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★世界的な水不足・水質汚染問題の解決に貢献できる技術として,ますます注目が高まる膜分離法による水処理技術!
★浄水処理,排水処理における水処理用分離膜の最新の導入実績や開発状況を幅広く収載!
★新分野である濃度差エネルギーを利用した水処理・発電技術や膜ファウリング問題,膜透過特性の理論的評価法も詳しく解説!

■刊行にあたって

　世界的な水不足が叫ばれて久しい。2025 年には世界人口の2/3 の人々が安定的な水資源を得ることが難しいという予測や,2050 年には2000 年の世界の水使用量の1.5 倍が必要になるとも言われている。国連の持続可能な開発目標(SDGs)においても,目標6 で「安全な水とトイレを世界中に」という目標が掲げられている。
　膜分離法は,疑いもなく,このような世界的な水不足問題の解決に貢献できる最も重要で効果的な手法の一つである。逆浸透膜(RO膜)による海水淡水化,精密ろ過膜(MF 膜)や限外ろ過膜(UF 膜)を用いた浄水処理や排水処理では既に世界中において数多くの実用化が進んでいる。しかし実用化が進んだ状態であるからこそ,さらに新たな高性能膜の開発が必要となってきている。またこのような世界の膜分離市場において,現在日本の膜開発企業は非常に高い存在感を示していると言える。このような状況を維持するためにも,革新膜の開発や新しい応用分野の探索は不可欠と言える。
　本書では,水処理用分離膜の開発最前線と題して,第一線の大学研究者や企業の開発者に執筆を頂いた。まず第1 章では膜技術を利用した水処理技術の動向について解説頂いた。多くの膜技術の適用例とともに新しい用途展開についても述べられている。次に第2章では,浄水処理に関して5件の執筆を頂いた。企業開発者によるセラミック膜を用いた浄水処理,中空糸UF膜・NF膜による飲料水生成,および槽浸漬型中空糸膜モジュールによる浄水処置の3件の記述に加えて,ナノカーボンを用いた水処理膜や液晶自己組織化水処理膜の開発に関して大学研究者から最新の内容を解説頂いている。
　排水処理と水再利用に関しては,第3章に10件の執筆としてまとめている。ポアフロン中空糸を利用した油水分離膜,チューブラー膜モジュールの現状と将来,そしてZLD に向けた膜技術の開発に関して,企業開発者から執筆を頂いた。さらに7名の大学研究者からは,それぞれ6種類の膜(疎水性シリカ膜,膜分離溶媒抽出技術,多孔質シリコーン膜,親水性ゼオライト膜,新規NF 膜,セラミック膜)を用いた水処理や,米国における下水再利用の最新動向を記述頂いている。
　また4章では,新しい分野である濃度差エネルギーを利用した水処理,発電技術に関して執筆頂いた。FO 膜を用いた水処理ついては,大学研究者と企業開発者がそれぞれ基礎的な視点と,実施例を含めた応用的視点から記述している。また膜を用いた発電技術に関しては,逆電気透析と浸透圧発電に関して解説を頂いた。最後に第5章では膜分離法の長年の課題の一つである膜ファウリングの低減と,膜特性の理論的評価に向けた内容に関して,6名の大学研究者から執筆を頂いた。膜ファウリング関する内容は,ファウリング現象とその理解,センサー技術とIn-situ観察,粒子成分・高分子成分のファウリングの考え方,浄水用ろ過膜の損傷検知手法の開発,およびダイナミックろ過装置によるケーク層除去である。さらに分子シミュレーションを用いた膜透過特性の理論的評価法に関しても記述頂いている。
　本書において,大学研究者からの最新の水処理膜の開発状況や,企業開発者からの最新の水処理用分離膜の導入実績が記述されている。本書が皆様方の今後の研究や開発の一助となれば幸いである。(「はじめに」より)

■著者一覧

松山秀人　　神戸大学
大熊那夫紀　　(一財)造水促進センター
鮫島正一　　(株)明電舎
糸川博然　　Pentair, Pentair Water Asia Pacific Pte. Ltd.
竹内健司　　信州大学
小林真澄　　三菱ケミカルアクア・ソリューションズ(株)
遠坂優　　東京大学
片山浩之　　東京大学
加藤隆史　　東京大学
井田清志　　住友電気工業(株)
荒木貞夫　　関西大学
義家亮　　名古屋大学
清野竜太郎　　信州大学
酒井求　　早稲田大学
松方正彦　　早稲田大学
新谷卓司　　神戸大学
野村幹弘　　芝浦工業大学
石井克典　　芝浦工業大学
吉浦詢子　　芝浦工業大学
浜田敏充　　ダイセン・メンブレン・システムズ(株)
藤岡貴浩　　長崎大学
富康博　　日東電工(株)
川島敏行　　日東電工(株)
能見俊祐　　日東電工(株)
神尾英治　　神戸大学
比嘉充　　山口大学
三浦佑己　　東洋紡(株)
安川政宏　　東洋紡(株)
中村一穂　　横浜国立大学
山村寛　　中央大学
赤松憲樹　　工学院大学
橋本崇史　　東京大学
向井康人　　名古屋大学
樋口隼人　　工学院大学
高羽洋充　　工学院大学



