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膜を用いた水処理技術

(2004年『膜による水処理技術の新展開』普及版)

商品コード: B0913

  • 監修: 中尾真一・渡辺義公
  • 発行日: 2010年3月
  • 価格(税込): 4,320 円
  • 体裁: A5判,284ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0177-8

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刊行にあたって

 21世紀は「水の時代」である。地球規模の気候変動は,地球上の多くの地域を乾燥させ,水不足の方向に向かわせる。したがって,人類の生存可能性は,まずもって水資源の確保に依存することになる。
 乾燥化が進む中で水資源を確保するためには,水の循環利用が不可欠となる。それも都市の下水処理水を中水として再利用するといった狭い範囲の循環再利用ではなく,産業用水とその廃水,農業用水とその廃水,そして生活用水とその廃水,これらすべてを循環再利用することが必要である。そのためには,各種の廃水水質や利用目的ごとの要求水質を考慮し,各種の水処理技術を組み合わせ,最適な循環再利用システムを構築することが必要となる。
 このような背景のもと,近年,新しい水処理技術が急速に開発され,実施設に導入されて来ている。高度処理として導入された活性炭吸着技術,膜ろ過技術,オゾン処理技術などはその代表である。このうち,膜ろ過技術は高度処理のみならず,従来の凝集沈殿―砂ろ過処理や活性汚泥の沈降分離などの代替技術としても使われ始めている。膜ろ過法の最大の特徴は,その処理水,すなわち膜ろ過水の水質にある。採用する膜ろ過法によって水質を制御することができ,ほぼ純水を得ることも可能である。したがって,広範囲な循環再利用システムで用いる水処理法として,もっとも有力な新技術となることが期待されている。
 本書では,近年,膜モジュール開発,プロセス開発,そして実用化が急速に進んでいる,膜ろ過法を用いた水処理技術について,懸濁物除去から海水の淡水化まで,また廃水処理水の再利用など,広範な最新技術について解説する。水処理分野の研究者,技術者の方々は勿論のこと,地球環境での水資源問題について興味をお持ちの方々にとっても,必携の一冊となるものと自負している。
(「はじめに」より)

2004年9月  東京大学 大学院工学系研究科 中尾真一

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『膜による水処理技術の新展開』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2010年3月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

渡辺義公   (現)北海道大学 環境ナノ・バイオ工学研究センター センター長
中尾真一   東京大学 大学院工学系研究科 化学システム工学専攻 教授
         (現)工学院大学 工学部 環境エネルギー化学科 教授
伊藤雅喜   国立保健医療科学院 水道工学部 水道計画室長
木村克輝   (現)北海道大学 大学院工学研究科 環境創生工学専攻 准教授
住田一郎   (現)栗田工業(株) プラント第一営業本部 技術部 
鈴木辰彦   (現)前澤工業(株) 環境技術部 主席技師
大熊那夫紀  (現)(株)日立プラントテクノロジー 環境エンジニアリング事業部 副事業部長
小林真澄   (現)三菱レイヨン・エンジニアリング(株) 技術企画部 アクア技術グループ グループリーダー
山本哲也   (株)クボタ 水環境技術部 開発グループ
         (現)(株)クボタ 環境機器開発第二部  
鬼塚卓也   水道機工(株) 研究開発部 副参事
         (現)水道機工(株) 監査室 室長
澤田繁樹   栗田工業(株) 研究開発センター 研究主幹
         (現)(株)ウェルシィ 中央研究所 副所長
永井正彦   (現)三菱重工業(株) 長崎研究所 化学研究室 主席研究員
村田周和   (現)オルガノ(株) 開発センター 課長
米川 均   日本ガイシ(株) エンジニアリング事業本部 開発部 水処理開発グループ マネージャー
         (現)メタウォーター(株) 膜技術部 担当部長
田村真紀夫  オルガノ(株) 開発センター 次長
         (現)T.Tech.Office 代表
安中祐子   (現)(株)西原環境テクノロジー 技術管理部 主任
浦井紀久   オルガノ(株) 環境事業部 SCWO部 部長
小野徳昭   栗田工業(株) アドバンスト・マネジメント事業本部 技術開発部
         (現)栗田工業(株) プラント第一営業本部 技術部技術二課
納嵜克也   (現)熊本県産業技術センター 材料・地域資源室 技師
牛越健一   (現)(株)ウエスコ 兵庫支社 技師長
岩堀 博   日東電工(株) メンブレン事業部 開発部 プロジェクト担当 課長
和泉清司   (現)(株)クボタ 膜システム技術部 技師長
山村弘之   (現)東レ(株) 水処理システム事業部 部長
船山健一郎  協和機電工業(株) 造水プラント事業部

