| 研究課題/領域番号 |
21H04567
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分22:土木工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
松井 佳彦 北海道大学, 工学研究院, 名誉教授 (00173790)
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| 研究分担者 |
松下 拓 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30283401)
白崎 伸隆 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60604692)
安藤 直哉 北海学園大学, 工学部, 准教授 (20847595)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円)
2023年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
2022年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2021年度: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円)
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| キーワード | 環境技術 / 環境材料 / 土木環境工学 / 反応・分離工学 / 水資源 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
低圧膜分離を使った浄水処理は水質や維持管理性など多くの面から期待され、約20年も前から研究開発されている。しかし、根本的な問題であるろ過に伴い膜が汚れ、膜ろ過差圧が上昇し必要駆動力が大きくなる膜ファウリングが課題であり、特に低水質原水への適用を難しくしている。このような中で研究代表者らは高塩基度凝集剤で前処理し、その後に超微粒子吸着材を膜ろ過の直前で間欠添加すると膜ろ過差圧がほとんど上昇しないという興味深い結果を得た。この研究では、この知見を大きく展開し、膜ファウリングを著しく低減した膜ろ過法を世界で初めて創出することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
浸漬膜ろ過法について，SSPACとともに投入される凝集剤（ポリ塩化アルミニウム,PACl）の投与方法を変えた実験に行い，膜ろ過差圧（TMP）の時間的な上昇を比較した。ろ過初期における凝集剤添加はTMP上昇を防ぐ上で重要であることが示唆され、初期凝集処理はろ過初期に形成されるプレコート層の水力逆洗による剥離性に寄与すると解釈された。しかしながら、ろ過初期に凝集剤をパルス的に投入する場合、SSPACが過剰に凝集しSSPACが水槽の底に沈降し、SPACのプレコートが抑制されることになった。結果として、沈殿槽への給水時およびろ過期間中のすべての期間で凝集剤を連続投与した場合にTMP上昇が一番低かった．ろ過後期もその程度は低いものの膜ファウリングは若干進行すると思われた。
さらに、凝集剤種の最適化についても検討した。硫酸イオンなしの高塩基度PAClは電荷中和能力が高いが，加水分解率が低いためフロック形成能力は低く，TMP上昇抑制効果も低かった。しかし、加水分解速度は塩基度が低くなるにつれて増加したことから，硫酸イオンなしのPAClでは高塩基度よりも通常塩基度の方がTMP上昇を抑制することがわかった．しかし、塩基度ゼロの塩化アルミニウムは電荷中和能力が非常に低く、TMP上昇抑制効果が低かった。このようにPAClは荷電中和力のみならず加水分解速度が重要な因子であり、これらは塩基度と硫酸イオン含有によって異なることから、膜ファウリングを抑制のためにはそれらを最適化した凝集剤の選択が重要なことがわかった。さらに、PAClの加水分解性は処理対象水の水質によって大きく異なることもわかった。
内圧ケーシング型の膜ろ過におけるSSPACを用いたプレコート形成による不可逆的ファウリングの抑制効果についても検討し，クロスフロー方式によるプレコート形成は不可逆的ファウリングの抑制につながる可能性が認められた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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