媒体ろ過対膜ろ過：適切な水処理ソリューションの選択

導入

清潔で安全な水へのアクセスは、基本的なグローバルな課題であり、効果的です 水処理 公衆衛生、環境保護、産業プロセスの基礎です。水の品質は、川や湖から地方自治体の供給や産業排水まで、その源によって大きく異なります。この水を飲酒、製造、または農業に使用できるようにするには、不純物を除去するために扱う必要があります。これを達成するために使用される最も一般的で重要な技術の2つは メディアろ過 そして 膜ろ過 .

どちらの方法も水から汚染物質を分離するように設計されていますが、それらは異なる原則で動作し、さまざまな用途に適しています。この記事では、媒体と膜ろ過の包括的な比較を提供し、特定の水処理ニーズに合ったソリューションを選択するのに役立つそれぞれのプロセス、アプリケーション、利点、および短所を調査します。

メディアろ過とは何ですか？

メディアろ過 は、水から吊り下げられた固形物、濁度、およびその他の不純物を除去するために、粒状材料の床であるフィルターメディアを利用する水処理プロセスです。これはの形です 深さろ過 、粒子は表面だけでなく、フィルターベッドの深さ全体を通してキャプチャされます。

使用されるメディアの種類

これらのフィルターで使用されるメディアは、除去される特定の汚染物質と望ましい水質に基づいて選択されます。メディアの一般的なタイプは次のとおりです。

• 砂と砂利： これは、最も伝統的で広く使用されているメディアです。水は、吊り下げられた固体を閉じ込める細かい砂のベッドを流れます。底にある粗い砂利の層が砂を支え、排水を助けます。

• 無煙炭： 低密度の石炭、無煙炭は、マルチメディアフィルターの砂と組み合わせて使用​​されることがよくあります。その大きく、より角張った粒子は、より大きな固体を閉じ込め、最上層があまりにも速く詰まるのを防ぎ、より深い貫通時間とより長い実行時間を確保します。

• 活性炭： この非常に多孔質の材料は、その能力に使用される特別なタイプのメディアです Adsorb 汚染物質。それは、有機化合物、塩素、農薬、および悪い味と臭気を引き起こす他の化学物質の除去に優れています。

メディアろ過がどのように機能するか

ろ過プロセスは、重力または圧力の下で、メディアベッドに水を渡すことにより機能します。水がフィルターを介して移動すると、汚染物質はいくつかのメカニズムによって除去されます。

• 緊張： より大きな粒子は、培地粒の間の小さなギャップによって物理的に緊張しています。

• 吸着： 粒子は、吸着と呼ばれるプロセスであるメディアの表面に固執します。これは、活性炭に特に効果的です。

• 凝集： 微粒子は衝突し、フィルターを通過すると一緒に貼り付け、より大きな粒子を形成し、より簡単に閉じ込められます。

時間が経つにつれて、閉じ込められた固形物がメディアベッドに蓄積し、圧力の増加と流れの減少を引き起こします。これが発生した場合、フィルターはそうでなければなりません バックウォッシュ 、閉じ込められた粒子を取り外して洗い流し、メディアベッドを掃除してフィルタリング能力を回復するために、水の流れが逆になっているプロセス。

メディアろ過の応用

メディアのろ過は堅牢で多用途の技術であり、主に前治療と初期の水の明確化に使用されます。そのアプリケーションには次のものが含まれます。

• 他のろ過方法の前処理： 一般に、大きな粒子を除去し、ファウリングから逆浸透膜などのより敏感な下流の機器を保護するための最初のステップとして使用されます。

• 廃水処理： 廃水処理プラントから排水を磨くために使用して、排出前に残りの懸濁固形物を除去します。

• 飲料水処理： メディアフィルターは、堆積物、濁度、およびソース水から懸濁した固形物を除去するために不可欠であり、さらなる精製ステップのためにより明確かつ安全になります。

