各種分野における限外ろ過装置の適用範囲の分析
限外ろ過は新しい膜分離技術です。マイクロろ過、限外ろ過、 逆浸透浸透、電気透析、ガス膜分離などがあるが、限外ろ過は最も幅広い用途があり、最も成熟した技術である。
限外ろ過技術は、食品、飲料、アルコール、医薬品、繊維、印刷および染色、表面コーティング（電気泳動塗料）、製紙、飲料水、農村部の水質改善、電子機器などの軽工業で成熟した用途があります。用途には、電気泳動塗料の回収、医薬品の発熱物質の除去、タンパク質の分離と濃縮、デンプンの回収、 浄水 食品加工、飲料およびアルコール用の水浄化、最終製品の濁度除去および清澄化、各種製造水からのコロイド除去、濁度および浮遊物質含有量の低減、SDIの低減、各種細菌およびウイルスの除去、フミン酸およびその他の高分子有機物の除去、CODおよびBODの低減、色および油分含有量の低減、廃水からの有用物質の回収など。
I. 飲料水（水道水）における限外ろ過の応用
近年、政府は飲料水プロジェクトに多大な関心を寄せ、多大な支援を行ってきた。これには都市部の水道水だけでなく、農村部の飲料水も含まれる。農村部の水質改善は、中央政府から地方自治体に至るまで、具体的な政策によって推進されている。農村部における安全な飲料水の問題を解決するために限外ろ過を用いることで、細菌、微生物、不純物のない飲料水を得ることができ、設備投資コストが低い、自動化が容易、水質が安定しているといった絶対的な利点がある。
II．食品産業における限外ろ過の応用
1. ジュース・飲料業界 1980年代以降、海外ではリンゴジュース、オレンジジュース、梨ジュース、ブドウジュース、レモンジュース、トマトジュースなどの果物や野菜ジュースの製造・加工において、殺菌、清澄化、濃縮を目的として限外ろ過などの膜分離技術が用いられてきました。従来の方法と比較して、このプロセスには以下のような利点があります。運転コストと人件費の削減、果物や野菜ジュース中の芳香成分や脂溶性成分の保持による、生鮮食品に近い風味と製品品質の向上、微生物や過剰な酵素の除去による沈殿のない長期保存の容易化、自動制御による運転の信頼性向上による製品品質の一貫性の向上。
現在、中国では一部の新しい果物・野菜ジュース飲料の製造に限外ろ過技術が応用されている。報告によると、限外ろ過を用いて製造された清澄ジュースは、他の方法に比べて品質が著しく優れており、加工コストも低いという。例えば、スイカジュースは限外ろ過後も、糖類、有機酸、ビタミンCといった主要栄養素の90%以上を保持している。さらに、限外ろ過には殺菌効果もあり、限外ろ過処理を施したスイカジュースは99.9%を超える高い殺菌率を示し、低温殺菌処理なしで飲料・食品に関する国家衛生基準を満たしている。
2. 茶飲料加工における限外ろ過の応用
淹れたお茶は、独特の香りと風味、そして様々な健康効果により、世界で2番目に多く消費されている飲料となっています。従来のお茶の清澄化方法（低温沈殿法、吸着除去法、イオンキレート法、溶解移送法、沈殿法、酸化法など）と比較して、限外濾過は添加物を必要としない純粋な物理的方法であり、食品業界において非常に有益です。同時に、限外濾過技術は、お茶のポリフェノール、アミノ酸、カフェインなどの有効成分の保持を最大限に高めながら、透明度を確保し、色、香り、味への影響を最小限に抑えることができます。また、紅茶の風味成分も大部分が保持されます。さらに、限外濾過プロセスは加圧式で20～30℃で行われるため、熱に弱いお茶の清澄化に特に適しています。低温での限外濾過は、お茶の品質をより長期間安定させることができます。茶多糖類は、お茶に含まれる重要な有効成分の一つであり、血糖値低下、抗凝固作用、抗血栓作用、低酸素耐性向上、免疫力向上などの薬理作用を有しています。現在、茶多糖類に関する研究は広範かつ詳細に行われています。
3. 乳製品加工産業
現在、限外ろ過技術は主に、生乳濃縮、脱脂乳濃縮、ホエイ前濃縮、生乳精製、タンパク質およびペプチド分離、チーズ製造におけるホエイ廃水からの乳糖、脂肪、タンパク質の回収などに応用されています。この技術は、省エネルギー、タンパク質変性の低減、製品品質の向上、乳製品からの多成分抽出といった特長を持ち、従来の加工技術では実現できない大きな利点を提供します。
