1. Title & Journal
? Title
Inorganic fouling of pressure-driven membrane processes ? A critical review
? Background of authors
? Saqib Shirazi, Che-Jen Lin*
? 소속
Department of Civil Engineering, Lamar University, Beaumont, TX, USA
2. Summary
본 논문은 pressure-driven membrane process에서의 concentration polarization과 inorganic fouling에 대한 review paper입니다. 각각의 CP 모델에 대해서 정리가 되어 있습니다.
1) Film theory
널리 적용되는 모델로, Permeate flux는 chemical potential gradient에 의해 결정됩니다. 모든 경우에 대해서 constant한 mass transfer coefficient를 적용하는 단점이 있으며, 또한 멤브레인 표면에서의 localized CP를 무시하는 경향이 있습니다.
2) Spiegler?Kedem model
Reflection coefficient를 도입한 점이 film theory와 다른 점입니다. Reflection coefficient가 1일 경우 film theory와 동일합니다. 멤브레인 표면을 따라 증가하는 CP의 경향을 무시하는 단점이 있습니다.
3) Gel layer model
permeate flux는 constant한 gel layer resistance 및 membrane resistance에 의해서 결정됩니다. 고정된 surface gel concentration을 사용하는 단점이 있습니다.
4) Osmotic pressure model
멤브레인 표면에서 TMP와 flux를 감소시키는 삼투압을 결정하게 되며, MF와 UF와 같은 porous membrane에서는 적용이 불가능합니다.
5) Resistance-in-series model
각기 다른 멤브레인 파울링 단계에서의 flux를 추정하며 colloids와 mono-disperses particles의 영향만 고려하는 단점이 있습니다.
6) Theory of non-interacting particles
균일한 비반응성 원형 입자들의 average permeate velocity를 예측하며 multi-component system에는 적용이 불가능합니다.
7) Cake-enhanced CP
cross-flow membrane filtration에서의 solute 이동과 CP에 대한 conceptual analysis을 가능하게 해줍니다.
? Resistance models used to quantify membrane fouling
파울링 현상은 resistance를 증가시키게 되는데, 크게 4가지의 resistance로 분류를 하고 있습니다. (membrane resistance, CP resistance, cake resistance, pore-blocking resistance). 흔히 non-porous membrane으로 여겨지는 RO에서는 pore-blocking resistance은 영향을 미치지 않는다고 볼 수도 있습니다.
각각의 resistance에 대해서도 대략적으로 설명하고 있습니다.
? Mechanism of inorganic fouling
멤브레인 표면에 형성되는 스케일의 주요한 두 가지 메커니즘은 crystallization과 particulate fouling입니다. 여기에 영향을 미치는 인자들은 membrane surface roughness, supersaturation, shear rate, TMP, solution chemistry, particle size/concentration 등등으로 상당히 복잡한 현상임을 알 수 있습니다.
3. Originality & Creativity
CP 및 inorganic fouling에 대한 전반적인 내용이 개략적으로 잘 설명되어 있어서 복잡한 내용을 쉽게 이해할 수 있었고 review paper로서 그 내용 정리가 잘 되어 있습니다.
4. Further applications
많은 연구가 진행되고 있는 RO의 파울링 분야에 비해 FO는 파울링에 대해서 아직 많은 연구가 이루어지지 않았고 또 모델을 이용한 접근이 부족해 보입니다. RO 파울링 연구 결과들에서 어떠한 연결고리를 찾을 수 있을지 검토가 필요해 보입니다.
5. Reviewer contact: 이지정(leejj@gist.ac.kr)