Новітні досягнення в дослідженні гідродинаміки мембранних каналів: критичний огляд

Автор(и)

  • В.В. Ясеньчук Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0009-0006-1012-9475
  • С.В. Гулієнко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-9042-870X

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.53.1.2026.359808

Ключові слова:

мембрана біообростання, спейсер, 3D-друк, CFD-моделювання, зворотний осмос, концентраційна поляризація

Анотація

У цій оглядовій роботі систематизовано результати наукових досліджень 2015–2025 років, присвячених впливу геометричних параметрів спейсерів на експлуатаційні характеристики спірально-намотаних мембранних модулів зворотного осмосу. Проаналізовано сучасні підходи до оптимізації конструкції спейсерів, зокрема застосування адитивних технологій (3D-друку), методів обчислювальної гідродинаміки (CFD) та експериментальних методик дослідження гідродинаміки, масопереносу й біообростання. Розглянуто вплив діаметра нитки, кута орієнтації сітки, висоти каналу, форми вузлів і просторової конфігурації (зокрема TPMS) на розподіл швидкостей, напружень зсуву та перепаду тиску. Підкреслено важливість пошуку компромісу між інтенсифікацією масопереносу та мінімізацією гідравлічних втрат. Окрему увагу приділено моделюванню процесів біообростання, яке є домінуючим типом забруднення мембран і тісно пов'язане з локальними гідродинамічними умовами в каналі, зокрема наявністю застійних зон. Узагальнено результати CFD-досліджень з проникними та непроникними граничними умовами, а також підходи до валідації чисельних моделей за допомогою експериментальних методів високої роздільної здатності (ОКТ, PIV). Показано перспективність використання 3D-друкованих і функціоналізованих спейсерів (антибактеріальні покриття, гідрофільні матеріали) для зменшення інтенсивності забруднення та підвищення енергоефективності мембранних систем. Також розглянуто активні методи контролю забруднення, такі як вібрація та обертання спейсерів, які дозволяють індукувати вторинні течії. Визначено ключові напрями подальших досліджень, зокрема багатомасштабне моделювання, комплексний опис взаємодії різних типів забруднення, оптимізацію геометрії з урахуванням енергетичних обмежень, а також розробку нових матеріалів і активних методів контролю біообростання. Отримані узагальнення формують наукову основу для створення енергоефективних і стійких до забруднення мембранних технологій нового покоління

