1. IntroductionCoal mining has been

1. Introduction
Coal mining has been an important industry in many parts of the world including Australia. Large amounts
of brackish water need to be pumped out to the surface from the workings of mines and good quality water is
Corresponding author. Tel.: [phone]; Fax: [phone].
E-mail address: [e-mail].
Available online at www.sciencedirect.com
© 2013 The Authors. Published by Elsevier B.V.
Selection and peer review under responsibility of Asia-Pacific Chemical, Biological & Environmental Engineering Society
Open access under CC BY-NC-ND license.
Open access under CC BY-NC-ND license.
158 M. Sivakumar et al. / APCBEE Procedia 5 ( 2013 ) 157 – 162
also needed for various coal cleaning operations. Several processes such as mill, flotation and refining cause
mine water quality deterioration with low pH, high sulphate content and different dissolution of dissolved ions
[1]. Therefore, treatment of the contaminated water from a coalmine prevents serious damage to receiving
waters and their ecosystems and can be reclaimed for other purposes. Water management in mining advocates
a sustainable approach of using non optimal water instead of fresh water sources. Use of wetlands for mine
waste water treatment in order to remove inorganic pollutants and the application of lime and sulphides,
followed by ion exchange in precipitation of heavy metals were studied [2,3]. Although, a number of
technologies have begun to address the treatment of mine water, very few studies have focused on low energy
and chemical free treatment techniques. The main aim of this study is to develop a technology that can
produce a high quality effluent along with low energy consumption without any usage of chemicals.
The use of membrane separation technologies in brackish water treatment are the result of the tightening of
environmental regulations being placed on industry [4]. Membrane distillation (MD), a thermally driven
physical separation process, comprises of four configurations such as direct contact membrane distillation,
sweeping gas membrane distillation, air gap membrane distillation and Vacuum Membrane Distillation (VMD)
[5]. A convective transport process occurs in VMD using a vacuum pressure on permeate side of the
membrane to reduce the pressure below the saturation pressure of feed solution. The hydrophobic nature of
the membrane prevents liquid solution from entering its pores and assists in the creation of a liquid-vapor
boundary layer. The VMD system has a number of advantages over conventional MD techniques. Perhaps the
most significant advantage is the production of pure distilled water at lower operating temperatures, resulting
in lower operating costs [6]. Therefore, lower energy requirements are needed to achieve similar flux rates
compared to other distillation and desalination processes [7]. VMD is a promising technology that has the
potential to become as important as conventional distillation and pressure driven membrane technologies for
water desalination [8]. Experimental monitoring of the performance of VMD and studying the sensitivity of
flux to feed flow rates, temperatures and vacuum pressures will help to identify specific correlations that these
parameters have on flux, contaminant removal, and thereby increasing reuse potential and treatment
optimization.
2. Theoretical Background
Various types of mass transport mechanism are identified such as Knudsen flow model, viscous flow
model, ordinary molecular diffusion model and/or a combination of the above to describe the flux through a
MD system [5]. Both molecule-molecule and molecule-pore wall interaction occurs in a VMD process, hence
the mass transport within the Knudsen-viscous transition region is considered [5]. For this case, the equation
(1) is used to determine the clean water mass flux N (kg/m2
-s), however, it is noted that the saturation pressure
on the RHS of the equation (part of ) is a function of heat transfer which in turn dependent on the mass
flow rate (N) of vapor [5].
8
8
3
2 2 2
1
r P
M
r RT
RT
p N p p (1)
Where rp is pore radius (m) boundary and permeate side (kPa), M is
molecular weight of water vapor (g/mol), is vapor viscosity (Pa-s), R is universal gas constant (J/kg-K), is
the membrane pore tortuosity (m), is membrane porosity (-), T is temperature in Kelvin and P is mean
pressure within pores (Pa). The actual mass flux will have to be calculated based on a simple iterative
technique.
M. Sivakumar et al. / APCBEE Procedia 5 ( 2013 ) 157 – 162 159
3. Materials and Methods
In the VMD process, mine water in contact with feed side of the membrane is vaporized through the
permeate side which is then condensed back into liquid state. The VMD system is shown schematically in Fig.
1. Mine water is heated and circulated through the membrane module by a digitally controlled Masterflex
peristaltic pump. The Emflon PFR filter cartridge (Pall, Australia) contains a double layer PTFE membrane
which is hydrophobic, chemically inert and designed for removal of bacteria and viruses acts as a barrier
between aqueous and gas phases. The surface area and pore diameter of the membrane module are 0.8 m2 and
0.2 μm, respectively. A vacuum pump (Javac) is used to create a vacuum pressure through the condenser at
the permeate side of the membrane.
Fig. 1. VMD experimental arrangement
The effect of feed water temperature was investigated in this study by varying the temperature between 55
to 75 C. The effect of feed water flow rate on flux was analyzed during experimentation, initially testing flow
rates of 500 to 2000 mL/min. The vacuum pressure was varied between 5 to 20 kPa (abs) by incorporating a
valve onto the vacuum pump and the flux response was investigated. Initial feed solution is made up of NaCl
using varying concentrations (0-21 g/L) in order to simulate fresh, brackish and seawater. Finally, saline mine
water collected from a local mine site located in Appin NSW was used.
4. Results and Discussion
Experiments were first carried out using distilled water and saline solutions that were made by combining
NaCl with distilled water. The variation of flux permeation rate with temperature, feed flow rate, vacuum
pressure and salinity of feed water is investigated while in each test other parameters remained constant with a
vacuum pressure of 5 kPa, feed water temperature of 65 C, feed water flow rate of 1000 mL/min and salinity
concentration of 0 g/L. Feed water temperature had a considerable effect on vapor permeation flux for a given
set of experimental conditions as shown in Fig. 2(a). The experimental data fits well with the modeled
permeate flux using equation 1. It is clear that both the experimental and modeled flux steadily rises as feed
water temperature increases. This can be attributed to the fact that water vapor pressure as a driving force for
water vaporization increases with rise in temperature. Fig. 2(b) illustrates that an increase in absolute pressure
on the permeate side of the membrane results in a severe decline in permeate flux rate due to a significant
reduction in the driving force for transmembrane flux. These results are consistent with the equation 1 and
many of the findings in the literature [5].
