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| 技 術 資 料 |
| 水質汚濁、大気汚染、土壌汚染に係る環境基準 |
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| 悪臭防止法指定22物質 |
| アンモニア |
メチルメルカプタン |
硫化水素 |
硫化メチル |
二硫化メチル |
トリメチルアミン |
| プリピオンアルデヒド |
ノルマルブチルアルデヒド |
イソブチルアルデヒド |
ノルマルブチルアルデヒド |
アセドアルデヒド |
イソバレルアルデヒド |
| イソブタノール |
酢酸エチル |
メチルイソブチルケトン |
トルエン |
スチレン |
キシレン |
| プロピオン酸 |
ノルマル酪酸 |
ノルマル吉草酸 |
イソ吉草酸 |
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| ろ過対象物によるろ過の分類 |
| 粗ろ過（＞5μm） |
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限界ろ過（1nm～10nm） |
| 砂 |
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高分子ポリマー |
| ろ布 |
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セラミック |
| 不織繊維 |
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| 金属メッシュ、焼結金属 |
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| ろ過助材 |
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| 精密ろ過（10nm～5μm） |
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逆浸透（＜1nm） |
| 焼結金属 |
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高分子ポリマー |
| セラミック |
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| 不織繊維 |
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| 高分子ポリマー |
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| 主なろ過メディアの特徴 |
| 【砂】 |
| ○下水の浄化等に用いられる。 |
| 【ろ布】 |
| ○繊維を糸状にし規則正しく織ったもの。 |
| ○材質：木綿、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、レーヨン等。 |
| ○用途：食品、醗酵分野でのろ過。 |
| 【不織繊維】 |
| ○繊維をランダムに絡み合わせてシート状にしたもの。 |
| ○ろ紙、フィルターパッド、不織布。 |
| ○繊維の太さ、組み合わせ、形状などの自由度が高く、幅広い分野に用いられる。 |
| 【ろ過助材】 |
| ○種類：珪藻土（SiO2が主成分）、パーライト（SiO2約70%とケイ酸アルミ）が一般的。 |
| 【焼結金属】 |
| ○ステンレス、黄銅などの金属粉を焼結したもの。 |
| ○細孔径は一般的に粉末粒系の16～20%。 |
| ○耐熱性、機械的強度に優れる。 |
| ○用途：油類、高温での流体のろ過およびガスのろ過。 |
| 【セラミック】 |
| ○種類：主な原料はアルミナ（Al2O2)。原料を成形・加熱・焼成してつくる。 |
| ○耐熱性、耐腐食性、硬質性に優れる。 |
| ○用途：水道水の最終ろ過。薬液およびガスのろ過。 |
| 【高分子ポリマー】 |
| ○種類：PTFE、PVDF、ポリエチレン、ポリアミドなどで材料と用途によって製法は異なる。 |
| ○材質によっては薬品との適合性（耐薬品性、使用温度）や濡れ性（親水化処理の要不要）が異なる。 |
| ○用途：高純度薬品、純水、ガスのろ過。 |
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| ろ過の方法 |
| ワンパス（シングル）ろ過 |
| ○1回のろ過で所定の清浄度を得るために高い除去率が必要。 |
| 循環ろ過 |
| ○循環システムにおけるろ過。 |
| ○槽内粒子濃度の立下りは速度はフィルターの除去率と流量の両方が左右する。 |
| 多段ろ過 |
| ○ろ過メディアの異なる複数のフィルターで段階的に不純物を除去。 |
| ○孔径の異なる複数のフィルターで段階的に清浄度を高める。 |
| 例） プレフィルター（粗ろ過）→ファイナルフィルター（精密ろ過） |
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| ろ過作用 |
