1. UKM Learning and Research Repository
2. PHD Thesis / Tesis PHD
3. Faculty of Engineering and Built Environment / Fakulti Kejuruteraan dan Alam Bina

Title:	An improved fouling index incorporating crossflow effect for reverse osmosis membrane
Authors:	Koo Chai Hoon (P54653)
Supervisor:	Abdul Wahab Mohammad, Prof. Dato' Ir. Dr.
Keywords:	Osmosis membrane Fouling
Issue Date:	7-Mar-2014
Description:	Sejak 30 tahun lalu, indeks pengotoran (FI) telah digunakan secara meluasnya untuk meramal dan seterusnya mengawal pengotoran pada membran osmosis berbalik (RO). Indeks kerapatan padatan (SDI) and indeks pengotoran termodifikasi (MFI) adalah antara dua FI yang biasa digunakan dalam industri untuk menilai potensi pengotoran bersifat koloid dan organik pada membran RO. Namun demikian, kedua-dua indeks pengotoran tersebut mempunyai kelemahan masing-masing sehingga menjejaskan ketepatan ramalan yang dibuat. Kajian ini bermatlamat untuk menghasilkan satu peralatan pengukuran FI yang terperbaiki bagi peramalan pengotoran RO yang lebih tepat. Pertamanya, peralatan-peralatan MFI dan crossflow sampler-modified fouling index (CFS-MFI) dipasangkan. Untuk tujuan pengukuran CFS-MFIconst.flux, satu membran penurasan mikro yang berliang saiz 5 µm dipasang dalam sel CFS bagi menghasilkan kesan aliran silang sepertimana yang berlaku pada proses penurasan RO sebenar. Pengukuran CFS-MFIconst.flux adalah berasaskan kepada andaian bahawa butiran-butiran yang melepasi membran CFS akan terlekat pada membran penurasan ultra yang dipasang dalam unit hujung-mati MFI. Perfungsian dan kesahihan peralatan-peralatan yang baru dipasangkan ini diuji dengan menggunakan tiga jenis air kotoran, iaitu silika berkoloid dengan saiz butiran 70-100 nm, silika berkoloid dengan saiz butiran 22 nm, dan Aldrich humic acid (AHA). Keputusan ujian menunjukkan bahawa nilai-nilai CFS-MFIconst.flux adalah secara keseluruhannya lebih rendah daripada MFIconst.flux. CFS-MFIconst.flux juga mempunyai hubungan yang lebih rapat dengan corak pengotoran RO berbanding dengan MFIconst.flux. Seterusnya, skim eksperimen yang lebih terperinci telah dijalankan untuk memilih membran rujukan yang sesuai untuk peralatan baru ini. Lima jenis membran yang berbeza MWCO (PVDF150, PVDF100, PES30, PES10, NF1), dan tiga jenis air kotoran sintetik yang berlainan kepekatan telah diambilkira. Setiap data CFS-MFIconst.flux dihubungkaitkan dengan model penyekatan yang berkeadaan aliran malar. Penurasan kek (Cake filtration) didapati sebagai mekanisme pengotoran utama yang berlaku pada membran ujian CFS-MFIconst.flux. Ini adalah ditunjukkan oleh hubungkait yang terbaik dalam bentuk persamaan linear. Perlakuan mekanisme penurasan kek disahkan seterusnya melalui pemerhatian pada pemukaan atas and keratan rentas membran yang terkotor dengan menggunakan mikroskop elektron pengimbasan (SEM). Keputusan daripada analisis-analisis ini mencadangkan pemilihan membran rujukan adalah bergantung kepada air kotoran yang digunakan, iaitu membran PVDF100 dicadangkan untuk silika berkoloid 70-100 nm, membran PES10 untuk silika berkoloid 22 nm dan AHA. Akhirnya, peralatan baru ini diuji dengan menggunakan sampel air yang benar. Air laut and air sungai yang melalui prarawatan yang berbeza digunakan sebagai air suapan. Satu persamaan empirikal antara CFS-MFIconst.flux dan SDI telah berjaya dihasilkan: SDI = 2.118 ln (CFS-MFIconst.flux) - 11.13. Persamaan ini mempunyai nilai regresi, R2 = 0.964. Berdasarkan nilai SDI 3 sebagai penunjuk kepada pengotoran RO, adalah dijangkakan bahawa CFS-MFIconst.flux 789.5 s/L2 merupakan nilai penunjuk kepada kejadian pengotoran RO.,Over the past 30 years, fouling index (FI) has been widely used to predict, and hence to control fouling behaviour of reverse osmosis (RO) membrane. Silt density index (SDI) and modified fouling index (MFI) are two standard FI used for assessing colloidal and organic fouling potentials of feedwater in industrial RO membranes. However, both of the FI are subjected to weaknesses that impair their accuracy in predicting actual fouling mechanism. This study aims to develop an improved fouling index measuring device for better prediction of RO fouling. First, MFI and crossflow sampler-modified fouling index (CFS-MFI) measuring devices were set-up. For the CFS-MFIconst.flux measurement, a microfiltration membrane of 5 µm pore size was installed in the CFS cell to simulate the crossflow effect of an actual RO filtration process. The CFS-MFIconst.flux was developed based on the assumption that particles passing through the CFS membrane will deposit on the ultrafiltration membrane placed in the dead-end standard MFI. The functionality and reliability of the newly set-up devices were evaluated by using three synthetic foulants, namely 70-100 nm colloidal silica, 22 nm colloidal silica, and Aldrich humic acid (AHA). Results showed that the values of CFS-MFIconst.flux were consistently lower than the MFIconst.flux for all the experiments. The CFS-MFIconst.flux was also found to have a better fit to the RO profile obtained from the RO fouling test than the MFIconst.flux. Next, a more rigorous experimental scheme was adopted to select proposed reference membrane for the devices. Five membranes of different MWCO (PVDF150, PVDF100, PES30, PES10, NF1), and three synthetic foulants of varying concentrations were considered. Each CFS-MFIconst.flux test data was fitted into constant flux blocking models. Cake filtration was the dominant filtration mechanism in the CFS-MFIconst.flux tests, as demonstrated by the best fit in the linearised equation form. The cake filtration was further verified by observing the top surface and cross-sectional of fouled membranes using scanning electron microscopy (SEM) autopsy. The analysis results suggested that the proposed reference membrane varied with the model foulant used, i.e. PVDF100 membrane was proposed for 70-100 nm colloidal silica, PES10 membrane for 22 nm colloidal silica and AHA. Finally, the devices were tested with real samples. Seawater and river water that subjected to different pretreatment processes were used as feedwater. An empirical correlation between CFS-MFIconst.flux and SDI was successfully established: SDI = 2.118 ln (CFS-MFIconst.flux) - 11.13. The correlation yielded a regression value, R2 of 0.964. Based on the standard SDI value of 3 as an indicator of RO fouling, it is anticipated that the CFS-MFIconst.flux of 789.5 s/L2 could be a threshold value for RO fouling.,Ph.D.
Pages:	253
Call Number:	TD427.F68K645 2014 3 tesis
Publisher:	UKM, Bangi
Appears in Collections:	Faculty of Engineering and Built Environment / Fakulti Kejuruteraan dan Alam Bina

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.