限外ろ過装置（限外ろ過器）-よりグローバル

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限外ろ過装置（限外ろ過器）

一、限外濾過膜装置の原理限外濾過システムは膜表面の微孔構造を通じて物質を選択的に分離する。液体混合物が一定の圧力下で膜表面を通過すると、小分子溶質は膜（限外濾過液と呼ばれる）を透過し、高分子物質は遮断され、原液中の高分子濃度を徐々に上昇させ（濃縮液と呼ばれる）、それによって大、小分子の分離、濃縮、浄

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一、限外ろ過膜装置の原理
限外ろ過システムは、膜表面の微細孔構造によって物質を選択的に分離する。液体混合物が一定の圧力下で膜表面を通過すると、小分子溶質は膜（限外濾過液と呼ばれる）を透過し、高分子物質は遮断され、原液中の高分子濃度を徐々に上昇させ（濃縮液と呼ばれる）、それによって大、小分子の分離、濃縮、浄化の目的を実現し、限外濾過はすべての通常の濾過及び微孔濾過（いずれも静的濾過）と異なり、1つは限外濾過の分離径が小さく、溶液中のすべての細菌、ウイルス及びコロイド微粒子、蛋白質、高分子有機物をほぼ遮断することができる。第二に、濾過プロセス全体が動的に行われ、溶媒は部分的な分離しか得られなかった。限外ろ過モジュールに入った原料液は、膜両側の圧力差に押されて、一部の透過膜が限外ろ過液となり、残りは濃縮液となって絶えず流出し、膜表面に透過できない物質が限られた蓄積にすぎない。ろ過速度は、連続減衰を起こさずに安定した状態で平衡値に達することができ、プロセス全体が長期にわたって継続することができる。
二、限外濾過システムの特徴
限外濾過設備の特徴、敷地面積が少なく、膜面積が大きく、設備構造がコンパクトで、設置、メンテナンスが簡単で、エネルギー消費が低く、性能が安定している。限外濾過は膜分離技術であり、そのメインは限外濾過膜であり、溶液中の物質の高分子レベルの分離に用いられ、限外濾過過程は膜両側の圧力差を動力とし、機械的篩分け原理を基礎とする溶液分離過程であり、使用圧力は通常0.1 Mpa-0、25 Mpaであり、分離孔径は1μm-0.1μmで分子量500-100000程度を阻止する。
限外濾過は常温低圧下で行い、エネルギー消費が低く、加熱する必要がなく、薬を加える必要がなく、分離、濃縮、分離、精製分級の目的を達成することができる。限外濾過装置は操作が簡単で、起動が速く、メンテナンスが容易で、制御が容易である。単独で使用することもできるし、逆浸透設備の入水の前処理及び高純水の終端の仕上げ処理として使用することもできる。
限外ろ過システムの応用分野：食品、飲料、飲料水、ミネラルウォーターろ過、チーズの調製、乳清分離、ショ糖の精製及び植物蛋白の処理、医薬業界の技術濃縮、精製、酵素製剤と微生物の分離と抽出、塗装、電気泳動塗料、めっき廃水処理など。
三、従来の分離方法と比較して、限外濾過技術は以下の特徴がある：
1.濾過過程は常温で行い、条件は温和で成分破壊がないため、特に熱に敏感な物質、例えば薬物、酵素、ジュースなどの分離、分級、濃縮と濃縮に適している。
2. ろ過過程に相変化が発生せず、加熱する必要がなく、エネルギー消費が低く、化学試薬を添加する必要がなく、汚染がなく、省エネ・環境保護の分離技術である。
3. 限外濾過技術は分離効率が高く、希薄溶液中の微量成分の回収、低濃度溶液の濃縮に非常に有効である。
4.限外濾過過程は圧力のみを膜分離の動力として採用し、そのため分離装置は簡単で、流れが短く、操作が簡便で、制御とメンテナンスが容易である。
5.限外濾過法にも一定の限界があり、乾燥粉末製剤を直接得ることはできない。タンパク質溶液については、一般に10〜50%の濃度しか得られない。
四、限外濾過の応用業界の紹介
現在、膜法水処理技術の環境過程における応用は、主に限外ろ過、逆浸透、透析、電気透析などの方法が各工業廃水の処理に用いられている。限外ろ過技術はその操作圧力が低く、エネルギー消費が低く、フラックスが大きく、分離効率が高いため、有用物質と水、特にフラックスが大きいという特徴を回収し、再利用することができ、限外ろ過は廃水処理工程に採用される主要な膜分離技術となる。
1、電気泳動塗料の回収
