成果報告書詳細
管理番号20140000000583
タイトル平成22年度-平成25年度成果報告書 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
公開日2015/3/5
報告書年度2010 - 2013
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た。本研究開発では、膜ろ過性能の著しい低下をもたらす膜ファウリングを低減させることを目的として膜素材の最適化を試みた。同時に、その膜素材を用いた製膜条件の検討により、最適な膜構造や実用物性を得ることを試みた。膜素材としては、セルロース系素材と非セルロース系素材を検討し、変性度、重合度、表面処理条件等を最適化しながら両者の性能を比較した。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たが、平成24年度以降は実海水を用いて検証を行った。実海水を用いた小スケールでのろ過実験は、数種の改質非セルロース系膜と従来の非セルロース系膜を用いて約4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、透過速度および処理水質の経時変化を測定した。改質非セルロース系膜の安定ろ過流束は従来非セルロース系膜の1.5倍以上(約2倍)となり、性能目標を達成できた。
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FI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、かつ低分画で高強度の製膜処方を見出した。実海水を用いたろ過テストでは、本膜を用いることによって従来の非セルロース系膜よりもFI値を低減可能であることを確認した。

(2)高性能大型UF膜モジュールの開発:高性能UF膜を大規模水処理に実用レベルで適用させるために大型モジュールの基本構造設計を行った。モジュール径を約12インチ、モジュール全長1.7mにすることが適切であると判断し、膜面積は約70m2となる膜モジュールの作製を行った。膜モジュール内の流動圧力損失を低減するための改良等を繰り返し、種々の耐久性能評価を行った。流束および圧力を変えて透水速度を評価し、中空糸膜の基本性能が大型モジュールにおいても発揮できることを確認した。大型モジュールの実用化検証においては、実海水を用いた耐久性試験が実施できなかったため、河川水を用いた耐久性試験を6ヶ月間行い、モジュール構造に問題のないことを確認した。膜モジュールあたりの造水量を3倍とし、造水コスト30%削減を達成する目処を得た。

(3)技術情報収集:水処理市場と海水淡水化前処理技術の技術動向を調べるため文献や市場調査を実施した。従来非セルロース系膜のろ過性能を把握し、コストシミュレーションに利用した。
英文要約1) Development of Highly Effective UF Membrane: In order to achieve the mega-ton scale desalination more effectively by the highly efficient RO membrane module, the pretreatment of the RO by using the highly efficient 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. With the non-cellulosic materials we modified the membrane material chemically and varied both hydrophilicity and zeta potential of the membrane surface. We also optimize the membrane pore structure by examining the various spinning conditions of hollow fiber membrane. In this development, we aims at the flux of more than 1.5 times higher than that of the conventional membrane. The fluxes of UF membrane with various membrane materials were compared for the filtration in the bench scale testing bed by using actual sea water as feed water. The fluxes for the modified non-cellulosic hollow fiber membrane were almost twice as high as those for the conventional UF membranes. To control the RO membrane fouling due to the low molecule natural organic matter(NOM) and the scaling due to the calcium and magnesium hardness, super-low MWCO UF membranes were also developed. The developed membrane of MWCO less-than 5k dalton reduced the FI-value of the permeated water and maintained high flux due to the high hydrophilicity and the optimization of the surface charge. The membrane can be expected to remove the transparent exopolymer particles(TEP) which is known as the causal substance of biofouling of SWRO.
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. We designed the large UF membrane module by the calculation of the structural strength and the analysis of the flow pattern in the module. We produced the actual large membrane module with the diameter of 12 inches and the length of 1.7m. It was confirmed that the large module had high water permeability and enough strength and durability by the repeatedly pressurized testing. The module had very low pressure loss for the filtration by improving the internal structure of the module so as to increase the flow rate about 50% higher than that of the conventional module structure. On the basis of the results of this project, we evaluate the water treatment cost of the pretreatment of SWRO by using the modified non-cellulosic membrane and the large UF membrane module will be about 30% lower than that by using the conventional UF membrane.
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