Experimental data show a small increase in flux with varying flow rate and this observation is well
160 M. Sivakumar et al. / APCBEE Procedia 5 ( 2013 ) 157 – 162
supported by the model prediction as shown in Fig. 3 (a). The most significant advantages of using VMD for
desalination purposes is the negligible effects that increasingly salinity concentration has on the flux output.
Fig. 3(b) illustrates the effect of increasing feed water salinity concentration on flux performance. The
permeate flux rate decreases slightly as NaCl concentration increases because of the influence of the salt
accumulation on the membrane surface. The increase in salinity also influences the temperature and
concentration polarization phenomena resulting in a slight decline in flux. The various parameters that
contribute to flux throughput is presented in Fig. 4. From the variables studied, vacuum pressure was found to
have the most significant effect on flux followed by water temperature.
Fig. 2.(a) Effects of feed water temperature on flux; (b) Effects of pressure on flux. ( ) Modeled flux (Eq.1), ( ) Experimental flux.
Fig. 3.(a) Effects of feed water flow rate on flux; (b) Effects of salinity on flux. ( ) Modeled flux (Eq.1), ( ) Experimental flux.
Fig. 4. The contribution of four parameters on flux.
Pressure 51%
Temperature 42%
Flow rate 5%
Salinity 2%
M. Sivakumar et al. / APCBEE Procedia 5 ( 2013 ) 157 – 162 161
Fig. 5.(a) Flux decline in treatment of mine water; (b) Removal efficiency of TDS in treatment of mine water. ( ) Modeled flux (Eq.1),
( ) Experimental flux, ( ) Removal efficiency.
The treatment of mine water being discharged by a local coal mine was investigated by running the sample
through the VMD system for 90 minutes and the flux were measured at various time intervals. A decrease in
flux of 5.3% was observed over the 90 minute duration as shown in Fig. 5(a). This was mainly due to the
deposition of inorganic precipitates and other particulates within the water source. High TDS removal
efficiency of 99.9 ± 0.05% was achieved in this experiment as shown in Fig. 5(b). Table 1 presents the
average results from water quality analysis of mine water treatment. The pH values dropped between the feed
water and permeate caused by the removal of alkalinity as calcium carbonate and adsorption of carbon
dioxide in the permeate. The removal efficiency of major ions and metals was investigated by measuring the
concentration in feed water and permeate samples using atomic absorption spectroscopy. Removal efficiency
remained about 98% for Fe and recorded 100% in all cases for Al.
Table 1. Water quality analysis of mine water
Parameter (mg/L) Feed water Permeate % Removal
TDS 2332 2.66 99.9
pH 7.68 6.32 N/A
Calcium 14.4

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

1. บทนำการทำเหมืองถ่านหินมีอุตสาหกรรมสำคัญในหลายส่วนของโลกรวมถึงออสเตรเลีย จำนวนมากน้ำเป็นน้ำกร่อยต้องการจะสูบออกพื้นผิวจากการทำเหมืองและคุณภาพดีผู้ที่เกี่ยวข้อง โทรศัพท์: + 61-2-42213055 โทรสาร: + 61-2-42214644ที่อยู่อีเมล์: [e-mail]มีออนไลน์ที่ www.sciencedirect.com© 2013 ผู้เขียน เผยแพร่ โดย Elsevier b.vตรวจทานตัวเลือกและเพียร์ภายใต้ความรับผิดชอบภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกเคมี ชีวภาพ และ สมาคมวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมเข้าเปิดภายใต้ลิขสิทธิ์ของ CC BY-NC-NDเข้าเปิดภายใต้ลิขสิทธิ์ของ CC BY-NC-ND158 ม. Sivakumar et al. / APCBEE Procedia 5 (2013) 157-162นอกจากนี้ยัง จำเป็นสำหรับถ่านหินต่าง ๆ ที่ดำเนินการทำความสะอาด กระบวนการต่าง ๆ เช่นโรงงานผลิต flotation และกลั่นสาเหตุเหมืองน้ำคุณภาพเสื่อมสภาพ มีค่า pH ต่ำ ซัลเฟตสูงเนื้อหา และประจุส่วนยุบยุบแตกต่างกัน[1] . ดังนั้น บำบัดน้ำปนเปื้อนจากการ coalmine