2013 Fiscal Year Annual Research Report
先端的要素技術と膜分離の統合による水処理システムの革新
| Project/Area Number |
24226012
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
松井 佳彦 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00173790)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松下 拓 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30283401)
白崎 伸隆 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60604692)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
|
| Keywords | 環境技術 / 環境材料 / 土木環境システム / 反応・分離工学 / 水資源 |
|---|
| Research Abstract |
１．超微粒子吸着剤の評価：微粒度化により低分子のMIBなどの平衡吸着容量が増加する活性炭が存在するが，これは吸着が主に活性炭粒子外表面付近で生じていることを示す実証データを，同位体顕微鏡を使った直接観察で明らかにした．また，超微粉炭が有する低競合吸着性は，MIBに比べてNOMが活性炭粒子の外表面付近に吸着するためであることを明らかにした．さらに，4年間使用した活性炭では，吸着容量が残存しておらず，超微粉化による再利用は難しいことがわかった．
２．機能型凝集剤：製造反応条件を変えてPACl凝集剤を試作し，ウイルスやヒ素の除去性と有効成分特性の関連を検討した．その結果，ウイルスを効果的に除去るための凝集剤中の成分が高コロイド荷電量を示すAl30量体であることを明らかにするとともに，ヒ素がより効果的な凝集剤中の成分も解明しつつある．
３．紫外線酸化プロセス：真空紫外線による1,4-ジオキサンの分解は，原水中に含まれる硝酸イオン等により分解が抑制され，過酸化水素を添加することにより分解が大きく促進されることが示された．実地下水と実河川水を用いて分解副生成物の評価を行った結果，ハロ酢酸生成能は変化せず，トリハロメタン生成能は減少可能であることが示された．一方，アルデヒド濃度は増加したため、次年度に後段の粒状活性炭処理などでの除去の可能性を調べる予定である．
４．膜処理プラント実験：膜表面と内部に蓄積した物理的逆流洗浄によっても剥離しない不可逆膜ファウリング物質を分別定量する方法を検討し，試作凝集剤の性能比較のため，膜ファウリング加速試験を行った．膜内部ファウリング物質量は、前凝集処理に使用するPAClの塩基度が高いほど減少し，塩基度が高いほど膜ろ過水中のアルミニウム濃度が減少することを確認した．また，膜表面や内部の物質量当たりの膜間差圧は，ポリ塩化アルミニウムの塩基度や膜ろ過日数によって異なることが分かった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
２年度までの計画である下記の４項目は順調に達成されていると思われる：①吸着容量増加機構と超微粉炭の低競合性の解明，超微粒子吸着材の粒度最適化，②凝集剤の製造反応条件と有効成分特性，反応条件と成分特性の体系化と凝集剤の有効成分，③基本的分解性能の把握，反応条件と成分特性の体系化と副生成物の評価，促進酸化，④小型および大型実験プラントの設置と運転．研究実績の概要に記載の結果は，環境・水関連のトップジャーナルであるWater Research (IF4.9) に2編，Separation and Purification Technology (IF2.9) に1編の論文として掲載された．昨年より掲載論文数は減少しているが，現在，投稿中や投稿準備中の論文数複数あり，計画通りに研究が進行していると言える．
|
| Strategy for Future Research Activity |
超微粒子吸着剤については，粉砕効率を高め粒径200nmまでの微粒度化を図りし，さらに，最適粒度について検討して行く．また，超微粒子吸着剤の分離性については，まず，その評価法から始めて検討して行く．凝集剤のヒ素など有害金属をより効率的に除去可能な新規凝集剤，および低膜ファウリングに寄与する凝集剤の機能と開発については，機能を支配している凝集剤の特性をフェロン法や，コロイド荷電量などの計測結果より検討し，除去率に支配的な因子を明らかにする．
紫外線酸化プロセスについては，室内小規模実験装置を用いて反応槽内の流れの状況や，真空紫外線照射強度などを最適化し，高効率な処理条件を把握する．また，小型パイロットプラント実験を行い，長期間運転における分解性を連続的に調べるとともに，スケールのスリーブへの付着などの実情を把握し，実処理におけるその対処法について検討する．さらには，小規模室内実験装置にて最適化された条件をパイロットプラントへスケールアップし，高効率分解について実証する．一方，水中の共存有機物由来の分解生成物についてもより詳細に調べ，分解生成物の活性炭吸着などによる制御についても検討を行う．最後に，凝集・吸着システムとの併用処理を試み，システム全体としての最適化を図る．
高度膜処理の大型プラント実験に関しては，３系列プラントがほぼ安定的に運転可能となったことから，小型プラントの成果をより実機に近い条件で確認する．これらの結果より，塩基度が70％以上の試作凝集剤が膜ファウリングの抑制にどの程度効果を示すかを，膜間差圧，使用後の膜から回収された膜ファウリング成分，膜ろ過水質から評価する．
|
-
[Journal Article] Improved virus removal by high-basicity polyaluminum coagulants compared to commercially available aluminum-based coagulants2014
Author(s)
Shirasaki, N., Matsushita, T., Matsui, Y., Oshiba, A., Marubayashi, T. and Sato, S.
-
Journal Title
Water Research
Volume: 48
Pages: 375-386
DOI
Peer Reviewed
-
[Journal Article] Aluminum concentrations of sand filter and polymeric membrane filtrates: a comparative study2013
Author(s)
Matsui, Y., Ishikawa, T. B., Kimura, M., Machida, K., Shirasaki, N. and Matsushita, T.
-
Journal Title
Separation and Purification Technology
Volume: 119
Pages: 58-65
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
[Presentation] Enhanced removal of 2-MIB and geosmin by super-fine PAC: Evidence of shell adsorption2013
Author(s)
Matsui, Y., Nakao, S., Taniguchi, T., Sakamoto, A., Shirasaki, N. and Matsushita, T.
Organizer
The Tenth IWA Symposium on Off-Flavours in the Aquatic Environment
Place of Presentation
National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan
Year and Date
20131027-20131101
-
[Presentation] Evaluating norovirus removal during drinking water treatment by using recombinant norovirus virus-like particles2013
Author(s)
Matsushita, T., Shirasaki, N., Matsui, Y., Tatsuki, Y. and Oshiba, A.
Organizer
2nd International Doctoral Symposium with Partner Universites
Place of Presentation
Hokkaido University, Sapporo, Japan
Year and Date
20131024-20131026
-
-
-
[Presentation] Removal of radioactive iodine in drinking water by the combination of chlorine oxidation and activated carbon adsorption2013
Author(s)
Ikari, M., Niizuma, S., Matsui, Y., Matsushita, T. and Shirasaki, N.
Organizer
The 5th IWA-ASPIRE Conference
Place of Presentation
Daejeon Convention Center, Daejeon, Korea
Year and Date
20130908-20130912
-
-
-