海外の限外ろ過技術の大規模な応用は70年代に始まり、電気泳動塗料の回収に応用された。廃水中の塗料は塗料総量の10%~ 50%を使用し、限外濾過技術を用いて電気泳動塗料廃水を処理することは塗料の損失と再使用廃水を減らすことができるだけでなく、有害無機塩を限外濾過膜を透過させることができ、電気泳動塗料の比抵抗を高め、調整と制御、塗料液の組成を調整し、電気泳動塗料の正常な運行を保証する。
70年代初期には主にCA膜管式限外ろ過器を用いて陽極電気泳動塗料廃水を処理し、70年代後期には枠式、巻式、中空繊維式限外ろ過器を用いて陰極電気泳動塗料廃水を処理した。国内のいくつかの自動車工場、電気泳動塗料業界も限外濾過技術を採用しており、例えば長春自動車乗用車工場はAomicon社から中空繊維式陰極電気泳動塗料専用限外濾過器を導入し、直径7.62 cmの膜モジュール30本を並列に結合し、総膜面積は約75 m 2、処理能力は1.5 t/hで、循環液タイミング自動転向システムを搭載し、膜汚染を減少させ、膜洗浄周期を延長する。
電気泳動塗料は限外濾過法で処理した後、電気泳動槽塗料液の抵抗率が500Ω/cmより大きいことを保証し、電気泳動塗料の固体含有量の安定を維持し、電気泳動塗料の阻止率は97%~ 98%で、排水量は大幅に減少し、大量に補充された脱イオン水を節約した。
2、化学繊維、紡績工業廃水
化学繊維工業には、ポリビニルアルコール（PVA）の回収など、限外ろ過法で処理して回収することができる多種の廃水がある。日本のある工場は8 cm 2の管式限外濾過器を用いてPVA原液を0.1%から10 ~ 15倍に濃縮し、輸入圧力は3.92×105 Pa、輸出圧力は1.96×105 Pa、供給温度は55 ~ 66℃、膜の水通量は100 ~ 140 L/（cm 2？h）、PVAに対する分離率は98.2%で、毎日PVAを約20 kg回収でき、運行は良好である。
染料廃水は種類が多く、組成が複雑で、主に塩、有機物を含む有色廃水を含む、塩素化及び臭化廃水、微酸と微アルカリを含む有機廃水、銅、鉛、クロム、マンガン、水銀などの陽イオンを含む有色廃水、硫黄を含む有機物廃水。廃水量が多く、濃度が高く、色度が高く、毒性が大きく、管理が最も難しい工業廃水の一つである。
上海捺染工場は酢酸繊維外圧管式限外濾過装置を用いて還元染料廃水を処理し、染料を回収することに成功し、ポリスルホン限外濾過膜管式と中空繊維式装置を用いて染料廃水を処理し、脱色率は95%~ 98%、COD除去率は60%~ 90%、濃縮液は染料15 ~ 20 g/Lを含む。
洗毛廃水は紡績工業の汚染が最も深刻な廃水の一つであり、洗毛廃水には大量の懸濁物、油脂、合成洗剤が含まれ、その中の主な汚染物は羊毛脂である。羊毛脂は日用化学工業、医薬工業の原料であり、優れた防腐剤と潤滑剤であり、高い経済価値を持っている。従来の羊毛脂回収方法は回収率が低いが、限外ろ過技術を用いて洗毛廃水を処理することは良い効果を得た。
国内の多くの毛織物工場と洗毛工場は超濾過法を用いて洗毛廃水を処理するプロセスを採用し、このプロセスには前処理、超濾過濃縮、遠心分離と水再使用の4つのシステムが含まれ、伝統的な遠心プロセスの羊毛脂回収率より1 ~ 2倍向上し、油脂阻止率は98%~ 99%、COD阻止率は90%~ 98%である。
3、製紙工業廃水
製紙工業の水消費量は極めて大きく、製紙廃水は主に皮むき、パルプ化、洗浄、漂白、抄紙などの工程に由来する。
超濾過技術を用いて製紙廃水を処理することは、廃水中のいくつかの有用成分を濃縮回収することができ、また透過水を再利用することができる。
日本では1981年にNTU-3508限外ろ過モジュールを用いて1日4000 m 3を処理する管式膜装置が完成し、世界最大規模の装置となった。わが国は現在、このような限外ろ過と逆浸透膜モジュールを生産する能力を備えており、急速に普及している。
4、紙幣印刷廃水
我が国の紙幣印刷業における板拭き廃液の処理は、紙幣印刷業界を悩ます難しい問題である。現在、限外濾過処理を採用した後、擦板廃液透過膜の清液はインクを含まず、アルカリの含有量は変わらず、CODに対する除去率は99%以上で、固含有量が3%の擦板廃液に対して12%まで濃縮でき、廃液の回収率は75%で、しかも中和法を用いて廃液を処理するより大量の資金を省力する。