ป้องกันความเสียหายเพื่อรับน้ำทะเลและระบบนิเวศของตน และสามารถเรียกคืนสำหรับวัตถุประสงค์อื่น จัดการน้ำสนับสนุนการทำเหมืองแร่แนวทางที่ยั่งยืนของการใช้น้ำที่ไม่เหมาะสมแทนแหล่งน้ำ ใช้พื้นที่ชุ่มน้ำในเหมืองบำบัดน้ำเสียเพื่อเอาสารมลพิษอนินทรีย์และแอพลิเคชันของมะนาวและ sulphidesตาม ด้วยการแลกเปลี่ยนไอออนในฝนของโลหะหนักที่ศึกษา [2,3] ถึงแม้ว่า จำนวนเทคโนโลยีได้เริ่มการรักษาน้ำเหมือง การศึกษาน้อยมากมีมุ่งเน้นพลังงานต่ำและเทคนิคการบำบัดเคมีฟรี จุดมุ่งหมายหลักของการศึกษานี้คือการ พัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถผลิตน้ำคุณภาพสูงพร้อมการใช้พลังงานต่ำโดยไม่ใช้สารเคมีการใช้เทคโนโลยีการแยกเยื่อในน้ำกร่อยเป็นผลขันของกฎหมายสิ่งแวดล้อมบนอุตสาหกรรม [4] เมมเบรนกลั่น (MD), ขับเคลื่อนแพกระบวนการแยกทางกายภาพ ประกอบด้วยโครงสี่เช่นกลั่นโดยตรงติดต่อเมมเบรนเรากลั่นก๊าซเมมเบรน อากาศช่องว่างของเยื่อกลั่น และกลั่นสุญญากาศเมมเบรน (VMD)[5] เกิดกระบวนการขนส่งด้วยการพา VMD ใช้ความดันสูญญากาศบน permeate ด้านการเมมเบรนเพื่อลดแรงกดดันต่ำกว่าความดันอิ่มตัวของอาหาร ลักษณะ hydrophobicเมมเบรนป้องกันไม่ให้โซลูชันของเหลวป้อนของรูขุมขน และช่วยในการสร้างของเหลวไอน้ำชั้นขอบเขตการ ระบบ VMD มีหมายเลขของข้อได้เปรียบกว่าเทคนิค MD บางทีการประโยชน์ที่สำคัญคือ การผลิตน้ำกลั่นบริสุทธิ์ที่ต่ำกว่าอุณหภูมิ เกิดลดการดำเนินงานค่าใช้จ่าย [6] ดังนั้น ความต้องการพลังงานต่ำมีความจำเป็นเพื่อให้บรรลุอัตราไหลคล้ายเปรียบเทียบกับกระบวนอื่น ๆ กลั่นและ desalination [7] VMD เป็นเทคโนโลยีสัญญาที่มีการศักยภาพเป็นสำคัญเท่ากับการกลั่นแบบธรรมดาและความดันที่ขับเคลื่อนเทคโนโลยีเมมเบรนน้ำ desalination [8] ตรวจสอบประสิทธิภาพของ VMD ทดลองและศึกษาความไวของฟลักซ์เพื่อดึงข้อมูลอัตราการไหล อุณหภูมิ และแรงดันสุญญากาศจะช่วยให้คุณระบุความสัมพันธ์ที่เฉพาะที่นี่พารามิเตอร์มีฟลักซ์ กำจัดสารปนเปื้อน และเพิ่มนำศักยภาพและรักษาเพิ่มประสิทธิภาพการ2. ทฤษฎีเบื้องหลังระบุกลไกการขนส่งมวลชนชนิดต่าง ๆ เช่นรุ่น Knudsen ไหล ไหลความหนืดแบบจำลอง จำลองการแพร่ธรรมดา และ/หรือชุดข้างต้นอธิบายการไหลผ่านตัวระบบ MD [5] โต้ผนังโมเลกุลโมเลกุลและโมเลกุลรูขุมขนที่เกิดขึ้นใน VMD กระบวนการ ดังนั้นการขนส่งมวลชนในภูมิภาคเปลี่ยน Knudsen ข้นถือว่า [5] ในกรณีนี้ สมการ(1) ถูกใช้เพื่อกำหนดน้ำสะอาดไหลมวล N (kg/m2-s), ไร ไว้ที่ความดันอิ่มตัวบน rhs ไม่ของสมการ (หนึ่ง) เป็นฟังก์ชันของความร้อนที่ถ่ายโอนเปิดขึ้นอยู่กับมวลอัตราไหล (N) ของไอน้ำ [5]8832 2 21r PMr RTRTp p p N (1)Rp เป็นขอบเขตรัศมี) รูขุมขน และ permeate ด้าน (kPa), M คือน้ำหนักโมเลกุลของไอน้ำ (g/โมล), ไอน้ำความหนืด (Pa-s) R คือสากลคือค่าคงของแก๊ส (J/kg-K),tortuosity รูของเมมเบรน (m), เป็นเยื่อ porosity (-), T คือ อุณหภูมิในเคลวิน และ P คือ ค่าเฉลี่ยความดันภายในรูขุมขน (Pa) ฟลักซ์มวลแท้จริงจะต้องมีคำนวณซ้ำที่เรียบง่ายตามเทคนิคการ ม. Sivakumar et al. / APCBEE Procedia 5 (2013) 157-162 1593. วัสดุและวิธีการในกระบวนการ VMD เหมืองน้ำกับข้างตัวดึงข้อมูลของเมมเบรนจะระเหยผ่านการpermeate ข้างที่เป็นแล้วบีบเข้าไปในสถานะของเหลว ระบบ VMD จะแสดง schematically ในฟิก1. เหมืองน้ำถูกความร้อน และหมุนเวียนไปผ่านโมดูลเมมเบรน โดย Masterflex ควบคุมแบบดิจิทัลปั๊ม peristaltic ตลับกรองของ Emflon PFR (แถบวาย ออสเตรเลีย) ประกอบด้วยสองชั้นเมมเบรน PTFEซึ่งเป็น hydrophobic สารเคมี inert และออกแบบมาสำหรับการกำจัดแบคทีเรียและไวรัสทำหน้าที่เป็นอุปสรรคระหว่างอควี และแก๊สระยะ พื้นที่ผิวและรูขุมขนเส้นผ่าศูนย์กลางของโมเมมเบรนเป็น 0.8 m2 และ0.2 μm ตามลำดับ ปั๊มสุญญากาศ (Javac) ใช้ในการสร้างความดันสูญญากาศผ่านเครื่องควบแน่นที่ด้าน permeate ของเยื่อFig. 1 จัดทดลอง VMDผลของอุณหภูมิน้ำที่ตัวดึงข้อมูลถูกตรวจสอบในการศึกษานี้ โดยแตกต่างกันอุณหภูมิระหว่าง 55การค. 75 ผลของอัตราการไหลน้ำอาหารไหลถูกวิเคราะห์ในระหว่างการทดลอง ขั้นตอนการทดสอบเริ่มต้นราคา 500-2000 mL/นาที ความดันสูญญากาศแตกต่างกันระหว่าง 5-20 kPa (abs) โดยเพจวาล์วปั๊มสุญญากาศและการตอบสนองไหลถูกสอบสวน โซลูชันเริ่มต้นอาหารขึ้นเป็น NaClใช้ความเข้มข้นแตกต่างกัน (0-21 g/L) เพื่อจำลองสด กร่อยและน้ำทะเล สุดท้าย saline เหมืองน้ำที่รวบรวมจากท้องถิ่นฉันใช้อยู่เย็น Appin ไซต์4. ผล