| |
頁 |
| 第1章 液体の膜分離技術の概説 |
1 |
| 1.1 研究開発の経緯 |
1 |
| 1.1.1 膜分離の工業化への黎明 |
1 |
| 1.1.2 食塩製造、核物質の分離、新水源開発 |
1 |
| 1.1.3 国内での省資源化、水質向上 |
2 |
| 1.1.4 バイオマスのエネルギー転換 |
2 |
| 1.2 分離対象、膜分離法と分離膜の関係 |
2 |
| 1.3 膜素材・分離膜・膜モジュールの概略 |
5 |
| 1.3.1 典型的な膜素材 |
5 |
| 1.3.2 分離膜の種類 |
6 |
| (1) 物理的・化学的性状による膜の分類 |
6 |
| (2) 膜分離法による膜の分類 |
8 |
| 1.3.3 膜モジュールの概略 |
9 |
| 1.4 膜分離技術の基礎 |
11 |
| 1.4.1 分離膜の限界と分離法の差別化 |
12 |
| 1.4.2 分離膜の入出力と膜プロセスの基本的フロー |
13 |
| (1) デッドエンド濾過とクロスフロー濾過 |
13 |
| (2) 回分式と連続式 |
15 |
| 1.4.3 逆浸透法と浸透気化法の比較 |
16 |
| (1) 透過流束 |
16 |
| (2) 駆動力 |
18 |
| 1.4.4 各液体分離法の応用範囲 |
20 |
| 引用文献 |
21 |
第2章 逆浸透(RO)法 |
23 |
| 2.1 逆浸透法の動向 |
25 |
| 2.2 ホウ素除去海水淡水化高圧逆浸透膜 |
27 |
| 2.2.1 高圧逆浸透膜と高ホウ素除去逆浸透膜(東レ(株)) |
30 |
2.2.2 高ホウ素除去段階逆浸透海水淡水化システム(日東電工(株)、
(株)神鋼環境ソリューション) |
33 |
| (1) IMS(Integrated Membrane Solutions) |
33 |
| (2) 高ホウ素除去段階逆浸透海水淡水化システム1(日東電工(株)) |
35 |
(3) 高ホウ素除去段階逆浸透海水淡水化システム2
((株)神鋼環境ソリューション) |
36 |
| 2.2.3 中空糸型高効率高圧逆浸透膜(東洋紡績(株)) |
37 |
| 2.3 低圧・超低圧・極超低圧逆浸透膜の流れ |
40 |
| 2.3.1 逆浸透膜の極超低圧化への道(東レ(株)) |
41 |
| 2.3.2 低圧化への考察(日東電工(株)) |
42 |
| 2.3.3 低圧化への考察(東レ(株)) |
43 |
| 2.4 低ファウリング逆浸透膜 |
44 |
| 2.4.1 ファウリングの対策 |
46 |
| (1) ケミカルファウリングのメカニズム |
46 |
| (2) バイオファウリングのメカニズム |
46 |
| (3) バイオファウリングの対策 |
47 |
| 2.4.2 主要逆浸透膜材の塩素劣化性の導出(東レ(株)) |
48 |
| (1) 耐塩素性導出の実験と結果 |
48 |
| a)浸漬テストによる塩素劣化の定量化 |
49 |
| b)連続運転系による塩素劣化の定量化 |
50 |
| c)逆浸透膜の耐塩素性の比較と塩素剤操作タイミング |
51 |
| 2.4.3 表面等電位を施した耐汚染性逆浸透膜(日東電工(株)) |
52 |
| 2.4.4 耐微生物性汚染性逆浸透膜エレメント(ダウ・ケミカル日本(株)) |
53 |
| (1) エレメントの特長 |
53 |
| (2) フィールド試験結果 |
53 |
| 2.4.5 下水用低ファウリング逆浸透膜(東レ(株)) |
54 |
| (1) ポリアミド逆浸透膜の表面改質による低ファウリング逆浸透膜 |
55 |
| (2) 低ファウリングRO膜エレメントによるテスト |
56 |
| 2.5 逆浸透法の応用 |
57 |
| 2.5.1 逆浸透膜による有害排水の処理(大阪市立工業研究所) |
57 |
| A 目的 |
57 |
| B 従来技術・課題 |
57 |
| C 理論・解決手段 |
60 |
| (1) 揮発性有機塩素化合物含有排水 |
60 |
