Effects of Filtration for Lead Solutions and Effluent Organic Matter (EfOM) from Wastewater Treatment Systems for Affecting Rejection and Fouling with Nanofiltration (NF) Membrane
Abstract
งานวิจัยนี้ศึกษาการกำจัดสารละลายตะกั่วและสารอินทรีย์ในน้ำทิ้ง (EfOM) จากน้ำเสีย รวมถึงพฤติกรรมการลดลงของฟลักซ์และรูปแบบการอุดตันโดยใช้แบบจำลองของเฮอร์เมีย เยื่อกรองแบบนาโนผลิตจาก GE Water & Process Technologies รุ่น HL4040 FM ถูกใช้ทดสอบภายใต้การกรองแบบการไหลตายตัว ปัจจัย ที่ใช้ศึกษาได้แก่ ชนิดของสารละลายตะกั่ว (เลดไนเตรท Pb(NO3)2 และเลดคลอไรด์ PbCl2) และสารร่วมระหว่างสารละลายตะกั่วกับสารอินทรีย์ในน้ำทิ้ง สารละลายที่เตรียมมีความแรงประจุเท่ากับ 0.01 M และความเข้มข้นสารอินทรีย์ในน้ำทิ้งเท่ากับ 10 mg/L ที่มีค่าพีเอช 7 ขณะที่ความดันของเยื่อกรองเท่ากับ 60 psig จากผลการทดลองพบว่าสารละลาย Pb(NO3)2 และ PbCl2 มีค่าการกำจัดตะกั่วร้อยละ 84.47-88.14 และ 78.88-83.95 ตามลำดับ ในกรณีที่เป็นสารร่วมระหว่างสารละลายตะกั่วกับสารอินทรีย์ในน้ำทิ้งจากน้ำเสียพบว่าค่าการกำจัดตะกั่วเพิ่มขึ้น เป็นร้อยละ 90.08-92.49 และ 86.8-89.16 สำหรับสารละลาย Pb(NO3)2+EfOM และ PbCl2+EfOM ตามลำดับ นอกจากนี้ยังพบว่าเยื่อกรองแบบนาโนสามารถกำจัด EfOM ได้มากกว่าร้อยละ 95 ส่วนค่าฟลักซ์ ในรูปของ J/J0 พบว่าสารละลาย Pb(NO3)2 และ Pb(NO3)2+EfOM ให้ค่าการลดลงของฟลักซ์สูงสุด สำหรับรูปแบบการจำลองการอุดตันทางคณิตศาสตร์สอดคล้องกับรูปแบบจำลองการเกิดเค้ก (CFM) เนื่องจากการสะสมของตะกั่วและสารอินทรีย์บนผิวเยื่อกรองแบบนาโน
This research investigates the rejections of lead solution and effluent organic matter (EfOM) from wastewater, including flux decline behavior and fouling model using the Hermia model. The nanofiltration (NF) membrane obtained from GE Water & Process Technologies (model HL4040 FM) was operated under a dead-end stirred cell. Factors used in this study were the types of lead solutions (i.e., lead nitrate (Pb(NO3)2), lead chloride (PbCl2) and combined solutions between lead solution and EfOM. The prepared solutions contained an ionic strength of 0.01 M and EfOM concentration of 10 mg/L with pH 7, while the membrane operating pressure was operated at 60 psig. Experimental results found that the lead rejections of Pb(NO3)2 and PbCl2 solutions were 84.47-88.14% and 78.88-83.95%, respectively. In the case of a combined solution between lead solution and EfOM, the lead rejections increased to 90.08-92.49% and 86.8-89.16 % for Pb(NO3)2+EfOM and PbCl2+EfOM, respectively. In addition, the nanofiltration membrane could remove EfOM of more than 95%. For the flux value in terms of J/J0, it was found that the Pb(NO3)2 and Pb(NO3)2+EfOM solutions have the highest flux decline values. The mathematical fouling model was followed with the cake filtration model (CFM) due to lead-NOM accumulated on the NF membrane surface.
Keywords
[1] M.J. Gonzalez-Munoz, M. A. Rodriguez, S. Luque and J.R. Alvarez, Recovery of heavy metals from metal industry waste waters by chemical precipitation and nanofiltration, Desalination, 2006, 200(1-3), 742-744.
[2] B. Sandhya, and T.A. Kurniawan, Cr (VI) removal from synthetic wastewater using coconut shell charcoal and commercial activated carbon modified with oxidizing agents and/or chitosan, Chemosphere, 2004 54(7), 951-967.
[3] S. Prakash, M. Kumar, B.P. Tripathi and V. K. Shahi, Sol–gel derived poly (vinyl alcohol)-3-(2-aminoethylamino) propyl trimethoxy silane: Cross-linked organic–inorganic hybrid beads for the removal of Pb (II) from aqueous solution, Chemical Engineering Journal, 2010, 162(1), 28-36.