 執筆者の所属表記は、注記以外は2004年当時のものを使用しております。

目次

【第1編 総論】
第1章 膜ろ過による水処理技術の現状と今後の展開
1. 浄水プロセスへの適用
2. 下水処理への適応

第2章 膜ろ過技術の現状と問題点
1. 水処理における膜技術利用の歴史
1.1 膜ろ過技術の発明と実用化
1.2 廃水処理への応用
1.3 各種の精密ろ過膜の開発
2. 膜ろ過法概論
2.1 各種の膜分離技術
2.2 膜ろ過法概論
2.3 精密ろ過法
2.4 限外ろ過法
2.5 ナノろ過法
2.6 逆浸透法
3. 膜ろ過技術の問題点
3.1 ファウリング
3.2 膜ろ過法から発生する環境負荷

【第2編 技術編】
第1章 浄水システム
1. 浄水処理における膜ろ過技術の現状と今後の展開
1.1 水道と膜ろ過技術
1.2 日本における膜ろ過技術の開発
1.2.1 膜利用型新浄水システム開発研究(MAC21)
1.2.2 膜利用型新高度浄水技術開発研究(高度処理MAC21)
1.2.3 高効率浄水技術開発研究(ACT21)
1.2.4 環境影響低減化浄水技術研究(e-Water)
1.3 浄水処理における膜ろ過の現状
1.3.1 世界の膜ろ過の現状
1.3.2 日本の水道における膜ろ過の現状
1.4 浄水用膜ろ過の研究開発の課題

2. ハイブリッド型膜浄水システム
2.1 生物処理との組み合わせ
2.1.1 はじめに
2.1.2 無機態窒素による水源汚染・独立栄養細菌と膜処理の組み合わせ
2.1.3 NH4+-N硝化型ハイブリッド膜浄水プロセス
2.1.4 NO3- -N除去型ハイブリッド膜浄水プロセス
2.1.5 おわりに
2.2 オゾン処理との組合せ
2.2.1 はじめに
2.2.2 オゾン・活性炭+膜
2.2.3 オゾン+膜(+活性炭)
2.3 活性炭処理との組み合わせ
2.3.1 低圧ろ過膜と活性炭処理の組合わせ処理の概要
2.3.2 溶解性有機物の除去機構
2.3.3 活性炭処理との組み合わせでの膜の運転性に関して
2.3.4 プラント実験例
2.3.5 まとめ

第2章 下水・廃水処理システム
1. 下水・廃水処理における膜ろ過技術の現状と今後の展開
1.1 はじめに
1.2 下水・廃水処理の現状
1.2.1 従来型下水・廃水処理
1.2.2 膜利用型下水・廃水処理
1.2.3 下水道における膜分離活性汚泥法の現状
1.3 技術的課題
1.4 今後の展開

2. ハイブリッド型膜処理システム
2.1 膜分離活性汚泥処理システム(Membrane Bio Reactor:MBR)
2.1.1 はじめに
2.1.2 MBRの特徴
2.1.3 MBR用膜エレメント/ユニット
2.1.4 MBR処理水の水質
2.1.5 RO膜との組み合わせ検討例
2.1.6 おわりに
2.2 膜分離型嫌気性処理システム
2.2.1 嫌気性処理法の概要
2.2.2 膜分離型嫌気性処理の諸条件
(1) 膜分離型嫌気性処理の目的
(2) 原料
(3) フロー
(4) 膜素材、形状
(5) 膜フラックスと膜間差圧
(6) メタン発酵運転条件
(7) 分解率・バイオガス生成
2.2.3  膜分離型嫌気処理システムの実例
(1) 北空知衛生センター生ごみバイオガス化施設のフロー
(2) メタン発酵の状況
(3) 膜の運転状況
2.2.4 今後の展開
2.3 オゾン処理との組み合わせ処理システム
2.3.1 はじめに
2.3.2 オゾン耐性膜の仕様と特徴
2.3.3 溶存オゾンが膜間差圧に及ぼす影響
2.3.4 高流束連続膜ろ過運転
2.3.5 処理水質
2.3.6 おわりに