| (2) トリハロメタン前駆物質の除去 |
63 |
| (3) ジオキサン含有排水 |
64 |
| D 効果効用・まとめ |
65 |
| 2.5.2 逆浸透膜(DTモジュール)によるごみ浸出水処理(Rochem社) |
65 |
| 引用文献 |
68 |
第3章 ナノ濾過(NF)法 |
70 |
| 3.1 ナノ濾過の動向 |
70 |
| 3.1.1 新規極超低圧ナノ濾過膜(東レ(株)) |
72 |
| 3.2 ナノ濾過法の応用 |
74 |
| 3.2.1 ナノ濾過膜による水処理分野への応用 |
74 |
| (1) 高度浄水処理技術の動向 |
74 |
| (2) ナノ濾過膜による有機物(農薬)除去(東レ(株)) |
75 |
(3) ナノ濾過膜によるジクロロアニリン(除草剤)除去
((株)神鋼環境ソリューション) |
76 |
| (4) ナノ濾過膜の浄水処理への適用 |
79 |
| (5) ナノ濾過膜による都市下水の高度処理・再利用 |
80 |
(6) 中空糸型ナノ濾過膜(膜モジュール)による飲料浄水器への適用
(東洋紡績(株)) |
82 |
| 3.2.2 ナノ濾過膜による食品分野への応用 |
84 |
| (1) 食品特性と膜プロセス |
85 |
| (2) 食品産業における膜技術開発問題の把握 |
85 |
| (3) 食品産業におけるナノ濾過膜研究の推移 |
86 |
| (4) ナノ濾過膜による応用実例 |
87 |
| a)漬け物排水および昆布の洗浄排水の再利用(新潟大学) |
87 |
| b)ジュースの高濃度(ROとNF)濃縮システム(新潟大学) |
88 |
| c)フラクトオリゴ糖の精製(新潟大学) |
90 |
| d)製糖産業で濃縮排水処理(Hydranautics(日東電工グループ米国現地法人)) |
90 |
| e)茶抽出液中のアミノ酸とカテキンの分離の可能性(静岡県茶業試験場) |
92 |
| 引用文献 |
96 |
第4章 限外濾過(UF)法 |
98 |
| 4.1 限外濾過法の動向 |
98 |
| 4.1.1 最初の限外濾過膜の開発 |
100 |
| 4.1.2 電着塗装への応用 |
100 |
| 4.1.3 医薬品(注射用水)工業への応用 |
101 |
| 4.1.4 食品工業への応用 |
101 |
| 4.1.5 造水(海水淡水化)、浄水、排水処理への応用 |
101 |
| 4.1.6 バイオテクノロジー産業への応用 |
102 |
| 4.2 限外濾過の透過理論とExcelによる計算 |
102 |
| 4.2.1 限外濾過の性能指標 |
102 |
| (1) 分画分子量 |
102 |
| (2) 限外濾過膜の表面電子顕微鏡写真の推移 |
103 |
| 4.2.2 限外濾過(UF)膜の輸送現象とExcelによる計算 |
104 |
| (1) 濃度分極 |
104 |
| (2) 限外濾過における浸透圧モデルとExcel計算(新潟大学) |
105 |
| 4.3 限外濾過のファウリング対策 |
106 |
| 4.3.1 逆洗可能スパイラル型限外濾過膜(日東電工(株)) |
107 |
| 4.3.2 目詰まり防止の回転型・攪拌型膜モジュール(新潟大学) |
108 |
| 4.3.3 食品工業における膜洗浄剤(NGKフィルテック(株)) |
110 |
| 4.3.4 前高度処理による耐ファウリング(栗田工業(株)) |
112 |
| (1) ベントナイト単独懸濁水における膜濾過抵抗 |
112 |
| (2) ベントナイト・フミン酸混合水における膜濾過抵抗 |
113 |
| (3) 既存高度処理(オゾン酸化と活性炭吸着)と限外濾過膜の組み合わせ |
114 |
| 4.4 限外濾過法の応用 |
115 |
4.4.1 限外濾過膜による逆浸透海水淡水化の前処理
((財)造水促進センター、日東電工(株)) |
115 |
| (1) 中空糸型UF膜モジュールによる海水淡水化の前処理実験 |
115 |
| (2) スパイラル型限外濾過膜による海水淡水化の前処理実験 |
