逆浸透

逆浸透( RO ) は、半透膜を使用して水分子を他の物質から分離する浄水プロセスです。RO は、浸透圧を克服するために圧力をかけ、均等に分配します。RO は、溶解または浮遊している化学種だけでなく、生物学的物質 (主に細菌) も除去できるため、工業プロセスや飲料水の製造に使用されます。RO は、膜の加圧側に溶質を保持し、精製された溶媒を反対側に通過させます。さまざまな分子の相対的なサイズによって、通過するものが決まります。「選択的」膜は大きな分子を拒否し、小さな分子 (溶媒分子、たとえば水など) を受け入れます。^[1]

ROは海水から飲料水を浄化する際に使用されることで最もよく知られており、水分子から塩分やその他の排出物質を除去します。 ^[2]

2013年時点で世界最大のRO淡水化プラントはイスラエルのソレクにあり、1日あたり624,000立方メートル（1日あたり1億6,500万米ガロン）の生産量を誇っている。^[3]

半透膜を介した浸透の過程は、1748 年にJean-Antoine Nolletによって初めて観察されました。その後 200 年間、浸透は単なる実験室現象でした。1950 年に、カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA) が初めて浸透圧淡水化を調査しました。UCLA とフロリダ大学の両方の研究者が1950 年代半ばに海水の淡水化を行いましたが、透過流束が低すぎて商業的に実行可能ではありませんでした。^{[4] UCLA の} Sidney Loebとオタワのカナダ国立研究会議のSrinivasa Sourirajan ^[5]は、非常に多孔質ではるかに厚い基質領域の上に支えられた実質的に薄い「スキン」層を特徴とする非対称膜の製造方法を発見しました。Filmtec社の John Cadotte は、 m -フェニレンジアミンとトリメソイルクロリドの界面重合によって、特に透過流束が高く塩の透過率が低い膜を製造できることを発見しました。カドット社のこのプロセスに関する特許^[6]は訴訟の対象となり、失効した。現在、市販のRO膜のほぼすべてがこの方法で製造されている。2019年までに、世界中で約16,000の淡水化プラントが稼働し、1日あたり約9,500万立方メートル（1日あたり250億米ガロン）を生産している。この能力の約半分は中東および北アフリカ地域にあった。^[7]

1977年、フロリダ州ケープコーラルは米国で初めてROを大規模に導入した自治体となり、当初の稼働能力は1日あたり1,135万リットル（300万米ガロン）でした。1985年までに急速な成長により、同市は世界最大の低圧ROプラントを稼働させ、1日あたり5,680万リットル（1,500万米ガロン）の生産量（MGD）を達成しました。^[8]

（正）浸透では、溶媒は、低溶質濃度（高水ポテンシャル）の領域から膜を通過して、高溶質濃度（低水ポテンシャル）の領域に移動します。溶媒の移動の原動力は、膜の両側の溶媒濃度の差が減少するシステムのギブス自由エネルギーの減少です。これは浸透圧と呼ばれます。溶媒がより濃縮された溶液に移動するにつれて、浸透圧は減少します。したがって、外部圧力を加えて純粋な溶媒の自然な流れを逆転させるのが逆浸透です。このプロセスは、他の膜技術の用途に似ています。

RO は濾過とは異なり、溶媒が膜を通過して溶質が残るため、流体の流れのメカニズムが逆になります。膜濾過の主な除去メカニズムは、濾過またはサイズ排除です。この濾過では、孔は 0.01マイクロメートル以上であるため、理論的には溶液の圧力や濃度などのパラメータに関係なく、プロセスは完全な効率を達成できます。RO では、代わりに、非多孔性膜または孔のサイズが 0.001 マイクロメートルのナノ濾過を使用する膜を介した溶媒の拡散が行われます。主な除去メカニズムは溶解度または拡散率の違いによるもので、プロセスは圧力、溶質濃度、およびその他の条件に依存します。^[9]

