Pressure retarded osmosis (PRO) process has become an acknowledged system to generate energy from salinity gradient, but still membrane fouling has been recognized as a problematic issue on improving performance of PRO operation. This study aimed at elucidation of fouling mechanisms by investigating propensity and reversibility of fouling. As implementing fouling tests with organic matters (alginate, humic acid, and bovine serum albumin), colloid particles (silica and carboxylate-modified latex), and microorganisms (pseudomonas aeruginosa), this study could find several factors to influence on fouling. When it comes to fouling propensity, the foulants showing a low development in fouling were characterized as either bigger size than that of pores on membrane support or strong negative charge causing high repulsive interactions. Speaking of fouling reversibility, the most cases correlated with exposure time to the foulants; the longer exposure time brought the lower reversibility of fouling. Apart from the factors abovementioned, the foulants that accompany with accumulation at inner support layer triggered drastic decline in water flux, incurring low reversibility as well since the massive accumulation generally possesses bigger size than that of pores on membrane support. For instance, in case of alginate, aggregation with calcium ion inside support layer was promoted by reverse salt diffusion from draw solution, thereby leading to far severer fouling. As for biofouling, fouling right after inoculating microorganisms into the feed solution has progressed very slowly. However, after the sufficient development of biofilm into the membrane support, hardly did osmotic backwashing work since extracellular polymer substances (EPS) secreted by microorganisms, encroaching into the support layer and growing up in mass.
압력지연삼투(PRO) 공정은 염도 구배로부터 에너지를 생성하는 시스템으로 널리 알려져있지만, 여전히 막 오염은 PRO 작동 성능을 개선하는 데 문제가 있는 것으로 여겨져왔다. 본 연구는 막 오염의 경향(propensity)과 가역성(reversibility)을 조사함으로써 막 오염 기작을 해명하는 것을 목표로 하였다. 연구에서는 유기물(알긴산 염, 휴믹산 및 소 혈청 알부민), 콜로이드 입자(실리카 및 라텍스-카복실 변형체) 및 미생물(녹농균) 등을 사용하여 막 오염 시험을 이행할 때 막 오염에 영향을 미치는 몇 가지 요인을 발견할 수 있었다. 막 오염 경향에 관해서는, 막 오염에서의 더딘 진행도를 나타내는 오염물은 막 지지체 층의 공극보다 더 큰 크기 또는 강한 반발력의 상호작용을 야기하는 강한 음전하의 특징을 갖고 있다. 막 오염 가역성에 대해 말하자면, 대부분의 경우는 막 오염물질에 대한 노출시간과 상관관계가 있다. 더 긴 노출시간은 막 오염의 낮은 가역성을 가져왔다. 위에서 언급한 요인과는 별개로, 내부 지지층에서의 축적과 함께 나타나는 막 오염물질은 수투과도의 급격한 감소를 촉발시켰고, 진전된 축적은 일반적으로 막 지지체 층의 공극보다 큰 크기를 나타내기 때문에 낮은 가역성을 야기한다. 예를 들면, 알긴산 염의 경우, 지지층 내부의 칼슘 이온과의 응집을 일으키는데 유도용액으로부터의 역염류확산(reverse salt diffusion)에 의해 촉진되어 훨씬 더 큰 막 오염을 불러일으킨다. 생물 막오염(biofouling)의 경우, 미생물을 공급(유입)용액에 주입한 직후 막 오염은 매우 천천히 진행되었다. 그러나, 막 지지체 층 내부로 미생물막(biofilm)이 충분히 발달한 이후, 세포 외 중합물질(EPS)이 미생물에 의해 분비되고 지지체 층으로 침투하여 광역적으로 자라기 때문에 삼투역세(osmotic backwashing)에 의한 수투과도 회복이 미비한 것을 확인할 수 있었다.
