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順浸透膜を用いた排水のシングルパス前濃縮時のバイオファウリング抑制効果
Biofouling control of a forward osmosis membrane during single-pass pre-concentration of wastewater.
PMID: 32512337 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127263.
抄録
嫌気性消化器で処理する前に、前方浸透膜（FO）を用いて廃水を事前に濃縮することで、バイオガスの生産性を高めることができる。しかし、排水中の微生物によるバイオファウリングが課題となっている。本研究では、一次廃水を1パス濃縮した場合のFO膜のバイオファウリング抑制効果を評価することを目的とした。クロラミン濃度22-121mg/Lで事前消毒を行ったところ、膜ファウリングの軽減に成功した。フィードと濃縮液中の細菌細胞数を測定したところ、廃水中の細菌細胞のほとんどが膜表面またはスペーサーに捕捉されていることが明らかになった。また、非塩素系では膜表面が完全に覆われていたが、非塩素系では膜表面が完全に覆われていなかった。しかし、シングルパス濃縮プロセスでは、高い透過率回収率と低い交差流速のため、膜表面（および膜孔の内壁）に有機物が付着し、透過流速が徐々に低下することが明らかになった。本研究では、一次廃水のシングルパス高回収前濃縮プロセスにおいて、塩素汚染を利用したバイオファウリング制御に成功したことを示した。
Pre-concentration of wastewater using a forward osmosis (FO) membrane prior to processing by an anaerobic digester can enhance biogas production. However, biofouling caused by microbes in wastewater remains a challenge. The study aimed to evaluate the efficacy of chloramination in mitigating the biofouling of an FO membrane during a single-pass concentration of primary wastewater effluent. Pre-disinfection at a chloramine dose of 22-121 mg/L successfully alleviated membrane fouling. Bacterial cell counts in the feed and concentrate showed that most of the bacterial cells in the wastewater were trapped on the membrane surface or spacer. The FO membrane surfaces in non-chloraminated/chloraminated systems were fully-covered by intact/damaged bacterial cells, respectively, indicating that chloramination effectively mitigated biofouling. However, due to high permeate-recovery and low cross-flow velocity in a single-pass concentration process, organic fouling on the membrane surface (and possibly on the interior wall of the membrane-pores) appeared to cause a gradual reduction in permeate-flux. This study demonstrated successful biofouling control using chloramination during a single-pass and high-recovery pre-concentration of primary wastewater effluent.
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