Посилання

  1. Najdawi F. Z., Neptune K. T. Optimizing Reverse Osmosis Membrane Parameters through the Use of the Solution-Diffusion Model: A Review. Engineering. 2022. Vol. 14. Pp. 9–32. DOI: https://doi.org/10.4236/eng.2022.141002.
  2. Supercomputing and Machine Learning-Aided Optimal Design of High Permeability Seawater Reverse Osmosis Membrane Systems/ Luo J., Li M., Hoek E. M. V., Heng Y. Science Bulletin. 2023. Vol. 68, iss. 4. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.01.039.
  3. Bhattacharjee C., Saxena V.K., Dutta S. Fruit Juice Processing Using Membrane Technology: A Review. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2017. Vol. 43. Pp. 136–153. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ifset.2017.08.002.
  4. Sarbatly R., Sariau J., Krishnaiah D. Recent Devel-opments of Membrane Technology in the Clarification and Concentration of Fruit Juices. Food Engineering Reviews. 2023. Vol. 15. Pp. 420–437. DOI: https://doi.org/10.1007/s12393-023-09346-2.
  5. Foo K., Liang Y. Y., Weihs G. A. F. CFD Study of the Effect of SWM Feed Spacer Geometry on Mass Transfer Enhancement Driven by Forced Transient Slip Velocity. Journal of Membrane Science. 2020. Vol. 597. Article 117643. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117643.
  6. Liang Y. Y., Toh K. Y., Fimbres Weihs G. A. 3D CFD Study of the Effect of Multi-Layer Spacers on Membrane Performance Under Steady Flow. Jour-nal of Membrane Science. 2019. Vol. 580. Pp. 256–267. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.02.015.
  7. 3D Printed Nanofiltration Membrane Technology for Waste Water Distillation/ S.B. Khan et al. Journal of Water Process Engineering. 2022. Vol. 49. Article 102958. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102958.
  8. Park C., Kim J.-O. Performance of Biofouling Mitigating Feed Spacer by Surface Modification Using Quorum Sensing Inhibitor. Desalination. 2022. Vol. 538. Article 115904. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.115904.
  9. Atkinson S. Spacer Patterns Are Printed Directly onto Membranes. Membrane Technology. 2021. Vol. 2021. No. 11. Article 7. DOI: https://doi.org/10.1016/s0958-2118(21)00174-9.
  10. Huliienko S. V., Yasenchuk V. V., Protsiuk M. O. Refined Assessment of the Impact of Membrane Module Channel Curvature on Pressure Drop. Journal of Applied Membrane Science & Technol-ogy. 2025. Vol. 29, no. 1. Pp. 55–72. DOI: https://doi.org/10.11113/jamst.v29n1.310.
  11. Enhanced Mass Transfer and Energy Efficiency by a Biomimetic Feed Spacer in Reverse Osmosis Membrane Modules/ X. Hu et al. Journal of Membrane Science. 2024. Vol. 713. Article 123290. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123290.
  12. Synergistically Controlling Biofouling and Im-proving Membrane Module Permeability by Using Simultaneously Structurally Optimized and Surface Modified Feed Spacers / S. Yang et al. Journal of Membrane Science. 2024. Vol. 708. Article 123046. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123046.
  13. Kavianipour O., Ingram G. D., Vuthaluru H. B. Studies into the Mass Transfer and Energy Con-sumption of Commercial Feed Spacers for RO Membrane Modules Using CFD: Effectiveness of Performance Measures. Chemical Engineering Research and Design. 2019. Vol. 141. Pp. 328–338. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.10.041.
  14. Fouling Resilient Perforated Feed Spacers for Membrane Filtration / Kerdi S., A. Qamar, Vrouwenvelder J. S., Ghaffour N. Water Research. 2018. Vol. 140. Pp. 211–219. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.04.049.
  15. The Effect of Feed Spacer Geometry on Membrane Performance and Concentration Polarisation Based on 3D CFD Simulations / Gu B., Adjiman C. S., Xu X. Y. Journal of Membrane Science. 2017. Vol. 527. Pp. 78–91. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.12.058.
  16. Energy Efficient 3D Printed Column Type Feed Spacer for Membrane Filtration / S.M. Ali et al. Water Research. 2019. Vol. 164. Article 114961. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.114961.
