限外濾過は万能薬ではありません。. 70限外濾過システムの目詰まりの 80% は、前処理の失敗が原因です。多くのプロジェクトでは、限外濾過を「最後の手段」として扱い、前処理を簡略化して手抜きしています。中空糸膜、平板膜、管状膜、またはセラミック膜のいずれを使用するかに関係なく、急激な圧力差の増加、頻繁な化学洗浄、および膜の寿命の大幅な短縮が発生します。
一般的な主流の限外濾過前処理プロセスには、凝集沈殿、マルチメディア濾過、活性炭濾過、ディスク フィルター、セルフクリーニング フィルター、限外濾過前{{2}精密濾過、オゾン-生物学的活性炭、軟化前処理などがあります。-前処理の組み合わせは、流入水の水質（鉱山水、石炭化学尾滓、都市二次排水、地表水）に応じて大きく異なります。
I. 前処理工程の詳細比較
1. 凝集-沈降（凝集清澄）
プロセス原理: PAC/PAM を添加すると、コロイド、浮遊固体、一部のリン、大きな有機分子の凝集が生じ、沈降によって固液分離が行われます。{0}
利点: 懸濁物質、コロイド、濁りの優れた除去。疎水性有機物の一部を除去します。成熟した運用のため、大規模プロジェクトに適しています。-比較的制御可能な投資。
短所: 試薬の投与量制御に対する高い要件。過剰な試薬は残留アルミニウム塩や高分子凝集剤を導入し、限外濾過システムの不可逆的な目詰まりを直接引き起こす可能性があります。大量の汚泥排出。設置面積が大きい。低温環境では凝集効果が低下します。-
一般的な流入水の適合性: 地表水、鉱山水、高濁度の産業廃水。-
限外濾過との組み合わせ: 外圧中空糸限外濾過で最も一般的に使用される前処理ステップ。-残留 PAM は限外濾過のキラーとなるため、過剰な PAM の添加は厳禁です。
設計と運用のポイント: 排水の濁度を制御する 5 NTU 以下。 PAMの投与量を厳密に管理し、アニオン性PAMの使用を最小限に抑えます。冬期の低温では凝集時間を適切に延長してください。
2. マルチ-メディアろ過 (石英砂 + 無煙炭)
プロセス原理: 重力加圧濾過。濾材層に依存して微細な浮遊固体やコロイドを捕捉します。
利点: 沈降後に残った微粒子を除去します。安定した動作。保守担当者にはよく知られています。大量の水に適しています。逆洗して再生することができます。
短所: 衝撃荷重に対する耐性が低い。流入水の濁度の変動が大きく、培地が流出しやすい。媒体の固化、および固化後に限外濾過システムに入り込み、膜繊維を傷つける細かい砂粒子。溶存有機物の除去能力はほぼゼロです。
一般的な流入水の適合性: 凝固および沈殿後の流出水。鉱山水、都市再生水。
限外濾過の互換性: 圧力式外圧限外濾過用の標準-プレフィルター ユニット-。限外濾過の唯一の前処理としては使用できません。
設計とメンテナンスの考慮事項: 流出を防ぐためにフィルター媒体を定期的にチェックしてください。適度な逆洗強度を確保する。砂が限外濾過膜ハウジングに侵入するのを防ぐために、排水の濁度が突然増加した場合は直ちに調査してください。
3. 活性炭濾過（粒状活性炭GAC）
プロセス原理: 吸着により、フミン酸、色素、および疎水性有機物質の一部が除去されます。
利点: 有機負荷を軽減し、限外濾過システムの有機汚れを軽減します。残留塩素の一部を除去します。
欠点: 浮遊物質を除去できない。操作の後期段階で微生物が増殖しやすく、廃液には大量の細菌や生物学的破片が含まれており、限外濾過システムに深刻な生物付着を引き起こします。活性炭は定期的な再生または交換が必要です。油性の流入物は活性炭の劣化や固着を引き起こしやすくなります。
一般的な流入水の適合性: 地表水、一部の化学廃水、有機含有量の高い水。
限外濾過との併用: 外圧限外濾過は前処理によって強化できます。高油分または高SS廃水には推奨されません。
設計とメンテナンスの考慮事項: 定期的な逆洗。空のベッドとの接触時間を制御する。活性炭タンク内での微生物の発生に注意してください。活性炭の効果がなくなった場合は速やかに交換してください。