ROでは、淡水と汽水の場合は2～17 bar（30～250 psi ）、海水の場合は40～82 bar（600～1200 psi）の圧力が必要です。海水には約27 bar（390 psi） ^[10]の自然浸透圧があり、これを克服する必要があります。

膜の孔径は0.1～5,000nmの範囲です。粒子ろ過では1μm以上の粒子が除去されます。精密ろ過では50nm以上の粒子が除去されます。限外ろ過ではおよそ3nm以上の粒子が除去されます。ナノろ過では1nm以上の粒子が除去されます。ROは膜ろ過の最終カテゴリーである超ろ過に属し、0.1nmを超える粒子を除去します。^[11]

世界中で、ROステップを含む家庭用飲料水 浄化システムは、飲用水や調理用の水を改善するために一般的に使用されています。

このようなシステムには通常、次の手順が含まれます。

• 錆や炭酸カルシウムなどの粒子を捕らえる沈殿物フィルター
• より小さな孔を持つ第2の沈殿物フィルター
• 有機化学物質や塩素を捕捉する活性炭フィルター。特定の種類の薄膜複合膜を劣化させる。
• RO薄膜複合膜
• ROで生き残った微生物を殺菌するための紫外線ランプ
• ROを通過した化学物質を捕捉するための2番目の炭素フィルター

一部のシステムでは、カーボン プレフィルターの代わりにセルロース トリアセテート(CTA) 膜が使用されています。CTA は、水中の塩素と接触できる合成層に結合した紙の副産物膜です。水源に少量の塩素が含まれていると、細菌の発生を防ぐことができます。CTA 膜の一般的な除去率は 85～95% です。

セルローストリアセテート膜は塩素処理された水で保護しないと腐ってしまいますが、薄膜複合膜は塩素の存在下では分解します。薄膜複合(TFC) 膜は合成材料で作られており、水が膜に入る前に塩素を除去する必要があります。TFC 膜の要素を塩素による損傷から保護するために、前処理として炭素フィルターが使用されます。TFC 膜は CTA 膜よりも除去率が 95～98% 高く、寿命も長くなります。

効果的に機能させるためには、これらのユニットに供給される水は加圧されている必要があります（通常280kPa（40psi）以上）。^[12]

ポータブルRO浄水器は市販されており、飲料水を浄化する設備のない地域で広く使用されていますが、ヨーロッパでは天然ミネラルウォーター（欧州指令で定義）をこのような方法で処理することは許可されていません^[13]。実際には、生きた細菌の一部は膜の欠陥によりROを通過したり、シールの漏れにより膜を完全にバイパスしたりします。

太陽光発電淡水化装置は、太陽光発電システムを使用してエネルギーを供給し、塩水から飲料水を生成します。太陽光発電は、電力網がない環境での水の浄化に適しており、運用コストと温室効果ガスの排出を削減できます。たとえば、オーストラリアのノーザンテリトリーで設計された太陽光発電淡水化装置はテストに合格しました。^[14]

太陽光は断続的な性質を持っているため、エネルギー貯蔵能力がなければ出力予測は困難です。しかし、太陽光が当たらないときには、バッテリーや熱エネルギー貯蔵システムが電力を供給することができます。 ^[15]

より大規模な逆浸透浄水装置 (ROWPU) は軍事用に存在し、米国軍とカナダ軍に採用されています。コンテナ化されたモデル、トレーラー化されたモデル、車両そのもののモデルなどがあります。^[要出典]

水はポリマーで処理され、凝固が始まります。次に、多媒体フィルターに通され、一次処理が行われ、濁度が除去されます。その後、通常はらせん状に巻かれた綿でできたカートリッジフィルターに送られます。このプロセスにより、5 μmを超える粒子が除去され、濁度がほぼすべて除去されます。

浄化された水は高圧ピストンポンプを通じて一連のRO容器に送られます。原水の全溶解固形物の90.00～99.98%が除去され、軍事基準では電気伝導率の測定値が1000～ 1500ppm以下であることが求められています。その後、塩素で消毒されます。^[要出典]