• 産業プロセス： 冷却塔、灌漑、その他の産業用途で使用されており、主な目標は、懸濁した固形物を減らし、機器の損傷を防ぐことです。

膜ろ過とは何ですか？

膜ろ過 半透過性膜を使用して、物理的なサイズと特性に基づいて水から汚染物質を分離する水処理技術です。フィルターベッドの深さに依存する培地ろ過とは異なり、膜ろ過は 表面ろ過 プロセス。粒子が膜の表面で拒否されます。これはです 圧力駆動型 プロセス、つまり、水が膜に押し出され、不純物が残っています。

膜ろ過の種類

膜ろ過は、膜内の細孔のサイズによって分類され、除去できる汚染物質のタイプを決定します。細孔サイズを減らす順に主なタイプは次のとおりです。

• マイクロフィルトレーション（MF）： 約0.1〜10ミクロンの細孔サイズの膜を使用します。 MFは、懸濁した固体、コロイド、および細菌や原生動物のような大きな微生物を効果的に除去しますが、ウイルスや溶解した物質を除去することはできません。

• 超高ろ過（UF）： 通常、0.01から0.1ミクロンの細孔があります。 UFは重要なステップアップであり、MFができるすべての汚染物質に加えて、ウイルス、いくつかのタンパク質、およびその他の大きな有機分子を除去することができます。

• ナノフィルトレーション（NF）： 約0.001ミクロンの孔サイズで動作します。 NFは、カルシウムやマグネシウム、ウイルス、ほとんどの有機分子だけでなく、カルシウムやマグネシウムなどの硬度を引き起こすイオンを除去できるため、「軟化膜」と呼ばれることがよくあります。

• 逆浸透（RO）： これは、約0.0001ミクロンの細孔サイズの膜ろ過の最も高度な形態です。 ROは、溶解した塩、重金属、ウイルスを含むほぼすべての汚染物質を除去し、高度に精製した水を生成できます。

膜ろ過の仕組み

膜ろ過の背後にある核となる原理はです サイズの除外 。水は高圧下で膜を通り抜けますが、膜の毛穴よりも大きい汚染物質は膜の表面によって物理的にブロックされ、「拒否」されます。拒否されたストリーム 集中 または塩水、不純物が含まれていますが、精製された水は 浸透 、通過します。

膜システムの主要な課題は次のとおりです ファウリング 、汚染物質が膜表面に蓄積し、その効率と流量が低下します。これには、膜の定期的な洗浄または交換が必要です。ファウリングを緩和するには、膜システムが効果的に必要です 前処理 、メディアのろ過がよく使用される場所です。

膜ろ過の応用

非常に小さな粒子と溶解した物質を除去する能力により、膜フィルターは非常に高い水純度を必要とするアプリケーションで使用されます。それらのアプリケーションには次のものがあります：

