水処理用分離膜の開発最前線

Cutting-edge of Membrane Development for Water Treatment

第1章　膜技術を利用した水処理技術の動向
1　はじめに
2　水処理技術における膜技術の変遷
3　各水処理分野における膜技術動向
3.1　水道分野
3.2　下水道分野
3.3　海水淡水化
3.4　排水処理と再利用
4　新しい用途展開
5　おわりに

第2章　浄水処理
1　セラミック平膜を用いた浄水処理
1.1　はじめに
1.2　セラミック平膜技術の紹介
1.2.1　膜エレメント
1.2.2　膜ユニット
1.2.3　浄水フロー
1.2.4　膜ろ過の運転方法
1.2.5　取得済みの規格
1.3　事例
1.3.1　国内水道による実証例
1.3.2　北米でのパイロット検証
1.3.3　シンガポールChestnuts Avenue Water Works(CAWW)における実施設への適用事例
1.4　終わりに
2　中空糸UF膜・NF膜による飲水生成
2.1　はじめに
2.2　UF膜による飲水生成
2.2.1　UF膜及びモジュール
2.2.2　UFろ過膜システム
2.2.3　UF膜の浄水場実績
2.3　NF膜による飲水生成
2.3.1　飲水生成用NF膜の開発
2.3.2　中空糸NF膜のシステム
2.3.3　NF膜の浄水場実績
2.4　ろ過膜システムの運転管理
2.4.1　パフォーマンス指標管理
2.4.2　洗浄
2.4.3　膜完全性テスト
2.5　おわりに
3　ナノカーボンを用いたロバスト逆浸透膜
3.1　はじめに
3.2　CNT/PA複合膜の調製と機能評価
3.2.1　調製と構造
3.2.2　透水機構
3.2.3　ロバスト性
3.3　ソフトDLCを用いた無機分離膜
3.4　酸化グラフェン/グラフェン複合分離膜
3.5　おわりに
4　浄水処理用,槽浸漬型中空糸膜モジュール
4.1　はじめに
4.2　浄水向け槽浸漬型中空糸膜モジュールの変遷
4.3　PVDF製槽浸漬型中空糸膜モジュールの特徴
4.4　導入実績
4.4.1　春日那珂川水道企業団　東隈浄水場
4.4.2　奄美市上下水道部　平田浄水場
4.4.3　望都昙地表水場(中国)
4.5　おわりに
5　高度なウイルス除去機能を示す液晶自己組織化水処理膜
5.1　はじめに
5.2　液晶の自己組織化ナノ構造の固定による機能性膜の作製
5.3　自己組織化膜による水処理膜の作製とそれによるウイルス除去
5.4　おわりに

第3章　排水処理と水再利用
1　親水化PTFE製中空糸膜を利用した油水分離膜
1.1　緒言
1.2　含油排水処理に求められるろ過膜の性能
1.2.1　含油排水処理とは
1.2.2　含油排水処理に適用できるろ過膜とは
1.3　親水化PTFE製中空糸膜について
1.3.1　要求事項1　膜表面への油滴の堆積が少ないこと
1.3.2　要求事項2　アルカリ洗浄に耐えられる膜材質
1.3.3　本項のまとめ
1.4　親水化PTFE膜モジュールを用いた含油排水処理の実例
1.4.1　石油精製工場の排水再利用(台湾,処理量6,000 m3/日,稼働開始2014年)
1.4.2　含油海水の淡水化前処理
1.4.3　使用済みクーラント排水からのクーラント再利用
1.5　結言
2　疎水性シリカ膜による廃水からの有機物の分離・回収
2.1　はじめに
2.2　疎水性シリカ膜の官能基の種類と分離性能
2.3　ハンセン溶解度パラメーターを用いた分離性能予測
2.4　支持体抵抗低減による透過流束の向上
2.5　おわりに
3　膜分離溶媒抽出技術による廃潤滑油再生
3.1　緒言
3.2　膜分離溶媒抽出のモデルと本研究の目的
3.3　実験条件,分析項目および廃油試料
3.4　実験結果
3.4.1　再生基油回収量の時間変化
3.4.2　膜分離溶媒抽出モデルとの比較
3.4.3　膜拘束材料の比較
3.5　結言
4　多孔質シリコーン膜の低圧膜ろ過によるインク廃液の再利用化
4.1　はじめに
4.2　多孔質PDMS膜
4.2.1　膜作製
4.2.2　膜の多孔構造
4.2.3　PDMS/孔形成剤エマルションの安定性
4.3　低圧膜ろ過によるインク溶液からの溶媒回収
4.3.1　透過測定
4.3.2　インク溶液
4.3.3　インク溶液の分離性能
4.3.4　膜を通した透過量
5　親水性ゼオライト膜によるアルコールや有機酸からの脱水
5.1　はじめに
5.2　ゼオライトについて
5.3　ゼオライト膜と膜モジュールの構造
5.4　ゼオライト膜を用いた有機溶剤の脱水精製
5.5　ゼオライト膜による食品の脱水濃縮
5.6　ゼオライト脱水膜の今後の展開
5.6.1　カルボン酸のエステル化
5.6.2　逆水性ガスシフト
5.6.3　Fischer-Tropsch合成
5.6.4　ゼオライト膜による正浸透
5.7　おわりに

