写真提供：イヴァン・バンデューラの上アンスプラッシュ
中国の研究チームは、UV/E-Cl技術を膜ゲルファウリングの軽減に応用し、廃水処理に画期的な進歩をもたらしました。この研究は最近、ネイチャーコミュニケーションズは、廃水処理プロセスにおける脱水効率と膜ろ過性能を向上させる新しいアプローチに焦点を当てています。
脱水効率の向上
本研究では、UV/E-Clの適用により脱水実験における水透過流束が大幅に改善され、E-Clシステムの138%、UVシステムの239%、対照システムの198%に達することが実証されました。これは、UV/E-Clが膜ファウリング構造を効果的に破壊し、脱水性能の向上につながることを示唆しています。SA-BSAモデルシステムを用いることで、研究者らは複雑な細胞外高分子物質（EPS）の挙動をシミュレートし、廃水汚泥（WAS）の脱水におけるタンパク質と多糖類の関連性を確認することができました。
汚れのメカニズムに関する分子論的知見
本研究では、タンパク質と多糖類の分子間相互作用を詳細に解析し、アミノ基とカルボキシル基間の静電的架橋が膜ファウリングにおいて重要な役割を果たしていることを明らかにしました。FTIRスペクトル解析と密度汎関数理論（DFT）シミュレーションにより、研究者らは3つの分子結合モードを特定し、ポリマーの架橋を促進する線状構造が強く優先されることを示しました。これらの知見は、UV/E-Clがこれらの相互作用を阻害し、粘度の低下、フロックサイズの増大、そして水分放出の促進をもたらす仕組みを分子レベルで理解するものです。
汚れの軽減における塩素ラジカルの相乗効果
さらに分析を進めた結果、塩素ラジカル（Cl•）がBSAおよびSAの分解において主要な役割を果たし、分解の90%以上を占めていることが実証されました。この研究では、Cl•とこれらの高分子との相互作用における反応速度定数が非常に高いことが報告されており、UV/E-Clが膜ファウリング物質の分解に有効であることを裏付けています。このプロセスは、SA-BSA構造をより小さな粒子に分解するだけでなく、粘度と水和容量を大幅に低下させ、ゲル状のファウリング層を弱めます。
熱力学の洞察：水の発生状態が鍵となる
本研究では、膜ファウリングの熱力学的な側面をさらに探求し、従来の多孔性や透過性といった要因ではなく、水の存在状態がゲルファウリング挙動を支配していることを確認しました。熱重量分析の結果、対照群のファウリング層における結合水含有量は80%近くであったのに対し、UV/E-Cl処理によって10%未満に減少することが明らかになりました。この変化により、水の放出が容易になり、最終的にろ過抵抗が低下し、ろ過効率が向上しました。
実用化に向けて
これらの説得力のある結果に基づき、研究者らは、電極材料、UV強度、処理時間などのリアクターパラメータを最適化することで、プロセスの拡張性を高めることを提案しています。また、本研究では、UV/E-Clを過酸化水素などの他の酸化剤と組み合わせることで、ラジカル生成をさらに促進し、処理効率を向上させることも提案しています。さらに、研究者らは、持続可能で費用対効果の高い廃水処理を実現するために、海水などの低濃度NaCl溶液の使用も検討していることを強調しています。
膜技術における普遍的なブレークスルー
この研究はWASを用いて実施されましたが、その知見は廃水処理にとどまらず、広範な意味合いを持っています。水の発生状態が膜ファウリング抑制における支配的な要因であると認識することは、様々な膜プロセスや反応器スケールにおいて普遍的な意義を持ちます。この画期的な成果は、世界中の水処理産業において、より効率的で持続可能なろ過技術への道を開くものです。
効率的な廃水処理に対する世界的な需要が高まる中、UV/E-Cl技術は、膜寿命の延長、運用コストの削減、そして全体的な処理性能の向上を実現する有望なソリューションとなります。研究者たちがこの革新的なアプローチの改良とスケールアップを続けていく中で、廃水処理の未来はますます効率的で持続可能なものになるでしょう。
詳細については、Nature Communicationsに掲載された研究全文をご覧ください: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
Hollyの技術による効率的で環境に優しい汚泥脱水
水処理分野において、Hollyは革新的な汚泥脱水ソリューションをお客様に提供することに尽力しています。当社のHLDSマルチディスク式汚泥脱水スクリュープレスは、独自の目詰まり防止設計と高度なセルフクリーニング機能を備えており、下水処理場の建設コストを大幅に削減します。この装置は自動PLC制御システムを採用し、スクリューと可動リングを組み合わせたセルフクリーニング機能により、ベルトプレスやフレームプレスといった従来のフィルタープレスに代わる製品です。遠心分離機と比較して、HLDSは消費電力と水消費量が少なく、より効率的で環境に優しい製品です。
HLDS汚泥脱水スクリュープレスは、都市下水、石油化学、化学繊維、製紙、製薬、皮革などの産業用水処理分野を含む、様々な廃水処理システムに広く利用されています。また、酪農家畜糞尿、パーム油スラッジ、浄化槽スラッジなどの処理にも効果的です。当社の装置は数多くの実用アプリケーションで実証されており、卓越した性能と経済的メリットを実証しています。これにより、企業の運用コスト削減と環境目標の達成を支援します。
水処理技術が進化を続ける中、Hollyの革新的なソリューションは、世界中のお客様に、より効率的で費用対効果の高い機器を提供し、汚泥脱水および水処理業界の持続可能な発展に貢献しています。最先端技術と長年の業界経験を融合させ、Hollyは最先端の廃水処理装置を提供することで、業界の発展と環境の持続可能性を推進することに尽力しています。
投稿日時: 2025年4月3日