DAILY PAPER REVIEW

1004_Comparison of fouling behavior in forward osmosis(FO) and reverse osmosis(RO)

 

 

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 : 50 ?m

 

 (2) Methods

    - FO draw solution : NaCl, dextrose

    - Baseline tests : using the foulant-free solution

 

3) Results and discussion

 (1) Results

  [1]

-      (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.

 

  [2]

-      Permeate flux 감소는 cake layer resistance에 의한 것일 뿐 아니라, 더욱이 enhanced concentration polarization 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 particle convection flow에 비해 큰 back diffusion을 가지고 있다. 그 결과, 얇은 cake layer 을 형성하게 되고, Back diffusion거리가 짧게 되므로, CEOP가 영향을 많이 준다.

 

  [3]

-      Dextrose draw solution일 경우의 flux감소가 적을 것을 알 수 있다.

-      이는 feed side에서 draw solution에서 fouling layer로 가는 reverse diffusion of salt CEOP를 가속화시키고, water permeation을 위한 net driving force를 감소시키는 것을 의미한다.

-      결과적으로, dextrose에서의 reverse diffusion NaCl에서의 reverse diffusion에 비해 무시할 수 있다. 이는 cake-enhanced concentration polarization을 빠르게 형성하지 않는 다는 것을 의미한다.

  [4]

-      Alginate와 같은 압축성이고 변형할 수 있는 organic foulants hydraulic pressure에 상당히 압축한다, 그래서, compact하소 cohesive fouling layer가 된다.

-      결과적으로, FO RO에서의 cake structure는 비슷하다고 볼 수 있으나, 압축된 정도가 다르다. 그렇기 때문에cross-flow velocity 8.54에서 25.6으로 올려주었을 때 FO의 경우, water flux가 증가하였으나, RO의 경우에는 변하지 않았다.

 

 

4) Conclusion

 - FO의 경우, flux 감소에 대한 key mechanism 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 control membrane cleaning RO보다는 feasible하다.

 

 

4. Originality & Creativity

이 논문은 정삼투공정과 역삼투공정에서의 Fouling 현상을 실험적으로 관찰하고 비교한 논문이다.

 

5. Reviewer contact : 심예영 (yyshim@gist.ac.kr)

첨부 (1)
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