5、醸造廃水
味の素廃液は大量の菌体などの有機物、塩化物を含む粘性液体で、CODは70,000 mg/Lに達し、廃液の排出は環境に深刻な汚染をもたらし、同時に廃液には価値の高い代謝副産物も含まれている。味の素工場はCA、PS、PVCなどの限外ろ過膜を用いて味の素廃液を処理し、透過液は澄みきって透明で、菌体の除去率は98%以上に達した。液を通して配管を通じて醤油工場に入力して味の素醤油を生産する、濃縮液を限外濾過するとタンパク質と脂肪及び核酸を含む価値の高い代謝副生成物を得ることができ、超濾過グルタミン酸発酵液は、透過液が透過的で透明であり、グルタミン酸を抽出することで純度と抽出率を大幅に高めることができる。
6、含油廃水の処理
乳化油廃水は一般的な工業廃水であり、限外濾過法による乳化油廃水の処理に20年以上使用されている。油分遮断率は99%より大きく、CODの除去率は95%に達し、体積濃縮比が高く、限外濾過平均フラックスは30 L/（cm 2？h）であり、乳化油廃液の処理効果が良い。
含油廃水中の含油量は通常100 ~ 1000 mg/Lであり、国家排出基準（10 mg/L）を超えているため、排出前に油除去処理を行わなければならない。中空繊維限外濾過膜モジュールと限外濾過設備を採用することができ、操作圧力は0.10 MPa、廃水温度は40℃、膜の透水速度は60 ~ 120 L/（cm 2？h）に達することができ、原油を含む100 ~ 1000 mg/Lの廃水を環境排出基準の10 mg/L以下に処理することができ、処理後の水質も低浸透油田の注水基準に達した。
金属加工の過程で切削油、懸濁物、洗剤を含む廃水が大量に発生し、処理しなければ排出できない。
限外濾過処理は廃水を2つの部分に分離することができる：濃縮液には油と懸濁粒子が含まれ、透過液にはほとんど油が含まれていない。限外濾過と限外濾過を組み合わせて処理を行い、まず限外濾過で油を10%まで濃縮し、その中の限外濾過膜の透水能力は250 L/（cm 2？h）で、それから限外濾過処理を行って、85%の洗浄剤を回収することができる。
石油採掘により生成された含油廃水を処理し、油田用膜分離器において限外ろ過と逆浸透（またはナノろ過）の組み合わせ操作を行うことができる。分離された水を中空繊維限外濾過膜に入れ、液を透過して逆浸透膜（または濾過膜）に入れ、懸濁物を除去しただけでなく、溶解塩と溶解油を除去し、特殊水質の要求を満たす。
7、製革廃水
製革工業脱毛用の原料は主にNa 2 Sと石灰であり、その廃水の発生量は皮革汚水総量の約10%を占め、毒性が大きく、硫化物の含有量は2 000 ~ 4,000 mg/Lに達し、懸濁物と濁度の値はいずれも大きく、皮革工業の中で最も汚染が深刻な廃水である。廃水を処理する際には、その中のタンパク質を限外ろ過法で分離し、スルホン化ポリスルホン系膜を用いて限外ろ過を行い、浸漬灰廃液の濃度を5 ~ 10倍に高め、膜に詰まりが発生せず、その処理効果は一般的な浄化技術より優れている。
限外ろ過により、Na 2 Sの40%、石灰の20%、液体の68%~ 70%を回収し、大量のタンパク質を回収することができ、推定によると、塩漬け皮1トン当たり30 ~ 40 kgのケラチンを得ることができ、そのため比較的に良い経済効果がある[13]。
8、食品工業廃水
大豆を生産して蛋白質を分離すると大量の高濃度有機廃水が発生し、限外濾過法で廃水を処理することができ、経済価値の高い可溶性蛋白質とオリゴ糖を回収することができ、また環境保護問題を解決し、しかも伝統的な処理方法と比べて、運行費用が低く、生産効率が高く、回収製品の品質が安定し、操作が簡便である。
例えば、ジャガイモ生産デンプンの廃液有機物含有量が高く、CODは通常10000 mg/L前後であり、国外では限外濾過技術を用いてジャガイモデンプン排出廃水中のCODを除去し、可溶性蛋白質を濃縮回収し、廃水のCOD値は8 175 mg/Lから3 610 mg/Lに低下し、COD除去率は55.8%である。膜汚染後は40℃、0.1 mol/LのNaOH溶液で洗浄し、回復率は90%前後であった。
また、限外ろ過技術は、撮影廃水、放射性廃水などの廃水の処理にも用いられる。

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