| ジービングろ過 |
| フィルターの孔径よりも大きな粒子はフィルターの流路を通り抜けることができず除去されます。 |
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| デプスろ過 |
| フィルターの孔径よりも小さな粒子がフィルター内部を通過する際、ブラウン運動による拡散やさえぎり、静電気的な力などによりろ材に衝突した粒子は分子間力によりフィルター内に保持され除去される。 |
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| ケーキろ過 |
| フィルターの表面に近いところに体積した大きな粒子が重なり合ってケーキ層を形成。その堆積した粒子がフィルターの様な役割をしてより小さな粒子を除去する。 |
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| フィルターの目詰まり |
| ケーキ形成 |
| フィルターの孔径より大きな粒子が膜表面に堆積することによりケーキが形成されます。液体が通過できる多孔構造のためフィルターの粒子捕捉効率を向上させますが圧力損失は高くなります。 |
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| 完全閉塞 |
| 粒子サイズがフィルターの孔径に近い大きさの場合に生じます。粒子がフィルターの孔を密閉している状態でろ過流体は閉塞されていない孔に流れ、そこがまた閉塞されると他の孔に逃れていきます。結果有効な膜面積が狭くなり圧力損失が高くなります。 |
|
| 標準閉塞 |
| 粒子がフィルターの孔径より小さい場合におきる。前項のデプスろ過のメカニズムです。粒子が分子間力によってフィルターに保持されその捕捉された粒子が孔内に堆積し傾斜的に孔を閉塞していきます。粒子が孔を完全に密閉してしまうことはありませんが粒子の吸着によって孔径が狭くなり圧力損失が高くなります。 |
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| 圧力損失と目詰まりの関係 |
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| フィルターのろ過面積 |
| ろ過面積を増やすことで最も効果が期待できるのがケーキ形成の目詰まりモデルです。ケーキ層がより大きな面積に広がることによりケーキ層の厚みが薄くなることに加え面速度が減少するため小さな粒子がケーキ層に取り込まれることなく通過することができます。粒子の集中を半分にすることができれば2倍以上の量をろ過することが可能となります。つまりケーキ形成の目詰まりの場合、ろ過量当たりのコストはろ過面積の増加に伴い減少することになります。一方、完全閉塞や標準閉塞の目詰まりモデルで全くろ過出来ない状態までフィルターを使用するケースを考えてみます。この場合ろ過面積を増やした分、孔の数も増えますので従来のろ過面積では終了できなかったプロセスがろ過面積を増やすことで完了できるかも知れませんが、ろ過のコストとしては減少しません。ただし、ある一定の圧力損失ないしは流量をフィルターの交換目安にする場合はコスト面でのメリットが期待できます。 |
|
| プレフィルター(粗ろ過)およびファイナルフィルター(精密ろ過) |
| 最終フィルターの前段に設置するフィルターをプレフィルターと言います。一般的に最終フィルターよりも粗く価格的にも高価ではありません。プレフィルターには最終フィルターの粒子負荷を軽減し寿命を延ばすような設計がされています。最終フィルターが標準閉塞の目詰まりモデルの場合プレフィルターとしては最終フィルターと同じようなタイプで孔径が大きく比較的厚みのあるフィルターが良いです。これは吸着による粒子捕捉がメインである標準閉塞においてはフィルター内での粒子の滞留時間を長くして、なるべく粒子を捕捉することが効果的であるためです。この場合プレフィルターには最終フィルターの孔径より大きなフィルターを使用しますので吸着した粒子による孔径の縮小は圧力損失に影響を与えません。ケーキ形成の目詰まりモデルの場合プレフィルターはろ過体積あたりの粒子量を減らせますがケーキ層による圧力損失が増加します。つまり大きな粒子が除去されて平均粒子径は小さくなりますが圧力損失は増加してしまうのです。しかしながら大きな粒子が除去されることによる圧力損失の増大よりも、ろ過体積当たりの粒子量が減少する効果の方が大きいためある程度有効ではあります。完全閉塞の目詰まりモデルの場合、吸着によって粒子を除去する粗いプレフィルターが適しています。完全閉塞で目詰まる粒子はフィルターの孔径と同じサイズですから、その粒子が標準閉塞の目詰まりをすることができる粗いフィルターをプレフィルターとして使用するのが良いです。 |
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| 除去対象物と処理方法 |
| 除去対象物 |
処理方法 |
| 夾雑物・スケール |
スクリーン・粗粒分離機 |
| 懸濁物質・浮上性物質 |