116 |
| 4.4.2 限外濾過膜の浄水処理への応用 |
118 |
| (1) 病原性原虫と浄水処理関係の研究開発プロジェクト |
118 |
| (2) 浄水高度処理MAC21における(UF膜＋NF膜) |
119 |
| (3) 限外濾過膜による水道用濾過設備の実用例 |
120 |
| 4.4.3 限外濾過膜の膜分離活性汚泥法(別置き型)と浸漬型膜分離活性汚泥法 |
121 |
| (1) 限外濾過膜の膜分離活性汚泥法(別置き型) |
122 |
| a)省エネルギー槽外型の膜分離活性汚泥法(日本ノリット(株)) |
124 |
| (2) 浸漬型膜分離活性汚泥法(SMBR) |
126 |
| (3) ビル排水から中水製造 |
127 |
| 4.4.4 限外濾過膜の食品工業への応用 |
128 |
| (1) 限外濾過膜を利用したプロセス例 |
128 |
| (2) 醤油及び関連製品での限外濾過膜の役割 |
130 |
| (3) 限外濾過膜による洗米排水の再生(新潟大学) |
131 |
| 4.4.5 限外濾過膜のバイオテクノロジーへの応用 |
132 |
| (1) 荷電型限外濾過膜による高い選択性のタンパク分離 |
132 |
| (2) 限外濾過膜によるウイルス除去 |
133 |
4.4.6 限外濾過膜による内分泌撹乱性の前駆物質の除去
(神奈川県産業技術総合研究所、東海大学) |
134 |
| 4.4.7 その他の限外濾過膜の応用 |
137 |
| (1) 半導体製造における超純水製造 |
137 |
| (2) 半導体製造のシリコン研磨排水の処理 |
137 |
| 引用文献 |
138 |
第5章 精密濾過(MF)法 |
140 |
| 5.1 精密濾過法の動向 |
140 |
| 5.1.1 精密濾過法の発展 |
140 |
| 5.1.2 ケーク濾過理論とExcelによる数値解析(新潟大学) |
141 |
| (1) デッドエンド濾過 |
141 |
| (2) クロスフロー濾過 |
144 |
| 5.2 精密濾過膜のファウリング対策 |
145 |
| 5.2.1 振動型フィルターによるクロスフロー精密濾過特性(山口大学) |
146 |
| 5.2.2 浮遊プラスチック濾材によるファウリング対策((株)神鋼環境ソリューション) |
149 |
| 5.2.3 負荷変動によるMBRの膜目詰まりシミュレーション(武蔵工業大学) |
151 |
| 5.3 精密濾過法の応用 |
154 |
| 5.3.1 下水・排水処理における精密濾過法の主要応用技術(愛媛大学) |
154 |
| (1) 排水操作の一般的な工程(標準活性汚泥法) |
154 |
| (2) 膜分離活性汚泥法(MBR)の特徴 |
156 |
| (3) 膜分離活性汚泥法用精密濾過膜(膜モジュール)の種類 |
157 |
| a)MBR用PVDF平膜モジュールの特徴(東レ(株)) |
158 |
| b)槽浸漬型平膜分離装置((株)クボタ) |
160 |
| c)MBR用円筒型中空糸膜モジュール(旭化成ケミカルズ(株)) |
161 |
| 5.3.2 膜分離活性汚泥法の下水処理への応用(日本下水道事業団) |
164 |
| (1) 下水道原水の特徴 |
164 |
| (2) 下水道用MBR |
165 |
| a)プロセスのフロー |
165 |
| b)膜モジュール |
166 |
| (3) 下水道におけるMBRの適用 |
166 |
| 5.3.3 オゾン耐性膜付き下水処理高度処理システム(旭化成ケミカルズ(株)) |
167 |
| (1) システムフロー |
167 |
| (2) 膜濾過水の水質 |
167 |
5.3.4 浸漬型膜分離を用いた半導体排水処理システム
(三洋電機(株)、三洋アクアテクノ(株)) |
168 |
| (1) シリコン排水の処理システム |
168 |
| (2) CMP排水の処理システム |
170 |
| 5.3.5 精密濾過膜の食品工業への応用 |
172 |