และการสนทนาทดลองได้ก่อนดำเนินการโดยใช้น้ำกลั่นและโซลูชั่น saline ที่ทำ โดยรวมNaCl ด้วยน้ำกลั่น ความแปรปรวนของอัตราไหลซึมอุณหภูมิ อัตราการไหลของอาหาร เครื่องดูดฝุ่นความดันและความเค็มของอาหารสัตว์น้ำจะสอบสวนในขณะที่ในการทดสอบแต่ละ พารามิเตอร์อื่น ๆ ยังคงคงที่ด้วยการความดันสูญญากาศของ 5 kPa อาหารน้ำอุณหภูมิ 65 C อาหารอัตราการไหลของน้ำ 1000 mL/min และเค็มความเข้มข้นของ g 0 L. อาหารน้ำอุณหภูมิมีผลมากในการไหลซึมของไอน้ำในการกำหนดตั้งค่าเงื่อนไขการทดลองดังที่แสดงใน Fig. 2(a) ข้อมูลทดลองเหมาะสมดีกับการสร้างแบบจำลองpermeate ฟลักซ์ที่ใช้สมการ 1 เป็นที่ชัดเจนว่า ทั้งไหลทดลอง และสร้างแบบจำลองอย่างต่อเนื่องมาเป็นอาหารน้ำอุณหภูมิเพิ่มขึ้น นี้สามารถเกิดจากการน้ำระเหยกลายเป็นแรงผลักดันสำหรับเพิ่มขึ้นกลายเป็นไอน้ำกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น Fig. 2(b) แสดงที่การเพิ่มขึ้นของความดันสัมบูรณ์ด้าน permeate เยื่อผลตกต่ำอย่างรุนแรงในอัตราไหล permeate เนื่องจากเป็นสำคัญลดแรงผลักดันในการไหล transmembrane ผลลัพธ์เหล่านี้จะสอดคล้องกับสมการที่ 1 และจำนวนมากที่พบในวรรณคดี [5]ข้อมูลทดลองแสดงการเพิ่มขึ้นเล็กไหลด้วยอัตราการไหลแตกต่างกัน และการสังเกตนี้เป็นอย่างดี160 เมตร Sivakumar et al. / APCBEE Procedia 5 (2013) 157-162สนับสนุน โดยคาดเดารูปแบบดังแสดงใน (a) 3 Fig. ประโยชน์ที่สำคัญของการใช้ VMD สำหรับวัตถุประสงค์ desalination ผลระยะที่มากขึ้นเข้มข้นเค็มมีไหลออกได้Fig. 3(b) แสดงให้เห็นถึงผลของความเข้มข้นเค็มอาหารสัตว์น้ำเพิ่มขึ้นไหลประสิทธิภาพ ที่permeate ไหลอัตราลดลงเล็กน้อยเป็น NaCl ความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเนื่องจากอิทธิพลของเกลือสะสมบนพื้นผิวเมมเบรน เพิ่มเค็มนอกจากนี้ยังมีผลต่ออุณหภูมิ และปรากฏการณ์การโพลาไรซ์ความเข้มข้นในฟลักซ์ลดลงเล็กน้อย พารามิเตอร์ต่าง ๆ ที่การไหลสูงจะแสดงใน Fig. 4 จากตัวแปรที่ศึกษา ความดันสูญญากาศพบมีผลสำคัญที่สุดไหลตามอุณหภูมิน้ำFig. 2 (ก) ผลของอุณหภูมิอาหารน้ำการไหล (ข) ผลของความดันการไหล จำลอง()ไหล (Eq.1), ()ไหลทดลองFig. 3 (ก) ผลของอัตราการไหลน้ำอาหารไหล (ข) ผลของเค็มการไหล จำลอง()ไหล (Eq.1), ()ไหลทดลองFig. 4 สัดส่วนของพารามิเตอร์ทั้งสี่ในฟลักซ์ความดัน 51%อุณหภูมิ 42%อัตราไหล 5%เค็ม 2% ม. Sivakumar et al. / APCBEE Procedia 5 (2013) 157-162 161Fig. 5 (ก) ฟลักซ์ลดลงบำบัดน้ำเหมือง (ข) เอาประสิทธิภาพของ TDS ในบำบัดน้ำเหมือง ฟลักซ์()จำลอง (Eq.1),()ไหลทดลอง, ()ประสิทธิภาพในการกำจัดการรักษาน้ำเหมืองที่ถูกปล่อยออกจากถ่านหินเป็นถิ่นฉันถูกตรวจสอบ โดยการเรียกใช้ตัวอย่างผ่านการ VMD ระบบสำหรับ 90 นาทีและฟลักซ์ถูกวัดในช่วงเวลาต่าง ๆ ลดลงฟลักซ์ 5.3% ถูกตรวจสอบผ่านระยะเวลา 90 นาทีดังแสดงใน Fig. 5(a) คือส่วนใหญ่ครบกำหนดต้องการสะสมของ precipitates อนินทรีย์และอื่น ๆ ฝุ่นละอองภายในแหล่งน้ำ เอา TDS สูงประสิทธิภาพ 99.9 ± 0.05% สำเร็จในการทดลองนี้แสดงใน Fig. 5(b) ตารางที่ 1 แสดงการค่าเฉลี่ยผลลัพธ์จากการวิเคราะห์คุณภาพน้ำของเหมืองน้ำ ค่า pH ที่ลดลงระหว่างตัวดึงข้อมูลน้ำ และ permeate จากการเอาน้ำยาเป็นแคลเซียมคาร์บอเนตและดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ใน permeate ประสิทธิภาพการกำจัดประจุสำคัญและโลหะถูกตรวจสอบ โดยการวัดการความเข้มข้นในอาหารน้ำ และ permeate ตัวอย่างใช้กการดูดกลืนโดยอะตอม ประสิทธิภาพในการกำจัดยังคง ประมาณ 98% สำหรับ Fe และบันทึก 100% ในทุกกรณีสำหรับอัลตารางที่ 1 วิเคราะห์คุณภาพน้ำน้ำเหมืองพารามิเตอร์ (mg/L) อาหารน้ำ Permeate %เอาTDS 2332 2.66 99.9pH 7.68 6.32 n/aแคลเซียม 14.4

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

1. บทนำ
การทำเหมืองถ่านหินที่ได้รับอุตสาหกรรมที่สำคัญในหลายส่วนของโลกรวมทั้งออสเตรเลีย จำนวนมาก
ของน้ำกร่อยจะต้องมีการสูบออกไปยังพื้นผิวที่ได้จากการทำงานของการทำเหมืองแร่และน้ำที่มีคุณภาพดีเป็น
ผู้เขียนที่สอดคล้องกัน Tel .: + 61-2-42213055; แฟกซ์:. + 61-2-42214644
E-mail address:. [e-mail]
ออนไลน์ว่างที่ www.sciencedirect.com
© 2013 ผู้เขียน จัดทำโดย Elsevier BV
การคัดเลือกและการทบทวนภายใต้ความรับผิดชอบของเอเชียแปซิฟิกเคมีชีวภาพและวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมสังคม
เข้าถึงเปิดภายใต้ใบอนุญาต CC BY-NC-ND.
