JP2015192931A - 平膜エレメントの製造方法および平膜エレメント - Google Patents

平膜エレメントの製造方法および平膜エレメント Download PDF

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Abstract

【課題】ろ過膜をろ板上に緊張した状態に展張して溶着することができるとともに、ろ過膜の外周縁を滑らかに押し広げた状態にろ板に溶着できる平膜エレメントの製造方法および平膜エレメントを提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂からなるろ板２１の表面にシート状のろ過膜２２を配置し、加熱板５１に設けられた複数の凸状部５２１、５２２を、各凸状部５２１、５２２がろ過膜２２に当接するタイミングを異ならせて、ろ過膜２２の周縁部の上からろ板２１に押圧することで、深さの異なる複数の凹状接合部２３１、２３２をろ板２１に形成するとともに、各凹状接合部２３１、２３２においてろ過膜２２をろ板２１に熱溶着で接合してろ過膜２２とろ板２１との間をろ過膜２２の周縁部に沿ってシールする。【選択図】図１

Description

本発明は、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）に使用する浸漬型膜分離装置の平膜エレメントに関し、ろ過膜とろ板とを接合する技術に係るものである。
従来、例えば特許文献１に記載する膜エレメントの製造方法では、微孔を形成した微孔性ろ過膜が合成樹脂繊維からなる不織布を支持体としてなり、この微孔性ろ過膜を熱可塑性樹脂製ろ板の周縁に接合するものである。この製造方法では、微孔性ろ過膜と熱可塑性樹脂製ろ板の周縁とを、支持体となる不織布の荷重たわみ温度以下で、熱可塑性樹脂製ろ板のビカット軟化温度以上の温度に温度制御された熱板によって接合するものであり、熱可塑性樹脂製ろ板の周縁に凹部を形成するとともに該凹部に微孔性ろ過膜を引き込んで接合し、前記凹部の底部に位置する部分の合成樹脂繊維の断面形状が前記凹部の縁部に位置する部分の合成樹脂繊維の断面形状に対して変化しないように行うものである。
また、特許文献２に記載する浸漬型平膜エレメントの製造方法では、樹脂製のろ板に複数の線状溶融代と線状溶融代の外側に位置する網目状溶融代とをろ板の表面から突出して、かつろ板の周縁部に沿って成形してあり、ろ板の表面に各線状溶融代および網目状溶融代を覆ってろ過膜を配置し、ろ過膜の上からアップダウンホーンをその平坦面において各線状溶融代および網目状溶融代に押圧し、アップダウンホーンの振動により各線状溶融代および網目状溶融代においてろ過膜を融着するものである。
そして、内側の線状溶融代に形成する線状の内側固定部でろ過膜を緊張状態に保持し、中央の線状溶融代に形成する止水部でろ過膜の全周にわたって止水機能を確保し、外側の網目状溶融代に形成する網目状の固定部でろ過膜の周縁をろ板に断続的に固定するものであり、網目状溶融代と各線状溶融代との高さを違え、ろ板の表裏において各線状溶融代と網目状溶融代とを別途に融着するものである。
特許第５０７９９８４号 特許第３７７８７５８号
特許文献１の構成においては、熱板によって熱可塑性樹脂製ろ板に凹部を形成するとともに凹部に微孔性ろ過膜を引き込んで接合するので、微孔性ろ過膜を緊張した状態に設けることができるが、凹部から外側にはみ出した微孔性ろ過膜の周縁部はろ板と接合しておらず、この周縁部が曝気流等の処理槽内の流れの影響を受けて揺れ動き、凹部における微孔性ろ過膜と熱可塑性樹脂製ろ板との接合部に悪影響を与えて剥離や破断等を引き起こす問題がある。
