膜モジュールを回転させることで限外ろ過膜のファウリングを緩和する新しい戦略

A novel strategy to alleviate ultrafiltration membrane fouling by rotating membrane module.

• Wenjing Xue
• Meipeng Jian
• Tao Lin
• Baiwen Ma
• Ruijun Wu
• Xingchun Li

抄録

UF（Integrated Ultrafiltration）膜技術は、その優れた性能と設置面積の小ささから、飲料水処理の分野で注目を集めています。しかし、膜モジュールは通常、膜槽内で静止しているため、時間の経過とともにケーキ層の厚さが徐々に増加し、膜のファウリングが深刻な問題となっています。この欠点を克服するために、フロックの存在下で膜モジュールを回転させることでケーキ層の厚さを調整する有効な方法を報告した。その結果、フロックのゆるみによりケーキ層の厚さを効果的に減少させることができ、膜のファウリングを抑制できることがわかった。また、モジュールの回転速度が速いほど膜槽内の流速が速くなり、ケーキ層表面の剪断力が大きくなることがわかった。その結果、膜のファウリングはかなり軽減され、汚染物質除去効率はほとんど影響を受けないことがわかった。また、モジュールを回転させた場合、酸性溶液は、フロックサイズが小さく、フロック比表面積が大きく、フロックの正電荷が大きいため、アルカリ性溶液と比較して、汚染物質（低分子量汚染物質であっても）の除去性能が高く、膜のファウリングを軽減することがわかった。また、中国の南北水を原水とした場合にも、UF膜の性能が優れていることが確認されました。本研究の結果、フロックベースのケーキ層はモジュールの回転により効果的に制御できることが明らかになり、特に小規模な浄水場での飲料水処理に大きな可能性を持つことがわかった。

Integrated ultrafiltration (UF) membrane technology has attracted extensive attention in drinking water treatment due to its excellent performance and small footprint. However, membrane modules normally are static in membrane tanks, which cause a gradual increase in the cake layer thickness over time, thus resulting in severe membrane fouling. To overcome this shortcoming, we report an effective strategy to regulate cake layer thickness by rotating the membrane module in the presence of flocs. The results showed that the cake layer thickness can be effectively reduced because of the floc looseness, resulting in the alleviation of membrane fouling. The higher the module rotation speed, the higher the flow velocity in the membrane tank and the larger the shearing force on the cake layer surface. As a result, the membrane fouling was considerably mitigated, and it was interesting that the pollutant removal efficiency was hardly influenced. With module rotation, we found that acid solutions displayed a better performance in removing pollutants (even low molecular weight pollutants) and alleviating membrane fouling compared to the alkaline conditions because of the smaller floc size, larger floc specific surface area, and higher floc positive charge. Additionally, an excellent UF membrane performance was also observed with the raw water taken from the South-North water in China. Collectively, this study demonstrated that floc-based cake layers can be effectively regulated with module rotation, which has a great potential in drinking water treatment application, particularly in small water plants.

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