沈降・浮上・濾過 |
| コロイド性物質 |
凝集・珪藻土濾過 |
| エマルジョン |
凝集・吸着・電気的方法 |
| 溶存物質 |
中和・酸化・還元 |
| 溶存有機物 |
活性汚泥・嫌気処理・生物膜法 |
| N・P |
硝化・脱窒・脱りん |
| 微量有機物 |
活性炭・塩素酸化・膜処理 |
| 溶存無機物 |
逆浸透・イオン交換 |
| バクテリア |
MF膜・塩素殺菌･紫外線･オゾン |
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| 逆浸透膜の不純物除去能力 |
| 名称 |
除去率（%） |
名称 |
除去率（%） |
名称 |
除去率（%） |
| 水銀 |
95～98 |
フッ素 |
90～95 |
ダイオキシン |
95～99 |
| 鉛 |
95～98 |
硝酸 |
60～75 |
トリハロメタン |
96～99 |
| クロム |
96～99 |
ヒ素 |
84～96 |
バクテリア |
99～100 |
| カドミウム |
95～98 |
シアン |
86～92 |
細菌類 |
99～100 |
| ナトリウム |
95～99 |
シアン化鉄 |
98～99 |
ウイルス |
98～99 |
| マンガン |
95～98 |
炭酸水素 |
90～95 |
農薬類 |
95～99 |
| 亜鉛 |
98～99 |
クロマイト |
86～92 |
ヨウ素131 |
95～99 |
| 鉄 |
96～98 |
塩素 |
96～99 |
セシウム137 |
95～99 |
| マグネシウム |
96～98 |
リン酸 |
98～99 |
|
|
| カリウム |
87～94 |
亜硫酸 |
60～80 |
|
|
| カルシウム |
94～97 |
臭素 |
87～93 |
|
|
|
| セシウム137は水に良く溶け込みますので溶け込んだ水の除去率はこの限りではありません。 |
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| 人体で蓄積し排出されにくい溶解成分 |
| 品名 |
人体への害 |
| 水銀 |
神経障害、皮膚変質、言語障害 |
| 鉛 |
赤血球破壊、麻痺、腎臓障害 |
| クロム |
腸カタル、尿毒症、吐気、下痢 |
| カドミウム |
嘔吐、めまい、頭痛、イタイイタイ病 |
| 銅 |
嘔吐、下痢、胃痛、けいれん |
| マンガン |
言語障害、無気力、神経障害 |
| 亜鉛 |
皮膚変質、脱毛 |
| 鉄 |
粘膜刺激 |
| ストロンチウム |
放射能 |
| セシウム137 |
放射能 |
|
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| 不純物除去性能比較（システム別） |
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| 精密濾過の利用分野 |
| 適用分野 |
適用例 |
| 電子工業・半導体 |
ＬＳＩ用フォトレジスト、各種エッチング薬剤の清澄濾過、超純水の製造、空気洗浄 |
| 食品・醸造 |
ビール、清酒、ワイン、炭酸飲料、醤油などからの酵母・カビ類・雑菌・にごり・おりの除去、食酢の菌体除去、糖液・ジュース類の清澄濾過、用水からの鉄分・濁質の除去、食用油の脱ろう |
| 医療･医薬品 |
無菌水の製造、細菌･バクテリア類の検出・定量・除去、血液の濾過による血漿の分離、人口心肺・血清・組織培養地・その他生物学的製剤の濾過・除菌、濾過培養、バイオリアクター |
| 化学・環境・造水 |
水、溶剤、酸、アルカリなど各種液体からの微粒子の除去、油・エマルジョンの分離、高粘度高分子溶液・塗料中の異物濾過、各種薬品・メッキ液の清澄濾過、オイルミストの除去、無機微粒子含有スラリーの濾過・濃縮、触媒回収、ガス用フィルター、ガス拡散用フィルター、活性汚泥の分離 |
| 内燃機・ボイラ |
燃料油・作動油･潤滑油の濾過、高温ガスフィルター、高温排ガスの処理 |
| 原子力 |
放射線物質の除去、放射線廃液の処理 |
| 計測・分析・その他 |
微粒子の分析、ＳＳの測定、大気汚染、各種液体の汚染検査、細菌･バクテリアの検出・定量 |
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| 精密濾過フィルターの種類と製法 |
| 高分子フィルター |
| 相転移法 |
セルロース、ポリスルホン、ポリアミド |
| 溶融冷却法 |
結晶性ポリマー（ナイロン、ポリカーボネイト） |
| 延伸法 |
ポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン |
| 抽出法 |
ポリプロピレン、テフロン |
| 電子線照射法 |
ポリカーボネイト |
| 繊維成形法 |
ポリプロピレン、炭素、ろ紙 |
| セラミックフィルター |
| 泥漿成形・焼結法 |
|
| 泥漿鋳入法 |
単管 |
| 押出成形法 |
多管、ハニカム |
| 分相法 |
ガラス管 |
| ソルゲ－ル法 |
Al²O³、TiO²、ZrO²膜 |
