逆浸透膜

逆浸透膜とは

逆浸透膜（ぎゃくしんとうまく、英: reverse osmosis membrane）とは、水を透過させる一方で、イオンや塩類などの不純物を通さない特性を持つ膜です。この膜の孔のサイズは、概ね2ナノメートル以下であり、限外ろ過膜よりも小さいことが特徴です。逆浸透膜はRO膜とも略称され、用途に応じてさまざまな種類があります。

原理

逆浸透膜は、その孔が水の分子（約0.38ナノメートル）よりも大きいにもかかわらず、ナトリウムイオン（約0.12〜0.14ナノメートル）などが通過しにくい理由は、水分子がイオンに水和することで見かけの大きさが増すためです。さらに、膜表面に水分子が付着することにより、孔が見かけ上小さくなることも影響しています。逆浸透膜の分離方法は物理的阻止だけではなく、膜内部での拡散速度の差に基づいています。この膜を使って、塩水と淡水を分けると、外部から圧力を加えることで、塩類が濃い側から薄い側に水を移動させることができます。

使用方法

逆浸透膜を利用する際には、膜を通過できなかった塩類を定期的に排出することが重要です。これにより、加圧側の塩類濃度が上昇せず、浸透圧の高まりを防ぎます。また、クロスフローといわれる手法により、水の流速を維持することで膜への汚れの付着を減少させることも可能です。逆浸透膜は高圧の下で運用され、原液の塩類濃度によって必要な圧力が異なります。家庭用の浄水器の場合でも、通常5気圧程度の加圧が求められます。

逆浸透膜装置は、温度が下がると透過水量が減少し、必要な圧力が高くなるため、特に冬季は水の採取が難しくなります。逆に、温度が上昇すると透過水量は増えますが、塩類の阻止率が低下するため、注意が必要です。濃縮用途では、目的の濃度に達するまで膜と循環させ、水を透過させていく手法が採られます。

歴史

逆浸透という現象は1748年に初めて観察されましたが、実用化は1950年代以降に進展しました。特に海水淡水化の研究が進められ、1960年代には膜を用いたシステムが実用化されました。家庭用の逆浸透システムは1968年に確立され、現在では多くの企業が家庭用浄水器の製造に関与しています。日本では1970年代から逆浸透膜の開発が進み、国内外での技術導入が行われてきました。

用途

逆浸透膜は海水淡水化だけでなく、浄水処理、純水や超純水の製造、果汁や乳製品の濃縮など多岐にわたり使用されています。特に、アメリカでは家庭用浄水器として1960年代から利用されています。

注意点

逆浸透膜は、透過後の水に細菌やカビの繁殖を完全に防ぐことはできません。そのため、後段に細菌除去フィルターや紫外線殺菌灯を設置することが推奨されています。また、水道水中の塩素成分が除去されるため、再添加も検討されることがあります。最近の膜材質は芳香族ポリアミドが中心であり、不純物による膜の劣化を防ぐためには前処理が不可欠です。

構造と種類

逆浸透膜の構造は、中空糸膜、スパイラル膜、チューブラー膜があり、それぞれの特徴に応じて使用されます。また、膜の材質には酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルフォンなどが使用され、その特性によって用途が異なります。

このように、逆浸透膜は浄水や水の再利用、工業用途に広く応用されており、今後もその技術進歩が期待されます。

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