4. セルフクリーニングフィルター-
プロセス原理: 金属フィルター スクリーン、オンライン自動ブラシ/吸引ろ過、一般に 50 ～ 200μm の精度。
利点: 完全自動の連続運転。設置面積が小さい。濾材を交換する必要はありません。高流量に適しています。メンテナンスの負担が少ない。
欠点: 大きな粒子状の不純物のみを遮断し、コロイドや微細な浮遊固体に対してはまったく効果がありません。濁りを減らすことはできません。フィルタースクリーンが損傷すると、不純物が下流プロセスに直接侵入する可能性があります。
一般的な入口水の適合性: 下流の機器を保護します。安全のため、事前にろ過を行っています。-
限外濾過との組み合わせ: 保護のみを目的としており、限外濾過の主要な前処理としては使用しません。{0}}通常、マルチメディア フィルタの後、限外濾過セキュリティ フィルタの前に配置されます。-
設計・メンテナンスのポイント：流量マージンを考慮した機種選定をお願い致します。フィルタ画面の整合性を定期的にチェックしてください。
5. ディスクフィルター（スタックドディスクフィルター）
プロセス原理: プラスチックディスク圧縮濾過、精度 5-100μm、自動逆洗。
利点: 通常の自浄式フィルターよりも濾過精度が高い-。高速逆洗。設置面積が小さい。高度な自動化。
短所：コロイドや溶存有機物には効果がない。油分を含む水はディスクの付着や目詰まりを引き起こしやすくなります。高SS条件下での頻繁な逆洗。
一般的な入口水の適合性: 再生水、鉱山水、前沈殿ろ過後の水。-
限外濾過との組み合わせ: 外圧限外濾過システムのプレフィルターとしてよく使用され、一部のマルチメディア フィルターの代わりに使用されます。{{1}濁度の高い入口水には単独で使用できません。
設計とメンテナンスに関する考慮事項: 油を含む廃水には注意して使用してください。定期的に分解してフィルターディスクの付着を確認してください。
6. セキュリティフィルター（精密濾過、フィルターエレメント5～10μm）
プロセス原理: フィルター エレメントは硬い粒子や漏れた濾材の破片を遮断し、限外濾過膜エレメントを保護します。
利点: 媒体の漏洩によって持ち込まれる砂や硬い不純物を遮断し、膜繊維を物理的な傷から保護します。
短所: コロイドや有機物は処理しません。フィルターエレメントは消耗品です。差圧が増加した場合はフィルターエレメントを交換する必要があります。フィルターエレメントが損傷すると、不純物が直接限外濾過システムに侵入する可能性があります。
一般的な入口水の適合性: すべての圧力タイプの限外濾過システムに必須です。-
限外濾過の互換性: 圧力-タイプの外部および内部圧力限外濾過システムに必要です。通常、浸漬 MBR、管状システム、およびセラミック膜には必要ありません。
設計とメンテナンスの考慮事項: 差圧アラームを設定します。差圧が制限を超えた場合の操作は厳禁です。損傷したフィルターエレメントや標準以下のフィルターエレメントは決して使用しないでください。
7. オゾン-生物活性炭 (O₃-BAC)
プロセス原理: オゾンは大きな有機分子を酸化し、続いて生物学的活性炭によって一部の有機物を分解します。
利点: 流入有機物を大幅に削減し、限外濾過膜の有機的および生物学的ファウリングを大幅に削減します。色を取り除きます。
短所: 多額の投資が必要。動作中の化学物質の大量消費。オゾンの過剰投与は、PVDF 有機限外濾過膜を損傷する可能性があります。複雑なプロセス制御。運用と管理に対する高い要件。
一般的な流入水の適合性: 地表水、有機物含有量の高い都市再生水。
限外濾過の適合性: 外圧限外濾過による深い前処理。残留オゾンが膜に侵入すると PVDF 膜繊維が酸化するため、残留オゾンを制御する必要があります。