เข้าถึงเปิดภายใต้ใบอนุญาต CC BY-NC-ND.
158 เมตร Sivakumar et al, / APCBEE Procedia 5 (2013) 157 - 162
ยังจำเป็นสำหรับการดำเนินการทำความสะอาดถ่านหินต่างๆ กระบวนการหลายอย่างเช่นโรงงานลอยอยู่ในน้ำและการกลั่นสาเหตุ
การเสื่อมสภาพของคุณภาพน้ำที่มีค่า pH เหมืองต่ำเนื้อหาซัลเฟตสูงและการสลายตัวที่แตกต่างกันของไอออนที่ละลายในน้ำ
[1] ดังนั้นการรักษาของน้ำที่ปนเปื้อนจากเหมืองถ่านหินป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายร้ายแรงที่จะได้รับ
น้ำและระบบนิเวศของพวกเขาและสามารถเรียกคืนเพื่อวัตถุประสงค์อื่น ๆ การบริหารจัดการน้ำในการทำเหมืองสนับสนุน
วิธีการที่ยั่งยืนของการใช้น้ำที่ดีที่สุดไม่ใช่แทนแหล่งน้ำจืด การใช้งานของพื้นที่ชุ่มน้ำสำหรับเหมือง
บำบัดน้ำเสียเพื่อที่จะเอาสารมลพิษนินทรีย์และการประยุกต์ใช้ปูนขาวและซัลไฟด์,
ตามด้วยการแลกเปลี่ยนไอออนในการตกตะกอนของโลหะหนักศึกษา [2,3] แม้ว่าจำนวนของ
เทคโนโลยีได้เริ่มที่จะอยู่ที่การบำบัดน้ำเหมืองการศึกษาน้อยมากที่ได้มุ่งเน้นไปที่พลังงานต่ำ
และเคมีเทคนิคการรักษาฟรี จุดมุ่งหมายหลักของการศึกษาครั้งนี้คือการพัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถ
ผลิตน้ำทิ้งที่มีคุณภาพสูงพร้อมกับการใช้พลังงานต่ำโดยไม่ต้องใช้สารเคมีใด ๆ .
การใช้เทคโนโลยีการแยกเยื่อในการบำบัดน้ำกร่อยเป็นผลมาจากการกระชับของ
กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่ถูกวางไว้ เกี่ยวกับอุตสาหกรรม [4] กลั่นเมมเบรน (MD) ที่ขับเคลื่อนด้วยความร้อน
กระบวนการแยกทางกายภาพประกอบด้วยสี่การกำหนดค่าการกลั่นเช่นเยื่อติดต่อโดยตรง
กลั่นเมมเบรนก๊าซกวาดกลั่นเยื่อช่องว่างอากาศและดูดกลั่นเมมเบรน (VMD)
[5] ขั้นตอนการขนส่งไหลเวียนเกิดขึ้นใน VMD โดยใช้ความดันสูญญากาศในด้านของการซึมผ่าน
เยื่อเพื่อลดความดันต่ำกว่าความดันอิ่มตัวของการแก้ปัญหาอาหาร ธรรมชาติของน้ำ
เมมเบรนจะช่วยป้องกันการแก้ปัญหาสภาพคล่องจากการเข้าสู่รูขุมขนและช่วยในการสร้างของเหลวไอ
เขตแดนชั้น ระบบ VMD มีจำนวนของข้อได้เปรียบกว่าเทคนิค MD ธรรมดา บางทีอาจจะเป็น
ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดคือการผลิตน้ำกลั่นบริสุทธิ์ที่ต่ำกว่าอุณหภูมิการทำงานส่งผลให้
ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่ลดลง [6] ดังนั้นการลดความต้องการพลังงานที่มีความจำเป็นเพื่อให้บรรลุอัตราการไหลของของเหลวที่คล้ายกัน
เมื่อเทียบกับการกลั่นอื่น ๆ และกระบวนการกลั่นน้ำทะเล [7] VMD เป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มที่มี
ศักยภาพที่จะกลายเป็นสิ่งที่สำคัญเป็นกลั่นธรรมดาและความดันที่ขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยีเมมเบรนสำหรับ
กลั่นน้ำทะเล [8] การตรวจสอบการทดลองการปฏิบัติงานของ VMD และศึกษาความไวของ
ฟลักซ์ที่จะเลี้ยงอัตราการไหลของอุณหภูมิและความดันสูญญากาศจะช่วยในการระบุความสัมพันธ์ที่เฉพาะเจาะจงว่าสิ่งเหล่านี้
มีอยู่ในพารามิเตอร์ฟลักซ์กำจัดสารปนเปื้อนและจึงเพิ่มศักยภาพนำมาใช้ใหม่และการรักษา
เพิ่มประสิทธิภาพ.
2 ประวัติความเป็นมาทฤษฎี
ประเภทต่างๆของกลไกขนส่งมวลชนจะมีการระบุเช่นแบบจำลองการไหล Knudsen ไหลหนืด
แบบรูปแบบการแพร่กระจายโมเลกุลสามัญและ / หรือการรวมกันดังกล่าวข้างต้นในการอธิบายการไหลผ่าน
ระบบ MD [5] ทั้งสองโมเลกุลโมเลกุลโมเลกุลและผนังรูขุมขนมีปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นในกระบวนการ VMD จึง
ขนส่งมวลชนในภูมิภาคการเปลี่ยนแปลง Knudsen หนืดจะถือ [5] สำหรับกรณีนี้สมการที่
(1) จะใช้ในการตรวจสอบมวลน้ำสะอาดฟลักซ์ N (กก. / m2
-s) แต่เป็นที่สังเกตว่าความดันอิ่มตัว
ในแกนขวาของสมการ (ส่วนหนึ่งของ) เป็นหน้าที่ของ การถ่ายเทความร้อนซึ่งจะขึ้นอยู่กับมวล
อัตราการไหล (N) ของไอ [5].
