抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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世界各地の淡水資源の枯渇や水質悪化に伴い,塩を含む種々の汚染物質に対して高い除去率を示す逆浸透膜(RO膜)の重要性は今後更に高まることが予想される。しかし,長期間海水淡水化施設で使用される間に少しずつ進行する活性層(ポリアミド層)の物理化学的構造の変化,そしてこれらの構造の変化が膜性能に及ぼす影響に関しては,重要であることは十分に認識されているにも関らず知見は非常に乏しい。このことを踏まえ,本研究の最終目的は,長期間の使用に伴うRO膜の物理化学構造の変化および膜性能の評価を行うことで膜性能の変化の原因に関する知見を得ることである。今回対象としたRO膜はFilmTec社の芳香族ポリアミド系複合膜SW30HR-380である。海水淡水化施設で長期間使用したエレメントから切り取った平膜を,EDTAとクエン酸で繰り返し洗浄することで目詰まり物質を除去した(“Used膜”)。そして,Osmonics社のSEPA CF平膜試験セルを用いて,Used膜および未使用のSW30HR-380エレメントから得た平膜(“Virgin膜”)のpH6.5における水透過性およびH
3BO
3,NaCl,そしてNaNO
3の除去率を評価した。また,ファウリングの膜性能への影響を評価するため,代表的な溶存有機化合物としてアルドリッチフミン酸をファウリング物質として選択してろ過実験を行った。実験結果およびモデリングによる考察から下記の知見が得られた。・Virgin膜とUsed膜の水接触角はそれぞれ38±9.3度と11±2.2度(n=4)であり,長期間の使用の間に膜表面の親水性が低下していることが分かった。この要因としては,親水性を高めるためにNew膜の表面コーティングに使用されているPVAが長期間の使用の間に減少していることが考えられた。・RBSによりUsed膜を分析した結果,Used膜のポリアミド層の元素組成はC
0.45H
0.30O
0.12N
0.091Br
0.039であり,Br/N=0.43に相当する非常に高い濃度のBrが検出された。これはも海水淡水化施設においてバクテリアによる目詰まりを抑制するために前処理として添加されているNaOClが海水に含まれるBrと反応して生成したHOBr(HOCl+Br
-=HOBr+Cl
-)がポリアミドと反応した結果と考えられた。・Used膜の膜性能(水透過流束,溶質除去率,ファウリングのしにくさ)はVirgin膜より低下していた。また,Ca
2+を添加した透過実験では,時間経過に伴いRO膜の水透過流束は低下した。これは,Ca
2+がポリアミド内の負電荷とアルドリッチフミン酸の負電荷を架橋してファウリングを進行させたことが要因と考えられた。また,膜表面の親水性を高めるPVAの量によってファウリングの程度は異なり,PVAの量が少ないUsed膜ではより著しく水透過流束が低下した。・溶解/拡散-移流モデルによるモデリングの結果,水がナノスケールレベルの欠陥より膜を透過した割合αは時間の経過とともに減少していることが分かった。この減少傾向はPVAの量が少ないUsed膜により顕著に現れ,ナノスケールレベルの欠陥の閉塞により移流による汚染物質の膜透過量が80%以上減少したことが分かった。(著者抄録)
