Mass transport and fouling of novel forward osmosis thin-film composite membranes

Abstract

Forward osmosis (FO) is known to be particularly efficient at treating impaired water sources with a high fouling potential. In the context of water reuse FO is being introduced as a robust pre-treatment process, usually as a first barrier prior to a reverse osmosis (RO) step. The commercialisation of FO however hinges on the development higher permeability membranes and a recent breakthrough came with the introduction of thin-film composite (TFC) membranes. While promising state-of-the-art TFC membranes have been successfully fabricated and tested at the pilot-scale, their performance in FO is yet to be determined by comprehensive characterisation under the changed, elevated transmembrane water flux conditions. In this thesis mass transport through novel TFC membranes was initially studied and modelled using two FO-only characterisation methods. Alginate fouling in novel TFC membranes was then examined under different driving forces.

L'osmosi directa (OD) és particularment eficaç en tractar aigües residuals amb un alt potencial de contaminació i embrutiment. En el context de la reutilització de l'aigua, la OD s'està introduint com un procés de tractament robust, generalment abans d'una etapa d'osmosi inversa (OI). No obstant això, la comercialització de la OD depèn del desenvolupament de membranes de major permeabilitat. Un avanç recent es va produir amb la introducció de membranes thin-film composite (TFC). Tot i que les membranes de TFC s'han fabricat i provat amb èxit a escala pilot, el seu rendiment en OD encara no s'ha determinat mitjançant una caracterització completa amb condicions de flux d'aigua elevat. En aquesta tesi, el transport de massa a través de les noves membranes de TFC s'ha estudiat i modelatge inicialment utilitzant dos mètodes de caracterització d'OD. També en aquest estudi es va examinar l'embrutiment d'alginat de les noves membranes de TFC sota diferents forces impulsores (pressió osmòtica i pressió hidràulica.