R_c+R_f$) without grid installation (i.e., control) was $2.13{\times}10^{12}m^{-1}$, whereas it was reduced to $1.69{\times}10^{12}m^{-1}$ after the grid was installed. Regardless of the grid installation, the $R_c+R_f$ increased as the packing density increased from 0.09 to 0.28, however, the increment of resistance for the grid installation was less than that of the control. Increase in the air flow rate did not always guarantee the reduction of fouling resistance, indicating that the higher air flow rate can partially de-flocculate the activated sludge flocs, which led to severer membrane fouling. Consequently, installation of grids inside the housing have brought a beneficial effect on membrane fouling and optimum air flow rate is important to keep the membrane lowering fouling.

Fouling and cleaning of a tubular ultrafiltration ceramic membrane

  • Siddiqui, Farrukh Arsalan;Field, Robert W.
    • Membrane and Water Treatment
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    • 제7권5호
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    • pp.433-449
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    • 2016
  • The successful application of cleaning protocols is vital for optimized filtration processes. A series of experiments with an ultrafiltration ceramic tubular membrane were carried out for the foulants dextran and carboxymethyl cellulose. Firstly, the impact on fouling of concentration changes was investigated with the increase in resistance being used as the key parameter. In the second phase, removal of reversible fouling was also investigated by employing intermittent rinsing consisting of a cold water rinse followed by a hot one. A comparative analysis for both foulants is reported. Across a range of concentrations and for both foulants, the reduction in resistance due to rinsing was found to depend upon concentration (C); it changed as $C^n$ where n was found to be 0.3. A plausible semi-theoretical explanation is given. Thirdly, for both foulants, the application of a combination of strong alkaline solutions with oxidizing agent (mainly sodium hypochlorite) followed by acid was found to be appropriate for cleaning of the ceramic membrane. The effect of increased temperature for cleaning agents followed by a warm water rinse contributed positively to the cleaning capability.

불균일계 술폰화에 의한 한외여과용 폴리에테르 술폰 막소재 합성과 fouling 감소효과 (Synthesis of Sulfonated Polyethersulfone Membrane Material for Ultrafiltration by Heterogeneous Sulfonation and Fouling Reduction Effect)

  • 김인철;최중구;최남석;김종호;탁태문
    • 멤브레인
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    • 제8권4호
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    • pp.210-219
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    • 1998
  • Fouling을 줄이기 위한 한외여과용 친수성 막을 제조하기 위해서 chlorosulfonic acid(CSA)를 사용하여 이온교환용량이 다른 여러 종류의 sulfonated polyethersulfone(SPES)을 불균일계에서 제조하고 특성조사를 하였다. CSA농도, 반응온도, 반응시간 등의 반응조건에 따른 반응도와 분해정도를 알아본 결과 10$\circ$C 이상의 온도와 0.05 mol 이상의 CSA 농도에서 효과적으로 반응이 일어나지만 고분자 주쇄의 분해가 심하게 일어나는 경향을 나타내었다. 술폰산기의 치환여부는 FTIR과 $^1$H-NMR로 확인할 수 있었다. 불균일계에서 개질된 SPES 한외여과막의 단백질에 의한 fouling 감소효과를 알아보기 위해 같은 투과성능을 갖는 막을 비용매인 DCM과 pore 형성제 PVP를 첨가제로 사용하여 막을 제조하였다. 이온교환용량이 증가함에 따라 투과속도는 감소하고 배제율은 상당히 증가되었다. 이런 결과는 SEM에 의해서도 확인할 수 있었다. Finger 구조가 사라지면서 top layer의 두께도 증가하였다. 비용매인 DCM에 의해서 치밀한 막을, pore 형성제인 PVP에 의해서 다공성 막을 제조할 수 있었다. 이온교환 용량이 높을수록 친수성이 증가하여 fouling을 감소시킬 수 있었다.

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