また、凹部へ微孔性ろ過膜を引き込む際に、凹部から外側にはみ出した微孔性ろ過膜の周縁部は自由状態であるので、凹部へ微孔性ろ過膜を引き込む際に生じるろ過膜の歪に起因して、微孔性ろ過膜の周縁部には皺が発生する。このため、熱板によって熱可塑性樹脂製ろ板と微孔性ろ過膜とを一条の凹部で接合して熱可塑性樹脂製ろ板と微孔性ろ過膜とを一重にシールした後に、さらに別途の後工程で微孔性ろ過膜の周縁部を熱可塑性樹脂製ろ板に接合しても、既に微孔性ろ過膜の周縁部に発生した皺を解消して接合することは困難であり、皺が曝気流等の処理槽内の流れの影響を受けて剥離や破断等を引き起こす要因となる問題がある。
特許文献２の構成においては、ろ過膜は、内側の線状溶融代、中央の線状溶融代、網目状溶融代で融着されており、内側の線状溶融代、中央の線状溶融代、網目状溶融代がろ板の表面から突出しているので、融着の動作においてろ過膜とろ板の表面との間がろ過膜の全域にわたって密着するように作用しない。このため、平膜エレメントが処理槽内で曝気に伴う上昇流にさらされる状態において平膜エレメントに振動が発生し、この振動に起因するろ過膜のろ板からの膨出、張り付き動作によりろ過膜の融着部で屈曲ストレスが大きくなり、疲労で膜の破断や剥離が起こり易くなる問題があった。
本発明は上記した課題を解決するものであり、ろ過膜をろ板上に緊張した状態に展張して溶着することができるとともに、ろ過膜の外周縁を滑らかに押し広げた状態にろ板に溶着できる平膜エレメントの製造方法および平膜エレメントを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の平膜エレメントの製造方法は、熱可塑性樹脂からなるろ板の表面にシート状のろ過膜を配置し、加熱板に設けられた複数の凸状部を、各凸状部がろ過膜に当接するタイミングを異ならせて、ろ過膜の周縁部の上からろ板に押圧することで、深さの異なる複数の凹状接合部をろ板に形成するとともに、各凹状接合部においてろ過膜をろ板に熱溶着で接合してろ過膜とろ板との間をろ過膜の周縁部に沿ってシールすることを特徴とする。
本発明の平膜エレメントの製造方法において、複数の凹状接合部は、加熱板の高さの異なる複数の凸状部を平坦なろ板面に押圧して形成することを特徴とする。
本発明の平膜エレメントの製造方法において、加熱板の複数の凸状部がろ過膜の外周形状に沿った多重の連続体をなし、加熱板の一度の押圧操作により複数の凹状接合部をろ過膜の周縁部に沿って多重に形成し、複数の凹状接合部において同時的にろ過膜とろ板との間をシールすることを特徴とする。
本発明の平膜エレメントの製造方法において、加熱板の複数の凸状部は、ろ過膜の外周形状に沿って多重に、かつ内側にあるものが外側にあるものに比べて高く形成され、複数の凹状接合部は、ろ過膜の周縁部に沿って多重に、かつ内側にあるものが外側にあるものに比べて深く形成されることを特徴とする。
本発明の平膜エレメントの製造方法において、加熱板の複数の凸状部は、高さを異ならせて形成され、かつ高く形成されるほどに単位長さ当たりにおけるろ過膜に当接する押圧面積が大きくなり、複数の凹状接合部は、深さを異ならせて形成され、かつ深く形成されるほどに単位長さ当たりにおけるろ過膜とろ板の溶着接合面積が大きくなることを特徴とする。
本発明の平膜エレメントの製造方法において、ろ過膜の外周形状に沿って多重に、かつ異なる高さに形成された加熱板の複数の凸状部を、内側の凸状部から外側の凸状部へと順次にろ過膜に当接させた後に、複数の凸状部の全体でろ過膜の周縁部を多重に押え、ろ過膜を緊張した状態に保持しつつ、複数の凸状部を一度の押圧操作によりろ板に押し込んで、複数の凹状接合部をろ過膜の周縁部に沿って多重に、かつ同時的に形成し、ろ過膜とろ板との間をシールすることを特徴とする。
本発明の平膜エレメントは、熱可塑性樹脂からなるろ板の表面に、シート状のろ過膜が周縁部に沿って多重に形成された複数の凹状接合部で熱溶着により接合されてなり、凹状接合部はろ過膜表面からの深さが異なることを特徴とする。
