Desalination is a key technology to overcome water shortage problem in a near future. High energy consumption is an Achilles' heel in desalination technology. Osmotically driven membrane processes like forward osmosis(FO) was introduced to address this energy issue. Characterizing membrane properties such as water permeability(A), salt permeability(B), and the resistance to salt diffusion within the support layer($K_{ICP}$) are very important to predict the performance of scaled-up FO processes. Currently, most of researches reported that the water permeability of FO membrane was measured by reverse osmosis(RO) type test. Permeating direction of RO and FO are different and RO test needs hydraulic pressure so that several problems can be occurred(i.e. membrane deformation, compaction and effect of concentration polarization). This study focuses on measuring water permeability of FO membrane by FO type test results in various experimental conditions. A statistical approach was developed to evaluate the three FO membrane properties(A, B, and $K_{ICP}$) and it predicted test result by the internal and external concentration polarization model.
본 연구에서는 셀룰로오즈 아세테이트(Cellulose acetate)를 이용하여 정삼투막을 제조하였으며 분리막 성능평가를 진행하였다. 분리막의 염제거율과 정삼투 공정에서의 투과성능 변화의 상관관계를 규명하기 위해 각기 다른 염제거율을 가지는 분리막을 제조하고 정삼투 장치를 이용하여 막 투과 성능을 평가하였다. 분리막의 구조가 정삼투 투과성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 각기 다른 용매를 이용하여 분리막을 제조하였다. 또한 제조된 분리막의 구조는 주사전자현미경(scanning electron microscopy)을 통해서 확인하였으며 정삼투 장치 운전을 통해 투과성능 변화를 알아보았다.
A lab-scale Reverse Osmosis(RO) membrane reactor was installed to investigate the membrane permeability, characteristics of membrane fouling at each conditions, and performance of elimination at different trans-membrane pressure(TMP) in the liquid fertilizer accumulated system. Experimental setup was divided to three different TMP conditions. As a result of experiment, permeability of RO membrane was proportional to the increase of TMP and temperature. After experiment was completed, two types chemical cleaning(remove the organic foulant and inorganic foulant) was done, and recover rate of permeability was each 99.8, 99.7 and 99.7%, respectively. From this experimental data, membrane fouling could be determined that the most of it was recoverable in this system, and major reason of fouling was concentration polarization. Elimination rate of solute substance in the liquid fertilizer indicated very stable(above 99%), except ammonia nitrogen, and the most stable elimination rate was investigated at the highest TMP condition (Run 3).
The current status of reverse osmosis and ultrafiltration membranes are reviewed with the view for the future. In the case of reverse osmosis (RO) membranes, as examples, new crosslinked aromatic polyamide membranes exhibited the superior separation performance with the sufficient water permeability, the high tolerance for oxidizing agents and chemicals. Ultrafiltration (UF) membrane based on poly(phenylene sulfide sulfone) (PPSS) also exibited the superior separation performance with the high solvent, heat and fouling resistance.
The objective of this study is to develop a novel method for evaluating forward osmosis (FO) membrane performances using a non-pressurized FO system. Basic membrane performance parameters including water (A) and solute (B) permeability coefficients and unique parameter for FO membrane such as the support layer structural parameter (S) were determined in two FO modes (i.e., active layer faces feed solution (AL-FS) and active layer faces draw solution (AL-DS)). Futhermore, these parameters were compared with those determined in a pressurized reverse osmosis (RO) system. Theoretical water flux was calculated by employing these parameters to a model that accounts for the effects of both internal and external concentration polarization. Water flux from FO experiment was compared to theoretical water fluxes for assessing the reliability of those parameters determined in three different operation modes (i.e., AL-FS FO, AL-DS FO, and RO modes). It is demonstrated that FO membrane performance parameters can be accurately measured in non-pressurized FO mode. Specifically, membrane performance parameters determined in AL-DS FO mode most accurately predict FO water flux. This implies that the evaluation of FO membrane performances should be performed in non-pressurized FO mode, which can prevent membrane compaction and/or defect and more precisely reflect FO operation conditions.