  17. Koutsou C. P., Karabelas A. J. A Novel Retentate Spacer Geometry for Improved Spiral Wound Membrane (SWM) Module Performance. Journal of Membrane Science. 2015. Vol. 488. Pp. 129–142. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.03.064.
  18. 3D Printing for Membrane Separation, Desalination and Water Treatment/ L.D. Tijing et al. Applied Materials Today. 2020. Vol. 18. Article 100486. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.100486.
  19. 3D-Printed Materials for Wastewater Treatment. S. Roy Barman et al. JACS Au. 2023. Vol. 3, iss. 11. Pp. 2930–2947. DOI: https://doi.org/10.1021/jacsau.3c00409.
  20. Ibrahim Y., Hilal N. The Potentials of 3D-Printed Feed Spacers in Reducing the Environmental Footprint of Membrane Separation Processes. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2022. Article 109249. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.109249.
  21. Yousefi S. H., Vahedi Tafreshi H. Modeling Elec-trospun Fibrous Structures with Embedded Spacer Particles: Application to Aerosol Filtration. Separation and Purification Technology. 2020. Vol. 235. Article 116184. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.116184.
  22. Bio-Mimetically Inspired 3D-Printed Honey-combed Support (Spacer) for the Reduction of Reverse Solute Flux and Fouling of Osmotic Energy Driven Membranes / Yanar N., Son M., Park H., Choi H. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2020. Vol. 83. Pp. 343–350. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.12.007.
  23. The Potential to Enhance Membrane Module Design with 3D Printing Technology/ J.-Y. Lee et al. Journal of Membrane Science. 2016. Vol. 499. Pp. 480–490. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.11.008.
  24. 3D Printed Feed Spacers Based on Triply Periodic Minimal Surfaces for Flux Enhancement and Biofouling Mitigation in RO and UF / N. Sreedhar et al. Desalination. 2018. Vol. 425. Pp. 12–21. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.10.010.
  25. 3D Printed Spacers Based on TPMS Architectures for Scaling Control in Membrane Distillation/ N. Thomas et al. Journal of Membrane Science. 2019. Vol. 581. Pp. 38–49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.03.039.
  26. Mass Transfer Analysis of Ultrafiltration Using Spacers Based on Triply Periodic Minimal Surfaces: Effects of Spacer Design, Directionality and Voidage / N. Sreedhar et al. Journal of Membrane Science. 2018. Vol. 561. Pp. 89–98. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.05.028.
  27. 3D Printed Triply Periodic Minimal Surfaces as Spacers for Enhanced Heat and Mass Transfer in Membrane Distillation / N. Thomas et al. Desalination. 2018. Vol. 443. Pp. 256–271. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.06.009.
  28. 3D Printed Spacers for Organic Fouling Mitigation in Membrane Distillation/ E. H. C. Castillo et al. Journal of Membrane Science. 2019. Vol. 581. Pp. 331–343. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.03.040.
  29. CFD Study of the Effect of Perforated Spacer on Pressure Loss and Mass Transfer in Spacer-Filled Membrane Channels / Toh K. Y., Liang Y. Y., Lau W. J., Fletcher D. F. Chemical Engineering Sci-ence. 2020. Vol. 222. Article 115704. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115704.
  30. CFD Prediction of Flow, Heat and Mass Transfer in Woven Spacer-Filled Channels for Membrane Processes / I. E. Mokhtar et al. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021. Vol. 173. Article 121246. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121246.
  31. Coupled Effects of Circular and Elliptical Feed Spacers under Forced-Slip on Viscous Dissipation and Mass Transfer Enhancement Based on CFD / K. Foo et al. Journal of Membrane Science. 2021. Vol. 637. Article 119599. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119599.
  32. Liang Y. Y., Fimbres Weihs G. A., Wiley D. E. Comparison of Oscillating Flow and Slip Velocity Mass Transfer Enhancement in Spacer-Filled Membrane Channels: CFD Analysis and Validation. Journal of Membrane Science. 2020. Vol. 593. Article 117433. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117433.