雨水排水溝から集められたRO浄水された雨水は、ロサンゼルスや他の都市で景観灌漑や産業用冷却に使用されています。

産業界では、ROは発電所のボイラー水からミネラルを除去します。^[16]水は機械に堆積物が残らないように、また腐食を引き起こさないように複数回 蒸留されます。

RO は、排水と汽水地下水の浄化に使用されます。大量の排水 (500 m ³ /日以上) は、まず水処理プラントで処理され、その後排水は RO を通過します。このハイブリッド プロセスにより、処理コストが大幅に削減され、膜の寿命が長くなります。

ROは脱イオン水の製造に使用できます。^[17]

2002年、シンガポールは、 NEWaterというプロセスが同国の水資源計画の重要な部分となることを発表しました。ROは、廃水を貯水池に排出する前に、廃水を処理するために使用されます。

逆浸透は、従来の熱処理よりも経済的な液体（フルーツジュースなど）の濃縮方法です。オレンジジュースやトマトジュースの濃縮には、運用コストが低いことや熱処理を回避できることなどの利点があり、タンパク質や酵素などの熱に敏感な物質に適しています。

RO は乳製品業界でホエー プロテインパウダーや濃縮乳の製造に使用されています。ホエー(チーズ製造後に残った液体) は、限外濾過処理の前に RO で固形分 6% から 10～20% に濃縮されます。その後、残留液を使用してホエー プロテイン アイソレートなどのホエー パウダーを製造できます。さらに、乳糖​​を含む透過液は、結晶化と乾燥のコストを削減するために、RO で固形分 5% から 18% に濃縮されます。

RO はかつてワイン業界では避けられていましたが、現在では広く普及しています。2002年にはフランスのボルドーで推定 60 台の RO マシンが使用されていました。知られているユーザーには、シャトー レオヴィル ラス カーズなどの一流企業が多数含まれています。

1946 年、メープル シロップの生産者の中には、樹液を煮詰めてシロップにする前に、RO を使って樹液から水分を除去し始めたところもあります。RO を使用すると、約 75～90% の水分を除去できるため、エネルギー消費が減り、シロップが高温にさらされることも減ります。

通常の濃度のビールを逆浸透にかけると、水とアルコールの両方が他の成分よりも容易に膜を通過し、「ビール濃縮液」が残ります。濃縮液はその後、淡水で希釈され、非揮発性成分が元の濃度に戻ります。^[18]

小規模な水素製造では、電極表面に鉱物が堆積するのを防ぐためにROが使用されることがあります。

多くのサンゴ礁水槽の飼育者は、魚に優しい海水を作るために RO システムを使用しています。通常の水道水には、過剰な塩素、クロラミン、銅、硝酸塩、亜硝酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、または海洋生物に有害なその他の化学物質が含まれている可能性があります。窒素やリン酸塩などの汚染物質は、望ましくない藻類の増殖につながる可能性があります。RO と脱イオン化の両方を効果的に組み合わせることは、サンゴ礁水槽の飼育者の間で人気があり、所有コストと運用コストが低いため、他の浄水プロセスよりも好まれています。水中に塩素とクロラミンが見つかった場合、一般的な家庭用膜ではこれらの化合物に対処できないため、RO の前に炭素ろ過が必要です。

淡水アクアリストは、熱帯の多くの海域で見られる軟水を再現するために RO も使用します。多くの熱帯魚は処理された水道水で生き残ることができますが、繁殖は不可能です。多くのアクアショップでは、この目的のために RO 水の容器を販売しています。

窓掃除の方法としてますます人気が高まっているのが、「給水ポール」システムです。従来の洗剤で窓を洗う代わりに、地上から振り回したポールの先端にブラシを付けて、通常 10 ppm 未満の溶解固形物を含む精製水で窓をこすります。水の浄化には RO が一般的に使用されます。