| CVD、静電製膜法 |
SiC、SiN膜 |
| 熱分解法 |
C、酸化スズ系、SiC |
| 陽極酸化法 |
Al²O³ |
| 繊維成形法 |
アスベスト |
| 金属フィルター |
| 融着金属線 |
ステンレス |
| 焼結金属粉体 |
ステンレス |
| 焼結金属繊維 |
ステンレス |
| 平膜（Aｇ） |
ステンレス |
|
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| 活性炭の利用分野 |
| 活性炭はいろいろな物質を除去するのに優れた性質をもっています。活性炭は炭素を主体とした化合物が不規則に集まっていて、その所々に物質を捕まえる小さな穴が開いています。現在盛んに利用されているのが水中の物質の除去や空気中の物質の除去です。 |
| 利用分野 |
除去対象物 |
| 食品工業 |
色素、臭気成分 |
| 上水・飲料水 |
カビ臭、フミン質、塩素、鉄分 |
| 排水処理 |
COD、BOD |
| 工場、し尿処理 |
有機溶剤、悪臭物質 |
| 焼却場 |
ダイオキシン類 |
| その他工場 |
水銀、金、銀などの貴金属回収 |
|
| 活性炭と炭の性質 |
| 活性炭と炭は原料が同じ物が多いですが活性炭は炭をさらに熱処理することで吸着性能を上げたものです。吸着に関しては、活性炭は炭と比べて細孔が大きく、細孔の数も多いために優れた性能を持っています。活性炭は疎水性の吸着剤であり水との親和力の小さい成分を吸着する。また、水との親和性の大きい成分を吸着しない。下記に活性炭の性質がありますがヤシ殻系が表面積が大きく平均細孔が細かいことから低分子から高分子までの吸着に適している。 |
| 性質 |
炭 |
活性炭 |
| 木炭 |
ヤシ殻炭 |
木質系 |
ヤシ殻系 |
石炭系 |
| 形状 |
破砕状 |
破砕状 |
粉末状 |
破砕状 |
破砕・柱状 |
| 硬度（%） |
70 |
90 |
－ |
90以上 |
90以上 |
| 表面積（㎡/ｇ） |
250～400 |
250～400 |
900～1400 |
900～1300 |
900～1200 |
| 平均細孔（ｎｍ） |
－ |
－ |
20～80 |
20～35 |
20～50 |
| 1ｎｍは10億分の1 |
|
| イオン交換樹脂の利用分野 |
| 適用分野 |
適用例 |
| 水処理 |
脱塩、軟化 |
| 高純度水 |
腹水脱塩、原子力発電用水、半導体製造用超純水、医薬用水 |
| 排水処理 |
重金属捕集、鍍金浴処理、貴金属回収、有機物の捕集 |
| 糖液処理 |
蔗糖液、澱粉糖異性化糖、果糖精製、廃糖蜜回収 |
| 食品処理 |
柑橘果汁精製、アミノ酸分離、核酸分離 |
| 薬液 |
電着塗料精製、鍍金浴精製、グリセリン精製、ホルマリン精製 |
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| イオン交換樹脂の性質 |
| イオン交換樹脂はイオンをつかむことができる特殊なプラスチックで大きく分けて陽イオン（カチオン）交換樹脂と陰イオン（アニオン）交換樹脂の2種類に分けられる。通常の酸・アルカリ・塩類などは水に溶けると、陽イオンと陰イオンに分かれて存在します。例えばシアン化ソーダは水に溶けると、ナトリウムイオンという陽イオンとシアンイオンという陰イオンになります。この各種イオンを取り除くためにイオン交換樹脂は使われます。イオン交換樹脂には複雑な特性がありますので上手に利用しなければなりません。 |
| 凝集剤の種類と特長 |
| 凝集処理は、固液分離を容易に行なうためのものです。懸濁物質として分離できないコロイダル物質の粗大化や溶解性物質の析出を行い、後続の沈殿、浮上、濾過などで物理的に固液分離を行なうための前処理です。 |
| 種類 |
有効PH |
特長 |
| 長所 |
短所 |
硫酸バンド
液体Aｌ2O3 7～8％
固体Aｌ2O3 16％ |
5～7 |
安価
除濁性が高い
腐食性、刺激性が少ない |
フロックが軽い
PH8以上で効果が低い |
PAC
ポリ塩化アルミニウム
Aｌ2O3 10％ |
5.5～7.5 |
凝集性がバンドより良い
中和剤が少なくてよい |
バンドより高価
フロックが軽い
PH8以上で効果が低い |
塩化第二鉄
FeCl3 |
5～11 |
フロックが重い
アルカリ性域でも有効 |
中和剤が多く必要 |
硫酸第一鉄
FeSO4 |
9～11 |
安価
フロックが重い |
有効PHがアルカリ領域で幅が狭い
除濁性がやや劣る |
|
| 高品質、安全性の高い水確保へ利用される膜ろ過装置 |
| 世界では水の量が慢性的に不足しており、水質悪化が進んでいる。日本でも生活排水流入等による水源の環境悪化は進んでいる。96％という高い普及率に達している日本の上水道は塩素殺菌処理でそのまま飲める良質な水質を誇ってきた。しかし、病原性微生物クリプトスポリジウムや化学物質による汚染、浄水場での塩素の大量投入が問題になってきた。膜ろ過装置が脚光を浴びてきたのは1996年埼玉県越生町で発生したクリプトスポリジウムが原因の水道水による集団感染が思い出される。人口13,800人の64%の8,800人が感染した。この病原性微生物には塩素が効かず、人体に入ると腹痛を伴う激しい下痢を引き起こした。この事態を重く見た厚生労働省は翌年「クリプトスポリジウム等原虫類総合対策」を決定した。 |