設計とメンテナンスの考慮事項: オゾン処理後に十分な脱気を実施して、残留オゾンが限外濾過システムに入らないようにする必要があります。
8. 軟化前処理（樹脂/石灰-炭酸ナトリウム軟化）
プロセス原理: カルシウムとマグネシウムの硬度とシリコンを除去し、スケールの傾向を軽減します。
利点: 後続の RO システムを保護しながら、限外濾過膜表面の無機スケーリングを軽減します。
短所: システムが複雑。試薬の消費量が多い。樹脂は再生が必要です。透過水中の塩分の増加。
一般的な流入水の適合性: 高硬度の鉱山水、高硬度の工業用再生水-。{1}
限外濾過とのマッチング: 前処理は限外濾過の上流で選択でき、主に高硬度水に使用されます。{0}普遍的な構成ではありません。
II.さまざまな原水源に対する推奨される前処理の組み合わせ
1. 都市二次生物排水（再生水）
推奨: 凝集沈殿 → マルチメディアろ過 → セキュリティフィルター → 外圧限外ろ過
重要な管理ポイント: 生物排水中の浮遊固体と微生物。過度の PAM は固く禁止されています。
2. 鉱山水（高懸濁物質、高硬度）
推奨: 凝固清澄 → マルチメディア濾過 → ディスクフィルター → セキュリティフィルター → 外圧限外濾過
主要な予防および管理ポイント: 膜ハウジングへの濾材の漏洩。軟化ユニットを追加することで高硬度化が可能です。
3. 地表水（フミン酸と有機物を多く含む貯留水）
推奨: 凝集と沈殿 → マルチメディア → 活性炭ろ過 → セキュリティフィルター → 外圧限外ろ過;有機物の含有量が非常に多い場合は、オゾン-BAC を追加できます。
4. 高油分および高固体廃水 (パイプライン限外濾過/T-MBR)
推奨: 油の分離-浮選 → 凝固沈殿 → パイプライン限外濾過。パイプライン膜は汚れに対する耐性が高く、多段階の精密ろ過の必要性を排除できますが、油の分離と浮選は不可欠です。-
5. 水没したMBRに直接流入する都市排水
MBR生物処理槽自体は前処理プロセスであり、フロントエンドは主にスクリーンと一次沈殿槽で構成されます。砂ろ過や活性炭は必要ありません。
Ⅲ．プロジェクトの実施中によくある誤解
1. 自己洗浄フィルターとディスク フィルターを限外濾過の唯一の前処理として扱います。凝集沈殿やマルチメディアを使用せず、コロイドが膜に直接侵入し、差圧の上昇を引き起こします。-
2. 凝固系への過剰な PAM の添加は、肉眼では見えないかもしれませんが、限外濾過膜の不可逆的な有機ファウリングの原因となり、いくら化学洗浄を行っても初期の差圧を回復することができません。
3. マルチ-ろ過媒体の固化や漏れにより、砂粒子が膜ハウジングに入り込み、膜繊維に損傷を与え、その結果、透過水に異常な SDI が発生します。
4. -活性炭タンクの逆洗を長期間行わないと、多数の微生物が増殖し、限外濾過膜の継続的な生物付着の原因となります。
5. オゾン-BAC プロセスでは、残留オゾンが完全に除去されず、PVDF 膜が酸化し、膜繊維の強度が弱まります。
6. MBR システムに砂フィルターや活性炭を追加すると、不必要な投資となり、目詰まりのリスクが高まります。
前処理の目的は、限外濾過流入水基準を満たすように水を処理することではなく、一貫して安定して基準を満たすことです。時折遵守することは無意味です。前処理の価値は、水質の変動に耐えられるかどうかにあります。限外濾過は、ある程度の量の汚染物質を許容できますが、前処理の定期的な失敗には耐えることができません。
前処理は限外濾過システムにおける防御の第一線です。限外濾過膜の弾力性のレベルは、限外濾過膜によって異なります。チューブ状膜とセラミック膜が衝撃に対して最も耐性があります。次に外部から加圧される中空糸膜です。内部で加圧された中空糸膜が最も脆弱です。
膜を選択する際は、単に限外ろ過膜を選択して前処理システムを追加するのではなく、原水の水質に応じて前処理の組み合わせを決定し、その後に限外ろ過膜の構成を選択する必要があります。