  33. Designing Centrifugal Membrane Filters with Uniform Pressure for UF/NF/RO Separations / V. Geraldes et al. Journal of Membrane Science. 2024. P. 122752. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.122752.
  34. Koutsou C. P., Karabelas A. J., Kostoglou M. Membrane Desalination under Constant Water Recovery – The Effect of Module Design Parameters on System Performance. Separation and Purification Technology. 2015. Vol. 147. Pp. 90–113. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.04.012.
  35. A Review of CFD Modelling and Performance Metrics for Osmotic Membrane Processes / K. Y. Toh et al. Membranes. 2020. Vol. 10. No. 10. Article 285. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes10100285.
  36. Increasing Performance of Spiral-Wound Modules (SWMs) by Improving Stability against Axial Pressure Drop and Utilising Pulsed Flow / Toh K. Y., Liang Y. Y., Lau W. J., Fimbres Weihs G. A. Membranes. 2023. Vol. 13. No. 9. Article 791. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes13090791.
  37. CFD Investigation of the Effect of the Feed Spacer on Hydrodynamics in Spiral Wound Membrane Modules / Han Z., Terashima M., Liu B., Yasui H. Mathematical and Computational Applications. 2018. Vol. 23, no. 4. Article 80. DOI: https://doi.org/10.3390/mca23040080.
  38. Kavianipour O., Ingram G. D., Vuthaluru H. B. Investigation into the Effectiveness of Feed Spacer Configurations for Reverse Osmosis Membrane Modules Using Computational Fluid Dynamics. Journal of Membrane Science. 2017. Vol. 526. Pp. 156–171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.12.034.
  39. Schiffer S., Kulozik U. Effect of Temperature-Dependent Bacterial Growth during Milk Protein Fractionation by Means of 0.1 µm Microfiltration on the Length of Possible Production Cycle Times. Membranes. 2020. Vol. 10. No. 11. Article 326. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes10110326.
  40. Influence of Feed Temperature on Biofouling of Ultrafiltration Membrane during Skim Milk Processing / J. Chamberland et al. International Dairy Journal. 2019. Vol. 93. Pp. 99–105. DOI: https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2019.02.005.
  41. Microbial Biofilms in the Food Industry – A Comprehensive Review / C. Carrascosa et al. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2021. Vol. 18, no. 4. Article 2014. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph18042014.
  42. Qiu T. Y., Davies P. A. Concentration Polarization Model of Spiral-Wound Membrane Modules with Application to Batch-Mode RO. Desalination of Brackish Water. Desalination. 2015. Vol. 368. Pp. 36–47. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.12.048.
  43. Spatial Heterogeneity of Biofouling under Different Cross-Flow Velocities in Reverse Osmosis Membrane Systems / N. M. Farhat et al. Journal of Membrane Science. 2016. Vol. 520. Pp. 964–971. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.08.065.
  44. Milk Protein Fractionation by Custom-Made Prototypes of Spiral-Wound Microfiltration Membranes Operated at Extreme Crossflow Velocities / M. Hartinger et al. Journal of Membrane Science. 2020. Vol. 605. Article 118110. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118110.
  45. A Review of Efforts to Reduce Membrane Fouling by Control of Feed Spacer Characteristics / Abid H. S., Johnson D. J., Hashaikeh R., Hilal N. Desalination. 2017. Vol. 420. Pp. 384–402. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.07.019.
  46. Effect of Different Commercial Feed Spacers on Biofouling of Reverse Osmosis Membrane Systems: A Numerical Study / S. S. Bucs et al. Desalination. 2014. Vol. 343. Pp. 26–37. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2013.11.007.
  47. A Study of Flow Field and Concentration Polariza-tion Evolution in Membrane Channels with Two-Dimensional Spacers during Water Desalination / M. Amokrane et al. Journal of Membrane Science. 2015. Vol. 477. Pp. 139–150. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2014.11.029.
  48. Koutsou C.P., Yiantsios S.G., Karabelas A.J. A Numerical and Experimental Study of Mass Transfer in Spacer-Filled Channels: Effects of Spacer Geometrical Characteristics and Schmidt Number. Journal of Membrane Science. 2009. Vol. 326, no. 1. Pp. 234–251. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2008.10.007.
