逆浸透（RO）膜は、圧力を加えることで水から塩分やその他の溶解物質を除去することができる膜分離技術です。RO膜は、海水淡水化、汽水淡水化、飲料水浄化、廃水再利用などに広く利用されています。
逆浸透膜の裏話
逆浸透膜の仕組みを考えたことはありませんか？ どのようにして水から塩分やその他の不純物を取り除き、安全できれいな飲料水にできるのでしょうか？ 実は、この驚くべき発明の背景には、好奇心旺盛なカモメが絡む興味深いストーリーがあります。
すべては1950年代、シドニー・ローブという科学者がカリフォルニア大学ロサンゼルス校で研究していたときに始まりました。彼は浸透圧のプロセス、つまり半透膜を通して水が溶質濃度の低い領域から高い領域へと自然に移動する現象の研究に興味を持っていました。彼はこのプロセスを逆転させ、外部からの圧力を用いて水を溶質濃度の高い領域から低い領域へと移動させる方法を見つけたいと考えていました。これが実現すれば、海水を淡水化し、飲料水として利用できる淡水を作り出すことができると考えました。
しかし、彼は大きな課題に直面しました。高圧に耐え、塩分などの汚染物質による汚れにも強い適切な膜を見つけることです。セルロースアセテートやポリエチレンなど、様々な素材を試しましたが、どれも十分な性能を発揮しませんでした。諦めかけていたその時、奇妙なことに気づいたのです。
ある日、彼は海岸を歩いていると、海の上を飛ぶカモメの群れを目にしました。カモメたちが水中に飛び込み、魚を捕まえては岸に戻ってくる様子を観察しました。彼は、カモメたちがどうやって海水を飲んでも病気になったり脱水症状になったりしないのか不思議に思いました。さらに調べてみたところ、カモメの目の近くに「塩腺」と呼ばれる特別な腺があることを発見しました。この腺は、血液中の余分な塩分を鼻孔から塩水として分泌します。こうしてカモメは水分バランスを保ち、塩中毒を防いでいるのです。
それ以来、RO技術は急速な発展期を迎え、徐々に商業化へと歩みを進めました。1965年には、カリフォルニア州コーリンガに最初の商業用ROシステムが建設され、1日あたり5,000ガロンの水を生産しました。1967年には、カドット社が界面重合法を用いた薄膜複合膜を発明し、RO膜の性能と安定性を向上させました。1977年には、フィルムテック社が、保存期間が長く輸送が容易な乾式膜エレメントの販売を開始しました。
現在、RO膜は、供給水質や用途に応じて、様々なタイプとサイズで提供されています。一般的に、RO膜にはスパイラル型と中空糸型の2つの主要なタイプがあります。スパイラル型膜は、平らなシートを多孔管に巻き付けた円筒状の膜です。中空糸型膜は、細い管に中空芯を設けた束状の膜です。スパイラル型膜は海水や汽水淡水化によく使用され、中空糸型膜は飲料水の浄化など、低圧用途に適しています。
特定の用途に適した RO 膜を選択するには、次のようないくつかの要素を考慮する必要があります。
- 塩除去率：膜によって除去される塩分の割合。塩除去率が高いほど、水質が高くなります。
- 水透過量：単位面積・単位時間あたりに膜を通過する水の量。水透過量が高いほど、生産性が向上し、エネルギー消費量が少なくなります。
- ファウリング耐性：有機物、コロイド、微生物、スケール鉱物による膜のファウリングに対する耐性。ファウリング耐性が高いほど、膜寿命が長くなり、メンテナンスコストが低減します。
- 運転圧力：水を膜に通すために必要な圧力。運転圧力が低いほど、エネルギー消費量と設備コストが低くなります。
- 動作pH：膜が損傷を受けることなく耐えられるpH範囲。動作pH範囲が広いほど、柔軟性が高まり、様々な供給水源との互換性が向上します。
RO 膜の種類によって、これらの要素間のトレードオフが異なる場合があるため、それぞれのパフォーマンス データを比較し、特定のアプリケーション条件に応じて最も適切なものを選択することが重要です。
投稿日時: 2023年11月2日