1. Title & Journal
? Title
Organic fouling of forward osmosis membranes: fouling reversibility and cleaning without chemical reagents (2010)
? Background of authors
? Baoxia Mi
? 소속
Assistant Professor (2009~), Department of Civil and Environmental Engineering, The George Washington University, (Elimelech 아래에서 2년간 Post. Doc)
? 연구분야
physicochemical/biological processes with an emphasis on nonmaterial and membrane technologies (membrane 소재 연구 쪽에 가까워 보임)
2. Summary
FO 공정에서의 Fouling 현상에 관한 논문입니다. 각각 FO mode 와 RO mode 에서 fouling을 발생시킨 뒤, 여러 조건에서의 cleaning 후 fouling reversibility을 관찰하였습니다.
FO 공정에서의 alginate fouling은 chemical cleaning reagent을 사용하지 않고도 심플한 water rinse에 의해 거의 (98% 가까이) flux recovery가 가능하다는 결론입니다. FO의 fouling reversibility는 less compact organic fouling layer(loose structure)에 기하며 이는 RO와는 다르게 hydraulic pressure을 가하지 않기 때문입니다. 이 같은 결론을 통해 FO에서는 chemical cleaning이 필요하지 않음을 제안할 수 있습니다.
위의 그래프에서 알 수 있듯이, cross flow velocity를 21cm/s로 하면 15분 내에 거의 회복됨을 볼 수 있습니다.
1) Method
Foulant 로는 Alginate가 사용되었습니다. Cleaning 단계에서는 membrane 양 쪽을 같은 농도로 하여 permeate가 따로 발생하지 않도록 하였습니다.
2) Results
RO mode 와 FO mode 모두 flux decline 현상은 비슷한 양상으로 발생하지만 reversibility 양상에서는 큰 차이를 보임이 관찰되었습니다. RO mode에서는 cleaning에 의한 reversibility가 70% 정도밖에 되지 않았습니다. Fouling layer structure 가 다르기 때문인 것으로 보입니다.
FO에서의 Cleaning 효율은 cross flow rate에 크게 영향을 받습니다. 이는 cross flow가 발생시키는 shear force 에 의한 physical removal 이 주효하게 작용하기 때문입니다. Air bubble을 이용하게 되면 cleaning 시간을 단축할 수 있습니다.
그리고 왼쪽에서 보이는 것처럼 membrane type에 따라서도 reversibility 차이가 납니다. 이는 morphology 차이에 의한 것으로 CA보다 PA의 표면이 더 거칠기 때문에 foulant adsorption이 더 쉽게 일어나고 reversibility 가 낮습니다.
3. Originality & Creativity
FO에서의 fouling reversibility을 실험을 통해 규명한 점을 높이 살만 합니다.
4. Further applications
본 논문에서처럼 fouling 현상이 그리 단순하지 않기 때문에 좀 더 세심한 접근이 필요하지 않을까 합니다. Fouling mechanism에 대한 이해를 우선으로 한 systematic approach 가 필요하며, Alginate fouling 이외의 다른 type의 fouling 에 대해서도 실험이 필요해 보입니다. 또한 membrane orientation 이나 ICP 등을 고려하지 않은 점이 한계점으로 생각됩니다. 향후, Cleaning 관련해서는 논문에서 이용된 cleaning method 를 modify하여 fouling 실험을 진행하면 좋을 것 같습니다.
5. Reviewer contact: 이지정(leejj@gist.ac.kr)