過剰な還元剤添加が逆浸透に及ぼす影響

過剰な還元剤添加の影響 逆浸透 逆浸透（RO）システムは、ROの運用と保守において非常に実用的かつ重要な問題です。多くのオペレーターは「多ければ多いほど良い」と誤解していますが、これは間違いです。

還元剤の中心的な役割（SBSを例として） ROシステム目的は、供給水中の残留塩素やその他の酸化性物質を除去し、酸化剤に敏感なポリアミド複合膜を保護することである。反応式は以下のとおりである。

NaHSO₃ + HClO → NaHSO₄ + HCl

この反応は厳密な化学量論的反応です。過剰添加とは、供給水中の酸化性物質と反応するために必要な化学量論的量を超えることを意味し、その結果、系内に遊離亜硫酸イオンが生じます。これらの遊離還元性物質が、一連の悪影響を引き起こすのです。

1. 微生物汚染の蔓延

これは、過剰添加による最も深刻かつ一般的な結果です。亜硫酸ナトリウム自体が、細菌にとっての栄養源（炭素源および硫黄源）となります。システム内に亜硫酸ナトリウムが過剰に存在すると、水中の好気性細菌および嫌気性細菌（硫酸還元細菌など）に継続的な「栄養源」を提供してしまうのです。

RO供給水中の生分解性有機炭素（BCOD）が不足すると、過剰な亜硫酸塩が特定の細菌群によって利用され、バイオフィルムの成長速度が30%以上増加する可能性があります。ROシステムにおいて、SBSが50%以上過剰に充填された状態が長期間続くと、セキュリティフィルターカートリッジの交換サイクルが標準の1～2ヶ月から2～3週間に短縮され、フィルターカートリッジ表面が滑りやすくなり、顕著な生物学的臭気が発生します。

微生物汚染は、システム内の段間圧力差の急激な上昇を直接引き起こします。3～6か月以内に、圧力差は標準制御よりも0.1～0.3MPa高くなる可能性があり、洗浄頻度が2倍になります。

2. 亜硫酸塩スケールの形成

水中に溶存する酸素は、亜硫酸イオン（SO₃²⁻）の一部を硫酸イオン（SO₄²⁻）に酸化します。硫酸イオンは、水中に一般的に存在するカルシウムイオン（Ca²⁺）と結合して、溶解度の低い硫酸カルシウム（CaSO₄、石膏スケール）を形成します。

pHが8を超える条件下では、亜硫酸塩の酸化速度が著しく加速されます。回収率が75%のROシステムの場合、10 ppmのSBSを過剰に添加すると、濃縮液側に40～50 ppmのSO₄²⁻が追加で発生する可能性があります。

濃縮液側のLSI（ラングリリー指数）やS&DSI（スティーブ・アンド・デイビス指数）は炭酸カルシウムによるスケール生成を引き起こしませんが、硫酸カルシウムのイオン積（[Ca²⁺] × [SO₄²⁻]）は溶解度積（Ksp）の80%を超える可能性があり、スケール生成のリスクが大幅に高まります。硫酸カルシウムのスケールは、炭酸カルシウムのスケールよりもはるかに除去が困難です。

3. システム内で腐食を抑制する環境を作り出す

過剰な還元剤は、ROシステム全体に強い還元環境を維持します。これにより、システム内の金属部品（高圧ポンプ、配管、膜ハウジングなど）の表面にある不動態皮膜（通常は酸化皮膜）が損傷し、反応性が高く腐食しやすい状態に変化する可能性があります。

ORP（酸化還元電位）が常に-200mVを下回る強い還元環境では、炭素鋼の腐食速度は、弱酸化環境または中性環境（ORP 50～200mV）の場合よりも数倍高くなる可能性がある。

この腐食は通常、均一腐食と孔食の両方を含み、長期的には高圧ポンプなどのコア機器の寿命を縮め、金属イオン（Fe²⁺など）による汚染につながる可能性があります。 Ro膜。

4. 膜性能の不可逆的な劣化

ポリアミド膜は塩素に弱いが、過剰な還元剤に長時間さらされると、膜ポリマー自体にも影響が出る可能性がある。いくつかの研究では、過剰なSBSが膜ポリマーのわずかな加水分解や構造変化を引き起こす可能性が示唆されている。

SBSの投与量を厳密に管理したシステムでは、RO膜の標準化脱塩率の年間低下率は3%未満となる可能性があります。しかし、長期にわたって過剰投与が行われているシステムでは、この値は5%～7%、あるいはそれ以上になる可能性もあります。

この脱塩速度の低下は通常不可逆的であり、化学洗浄によって回復させることはできません。これは、膜素子の有効寿命が短くなることを意味します。

適切な投与量管理と推奨事項

上記の問題を回避するためには、還元剤の投与量を正確に制御する必要がある。

1. 投与量の科学的計算：

理論上の投与量：残留塩素1ppmを除去するには、約1.8～3.0ppmのSBSが必要です（水質とpHによって異なります）。安全係数として、通常は3：1の重量比（つまり、SBS 3ppm：残留塩素1ppm）が使用されます。

総投与量 = (残留塩素濃度 × 3) + 安全マージン (通常 0.1～0.5 ppm)

2. 主要モニタリング指標：

ORPは、SBS投与量を制御するための最も直接的かつ効果的なオンライン指標です。ほとんどのRO膜では、RO供給水のORP値を+100mV～+200mVの範囲に制御することが推奨されます。この範囲であれば、残留塩素を効果的に除去できると同時に、システムが強い還元環境に陥るのを防ぐことができます。

ORP値が膜メーカーが指定する上限値（通常は+250mV）を下回るようにすることが不可欠ですが、過度に低いORP値を追求すべきではありません。

3. 定期的なテストと検証：

RO供給水中の残留塩素濃度をDPD残留塩素試験キットを用いて定期的に検査し、0であることを確認してください。これは、SBSの投与量が十分かどうかを確認するための「ゴールドスタンダード」です。

同時に、微生物指標（総細菌数やATP検査など）を用いて生物付着の傾向を監視してください。異常な増加が検出された場合は、まずSBSの投与量が過剰になっていないかどうかを調査する必要があります。