RO による処理には限界があり、高濃度 (電気伝導率で測定) での回収率が低くなり、膜が汚れます。RO の適用範囲は、導電率、有機物、CaSO ₄、Si、Fe、Ba などの無機元素のスケーリングによって制限されます。有機スケーリングが少ない場合は、スパイラル型膜と (有機スケーリングが多い、高導電率、および高圧 (最大 90 bar)) RO 膜を備えたディスク チューブ モジュールの 2 つの異なる技術を使用できます。ディスク チューブ モジュールは、通常有機物で汚染されている埋立地浸出水の浄化用に再設計されました。クロスフローのため、濃縮液として放出される前に、膜上で 1.5 ～ 3 回流れを再循環させるフロー ブースター ポンプが装備されています。高速であるため膜スケーリングを防ぎ、膜の洗浄が可能です。

地表水や地下水が限られている地域では、淡水化を選択することができます。ROは、エネルギー消費が比較的少ないため、ますます一般的な方法です。^[19]

エネルギー消費量は約3kWh/m ^{3 (11,000 J/L)で、より効率的な}エネルギー回収装置の開発と膜材料の改良により増加しています。国際淡水化協会によると、2011年には、設置された淡水化能力の66% (0.0674 km ³ /日のうち0.0445 km 3 /日) とほぼすべての新プラントでROが使用されました。^{[20]その他のプラントでは、}多重効用蒸留や多段フラッシュなどの熱蒸留法を使用しています。

海水RO（SWRO）淡水化には約3kWh/m ^{3 の}電力が必要ですが、これは廃水のRO処理を含む他の形態の給水に必要な0.1～1kWh/m ³よりもはるかに高いものです。海水投入量の最大50％を淡水として回収できますが、回収率が低いと膜の汚れやエネルギー消費が減少する可能性があります。

汽水逆浸透（BWRO）は、海水よりも塩分が少ない水を淡水化するもので、通常は河口や塩水井戸から採取されます。このプロセスはSWROとほぼ同じですが、必要な圧力とエネルギーは少なくて済みます。^[1]給水塩分濃度に応じて、給水の最大80％を淡水として回収できます。

イスラエルのアシュケロン淡水化プラントは世界最大である。^{[21] [22] [23]}

典型的なシングルパス SWRO システムは、次の要素で構成されます。

• 摂取量
• 前処理
• 高圧ポンプ（エネルギー回収と組み合わせない場合）
• 膜アセンブリ
• エネルギー回収（使用した場合）
• 再石灰化とpH調整
• 消毒
• 警報/コントロールパネル

ナノ濾過膜は螺旋状に巻かれた設計のため、前処理が重要です。この材料は一方向の流れを可能にするように設計されています。この設計では、水や空気の撹拌による逆流によって膜の表面を洗浄し、蓄積した固形物を除去することはできません。膜表面から材料を除去できないため、汚れ(生産能力の低下) が発生しやすくなります。したがって、前処理は RO またはナノ濾過システムにとって不可欠です。前処理には 4 つの主要なコンポーネントがあります。

• 固形物のスクリーニング: 粒子や生物の増殖による膜の汚れを防ぎ、高圧部品の損傷のリスクを軽減するために、固形物を除去し、水を処理する必要があります。
• カートリッジろ過: 直径 1～5 μmの粒子を除去するには、通常、紐巻きポリプロピレンフィルターが使用されます 。
• 投与:塩素などの酸化性殺生物剤を添加して細菌を殺し、続いて亜硫酸水素塩を添加して、薄膜複合膜を破壊する可能性のある塩素を不活性化します。生物付着防止剤は細菌を殺さず、膜表面や植物の壁で細菌が粘液を生成するのを防ぎます。
• 前濾過pH調整: 供給水中の pH、硬度、アルカリ度によってスケールが発生し、排出ストリームで濃縮される場合は、炭酸塩を可溶性炭酸の形で維持するために酸が投与されます。

