マイクロフィルトレーション（MF）
ろ過精度は0.1～50ミクロンです。精密ろ過には、PPフィルターエレメント、活性炭フィルターエレメント、セラミックフィルターエレメントなど、様々なフィルターエレメントが含まれます。微生物などの有害物質を水中から除去します。フィルターエレメントは多くの場合洗浄できず、定期的に交換する必要がある使い捨てのフィルター材です。
①PP綿コア：一般的には、水中の沈殿物や錆などの大きな粒子を除去する必要性が低い粗いろ過にのみ使用されます。
②活性炭：水中のさまざまな色や臭いを除去できますが、水中の細菌を除去することはできず、沈殿物やサビの除去効果も非常に低いです。
③セラミックフィルターエレメント：ろ過精度はわずか0.1ミクロンで、流量も通常は小さいため、清掃が容易ではありません。
限外濾過膜（UF）
微多孔性フィルター膜の定格孔径範囲は0.001～0.02ミクロンで、一貫した孔径規格が定められています。限外濾過膜ろ過は、圧力差を駆動力とする限外濾過膜を用いた膜ろ過プロセスです。多くの限外濾過膜は、アセテート繊維または同等の特性を持つポリマー材料で作られています。処理溶液中の溶質の分離・濃縮に適しており、他の分離技術では分離が困難なコロイド懸濁液の分離にも広く用いられており、その応用分野は拡大を続けています。
圧力差を利用した膜式限外濾過は、限外濾過膜濾過、微多孔膜濾過、逆浸透膜濾過の3種類に分類されます。これらは、膜層が保持できる微小な粒子サイズまたは分子量によって区別されます。膜の定格孔径範囲を区別基準とすると、微多孔膜（MF）の定格孔径範囲は0.02～10μm、限外濾過膜（UF）の定格孔径範囲は0.001～0.02μm、逆浸透膜（RO）の定格孔径範囲は0.0001～0.001μmです。孔径には、異なる孔径を持つ限外濾過膜など、いくつかの制御要素があり、溶液の種類と濃度、膜製造時の蒸発および凝固条件に基づいて孔径分布が生成されます。
限外濾過物理マップ
限外濾過膜は通常、ポリマー分離膜であり、使用されるポリマー材料は主にセルロース誘導体、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリカーボネートです。限外濾過膜は、医薬品、食品、環境産業で広く利用されており、平膜、ロール膜、管状膜、中空糸膜などの形状に成形できます。
限外濾過膜は、最初に発明されたポリマー分離膜の一つであり、限外濾過装置は1960年代に製造されました。限外濾過膜は産業界で広く利用されており、新たな化学単位操作として登場しました。生物製剤、医薬品、食品の分離、濃縮、精製、そして血液処理、廃水処理、超純水製造などの末端処理装置に用いられています。
ナノ濾過（NF）の濾過精度は限外濾過と逆浸透の中間であり、淡水化率は逆浸透よりも低くなります。市場では「ナノ濾過は粗雑な逆浸透」という見方が広まっていましたが、実際にはこれは誤解を招く技術的概念です。
ナノ濾過の物理地図
実際の分離概念において、ナノ濾過とは、ドーナン効果を満たし、選択的なイオン除去特性を有する濾過膜であり、塩化ナトリウム透過率が塩化ナトリウム濃度に比例し、0.4を超える膜です。主な用途は、淡水化と各種入力液体の濃縮です。ナノ濾過膜は、他のイオンと結合した30,000ppmの塩化ナトリウム濃度において、0%の塩化ナトリウム除去率を達成しました。
逆浸透（RO）：ろ過精度は約0.0001ミクロンで、1960年代初頭に米国で開発された差圧を利用した超高精度の膜分離法です。水中のほぼすべての汚染物質（有害物質と有用物質の両方）をろ過し、水分子だけを残します。主に純水、工業用超純水、医療用超純水の製造に用いられています。逆浸透技術には加圧とエネルギーが必要です。
RO膜は英語でReverse Osmosis membrane（逆浸透膜）の略称です。RO膜の孔径は髪の毛の500万分の1（0.0001ミクロン）と非常に小さく、肉眼ではほとんど見えません。細菌やウイルスも5000分の1しか透過しません。そのため、人体に有益な水分子と一部のミネラルイオンだけが透過し、その他の不純物や重金属は排水管から排出されます。
逆浸透の原理：
まず第一に、「浸透」の概念を理解する必要があります。浸透は物理的なプロセスです。塩分濃度の異なる2種類の水を、例えば半透膜などで隔てると、塩分濃度の低い側の水が透過します。膜は塩分濃度の高い水に浸透しますが、塩分は透過しません。そのため、両側の塩分濃度は徐々に融合し、最終的に等しくなります。しかし、このプロセスが完了するまでには長い時間がかかり、浸透圧とも呼ばれます。
逆浸透物理地図
しかし、塩分濃度の高い水側に圧力をかけようとすると、前述の浸透が制限される可能性があり、この圧力は浸透圧と呼ばれます。圧力を上げると浸透が逆になり、塩分は留まってしまいます。そこで、逆浸透淡水化の原理は、塩水（原水など）の自然な浸透圧よりも高い圧力をかけることで、浸透が逆方向に進行し、原水中の水分子が膜の反対側に押し出され、きれいな水が得られるというものです。これにより、水から不純物や塩分を除去するという目的を達成します。
RO逆浸透の起源：
1950年、あるアメリカの科学者が、カモメが海上を飛行中に海面から大量の海水を吸い込むことを偶然発見しました。カモメは数秒後に少量の海水を吐き出しました。陸上の動物は肺呼吸をするため、塩分濃度の高い海水は飲用できないという懸念が高まりました。解剖の結果、カモメの体には薄い膜があることがわかりました。この膜は非常に精密です。カモメが吸い込んだ海水は圧縮され、圧力の影響で水分子が膜を通過します。
海水は淡水に変わり、汚染物質や高濃度の塩分は口から吐き出されます。これが逆浸透膜の基本的な理論的根拠であり、1953年にフロリダ大学で初めて淡水化装置に応用されました。UCLA医学部のS.シドニー・ロード教授は、S.ソイリラジャン博士と共同で、2009年に米国連邦政府のプロジェクトの支援を受けて逆浸透膜の研究を開始し、宇宙飛行士への応用を目指して年間約4億ドルの研究費を投じました。
投稿日時: 2022年3月31日