  49. Completo C., Semiao V., Geraldes V. Efficient CFD-Based Method for Designing Cross-Flow Nanofiltration Small Devices. Journal of Membrane Science. 2016. Vol. 500. Pp. 190–202. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.11.012.
  50. Fimbres-Weihs G. A., Wiley D. E. Numerical Study of Mass Transfer in Three-Dimensional Spacer-Filled Narrow Channels with Steady Flow. Journal of Membrane Science. 2007. Vol. 306. No. 1–2. Pp. 228–243. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2007.08.043.
  51. Shakaib M., Hasani S. M. F., Mahmood M. CFD Modeling for Flow and Mass Transfer in Spacer-Obstructed Membrane Feed Channels. Journal of Membrane Science. 2009. Vol. 326, no. 2. Pp. 270–284. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2008.09.052.
  52. The Techno-Economic Case for Coupling Ad-vanced Spacers to High-Permeance RO Membranes for Desalination / Toh K. Y., Liang Y. Y., Lau W. J., Fimbres Weihs G. A. Desalination. 2020. Vol. 491. Article 114534. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114534.
  53. Geraldes V., Afonso M. D. Generalized Mass-Transfer Correction Factor for Nanofiltration and Reverse Osmosis. AIChE Journal. 2006. Vol. 52, no. 10. Pp. 3353–3362. DOI: https://doi.org/10.1002/aic.10968.
  54. Multiscale Analysis of Permeable and Impermea-ble Wall Models for Seawater Reverse Osmosis Desalination / Yang Q., Heng Y., Jiang Y., Luo J. Separations. 2023. Vol. 10, no. 2. Article 134. DOI: https://doi.org/10.3390/separations10020134.
  55. Analysis of Concentration Polarisation in Full-Size Spiral Wound Reverse Osmosis Membranes Using Computational Fluid Dynamics / W. Wei et al. Membranes. 2021. Vol. 11, no. 5. Article 353. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes11050353.
  56. Estimation of Foulant Deposition across the Leaf of a Spiral-Wound Module / Schwinge J., Neal P. R., Wiley D. E., Fane A. G. Desalination. 2002. Vol. 146. No. 1–3. Pp. 203–208. DOI: https://doi.org/10.1016/s0011-9164(02)00471-x.
  57. Schwinge J., Wiley D. E., Fletcher D. F. A CFD Study of Unsteady Flow in Narrow Spacer-Filled Channels for Spiral-Wound Membrane Modules. Desalination. 2002. Vol. 146, no. 1–3. Pp. 195–201. DOI: https://doi.org/10.1016/s0011-9164(02)00470-8.
  58. Schwinge J., Wiley D. E., Fletcher D. F. Simulation of Unsteady Flow and Vortex Shedding for Narrow Spacer-Filled Channels. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2003. Vol. 42, no. 20. Pp. 4962–4977. DOI: https://doi.org/10.1021/ie030211n.
  59. Liang Y. Y., Fimbres Weihs G. A., Fletcher D. F. CFD Study of the Effect of Unsteady Slip Velocity Waveform on Shear Stress in Membrane Systems. Chemical Engineering Science. 2018. Vol. 192. Pp. 16–24. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2018.07.009.
  60. CFD Modelling of Unsteady Electro-Osmotic Per-meate Flux Enhancement in Membrane Systems / Liang Y. Y., Fimbres Weihs G., Setiawan R., Wiley D. Chemical Engineering Science. 2016. Vol. 146. Pp. 189–198. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.02.028.
  61. Liang Y. Y., Fimbres Weihs G. A., Wiley D. E. CFD modelling of electro-osmotic permeate flux enhancement in spacer-filled membrane channels. Journal of Membrane Science. 2016. Vol. 507. Pp. 107–118. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.02.012.
  62. Concentration polarization and permeate flux variation in a vibration enhanced reverse osmosis membrane module / Su X., Li W., Palazzolo A., Ahmed S. Desalination. 2018. Vol. 433. Pp. 75–88. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.01.001.
  63. Permeate flux increase by colloidal fouling control in a vibration enhanced reverse osmosis membrane desalination system / Su X., Li W., Palazzolo A., Ahmed S. Desalination. 2019. Vol. 453. Pp. 22–36. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.12.003.
  64. Evaluation and minimisation of energy consumption in a medium-scale reverse osmosis brackish water desalination plant / A. A. Alsarayreh et al. Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 248. Article 119220. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119220.
