1. Title & Author
Journal: Journal of Membrane Science, 339 (2009), IF: 3.247)
Title: Coupled 3-D hydrodynamics and mass transfer analysis of mineral scaling-induced flux decline in a laboratory plate-and-frame reverse osmosis membrane module
Author: Eric Lyster, James Au, Robert Rallo, Francesc Giralt and Yoram Cohen

2. Summary of Paper
석고(gypsum)로 인한 멤브레인 스케일링 테스트와 이를 3D 시뮬레이션을 통해 비교, 분석한 논문입니다. 석고와 같은 미네랄 스케일링은 멤브레인 표면에 농도가 포화상태보다 더 높아지면 더욱 심화될 것이라는 전제에서 시작하고 이를 증명하기 위해 랩스케일의 실험과 3D 시뮬레이션을 수행하였습니다.
사용한 지배방정식은 Navier-Stokes equation과 Convection-diffusion equation이며 이를 couling하기 위한 경계조건으로   (vp: permeate flux, Ri: intrinsic rejection rate)를 사용하였습니다.

 
시뮬레이션의 결과는 위 그림과 같습니다. 그림 (a)는 24시간 실험 후 멤브레인 표면의 스케일 정도를 이미지 분석한 것이고 그림 (b)는 3D 시뮬레이션 결과를 saturation index (SI)를 통해 나타내고 있습니다. SI가 2이상인 경우 스케일링이 발생하는 것을 볼 수 있습니다.

 
다음은 스케일이 농도분극에 미치는 영향을 시뮬레이션 한 결과입니다. 그림 (a)는 Scale 이미지로부터 얻은 스케일부분의 영역을 비투과(impermeable) 경계조건으로 설정하여 시뮬레이션 한 결과입니다 (3-DScale). 그림 (b)는 Scale을 고려하지 않는 모델(3-DCP)과 scale을 고려한 모델(3-DScale)이 농도분극에 미치는 영향이 어떻게 다른지를 보여주는 그래프입니다. 3-DScale 모델의 경우 스케일이 형성된 지역의 농도는 순간적으로 감소하였다가 이를 벗어나면 다시 농도가 증가하는 현상을 볼 수 있습니다.

3. Originality & Creativity
- 기존의 2D 시뮬레이션에서 정확히 예측할 수 없었던 유체역학적 정보를 3D 시뮬레이션으로 좀 더 정밀하게 예측함
- 디지털 이미지 분석 장치를 통해 스케일링이 발생한 부분을 해석하였고 스케일링이 발생한 부분을 3D 시뮬레이션에서 비투과(impermeable) 경계조건으로 설정하여 다시 시뮬레이션하여 멤브레인의 스케일된 부분이 다른 지역의 농도분극과 스케일링에 어떠한 방식으로 영향을 미칠지를 시뮬레이션 함

4. Further Applications
이 논문에서 스케일이 농도분극에 미치는 영향을 분석하기 위해 이미지 분석을 사용하여 멤브레인에서 스케일이 형성된 지역을 찾아내고 이를 다시 시뮬레이션의 경계 조건으로 사용하였습니다. 하지만 스케일이 성장하는 메커니즘을 함께 구현한다면 더욱 발전된 모델을 제시할 수 있을 것이라 예상됩니다. (Computing power의 문제는 따를 것으로 판단됩니다. 논문에서 수행된 시뮬레이션을 위해서 24 GB의 메모리를 가진 4개의 시스템을 병렬로 연결하여 사용하였습니다)

5. 리뷰어 : 박민규(minkyupark@gist.ac.kr)