成果報告書詳細
管理番号20130000000966
タイトル*平成24年度中間年報 最先端PG(Mega-ton Water System)高効率・大型分離膜エレメント・モジュール 高性能大型UF膜モジュールの開発(H22-H25)
公開日2014/1/10
報告書年度2012 - 2012
委託先名ダイセン・メンブレン・システムズ株式会社
プロジェクト番号P09025
部署名環境部
和文要約(1)高性能UF膜の開発:造水量100万m3/日規模の海水淡水化施設を世界に先駆けて高効率に実現するためには、その施設の核となる海水淡水化RO膜を高効率かつ大型化すると同時に、RO膜の能力をより効果的に発揮するための前処理として用いるUF膜モジュールにおいても高効率で大型の革新的技術が必要である。高性能UF膜の開発においては、従来のUF/MF膜と比較して透水速度が1.5倍以上の性能を目標としている。平成24年度は、非セルロース系膜の性能を向上させるとともに、実用化するための処方確立として膜素材の変性度の最適化と合成処方の確立を行った。膜素材の変性度を高めることによって膜素材の親水性を高めることができる一方、膜としての強度や耐久性を低下させてしまう。そこで、膜の特性と膜素材の変性度の最適化を行った。また、膜表面に親水性や電位の変化を与えるために表面処理条件についても検討を行った。膜の透水性能はこの表面処理条件に大きく影響されることがわかった。さらに中空糸膜の膜構造制御として、製膜溶液組成、各種温度条件などの紡糸条件を種々検討した。 海水淡水化RO膜への原水負荷を低減し、膜ファウリングを抑制するために、超低分画UF膜の開発を行った。分画分子量が数1000以下の低ファウリング膜の製膜処方検討を行い、UF膜透過水のSDI値の低減と高い透水速度の維持を図った。低ファウリング化は素材の親水性と表面電位のコントロールによって行った。中空糸膜の紡糸条件においても種々の条件検討を行い、膜抵抗が小さくかつ低分画膜の製膜処方を見出した。本膜を用いることによって硬度成分や低分子有機物の除去が可能であることを確認した。本膜はバイオファウリングの原因物質といわれる生体外分泌高分子粒子の除去にも大いに効果が発揮できるものと推測される。 平成23年度までは実液性能評価のための原水として、河川水を用いて膜素材および膜構造の最適化検討を行ってきたが、平成24年度では実海水を用いた性能評価を検討している。実海水評価のための実験実施場所の確保のためにかなりの時間を要したが、小スケールでの実験をセルロース系膜と従来の非セルロース系膜を用いて約1ヶ月間行った。膜性能評価においては、小型の中空糸膜モジュールを用いて内圧式のクロスフローろ過を行い、透過速度の経時変化を測定した。安定ろ過流束はセルロース系膜が従来非セルロース系膜の約2倍あり、両者の透水速度の比率は河川水を用いて評価した場合と同様であった。従って実海水を用いた性能評価においても、本研究で開発された低ファウリング非セルロース系膜の透過速度は従来膜の約1.5倍を達成できるものと推察される。今後、実海水評価の実施場所を変更して開発された非セルロース系膜の優位性を確認する予定である。(2)高性能大型UF膜モジュールの開発:平成24年度は、大型モジュールの実用化の検証を行うために、種々の耐久性能評価を行った。その結果、比較的高温での圧力衝撃耐性にやや劣るとの評価を得たため、耐久性向上の検討を行った。モジュールの構造を若干変更し改良を行うことによって、著しく耐久性を向上できた。また、透水性能の向上のために膜モジュール内の流動圧力損失を低減するための工夫も行い、中空糸膜の基本性能が大型モジュールにおいてもほぼ発揮できることを確認した。大型モジュールの実製作においても大型化に伴う装置を用いて試作検討を行い、ハンドリングなどの問題点について改善を行った。今後は実河川水を用いた実用性の検証を継続して行う予定である。
英文要約1) Development of High Effective UF Membrane: In order to achieve the mega-ton scale desalination more effectively by the highly efficient reverse osmosis (RO) membrane module, the pretreatment of the RO by using the highly efficient ultrafiltration (UF) membrane is significantly important. We investigated the various UF membranes of both cellulosic and non-cellulosic materials which have less fouling of the membranes. In this development, we aims at 1.5 times or more the performance at the flux compared with the conventional membrane. The performance of non-cellulosic membrane was improved, and a synthetic prescription was established for practical use in 2012. To give the change in hydrophilicity and electrical charge to the surface of the membrane, the surface treatment condition was examined. The flux of the membrane was greatly influenced from this treatment condition. To decrease the load to the RO membrane and to control membrane fouling, super-low MWCO UF membranes were developed. To decrease the SDI of the UF penetration water and to maintain a high flux, the spinning conditions of the hollow fiber membrane (MWCO is several 1000 or less) were examined. The membrane was made less fouling by the hydrophilization of the material and controlling the surface potential. This membrane was able to remove a hardness component and low molecular organs. The effect can be expected of the removal of the transparent exopolymer particles (TEP), that is, the cause substance of biofouling. The performance evaluation is examined by using real sea water in 2012 though the river water was used in 2011. The crossflow filtration was conducted with cellulosic and non-cellulosic (old type) membrane modules with a small equipment for about one month. In stability filtration flux, a cellulose membrane was about twice non-cellulosic membrane. Therefore, the flux of the less fouling non-cellulosic membrane developed by this research can achieve about 1.5 times the old type membrane in the evaluation which uses real sea water. 2) Development of Large UF Membrane Module: In order to reduce the cost of the treated water in mega-ton SWRO system, it is necessary to utilize the large UF membrane module for pretreatment as well as the large RO module for desalination. Various endurance performances of the large UF membrane module were evaluated for the practical use in 2012. The pressure impact tolerance at the high temperature was a little inferior compared with the old type. Therefore the durability improvement was examined. Durability was able to be improved remarkably by improving the structure of the module. The flow pressure loss in the module was decreased, the large UF membrane module showed the basic performance of hollow fiber membrane. In the real production of a large UF membrane module, we made some trial pieces with a large-scale manufacturing device, and the problem such as handling has been improved.
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