5.3.6 精密濾過膜によるめっき排水の処理
(日本フイルター(株)、(独)産業技術総合研究所) |
173 |
| (1) システムの特徴 |
174 |
| a)チューブ型精密濾過膜「FIL-SEP」 |
174 |
| b)膜分離装置「MICRO-LO」 |
175 |
| (2) 導入事例 |
176 |
| a)クロスフロー濾過による高濃度排水処理(A社) |
176 |
| b)ダイレクトフロー濾過による低濃度排水処理(B社) |
177 |
| (3) 課題・対策・展開 |
179 |
| 5.3.7 その他の精密濾過膜の応用 |
179 |
| (1) セラミック精密濾過膜によるCMPスラリーの処理 |
179 |
(2) 精密濾過膜による逆浸透海水淡水化の前処理
((財)造水促進センター、日東電工(株)) |
180 |
| 引用文献 |
181 |
第6章 電気透析(ED)法 |
183 |
| 6.1 電気透析法の動向 |
183 |
| 6.1.1 電気透析法の発展 |
183 |
| 6.1.2 電気透析法の基本技術 |
184 |
| (1) イオン交換膜 |
184 |
| (2) 電気透析装置 |
185 |
6.1.3 電気透析槽における銅(II)イオンの溶存種ごとの膜透過挙動
((財)塩事業センター海水総合研究所) |
186 |
| (1) 実験と考察 |
187 |
| a)実験装置と方法 |
187 |
| b)モデル(K+、Ca2+)カチオン透過実験と考察 |
188 |
| c)銅イオン透過実験と考察 |
190 |
| (2) 結論 |
192 |
| 6.2 電気透析法の応用 |
193 |
| 6.2.1 電気透析の主応用技術の概要 |
193 |
| (1) 飲料水の製造((株)アストム) |
193 |
| (2) 海洋深層水でのミネラル水製造 |
193 |
| (3) 電解質溶液の濃縮 |
194 |
| (4) 塩水淡水化と排水処理 |
195 |
| (5) 非電解質と電解質の分離 |
196 |
| (6) バイポーラ膜電気透析による有機酸塩からの有機酸製造 |
198 |
| (7) イオン交換膜法食塩電解 |
199 |
6.2.2 電気透析法による硝酸性窒素・硬度成分(Ca、Mg)除去
((株)神鋼環境ソリューション) |
200 |
| (1) 極性転換方式電気透析法 |
201 |
| (2) 電気透析濃縮排水の処理(生物学的硝酸性窒素除去) |
203 |
| (3) 本システムの適用例 |
204 |
| a)A町での運転状況(硝酸性窒素除去) |
205 |
| b)B町での運転状況(硬度成分除去) |
207 |
| 6.2.3 電気透析法による現像廃液のリサイクル技術(オルガノ(株)) |
208 |
| (1) 従来処理の課題 |
208 |
| (2) 電気透析法による回収再利用システム |
209 |
| (3) LSI製造工場、LCD製造工場での実験結果と考察 |
211 |
| 6.2.4 海洋深層水ミネラル調整液製造プラント |
213 |
| (1) 海洋深層水ミネラル調整液製造プラントの電気透析装置 |
213 |
| (2) 考察・結果 |
216 |
| 6.2.5 電気透析法によるアミノ酸製造(味の素(株)) |
217 |
| (1) 概要 |
217 |
| (2) グルタミン酸発酵法 |
218 |
| (3) グルタミン酸発酵液からMSGを分離・精製する製造プロセス |
218 |
| 引用文献 |
221 |
第7章 浸透気化(PV)法 |
223 |
| 7.1 浸透気化法の動向 |
223 |
| 7.1.1 浸透気化法の発展 |
223 |
| 7.1.2 浸透気化法の基礎 |
223 |
| (1) 水選択透過膜 |
224 |
| (2) 有機液体選択透過膜 |
225 |
| (3) 浸透気化法の原理と分離プロセスの特徴 |
226 |
| 7.2 浸透気化分離の研究事例 |
228 |
7.2.1 物理・化学修飾セルロース系膜によるエタノール水溶液の浸透気化分離
