2020 Fiscal Year Annual Research Report

水中バイオポリマーの詳細な特性解明に基づく膜目詰まり問題の根本的解決

Research Project

Project/Area Number	18H03789
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	木村克輝北海道大学, 工学研究院, 教授 (10292054)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	西村紳一郎北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (00183898) 山村寛中央大学, 理工学部, 教授 (40515334)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	浄水膜処理 / 膜ファウリング / バイオポリマー / アルギン酸 / BSA / フミン質 / LC-OCD
Outline of Annual Research Achievements	浄水膜処理における膜ファウリングの発生において、天然有機物中のバイオポリマー画分の強い関与が示されている。膜ファウリングの研究においてはバイオポリマーのモデル物質（アルギン酸など）が多用されてきたが、これらは水道原水に含まれるバイオポリマーと特性が大きく異なる可能性がある。本研究では、水道原水からバイオポリマーを精製回収する方法を確立し、バイオポリマーの膜ファウリング発生ポテンシャルや物理・化学的特性について、従来用いられてきたモデル物質との比較を行った。水道原水となっている河川水よりバイオポリマーの濃縮・精製回収を行った。遠心分離による懸濁成分除去後、UF 膜を用いたクロスフローろ過により原水中バイオポリマーの濃縮分離を行った。河川水の一次濃縮後、蒸留水を添加しながら UF 膜ろ過を継続することでバイオポリマーの純度向上を図った。バイオポリマーの純度向上には、添加する蒸留水の成分調整が重要であることを見出した。ｐHと電気伝導度を河川水と同程度にすることに加えて、カルシウムを河川水と同程度の濃度で添加することでフミン質のバイオポリマー試料中への混入を大幅に減少させることができた。これは、UF膜表面の荷電を中和することでフミン質とUF膜表面との間の静電反発を緩和し、フミン質の透過水側への移動を促進したことによると考えられた。高純度のバイオポリマー試料を用いて行った膜ろ過実験では、バイオポリマーが従来のモデル物質（アルギン酸、BSA）と比較して著しく高い膜ファウリング発生ポテンシャルを有していることが明らかになった。赤外スペクトル分析および水晶振動子マイクロバランス法を用いた分析では、バイオポリマーとモデル物質の物理化学特性は大きく異なることが示された。本研究では精製バイオポリマーの更なるサイズ分画を行うことにも成功した。
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。