Published August 1, 2021
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A novel analytical approach for the estimation of shear in the oscillatory membrane microfiltration
- 1. University of Engineering and Technology Peshawar
- 2. Ghulam Ishaq Khan Institute of Engineering Sciences and Technology
Description
A novel analytical approach for estimating the shear rate over the membrane surface and away from the membrane surface as a result of the membrane oscillation has been presented. The model was developed and modified according to our system using the Stokes boundary layer equation. Generation of the shear over the membrane surface is an important phenomenon that not only mitigates the fouling but also enhances the separation efficiency. It is investigated that membrane oscillating frequency, amplitude and viscosity of the souring fluid are important parameters that influence the intensity of the shear on the membrane surface and away from the surface. The model presented was tested with various set of frequencies, amplitudes and viscosities. While, keeping the amplitude constant and changing the frequencies, ahigherintensity of shear over the membrane surface was noticed. On the other hand, keeping the frequency constant and changing the amplitude, a lower shear on the membrane surface was observed. Similarly, as expected, a lower shear over the membrane surface was noticed when the viscosity of the surrounding fluid was increased. The model was supported with the experimental results where separation of oil drops from produced water was the focus of the experiments conducted. It was clear from the experimental results that membrane oscillation enhanced the separation efficiency of the membrane used and therefore, concentration of oil drops in the permeate decreased. Further, the application of the shear was greatly influenced by the pore blocking; higher the shear rate; lower was the pore blocking and vice versa.
Translated Descriptions
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Translated Description (Arabic)
تم تقديم نهج تحليلي جديد لتقدير معدل القص على سطح الغشاء وبعيدًا عن سطح الغشاء نتيجة لتذبذب الغشاء. تم تطوير النموذج وتعديله وفقًا لنظامنا باستخدام معادلة طبقة حدود ستوكس. يعد توليد القص فوق سطح الغشاء ظاهرة مهمة لا تخفف من التلوث فحسب، بل تعزز أيضًا كفاءة الفصل. يتم التحقيق في أن تردد التذبذب الغشائي وسعة ولزوجة سائل الحامض هي معلمات مهمة تؤثر على شدة القص على سطح الغشاء وبعيدًا عن السطح. تم اختبار النموذج المقدم بمجموعة مختلفة من الترددات والسعات واللزوجة. مع الحفاظ على ثبات السعة وتغيير الترددات، لوحظ ارتفاع كثافة القص فوق سطح الغشاء. من ناحية أخرى، مع الحفاظ على التردد ثابتًا وتغيير السعة، لوحظ قص أقل على سطح الغشاء. وبالمثل، كما هو متوقع، لوحظ قص أقل فوق سطح الغشاء عندما زادت لزوجة السائل المحيط. تم دعم النموذج بالنتائج التجريبية حيث كان فصل قطرات الزيت عن المياه المنتجة محور التجارب التي أجريت. كان من الواضح من النتائج التجريبية أن تذبذب الغشاء عزز كفاءة فصل الغشاء المستخدم وبالتالي انخفض تركيز قطرات الزيت في النفاذية. علاوة على ذلك، تأثر تطبيق القص بشكل كبير بسد المسام ؛ ارتفاع معدل القص ؛ كان انخفاض انسداد المسام والعكس صحيح.Translated Description (French)
Une nouvelle approche analytique pour estimer le taux de cisaillement sur la surface de la membrane et à distance de la surface de la membrane à la suite de l'oscillation de la membrane a été présentée. Le modèle a été développé et modifié selon notre système en utilisant l'équation de la couche limite de Stokes. La génération du cisaillement sur la surface de la membrane est un phénomène important qui non seulement atténue l'encrassement, mais améliore également l'efficacité de la séparation. Il est étudié que la fréquence d'oscillation de la membrane, l'amplitude et la viscosité du fluide d'acidification sont des paramètres importants qui influencent l'intensité du cisaillement sur la surface de la membrane et loin de la surface. Le modèle présenté a été testé avec différents ensembles de fréquences, d'amplitudes et de viscosités. Alors que, en gardant l'amplitude constante et en changeant les fréquences, une intensité plus élevée de cisaillement sur la surface de la membrane a été remarquée. D'autre part, en maintenant la fréquence constante et en changeant l'amplitude, un cisaillement plus faible sur la surface de la membrane a été observé. De même, comme prévu, un cisaillement plus faible sur la surface de la membrane a été remarqué lorsque la viscosité du fluide environnant a été augmentée. Le modèle a été soutenu par les résultats expérimentaux où la séparation des gouttes d'huile de l'eau produite était au centre des expériences menées. Il ressortait clairement des résultats expérimentaux que l'oscillation de la membrane améliorait l'efficacité de séparation de la membrane utilisée et que, par conséquent, la concentration de gouttes d'huile dans le perméat diminuait. De plus, l'application du cisaillement a été fortement influencée par le blocage des pores ; plus le taux de cisaillement était élevé ; plus le blocage des pores était faible et vice versa.Translated Description (Spanish)
Se ha presentado un nuevo enfoque analítico para estimar la velocidad de cizallamiento sobre la superficie de la membrana y lejos de la superficie de la membrana como resultado de la oscilación de la membrana. El modelo se desarrolló y modificó de acuerdo con nuestro sistema utilizando la ecuación de la capa límite de Stokes. La generación del cizallamiento sobre la superficie de la membrana es un fenómeno importante que no solo mitiga el ensuciamiento, sino que también mejora la eficiencia de separación. Se investiga que la frecuencia de oscilación de la membrana, la amplitud y la viscosidad del fluido de acidificación son parámetros importantes que influyen en la intensidad del cizallamiento en la superficie de la membrana y lejos de la superficie. El modelo presentado se probó con varios conjuntos de frecuencias, amplitudes y viscosidades. Mientras que, manteniendo la amplitud constante y cambiando las frecuencias, se notó una mayor intensidad de cizallamiento sobre la superficie de la membrana. Por otro lado, manteniendo la frecuencia constante y cambiando la amplitud, se observó un menor cizallamiento en la superficie de la membrana. De manera similar, como se esperaba, se observó un menor cizallamiento sobre la superficie de la membrana cuando se aumentó la viscosidad del fluido circundante. El modelo fue respaldado con los resultados experimentales donde la separación de las gotas de aceite del agua producida fue el foco de los experimentos realizados. Quedó claro a partir de los resultados experimentales que la oscilación de la membrana mejoró la eficiencia de separación de la membrana utilizada y, por lo tanto, disminuyó la concentración de gotas de aceite en el permeado. Además, la aplicación del cizallamiento estuvo muy influenciada por el bloqueo de poros; mayor fue la velocidad de cizallamiento; menor fue el bloqueo de poros y viceversa.Files
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Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نهج تحليلي جديد لتقدير القص في الترشيح الدقيق للغشاء التذبذبي
- Translated title (French)
- Une nouvelle approche analytique pour l'estimation du cisaillement dans la microfiltration à membrane oscillante
- Translated title (Spanish)
- Un nuevo enfoque analítico para la estimación del cizallamiento en la microfiltración de membrana oscilatoria
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3133698028
- DOI
- 10.1016/j.envc.2021.100066
References
- https://openalex.org/W1593416200
- https://openalex.org/W1970477792
- https://openalex.org/W1980456726
- https://openalex.org/W1985832866
- https://openalex.org/W1987003999
- https://openalex.org/W1989948044
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- https://openalex.org/W3096935468
- https://openalex.org/W4234722702