本発明の平膜エレメントにおいて、複数の凹状接合部は、内側にあるものが外側にあるものに比べて深く形成されていることを特徴とする。
本発明の平膜エレメントにおいて、複数の凹状接合部は、深く形成されるほどに単位長さ当たりにおけるろ過膜とろ板の溶着接合面積が大きくなることを特徴とする。
以上のように本発明によれば、シート状のろ過膜を加熱板の凸状部でろ板に押し込んで凹状接合部を形成してろ過膜をろ板に熱溶着で接合するので、ろ過膜とろ板の表面との間がろ過膜の全域にわたって密着するように作用する。このため、平膜エレメントが処理槽内で上昇流にさらされる状態においても平膜エレメントの振動に起因するろ過膜の振動が生じ難くなる。
また、各凸状部がろ過膜に当接するタイミングが異なることで、加熱板に作用する負荷が段階的に増加するので、加熱板に一度に大きな負荷が作用することを抑制でき、加熱板の熱容量および電源容量を軽減できる。
また、ろ板は平坦なろ板面でよいので、ろ板の構造が簡易なものとなる。
また、加熱板の一度の押圧操作により複数の凹状接合部で同時的にろ過膜をろ板に接合するので、接合操作を簡略化できる。
また、加熱板の複数の凸状部は、高く形成されるほどにろ過膜の外周形状に沿う方向での単位長さ当たりにおけるろ過膜に当接する押圧面積が大きくなり、凹状接合部は、深く形成されるほどに溶着接合面積が大きくなるので、溶融着接合面積が大きくなる凹状接合部が先に溶着を開始することで凹状接合部における確実なシール性を実現できる。
加熱板の複数の凸状部を、内側の凸状部から外側の凸状部へと順次にろ過膜に当接させた後に、複数の凸状部の全体でろ過膜の周縁部を多重に押え、ろ過膜を緊張した状態に保持しつつ、複数の凸状部を一度の押圧操作によりろ板に押し込んで、複数の凹状接合部をろ過膜の周縁部に沿って多重に、かつ同時的に形成するので、ろ過膜をろ板上に緊張した状態に展張して溶着することができるとともに、ろ過膜の外周縁を滑らかに押し広げた状態にろ板に溶着できる。
本発明の実施の形態における膜エレメントを示す正面図 同膜エレメントの要部拡大図 同膜エレメントを使用する浸漬型膜分離装置を示す斜視図 本発明の他の実施の形態における膜エレメントを示す要部拡大図 本発明の膜エレメントの製造方法を示す工程図の１ 本発明の膜エレメントの製造方法を示す工程図の２ 本発明の膜エレメントの製造方法を示す工程図の３ 本発明の膜エレメントの製造方法を示す工程図の４
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図３に示すように、膜分離装置１は、複数枚の平膜エレメント２と、その下方より膜面洗浄気体を噴出する散気装置３とをケース４の内部に等間隔で配置したものである。ケース４は膜ケース５と散気ケース６とに分割形成し、散気装置３より噴出する膜面洗浄気体の全量が膜ケース５内に入り込むように形成している。
平膜エレメント２は、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂からなるろ板２１の両表面にシート状をなす有機性のろ過膜２２を配置し、ろ過膜２２をその周縁部の凹状接合部２３においてろ板２１に溶着によって接合してろ過膜２２とろ板２１との間をろ過膜２２の周縁部に沿ってシールしたものである。ろ板２１とろ過膜２２との間、およびろ板２１の内部には透過液流路を形成し、透過液流路に連通する透過液取出口２４をろ板２１の上端縁に形成している。
各平膜エレメント２は、透過液取出口２４に接続したチューブ７を介して集水管８に連通しており、膜透過液を導出する透過液導出管９を集水管８に接続している。
