Abstract膜ベースの分離プロセスは、脱塩、廃水再利用、飲料水の製造において、効率的でモジュール化され、環境に優しいソリューションを提供することにより、水処理に革命をもたらしました。この記事では、4つの主要な膜技術、すなわち逆浸透（RO）、膜バイオリアクター（MBR）、限外ろ過（UF）、ナノろ過（NF）について、その動作原理、用途、性能指標、および最近の進歩に焦点を当ててレビューします。1. 逆浸透（RO）膜原理：ROは、半透膜を使用して、供給水の浸透圧よりも高い圧力を加えることにより、溶解した塩、有機物、および微生物を排除します。用途：海水および汽水（例：サウジアラビアのラス・アル・カイール脱塩プラント）の脱塩。工業廃水の浄化（例：鉱山廃水からの重金属の除去）。製薬および半導体産業向けの超純水の製造。主要指標：塩類除去率（NaClなどの一価イオンで>99％）。水フラックス（通常、海水ROで10〜30 L/m²・h）。最近の進歩：耐ファウリング性を高めた薄膜複合（TFC）膜（例：親水性コーティング）。運用コストを最大60％削減するエネルギー回収装置（ERD）。2. 膜バイオリアクター（MBR）システム原理：生物学的処理（活性汚泥）と膜ろ過（精密ろ過/限外ろ過）を組み合わせて、二次凝集槽を置き換えます。用途：都市廃水処理（例：シンガポールのNEWaterプラント）。高濃度工業廃水（例：食品および飲料、繊維廃水）。従来のシステムに対する利点：設置面積の縮小（最大50％削減）。より高い流出水質（病原体と浮遊固形物の除去）。課題：膜ファウリング（エアスクーリングと化学洗浄によって軽減）。より高い資本コストとメンテナンスコスト。3. 限外ろ過（UF）およびナノろ過（NF）膜限外ろ過（UF）：原理：圧力によって駆動される多孔質膜を使用して、粒子、コロイド、および大きな分子（0.01〜0.1 μm）を分離します。用途：ROシステムの予備処理、飲料水の消毒、および乳タンパク質の濃縮。ナノろ過（NF）：原理：ROよりも低い圧力で、二価イオン（例：Ca²⁺、Mg²⁺）および小さな有機物（1〜10 nm）を排除します。用途：硬水の軟化（カルシウムとマグネシウムの除去）。飲料水中の農薬と医薬品の除去。比較：パラメータUFNF分子量カットオフ（MWCO）10〜1,000 kDa200〜1,000 Da動作圧力0.1〜1 MPa0.5〜4 MPaイオン除去低（<20％）中程度（二価イオンで50〜90％）4. 今後の動向と課題持続可能性：バイオベース膜（例：酢酸セルロース）とエネルギー効率の高いプロセスの開発。ファウリング制御：リアルタイムモニタリングと予測メンテナンスのための人工知能（AI）の統合。スケーラビリティ：遠隔地での分散型水処理のためのモジュールシステム。結論RO、MBR、UF、およびNF技術は、現代の水処理において補完的な役割を果たしています。ROは脱塩で優位性を占めていますが、MBRは廃水再利用に優れており、UF/NFは予備処理と選択的分離に不可欠です。膜材料とプロセス最適化における継続的な革新は、世界の水不足に対処する上でのこれらの技術の採用を促進するでしょう。参考文献Wang, Z. et al. (2023). "Advances in Reverse Osmosis Membrane Technology for Desalination." Journal of Membrane Science.Lee, S. H. et al. (2022). "Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment: A Review." Water Research.Meng, F. et al. (2021). "Ultrafiltration and Nanofiltration Membranes: Principles and Applications." Environmental Science & Technology.