第3章 下水・廃水の再利用における膜処理システムの現状と今後の展開
1. はじめに
2. 下水二次処理水のRO膜回収再利用
2.1 日本における実績
2.2 東京都における親水用水のための下水再利用
2.3 シンガポールにおける下水再利用―NEWaterの取り組み
3. NF膜およびRO膜を用いた産業廃水の再利用
3.1 金属加工工場における排水回収
3.2 飲料製造工場における排水回収
4. おわりに

第4章 膜を用いる海水淡水化システムの現状と今後の展開
1. はじめに
2. RO海洋淡水化の普及
3. RO海水淡水化システム
3.1 海洋淡水化システム
3.2 海洋淡水化用膜モジュール
4. 大型プラント
4.1 SWCCジェッダプラント
4.2 SWCCメジナヤンブプラント
4.3 沖縄プラント
4.4 トリニダードトバゴプラント
4.5 バーレーンAddurプラント
4.6 造水コスト
5. 今後の展開
5.1 水質
5.2 エネルギー原単位
5.3 前処理
5.4 放流水
5.5 造水コストの低減
5.6 環境に対する影響
5.7 自然エネルギー利用
5.8 小型プラントのメンテナンスフリー化
5.9 海水総合利用
6. おわりに

【第3編 応用編】
第1章 膜型浄水システム
1. 小規模浄水システム
1.1 膜ろ過設備の導入状況
1.2 膜ろ過浄水設備導入計画における考慮すべき主な基本的事項
1.2.1 水源の種類と計画浄水量
(1) 水源の種類
(2) 計画浄水量
1.2.2 全体システムの構成
(1) 前処理設備
(2) 膜ろ過設備
(3) 後処理設備
(4) 排水処理
1.3 膜ろ過による小規模浄水システムの実施例
1.3.1 実施例I
1.3.2 実施例II
1.3.3 実施例III
1.3.4 実施例IV
1.3.5 実施例V
1.3.6 実施例VI
1.4 これからの小規模膜ろ過浄水システム

2. 中・大規模浄水システム
2.1 中・大規模浄水システム導入状況
2.2 中・大規模浄水システムの特徴
(1) 浄水処理単位
(2) 前処理
(3) 薬品洗浄設備
(4) 排水処理設備
2.3 実装置例
2.3.1 西空知広域水道企業団西空知浄水場
(1) 沿革
(2) 浄水場諸元
(3) 浄水設備
(4) 浄水水質
2.3.2 今市市水道部瀬尾浄水場
(1) 沿革
(2) 浄水場諸元
(3) 浄水設備
(4) 浄水水質
2.4 中・大規模浄水システムのまとめ

3. 海外の膜型浄水システム
3.1 浄水処理への膜ろ過の普及
3.2 浄水処理の主なMF/UF膜技術
3.3 MF/UF膜を用いた複合浄水システム
3.4 今後の膜型浄水システムとその課題

第2章 用水・下水・排水処理システム
1. 純水・超純水製造
1.1 純水・超純水とは
1.2 単位操作としての膜技術
1.2.1 イオン交換膜(Ion Exchange Membrane)
1.2.2 逆浸透膜(RO膜:Reverse Osmosis Membrane)
1.2.3 限外ろ過膜(UF膜:Ultra Filtration Membrane)
1.2.4 精密ろ過膜(MF膜:Micro Filtration Membrane)
1.2.5 脱気膜(MD膜:Membrane Degasifier)
1.3 超純水製造システム構成例
1.4 最新動向と将来
1.4.1 除濁膜の高流速化
1.4.2 RO膜の低圧化
1.4.3 RO膜ファウリング耐性向上
1.4.4 前段RO水回収率向上
1.4.5 純水製造の無薬品化
1.5 残された課題

2. ビル排水再利用システム
2.1 ビル排水再利用システムとは
2.2 ビル排水再利用システムへの膜処理技術の導入
2.3 ビル排水再利用システムで利用される膜処理技術
2.3.1 処理フロー
2.3.2 膜分離装置
2.3.3 膜処理技術適用例
2.4 おわりに

