選択的電気透析法を用いた海水逆浸透食塩水からの一価イオンと二価イオンの分離

Separation of mono- and di-valent ions from seawater reverse osmosis brine using selective electrodialysis.

• Ye Yang
• Yuzhu Sun
• Xingfu Song
• Jianguo Yu

抄録

水不足が世界的に深刻な問題となっている中、海水逆浸透膜（SWRO）は従来の水供給を拡大するための有望な技術と考えられていますが、SWROシステムから排出される拒否食塩水は環境面で大きな問題となっています。しかし、SWROシステムから排出されるリジェクトブラインは、環境面で大きな問題となっています。本研究では、一価選択的電気透析(S-ED)を用いてSWROかん水から主成分の一つである塩化ナトリウムを分離・回収することで、かん水の直接排出を回避し、かん水の価値を高めることを目的としています。選択的イオン交換膜(IEM)の選択性については、膜特性評価技術を用いて標準的なIEMとの構造-物性比較を行い、その選択性を明らかにした。その結果、セレミオンCSO膜の選択性は、スルホン酸/アンモニウム比が1.28と低い正電荷層に起因していることが明らかになった。一方、セレミオンASV膜の選択性は、固定第四級アミンの含有量とC-N吸収ピークのシフトにより、高架橋層によるものであることがわかった。さらに、電流密度と温度が膜の性能に及ぼす影響を調べたところ、過選択性（[式：本文参照]、[式：本文参照]）、Na回収率、比エネルギー消費量（E）などが明らかになった。最終的に、初期TDSが76.8g/LのSWROブラインを用いて、総溶存固体(TDS)値167.5±3.3g/LのNaClリッチブラインを得た。濃縮物のNa/Mg質量比は、初期値9.7のSWROブラインに対して222.4であった。

As water scarcity has become a serious global issue, seawater reverse osmosis (SWRO) is considered as a promising technique to expand traditional water supplies. However, the reject brine from SWRO systems is still a major environmental concern. In this research, the monovalent selective electrodialysis (S-ED) was used to separate and recover one of the primary components, i.e., sodium chloride, from the SWRO brine, thereby avoiding the direct discharge of the brine and achieving the brine valorization. The permselectivity of selective ion-exchange membranes (IEMs) was elucidated by comparing with the standard IEMs in structure-property via membrane characterization techniques. Results indicated that the permselectivity of Selemion CSO membrane was attributed to the positive-charged layer with a low sulfonate/ammonium ratio of 1.28. Whereas the permselectivity of Selemion ASV membrane resulted from the highly cross-linked layer, according to the similar content of the fixed quaternary amines and the shift of the C‑N absorption peak. In addition, the effects of the current density and temperature on the membrane performance were studied, including permselectivity ([Formula: see text] and [Formula: see text]), Na recovery, and specific energy consumption (E). Finally, the NaCl-rich brine with the total dissolved solid (TDS) value of 167.5 ± 3.3 g/L was obtained using SWRO brine with the initial TDS of 76.8 g/L. The Na/Mg mass ratio of the concentrate was 222.4, compared with the initial value of 9.7 in SWRO brine.