6　電気透析排水から2価陽イオンと2価陰イオンを選択分離する新規NF膜の開発
6.1　はじめに
6.2　新規NF膜の創成
6.2.1　膜設計の戦略
6.2.2　界面重縮合反応法による活性層の創成
6.2.3　新規NF膜の製膜方法
6.3　新規NF膜の特性評価
6.3.1　評価方法
6.3.2　評価結果
6.4　まとめ
7　セラミック膜による高圧透水膜の開発
7.1　はじめに
7.2　無機系高圧透水膜
7.3　CVDシリカ系膜
7.3.1　CVD用多孔質基材の開発
7.3.2　対向拡散法によるCVDシリカ系膜の高圧透水試験
7.4　ゼオライト膜
7.4.1　FAU膜の合成
7.4.2　FAU膜の高圧透水試験
7.5　おわりに
8　水処理用チューブラー膜モジュールの現状と展開
8.1　はじめに
8.2　チューブラー膜の構造
8.3　チューブラー膜の種類
8.4　チューブラー膜の特徴
8.4.1　チューブラー膜のクロスフロー操作
8.4.2　チューブラー膜のスポンジボール洗浄
8.5　酢酸セルロース製チューブラーRO/NF膜の開発最前線
8.5.1　酢酸セルロース製チューブラーRO/NF膜の特徴
8.5.2　クロスフロー速度の最適化
8.5.3　酢酸セルロース製チューブラーRO/NF膜の実施例
8.6　世界のチューブラー膜の性能向上の取り組み
8.7　世界のチューブラー膜メーカーの動向
8.8　おわりに
9　米国における下水再利用:膜分離による有害物除去と完全性監視技術
9.1　米国での再利用概要
9.2　高度下水処理と課題
9.3　逆浸透膜によるNDMA除去
9.4　NDMA阻止率の担保手法
9.5　今後の逆浸透膜開発
10　ZLD(ゼロリキッドディスチャージ)に向けたRO/NF膜技術の取り組み
10.1　はじめに
10.2　ZLDの市場性
10.3　ZLD技術の現状
10.4　ZLD向けの膜製品の開発と実証試験
10.4.1　耐汚染性高圧RO膜(PRO-LF1)の開発
10.4.2　超高圧RO膜(PRO-XP1)の開発
10.4.3　選択分離性を有するNF膜(PRO-XS1)の開発
10.5　終わりに

第4章　濃度差エネルギーを利用した水処理・発電技術(FO,PRO,RED技術)
1　FO膜の基礎と今後の開発展望
1.1　はじめに
1.2　正浸透膜(FO膜)法
1.2.1　正浸透膜の透過理論と評価方法
1.3　FO膜の種類と形状およびFO膜モジュール
1.4　駆動溶液(DS)
1.4.1　非刺激応答性DS
1.4.2　刺激応答性DS
1.5　FO膜法の課題
2　逆電気透析(RED)発電の原理と技術動向
2.1　濃度差発電とは
2.2　RED発電の原理と理論式
2.2.1　RED発電の原理
2.2.2　RED発電の理論式
2.3　REDの技術課題
2.3.1　イオン交換膜(IEM)
2.3.2　流路構造
2.3.3　前処理装置
2.4　RED発電の技術動向
2.4.1　世界的なRED発電開発の現状
2.4.2　国内でのRED開発研究の現状
2.5　おわりに
3　中空糸FO膜を用いた海水淡水化
3.1　はじめに
3.2　FO膜の特徴
3.3　FO膜モジュール
3.3.1　FO膜モジュールの特性
3.3.2　CTA製中空糸型FO膜モジュール
3.3.3　CTA製中空糸型FO膜モジュールの運転特性,および開発事例
3.4　FO膜を用いた海水淡水化システムの検討事例
3.4.1　Modern Water社
3.4.2　Trevi Systems社
3.5　おわりに
4　浸透圧発電(PRO)実用化に向けた動き
4.1　はじめに
4.2　PRO発電の原理
4.3　PRO膜モジュールとその要求性能
4.4　PRO膜モジュールの性能シミュレーションとその考察
4.4.1　DS供給圧力(PDS_in)依存性
4.4.2　DS供給流量(QDS_in)依存性
4.4.3　FS供給流量(QFS_in)依存性
4.4.4　供給温度(T)依存性
4.4.5　DS供給塩濃度(CDS_in)依存性
4.5　PRO発電の実用化に向けた検討事例
4.5.1　ノルウェーの浸透圧発電プラントの検討事例
4.5.2　日本の浸透圧発電実証プラントの検討事例
4.5.3　韓国のハイブリッドPROシステムの検討事例
4.5.4　デンマークの浸透圧発電プラントの検討事例
4.5.5　スペインの省エネルギー海水淡水化実証試験の事例
4.6　システム化における検討事例の紹介
4.7　おわりに