第1章　膜技術を利用した水処理技術の動向
1　はじめに
2　水処理技術における膜技術の変遷
3　各水処理分野における膜技術動向
3.1　水道分野
3.2　下水道分野
3.3　海水淡水化
3.4　排水処理と再利用
4　新しい用途展開
5　おわりに

第2章　浄水処理
1　セラミック平膜を用いた浄水処理
1.1　はじめに
1.2　セラミック平膜技術の紹介
1.2.1　膜エレメント
1.2.2　膜ユニット
1.2.3　浄水フロー
1.2.4　膜ろ過の運転方法
1.2.5　取得済みの規格
1.3　事例
1.3.1　国内水道による実証例
1.3.2　北米でのパイロット検証
1.3.3　シンガポールChestnuts Avenue Water Works(CAWW)における実施設への適用事例
1.4　終わりに
2　中空糸UF膜・NF膜による飲水生成
2.1　はじめに
2.2　UF膜による飲水生成
2.2.1　UF膜及びモジュール
2.2.2　UFろ過膜システム
2.2.3　UF膜の浄水場実績
2.3　NF膜による飲水生成
2.3.1　飲水生成用NF膜の開発
2.3.2　中空糸NF膜のシステム
2.3.3　NF膜の浄水場実績
2.4　ろ過膜システムの運転管理
2.4.1　パフォーマンス指標管理
2.4.2　洗浄
2.4.3　膜完全性テスト
2.5　おわりに
3　ナノカーボンを用いたロバスト逆浸透膜
3.1　はじめに
3.2　CNT/PA複合膜の調製と機能評価
3.2.1　調製と構造
3.2.2　透水機構
3.2.3　ロバスト性
3.3　ソフトDLCを用いた無機分離膜
3.4　酸化グラフェン/グラフェン複合分離膜
3.5　おわりに
4　浄水処理用,槽浸漬型中空糸膜モジュール
4.1　はじめに
4.2　浄水向け槽浸漬型中空糸膜モジュールの変遷
4.3　PVDF製槽浸漬型中空糸膜モジュールの特徴
4.4　導入実績
4.4.1　春日那珂川水道企業団　東隈浄水場
4.4.2　奄美市上下水道部　平田浄水場
4.4.3　望都昙地表水場(中国)
4.5　おわりに
5　高度なウイルス除去機能を示す液晶自己組織化水処理膜
5.1　はじめに
5.2　液晶の自己組織化ナノ構造の固定による機能性膜の作製
5.3　自己組織化膜による水処理膜の作製とそれによるウイルス除去
5.4　おわりに

第3章　排水処理と水再利用
1　親水化PTFE製中空糸膜を利用した油水分離膜
1.1　緒言
1.2　含油排水処理に求められるろ過膜の性能
1.2.1　含油排水処理とは
1.2.2　含油排水処理に適用できるろ過膜とは
1.3　親水化PTFE製中空糸膜について
1.3.1　要求事項1　膜表面への油滴の堆積が少ないこと
1.3.2　要求事項2　アルカリ洗浄に耐えられる膜材質
1.3.3　本項のまとめ
1.4　親水化PTFE膜モジュールを用いた含油排水処理の実例
1.4.1　石油精製工場の排水再利用(台湾,処理量6,000 m3/日,稼働開始2014年)
1.4.2　含油海水の淡水化前処理
1.4.3　使用済みクーラント排水からのクーラント再利用
1.5　結言
2　疎水性シリカ膜による廃水からの有機物の分離・回収
2.1　はじめに
2.2　疎水性シリカ膜の官能基の種類と分離性能
2.3　ハンセン溶解度パラメーターを用いた分離性能予測
2.4　支持体抵抗低減による透過流束の向上
2.5　おわりに
3　膜分離溶媒抽出技術による廃潤滑油再生
3.1　緒言
3.2　膜分離溶媒抽出のモデルと本研究の目的
3.3　実験条件,分析項目および廃油試料
3.4　実験結果
3.4.1　再生基油回収量の時間変化
3.4.2　膜分離溶媒抽出モデルとの比較
3.4.3　膜拘束材料の比較
3.5　結言
4　多孔質シリコーン膜の低圧膜ろ過によるインク廃液の再利用化
4.1　はじめに
4.2　多孔質PDMS膜
4.2.1　膜作製
4.2.2　膜の多孔構造
4.2.3　PDMS/孔形成剤エマルションの安定性
4.3　低圧膜ろ過によるインク溶液からの溶媒回収
4.3.1　透過測定
4.3.2　インク溶液
4.3.3　インク溶液の分離性能
4.3.4　膜を通した透過量
5　親水性ゼオライト膜によるアルコールや有機酸からの脱水
5.1　はじめに
5.2　ゼオライトについて
5.3　ゼオライト膜と膜モジュールの構造
5.4　ゼオライト膜を用いた有機溶剤の脱水精製
5.5　ゼオライト膜による食品の脱水濃縮
5.6　ゼオライト脱水膜の今後の展開
5.6.1　カルボン酸のエステル化
5.6.2　逆水性ガスシフト
5.6.3　Fischer-Tropsch合成
5.6.4　ゼオライト膜による正浸透
5.7　おわりに