• 飲料水浄化： UFとROは、安全な飲料水を生産し、有害な細菌、ウイルス、および広範囲の溶存固形物を除去するために広く使用されています。

• 産業プロセス水： エレクトロニクスの製造や発電などの産業では、敏感な機器の損傷を防ぐために超純金水が必要です。

• 医薬品： 製薬業界は、膜ろ過を使用して、薬物製剤と滅菌プロセスのために最高の純度の水を生成します。

• 海水淡水化： ROは、塩水を大規模に新鮮で飲みやすい水に変換するために使用される重要な技術です。

媒体ろ過と膜ろ過の主な違い

メディアろ過

利点：

• 費用対効果： これは、高レベルの懸濁固体で大量の水を処理するための低コストのソリューションです。

• 高流量： 高流量を処理することができ、治療前および大規模なアプリケーションに適しています。

• シンプルさ： このプロセスは、操作と保守が比較的簡単です。

短所：

• 限られた削除： 細菌、ウイルス、溶存ミネラルなどの小さな汚染物質を除去するのに効果的ではありません。

• 詰まりの可能性： 特に高熱水では、適切な前治療なしで迅速に詰まる可能性があります。

膜ろ過

利点：

• 高純度の水： 例外的な純度の水を生成し、病原体や溶解した固体を含む広範囲の汚染物質を除去します。

• 物理的な障壁： 膜は物理的な障壁として機能し、一貫した汚染物質除去を保証します。

短所：

• より高いコスト： エネルギー消費と膜交換による重要な初期投資と継続的な運用コスト。

• 前処理が必要です： 膜を保護し、寿命を延ばすために効果的な前処理を必要とするファウリングに非常に影響を受けやすくなります。

• 水廃棄物： 逆浸透のようなプロセスでは、かなりの量の水が濃縮物質として排水溝に送られます。

アプリケーション：適切なろ過法の選択

培地と膜のろ過の選択は、最終的には、希望の水質とソース水の特性に依存します。

メディアろ過を使用する時期：

• 高濁度水： これは、川の水や廃水など、高濃度の懸濁固形物で水を処理するのに理想的な選択です。

• 膜ろ過の前処理： これは、敏感な膜システムをファウリングから保護するための重要な最初のステップです。

• 高純度を必要としないアプリケーション： 目標が堆積物と大きな粒子を産業冷却、灌漑、または主要な説明ステップとして除去することである場合に使用します。

膜ろ過を使用する時期：

• 高純度の水が必要です： 最終使用では、飲料水、医薬品生産、または電子機器の製造など、最小限の溶解固形物、細菌、またはウイルスで水が必要になります。

• 特定の汚染物質の除去： 主な目標が特定の病原体、塩、またはメディアフィルターが処理できない他の溶存物質を除去することである場合に使用されます。

• 水の再利用と淡水化： 大規模な水プロジェクトの再利用と塩水を淡水に変換するために不可欠です。

ろ過技術の最近の進歩

ろ過技術は常に進化しており、効率の向上、コストの削減、システムのより持続可能なものになることに重点を置いています。ここにいくつかの注目すべき最近の進歩があります：

• ハイブリッドシステム： 最も重要な傾向の1つは、 ハイブリッドシステム これは、媒体ろ過と膜ろ過の両方の最良の側面を組み合わせています。一般的なセットアップでは、培地ろ過を堅牢な前処理ステップとして使用して、懸濁した固形物の大部分を除去し、それにより寿命を延ばし、より敏感で高価な膜の洗浄頻度を減らすことが含まれます。これにより、システム全体の効率が向上するだけでなく、運用コストも削減されます。

• 新しいメディアと膜： 研究者は、特性が強化された新しい高度なフィルターメディアと膜を開発しています。たとえば、一部の培地は現在、抗菌特性を提供するためにナノ粒子（たとえば、銀または二酸化チタン）が埋め込まれていますが、次世代膜はファウリングの回復力を高め、操作、エネルギー消費の低減をより少ない圧力を必要とするように設計されています。

• センサーと自動化テクノロジー： 最新のろ過システムは、リアルタイムセンサーおよび自動化されたコントロールとますます統合されています。これらのシステムは、水質、流量、および圧力差を監視して、逆洗や化学洗浄サイクルを自動的に開始できます。このスマートオートメーションは、パフォーマンスを最適化し、手動の介入を減らし、システムの障害を防ぎます。

結論

媒体と膜のろ過を選択することは、一方が他方よりも本質的に「優れている」ということではありません。むしろ、ジョブに適したツールを選択することです。

• メディアろ過 は、大きな粒子と濁度を除去するための信頼できる費用対効果の高いソリューションとして機能する水処理の主力です。これは、ほとんどの複雑な水処理プロセスにとって不可欠な最初のステップです。

• 膜ろ過 メディアフィルターが一致できないレベルの純度を提供できる精密機器です。微視的な汚染物質、病原体、溶解した物質を除去するときの頼りになる技術は重要です。