1. Title & Journal
Direct osmosis for reverse osmosis fouling control : Principles, application, and recent developments
2. Background of author
Jian-jun Qin*(a), Boris Luberman(b), and Kiran A. Kekre(a)
(a) The center of advanced water technology, PUB consultants pte Ltd
(b) IDE technologies Ltd, Israel
3. Summary
본 논문은 정삼투 역세척에 대한 물리적 원리와 그에 대한 응용, 그리고 정삼투 역세척의 장점과 단점에 대하여 조사하였다.
1) Driving force for DO backwash
- Spiegler and Macleish
Ferric hydroxide fouling 현상으로 심각하게 감소하였던 flux를 정삼투 역세척으로 flux 복원
각 정삼투 공정은 30분 이내로 진행됨
- Avraham et al.
정상상태에서 permeate side의 멤브레인 support layer에서 농도분극 현상이 발생됨
주입수 농도가 낮을 때, 내부 농도 분극 현상을 무시될 수 있지만, 주입수 농도가 높을 때에는 내부 농도 분극 현상이 정삼투 역세척에 있어서 중요한 역할을 하고 상당한 영향을 끼침
- Liberman
고염수를 이용한 DO-HS 기술 제안
고염수를 이용하여 삼투압을 적용 압력보다 높여서 물의 흐름을 반대방향으로 바꾸어 주는 원리
- Sagiv and Semiat
13.7bar의 정삼투압 하에서 유입수 농도를 2% NaCl로 고정시켜서 실험
직삼투 flow rate은 driving force가 감소함에 따라 감소함(적용압력 0 ? 10bar)
2) Effect of backwash time
- Sagiv and Semiat
시간에 따른 정삼투 flow rate 결과 두 부분으로 나누어 구분함
첫 번째, 정삼투로 인한 주입수 쪽의 초기 삼투압 높은 경우(CP 때문에, Kcp > 1)
두 번째, permeate side 의 농도가 feed side 농도보다 낮은 경우(bulk dilution 때문에, Kcp < 1)
3) Effect of feed concentration
- Sagiv and Semiat
유입수 농도 0.52 ? 3.11% NaCl 범위에서 조사한 결과, 유입수 농도가 증가할수록 유입수 정삼투압이 높아짐
그러므로 직삼투 역세척에 직접적인 영향을 미칠 것으로 예상
최근 결과에 따르면, 직삼투 역세척은 초기 20초에서 가장 효과적인 결과를 보임
5.17 ? 31.1 kg/m3 범위에서, Flux는 초기 driving force와 함께 증가함
하지만, 18.4kg/m3 이후에는 flux 증가 기울기가 낮아졌는데, 이는 내부 농도 분극 현상으로 인한 것으로 보임
- Avraham
순간적인 역세척(20초 미만) 시, 어떤 특정 유입수 농도에 도달할 때까지는, 유입수 농도가 증가함에 따라 역세척 flow rate도 증가하였음
하지만 그 특정 유입수 농도 이후에는, 유입수 농도를 증가시켜도 그 전 결과에 못 미치는 역세척 flow rate 결과를 보임
- Liberman
17% NaCl의 고염수를 사용하여 170bar의 정삼투압를 적용, 유입수에 몇 초 동안 주입 (알짜 정삼투압 55 bar)
향후 연구로 25% NaCl을 사용하여 194bar의 정삼투압을 적용할 것을 제안함
4) Effect of permeate pressure
- Rychen et al. & Semiat’s group
Permeate pressure 없이 진행하는 정삼투 역세척 시스템 제안
이 시스템은 permeate 저장 탱크의 위치에 따른 중력을 이용하거나 아주 낮은 압력을 실험에 이용함
- Ando et al.
Spiral wound 멤브레인 element를 사용하여 0.05 ? 0.3 MPa의 permeate back pressure를 적용하여 실험
- Liberman
전형적인 spiral wound RO membrane 모듈을 사용
직삼투 역세척을 진행하기 위해서는 적어도 4bar 의 permeate back pressure를 사용해야 함
5) Cleaning effect of DO-HS method
- Lifting and weeping of foulants
- Bio-osmotic shock
0.9% NaCl을 이용하여 짧은 시간에 유입수 쪽에 주입하는 직삼투 역세척을 실행한 결과, biofouling(bacteria, algae, fungi 등)에 효율적인 결과를 보임
- Salt dissolving shock
시스템 운영의 시작과 동시에 주기적인 정삼투 역세척은 Scaling을 예방하는 데 큰 효과가 있으나, 생성된 scaling이 한번의 정삼투 역세척으로는 완벽한 제거가 불가능함
- CIP를 이용한 세척과 DO-HS를 이용한 세척에 의한 결과(1년)를 비교했을 때, 더욱 효율적임을 보임
6) Implementation and application of DO-HS method
4. Originality& Creativity
본 논문은 기존에 발행된 정삼투 역세척에 관한 논문의 결과를 정리하여 보여줌으로써 현재 정삼투 역세척의 연구가 진행되고 있는 현황을 제시한다.
5. Reviewer contact: 심예영 (yyshim@gist.ac.kr)