図１、図２に示すように、平膜エレメント２には直線状もしくは帯状に延びる複数条の凹状接合部２３１、２３２がシート状のろ過膜２２の周縁部に沿って多重に、かつろ過膜２２の外周縁部に沿って連続した溝状に形成されている。ここでは２つの凹状接合部２３１、２３２を形成した例を示すが、図４に示すように、３つ以上の凹状接合部２３を設けることも可能である。
本実施の形態では、内側の凹状接合部２３１が直線状をなし、外側の凹状接合部２３２が帯状に延びる網目状をなす。ここで網目の模様は方形状をなしているが、三角、円、楕円等のものでもよい。また、図４に示すように、凹状接合部２３の形状は全てが直線状であってもよく、また他の形状、例えば波形とすることも可能である。
複数の凹状接合部２３を形成する以前において、ろ板２１は凹状接合部２３を形成する部位が平坦なろ板面をなしている。各凹状接合部２３１、２３２は溶着前の平坦なろ板面に配置したろ過膜２２の表面から各凹状接合部２３１、２３２の底部におけるろ過膜２２の表面までの距離、つまり深さが内側にある凹状接合部２３１と外側にある凹状接合部２３２とで異なっており、内側にある凹状接合部２３１が外側にある凹状接合部２３２に比べて深く形成されている。内側にある凹状接合部２３１の深さは最大で０．７ｍｍに設定することができ、外側にある凹状接合部２３２の深さは最大で０．４ｍｍに設定することができ、両者の差は０．０５ｍｍから０．５ｍｍの間で設定される。
両者の差が０．０５ｍｍよりも小さいとろ過膜２２の厚みよりも大幅に小さくなる。このため、後述する平膜エレメント２の製造方法で説明するように、加熱板５１の各凸状部５２１、５２２をタイミングを異ならせてろ過膜に当接させる作用効果が損なわれる。また、両者の差が０．０５ｍｍよりも大きいと溶着工程に過大な時間とエネルギーを要するため好ましくない。
凹状接合部２３は深く形成されるほどにろ過膜２２の外周形状に沿う方向での単位長さ当たりにおけるろ過膜２２とろ板２１との溶着接合面積が大きくなり、ここでは内側にある凹状接合部２３１の溶着接合面積が外側にある帯状に延びる網目状の凹状接合部２３２の溶着接合面積よりも大きく設定されている。
この平膜エレメント２を備えた膜分離装置１を活性汚泥処理施設において使用する場合には、曝気槽内部の活性汚泥混合液中に膜分離装置１を浸漬し、散気装置３より曝気空気を噴出させる状態において、原水中の有機物や窒素を活性汚泥により処理する。活性汚泥混合液は、槽内での水頭を駆動圧として平膜エレメント２により重力ろ過し、あるいは透過液導出管９に吸引ポンプを介装して吸引ろ過する。平膜エレメント２の膜面を透過した透過液を処理水として透過液導出管９を通じて槽外へ導出する。
このとき、散気装置３より噴出する曝気空気の気泡およびそれにより生起される上昇流が、相互に隣接する平膜エレメント２の間の狭い流路（５〜１０ｍｍの幅）を流れることによって、平膜エレメント２の膜面を洗浄し、分離機能の低下を抑制して膜分離装置１が機能不全に至ることを防止する。
本実施の形態の平膜エレメント２は、シート状のろ過膜２２を凹状接合部２３１、２３２に押し込んでろ板２１に熱溶着で接合しているので、ろ過膜２２とろ板２１の表面との間がろ過膜２２の全域にわたって密着した状態になり、外側の凹状接合部２３２が網目状をなすことで、ろ過膜２２の外周縁辺２５が断続的に凹状接合部２３２に押し込まれてろ板２１と接合するので、ろ過膜２２の外周縁辺２５が伸張した状態となり、ろ板２１のろ板面から浮き上がることなく、ろ板面と密着した状態に保持される。
このため、処理槽内で平膜エレメント２が曝気に伴う上昇流にさらされる状態においても、ろ過膜２２に振動が発生することを抑制でき、振動に起因してろ過膜２２がろ板２１から膨出、張り付き動作することが抑制され、ろ過膜２２の溶着部での屈曲ストレスを減少させて疲労を抑制できる。
以下に、平膜エレメント２の製造方法を説明する。なお、図５から図８は、図２におけるＡ−Ａ矢視断面図であり、平膜エレメント２の製造工程を示すものである。
