一般的な9つの水処理方法を詳しく解説 ― あなたはすべてご存知ですか？

一般的に使用される水処理方法には、沈殿物ろ過、軟水化、活性炭吸着、脱イオン化などがあります。 逆浸透限外ろ過、蒸留、紫外線（UV）消毒、および生化学的処理。

1. 沈殿物ろ過

沈殿物ろ過の目的は、水源から浮遊粒子状物質またはコロイド状物質を除去することです。これらの粒子が除去されないと、後続の水浄化段階（透析用水など）で使用される繊細なろ過膜を損傷したり、給水管内で詰まりを引き起こしたりする可能性があります。これは古くからあるシンプルな水浄化方法であるため、このステップは水浄化プロセスの予備段階として頻繁に採用されています。さらに、必要に応じて、より大きな不純物を除去するために、配管システム内に追加のフィルターが設置されることがあります。浮遊粒子をろ過するために、メッシュフィルター、粒状フィルター（石英砂など）、 メンブレンフィルターフィルターの孔径よりも大きい粒子は効果的に捕捉され除去されます。ただし、この方法では水に溶けているイオンを除去することはできません。

2. 軟水化

硬水を軟化させるには、イオン交換法を用いる必要があります。この方法は、陽イオン交換樹脂を用いて硬水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンをナトリウムイオンと交換することで、水源中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度を低減することを目的としています。

3. 活性炭

活性炭は、木材、木くず、果物の種、ココナッツの殻、石炭、石油残渣など、さまざまな材料を高温で乾留および炭化することによって製造されます。製造後、この材料は熱風または蒸気を用いた活性化プロセスを経る必要があります。活性炭の主な機能は、塩素、クロラミン、および分子量60～1,000ダルトンのその他の溶解性有機物質を除去することです。活性炭の表面は粒状ですが、内部構造は非常に多孔質で、これらの細孔には約10 nmから1 Åのサイズの多数の毛細管が含まれています。1グラムの活性炭の内部表面積は700～1,400 m²にも達し、吸着プロセスはこれらの毛細管の内部表面と顆粒の外部表面の両方で行われます。

4. 脱イオン化

脱イオン化の目的は、水に溶けている無機イオンを除去することです。軟水化処理と同様に、この方法もイオン交換樹脂の原理に基づいています。この処理では、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の2種類の樹脂が使用されます。陽イオン交換樹脂は水素イオン（H+）を用いて陽イオンと交換し、陰イオン交換樹脂は水酸化物イオン（OH-）を用いて陰イオンと交換します。その後、水素イオンと水酸化物イオンが結合して中性の水が生成されます。

5. 逆浸透
逆浸透は、水から溶解した無機物、有機物、細菌、発熱物質、その他の微粒子を除去する効果的な方法であり、透析用水の処理において重要な要素となっています。「浸透」とは、濃度が異なる2つの溶液が半透膜で隔てられている過程を指します。溶質が膜を通過できない場合、水分子は低濃度側から高濃度側へ移動し、両側の濃度が等しくなるまで続きます。この平衡状態に達する前に、高濃度側に徐々に圧力を加えることで、前述の水分子の移動を一時的に停止させることができます。このために必要な圧力を「浸透圧」と呼びます。加えた圧力が浸透圧を超えると、水分子の移動方向が逆転し、高濃度側から低濃度側へと流れます。この現象を「逆浸透」と呼びます。

6. 限外ろ過
限外ろ過は、半透膜を使用するという点で逆浸透と似ていますが、膜の孔径が比較的大きく、通常10～200オングストローム（Å）であるため、イオンの除去を制御することはできません。細菌、ウイルス、発熱物質、および粒子状物質のみを除去できますが、水溶性イオンをろ過することはできません。限外ろ過の主な機能は、逆浸透の前処理ステップとして機能し、逆浸透膜の細菌汚染を防ぐことです。また、配管内の細菌によって上流の水が汚染されるのを防ぐために、浄水システムの後処理ステップとして使用することもできます。通常、限外ろ過膜の有効性は、入口と出口の圧力差を観察することによって監視されます。活性炭フィルターと同様に、膜は蓄積した不純物を除去するために、定期的に逆洗プロセスによって洗浄されます。

7. 蒸留
蒸留は古くからある効果的な水処理方法です。非揮発性不純物はすべて除去できますが、揮発性汚染物質は除去できません。このプロセスでは、精製された水を貯蔵するための大型の貯蔵タンクが必要ですが、皮肉なことに、これらの貯蔵タンクとその配管は、しばしば再汚染の大きな原因となります。そのため、この方法は一般的に血液透析用水の浄化には用いられません。

8. 紫外線（UV）消毒
UV消毒は、水処理で最も広く利用されている方法の1つです。他のいくつかの技術とは異なり、UV消毒は二次汚染物質を生成せず、次世代消毒技術に分類されます。広範囲の有効性、低い運用コスト、長い耐用年数、高い処理能力、および無公害性により、UV消毒は先進西側諸国で主流の消毒方法として徐々に普及してきました。その殺菌メカニズムは、細菌内の核酸（生命に不可欠な遺伝物質）を破壊することによって、細菌が増殖できないようにすることです。このプロセスに関与する重要な反応は、核酸分子内のピリミジン塩基の二量体化です。通常、これは、低圧水銀放電ランプ（殺菌ランプ）によって人工的に生成された253.7 nmの特定の波長の紫外線（UV）エネルギーを利用することによって達成されます。UV殺菌ランプの動作原理は、蛍光灯の動作原理と同じです。しかし、蛍光灯とは異なり、管の内部は蛍光体でコーティングされておらず、管自体は紫外線透過率の高い石英ガラスでできています。一般的に、紫外線殺菌装置は、その用途に基づいて、照射型、浸漬型、およびフロー型の3種類に分類されます。

9. 生化学的方法
生化学的水処理法は、様々な天然の細菌や微生物を利用して、廃水中に存在する有機物を分解・変換し、無害な物質に変えることで、排水を浄化する。これらの生化学的処理法は、活性汚泥法、バイオフィルム法、生物酸化塔、陸上処理システム、嫌気性生物水処理法に大別される。
生化学的水処理の典型的なプロセスフローは次のとおりです。原水 → バースクリーン → 均質化槽 → 接触酸化槽 → 沈殿槽 → ろ過 → 消毒 → 処理済み排水。