1) Title & Author
Journal: 2009 Journal of Membrane Science 232 (2004) 63?72
Title: The development of membrane fouling in full-scale RO processes
Author: Kai Loon Chen, Lianfa Song?, Say Leong Ong, Wun Jern Ng

2) Summary of Paper
이 논문은 해수담수화 플랜트를 장기간 운전시 발생하는 막오염 현상을 모사하기 위해 막오염 모델을 제시하였습니다. 기존의 Lianfa Song의 모델을 활용하여 막오염의 진행을 수학적으로 구현하였습니다. 이 논문에서 주목할 만한 것은 여태까지 막오염 모델을 구현하기 어려웠던 문제를 fouling potential의 개념을 도입하여 모델을 구성하였다는 것입니다. 물론 복잡한 막오염 현상을 단순히 fouling potential로 간주하여 모델을 구성하였기에 여러 가지 현상을 다 설명하기에는 어려움이 있습니다. 그러나 macroscopic 관점에서 장기간 운전시 어느 정도 막오염 현상이 진행되며, 각 멤브레인의 부하 정도를 예측할 수 있다는 장점이 있습니다.

RO 공정 모델의 경우에는 다음과 같이 기존에 개발되어 있는 모델을 이용하였습니다. 위에서부터 permeate flux, pressure drop, cross-flow velocity, concentration, osmotic pressure입니다. 이를 막 채널을 아주 작은 단위로 구성하여 그 내부에서의 balance eqaution을 활용하여 각 구간에서의 값들을 구합니다.

그리고, 막오염의 증가를 나타내는 막저항 값은 아래의 수식을 통해, 막 채널의 각 구간을 통과하는 permeate flux의 양과 fouling potential을 곱으로 표현됩니다. 이를 통해 시간에 따라 막저항값이 증가하여 결과적으로 막을 통해 생산되는 생산량의 감소를 초래하게 됩니다.

결과로서, 아래의 왼쪽 그림은 시간과 공간에 따른 막저항 값의 변화를 보여주고 있습니다. 시간이 지나감에 따라 막저항 값이 커지고, 또한, 동일한 시간대에서 vessel의 앞에 위치한 막에 더 큰 막저항이 발생하고 있음을 할 수 있습니다. 그리고, 오른쪽 그림은 막저항 값의 영향을 받은 permeate flux를 보여주고 있습니다. 

이 이외에도 내부 농도의 변화 등 다양한 시뮬레이션 결과들을 보여주고 있습니다. 그러나 이 논문의 연구 내용들이 아직 실제 플랜트에 적용이 되지 않았기 때문에 실제 플랜트에 활용하는 부분이 필요할 것으로 판단됩니다.

3) Originality & Creativity
본문 내용 중에도 언급하였지만 이 논문의 큰 장점은 foulant의 막 표면으로의 축적을 수학적으로 풀어서 macroscopic한 관점에서 막오염 정도를 모사할 수 있게 하였다는 것입니다.

4) Contribution to ESEL
Lianfa Song의 RO 모델에서 반복적으로 나타나는 문제가 이 논문에도 동일하게 사용되고 있습니다. 논문에서 사용되고 있는 RO 공정 모델 수식에서 concentration balance 수식은 아래와 같습니다.

그러나 이 수식에서는 solute flux를 MF와 UF와 같은 모델과 같이 막구간의 위치와 관계없이 고정된 rj을 사용하여 convective flux로 구하고 있습니다. 그러나 이렇게 사용할 때 실제 운전조건에 따른 performance가 구현되지 않게 됩니다. 따라서 이를 diffusive flux개념을 도입한다면 수정된 모델을 구축할 수 있을 것으로 판단됩니다. 또한, 이 논문에서의 내용을 토대로 실제 플랜트의 운전데이터에 적용할 수 있을 것으로 판단됩니다.

5) 리뷰어 : lyg@gist.ac.kr