最も一般的に用いられるプロセスは、ホエイの濃縮と分離のための限外ろ過です。限外ろ過により、タンパク質含有量35%～85%のホエイプロテインパウダーが得られます。全ろ過による濃縮相の連続希釈により、さらにタンパク質含有量の高いホエイプロテインパウダーが得られます。さらに、限外ろ過と逆浸透技術を組み合わせた技術の導入により、ホエイプロテインを濃縮しながら膜透過液から乳糖と灰分を同時に除去することが可能になり、全乾燥ホエイの用途範囲が大幅に拡大します。限外ろ過と逆浸透の導入により、ホエイプロテインの品質は大幅に向上します。従来のプロセスで製造された製品と比較して、タンパク質含有量は約4倍になり、乳糖含有量は約40%減少します。
4. 油脂産業：油脂の脱ガムおよび脱色工程に限外ろ過技術を適用することで、脱ガムと脱色を単一の工程に統合し、従来の方法の多くの工程を省略し、油脂収率を大幅に向上させ、漂白粘土の使用量と廃漂白粘土処理コストを削減し、漂白粘土に吸収される中性油脂の損失を最小限に抑えることができます。大豆タンパク質の製造など、油脂副産物の処理においては、限外ろ過膜を使用することで、分子量の大きいタンパク質を保持しつつ、分子量の小さいタンパク質を膜を通過させることができます。分子量カットオフが20,000～30,000のポリスルホンアミド膜を使用することで、大豆タンパク質濃縮物を製造できます。この膜のタンパク質保持率は最大95%で、濃縮後のタンパク質回収率は93.9%であり、酸沈殿法よりも高い値となっています。同時に、膜分離技術によって抽出された大豆タンパク質分離物の溶解性、発泡性、乳化性、および油吸収性は、従来の「アルカリ溶解および酸沈殿法」によって製造された大豆タンパク質分離物よりもすべて優れている。
5. 醸造業界 白酒には、アルコールには溶けるが水には溶けないパルミチン酸エチル、リノール酸エチル、リノール酸エチルなどの物質が含まれていることが多い。アルコール含有量と温度が低下すると、これらの物質の溶解度が低下し、白酒が濁り、製品の品質に影響を与える。これらの濁った物質は粒子サイズが小さく比重が軽いため、従来の方法では好ましくないが、限外濾過によって白酒の品質を保証することができる[7]。限外濾過は遠心分離に代わるもので、化学試薬を添加せずにワインを精製し、透明なワインを製造し、エタノール含有量を減らすことができる。濾過はビール製造の重要なステップであり、酵母、タンパク質、ポリフェノール化合物などの微細な物質を除去し、ビールの生物学的および非生物学的安定性を向上させることを目的としている。綿粕または珪藻土で濾過したビールはドラフトビールと呼ばれ、1週間保存すると濁る。加熱殺菌されたビールは低温殺菌ビールと呼ばれ、一般的に60～90日間保存できますが、生ビールほど味は優れていません。限外濾過は、味と保存期間の両方の問題を解決できます。関連する処理技術とプロセスは、大きく分けて濾過プロセスと清澄剤プロセスの2種類に分類できます。
III．医薬品産業における限外ろ過の応用
漢方薬成分の抽出および精製における限外ろ過
近年、食品業界における限外ろ過技術の普及に伴い、多くの人々がこの技術に精通し、その多くの利点を習得するようになりました。人々はもはや食品業界だけで限外ろ過技術を利用することに満足せず、漢方薬の成分であるクロロゲン酸の抽出・精製プロセスなど、他の分野への応用を徐々に試みています。
IV．大規模工業企業における限外ろ過の応用
限外ろ過の応用は、石油、化学、製鉄所、発電所、炭鉱などの大規模産業分野で非常に成熟しています。限外ろ過を既存の水処理プロセスと組み合わせて高品質の純水（発電所や製鉄所のボイラー給水など）を製造する初期の用途から、工業生産におけるプロセス水（凝縮水、冷却水、循環水、化学水など）の浄化とリサイクル、さらに工業廃水や下水の処理と再利用（太原鋼鉄集団の廃水再利用や油田再注入水など）に至るまで、限外ろ過は大規模産業のさまざまなプロセス段階に浸透しています。
V. 再生水、下水、廃水の処理と再利用への応用
1. 工業廃水処理において、限外ろ過技術は電気泳動塗装廃水から塗料を回収するために使用でき、現在では世界中の自動電気泳動塗装生産ラインで広く使用されています。
2. 都市下水処理においては、都市下水処理と家庭下水処理の両方で限外ろ過技術が用いられています。500世帯以上が入居する新築集合住宅では、限外ろ過処理された生活排水をトイレの洗浄水として利用するなど、小規模な水のリサイクルが可能となり、家庭での水使用量を40%削減できる可能性があります。
3. 海水淡水化に関しては、中国における海水汚染の現状を踏まえ、大規模な推進が進められており、主に前処理に限外ろ過膜を使用することで、RO膜の正常な耐用年数を確保している。