3. 産業廃水処理システム
3.1 半導体・液晶工場システム
3.1.1 半導体・液晶工場水処理システムの概要
3.1.2 排水回収システムへの適用
(1) 無機系排水回収
(2) 有機系排水回収
3.1.3 排水処理装置への適用
(1) 研磨系、CMP系の排水処理、排水回収
(2) フッ酸排水処理への適用
3.1.4 薬液回収への適用
3.2 自動車工場排水
3.2.1 近年の膜処理技術の適用について
3.2.2 膜処理の事例(1)一般機械工場の膜式活性汚泥の適用事例
(1) 処理フロー
(2) 運転実績
3.2.3 膜処理の事例(2)前処理―ROを利用した排水回収
(1) 水質及び処理フロー
(2) 膜前処理
(3) RO処理
(4) コストと回収率
3.2.4 膜処理における油分の影響
3.2.5 まとめ
3.3 めっき総合廃水の再利用
3.3.1 はじめに
3.3.2 回転膜分離法による凝集ろ過
(1) めっき廃水の凝集ろ過
(2) 膜汚染物質
3.3.3 低圧逆浸透膜によるめっき廃水の再生 
(1) 廃水中の溶存物質
(2) 低圧逆浸透膜によるめっき廃水回収試験
(3) 膜洗浄試験
3.3.4 プラント導入例
3.4 食品工場廃水
3.4.1 食品工場排水の特徴
3.4.2 既存設備からの改造例
3.4.3 排水のリサイクル例

4. 廃棄物最終処分場浸出水処理システム
4.1 はじめに
4.2 廃棄物最終処分場と浸出水処理
4.2.1 廃棄物と最終処分場
(1) 最終処分場の種類
(2) 埋立廃棄物と浸出水
4.2.2 最終処分場における浸出水処理
(1) オープン型最終処分場における浸出水処理
(2) クローズド型最終処分場における浸出水処理
4.3 浸出水処理における膜分離技術
4.3.1 精密ろ過膜、限外ろ過膜の応用
4.3.2 逆浸透膜の応用
4.3.3 電気透析膜の応用
4.4 脱塩処理における濃縮水処理技術
4.5 おわりに

5. 膜分離活性汚泥法を用いた畜産廃水処理システム
5.1 はじめに
5.2 畜産排水処理の原水及び処理水水質について
5.3 膜分離活性汚泥法(MBRシステム)の特徴について
5.4 畜産排水処理にMBRシステムを用いる利点
5.5 設計のポイント
5.6 おわりに

6. 下水・廃水処理の再利用システム
6.1 はじめに
6.2 シンガポールのニューウォータープロジェクト―都市2次処理下水の高度処理による非直接的水道水源への再利用―
6.3 クロラミン殺菌
6.4 NEWaterプラントの仕様
(1) MF膜前処理
(2) 低汚染RO層
(3) NEWater ROの設計仕様
(4) 下水再生処理ROシステム
(5) 水質データ
(6) 紫外線(UV)殺菌処理
(7) 維持管理
(8) 造水コスト
6.5 おわりに

7. 膜型浄化槽
7.1 膜分離型浄化槽の歴史
7.2 槽浸漬型膜分離装置
7.3 開発の目標
7.4 事例紹介
7.4.1 大型浄化槽(51人槽以上)
7.4.2 家庭用浄化槽
7.4.3 単独処理浄化槽の合併処理化装置
7.4.4 農業集落排水処理
7.5 槽浸漬型膜分離法の運転及び維持管理方法
7.5.1 膜間閉塞防止対策
7.5.2 膜のファウリング対策
7.6 今後の展開

第3章 海水淡水化施設
1. 世界の海水淡水化施設
1.1 海水淡水化施設の能力
1.2 大型海水淡水化施設の比較
1.3 海水淡水化技術の流れと特徴
1.4 海水淡水化技術の今後の動向予測

2. 膜前処理2段システム
2.1 はじめに
2.2 UF膜前処理
2.2.1 “RSシリーズ”の概要
(1) RSの特長
(2) 海水でのRS50性能
2.2.2 膜ろ過法およびRSシリーズの利点
2.2.3 閉鎖系海水でのUF膜前処理のSDI挙動
2.3 福岡海水淡水化施設におけるUF膜前処理
2.4 高圧海淡ROと低圧ROを用いる2段階脱塩処理システム
2.4.1 中空糸型海水淡水化RO・部分的2段階脱塩処理システム
2.4.2 新規スパイラル型の部分的2段階脱塩処理システム

3. 高回収率システム
3.1 はじめに
3.2 濃縮水昇圧2段法システムの概要
3.3 高圧高濃度用2段目膜エレメントの開発
3.4 高効率2段法海水淡水化システムの開発と実証
3.5 微生物汚染対策技術
3.6 濃縮水昇圧2段法海水淡水化システムの実用化
3.7 膜前処理を併用した高回収率システム
3.8 おわりに
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