6　電気透析排水から2価陽イオンと2価陰イオンを選択分離する新規NF膜の開発
6.1　はじめに
6.2　新規NF膜の創成
6.2.1　膜設計の戦略
6.2.2　界面重縮合反応法による活性層の創成
6.2.3　新規NF膜の製膜方法
6.3　新規NF膜の特性評価
6.3.1　評価方法
6.3.2　評価結果
6.4　まとめ
7　セラミック膜による高圧透水膜の開発
7.1　はじめに
7.2　無機系高圧透水膜
7.3　CVDシリカ系膜
7.3.1　CVD用多孔質基材の開発
7.3.2　対向拡散法によるCVDシリカ系膜の高圧透水試験
7.4　ゼオライト膜
7.4.1　FAU膜の合成
7.4.2　FAU膜の高圧透水試験
7.5　おわりに
8　水処理用チューブラー膜モジュールの現状と展開
8.1　はじめに
8.2　チューブラー膜の構造
8.3　チューブラー膜の種類
8.4　チューブラー膜の特徴
8.4.1　チューブラー膜のクロスフロー操作
8.4.2　チューブラー膜のスポンジボール洗浄
8.5　酢酸セルロース製チューブラーRO/NF膜の開発最前線
8.5.1　酢酸セルロース製チューブラーRO/NF膜の特徴
8.5.2　クロスフロー速度の最適化
8.5.3　酢酸セルロース製チューブラーRO/NF膜の実施例
8.6　世界のチューブラー膜の性能向上の取り組み
8.7　世界のチューブラー膜メーカーの動向
8.8　おわりに
9　米国における下水再利用:膜分離による有害物除去と完全性監視技術
9.1　米国での再利用概要
9.2　高度下水処理と課題
9.3　逆浸透膜によるNDMA除去
9.4　NDMA阻止率の担保手法
9.5　今後の逆浸透膜開発
10　ZLD(ゼロリキッドディスチャージ)に向けたRO/NF膜技術の取り組み
10.1　はじめに
10.2　ZLDの市場性
10.3　ZLD技術の現状
10.4　ZLD向けの膜製品の開発と実証試験
10.4.1　耐汚染性高圧RO膜(PRO-LF1)の開発
10.4.2　超高圧RO膜(PRO-XP1)の開発
10.4.3　選択分離性を有するNF膜(PRO-XS1)の開発
10.5　終わりに

