1999年7月19日 月曜日
| 逆浸透膜による脱塩方法（その１） | |
| １．概要 | |
| (1) 脱塩の必要性と脱塩の方法
一般的に水といえば水道水のことあり、水道水は我々の生活に欠かせない真水である。 普通、水道水は河川からの凝集沈殿ろ過処理、井戸からの取水等で入手する。いずれも太陽エネルギーによって海水を蒸発させ、雨となって地上に降りそそいだ水を利用している。しかし、いつでも誰でも潤沢な真水を利用できるとは限らない。雨の少ない地域、河川から大量に取水で きない地域、地下水に塩分や健康に害のある不純物を含んだりしている地域等の場合、簡単には 真水を手に入れることはできないことが多い。 そこで、塩分を除去し、飲用可能とする技術が求められている。 |
| (2) 脱塩の必要のある水源 脱塩操作の必要な水源は以下のように考えられる。各々の場合で適用する脱塩操作は異なり場合によ って詳細な設計が必要になる。 ①海水……中近東のような高塩分の海水 (TDS:45,000ppm程度) |
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| ②海水……日本近海のような低濃度塩分の海水(TDS:30,000～35,000ppm程度) |
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| ③かん水……内陸部や海岸近くで塩濃度の高い井戸水 (TDS:500～数1000ppm) |
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| ④不純物の混入水……例えばフッ素や砒素等の濃度が高い場合 | |
| ⑤排水再利用…無機系の排水処理で比較的前処理の容易な排水 | |
| ⑥排水再利用……活性汚泥処理のように前処理が複雑な排水 |
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| ⑦純水製造……ボイラー用水やＩＣ用超純水等 | |
| (3) 海水、かん水からの脱塩方法 海水、かん水等からの塩類の除去法として一般に 以下のような方法がある。 ①逆浸透法 |
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| ②電気透析法 | |
| ③蒸発法 | |
| ④イオン交換法 | |
| (4) 脱塩処理方法と塩濃度とコスト ４種類の脱塩方法と処理対象塩濃度の関係を図－2に示す。 また海水、かん水等から脱塩して飲料水を製造する場合の概算の造水コストについて表に示す |
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| ２．膜の種類と分離対象 一般的に膜といわれている対象を表－２に示す。脱塩操作に適用されるのはナノろ過と逆浸透であり、 ＭＦやＵＦは脱塩操作の前処理として使用される。 |
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| (1)精密ろ過膜（Microfiltration Membrane ：ＭＦ膜） この種類の膜は0.025～10μmの孔をもっており、これより大きいコロイドや懸濁粒子、菌体などの分離に用いられる。 |
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| (2)限外ろ過膜（Ultrafiltration Membrane ：ＵＦ膜） 限外ろ過膜は逆浸透膜とともに現在工業的に最も多く用いられている膜であり、精密ろ過膜同様、多孔 膜である。孔の大きさは2nm～0.01μmの範囲にあるとされている。ることにより分画できる分子量の大き さ、しかし、限外ろ過膜の場合は膜を透過す即ち「分画分子量」という表現を使っている。ほぼ分子量 1,000以上の分子までが分離可能とされている。 |
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| (3)ナノろ過膜（Nanofiltration Membrane ：ＮＦ膜） 限外ろ過膜と逆浸透膜の中間に位置する膜である。逆浸透膜よりも低圧で操作でき、塩阻止率が低いため、有機物質の除去方法として注目を集めている。 |
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| (4)逆浸透膜（Reverse Osmosis Membrane ：ＲＯ膜） 大規模な海水淡水化装置は水不足に悩む中近東の国々でははやくから使われていおり、小型のものは外洋航路の船に積まれている。また、我が国においても水不足が頻発する地域への供給方法として近年注目されおり、沖縄の北谷浄水場では４万トン規模のプラントが実用化されている。 逆浸透膜と限外ろ過膜の違いは、限外ろ過膜では分子径と膜の孔径によって分離性が決まるのに対して、逆浸透膜では膜材料と溶媒、溶質との相互作用によって選択透過性が決まることである。 |
| 表－１ 各種淡水化装置の造水コストの比較 | |||||||
| 原水塩濃度TDS(ppm) | 蒸発法 | 逆浸透法 | 電気透析法 | ||||
| 多段フラッシュ | 多重効用 | 海水 | かん水 | 井水 | 海水 | かん水 | |
| 35.000 | 35.000 | 35.000 | 2.000～6.000 | 300～900 | 35.000 | 2.000～6.000 | |
| 造水コスト（円／m3） | 220～323 | 165～323 | 324～375 | 124～144 | 60～100 | 26～97 | |
| 生産水質(TDS:ppm) | 10 | 10 | 80～100 | 50～100 | 50～100 | 400程度 | 200程度 |
| ｴﾈﾙｷﾞｰ消費量(KWh/m3) | 3～4.9 | 1.3～2.5 | 8～8.4 | 2.2～3.8 | 1.5～2.2 | ～16.5 | 1.0～2.4 |
| 蒸気(kg/m3) | 100 | 71～128 | |||||
| 注）大容量の淡水化設備の例であって小規模の場合は表よりもかなりコストが上昇する。 すなわち、淡水化設備に関して以下のように言える。 |
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| １．蒸発法 | ｴﾈﾙｷﾞｰコストが高い。 | ||||||
| 生産水が純水に近く飲料水として不適で原水と混合させる必要がある。 | |||||||
| ２．逆浸透法 | ｴﾈﾙｷﾞｰコストは低い。 | ||||||
| 生産水水質は海水の場合でも100ppm程度と飲料水として妥当な範囲である。 | |||||||
| ３．電気透析法 （イオン交換法） |
ｴﾈﾙｷﾞｰコストは低い。 | ||||||
| 生産水水質は海水の場合、400ppm程度と高い。 | |||||||
| 以上のことを考慮すると中小規模の淡水化の方法としては逆浸透法が適している。 | |||||||
| 表－２ 膜の種類と分離対象 | |||
| 名称 | 分離媒体・膜 | 分離粒子径・分子量 | 走査圧力 |
| ろ過 | ろ紙、ろ布、ろ過助剤 | ～１μm | 減圧～2×102kpa |
| 精密ろ過 | 精密ろ過膜 | 0.025～10μm | 減圧～2×102kpa |
| 限外ろ過 | 限外ろ過膜 | 分子量1.000～3.000.000 | 減圧～10×102kpa |
| ナノろ過 | ナノろ過膜 | 分子量 350～1.000 | 1.0～15×102kpa |
| 逆浸透 | 逆浸透膜 | 分子量 350程度 | 海水：50～75×102kpa |
| かん水：4～40×102kpa | |||
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