  65. Membrane modeling using CFD: Combined evaluation of mass transfer and geometrical influences in 1D and 3D / Haddadi B., Jordan C., Miltner M., Harasek M. Journal of Membrane Science. 2018. Vol. 563. Pp. 199–209. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.05.040.
  66. Ahmad A. L., Lau K. K. Impact of different spacer filament geometries on 2D unsteady hydrodynamics and concentration polarization in spiral wound membrane channel. Journal of Membrane Science. 2006. Vol. 286, no. 1–2. Pp. 77–92. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2006.09.018.
  67. Koutsou C. P., Yiantsios S. G., Karabelas A. J. Di-rect numerical simulation of flow in spacer-filled channels: Effect of spacer geometrical characteristics. Journal of Membrane Science. 2007. Vol. 291, no. 1–2. Pp. 53–69. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2006.12.032.
  68. Ruiz-García A., de la Nuez Pestana I. Feed spacer geometries and permeability coefficients: Effect on the performance in BWRO spiral-wound membrane modules. Water. 2019. Vol. 11, no. 1. Article 152. DOI: https://doi.org/10.3390/w11010152.
  69. Abdelbaky M. M. A., El-Refaee M. M. A. A 3D CFD comparative study between torsioned and non-torsioned net-type feed spacer in reverse osmosis. Applied Sciences. 2019. Vol. 1, no. 9. DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-019-1098-8.
  70. 3D CFD study on hydrodynamics and mass transfer phenomena for SWM feed spacer with different floating characteristics / Toh K. Y., Liang Y. Y., Lau W. J., Fimbres Weihs G. A. Chemical Engineering Research and Design. 2020. Vol. 159. Pp. 36–46. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2020.04.010.
  71. Saliakellis P., Koutsou C., Karabelas A. The effect of gap reduction on fluid dynamics and mass transfer in membrane narrow channels filled with novel spacers – A detailed computational study. Membranes. 2022. Vol. 13, no. 1. Article 20. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes13010020.
  72. Dynamic evolution of membrane biofouling in feed channels affected by spacer–membrane clearance and the induced hydrodynamic conditions / W. Lin et al. Journal of Membrane Science. 2023. Vol. 668. Article 121209. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.121209.
  73. Saeed A., Vuthaluru R., Vuthaluru H. B. Investigations into the effects of mass transport and flow dynamics of spacer-filled membrane modules using CFD. Chemical Engineering Research and Design. 2015. Vol. 93. Pp. 79–99. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2014.07.002.
  74. Spacer geometry and particle deposition in spiral wound membrane feed channels / A. I. Radu et al. Water Research. 2014. Vol. 64. Pp. 160–176. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.06.040.
  75. Determining effects of spacer orientations on channel hydraulic conditions using PIV / Haidari A. H., Heijman S. G. J., Uijttewaal W. S. J., van der Meer W. G. J. Journal of Water Process Engineering. 2019. Vol. 31. Article 100820. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.100820.
  76. A rotary spacer system for energy-efficient membrane fouling control in oil/water emulsion filtration / N. I. Mat Nawi et al. Membranes. 2022. Vol. 12, no. 6. Article 554. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes12060554.
  77. Review on strategies for biofouling mitigation in spiral wound membrane systems / S. S. Bucs et al. Desalination. 2018. Vol. 434. Pp. 189–197. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.01.023.
  78. Impacts of flow channel geometry, hydrodynamic and membrane properties on osmotic backwash of RO membranes – CFD modeling and simulation / Jeong K., Park M., Oh S., Kim J. H. Desalination. 2020. Vol. 476. Article 114229. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2019.114229.
  79. Structural tailoring of sharkskin-mimetic patterned reverse osmosis membranes for optimizing biofouling resistance / W. Choi et al. Journal of Membrane Science. 2020. Vol. 595. Article 117602. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117602.