(京都工芸繊維大学) |
228 |
| (1) セルロースアセテート膜およびセルロース膜の一面配向膜 |
229 |
| (2) 一面配向カルボキシメチルセルロース膜 |
235 |
| (3) 化学修飾セルロース膜 |
242 |
7.2.2 ハイブリッド膜によるエタノール水溶液の透過分離への影響
(関西大学、ハイテクリサーチセンター) |
245 |
| (1) 有機PVAと無機テトラエトキシシランのハイブリッド膜 |
246 |
| (2) 有機PVAと無機アルコキシシラン縮合体のハイブリッド膜 |
249 |
| 7.3 浸透気化法の応用 |
254 |
| 7.3.1 ゼオライト膜による水・有機物の浸透気化分離 |
254 |
| (1) 概要 |
254 |
| (2) 水選択透過性ゼオライト膜 |
258 |
| (3) 有機物選択性ゼオライト膜 |
261 |
| 7.3.2 浸透気化膜による汚染浄水化応用 |
262 |
| (1) 地下水汚染浄化用浸透気化膜システム開発((独)産業技術総合研究所) |
262 |
| a)システムの概要 |
262 |
| b)有機塩素系溶剤分離膜の開発 |
263 |
| (2) 浸透気化膜によるクロロエタンの分離透過性(東京大学) |
263 |
| 7.3.3 内分泌攪乱物質の浸透気化法による除去(成蹊大学) |
264 |
| (1) 浸透気化法の原理と装置 |
265 |
| (2) 分離係数と内分泌攪乱物質の分子量との関係 |
267 |
| (3) 塩水溶液中における内分泌攪乱物質の浸透気化法による濃縮・除去 |
270 |
| (4) 海水中における有機物質並びに内分泌攪乱物質の浸透気化法による分析 |
270 |
| 引用文献 |
271 |
第8章 膜組み合わせ応用一覧と組み合わせ技術 |
273 |
| 8.1 膜組み合わせ応用一覧(大阪市立工業研究所) |
273 |
| 8.1.1 海水淡水化への適用 |
274 |
| 8.1.2 超純水製造への適用 |
274 |
| 8.1.3 浄水処理への適用 |
275 |
| 8.1.4 下水処理への適用 |
275 |
| 8.1.5 排水処理への適用 |
276 |
| 8.2 膜分離技術と従来技術の組み合わせによる処理 |
276 |
8.2.1 活性炭吸着と膜濾過併用による浄水処理
(岐阜大学流域圏科学研究センター) |
276 |
| 8.2.2 他の組み合わせ例(大阪市立工業研究所) |
278 |
| (1) 分離膜とイオン交換樹脂との組み合わせ |
278 |
| (2) ナノ濾過膜と精密濾過膜あるいは限外濾過膜との組み合わせ |
278 |
| 引用文献 |
279 |
第9章 膜表面改質と製膜に関する研究事例 |
280 |
| 9.1 多孔性高分子膜におけるプラズマクラフト重合による親水化処理 |
281 |
9.1.1 PTFE膜とPP膜における1,4-ジオキサンのプラズマ重合処理
(大阪市立工業研究所) |
281 |
| (1) 実験 |
282 |
| a)試薬(モノマー重合薬とエマルジョン薬)と膜 |
282 |
| b)プラズマ重合の装置と操作 |
282 |
| (2) 結果・考察 |
282 |
| a)親水性の変化 |
282 |
| b)プラズマ重合ポリマーの赤外吸収スペクトル |
283 |
| c)プラズマ重合処理膜の分離性能評価 |
283 |
| (3) まとめ |
286 |
9.1.2 タンパク質吸着量抑制のためのPSf膜におけるプラズマクラフト重合
(早稲田大学) |
287 |
| (1) 実験 |
287 |
| a)試料 |
287 |
| b)プラズマ処理 |
287 |
| (2) 結果・考察 |
288 |
| a)接触角測定 |
288 |
| b)FTIR-ATR及びXPS測定 |
289 |
| c)タンパク質吸着量 |
289 |
| (3) まとめ |
290 |
| 9.2 微細構造制御と透過性能 |
