多くの人は、さまざまな膜ろ過技術の違いを完全に理解していません。この記事では詳しく解説していきます。
逆浸透 (RO) は、陽イオンと陰イオンの除去 (つまり、脱塩) に加えて、広範囲の汚染物質も除去できるため、ろ過の一種とみなされます。 RO、ナノろ過 (NF)、限外ろ過 (UF)、精密ろ過 (MF)、および従来のろ過 (CF) によって除去される不純物の範囲を図 1 に示します。また、一般的な物質のサイズを表 2 に示します。
逆浸透 (RO)、ナノ濾過 (NF)、精密濾過 (MF)、および限外濾過 (UF) はクロスフロー濾過の一種です-。プロセス中、供給水は透過水流 (生成水) と、濃縮された溶質または懸濁粒子を含む濃縮流に分割され、溶質と不純物のほとんどは濃縮水で運び去られます (下図を参照)。
対照的に、従来の濾過では、水は濾材（濾床や膜など）を直接通過することができ、不純物は濾材上または濾材内に保持されます（下図を参照）。
上の図の情報に基づいて、さまざまな膜濾過技術の特徴を要約できます。
1.精密ろ過(MF)
0.1～1μm程度の粒子を除去します。主に細菌、懸濁物質、コロイド状物質の除去に使用されます。溶解した固体と大きな分子は通過できます。動作圧力は通常約 0.07 MPa です。
2.限外濾過(UF)
約0.002～0.1μm以上の粒子を除去します。主にコロイド、タンパク質、浮遊物質、微生物の除去に使用されます。分子量 (MWCO) が 1,000 ～ 100,000 を超える物質を排除し、溶解固体と低分子は通過させます。使用圧力は一般的に0.1～0.7MPaの範囲です。
3.ナノフィルトレーション(NF)
1nm（0.001μm）程度の粒子を除去する能力にちなんで名付けられました。通常、分子量 200 ～ 400 を超える有機物質を 20% ～ 98% の脱塩率で除去します。一価イオンの除去範囲は 20% ～ 98% ですが、二価イオンは 90% ～ 98% のより高い率で除去できます。着色剤、全有機炭素 (TOC)、硬度の除去に適しています。使用圧力は通常0.35～1.6MPaの範囲です。
4.逆浸透（RO）
0.0001μmの粒子や分子量150～200以上の有機物を除去します。脱塩率は 95% を超える場合があり、これは高塩分水の主要な前処理方法であり、今日最も先進的な水処理技術の 1 つです。{4}}その応用範囲はますます広がっています。使用圧力は通常1.4～6.0MPaの範囲です。
逆浸透 (RO) 膜は、高い脱塩率を提供するだけでなく、高精度のフィルターとしても機能します。有効孔径は 0.001 μm 未満 (人間の髪の毛の直径は 30 μm 以上) であるため、RO システムは微細な浮遊物質、細菌、エンドトキシン、その他の汚染物質を除去できます。ただし、RO膜には物理的な意味での細孔が実際には存在しないことに注意してください。このような細孔は、高倍率の顕微鏡でも観察されたことがありません。-このため、RO ろ過は、限外ろ過などの真の膜細孔を使用するプロセスとは根本的に異なります。
図は水がRO膜を通過する様子を示しています。これは、濾過中、水が膜表面のほぼ全体を流れ、膜表面付近の主流の速度が膜を通過する実際の透過水の流れと本質的に同じであることを示しています。
水が限外濾過（UF）膜の細孔を通過するとき、細孔の総断面積は膜表面全体よりもはるかに小さくなります。{0}}その結果、UF 膜表面近くの水は圧力を受けて細孔を通過し、各細孔を通過する流速が膜表面近くの主流の速度よりも大幅に速くなります。
RO プロセスと UF プロセスの両方で、水が膜表面を透過するにつれて、供給水中の浮遊粒子やその他の不純物が膜表面に保持されます。連続的な透過流はこれらの汚染物質に力を及ぼし、膜表面と平行に移動する主流に汚染物質が戻るのを防ぎます。-汚染物質が主流に戻るためには、膜表面に沿った平行流のせん断力が透過水のせん断力に打ち勝つ必要があります。これは、特定の給水流量を維持することが RO システムにとって重要である理由を説明しています。しかし、UF 膜では、細孔を通過する局所速度が非常に高く、膜表面付近の平行流せん断力は、残留汚染物質が膜上に残るのを防ぐには不十分です。