図５に示すように、ろ板２３の表面にシート状のろ過膜２２を配置する。本実施の形態において、ろ板２３は少なくともろ過膜２２の周縁部に相当する部位が平坦なろ板面をなすので、ろ板の構造が簡易なものとなる。
加熱板５１には直線状の凸状部５２１と帯状に延びる網目状の凸状部５２２が設けてあり、複数の凸状部５２１、５２２はろ過膜２２の外周形状に沿って連続体をなし、かつろ過膜２２の外周形状に沿って多重に配置されている。複数の凸状部５２１、５２２は、高さを異ならせて形成されており、内側にある凸状部５２１が外側にある凸状部５２２に比べて高く形成され、かつろ過膜２２の外周形状に沿う方向での単位長さ当たりにおけるろ過膜２２に当接する押圧面積が大きくなる形状をなす。
次に、図６に示すように、加熱板５１をろ過膜２２に向けて降下させ、内側の高い凸状部５２１を先にろ過膜２２に当接させ、ろ過膜２２のろ過有効領域を内側の凸状部５２１で囲む。
次に、図７に示すように、さらに加熱板５１をろ過膜２２に向けて降下させ、内側の高い凸状部５２１を外側の低い凸状部５２２との高さの僅かの差、約０．２ｍｍ程度だけ先行させてろ板２１に押し込みろ過膜２２のろ過有効領域を緊張した状態に保持し、外側の低い凸状部５２２を遅れたタイミングでろ過膜２２に当接させる。
このように、各凸状部５２１、５２２がろ過膜２２に当接するタイミングが異なり、外側の凸状部５２２がろ過膜２２に当接しない状態で、内側の高い凸状部５２１によってのみろ過膜２２をろ板２１に僅かに押し込むことで、押し込み時にろ過膜２２に作用するストレスを軽減できるとともに、加熱板５１に作用する負荷が段階的に増加するので、加熱板５１に一度に大きな負荷が作用することを抑制でき、加熱板５１の熱容量および電源容量を軽減できる。
また、内側の高い凸状部５２１で先行してろ過膜２２をろ板２１に僅かに押し込むことで、皺のない展張した状態のろ過膜２２がろ板２１と密着する状態で、ろ過膜２２とろ板２１の間をシールすることができ、先に溶着する内側の凹状接合部２３１が深く形成され、かつ単位長さ当たりにおけるろ過膜２２とろ板２１の溶着接合面積が大きく形成されることで、確実なシール性と確実な接合強度を実現できる。
次に、図８に示すように、複数の凸状部５２１、５２２の全体でろ過膜２２の周縁部を多重に押え、先に内側の凸状部５２１でろ過膜２２を適切な引き込み力で緊張した状態に保持しつつ、その後に外側の凸状部５２２を伴って複数の凸状部５２１、５２２を一度の押圧操作によりろ板２１に押し込んで、深さの異なる複数の凹状接合部２３１、２３２をろ過膜２２の周縁部に沿って多重に、かつ内側にある凹状接合部２３１を外側にある凹状接合部２３２に比べて深く形成し、複数の凹状接合部２３１、２３２において同時的にろ過膜２２をろ板２１に熱溶着で接合してろ過膜２２とろ板２１の間をろ過膜２２の周縁部に沿ってシールする。
よって、加熱板５１の一度の押圧操作により複数の凹状接合部２３１、２３２で同時的にろ過膜２２をろ板２１に接合するので、接合操作を簡略化できるとともに、ろ過膜２２に過度なストレスが作用することを防止できる。
また、以上の方法で製作された平膜エレメント２は、シート状のろ過膜２２を加熱板５１の凸状部５２１、５２２でろ板２１に押し込んで凹状接合部２３１、２３２を形成して、ろ過膜２２を緊張した状態でろ板２１に熱溶着で接合するので、ろ過膜２２とろ板２１の表面との間がろ過膜２２の全域にわたって密着した状態になる。
さらに、ろ過膜２２の外周縁を滑らかに押し広げた状態にろ板２１に溶着できる。本実施の形態では、外側の凹状接合部２３２が網目状をなすことで、ろ過膜２２の外周縁辺が断続的に凹状接合部２３２に押し込まれてろ板２１と接合するので、ろ過膜２２の外周縁辺が伸張した状態となり、ろ板２１のろ板面から浮き上がることなく、ろ板面と密着した状態に保持される。
