2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of controlling method of combined fouling for the diversification of water source and establishment of sustainable membrane treatment system
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20K12228
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| Research Institution | Nigata University of Phermacy and Applied Life Sciences |
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Principal Investigator |
大野 正貴 新潟薬科大学, 応用生命科学部, 博士研究員 (40781216)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 逆浸透膜 / 膜ファウリング / 生物膜 / スケール / ファウリング制御 / ナノバブル / 次亜塩素酸ナトリウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、生物膜とスケールによる複合ファウリングの制御において次亜塩素酸ナトリウム（以降、塩素）とナノバブルを併用した洗浄手法を開発すると同時に、生物膜除去におけるスケールの存在影響を評価し、制御メカニズムの解明を達成する。これに加えて、本洗浄手法を適用した長期間の膜ろ過運転の実証から安定性を評価することを目的とし、次世代に向けた持続可能なRO膜処理システムの確立を目指している。本研究の計画として、複合ファウリング制御における塩素とナノバブルの併用洗浄手法の開発、生物膜除去におけるスケールの役割の解明、塩素とナノバブルの併用洗浄を適用した膜処理システムの実証と安定性評価の3項目を設定し、実施している。
2020年度は、ナノバブルを適用した複合ファウリングの洗浄条件として洗浄時の操作圧力の効果について検討し、操作圧力と洗浄後の膜の純水透過性能の関係から、操作圧力が低いほど洗浄効果が向上することが示された。また、ナノバブルのみを用いた洗浄では洗浄効果が低かったが、塩素を併用することで洗浄効果が向上し、ナノバブルが塩素による薬品洗浄の効果を相加的に向上させることが明らかとなった。さらに、電子顕微鏡(SEM)画像から塩素とナノバブルの併用洗浄前後の膜面において、生物膜と硫酸カルシウムスケールを除去できることが確認され、複合ファウリングを制御できることが示された。
さらに、国内学会として第55回日本水環境学会年会においてこれらの成果を発表した。また、国際会議としてThe Water and Environment Technology Conference 2021において発表を予定している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では、生物膜とスケールによる複合ファウリングの制御において次亜塩素酸ナトリウム（以降、塩素）とナノバブルを併用した洗浄手法を開発すると同時に、生物膜除去におけるスケールの存在影響を評価し、制御メカニズムの解明を達成する。これに加えて、本洗浄手法を適用した長期間の膜ろ過運転の実証から安定性を評価することを目的とし、次世代に向けた持続可能なRO膜処理システムの確立を目指している。本研究の計画として、複合ファウリング制御における塩素とナノバブルの併用洗浄手法の開発、生物膜除去におけるスケールの役割の解明、塩素とナノバブルの併用洗浄を適用した膜処理システムの実証と安定性評価の3項目を設定し、実施している。
2020年度は、複合ファウリング制御における塩素とナノバブルの併用洗浄手法の開発について、当初の研究計画を概ね達成した。ここでは、生物膜とスケールによる複合ファウリングの洗浄条件として洗浄剤の種類および洗浄時の操作圧力の効果について検討し、ナノバブルを洗浄剤とした場合では操作圧力と洗浄後の膜の純水透過性能の関係から、操作圧力が低いほど洗浄効果が向上することが示された。洗浄剤の種類の検討から、ナノバブルのみを用いた洗浄は塩素のみによる洗浄よりも効果が低かったが、塩素を併用することで洗浄効果が向上し、ナノバブルが塩素による薬品洗浄の効果を相加的に向上させることが明らかとなった。さらに、膜面において電子顕微鏡(SEM)観察を行ったところ、ファウリング後(洗浄前)の膜面は未処理の膜に比べてフラットになっており、膜面全体を生物膜と硫酸カルシウムスケールが覆っていることが確認された。塩素とナノバブルの併用洗浄前後では膜面から生物膜とスケールを除去できることが確認され、複合ファウリングを制御できることが示された。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の計画として、2020年度に引き続き塩素とナノバブルの併用洗浄手法の開発において、洗浄条件として洗浄時の流量、洗浄間隔および時間等の物理的な条件と遊離塩素濃度およびpH等の化学的な条件を検討する。これに加えて、生物膜除去におけるスケールの役割の解明について検討する。具体的には、ここまでの検討から見出した最適洗浄条件において、膜面上の生物膜量に対するスケール形成量を変化させた複合ファウリングに対して洗浄効果を評価する。生物膜量に対するスケール形成量を変化させる要因としては、原水中のスケール成分濃度および膜ろ過における純水回収率とする。複合ファウリングにおけるスケールの存在が生物膜除去に及ぼす影響を評価することで、塩素とナノバブルを併用した複合ファウリングの制御メカニズムの解釈・明確化する。これにより、本洗浄手法において制御でき得る限界の複合ファウリングの強度を明らかにし、ファウリング強度の決定要因である原水中の微生物密度および無機イオン濃度等としてのRO膜への導水許容レベルを明らかにする。また、本洗浄手法が多様化する水源に対しても複合ファウリングを制御可能か評価するため、繰り返し洗浄による運転安定性を評価する。ここでは、実際のRO膜処理プラントの原水を想定した高塩濃度の下水処理水をモデル水として連続ろ過試験を行い、ファウリングと洗浄を１０回程度の繰り返し行うことで本洗浄手法の安定性を評価する。これにより、実証水源における塩素とナノバブルの併用洗浄を適用した複合ファウリング制御を確立することで、本膜処理システムの社会的効果を解釈、評価する。
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| Causes of Carryover |
2020年度から3年間の分光蛍光光度計のリース料として計上していたが、2021年度内での購入予定に変更したため。
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Research Products
(1 results)