第4章　濃度差エネルギーを利用した水処理・発電技術(FO,PRO,RED技術)
1　FO膜の基礎と今後の開発展望
1.1　はじめに
1.2　正浸透膜(FO膜)法
1.2.1　正浸透膜の透過理論と評価方法
1.3　FO膜の種類と形状およびFO膜モジュール
1.4　駆動溶液(DS)
1.4.1　非刺激応答性DS
1.4.2　刺激応答性DS
1.5　FO膜法の課題
2　逆電気透析(RED)発電の原理と技術動向
2.1　濃度差発電とは
2.2　RED発電の原理と理論式
2.2.1　RED発電の原理
2.2.2　RED発電の理論式
2.3　REDの技術課題
2.3.1　イオン交換膜(IEM)
2.3.2　流路構造
2.3.3　前処理装置
2.4　RED発電の技術動向
2.4.1　世界的なRED発電開発の現状
2.4.2　国内でのRED開発研究の現状
2.5　おわりに
3　中空糸FO膜を用いた海水淡水化
3.1　はじめに
3.2　FO膜の特徴
3.3　FO膜モジュール
3.3.1　FO膜モジュールの特性
3.3.2　CTA製中空糸型FO膜モジュール
3.3.3　CTA製中空糸型FO膜モジュールの運転特性,および開発事例
3.4　FO膜を用いた海水淡水化システムの検討事例
3.4.1　Modern Water社
3.4.2　Trevi Systems社
3.5　おわりに
4　浸透圧発電(PRO)実用化に向けた動き
4.1　はじめに
4.2　PRO発電の原理
4.3　PRO膜モジュールとその要求性能
4.4　PRO膜モジュールの性能シミュレーションとその考察
4.4.1　DS供給圧力(PDS_in)依存性
4.4.2　DS供給流量(QDS_in)依存性
4.4.3　FS供給流量(QFS_in)依存性
4.4.4　供給温度(T)依存性
4.4.5　DS供給塩濃度(CDS_in)依存性
4.5　PRO発電の実用化に向けた検討事例
4.5.1　ノルウェーの浸透圧発電プラントの検討事例
4.5.2　日本の浸透圧発電実証プラントの検討事例
4.5.3　韓国のハイブリッドPROシステムの検討事例
4.5.4　デンマークの浸透圧発電プラントの検討事例
4.5.5　スペインの省エネルギー海水淡水化実証試験の事例
4.6　システム化における検討事例の紹介
4.7　おわりに

第5章　膜ファウリングの低減と膜透過特性の評価に向けた検討
1　膜ファウリング現象とその理解
1.1　はじめに
1.2　MF膜のタンパク質吸着によるファウリング
1.3　フミン酸によるMF膜のファウリング特性
1.4　逆洗を伴うMFプロセスにおけるバイオファウリングのモニタリング
1.5　セラミックMF/UF膜によるO/Wエマルションの分離
1.6　RO膜表面でのスケール形成挙動
1.7　まとめにかえて
2　膜ファウリング制御のためのセンサー技術とIn-situ観察手法
2.1　なぜ膜ファウリングの可視化が必要か
2.2　既存の膜ファウリング可視化技術
2.3　3次元励起蛍光測定の原理
2.4　固体励起蛍光測定の特徴
2.5　固体励起蛍光測定による膜ファウリングの観察
2.6　固体励起蛍光測定による膜ファウリング観察の応用例:薬品洗浄条件の探索
2.7　今後の課題と展望
3　粒子成分・高分子成分のファウリングの考え方と防止技術
3.1　はじめに
3.2　粒子成分のファウリング
3.2.1　クロスフロー精密ろ過における細孔径より大きな粒子成分のファウリング
3.2.2　細孔径より小さな粒子成分のファウリング
3.3　高分子成分のファウリング
3.3.1　フラックス低下に寄与するファウリング形態の特定
3.3.2　吸着を抑制する膜面の特徴
3.3.3　高分子の吸着を抑制する膜開発の例
3.4　おわりに
4　浄水用ろ過膜の劣化機構と損傷検知手法の開発
4.1　はじめに
4.2　PVDF製中空糸MF膜の劣化機構
4.2.1　劣化による膜性能の変化
4.2.2　膜表面の構造の変化
4.2.3　膜素材への影響
4.2.4　PVDF製中空糸膜の劣化機構
4.3　光ファイバセンサを用いた膜損傷検知
4.3.1　光ファイバ型圧力センサ
4.3.2　FBGセンサによる膜破断検知可能性の評価
4.3.3　FBGセンサ間の膜ハウジング内圧力勾配の違いによる破断位置の特定
4.3.4　圧力の変化による検知と圧力勾配の変化による検知
4.4　おわりに
5　ダイナミックろ過装置によるケーク層除去と高効率水処理
5.1　はじめに
5.2　さまざまなダイナミックろ過技術
5.2.1　ダイナミックろ過の原理と特長
5.2.2　クロスフローろ過
5.2.3　回転や振動を利用したダイナミックろ過
5.2.4　気液二相流を利用したダイナミックろ過
5.3　バブル噴射型ダイナミックろ過装置の開発と水処理への応用
5.3.1　バブル噴射型ダイナミックろ過装置の概要
5.3.2　バブル噴射を併用しない場合のろ過特性(デッドエンドろ過特性)
5.3.3　バブル噴射を併用した場合のろ過特性(ダイナミックろ過特性)
5.3.4　装置の改良
5.4　おわりに
6　分子シミュレーションによる膜透過特性の理論的評価法
6.1　はじめに
6.2　水処理膜の分子シミュレーション手法
6.3　アクアポリンを模倣した細孔の理論設計
6.4　超分子膜の性能予測
6.5　正浸透膜の膜透過機構
6.6　膜ファウリングのシミュレーション
6.7　おわりに