DAILY PAPER REVIEW

0707_Membrane geometry and shear rate influence on colloidal fouling

 

 

1. Title & Journal
?    Title
Influence of Crossflow Membrane Filter Geometry and Shear Rate on Colloidal Fouling in Reverse Osmosis and Nanofiltration Separations (Environmental Engineering Science)
?    Corresponding authors
? Eric M.V. Hoek
? Associate Professor in the UCLA Henry Samueli School of Engineering & Applied Science and Director of the Nanomaterials and Membrane Technology Research (NanoMeTeR) Laboratory in the UCLA Department Civil & Environmental Engineering

2. Summary
본 논문은 RO 및 NF에서 membrane geometry와 shear rate가 colloidal fouling에 미치는 영향에 대해 다루고 있습니다. 파울링으로 인한 flux 감소를 예측함에 있어 modified cake filtration model을 도입하였으며 CP와 colloid deposit layer간의 관계를 규명하였습니다. 또한 colloid deposit layer 자체의 저항에 의한 pressure drop은 cake-enhanced osmotic pressure와 비교하여 무시할 수 있는 수준임을 확인하였습니다. 아래 그림에 “cake-enhance osmotic pressure”의 개념이 나타나 있습니다. CP layer 내에 colloid fouling이 발생하게 되면 solute back diffusion에 방해가 일어나 결과적으로 멤브레인 표면에서의 농도가 높아져 effective net pressure가 감소하게 되며 flux 역시 감소하는 현상이 발생합니다.

 

?    Cake filtration model
시간에 따른 transient flux는 아래와 같이 cake layer resistance에 따른 함수로 표현될 수 있습니다. Deposit mass가 증가함에 따라 flux도 감소하게 됩니다.
 
 
?    Cake enhanced osmotic pressure model
기존의 cake filtration model에서 cake layer의 hydraulic resistance만 고려한 내용을 개선하여 cake enhanced osmotic pressure term을 아래와 같이 추가하였습니다. 이는 파울링이 발생하는 조건에서의 flux decline을 더 잘 설명할 수 있습니다. Cake enhanced osmotic pressure로 인해 net applied pressure가 감소하게 됩니다. Iterative procedure을 통해 geometry 및 colloid fouling 등이 flux decline에 미치는 영향이 파악되었습니다.
 
  
  
  

Channel height가 고정된 경우, shear rate가 증가할수록 flux decline이 감소하였습니다. Flow rate이 일정한 경우, shear rate이 증가할수록 flux decline도 감소하였습니다. 그리고 channel height가 커질수록 cake enhanced osmotic pressure도 크게 증가하는 현상이 확인되었습니다. 그리고 shear rate가 동일하더라고 channel height가 다르면 파울링 양상도 다르게 나타났습니다. 

3. Originality & Application
Cake enhance osmotic pressure라는 새로운 개념을 도입하여 fouling이 발생하는 경우 flux decline이 심화되는 현상을 설명한 점에 그 독창성이 있습니다. 하지만 modeling 과정에서 여러 parameter들이 다소 실험적으로 결정되는 부분에 대해서는 좀 더 개선이 필요해 보입니다. FO에 해당 내용을 적용하여 FO fouling 현상에 대해 해석할 수 있을 것으로 보입니다.

4. Reviewer contact: 이지정(leejj@gist.ac.kr)
첨부 (1)
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