CO ₃ ²⁻ + H ₃ O ⁺ = HCO ₃ ⁻ + H ₂ O

HCO ₃ ⁻ + H ₃ O ⁺ = H ₂ CO ₃ + H ₂ O

• 炭酸はカルシウムと結合して炭酸カルシウムスケールを形成することはできません。炭酸カルシウムスケールの傾向は、ランゲリア飽和指数を使用して推定されます。炭酸カルシウムスケールを抑制するために硫酸を過剰に追加すると、膜上に硫酸カルシウム、硫酸バリウム、または硫酸ストロンチウムスケールが形成される可能性があります。
• 前濾過スケール防止剤：スケール防止剤（スケール防止剤とも呼ばれる）は、炭酸カルシウムとリン酸カルシウムのスケールの形成しか防げない酸よりも多くのスケールの形成を防ぎます。炭酸塩とリン酸のスケールの防止に加えて、スケール防止剤は硫酸塩とフッ化物のスケールを防止し、コロイドと金属酸化物を分散させます。スケール防止剤はシリカの形成を防止できるという主張にもかかわらず、スケール防止剤によってシリカの重合が阻害されることを証明する具体的な証拠はありません。スケール防止剤は、硫酸を使用して同じスケールを制御するために必要な投与量のほんの一部で、酸可溶性スケールを制御できます。^[24]
• 一部の小規模淡水化ユニットでは「ビーチ ウェル」が使用されています。これらは通常、海岸に掘削されます。これらの取水施設は比較的簡単に建設でき、収集された海水は海底の地下層を通した低速ろ過によって前処理されます。ビーチ ウェルを使用して収集された未処理の海水は、開放された海水取水口と比較して、固形物、沈泥、油、グリース、有機汚染物質、微生物の点で品質が優れていることがよくあります。ビーチ取水口では、塩分濃度の低い原水が得られる場合もあります。

高圧ポンプは膜を通して水を押し出します。汽水の場合の一般的な圧力は 1.6 ～ 2.6 MPa (225 ～ 376 psi) です。海水の場合は 5.5 ～ 8 MPa (800 ～ 1,180 psi) です。これにはかなりのエネルギーが必要です。エネルギー回収を使用する場合、高圧ポンプの作業の一部はエネルギー回収装置によって行われるため、エネルギー入力が削減されます。

膜アセンブリは、供給水を押し当てることができる膜を備えた圧力容器で構成されています。膜は圧力に耐えられるほどの強度が必要です。RO 膜はさまざまな構成で作られています。最も一般的な 2 つは、スパイラル巻きと中空糸です。

膜に送られた水の一部だけが通過します。残った「濃縮物」は膜の塩分側を通過し、塩分やその他の残留物を洗い流します。脱塩された水の割合が「回収率」です。これは塩分濃度とシステム設計パラメータによって異なります。通常、小規模海水システムでは 20%、大規模海水システムでは 40% ～ 50%、汽水では 80% ～ 85% です。濃縮水の流量は通常、供給圧力より 3 bar/50 psi 低いため、入力エネルギーの大部分が保持されます。

脱塩水の純度は、供給水の塩分濃度、膜の選択、回収率によって決まります。より高い純度を得るために、2 回目のパスを追加することができますが、これには通常、もう 1 回のポンプ サイクルが必要です。海水供給の場合、総溶解固形物として表される純度は、通常 100 ～ 400 ppm (ppm または mg/リットル) の範囲です。飲料水の上限は通常 500 ppm ですが、米国食品医薬品局はミネラル ウォーターを少なくとも 250 ppm を含む水と 分類しています。

エネルギー回収により、エネルギー消費を 50% 以上削減できます。入力エネルギーの多くは濃縮液の流れから回収でき、エネルギー回収装置の効率向上によりエネルギー要件が大幅に削減されます。使用される装置は、発明順に次のとおりです。