図４に示すように、凹状接合部２３は３本の直線状に形成することも可能である。この場合に、最外側の凹状接合部２３３は幅を広く形成することで、ろ過膜の寸法誤差や配置誤差を吸収してろ過膜２２の外周縁辺を全周にわたってろ板２１に熱溶着することも可能である。これによって、ろ過膜２２の外周縁辺の剥離を確実に防止できる。
１ 膜分離装置
２ 平膜エレメント
３ 散気装置
４ ケース
５ 膜ケース
６ 散気ケース
７ チューブ
８ 集水管
９ 透過液導出管
２１ ろ板
２２ ろ過膜
２３、２３１、２３２、２３３ 凹状接合部
２４ 透過液取出口
５１ 加熱板
５２１、５２２ 凸状部

Claims (9)

  1. 熱可塑性樹脂からなるろ板の表面にシート状のろ過膜を配置し、加熱板に設けられた複数の凸状部を、各凸状部がろ過膜に当接するタイミングを異ならせて、ろ過膜の周縁部の上からろ板に押圧することで、深さの異なる複数の凹状接合部をろ板に形成するとともに、各凹状接合部においてろ過膜をろ板に熱溶着で接合してろ過膜とろ板との間をろ過膜の周縁部に沿ってシールすることを特徴とする平膜エレメントの製造方法。
  2. 複数の凹状接合部は、加熱板の高さの異なる複数の凸状部を平坦なろ板面に押圧して形成することを特徴とする請求項１に記載の平膜エレメントの製造方法。
  3. 加熱板の複数の凸状部がろ過膜の外周形状に沿った多重の連続体をなし、加熱板の一度の押圧操作により複数の凹状接合部をろ過膜の周縁部に沿って多重に形成し、複数の凹状接合部において同時的にろ過膜とろ板との間をシールすることを特徴とする請求項１または２に記載の平膜エレメントの製造方法。
  4. 加熱板の複数の凸状部は、ろ過膜の外周形状に沿って多重に、かつ内側にあるものが外側にあるものに比べて高く形成され、複数の凹状接合部は、ろ過膜の周縁部に沿って多重に、かつ内側にあるものが外側にあるものに比べて深く形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の平膜エレメントの製造方法。
  5. 加熱板の複数の凸状部は、高さを異ならせて形成され、かつ高く形成されるほどに単位長さ当たりにおけるろ過膜に当接する押圧面積が大きくなり、複数の凹状接合部は、深さを異ならせて形成され、かつ深く形成されるほどに単位長さ当たりにおけるろ過膜とろ板の溶着接合面積が大きくなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の平膜エレメントの製造方法。
  6. ろ過膜の外周形状に沿って多重に、かつ異なる高さに形成された加熱板の複数の凸状部を、内側の凸状部から外側の凸状部へと順次にろ過膜に当接させた後に、複数の凸状部の全体でろ過膜の周縁部を多重に押え、ろ過膜を緊張した状態に保持しつつ、複数の凸状部を一度の押圧操作によりろ板に押し込んで、複数の凹状接合部をろ過膜の周縁部に沿って多重に、かつ同時的に形成し、ろ過膜とろ板との間をシールすることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の平膜エレメントの製造方法。
  7. 熱可塑性樹脂からなるろ板の表面に、シート状のろ過膜が周縁部に沿って多重に形成された複数の凹状接合部で熱溶着により接合されてなり、凹状接合部はろ過膜表面からの深さが異なることを特徴とする平膜エレメント。
  8. 複数の凹状接合部は、内側にあるものが外側にあるものに比べて深く形成されていることを特徴とする請求項７に記載の平膜エレメント。
  9. 複数の凹状接合部は、深く形成されるほどに単位長さ当たりにおけるろ過膜とろ板の溶着接合面積が大きくなることを特徴とする請求項７または８に記載の平膜エレメント。
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