290 |
| 9.2.1 ゼオライト膜の構造制御と機能(東京大学) |
291 |
| (1) ゼオライト配向膜 |
291 |
| (2) 結晶粒界の制御 |
292 |
| (3) 透過性能と微細構造 |
292 |
9.2.2 ゼオライト膜の表面改質および結晶粒界制御による浸透気化分離特性
(北陸先端科学技術大学院大学) |
293 |
| (1) ゼオライト膜の結晶粒界 |
293 |
| (2) ゼオライト膜の表面改質および結晶粒界制御 |
295 |
| a)シリル化処理 |
295 |
| b)加圧ゾル−ゲル処理 |
296 |
| (3) まとめ |
297 |
| 9.2.3 延伸法によるPTFE膜の構造制御と機能(京都大学、住友電気工業(株)) |
298 |
| (1) 素材と製膜法 |
298 |
| (2) 多孔構造形成機構 |
299 |
| a)一軸および二軸延伸における構造形成 |
299 |
| b)熱処理における多孔構造固定 |
300 |
| c)多孔構造微細化の試み |
301 |
| (3) 一軸および二軸延伸した多孔PTFE膜の典型的特性 |
301 |
9.3 不織布上へのポリイミド非対称膜の作製
(東京理科大学、(独)産業技術総合研究所) |
303 |
| 9.3.1 実験 |
303 |
| 9.3.2 測定・観察・結果 |
305 |
| (1) 製膜液組成が限外濾過特性に及ぼす影響 |
305 |
| (2) 製膜液組成が浸透気化性能に及ぼす影響 |
306 |
| (3) ポリイミド膜の断面構造の観察 |
307 |
| (4) まとめ |
308 |
9.4 熱誘起相分離法による多孔膜の作製と構造形成のシミュレーション
(京都工芸繊維大学) |
308 |
| 9.4.1 熱誘起相分離法(TIPS法) |
309 |
| 9.4.2 実験 |
310 |
| 9.4.3 非称性膜の作製と計算機シミュレーションによる相分離過程の解析 |
310 |
| 引用文献 |
314 |
第10章 膜モジュールの実際とAMST規格認定の膜モジュールリスト |
315 |
| 10.1 膜モジュールの実際 |
315 |
| 10.1.1 海水淡水用スパイラル型膜モジュール(日東電工(株)) |
317 |
| 10.1.2 水処理用限外濾過・精密濾過膜(中空糸膜)モジュール(東洋紡績(株)) |
318 |
| (1) 膜の設計コンセプト |
318 |
| (2) モジュール構造 |
319 |
| 10.1.3 水処理用分離膜エレメントモジュール(東レ(株)) |
320 |
| (1) 逆浸透膜 |
320 |
| (2) 限外濾過膜と精密濾過膜 |
321 |
| 10.1.4 外圧式中空糸膜モジュール((株)クラレ) |
323 |
| 10.1.5 耐オゾン精密濾過膜モジュール |
324 |
| (1) 耐オゾン精密濾過膜モジュール |
324 |
| (2) オゾン併用膜膿濾過システムの結果 |
326 |
| 10.1.6 液体分離用セラミックフィルターモジュール(横浜国立大学) |
326 |
| (1) セラミックフィルターの特徴 |
326 |
| (2) エレメントの形状と構造 |
327 |
| (3) セラミックフィルターのモジュール型式 |
329 |
| 10.1.7 有機溶媒脱水用ゼオライト膜(PV膜)モジュール(三井造船(株)) |
330 |
| (1) 少流量処理用二重円筒型膜モジュール |
331 |
| (2) 多量用円筒型膜モジュール |
331 |
| 10.2 AMST規格認定の膜モジュールリスト((財)造水促進センター) |
333 |
| 引用文献 |
337 |
| 付属資料 関連の国内公開特許 |
338 |
| 1.逆浸透 |
338 |
| 2.ナノろ過 |
345 |
| 3.限外ろ過 |
348 |
| 4.精密ろ過 |
353 |
| 5.電気透析 |
356 |
| 6.浸透気化 |
363 |
| 7.複数膜適用 |
366 |
