逆浸透システムの運転と膜のファウリング処理

技術的な原理は、溶液の浸透圧よりも高い圧力の作用下で膜の片側に圧力を加えることである。圧力が浸透圧を超えると、溶媒は反対方向に透過し、これらの物質を水から分離する。膜の低圧側で得られた溶媒を透過液、高圧側で濃縮された溶液を濃縮液と呼ぶ。

逆浸透膜技術で海水を処理すると、膜の低圧側で淡水が得られ、高圧側でかん水が得られる。逆浸透膜の圧力を利用して、分離、抽出、精製、濃縮の目的を達成することができる。
逆浸透膜は膜分離を利用した水処理技術で、クロスフローろ過という物理的方法に属する。その利点は以下の通りである：
-室温では、水の圧力を駆動力としているため、運転コストは低い；

-装置の占有面積が小さく、メンテナンスの負担が少ない。
 

第二に、一段階多段処理プロセス。一段階一段階処理工程に基づき、多段階に液体を濃縮する。一段階一段階処理プロセスと比べて、このプロセスの複雑さはより高く、より高い水質要件を満たし、水資源の循環を実現することができる。

第三に、二段階一段処理プロセス。一次処理法では実際の水質要求を満たすことが困難な場合、二次一段処理プロセスを使用することができる。上記2つの一次処理工程に比べ、二次一段処理工程の使用は、逆浸透膜の適用寿命を延ばすことができ、あまり多くの人手操作を必要とせず、対応する処理コストも削減される。

都市の水質汚濁の高度処理において、逆浸透膜技術は次のようなことができる。 汚水の回収率を高め、広く使用されている。

逆浸透膜の材質による水質汚濁の高度処理効果には違いがある。一般に、都市部の水質汚濁の高度処理では、都市住民の生活排水が基準値まで処理された後、処理水質に対する要求が高くなる（再生水など）。この時 セルローストリアセテート中空糸膜、スパイラル巻きポリビニルアルコール複合膜は、より良い効果を発揮することができます。

他の素材の逆浸透膜と比較すると、上記2つの素材の逆浸透膜の保持率は 100% 糞便性大腸菌用、色度1度以下、透過液1mg/L～2mg/L.同時に、これら2つの材料の逆浸透膜は、より高い水フラックスと強力な抗汚染能力を有する。

産業廃水処理

1) 重金属イオンへの対応

逆浸透膜水処理技術を工業廃水処理に適用すると、非常に良い効果があり、工業の経済性と合理性の全体設計原則に合致し、エネルギー消費量、運転コスト、運転管理の難易度を低減することができる。

工業廃水処理に使用される逆浸透装置は、一般的に内圧式チューブやロール型部材が使用されている。圧力は一般に218MPa程度で安定しており、重金属イオンの回収に優れた効果を発揮する。 その中で、内圧式管状部品に基づく逆浸透装置の運転圧力は217MPaで安定している。この時、ニッケルの回収率は99%以上であり、ニッケルの分離率は97.12%～97.17%の範囲である。

2) 油性廃水の処理

一般に、油性廃水中の油は、主に乳化油、分散油、浮遊油の3つの形態で存在する。これに比べ、分散油と浮遊油の処理方法は比較的簡単である。機械的分離、沈殿、活性炭吸着に頼った後、対応する油の含有量を大幅に減らすことができる。しかし、乳化油の場合、界面活性剤の役割を果たす有機物が含まれており、一般に油分はミクロンサイズの粒子で存在するため、安定性が極めて高く、水と油の分離を効果的かつ迅速に実現することは困難である。

逆浸透膜水処理技術の支援により、エマルジョンを破壊することなく濃縮と分離を行うことができ、濃縮液は焼却され、透過液はリサイクルまたは排出される。

この段階では、最終的な処理効果や排水の水質を考慮し、一般的に逆浸透膜水処理技術が他の処理方法と併用される。例えば、自製したDEMUL-B1を脱乳化剤として使用し、高濃度O/W紡糸仕上げ廃水を脱乳化した後、脱乳化水試料をさらにオスモニクスのSE逆浸透膜で処理する。その結果、COD除去率は99.96%に達し、「脱乳化-逆浸透」処理後の純水中の油分はほとんど検出されなかった。

脱塩汽水

汽水の淡水化の過程で、 逆浸透膜水処理技術を導入することで、塩水に含まれるマグネシウムイオンやカルシウムイオンなどの無機塩類イオンを効果的に抑制することができる、 そして純粋な水質の向上を実現する。

