工業用逆浸透膜浄水システムを選択する場合、水生成能力は考慮すべき最も重要な要素の 1 つです。ただし、RO システムの実際の出力は、膜エレメントの数や高圧ポンプの容量だけではなく、それ以上の影響を受けます。
逆浸透システムの性能は、逆浸透膜の表面積、膜の特性、操作圧力、供給水の質、前処理条件などの複数の要因に依存します。これらの要因が連携して、最終的な水生成能力とシステムの長期安定性が決まります。
逆浸透膜の構成と水生成能力の関係を理解することは、メーカーや産業ユーザーが単に定格能力のみに基づいて機器を選択するのではなく、実際の水需要に応じて適切な RO システムを選択するのに役立ちます。
工業用逆浸透システムの水生成能力は、RO 膜の構成、動作条件、供給水の特性を組み合わせた性能によって決まります。これらの要素の中で、膜の総面積は、特定の運転期間内に膜システムを通過できる水の量に直接影響するため、最も重要な要素の 1 つです。
各逆浸透膜エレメントには特定の膜表面積があり、これによって特定の動作条件下での水生成能力が決まります。 RO システムに設置される膜の総表面積が大きいほど、水が通過できる濾過面積が大きくなり、全体の透過水流量が増加します。
産業用 RO システムの場合、生産能力の向上は通常、膜エレメントを追加するか、より大きな膜構成を使用することによって達成されます。複数の膜エレメントが一緒に動作すると、それらの個々の水生成能力が組み合わされて、必要なシステム出力が達成されます。
ただし、膜の量だけで最終的な生産能力が決まるわけではありません。実際の水の出力は、膜の種類、動作圧力、水温、供給水の質、システム設計などの要因によっても異なります。
必要な逆浸透膜エレメントの数は、目標とする水の生産能力とシステムの運転条件によって異なります。産業用 RO システムは通常、さまざまな水需要要件を満たすためにさまざまな膜構成で設計されています。
産業用RO容量 |
典型的な膜構成 |
小容量ROシステム |
単一または少数の膜要素 |
中容量ROシステム |
1 つ以上の圧力容器に取り付けられた複数の膜エレメント |
大型産業用ROプラント |
多数の膜エレメントを備えた複数の圧力容器 |
膜エレメントの正確な数は、必要な水生成能力だけでは決定できません。適切な RO システム設計では、供給水の品質、回収率、必要な水質、安定した性能を達成するための操作パラメータも考慮します。
逆浸透膜エレメントの正しい数を選択することは、産業用 RO システムを設計する際の重要なステップです。必要な膜の量は主に、実際の運転条件下での目標水生成能力と各膜エレメントの透過水流量によって決まります。
システム設計の初期段階では簡単な見積もりを使用できますが、最終的な膜構成は供給水の品質、回収率、操作圧力、必要な水質に応じて調整する必要があります。
最初のステップは、必要な精製水の出力を定義することです。
例えば：
工場には次のものが必要です。
5,000L/Hの精製水
これは、RO システムが通常の動作条件下で 1 時間あたり約 5,000 リットルの透過水を継続的に生成する必要があることを意味します。
必要な生産能力は通常、次に従って決定されます。
生産プロセスの水需要
毎日の水の消費量
営業時間
将来の生産要件
各 RO 膜エレメントには固有の透過水生成能力があります。
実際の生産能力は以下によって決まります。
膜のサイズと表面積
膜モデル
使用圧力
給水温度
給水TDS
産業用 RO システムの場合、一般的な膜エレメントには次のものがあります。
より小容量のシステム向けの 4040 膜エレメント
大型産業用 RO システム用の 8040 膜エレメント
一般的な動作条件では次のようになります。
4040 膜エレメントは約 0.25 ～ 0.4 m³/日の水を生成します。
8040 膜エレメントは約 0.9 ～ 1.2 m³/時を生成します。
（実際の生産量は膜メーカーの仕様や使用条件により異なります。）
基本的な計算方法は次のとおりです。
必要な膜枚数＝必要なROシステム生産能力 ÷ 膜エレメント1枚の生産能力
例えば：
工場には次のものが必要です。
5,000 L/H (5 m³/H) 精製水
8040 膜エレメントを使用する場合:
1 つの膜要素がおよそ次の結果を生成すると仮定します。
