学位の種別:課程博士University of Tokyo(東京大学

Xue Wenchao

薛 文超

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審 査 の 結 果 の 要 旨 
 
 
 
 
氏  名  薛 文超（Xue Wencho） 
 
本論文は「Characteristics of seawater driven forward osmosis process for 
concentrating nutrients in MBR-treated municipal wastewater（MBR 下水処
理水中栄養塩の濃縮における海水駆動正浸透プロセスの特性）」と題し、メンブ
レンバイオリアクター（ＭＢＲ）からの都市下水処理水を対象として、海水を
駆動力とした正浸透（ＦＯ）によるエネルギー消費の低い新しい栄養塩濃縮法
を提案し、その有用性と濃縮特性を明らかにした独創的研究である。 
第１章は「序論」である。研究の背景、目的と位置づけ、及び論文構成等を
述べている。 
第２章は「文献レビュー」である。下水処理水中の栄養塩除去技術等につい
てまとめた後、ＦＯの原理、膜素材、既往のＦＯモデル等、ＦＯに関する既往
の知見をまとめている。 
第３章は「方法」である。以下の各章に詳細な実験方法の記述があるが、こ
こでは本研究全体を通して共通する実験材料や分析方法についてまとめている。 
第４章は「栄養塩濃縮用海水駆動ＦＯ膜の選定」である。本章で用いた実験
装置や材料、方法を記述したのち、現在入手可能なＦＯ膜として酢酸セルロー
ス系で 2 種類、複合膜系で 1 種類を用いて、人工栄養塩溶液を作成しバッチ実
験で濃縮試験を行った結果をまとめている。ポリアミド系の複合膜は負荷電が
大きすぎ、かつ海水というイオン強度の高い環境を水の引き抜きに利用してい
るため、引き抜き側の陽イオンの影響が顕著に生じアンモニアの濃縮には向か
ないことなどを明らかにした。結論として、供試した膜の中では、支持層がス
クリーンメッシュタイプの酢酸セルロース膜の活性層を供給側に配置すること
により、必要な水フラックスを維持しつつリン酸の保持率平均 90%、アンモニア
保持率平均９２％を達成できることを示した。 
第５章は「正浸透の性能を支配する諸因子」である。４章で選定したＦＯ膜
を用い、水フラックス及びに栄養塩保持に対するクロスフロー流速やｐＨ，模
擬海水濃度（単一組成、複合組成）の影響等を調べ、栄養塩保持性能の観点か
らは、クロスフロー流速は 6.6 cm・s-1以上が望ましく、水フラックスは 7 L・m2・
h-1 が必要であることなどを明らかにした。またアンモニアの保持に関しては、
ｐＨ中性付近が推奨される。 
第６章は「バッチ実験によるＭＢＲ下水処理中の栄養塩濃縮に関するＦＯ性
能」である。本章で用いた実験装置や材料、方法を記述したのち、ＭＢＲを用
いた実下水処理水中の栄養塩濃縮をバッチ試験で調べたものである。実用ＦＯ
膜モジュールではモジュール内で、水回収率が変化するため、バッチ試験では
水回収率を変化させて膜モジュール内での挙動を解析するための基礎データを
取得した。取得した基礎データと数理モデルを用い本プロセスの実用のための
開発数値目標である全体の水回収率８０％における状況での栄養塩濃縮率とし
て、アンモニア 4.2 倍、リン酸 4.9 倍等が得られることを示した。ＦＯプロセ
スの技術的適用可能性を明らかにした重要な成果である。 
第７章は「ＭＢＲ下水処理中の栄養塩濃縮におけるＦＯ膜ファウリング及び
長期的安定性」である。前章までに得られた基礎的知見を基に、実際のＭＢＲ
下水処理水を用い、長期運転を行った結果をまとめている。55 日の連続濃縮試
験でも水フラックスは５％程度しか低下せず、ＭＢＲ下水処理水のＦＯ膜に対
するファウリングの影響は顕著でないことを実証した。またファウリング物質
は精密分析の結果、生物構成体となる有機物質であることがわかった。さらに、
長期的にはＦＯ膜面上には硝化菌主体の生物膜が形成されるため、その抑制策
としては残留塩素が検出されないレベルでの塩素消毒前処理が有効であること
を明らかにした。これらの結果は、実用化へ向けての大きな一歩を与える重要
な成果である。 
第８章は「ＦＯの実用設計のための最適化モデリングとプロセスシミュレー
ション」である。平膜型と中空糸型、それぞれで浸漬型膜モジュールを試設計
し数理モデルを用いたシミュレーションを行った。平膜、中空糸膜（海水側の
良好な流動状態を保つ工夫を前提としている）、ともに、水回収率８０％という
設計条件を満足しつつ、モジュールとしてのアンモニア保持率８５％以上を達
成できることを示し、実用モジュール開発への道を拓いた。 
第９章は「結論と今後の展望」である。 
以上要するに、本論文は、都市下水を対象としたＭＢＲの後段処理として、
低濃度栄養塩の省エネルギー濃縮法を開発し、その運転条件や設計条件を得る
ための基礎的かつ学術的情報を与える独創性の高い研究であると評価できる。
また、本研究で得られた知見は、都市環境工学の学術の発展に大きく貢献する
ものである。 
 よって本論文は、博士（工学）の学位請求論文として合格と認められる。 


MBR下水処理水中栄養塩の濃縮における海水駆動正浸透プロセスの特性

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MBR下水処理水中栄養塩の濃縮における海水駆動正浸透プロセスの特性

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