| 膜ろ過装置の特長 |
| 分離できる物質の大きさによって精密濾過（MF）膜、限界濾過（UF）膜、ナノ濾過（NF)膜、逆浸透（RO）膜に分けられる。上下水道に使われるのがMF膜とUF膜。MF膜は微生物や微粒子など5～0.5μm程度の物質を補足する。UF膜は2ナノ（ナノは10億分の1）メートルまでのウイルスやたんぱく質程度の高分子の分離が可能。MF膜製品のなかでもポリエチレンポリマーを原料に溶融紡糸法と延伸開口法で製造した中空糸膜。溶剤や可塑材などは一切使用していないため衛生的で安全性が高い。外形数百マイクロメートルという極めて細かい糸状の繊維でストローのような中空形状をしている。膜にはスリット状の微細孔が多数重なって膜を形成、これが原水中の汚濁物質やバクテリアを補足し水をろ過する。 |
|
| 膜材質と特長 |
| NO |
膜材質 |
略号 |
RO |
UF |
MF |
特 長 |
| 1 |
酢酸セルロース |
CA |
○ |
○ |
○ |
・耐塩素性がある |
|
|
|
|
|
|
・有機汚染されにくい |
|
|
|
|
|
|
・微生物分解を受けるので、殺菌剤の添加が必要 |
| 2 |
ポリアミド |
PA |
○ |
|
○ |
・脱塩率が高く(99%以上)、有機物除去性も大きい |
|
|
|
|
|
|
・耐熱性がCA膜より高く、熱水殺菌(80℃)ができる |
|
|
|
|
|
|
・耐塩素性がないため、塩素殺菌ができない |
|
|
|
|
|
|
・有機物汚染を受けやすい |
|
|
|
|
|
|
・耐熱性、耐薬品性に優れる |
| 3 |
ポリビニルアルコール |
PVA |
○ |
|
○ |
・有機溶剤に耐久性がある |
|
|
|
|
|
|
・有機汚染されにくい |
| 4 |
ポリフッ化ビニリデン |
PVDF |
|
○ |
○ |
・耐薬品性に優れる |
|
|
|
|
|
|
・オゾン耐性がある |
|
|
|
| 各膜材質と耐久特性 |
| 膜の材料 |
酢酸セルロース |
ポリアミド |
ポリアクリルニトリル |
ポリスルホン |
ポリフッ化ビニリデン |
テフロン |
ポリプロピレン |
|
CA |
PA |
PAN |
PS |
PVDF |
PTFE |
PP |
| 膜の種類 |
RO・UF |
RO・MF |
UF |
RO・UF |
UF・MF |
MF |
MF |
| PH範囲 |
3～6 |
2～11 |
2～10 |
2～12 |
1～13 |
1～14 |
1～14 |
| 上限Cｌ2(mg/L) |
～200 |
0 |
～300 |
1000 |
500 |
50000 |
0 |
| 上限温度(℃) |
40 |
45(80)* |
45 |
95 |
90 |
95 |
60 |
| *熱水殺菌に限る |
|
| 金属材料耐食性 |
|
|
| 樹脂材料耐食性 |
|
|
| 化学繊維の種類・用途・特長・性能 |
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| ゴム性能一覧2 |
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|
| フェノール、ユリヤ、メラミン、アクリル、フラン樹脂 |
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|
| 不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂 |
|
|
| エポキシ、シリコーン、ポリイミド、ポリウレタン樹脂 |
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|
| オレフィン系樹脂 |
|
|
| オレフィン系、アクリル系、スチレン系樹脂 |
|
|
| スチレン系樹脂 |
|
|
| ビニル系樹脂、ポリアミド |
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|
| ポリアミド、ポリアミドイミド |
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|
| 飽和ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール、アイオノマー、ポリエーテルスルフィン樹脂 |
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| ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルファイド |
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| ポリウレタン、フッ化樹脂、繊維素系樹脂 |
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