超音波振動膜分離法を用いたハイパフォーマンス廃液処理システムの開発

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10558092
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 小林 高臣 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (90225516)
• 研究分担者: 高橋 和夫 中越酵母(株), 合同研究室, 取締役製造部長 ; 諏訪 正明 中越酵母(株), 合同研究室, 課長 ; 武田 毅 中越酵母(株), 合同研究室, 係長 ; 藤井 信行 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (50011119)
• キーワード: 超音波処理 / 膜分離法 / ソノ膜処理 / 廃液処理 / ファウリング / キャビテーション / 共振周波数 / 透過速度

研究概要

本研究は、膜を利用した廃液処理において膜の処理能力の経時的な低下を超音波処理を施すことにより回復させることを念頭に行われてきた。水処理膜としてはポリフッカビニリデン精密濾過膜、ポリアクリロニトリルおよびポリスルホン限外濾過膜を使用し、合成廃液として粘性のあるデキストラン水溶液やポリアミノ酸であるペプトン水溶液を用い、クロスフロー濾過を行った。経時的に、濾過物の膜表面での堆積により濾過特性が劣化するが、この状態に共振周波数、28、45、100kHzの超音波を照射し、膜透過速度の回復を調べた。この結果,28及び45kHzの周波数の時に洗浄効果があることが確認できた。この効果を調べるために、YAGレーザーを用いた気泡測定を行った結果、低周波によるキャビテーションのために無数の空洞泡が水中に生じこれにより膜表面が洗浄されていることが判明した。
さらに、溶質の違いにより超音波の効果が異なることも見いだした。デキストランの粘性溶液の場合には超音波を濾過当初から照射することにより濾過物の堆積による濾過特性の低下が起こらないことが明らかになった。すなわち、超音波を照射すると水の体積流束とほぼ等しくなり、堆積物の膜抵抗がほぼ無視できることか明らかとなった。この現象でも共振周波数が28kHzの場合に効果的であり、超音波強度の高いほどソノ効果は大きいことがわかった。
この効果を、酵母廃液に適応し、メラノイジン色素の濾過における超音波の効果を現在検討している。固形分の堆積による超音波の効果は確認されてはいるが低分子量のメラノイジン色素の膜分離に関しては、これを効果的にまた、コスト的に見合う膜の探索が成されておらず、今後検討を必要とする。

研究成果

• [文献書誌] Xijiun Chai,Takaomi Kobayashi,and Nobuyuki Fujii,: "Ultrasound Associated Cleaning of Polymeric Membranes for Water Treatment." Separaqtion and Purification Technology. (印刷中). (1999)
• [文献書誌] Xijiun Chai,Takaomi Kobayashi,and Nobuyuki Fujii: "Ultrasound Effect on Cross-flow Filtration of Polyacrylonitrile Ultrafiltration on Membranes" J.Membrane.Sci.,. 148. 129-135 (1998)
• [文献書誌] Xijiun Chai,Takaomi Kobayashi,and Nobuyuki Fujii: "Charged Polyacrylonitrile Membranes having Amphiphilic Quaternized Ammonium Groups for Ultrafiltration" J.Appl.Polym.Sci.,. 69(4). 1821-1828 (1998)
• [文献書誌] Xijiun Chai,Takaomi Kobayashi,and Nobuyuki Fujii: "Ultrasound Effect on Permeate Flux of Polyacrylonitrile Ultrafiltration Membrane" Preprint of International Conference of Membrane Science and Technology(ICMST 98). 196-197 (1998)
• [文献書誌] 柴喜君、小林高臣、藤井信行: "超音波による水処理のための高分子膜の洗浄" 化学工学会 第31回秋季大会後援要旨集. 2. 125
• [文献書誌] 小林高臣、柴喜君、小林毅、藤井信行: "高分子水処理膜の濾過特性における超音波洗浄効果" 膜シンポジウム98. 10. 29-32 (1998)
• [文献書誌] 小林高臣、小林毅、藤井信行、: "膜工学の新しい挑戦 -1998- 超音波照射により促進された膜濾過処理" 化学工学会, 6 (1999)