  80. Uppu A., Chaudhuri A., Prasad Das S. Numerical modeling of particulate fouling and cake-enhanced concentration polarization in roto-dynamic reverse osmosis filtration systems. Desalination. 2019. Vol. 468. Article 114053. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2019.06.019.
  81. Fimbres Weihs G. A., Wiley D. E. CFD analysis of tracer response technique under cake-enhanced osmotic pressure. Journal of Membrane Science. 2014. Vol. 449. Pp. 38–49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.08.015.
  82. Modeling the effect of biofilm formation on reverse osmosis performance: Flux, feed channel pressure drop and solute passage / Radu A. I., et al. Journal of Membrane Science. 2010. Vol. 365, no. 1–2. Pp. 1–15. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2010.07.036.
  83. Biofouling in spiral wound membrane systems: Three-dimensional CFD model based evaluation of experimental data / Radu A. I., Vrouwenvelder J. S., van Loosdrecht M. C. M., Picioreanu C. Journal of Membrane Science. 2010. Vol. 346, no. 1. Pp. 71–85. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2009.09.025.
  84. Effect of flow velocity, substrate concentration and hydraulic cleaning on biofouling of reverse osmosis feed channels / Radu A. I., Vrouwenvelder J. S., van Loosdrecht M. C. M., Picioreanu C. Chemical Engineering Journal. 2012. Vol. 188. Pp. 30–39. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.01.133.
  85. Spatially-resolved in-situ quantification of bio-fouling using optical coherence tomography (OCT) and 3D image analysis in a spacer filled channel / L. Fortunato et al. Journal of Membrane Science. 2017. Vol. 524. Pp. 673–681. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.11.052.
  86. Fortunato L., Leiknes T. In-situ biofouling assessment in spacer filled channels using optical coherence tomography (OCT): 3D biofilm thickness mapping. Bioresource Technology. 2017. Vol. 229. Pp. 231–235. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.01.021.
  87. Tang C. Y., Chong T. H., Fane A. G. Colloidal interactions and fouling of NF and RO membranes: A review. Advances in Colloid and Interface Science. 2011. Vol. 164, no. 1–2. Pp. 126–143. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2010.10.007.
  88. Combined biofouling and scaling in membrane feed channels: a new modeling approach / Radu A. I., Bergwerff L., van Loosdrecht M. C. M., Picioreanu C. Biofouling. 2015. Vol. 31, no. 1. Pp. 83–100. DOI: https://doi.org/10.1080/08927014.2014.996750.
  89. The critical role of feed spacer channel porosity in membrane biofouling: Insights and implications / W. Lin et al. Journal of Membrane Science. 2022. Vol. 649. Article 120395. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120395.
  90. Advancement in membrane spacer technology: emerging trend and modification of three-dimensional printed membrane spacers for fouling mitigation / N. M. Munir et al. Frontiers of Chemi-cal Science and Engineering. 2025. Vol. 19, no. 11. DOI: https://doi.org/10.1007/s11705-025-2606-6.
  91. Improved quantitative evaluation of the fouling potential in spacer-filled membrane filtration channels through a biofouling index based on the relative pressure drop / Huisman K. T., Franco-Clavijo N., Vrouwenvelder J. S., Blankert B. Jour-nal of Membrane Science. 2023. Vol. 671. Article 121400. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.121400.
  92. Kang G.-d., Cao Y.-m. Development of antifouling reverse osmosis membranes for water treatment: A review. Water Research. 2012. Vol. 46, no. 3. Pp. 584–600. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.11.041.
  93. Effects of hydrophilicity/hydrophobicity of membrane on membrane fouling in a submerged membrane bioreactor / M. Zhang et al. Bioresource Technology. 2015. Vol. 175. Pp. 59–67. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.10.058.
  94. Saeed A., Vuthaluru R., Vuthaluru H. B. Impact of feed spacer filament spacing on mass transport and fouling propensities of RO membrane surfaces. Chemical Engineering Communications. 2014. Vol. 202, no. 5. Pp. 634–646. DOI: https://doi.org/10.1080/00986445.2013.860525.