• タービンまたはペルトン水車: ポンプの駆動軸に接続された濃縮水流によって駆動される水車が入力電力の一部を提供します。小型システムでは、タービンの代わりに容積式アキシャルピストン モーターが使用されています。
• ターボチャージャー：濃縮水流によって駆動される水車。遠心ポンプに直接接続され、出力圧力を高めてポンプに必要な圧力を減らし、それによってエネルギー入力を減らす。^{[25]構造原理は自動車エンジンの}ターボチャージャーに似ている。
• 圧力交換器：直接接触またはピストンを介して加圧された濃縮液の流れを使用し、膜供給流の一部を濃縮液流圧力近くまで加圧します。^[26]次に、ブーストポンプがこの圧力を通常 3 bar / 50 psi 上げて膜供給圧力にします。これにより、高圧ポンプから必要な流量が濃縮液流量に等しい量、通常 60% 削減され、それによってエネルギー入力が削減されます。これらは、より大規模な低エネルギーシステムで広く使用されています。3 kWh/m ³以下のエネルギー消費が可能です。
• エネルギー回収ポンプ: 往復ピストンポンプ。加圧された濃縮液の流れが各ピストンの片側に適用され、反対側からの膜供給流の駆動を助けます。これらは適用が最も簡単なエネルギー回収装置で、高圧ポンプとエネルギー回収を 1 つの自己制御ユニットに組み合わせています。これらは、小規模な低エネルギー システムで広く使用されています。3 kWh/m ³以下のエネルギー消費が可能です。
• バッチ操作：固定量の流体で稼働するROシステム（熱力学的には閉鎖系）では、事実上非圧縮性の流体（水）を加圧するためのエネルギーはごくわずかであるため、塩水流でエネルギーが無駄になることはありません。このようなシステムは、60％の第二法則効率に達する可能性があります。^{[1] [27] [28]}

淡水化された水は、下流のパイプラインや貯蔵庫を保護するために安定化される。通常は、コンクリートで覆われた表面の腐食を防ぐために石灰や苛性ソーダが加えられる。飲料水規格を満たすように pH を 6.8 ～ 8.1 に調整するために石灰材が使用され、主に効果的な消毒と腐食制御のために使用される。淡水化によって水から除去されたミネラルを補充するために再ミネラル化が必要になる場合があるが、このプロセスは、一般的な淡水に見られるような人間や植物のミネラル需要を満たすにはコストがかかり不便であることが判明している。たとえば、イスラエルの国営水運搬船の水には通常、溶解したマグネシウムが 20 ～ 25 mg/リットル含まれているが、アシュケロン工場の水にはマグネシウムが含まれない。アシュケロンの水は、トマト、バジル、花などの作物にマグネシウム欠乏症状を引き起こし、施肥によって改善しなければならなかった。イスラエルの飲料水基準では、カルシウムの最低レベルが 20 mg/リットルとされている。アスケロンの淡水化後処理では、硫酸を使用して方解石（石灰岩）を溶解し、カルシウム濃度を 40 ～ 46 mg/リットルにします。これは、イスラエルの一般的な淡水に含まれる 45 ～ 60 mg/リットルよりも低い値です。

処理後の消毒は、膜の損傷や下流の問題に対する二次的な保護を提供します。紫外線（UV）ランプ（殺菌またはバクテリア殺菌と呼ばれることもあります）による消毒は、ROプロセスを逃れた病原体を殺菌するために使用できます。塩素処理またはクロラミン化（塩素とアンモニア）は、下流の配水システムに留まっている可能性のある病原体から保護します。^[29]

大規模な産業/自治体システムでは、必要な高圧を生成できるため、通常は給水の 75% ～ 80%、最大 90% を回収します。

家庭用ROユニットは背圧が低いため、大量の水を使用する。家庭用RO浄水器は通常、1リットルの使用可能な水と3〜25リットルの廃水を生成する。^[30]残りは通常排水溝に排出される。廃水は除去されなかった汚染物質を含んでいるため、この水を回収することは家庭用システムでは現実的ではない。廃水は通常、家の排水溝に排出される。1日あたり20リットル（5.3米ガロン）の処理済み水を供給するROユニットは、50〜80リットル（13〜21米ガロン）の水を排出する。このため、インドの国立環境裁判所は、水中の総溶解固形物（TDS）測定値が500 mg/リットル未満の地域ではRO浄水システムを禁止するよう提案した。 ^[要出典]デリーでは、家庭用ROデバイスの大規模な使用により、すでに水不足に陥っているインドの首都圏の総水需要が増加している。^[31]

