廃水処理における主な膜タイプとその多次元概要

廃水膜治療は、汚染物質を除去するために膜の選択的分離特性に依存しています。膜タイプの分類は、化学組成、分離メカニズム、ジオメトリ、および特殊な機能に基づいて異なります。

1。化学組成による

1.1有機膜

• PVDF（ポリビニリデンフッ化物）膜 ：高機械強度と化学耐性、マイクロフィルトレーション（MF）および限外ろ過（UF）、特に油性または高有機廃水用の膜バイオリアクター（MBR）で広く使用されています。
• PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）膜 ：高温（最大260°C）および極端なpHに耐性があります。これは、乳化したオイルとコロイドを備えた工業用廃水（医薬品、化学物質など）に最適です。
• 他のポリマー膜 ：ポリエチレン（PE）およびポリプロピレン（PP）は、MF前処理に費用対効果が高いが、機械的強度が低い。

1.2無機膜

• セラミック膜 ：アルミナまたはジルコニアで作られており、高温（> 500°C）と微生物腐食に耐え、高温または高温廃水に適しています（繊維、食品産業など）。
• 金属膜 ：チタン合金膜は、海水前処理または重金属廃水処理で使用される高圧と極端なpHに耐えます。

2。分離メカニズムによる

2.1多孔質膜

• マイクロフィルトレーション（MF） ：細孔サイズは0.1〜10μm、懸濁した固形物、細菌、および大きなコロイド（たとえば、都市廃水前処理）を除去します。
• 超高ろ過（UF） ：細孔サイズは0.01〜0.1μm、タンパク質、ウイルス、および高分子（たとえば、産業廃水リサイクルなど）を保持します。
• ナノフィルトレーション（NF） ：細孔サイズ1〜2 nmは、染料淡水化と水柔らかくするために使用される、二価イオン（ca²⁺、so₄²⁻）および有機分子（200〜1000 da）を選択的に除去します。

2.2非多孔質膜

• 逆浸透（RO） ：高圧下の密な膜は、溶解した塩（> 95％拒絶反応）、重金属、および小さな有機物を除去し、海水淡水化と高塩性廃水に重要です。
• 電気透析（ED/EDR） ：イオン交換膜は、塩水濃度と酸/アルカリ回復に適した電界を介して塩を分離します。

2.3液体膜

• 支持液膜（SLM） ：希少金属または放射性廃水回復に適用される選択的イオン輸送には、キャリア分子（クラウンエーテルなど）を使用します。

3。幾何学的構成によって

3.1フラットシート膜

• シンプルな構造、クリーニング/交換が簡単/交換、MBRシステムと小規模な分散処理で使用されますが、梱包密度は低いです。

3.2尿細管膜

• 幅広のフローチャネルは、詰まりを減らし、高サスペ型の硬化廃水（例：製紙ミル排水）に最適ですが、エネルギー集約型です。

3.3中空繊維膜

• UF/ROシステムで一般的ですが、濁度に敏感です。

4。特殊な膜とハイブリッドシステム

4.1膜バイオリアクター（MBR）

• 生物学的処理を膜分離と統合し、再利用可能な水（例：都市または家畜の廃水）を生成しますが、膜のファウリングには定期的な化学洗浄が必要です。

4.2デュアル膜プロセス

• UF/MF RO ：99％溶解した汚染物質を除去して、超純水（電子機器）または埋め立て地浸出液処理を行います。
• nf ro ：段階的な治療を介して、高塩性廃水におけるRO膜ファウリングを減らします。

4.3機能化された膜

• 光触媒膜 ：tio₂コーティングされた膜は、紫外線の下で有機物を分解し、ファウリングを減らします。
• アンチフォーリング膜 ：親水性修飾（例：ポリビニルアルコールグラフト）またはナノ材料複合材料（酸化グラフェンなど）は、タンパク質/コロイドの接着を最小限に抑えます。

5。アプリケーションシナリオと選択ガイドライン

6。将来の傾向

• 物質的な革新 ：ハイブリッド有機無機膜と生分解性生体高分子膜。
• スマート操作 ：IoTベースのフラックスと膜貫通圧力のリアルタイムモニタリングは、クリーニングサイクルを最適化します。
• リソースの回復 ：ゼロ液体放電（ZLD）およびリソース抽出のための膜蒸留（MD）または前方浸透（FO）との統合。

まとめ

廃水膜技術（MF、UF、NF、RO、MBRなど）は、水質、治療目標、およびコストに基づいて多様な分離ニーズに対応しています。将来の進歩は、持続可能でエネルギー効率の高いソリューションを実現するために、耐久性、インテリジェントシステム、リソースの回復を備えた材料に焦点を当てます。