1. Title & Journal
Comparison of fouling behavior in forward osmosis(FO) and reverse osmosis(RO)
2. Background of author
Sangyoup Lee(a), Chanhee Boo(a), Menachem Elimelech(b), Seungkwan Hong(a),?
a Department of Civil, Environmental & Architectural Engineering, Korea University, 1-5 Ga, Anam-Dong, Sungbuk-Gu, Seoul 136-713, Republic of Korea
b Department of Chemical Engineering, Environmental Engineering Program, Yale University,
New Haven, CT 06520-8286, USA
3. Summary
1) Objects
이 논문의 목적은 정삼투 공정과 역삼투 공정에서의 Fouling 현상을 시스템적으로 비교하고, 더 나아가 정삼투 공정에서의 Fouling mechanism을 더 자세히 밝히고자 함이다.
2) Materials and methods
(1) Materials
- Organic foulant : Alginate, Suwannee River humic acid(SRHA), and BSA
- Colloidal particle foulants : ST-50 and MP-3040 silica (SiO2) (different sizes)
- Membrane : consist of cellulose-based polymers / total thickness : 약 50 ?m
(2) Methods
- FO draw solution : NaCl, dextrose
- Baseline tests : using the foulant-free solution
3) Results and discussion
(1) Results
- (a) alginate , (b) humic acid , (3) bovine serum albumin (BSA)
- 정삼투 공정에 있어서, reverse diffusion에 의해 발생되는 fouling layer들 중, BSA fouling layer가 가장 확장된 것으로 나타났다.
- 이는 protein fouling layer는 멤브레인 표면에서 흐름에 의해서 제거되기 쉽다는 것을 알 수 있다.
- 이와 반대로, alginate and humic acid fouling 동안에 flux감소를 일으키는 CEDP(cake-enhanced osmotic pressure)의 역할이 BSA fouling에서 현저히 줄어드는 것을 알 수 있다.
- Permeate flux 감소는 cake layer resistance에 의한 것일 뿐 아니라, 더욱이 enhanced concentration polarization 과 membrane 표면 근처의 the particle cake layer 안의 osmotic pressure에 의한 것이다.
- Particle의 사이즈에 따라 flux 감소 정도가 확연히 다름을 알 수 있다.
- 작은 사이즈의 colloidal particle은 convection flow에 비해 큰 back diffusion을 가지고 있다. 그 결과, 얇은 cake layer 을 형성하게 되고, Back diffusion거리가 짧게 되므로, CEOP가 영향을 많이 준다.
- Dextrose가 draw solution일 경우의 flux감소가 적을 것을 알 수 있다.
- 이는 feed side에서 draw solution에서 fouling layer로 가는 reverse diffusion of salt 가 CEOP를 가속화시키고, water permeation을 위한 net driving force를 감소시키는 것을 의미한다.
- 결과적으로, dextrose에서의 reverse diffusion은 NaCl에서의 reverse diffusion에 비해 무시할 수 있다. 이는 cake-enhanced concentration polarization을 빠르게 형성하지 않는 다는 것을 의미한다.
- Alginate와 같은 압축성이고 변형할 수 있는 organic foulants는 hydraulic pressure에 상당히 압축한다, 그래서, compact하소 cohesive한 fouling layer가 된다.
- 결과적으로, FO와 RO에서의 cake structure는 비슷하다고 볼 수 있으나, 압축된 정도가 다르다. 그렇기 때문에cross-flow velocity를 8.54에서 25.6으로 올려주었을 때 FO의 경우, water flux가 증가하였으나, RO의 경우에는 변하지 않았다.
4) Conclusion
- FO의 경우, flux 감소에 대한 key mechanism은 fouling layer resistance의 증가보다는 accelerated cake-enhanced osmotic pressure(CEOP)에 있다고 볼 수 있다.
- 이는 FO의 공정의 효율을 높이기 위해선, the proper draw solution을 찾는 것과 membrane property를 향상시키는 것이 필수적이다.
- FO fouling이 물리적 cleaning에 가역적이므로, fouling control과 membrane cleaning에 RO보다는 feasible하다.
4. Originality & Creativity
이 논문은 정삼투공정과 역삼투공정에서의 Fouling 현상을 실험적으로 관찰하고 비교한 논문이다.
5. Reviewer contact : 심예영 (yyshim@gist.ac.kr)