1. Title & Journal
Title
Selection of inorganic-based draw solutions for forward osmosis applications

Corresponding authors
? Andrea Achilli
? 소속
Department of Civil and Environmental Engineering, University of Nevada Reno, Reno
? 연구분야
Forward Osmosis for Concentration of Anaerobic Digester Centrate
Removal of Natural Steroid Hormones from Wastewater Using Membrane Contactor Processes
Osmotic MBR and Pressure-Retarded Osmotic MBR for Wastewater Treatment

2. Summary
본 논문은 FO 공정에서의 최적 Draw solution 선택하기 위한 프로토콜을 제안하는 내용의 논문입니다. Desktop screening을 통해 몇몇 solution을 선정한 후 실험을 통해 그 성능을 검증하였습니다. 

Desktop screening process
Hazardous Materials Identification System (HMIS)을 적용하여 안전보건상 위험한 화합물은 선택에서 제외되었고 OLI를 이용하여 1MPa 이상의 삼투압을 생성할 수 있는 화합물이 선택되었습니다. 그리고 마지막으로 가격을 고려하여 최종적으로 14가지의 inorganic 화합물이 선정되었습니다. 

Laboratory and simulation testing
선정된 화합물에 대해서 water flux, reverse salt diffusion 실험을 하였고, 실험 후 남아 있는 draw solution에 대해서는 ROSA 등의 프로그램을 이용하여 RO로 re-concentration 하는 것을 고려하였습니다. 또한 reverse salt diffusion 을 고려하여 FI 공정 및 RO re-concentration 공정에 대해서 draw solution의 replenishment cost을 산정하였습니다. 
실험 결과, 위 표와 같이 각각의 draw solution에 대해 water flux가 높은 순서대로 정리가 되었습니다. 

 

 

 

 

Reverse salt diffusion에 대해서는 아래와 같이 결과를 얻었습니다. 양이온과 관계없이 수화된 음이온의 크기가 클수록 reverse slat diffusion 이 덜 일어납니다. 

그리고 최종적으로 아래와 같이, 각각 water flux가 최대이고 reverse salt diffusion/RO permeate concentration이 최저인 화합물에 대해 normalized 된 값을 보여줍니다. 


아래는 Draw solution의 replenishment cost을 보여줍니다. 


결론적으로 performance와 replenishment cost 요건을 동시에 높게 충족시켜주는 화합물은 KHCO3, MgSO4, NaHCO3 였습니다. 그러나 CO3, Mg 이온들이 스케일링을 일으키므로 비용 면에서 조금 높긴 하지만, MgCl2가 가장 적합한 draw solution이라 할 수 있겠습니다.

3. Originality & Creativity
FO 공정에 적합한 draw solution을 선정함에 있어 프로토콜을 제시하고자 한 점이 인상 깊었습니다. 성능과 더불어 스케일링과 같이 공정에서의 적합성을 고려한 점이 좋았습니다.

4. Further applications
Ammonium bicarbonate 뿐만 아니라 다른 종류의 draw solution에 대해서도 관심을 갖고 리뷰를 할 필요가 있다고 생각됩니다. 또한 본 논문에서 각각의 실험을 통해 나온 S 값을 평균을 내어 사용하였는데(평균 4.27*?10?^(-4), 표준편차가 0.69*?10?^(-4)) 신뢰할 수 있는지 검토가 필요해 보입니다.

5. Reviewer contact: 이지정(leejj@gist.ac.kr)