1. Title & Journal

 

Salt cleaning of organic-fouled reverse osmosis membranes

 

2. Background of author

 

Sangyoup Lee^a, Menachem Elimelech^b,*

 

a Department of Environmental Engineering, Cheongju University, 36 Naeduk-dong, Sangdang-gu, Cheongju 360-764, Republic of Korea

b Department of Chemical Engineering, Environmental Engineering Program, Yale University, New Haven, CT 06520-8286, USA

 

3. Summary

 

 본 논문은 유기 파울링된 역삼투 막을 salt solution으로 세척하는 방법은 제안하고 실험을 통하여 증명하였다. Salt solution을 이용하여 세척하는 방법은 다음 그림과 같다.

 

 -       Ca2+ 이온과 결합하여 응집하게 된 organic matter 들은 gel layer를 형성하여 멤브레인 표면에 쌓이게 된다. 이 때 salt cleaning을 하게 되면, gel layer의 구조층이 느슨해진다.

-       Alginate gel의 cross density가 salt에 의해 감소함과 동시에 ionic strength는 증가하게 된다. Alginate의 cross density가 낮아지면 gel 구조 사이의 chain length가 증가하고, 결국 gel layer가 부풀어 오르게 된다.

-       이 때, Ca2+와 Na+가 이온교환을 하면서 alginate 의 gel network는 점차 끊어지게 된다.

 

 

본 논문에서는 크게 physical factor(cleaning contact time, crossflow velocity, cleaning solution temperature, permeation)와 chemical factor(salt dose, salt type, organic foulant composition)를 기준으로 salt solution에 의한 fouling 현상에 대해 실험하였다.

 

1.     Chemical factors

 

 1) Salt dose

NaCl 의 농도가 50mM 이 후부터는 일정한 cleaning efficiency를 결과를 나타내었다.

 

 2) Salt type

25mM의 cleaning solution 비교에서는 NaCl이 75.2%의 cleaning efficiency 결과를 나타내었고, 50mM의 cleaning solution 비교에서는 NaNO3 가 89.4%의 높은 cleaning efficiency 결과를 나타내었다.

 

3) Organic foulant composition

Alginate로만 구성된 fouling layer가 극심한 flux감소를 보였으나, 100mM NaCl을 이용한 세척의 경우에도 가장 높은 cleaning efficiency를 보였다. 반면, SRNOM으로만 구성된 fouling layer는 가장 낮은 flux 감소를 보였고, 100mM NaCl을 사용한 세척의 경우에는 cleaning efficiency도 가장 낮은 결과를 보였다.

 

2. Physical factors

 

1) Cleaning contact time

25mM의 NaCl을 사용하여 세척한 결과, 15분에서 60분으로 세척시간을 늘리면 효율이 78%에서 90%까지 상승하였다. 또한 50mM의 NaCl을 사용하여 실험한 결과, 90%에서 110%의 효율 증가를 보임을 확인하였다.

 

2) Crossflow shear rate

Crossflow velocity를 10.7cm/s에서 47.8cm/s로 높이면, cleaning efficiency는 48%에서 78%로 증가하는 결과를 보였다.

 

3) Temperature

25mM NaCl을 이용하여 세척했을 때, cleaning solution의 온도가 증가하면 cleaning efficiency 또한 증가한다. 이는 고온의 solution이 유기 fouling이 부풀어오는 것에 기여를 하고, 부풀어 오르면서 layer 안에 구조적 안정도가 약해지기 때문이다.

 

4) Permeation rate

Permeation rate이 전혀 없을 때와 permeation rate가 존재할 때 (20um/s)를 비교하였을 때, 세척 효율은 78%에서 90%로 증가하였다.

 

4. Originality & Creativity

 본 논문은 salt solution을 이용하여 RO membrane 표면에 쌓여있는 organic fouling layer를 제거할 수 있음을 실험을 통해 증명하고, 이를 해석하였다.

 

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