ROは有害な汚染物質と望ましいミネラルの両方を除去します。いくつかの研究では、カルシウムとマグネシウムの少ない水の摂取と長期的な健康への影響との間に何らかの関係があると報告されていますが、これらの研究の質は低いです。^[32]

目的の製品に応じて、ROの溶媒または溶質ストリームのいずれかが廃棄物になります。食品濃縮用途の場合、濃縮された溶質ストリームが製品で、溶媒ストリームが廃棄物です。水処理用途の場合、溶媒ストリームは精製水で、溶質ストリームは濃縮廃棄物です。^{[33]食品加工からの溶媒廃棄物ストリームは}再生水として使用できますが、濃縮された廃棄物溶質ストリームの処分方法は少なくなる可能性があります。船舶は海洋投棄を使用する場合があり、沿岸の淡水化プラントは通常、海洋排水口を使用します。陸地に囲まれたROプラントでは、地下水や表面流出水の汚染を避けるために、蒸発池または注入井戸が必要になる場合があります。^[34]

現在のRO膜である薄膜複合（TFC）ポリアミド膜は、透過性を改善する方法を見つけるために研究されています。新しい画像化方法により、研究者は膜の3Dモデルを作成し、水がどのように流れるかを調べることができました。彼らは、低流量領域のあるTFC膜では水透過性が大幅に低下することを発見しました。^[35]膜の均一性を確保し、水が減速することなく連続的に流れるようにすることで、膜透過性を30％～40％改善することができます。^[36]

研究では、RO と電気透析を統合して貴重な脱イオン化製品の回収率を向上させるか、濃縮液の量を減らすことが検討されています。

もう 1 つのアプローチは、低圧高回収多段 RO (LPHR) です。これは、比較的低圧で比較的多孔質の膜を繰り返し通過させて出力を循環させることにより、濃縮塩水と淡水を生成します。各サイクルで追加の不純物が除去されます。出力が比較的純粋になったら、従来の圧力で従来の RO 膜に送られ、ろ過ステップが完了します。LPHR は経済的に実現可能であり、OPD が 58 ～ 65 bar で 70% 以上を回収し、35,000 ppm TDS の海水供給から 350 ppm TDS 以下しか残らないことがわかりました。

カーボンナノチューブは、RO膜の透過性と選択性の間の典型的なトレードオフを解決する可能性があります。CNTは、機械的強度、電子親和力、および変更中の柔軟性など、多くの理想的な特性を備えています。カーボンナノチューブを再構築し、他の化合物でコーティングまたは含浸させることにより、科学者はこれらの膜を製造して、最も望ましい特性をすべて備えさせることができます。CNT膜の期待は、高い水透過性と、水から取り出される中性溶質の量を減らすことの組み合わせを見つけることです。これにより、エネルギーコストと膜を通した浄化後の再ミネラル化コストを削減できます。^[37]

グラフェン膜は、その薄さを利用して効率を高めることを目的としています。グラフェンは炭素原子の単一層であるため、既存の膜の約1000倍の薄さです。グラフェン膜の厚さは約100nmですが、現在の膜の厚さは約100μmです。多くの研究者は、グラフェンの耐久性とRO圧力に耐えられるかどうかを懸念していました。新しい研究では、基板（ろ過を行わず構造的サポートのみを提供する支持層）に応じて、グラフェン膜は57MPaの圧力に耐えることができ、これは海水ROの一般的な圧力の約10倍であることがわかりました。^[38]

バッチ RO は、エネルギー効率の向上、より耐久性の高い機器、より高い塩分制限を実現できる可能性があります。

従来のアプローチでは、分子は個々に膜を通過すると主張されていました。研究チームは「溶解摩擦」理論を考案し、分子は集団で一時的な孔を通過すると主張しました。そのプロセスを特徴づけることで、膜の発達を導くことができます。受け入れられている理論は、個々の水分子が膜を拡散するというもので、「溶解拡散」モデルと呼ばれています。^[39]

• メトカーフ、エディ（1972年）。廃水処理工学。ニューヨーク：マグロウヒル・ブック・カンパニー。ISBN 978-0-070-49539-5。