8
8
3
2 2 2
1
อาร์พี
เอ็ม
อาร์อาร์
อาร์
พีเอ็นพี (1)
ในกรณีที่สวมบทบาทเป็นรัศมีรูขุมขน (เมตร) ขอบเขตและซึม ด้าน (ปาสคาล), M มี
น้ำหนักโมเลกุลของไอน้ำ (g / mol) เป็นความหนืดไอ (Pa-s), R คือคงก๊าซสากล (J / kg-K) เป็น
เมมเบรนคดเคี้ยวรูขุมขน (เมตร) เป็น พรุนเมมเบรน (-), T คืออุณหภูมิในเคลวินและ P คือค่าเฉลี่ย
ความดันภายในรูขุมขน (PA) การไหลของมวลที่เกิดขึ้นจริงจะต้องมีการคำนวณตามซ้ำง่ายๆ
เทคนิค.
เอ็ม Sivakumar et al, / APCBEE Procedia 5 (2013) 157 - 162 159
3. วัสดุและวิธีการ
ในกระบวนการ VMD น้ำเหมืองในการติดต่อกับด้านอาหารของเมมเบรนที่มีการระเหยผ่าน
ด้านซึมซึ่งเป็นที่รวมตัวแล้วกลับเข้ามาในสถานะของเหลว VMD ระบบจะแสดงแผนผังในรูป.
1 เหมืองน้ำร้อนและแพร่สะพัดไปทั่วโมดูลเมมเบรนโดยการควบคุมแบบดิจิทัล Masterflex
ปั๊ม peristaltic Emflon PFR ไส้กรอง (พอล, ออสเตรเลีย) มีเมมเบรน PTFE ชั้นสอง
ซึ่งเป็นสารที่ทำปฏิกิริยาทางเคมีและการออกแบบสำหรับการกำจัดเชื้อแบคทีเรียและไวรัสที่ทำหน้าที่เป็นกำแพงกั้น
ระหว่างขั้นตอนน้ำและก๊าซ พื้นที่ผิวและรูขุมขนมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของโมดูลเมมเบรนที่มี 0.8 M2 และ
0.2 ไมครอนตามลำดับ ปั๊มสูญญากาศ (Javac) ใช้ในการสร้างความดันสูญญากาศผ่านคอนเดนเซอร์ที่
ด้านซึมผ่านของเมมเบรน.
รูป 1. การจัด VMD ทดลอง
ผลของอุณหภูมิน้ำป้อนถูกตรวจสอบในการศึกษาครั้งนี้โดยที่แตกต่างของอุณหภูมิระหว่าง 55
ถึง 75 องศาเซลเซียสผลกระทบของอัตราการไหลของน้ำในฟีดฟลักซ์ได้รับการวิเคราะห์ในระหว่างการทดลองในขั้นต้นการทดสอบการไหล
อัตรา 500-2,000 มิลลิลิตร / นาที ความดันสูญญากาศได้รับแตกต่างกันระหว่าง 5-20 กิโลปาสคาล (เอบีเอส) โดยผสมผสาน
ลงบนวาล์วปั๊มสูญญากาศและการตอบสนองของฟลักซ์ได้รับการตรวจสอบ วิธีการแก้ปัญหาอาหารเริ่มต้นถูกสร้างขึ้นจากโซเดียมคลอไรด์
โดยใช้ความเข้มข้นที่แตกต่างกัน (0-21 กรัม / ลิตร) ในการสั่งซื้อเพื่อจำลองสดกร่อยและน้ำทะเล สุดท้ายเหมืองเกลือ
น้ำที่เก็บจากเหมืองในท้องถิ่นที่ตั้งอยู่ในแอปปินเอ็นเอสถูกนำมาใช้.
4 และการอภิปรายผล
การทดลองครั้งแรกได้ดำเนินการโดยใช้น้ำกลั่นและการแก้ปัญหาดินเค็มที่เกิดขึ้นโดยการรวม
โซเดียมคลอไรด์ด้วยน้ำกลั่น การเปลี่ยนแปลงของอัตราการซึมผ่านของฟลักซ์ที่มีอุณหภูมิอัตราการไหลของอาหารสูญญากาศ
ความดันและความเค็มของน้ำป้อนมีการตรวจสอบในขณะที่แต่ละพารามิเตอร์อื่น ๆ คงที่การทดสอบที่มี
ความดันสูญญากาศ 5 กิโลปาสคาลให้อาหารน้ำอุณหภูมิ 65 องศาเซลเซียสอัตราการไหลของน้ำป้อน 1,000 มิลลิลิตร / นาทีและความเค็ม
ความเข้มข้นของ 0 กรัม / ลิตร ฟีดอุณหภูมิของน้ำมีผลกระทบมากในการซึมผ่านไอฟลักซ์สำหรับรับ
ชุดของเงื่อนไขการทดลองดังแสดงในรูป 2 () ข้อมูลการทดลองพอดีกับรูปแบบ
ซึมฟลักซ์โดยใช้สมการ 1. เป็นที่ชัดเจนว่าทั้งฟลักซ์และจำลองการทดลองอย่างต่อเนื่องเพิ่มขึ้นเป็นอาหาร
เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของน้ำ นี้สามารถนำมาประกอบกับความจริงที่ว่าแรงดันไอน้ำเป็นแรงผลักดันสำหรับ
การเพิ่มขึ้นของการกลายเป็นไอน้ำที่มีการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ มะเดื่อ 2 (ข) แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นของความดันสัมบูรณ์
ในด้านการซึมผ่านของเยื่อหุ้มผลในการลดลงอย่างรุนแรงในอัตราการไหลของของเหลวซึมเนื่องจากการอย่างมีนัยสำคัญ
ในการลดแรงผลักดันสำหรับรนฟลักซ์ ผลลัพธ์เหล่านี้มีความสอดคล้องกับสมการที่ 1 และ
จำนวนมากของการค้นพบในวรรณคดี [5].