  95. Designing surfaces that kill bacteria on contact / Tiller J. C., Liao C.-J., Lewis K., Klibanov A. M. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2001. Vol. 98, no. 11. Pp. 5981–5985. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.111143098.
  96. Effect of vibration on fouling propensity of hollow fiber membranes in microfiltration and membrane distillation / Y. Park et al. Desalination and Water Treatment. 2020. Vol. 192. Pp. 11–18. DOI: https://doi.org/10.5004/dwt.2020.25151.
  97. Impact of permeate flux and gas sparging rate on membrane performance and process economics of granular anaerobic membrane bioreactors / S. Vinardell et al. Science of The Total Environment. 2022. Vol. 825. Article 153907. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153907.
  98. Simulated preparation and hydration property of a new-generation zwitterionic modified PVDF membrane / H. Zhu et al. Journal of Membrane Science. 2022. Vol. 652. Article 120498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120498.
  99. Assessment of anti-bacterial adhesion and anti-biofouling potential of plasma-mediated poly(sulfobetaine methacrylate) coatings of feed spacer / Jabłońska M., Menzel M., Hirsch U., Heilmann A. Desalination. 2020. Vol. 493. Article 114664. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114664.
  100. Modification of a polypropylene feed spacer with metal oxide-thin film by chemical bath deposition for biofouling control in membrane filtration / C. Thamaraiselvan et al. Journal of Membrane Science. 2019. Vol. 573. Pp. 511–519. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.12.033.
  101. Experimental characterization and numerical simulation of the anti-biofouling activity of nanosilver-modified feed spacers in membrane fil-tration / Ronen A., Lerman S., Ramon G. Z., Dosoretz C. G. Journal of Membrane Science. 2015. Vol. 475. Pp. 320–329. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2014.10.042.
  102. Mi B. Graphene oxide membranes for ionic and molecular sieving. Science. 2014. Vol. 343, no. 6172. Pp. 740–742. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1250247.
  103. An integrated rotating biological contactor and membrane separation process for domestic wastewater treatment / S. Waqas et al. Alexandria Engineering Journal. 2020. Vol. 59, no. 6. Pp. 4257–4265. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aej.2020.07.029.
  104. Enhancing fouling mitigation of submerged flat-sheet membranes by vibrating 3D-spacers / Y. Z. Tan et al. Separation and Purification Technology. 2019. Vol. 215. Pp. 70–80. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.12.085.
  105. Performance evaluation of a novel reciprocation membrane bioreactor (rMBR) for enhanced nutrient removal in wastewater treatment: a comparative study / Ho J., Smith S., Kim G. D., Roh H. K. Water Science and Technology. 2015. Vol. 72, no. 6. Pp. 917–927. DOI: https://doi.org/10.2166/wst.2015.267.
  106. Spacer vibration for fouling control of submerged flat sheet membranes / B. Wu et al. Separation and Purification Technology. 2019. Vol. 210. Pp. 719–728. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.08.062.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-03-26

Як цитувати

Ясеньчук , В., & Гулієнко , С. (2026). Новітні досягнення в дослідженні гідродинаміки мембранних каналів: критичний огляд. Вісник Приазовського Державного Технічного Університету. Серія: Технічні науки, 1(53), 188–205. https://doi.org/10.31498/2225-6733.53.1.2026.359808

Номер

Том 1 № 53 (2026): Вісник ПДТУ. Серія: Технічні науки

Розділ

133 Галузеве машинобудування

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Журнал "Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки" видається під ліцензією СС-BY (Ліцензія «Із зазначенням авторства»).

Дана ліцензія дозволяє поширювати, редагувати, поправляти і брати твір за основу для похідних навіть на комерційній основі із зазначенням авторства. Це найзручніша з усіх пропонованих ліцензій. Рекомендується для максимального поширення і використання неліцензійних матеріалів.

Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди, які стосуються неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.