DAILY PAPER REVIEW

1016_JMS_Performance limitation of the full-scale reverse osmosis process

 

 

1 .논문 제목 및 저자
Performance limitation of the full-scale reverse osmosis process

저자: Lianfa Songa,*, J.Y. Hua, S.L. Onga, W.J. Naa, Menachem Elimelechb, Mark Wilf c

배경: 
a Centre for water Research, Department of Civil Engineering, National University of Singapore
b Environmental Engineering Program, Department of Chemical Engineering, Yale University

2. 논문 요약
이 논문은 full-scale RO process에서 열역학적 평형에 의해 일어나는 thermodynamic restriction에 대해 다루고 있다. 이 열역학적 제한은 RO membrane에서 작용하는 삼투압의 significant적인 증가 의해 발생하고, 전체 역삼투압 공정에서의 performance를 좌우하는 중요한 제한 요소라고 간주하고 있다. 특히 이 상황은 mass transfer에 의해 control 될 때의 process와 상당부분 차이가 있다고 말한다.
저자는 열역학적으로 조절되는 상황에서, RO process의 recovery는 오직 염 농도(=osmotic pressure)과 transmembrane pressure에 의해 결정된다고 언급하고 있다.

내용 흐름은 먼저 Mass transfer-controlled RO process와 Thermodynamic-controlled RO process, 두 부분으로 나눠 관련 equation을 발전 정리시킨 다음, 다양한 operating condition에서의 full-scale RO process의 performance를 시뮬레이션 하고 있다. 특히 저자는 세가지 다른 membrane resistance 조건에서 thermodynamic-restricted recovery와 mass transfer limited recoveries를 시뮬레이션 하였는데 그 결과는 아래와 같다. 

Figure2를 보면 알 수 있듯,
thermodynamic-restricted recovery는 membrane resistance와 상관없이 모두 단일 된 곡선 결과를 보여주지만 mass transfer limited recoveries는 membrane resistance에 의존적이고, 압력과의 선형적인 관계를 보여주고 있다. 특히 중요한 특성은 이 둘 모두 특정 압력에서 교차하는 지점이 있는데, 낮은 압력에서는 mass transfer limited recovery가 thermodynamic-restricted recovery 보다 작다는 것을 알 수 있다. 이는 낮은 압력에서는 RO process의 performance는 mass transfer mechanism에 의해 좌우 된다는 의미를 내포한다. 또한 그와 반대로 높은 압력에서는 thermodynamic restriction이 주요 control가 될 수 있다.

3. 논문의 독창성
저자인 Lianfa Song은 그 당시(around 2003) mass transfer만으로 full-scale의 RO process를 설명하기엔 불충분 하다고 제시하였고, 평균 여과 유량이 transmembrane pressure과 선형적인 관계가 상당부분 빗겨나간다는 것을 시뮬레이션으로 발견하였다. 이는 곧 thermodynamic restriction 또한 역삼투압 공정의 메카니즘을 제어 할 수 있는 다른 한가지 요소라는 것을 찾아 낸 것이다.

4. 논문의 적용가능성
RO process에서의 특정 압력범위에서 어떤 요소가 지배적인 performance limitation으로 작용하는 지에 대해 참고 할 만한 논문 인 것 같다.

5. 요약자 E-mail: jkh@gist.ac.kr

첨부 (1)
1016_정관호_변환.pdf
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