본 연구는 pressure retarded osmosis (PRO) 분리막의 구조적 특성이 미치는 영향에 대하여 수행되었다. 이를 위해, 유사 분자구조를 가지며 자유부피는 차이가 나는 BPS-XX, BisA-XX가 선택되었다. BPS-XX와 BisA-XX는 축중합 반응을 통해 합성되었으며, 또한 더 세분화된 결과를 위해서 20~60 mol.%로 술폰화되었다. 자유부피의 변화에 따른 분리막의 특성을 입증하기 위해서 몇 가지 특성평가가 진행되었다. 연구 결과에서 동일 분자구조에서 자유부피가 증가하면 막의 투과도가 증가하였고, 선택도는 감소하였다. 본 연구의 투과도-선택도 결과에서, 분자의 기본 구조와 자유부피 조절에 따라서, 고 투과도와 선택도를 가진 막을 제조 가능함을 알 수 있었다.
It is well known that concrete is typical porous material. We pay attention to Hansen's idea that concrete may be expected to act as semi-permeable membrane, and report the effect of concentration of solution and temperature on water flux in forward osmosis. In order to measuring volume of water flux from distilled water to solution of sodium chloride through hardened cement paste, specially designed apparatus was constructed, and the following result were obtained: (1) hardened cement paste acts as semi-permeable membrane, consequently, water flux in forward osmosis may occur. (2) Rate of water flux is proportion to concentration of dilute solution, and this suggests hardened cement paste is agreeable to the theory of membrane. (3) Effect of temperature on water flux is agreeable to Arrehenius equation and is great.
This study aims to investigate the impacts of chemical cleaning on the performance of a reverse osmosis membrane. Chemicals used for simulating membrane cleaning include a surfactant (sodium dodecyl sulfate, SDS), a chelating agent (ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), and two proprietary cleaning formulations namely MC3 and MC11. The impact of sequential exposure to multiple membrane cleaning solutions was also examined. Water permeability and the rejection of boron and sodium were investigated under various water fluxes, temperatures and feedwater pH. Changes in the membrane performance were systematically explained based on the changes in the charge density, hydrophobicity and chemical structure of the membrane surface. The experimental results show that membrane cleaning can significantly alter the hydrophobicity and water permeability of the membrane; however, its impacts on the rejections of boron and sodium are marginal. Although the presence of surfactant or chelating agent may cause decreases in the rejection, solution pH is the key factor responsible for the loss of membrane separation and changes in the surface properties. The impact of solution pH on the water permeability can be reversed by applying a subsequent cleaning with the opposite pH condition. Nevertheless, the impacts of solution pH on boron and sodium rejections are irreversible in most cases.
This study tried to prove why a low-rise residential block is more vitalized than in a superblock consisted of an apartment housing complex. To do this, two adjacent superblocks in Yeoksam 2-dong were selected as a case study among superblocks of residential area in Gangnam, Seoul. It adopted the concept of 'complexity', 'Osmosis', 'Vitality' and 'Permeability' for evaluation indexes to measure street vitality. As a result, four indexes were clearly higher in low-density residential superblocks than apartment housing complex superblocks. First, the superblocks for apartment housing complexes showed a lower 'complexity' because large-scale parcels for an apartment housing complex reduces a possibility for various land uses. Second, smaller blocks improved "osmosis" compared to larger blocks, and the larger the block, the less likely it is that buildings and streets penetrate activity. Third, as the apartment complex block became larger, the number of accesses decreased. Thus, it did not provide vitality to the streets. Fourth, high permeability was shown in the low-density superblocks, while that of the superblock consisted of apartment housing complexes was very low because the entrance of the complexes entrance is closed to the public. The results of this study demonstrated that an apartment housing complex may hamper street vitality and deteriorate the quality of urban environments.
Boron is one of the most problematic inorganic pollutants and is difficult to remove in water. Strict standards have been imposed for boron content in water because of their high toxicity at high concentrations. Technologies using membrane processes such as reverse osmosis (RO) and nanofiltration (NF) have increasingly been employed in many industrial sectors. In this work, removal of boron from model water solutions was investigated using polyamide reverse osmosis and nanofiltration membranes. RO-AG, RO-SG, NF-90 and NF-HL membranes were used to reduce the boron from model water at different operational conditions. To understand the boron separation properties a characterization of the four membranes was performed by determining the pure water permeability, surface charge and molecular weight cut-off. Thereafter, the effect of feed pressure, concentration, ionic strength, nature of ions in solution and pH on the rejection of boron were studied. The rejection of boron can reach up to 90% for the three membranes AG, SG and NF-90 at pH = 11. The Spiegler-Kedem model was applied to experimental results to determine the reflection coefficient of the membrane ${\sigma}$ and the solute permeability $P_s$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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