逆浸透膜法では、なぜ水からアンモニア態窒素を効果的に除去できないのか？

その間 逆浸透 逆浸透（RO）技術は水中のイオン性汚染物質の除去率が高いものの、アンモニア性窒素の除去効果は比較的限定的です。この現象は主に以下の要因によって決まります。

1. 水中におけるアンモニア態窒素の特異な形態

アンモニア態窒素は水中に単一の静的な存在として存在するのではなく、pH値に応じて「アンモニウムイオン（NH₄⁺）」と「遊離アンモニア（NH₃）」の間で動的な平衡状態を維持している。

典型的な中性または弱酸性の水域では、アンモニア態窒素は主に正電荷を帯びたアンモニウムイオンの形で存在します。しかし、pHが上昇すると（特に8を超えると）、遊離アンモニアの割合が著しく増加します。これら2つの形態の明確な物理化学的特性は、アンモニアの保持効率に直接影響を与えます。 Ro膜。

2. RO膜の保持機構における限界

RO膜は主に2つのメカニズムによって物質を分離します。それは、サイズ排除（ふるい分け）と溶液拡散です。

実際の運転においては、膜の表面電荷は汚染やpH変動によって減衰する可能性がある。さらに、アンモニウムイオンの水和半径は比較的小さく（約0.36 nm）、膜の細孔径の閾値に近いため、漏洩しやすい。

遊離アンモニアは電気的に中性で、極めて小さな分子サイズ（約0.26 nm）を有しています。また、ある程度の親油性も示すため、膜材料に容易に溶解し、膜材料を透過して拡散します。その結果、除去率が著しく低下します。実験データによると、pHが9を超えると、アンモニア態窒素の全体的な除去率は50%を下回る可能性があることが示されています。

3. 運転条件の重大な影響

供給水のpHは、アンモニア態窒素の形態分布を直接左右します。例えば、pHが約6の場合、アンモニア態窒素の除去率は80～90%に達しますが、アルカリ性の工業廃水を処理する場合は、この除去率は急激に低下する可能性があります。

有機物の付着やスケール生成は、膜の表面電荷や局所的な流体力学的環境を変化させ、アンモニア態窒素が透過しやすい優先的な経路を作り出す可能性がある。

遊離アンモニアの拡散による物質移動は温度の影響を大きく受け、高温になると膜透過が促進される傾向がある。一方、運転圧力の変化は拡散に基づく除去メカニズムには限定的な影響しか与えない。

4. 他の汚染物質との競合的相互作用

水中に存在するナトリウムやカルシウムなどの高濃度の陽イオンは、膜表面の静電反発部位をめぐってアンモニウムイオンと競合し、間接的にアンモニウムイオンの保持率を低下させる可能性がある。さらに、アンモニア態窒素は特定の有機物質と中性錯体を形成し、膜透過のリスクをさらに高める可能性がある。 水処理 工学的手法では、ROシステムの限界に対処するために、複合プロセスが一般的に用いられます。例としては、以下のようなものがあります。

上流でのpH調整（アンモニア態窒素をアンモニウムイオンに変換するための酸性化）、前処理段階での生物学的硝化またはエアストリッピングプロセスの導入、および下流でのイオン交換またはブレークポイント塩素処理との統合。