1m³/H
推定膜量（1段）：
5 m³/H ÷ 1 m³/H ≈ 5 膜エレメント
したがって、1段RO水処理システムには約5×8040の膜エレメントが必要となります。
実際の工業用 RO 設計では、システムでは膜の配置、圧力容器の数量、回収率、および動作条件も考慮する必要があるため、最終構成では異なる数の膜エレメントが使用される場合があります。
推定膜量は出発点にすぎません。最終的な設計は、以下に基づいてさらに調整する必要があります。
回収率
回収率が高いということは、より多くの水が透過水として回収されることを意味しますが、濃度と汚れのリスクが増加する可能性があります。
給水温度
温度が低いと膜の生成が減少するため、寒い環境では追加の膜面積が必要になる場合があります。
給水の水質
TDS または硬度が高いと膜の性能に影響を与える可能性があり、異なるシステム構成が必要となる場合があります。
ROシステムの種類
1 段階 RO システムと 2 段階 RO システムでは、生産目標が類似している場合でも、異なる膜配置が使用されます。
さまざまな産業用逆浸透システムでは、必要な水質と生産能力に応じて、さまざまな膜構成が使用されます。 1 段階 RO と 2 段階 RO の主な違いは、ろ過ステップの数だけでなく、システム内での RO 膜エレメントの配置方法にもあります。
膜の量と配置は、システム容量、動作圧力、および最終的な水質に直接影響します。
1 ステージ逆浸透システムでは、1 回の RO ろ過プロセスが使用されます。 RO初段には全ての膜エレメントが設置され、生成された透過水は最終処理水として回収されます。
膜の構成は主に必要な水生成能力によって決まります。
典型的な配置:
供給水→RO膜ステージ→精製水
例えば：
小容量システムでは少数の膜エレメントを使用する場合があります
中容量システムでは、複数の圧力容器に取り付けられた複数の膜エレメントを使用する場合があります。
大規模な産業用 RO システムでは、十分な膜面積を提供するためにより多くの膜エレメントが必要です
1 段階 RO システムでは、水の生産量を増やすには、主に第 1 段階の膜の総面積を増やす必要があります。
2 段階逆浸透システムでは、2 つのグループの RO 膜が使用されます。第 1 段階ではほとんどの溶解固形分が除去され、第 1 段階の透過水は第 2 段階の供給水になります。
典型的な配置:
供給水 → 第一 RO ステージ → 第二 RO ステージ → 高純度水
1 段 RO システムと比較して、膜量は単純に 2 倍ではありません。
最初のステージは元の供給水の流れを処理するため、通常、より多くの膜エレメントが含まれます。第 2 段階は、第 1 段階の透過水のより小さな濃縮ストリームを受け取るため、通常は必要な膜エレメントが少なくなります。
たとえば、一般的な構成は次のとおりです。
第一段：膜エレメント4枚
2段目：膜エレメント2枚
または：
第一段：膜エレメント8枚
2段目：膜エレメント4枚
正確な構成は以下によって異なります。
必要な水生成能力
回収率
給水TDS
必要な導電率
膜モデル
EDIを備えた2ステージROシステムでは、RO処理後に電気脱イオン装置を追加し、残留イオンをさらに低減します。
一般的なプロセス:
供給水 → 第一 RO ステージ → 第二 RO ステージ → EDI → 高純度水
この構成では、RO 膜が主に溶解固体のほとんどを除去し、EDI がさらなるイオン除去を実行します。
EDI に入る RO 水はすでに導電率が低いため、EDI ユニットはより効果的に動作し、より高い純度の水を生成できます。
EDI 前の RO 膜構成は通常、次に従って設計されます。
必要な EDI 給水品質
最終的な水純度要件
システム生産能力
工業用逆浸透システムの水生成能力は、膜面積、膜構成、動作条件、供給水の品質の間の完全なバランスによって決まります。膜エレメントを追加すると生産能力が向上しますが、RO 水処理システムの実際の性能は、膜構成が特定の用途要件に適合するかどうかによって決まります。
適切な RO 膜構成を選択するには、実際の水需要、供給水の特性、および必要な水質を考慮する必要があります。適切な膜配置により安定した純水の生産が可能となり、単純な膜エレメントの増加による無駄な投資を回避できます。
