膜分離技術は、膜の選択透過性を利用して混合物内の異なる成分を分離するプロセスです。この技術により、相変化を起こさずに物質の分離、精製、濃縮が可能となり、エネルギー効率の高いプロセスとなります。-主な膜プロセスには次のものがあります。精密ろ過 (MF), 限外濾過（UF）, ナノ濾過 (NF), 逆浸透（RO）, 電気透析 (ED), 液体膜, 浸透蒸発、 そして膜蒸留。その中で、最初の 6 つは現在業界で最も広く使用されています。
膜分離の主要な利点
低エネルギー消費
膜プロセスは通常、相変化を伴わないため、従来の分離方法よりもエネルギー効率が高くなります。{0}}表 1 は、さまざまな海水淡水化方法のエネルギー要件を示しており、逆浸透が最もエネルギー消費が少ないことを示しています。
| 分離方法 | 消費電力(kW・h/m3) | 熱消費量 (kJ/m3) |
|---|---|---|
| 逆浸透 | 3.5 | 12.6×10³ |
| 凍結 | 9.3 | 33.5×10³ |
| 抽出 | 25.6 | 92.1×10³ |
| 電気透析 | 32.2 | 116×10³ |
| 多段フラッシュ蒸留- | 62.8 | 220×10³ |
膜分離技術は、高度で効率的かつ環境に優しい分離プロセスを実現します。その利点は、-低エネルギー消費、穏やかな条件、幅広い適用性-により、電気めっき、化学、製紙などの産業における廃水処理に最適です。
膜分離は温和な条件下で動作するため、ジュース、アミノ酸、酵素、医薬品などの熱に敏感な物質に適しています。有機および無機化合物、コロイド、細菌、ウイルス、さらには乳化液滴や共沸混合物も分離できます。膜システムは主な駆動力として圧力を使用するため、コンパクトな装置、簡単な操作、小さな設置面積、および資本コストの削減が可能になります。
産業の発展と市場の成長
過去数十年にわたり、世界の膜技術は急速に発展し、米国、欧州、日本で大幅な成長を遂げました。膜市場は 1986 年の 135 億 3000 万ドルから 1996 年の 308 億 9000 万ドルに増加し、産業の力強い拡大を示しています。
| 地域 | 1986年 (10億ドル) | 1991年 (10億ドル) | 1996年 (10億ドル) |
|---|---|---|---|
| アメリカ合衆国 | 5.9 | 8.83 | 13.31 |
| 西欧 | 4.35 | 6.63 | 8.23 |
| 日本 | 2.98 | 3.78 | 5.30 |
| その他 | 0.3 | 1.25 | 4.05 |
| 合計 | 13.53 | 20.49 | 30.89 |
環境工学への応用
1)飲料水の浄化
精密濾過、限外濾過、逆浸透などの膜プロセスは、飲料水から細菌、ウイルス、重金属、殺虫剤、界面活性剤を除去するために使用されます。これらは、従来の凝集法や塩素化法に代わる、より安全で効率的な代替手段を提供します。
2) 電気めっき廃水の回収
1970 年代以来、RO 膜は電気めっき廃水からニッケル、クロム、亜鉛、銅を回収するために適用されてきました。たとえば、RO はニッケルを 650 mg/L から 13,000 mg/L まで濃縮でき、毎月の洗浄頻度で 92% の分離率を達成します。
(3) 重金属排水の処理
電気透析は、銅濃度が 1000 ～ 3000 mg/L の範囲にあるエッチングおよび電子プロセス廃水から銅イオンを効果的に除去します。脱塩水は、電力消費量を 3 kWh/m3 以下にしながら銅レベルを 20 mg/L 以下に削減でき、技術的および経済的実現可能性の両方を実証します。
膜分離技術は、高度で効率的かつ環境に優しい分離プロセスを実現します。その利点は、-低エネルギー消費、穏やかな条件、幅広い適用性-により、電気めっき、化学、製紙などの産業における廃水処理に最適です。