現段階では、人々の純水品質に対する要求はますます高まっており、当初の処理方法（塩水に抗カルシウム剤を添加する）では人々の実際の要求を満たすことが難しく、逆浸透膜水処理技術の導入は必然的な選択となっている。

逆浸透膜装置を使用した汽水の淡水化操作において、 定期的にSDI指標をテストし、回収率を厳密に管理し、膜モジュール間の圧力差に注意を払い、水の生産量と脱塩率の変化をリアルタイムで測定する必要がある。 実際、逆浸透膜装置の脱塩率は96%以上で安定しており、脱塩後の水質は国内の飲料水基準を満たしている。
 

1) 原因

微生物ファウリングとは、膜と水の界面に微生物が蓄積し、システムの性能に影響を与える現象を指す。

これらの微生物は、逆浸透膜を担体として利用し、逆浸透膜の濃縮水部分に含まれる栄養分を頼りに繁殖・増殖し、逆浸透膜の表面にバイオフィルム層を形成し、その結果、逆浸透膜システムの入口水と出口水の圧力差が急激に増大する。

微生物からなるバイオフィルムは、直接的に（酵素の作用によって）、あるいは間接的に（局所的なpHや還元電位の作用によって）膜ポリマーや他の逆浸透ユニットコンポーネントを劣化させる可能性があり、その結果、膜の寿命が短くなったり、膜構造の完全性が損なわれたり、さらにはシステムの重大な故障を引き起こしたりする。

2) 制御方法

生物学的汚染は、流入水の連続的または断続的な消毒によってコントロールできる。地表や浅い地下から採取した原水には、殺菌・注入装置を設置し、塩素系殺菌剤を添加する。投与量は一般に、流入水の残留塩素量＞1mg/Lを基準とする。

化学汚染 

1) 原因

一般的な化学汚染は、膜エレメントへの炭酸塩スケールの沈着であり、その多くは誤操作、不完全なスケール防止剤注入システム、運転中のスケール防止剤注入の中断などである。発見が間に合わなければ、運転圧力が上昇し、圧力差が大きくなり、数日以内に水の生産量が低下します。選択したスケール防止剤が水質に合わない、または投与量が不十分な場合、膜エレメントのスケール現象、膜エレメントの軽い汚れは化学洗浄によって機能を回復することができ、深刻な場合には、いくつかの深刻な汚染された膜エレメントをスクラップする原因にもなります。

2) 制御方法

膜エレメントのファウリングを防止するには、まずシステム水源の水質に適した逆浸透膜アンチスカラントを選択し、最適な投与量を決定する。第二に、投与システムの監視を強化し、運転パラメータの微妙な変化に細心の注意を払い、異常の原因を時間内に突き止める。また、水中のFe3+含有量が高くなる原因の多くは、パイプラインシステムにある。したがって、水源パイプラインを含むシステムパイプラインは、Fe3+含有量を減らすために、できるだけスチールライニングのプラスチックパイプラインを使用する。

浮遊粒子状物質とコロイド汚染

1) 原因

浮遊粒子とコロイドは、逆浸透膜を汚す主な物質であり、過剰な排水SDI（スラッジ密度指数）の主な原因でもある。

水源や地域が異なるため、浮遊粒子やコロイドの組成もまったく異なる。一般に、汚染されていない地表水や浅い地下水の主成分は、バクテリア、粘土、コロイド状ケイ素、酸化鉄、フミン酸生成物、前処理システムで人工的に過剰に添加された凝集剤や凝固剤（鉄塩など）、アルミニウム塩などである。

加えて 原水中の正電荷を帯びたポリマーと逆浸透システム内の負電荷を帯びたアンチスカラントが結合して沈殿物を形成することも、この種の汚染の原因のひとつである。.

2) 制御方法

原水中の懸濁物質含有量が70mg/Lを超える場合、以下の前処理方法を採用する。 凝固、清澄化、ろ過 通常、原水の懸濁物質含有量が70mg/L未満の場合は、前処理法である 凝固と濾過 通常、<10mg/Lの場合は、前処理法である 直接ろ過 が通常使われる。

加えて 精密濾過または限外濾過は、濁りや非溶解有機物の膜処理のための効果的な方法であり、最近出現した。すべての浮遊物質、バクテリア、ほとんどのコロイド、非溶解性有機物を除去することができる。.逆浸透システムの理想的な前処理プロセスである。.