第5章　膜ファウリングの低減と膜透過特性の評価に向けた検討
1　膜ファウリング現象とその理解
1.1　はじめに
1.2　MF膜のタンパク質吸着によるファウリング
1.3　フミン酸によるMF膜のファウリング特性
1.4　逆洗を伴うMFプロセスにおけるバイオファウリングのモニタリング
1.5　セラミックMF/UF膜によるO/Wエマルションの分離
1.6　RO膜表面でのスケール形成挙動
1.7　まとめにかえて
2　膜ファウリング制御のためのセンサー技術とIn-situ観察手法
2.1　なぜ膜ファウリングの可視化が必要か
2.2　既存の膜ファウリング可視化技術
2.3　3次元励起蛍光測定の原理
2.4　固体励起蛍光測定の特徴
2.5　固体励起蛍光測定による膜ファウリングの観察
2.6　固体励起蛍光測定による膜ファウリング観察の応用例:薬品洗浄条件の探索
2.7　今後の課題と展望
3　粒子成分・高分子成分のファウリングの考え方と防止技術
3.1　はじめに
3.2　粒子成分のファウリング
3.2.1　クロスフロー精密ろ過における細孔径より大きな粒子成分のファウリング
3.2.2　細孔径より小さな粒子成分のファウリング
3.3　高分子成分のファウリング
3.3.1　フラックス低下に寄与するファウリング形態の特定
3.3.2　吸着を抑制する膜面の特徴
3.3.3　高分子の吸着を抑制する膜開発の例
3.4　おわりに
4　浄水用ろ過膜の劣化機構と損傷検知手法の開発
4.1　はじめに
4.2　PVDF製中空糸MF膜の劣化機構
4.2.1　劣化による膜性能の変化
4.2.2　膜表面の構造の変化
4.2.3　膜素材への影響
4.2.4　PVDF製中空糸膜の劣化機構
4.3　光ファイバセンサを用いた膜損傷検知
4.3.1　光ファイバ型圧力センサ
4.3.2　FBGセンサによる膜破断検知可能性の評価
4.3.3　FBGセンサ間の膜ハウジング内圧力勾配の違いによる破断位置の特定
4.3.4　圧力の変化による検知と圧力勾配の変化による検知
4.4　おわりに
5　ダイナミックろ過装置によるケーク層除去と高効率水処理
5.1　はじめに
5.2　さまざまなダイナミックろ過技術
5.2.1　ダイナミックろ過の原理と特長
5.2.2　クロスフローろ過
5.2.3　回転や振動を利用したダイナミックろ過
5.2.4　気液二相流を利用したダイナミックろ過
5.3　バブル噴射型ダイナミックろ過装置の開発と水処理への応用
5.3.1　バブル噴射型ダイナミックろ過装置の概要
5.3.2　バブル噴射を併用しない場合のろ過特性(デッドエンドろ過特性)
5.3.3　バブル噴射を併用した場合のろ過特性(ダイナミックろ過特性)
5.3.4　装置の改良
5.4　おわりに
6　分子シミュレーションによる膜透過特性の理論的評価法
6.1　はじめに
6.2　水処理膜の分子シミュレーション手法
6.3　アクアポリンを模倣した細孔の理論設計
6.4　超分子膜の性能予測
6.5　正浸透膜の膜透過機構
6.6　膜ファウリングのシミュレーション
6.7　おわりに