[4] F.M. Pang, P. Kumar, T.T. Teng, A.M. Omar and K.L. Wasewar, Removal of lead, zinc, and iron by coagulation–flocculation, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2011, 42(5), 809-815.
[5] J. Drzymala, J. Kapusniak and P. Tomasik, Removal of lead minerals from copper industrial flotation concentrates by xanthate flotation in the presence of dextrin, International Journal of Mineral Processing, 2003, 70(1-4), 147-155.
[6] V. Kumar, S. K. Dwivedi and S. Oh, A critical review on lead removal from industrial wastewater: Recent advances and future outlook. Journal of Water Process Engineering, 2022, 45, 102518.
[7] X. Rao, Q. Li, C. Inoue, I. Ahmad, J. Yi, Y. Liu and J. Zhang, Simultaneous removal of lead (II) and nitrate from water at low voltage, Journal of Water Process Engineering, 2019, 32, 100940.
[8] A. Bhatnagar and M. Sillanpaa, Removal of natural organic matter (NOM) and its constituents from water by adsorption–a review, Chemosphere, 2017, 166, 497-510.
[9] M. M. Matlock, B. S. Howerton and D.A. Atwood, Chemical precipitation of heavy metals from acid mine drainage, Water Research, 2002, 36(19), 4757-4764.
[10] M. Ghaedi, F. Ahmadi and A. Shokrollahi, Simultaneous preconcentration and determination of copper, nickel, cobalt and lead ions content by flame atomic absorption spectrometry, Journal of Hazardous Materials, 2007, 142(1-2), 272-278.
[11] D. Dong, L. Liu, X. Hua and Y. Lu, Comparison of lead, cadmium, copper and cobalt adsorption onto metal oxides and organic materials in natural surface coatings, Microchemical Journal, 2007, 85(2), 270-275.
[12] C.V. Gherasim, J. Cuhorka and P. Mikulasek, Analysis of lead (II) retention from single salt and binary aqueous solutions by a polyamide nanofiltration membrane: Experimental results and modelling, Journal of Membrane Science, 2013, 436, 132-144.
[13] A.E. Childress and M. Elimelech, Effect of solution chemistry on the surface charge of polymeric reverse osmosis and nanofiltration membranes, Journal of Membrane Science, 1996, 119(2), 253-268.
[14] V. Blet, Effluent decontamination, Encyclopedia of Nuclear Energy, Elsevier, 2021, 534-547.
[15] Y. Xu and R.E. Lebrun, Investigation of the solute separation by charged nanofiltration membrane: effect of pH, ionic strength and solute type, Journal of Membrane Science, 1999, 158(1-2), 93-104.
[16] C. V. Gherasim and P. Mikulasek, Influence of operating variables on the removal of heavy metal ions from aqueous solutions by nanofiltration, Desalination, 2014, 343, 67-74.
[17] C. Jarusutthirak, S. Mattaraj, and R. Jiraratananon, Influence of inorganic scalants and natural organic matter on nanofiltration membrane fouling. Journal of Membrane Science, 2007, 287(1), 138-145.
[18] J. E. Kilduff, S. Mattaraj, J. Sensibaugh, J. P. Pieracci, Y. Yuan and G. Belfort, Modeling flux decline during nanofiltration of NOM with poly (arylsulfone) membranes modified using UV-assisted graft polymerization, Environmental Engineering Science, 2002, 19(6), 477-495.
[19] T. Mohammadi, M. Kazemimoghadam, and M. Saadabadi, Modeling of membrane fouling and flux decline in reverse osmosis during separation of oil in water emulsions. Desalination, 2003, 157(1-3), 369-375.
[20] P. Eriksson, Water and salt transport through two types of polyamide composite membranes, Journal of Membrane Science, 1988, 36, 297-313.
[21] B.V. der Bruggen and C. Vandecasteele, Flux decline during nanofiltration of organic components in aqueous solution, Environmental science and technology, 2021, 35(17), 3535-3540.
[22] O.T. Mahlangu and B.B. Mamba, Interdependence of contributing factors governing dead-end fouling of nanofiltration membranes, Membranes, 2021, 11(1), 47.
[23] A.J.V. Reenen and R.D. Sanderson, Dynamically formed hydrous zirconium (IV) oxide-polyelectrolyte membranes VII. Poly (acrylic acid-co-vinyl acetate) and poly (acrylic acid-co-vinyl alcohol) membranes: The effect of feed salt concentration on membrane properties, Desalination, 1992, 85(3), 247-261.
[24] N. G. Her, Identification and characterization of foulants and scalants on NF membrane, Thesis, University of Colorado at Boulder, USA, 2002.
[25] J. Guo, H. Liu, J. Liu and L. Wang, Ultrafiltration performance of EfOM and NOM under different MWCO membranes: Comparison with fluorescence spectroscopy and gel filtration chromatography, Desalination, 2014, 344, 129-136.
DOI: 10.14416/j.ind.tech.2024.12.010
Refbacks
- There are currently no refbacks.