ข้อมูลทดลองแสดงให้เห็นเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในฟลักซ์ที่แตกต่างกันอัตราการไหลและการสังเกตนี้เป็นอย่างดี
160 เมตร Sivakumar et al, / APCBEE Procedia 5 (2013) 157 - 162
ได้รับการสนับสนุนโดยการทำนายรูปแบบดังแสดงในรูป 3 () ข้อดีที่สำคัญที่สุดของการใช้ VMD สำหรับ
วัตถุประสงค์ในการกลั่นน้ำทะเลเป็นผลกระทบเล็กน้อยว่ามีความเข้มข้นมากขึ้นเรื่อย ๆ ความเค็มที่มีต่อการส่งออกของฟลักซ์.
รูป 3 (ข) แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของการเพิ่มความเข้มข้นของความเค็มน้ำป้อนประสิทธิภาพการทำงานของฟลักซ์
อัตราการไหลของของเหลวซึมลดลงเล็กน้อยตามการเพิ่มความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรด์เพราะอิทธิพลของเกลือ
สะสมบนพื้นผิวเมมเบรน การเพิ่มขึ้นของความเค็มยังมีอิทธิพลของอุณหภูมิและ
ความเข้มข้นของปรากฏการณ์โพลาไรซ์ส่งผลให้ลดลงเล็กน้อยในฟลักซ์ พารามิเตอร์ต่างๆที่
นำไปสู่การไหลผ่านจะถูกนำเสนอในรูป 4. จากการศึกษาตัวแปรความดันสูญญากาศก็พบว่า
มีผลอย่างมีนัยสำคัญมากที่สุดในฟลักซ์ตามอุณหภูมิของน้ำ.
รูป 2. (ก) ผลของอุณหภูมิของน้ำกินฟลักซ์; (ข) ผลกระทบของความดันในฟลักซ์ () ฟลักซ์ถ่ายแบบ (Eq.1), () ฟลักซ์การทดลอง.
รูป 3. (ก) ผลกระทบของอัตราการไหลของน้ำในฟีดฟลักซ์; (ข) ผลของความเค็มต่อการไหลของ () ฟลักซ์ถ่ายแบบ (Eq.1), () ฟลักซ์การทดลอง.
รูป 4. มีส่วนร่วมของพารามิเตอร์ทั้งสี่ในฟลักซ์.
ความดัน 51%
อุณหภูมิ 42%
อัตราการไหล 5%
ความเค็ม 2%
เอ็ม Sivakumar et al, / APCBEE Procedia 5 (2013) 157 - 162 161
รูป 5. (ก) การลดลงของฟลักซ์ในการบำบัดน้ำของเรา (ข) มีประสิทธิภาพในการกำจัดของ TDS ในการบำบัดน้ำเหมือง () ฟลักซ์ถ่ายแบบ (Eq.1)
() ฟลักซ์ทดลอง () ประสิทธิภาพการกำจัด.
การบำบัดน้ำเหมืองถูกปล่อยออกมาจากเหมืองถ่านหินในท้องถิ่นได้รับการตรวจสอบโดยใช้ตัวอย่าง
ผ่านระบบ VMD 90 นาทีและการไหลของวัด ในช่วงเวลาต่างๆ การลดลงของ
ฟลักซ์ 5.3% พบว่าในช่วงระยะเวลา 90 นาทีดังแสดงในรูป 5 (ก) นี่คือสาเหตุหลักมาจาก
การทับถมของตะกอนและอนุภาคนินทรีย์อื่น ๆ ในแหล่งน้ำ TDS สูงกำจัด
ประสิทธิภาพของ 99.9 ± 0.05% ก็ประสบความสำเร็จในการทดลองนี้ดังแสดงในรูป 5 (ข) ตารางที่ 1 แสดง
ค่าเฉลี่ยผลจากการวิเคราะห์คุณภาพน้ำในการบำบัดน้ำเหมือง ค่าพีเอชลดลงระหว่างอาหาร
และซึมน้ำที่เกิดจากการกำจัดของอัลคาไลน์เป็นแคลเซียมคาร์บอเนตและการดูดซับคาร์บอน
ไดออกไซด์ในการซึมผ่าน ประสิทธิภาพในการกำจัดของไอออนโลหะที่สำคัญและได้รับการตรวจสอบโดยการวัด
ความเข้มข้นในน้ำอาหารและซึมตัวอย่างการใช้สเปคโทรอะตอมดูดซึม ประสิทธิภาพในการกำจัด
ยังคงอยู่ประมาณ 98% สำหรับเฟและบันทึก 100% ในทุกกรณีสำหรับ Al.
ตารางที่ 1 การวิเคราะห์คุณภาพน้ำน้ำเหมือง
พารามิเตอร์ (mg / L) ฟีดน้ำซึม% กำจัด
TDS 2332 2.66 99.9
ค่า pH 7.68 6.32 N / A
แคลเซียม 14.4

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

1 . บทนำ
เหมืองแร่ถ่านหินได้เป็นอุตสาหกรรมสำคัญในส่วนต่างๆของโลกรวมทั้งออสเตรเลีย จำนวนมาก
ของน้ำกร่อยต้องสูบออกสู่ผิวจากการทำงานของเหมืองและคุณภาพน้ำที่ดีคือ
เขียนที่สอดคล้องกัน โทร . 61-2-42213055 ; โทรสาร : 61-2-42214644 .
e - mail address : พระศิวะ @ uow . edu . Au
ใช้ได้ออนไลน์ที่ www.sciencedirect . com
สงวนลิขสิทธิ์ 2013 ผู้ประพันธ์ที่ตีพิมพ์โดยเอลส์เท่า
การคัดเลือกและตรวจสอบภายใต้ความรับผิดชอบของ เอเชีย แปซิฟิก เคมีชีวภาพ &วิศวกรรมสิ่งแวดล้อมสังคม
เปิดภายใต้ใบอนุญาต by-nc-nd CC .
เปิดภายใต้ใบอนุญาต by-nc-nd CC .
