水ナノ濾過ソリューションの大手サプライヤーとして、私は水の浄化におけるナノ濾過技術の変革力を直接目撃してきました。ナノ濾過 (NF) は、限外濾過と逆浸透の間にある圧力駆動の膜濾過プロセスです。水から広範囲の汚染物質を効果的に除去するため、家庭用から工業プロセスまでさまざまな用途に適しています。ただし、ナノ濾過膜の最適な性能と寿命を確保するには、供給水の適切な前処理が重要です。このブログでは、水のナノろ過の前処理要件について詳しく説明します。
1. 浮遊固体と粒子状物質
供給水中の浮遊固体および粒子状物質は、ナノ濾過膜に重大な問題を引き起こす可能性があります。これらの粒子は膜表面に蓄積し、水流に対する抵抗を増加させ、膜の透過性を低下させるケーキ層を形成することがあります。時間の経過とともに、これにより濾過効率が低下し、所望の流量を維持するために必要な操作圧力が増加する可能性があります。
浮遊固体や粒子状物質を除去するために、多くの場合、多段階の濾過プロセスが使用されます。第 1 段階では通常、比較的大きな孔径 (たとえば 5 ～ 20 ミクロン) を備えたスクリーン フィルターやカートリッジ フィルターなどの粗いフィルターが使用されます。この最初のろ過ステップでは、砂、シルト、破片などの大きな粒子が除去され、下流の機器が損傷するのを防ぎます。
粗い濾過の後、精密濾過 (MF) 膜や限外濾過 (UF) 膜などのより細かいフィルターを使用できます。 MF 膜の孔径は 0.1 ～ 10 ミクロンの範囲ですが、UF 膜の孔径は 0.001 ～ 0.1 ミクロンの範囲です。これらの膜は、細菌、コロイド、一部のウイルスなどの小さな粒子を効果的に除去できます。
2. 有機物
供給水中の有機物もナノ濾過膜に問題を引き起こす可能性があります。天然有機物 (NOM)、フミン酸、フルボ酸、合成有機化学物質などの有機化合物は、膜表面に吸着して汚れを引き起こし、膜の性能を低下させる可能性があります。さらに、一部の有機化合物は水中の消毒剤 (塩素など) と反応して、人間の健康に有害な可能性のある消毒副生成物 (DBP) を形成する可能性があります。
有機物を除去するには、いくつかの前処理方法を使用できます。一般的なアプローチの 1 つは、凝集と凝集です。硫酸アルミニウムや塩化第二鉄などの凝集剤を水に添加すると、有機粒子の電荷が中和され、有機粒子が凝集してより大きなフロックが形成されます。これらのフロックは、沈降または濾過によって除去できます。
有機物を除去するもう一つの効果的な方法は活性炭濾過です。活性炭は表面積が大きく吸着能力が高いため、広範囲の有機化合物を吸着できます。粒状活性炭 (GAC) フィルターは水処理システムで一般的に使用されます。水はGACベッドを通過し、有機物は炭素表面に吸着されます。
3. 微生物
細菌、真菌、藻類などの微生物がナノ濾過膜表面で増殖し、生物付着を引き起こす可能性があります。生物付着は膜の透過性を低下させるだけでなく、他の汚染物質の増殖に好ましい環境を提供し、処理水に不快な臭いや味を発生させる可能性があります。
微生物除去の前処理には、多くの場合、消毒が含まれます。塩素処理は広く使用されている消毒方法です。塩素は、細胞膜やタンパク質を酸化することにより、細菌、ウイルス、その他の微生物を効果的に殺すことができます。ただし、塩素は水中の有機物と反応して DBP を形成することもあります。したがって、場合によっては、オゾンや紫外線 (UV) 光などの代替消毒剤が使用されることがあります。
オゾンは強力な酸化剤であり、水を迅速かつ効果的に消毒できます。また、一部の有機化合物を分解し、汚れの可能性を軽減します。 UV 光消毒は微生物の DNA に損傷を与え、微生物の繁殖を防ぎます。 UV 消毒は化学薬品を使用しない方法であり、DBP を生成しません。
4. スケーリングと沈殿
スケーリングは、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、シリカなどの難溶性の塩が水中での溶解度の限界を超え、膜表面に沈殿すると発生します。スケーリングにより膜の透過性が低下し、動作圧力が上昇し、最終的には膜の損傷につながる可能性があります。
スケーリングを防ぐために、軟化やスケーリング防止剤の添加などの前処理方法を使用できます。水の軟化は、水からカルシウムとマグネシウムのイオンを除去するプロセスです。これは、樹脂床上でカルシウムおよびマグネシウムイオンがナトリウムイオンと交換されるイオン交換によって実現できます。
スケール防止剤は、塩を形成するスケールの沈殿を抑制できる化学添加剤です。それらは塩の結晶成長プロセスを妨害し、塩が大きな不溶性結晶を形成するのを防ぐことによって機能します。スケール防止剤は通常、供給水に低濃度で添加され、スケールの防止に非常に効果的です。
5. 鉄とマンガン
鉄とマンガンは地下水によく見られる金属です。高濃度で存在すると、ナノ濾過膜の汚れ、変色、汚れを引き起こす可能性があります。鉄とマンガンも水中の酸素と反応して不溶性酸化物を形成し、膜表面に蓄積する可能性があります。
鉄とマンガンを除去するための前処理には、多くの場合、酸化とそれに続く濾過が含まれます。酸化は、塩素、オゾン、過マンガン酸カリウムなどの酸化剤を水に添加することによって達成できます。酸化剤は、可溶性の鉄イオンとマンガンイオンを不溶性酸化物に変換し、濾過によって除去できます。
製品の推奨事項
当社では、お客様のさまざまなニーズを満たすために、さまざまな高品質のナノ濾過膜を提供しています。私たちのNF8040メンブレンは産業用途によく選ばれています。大きな膜面積と高い流束を持ち、大量の水処理に適しています。
住宅用としては、当社の住宅用NF膜そして家庭用NF製品は、信頼性が高く効率的な浄水ができるように設計されています。これらの膜は、適切な流量と低エネルギー消費を維持しながら、汚染物質を効果的に除去できます。
結論
供給水の適切な前処理は、水ナノ濾過システムの運用を成功させるために不可欠です。前処理プロセスは、浮遊固体、有機物、微生物、スケール形成塩、その他の汚染物質を除去することにより、ナノ濾過膜を汚れや損傷から保護し、長期的な性能を確保し、運転コストを削減します。
当社の水ナノろ過製品にご興味がある場合、または前処理要件についてさらに詳しい情報が必要な場合は、詳細についてお気軽にお問い合わせください。当社は、お客様の特定のニーズに合わせた最適な水処理ソリューションを提供することに尽力しています。
参考文献
- AWWA (アメリカ水道協会)。水質と処理: 地域の水道供給に関するハンドブック。マグロウ - ヒル教育、2017 年。
- クリッテンデン、JC、他。水処理: 原理と設計。ジョン・ワイリー＆サンズ、2012年。
- Flemming, H. - C.、および Wingender, J. 水系における生物付着 - ケース、原因、および対策。 IWA出版、2010年。