158 เมตร ( มารยาทของ et al . / apcbee procedia 5 ( 2013 ) 157 และ 162
ยังต้องการถ่านหินต่างๆทำความสะอาดงาน กระบวนการต่าง ๆ เช่น โรงงานลอยและการกลั่นทำให้คุณภาพน้ำเสื่อม
ของฉันที่มีค่า pH ต่ำ ปริมาณซัลเฟตสูงและการสลายตัวที่แตกต่างกันของไอออนที่ละลาย
[ 1 ] ดังนั้น การรักษาของน้ำที่ปนเปื้อนจาก coalmine ป้องกันความเสียหายร้ายแรงที่จะได้รับน้ำและระบบนิเวศของพวกเขา
และสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่น ๆ การจัดการสนับสนุนเหมืองแร่
น้ำแนวทางที่ยั่งยืนขององค์กรที่ใช้น้ำแทนแหล่งน้ําจืด ใช้พื้นที่เหมือง
บำบัดเพื่อขจัดมลพิษและการใช้สารอนินทรีย์ของปูนขาวและซัลไฟด์
ตาม , โดยการแลกเปลี่ยนไอออนในการตกตะกอนโลหะหนักได้แก่ [ 2 ] แม้จำนวน
เทคโนโลยีได้เริ่มที่อยู่รักษาน้ำของเราน้อยมาก การศึกษาได้เน้น
พลังงานต่ำและเทคนิคทางเคมี การรักษาฟรี วัตถุประสงค์หลักของการศึกษานี้ เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถผลิตน้ำที่มีคุณภาพสูง
พร้อมกับการบริโภคพลังงานต่ำ โดยไม่ใช้สารเคมี
ใช้เทคโนโลยีในการแยกเยื่อน้ำกร่อยที่มีผลกระชับ
กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่ถูกวางไว้บนอุตสาหกรรม [ 1 ] การกลั่นแบบเมมเบรน ( MD ) , ซึ่งขับเคลื่อน
ทางกายภาพกระบวนการแยก ประกอบด้วย 4 องค์ประกอบ เช่น เยื่อติดต่อการกลั่นโดยตรง
กวาดเยื่อก๊าซการกลั่นการกลั่นและเยื่อเมมเบรนช่องว่างอากาศกลั่นสูญญากาศ ( vmd )
[ 5 ]กระบวนการขนส่ง โดยเกิดขึ้นใน vmd ใช้สุญญากาศความดันซึมด้านข้างของ
เมมเบรนเพื่อลดความดันต่ำกว่าความดันอิ่มตัวของสารละลายอาหาร การ ) ธรรมชาติของ
เยื่อป้องกันสารละลายของเหลวจากการป้อนของรูขุมขนและช่วยในการสร้างของ ไอ
ชั้นขอบเขตของเหลว ระบบ vmd มีจำนวนของข้อได้เปรียบกว่าเทคนิค MD ธรรมดาบางที
ประโยชน์ที่สําคัญที่สุดคือการผลิตน้ำกลั่นบริสุทธิ์ลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่าต้นทุน
[ 6 ] ดังนั้น ความต้องการพลังงานลดลง จำเป็นเพื่อให้บรรลุอัตราการไหลที่คล้ายกัน
เมื่อเทียบกับอื่น ๆผ่านกระบวนการกลั่นและ [ 7 ] vmd เป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มว่ามี
ที่มีศักยภาพที่จะกลายเป็นที่สำคัญเป็นการกลั่นปกติและแรงดันขับเคลื่อนเทคโนโลยีเมมเบรน
กระบวนการแยกเกลือออกจากน้ำ [ 8 ] การตรวจสอบทดลองประสิทธิภาพของ vmd และศึกษาความไวของ
ไหลป้อนอัตราการไหลอุณหภูมิ และความดันสุญญากาศจะช่วยระบุความสัมพันธ์ที่เฉพาะเจาะจงที่พารามิเตอร์เหล่านี้
มีการกำจัดสารปนเปื้อน , ฟลักซ์และเพื่อเพิ่มศักยภาพและเพิ่มประสิทธิภาพการรักษา
.
2 พื้นหลังทางทฤษฎี
ประเภทต่างๆของกลไกการขนส่งมวลชนระบุ เช่น Knudsen ไหลโมเดลไหล
หนืดแบบการแพร่แบบธรรมดา และ / หรือการรวมกันของข้างต้นอธิบายไหลผ่านระบบ MD
[ 5 ] ทั้งโมเลกุลโมเลกุลและโมเลกุลของปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นในกระบวนการ vmd ผนัง ,ดังนั้น
ขนส่งมวลชนภายใน Knudsen หนืดเปลี่ยนเขตถือว่า [ 5 ] สำหรับคดีนี้ สมการ
( 1 ) ใช้หามวลน้ำไหล ( kg / m2
- S ) แต่อย่างไรก็ตาม มีข้อสังเกตว่า
ความดันอิ่มตัวในเคล็ดลับของสมการ ( ส่วนหนึ่งของ ) เป็นฟังก์ชันของการถ่ายเทความร้อนซึ่งจะขึ้นอยู่กับมวล
ไหล คะแนน ( N ) ของไอ [ 5 ] .
8
8
3
2 2 2
1
R P
m
r

RT RTP N P P ( 1 )
ที่ RP เป็นรัศมีรูพรุน ( M ) ขอบเขตมากกว่าด้าน ( KPA ) , m คือ
โมเลกุลของไอน้ำ ( g / mol ) , ไอความหนืด ( pa-s ) , R คือค่าคงที่ของก๊าซสากล ( J /
kg-k ) เป็นเยื่อรูขุมขนความคดเคี้ยว ( ม. ) เป็นเยื่อรูพรุน ( - ) , T คือ อุณหภูมิในเคลวินและ P คือความดันหมายถึง
ภายในรู ( PA ) ฟลักซ์มวลที่แท้จริงจะต้องถูกคำนวณบนพื้นฐานของ
ซ้ำง่ายเทคนิค
ม. ( มารยาทของ et al . / apcbee procedia 5 ( 2013 ) 157 และ 162 159
3 วัสดุและวิธีการ
ในกระบวนการ vmd เหมืองน้ำติดต่อกับฟีดด้านข้างของเมมเบรนระเหยผ่าน
ซึมอยู่ข้างไหน แล้วควบแน่นกลับมาเป็นสถานะของเหลว ระบบ vmd แสดงแผนผังในรูป
1