JP2020131159A - Separation membrane element and separation membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分離膜エレメント及び分離膜モジュールに関する。 The present invention relates to a separation membrane element and a separation membrane module.
膜分離活性汚泥法(MBR:Membrane Bioreactor)は、活性汚泥槽に分離膜モジュールを浸漬し、活性汚泥と透過水とに分離をする処理方法である。膜分離活性汚泥法は、省スペースでありながら良好な透過水質が実現できるため、国内では小規模な施設を中心に、新設の多い海外では10万m3/dayを超える大規模な施設にも、それぞれ導入が進められている。 The membrane separation activated sludge method (MBR: Membrane Bioreactor) is a treatment method in which a separation membrane module is immersed in an activated sludge tank to separate the activated sludge and permeated water. Membrane bioreactor is, since it is possible to realize good transmission quality, yet space-saving, especially in the small-scale facilities in the country, even in large-scale facilities that more than more 100,000 m 3 / day in the foreign countries of the newly established , Each is being introduced.
膜分離活性汚泥法では、分離膜モジュールの運転を継続すると、分離膜表面に被処理水中の懸濁物が堆積し、透過水量が低下してしまう。そのため分離膜モジュールの通常運転時においては、下方から加圧気体を送る散気手段によって分離膜表面の流れを乱し、堆積物を剥離させているが、その必要エネルギー量が大きいことが問題視されてきた。 In the membrane separation active sludge method, if the operation of the separation membrane module is continued, suspensions in the water to be treated are deposited on the surface of the separation membrane, and the amount of permeated water decreases. Therefore, during normal operation of the separation membrane module, the flow of the separation membrane surface is disturbed by the air diffuser that sends pressurized gas from below to exfoliate the deposits, but the large amount of energy required is regarded as a problem. It has been.
分離膜モジュールの構成要素の一つが、分離膜を備える分離膜エレメントであるが、従来の平膜型の分離膜エレメントは、分離膜と組み合わされる支持材やフレームが剛直な場合が多く、散気手段によっても分離膜の揺動はほとんど発生せず、その場合における分離膜表面の堆積物を剥離させる作用は、加圧気体の気泡により分離膜表面に生じる、せん断応力のみであった。 One of the components of the separation membrane module is a separation membrane element including a separation membrane, but in the conventional flat membrane type separation membrane element, the support material and frame combined with the separation membrane are often rigid, and the air is diffused. Almost no fluctuation of the separation membrane was generated by the means, and in that case, the only action of peeling the deposits on the surface of the separation membrane was the shear stress generated on the surface of the separation membrane by the bubbles of the pressurized gas.
これに対し、透過側流路材にポリエチレン製のネットや複数の樹脂部を用いながら分離膜エレメント全体の厚みを薄くすることで、一定程度の剛性を確保しつつ、分離膜エレメント全体を可撓性として、分離膜エレメントの揺動を発生させて堆積物の剥離を促進させる技術が知られている(特許文献1及び2)。 On the other hand, by reducing the thickness of the entire separation membrane element while using a polyethylene net or multiple resin parts for the transmission side flow path material, the entire separation membrane element is flexible while ensuring a certain degree of rigidity. As a property, there is known a technique of causing the separation membrane element to fluctuate to promote the exfoliation of sediment (Patent Documents 1 and 2).
しかしながら従来の技術では、分離膜を揺動させた際に分離膜表面にかかる応力が大きく、分離膜が破損する恐れが高いことが指摘されていた。 However, in the conventional technique, it has been pointed out that the stress applied to the surface of the separation membrane is large when the separation membrane is shaken, and there is a high risk that the separation membrane will be damaged.
そこで本発明は、分離膜の適度な揺動性を確保しつつ、その耐久性を顕著に向上させた、分離膜エレメントを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a separation membrane element in which the durability of the separation membrane is remarkably improved while ensuring an appropriate swingability of the separation membrane.
上記課題を解決するため、本発明の分離膜エレメントは、分離膜の透過側の面A1と、分離膜の透過側の面A2とが、互いに対向するように配置され、その周縁部が封止された、分離膜対と、上記面A1と上記面A2との間に配置され、上記面A1及び/又は上記面A2に接着された、複数の透過側流路材と、を備え、上記分離膜対は、その内部と外部とを連通する、集水部を有し、上記面A1と上記面A2との間の距離が、50〜5000μmであり、上記面A1及び上記面A2に接着された上記透過側流路材の数をn1、上記面A1又は上記面A2に接着された上記透過側流路材の数をn2、としたとき、n2/(n1+n2)の値が、50%以上であり、厚さが1〜6mmであることを特徴とする。 To solve the above problems, the separation membrane element of the present invention, the surface A 1 of the permeate side of the separation membrane, and the surface A 2 of the permeate side of the separation membrane is arranged so as to face each other, the periphery thereof sealed, a separation membrane pairs, are disposed between the surfaces a 1 and the surface a 2, bonded to the surface a 1 and / or the surface a 2, a plurality of permeation-side passage material comprises, the separation membrane pair communicates the inside and the outside, has a water collecting portion, the distance between the surface a 1 and the surface a 2, a 50~5000Myuemu, the surface The number of the permeation side flow path materials adhered to A 1 and the surface A 2 was defined as n 1 , and the number of the permeation side flow path materials adhered to the surface A 1 or the surface A 2 was defined as n 2 . When, the value of n 2 / (n 1 + n 2 ) is 50% or more, and the thickness is 1 to 6 mm.
本発明によれば、膜分離活性汚泥法における散気の必要エネルギー量を大幅に低減しながら、長期間の安定的な運転を実現することが可能な、分離膜エレメントを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a separation membrane element capable of realizing stable operation for a long period of time while significantly reducing the amount of energy required for air diffusion in the membrane separation activated sludge method.
以下、本発明の実施形態について、具体的な構成を挙げてより詳細に説明するが、これらの記載により本発明が何ら限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to specific configurations, but these descriptions do not limit the present invention in any way.
本発明の分離膜エレメントは、分離膜の透過側の面A1と分離膜の透過側の面A2とが互いに対向するように配置され、その周縁部が封止された分離膜対を備える。 Separation membrane element of the present invention, the surface A 2 of the transmission side of the transmission-side surface A 1 and the separation membrane of the separation membrane is arranged so as to face each other, and a separation membrane pairs its periphery is sealed ..
上記分離膜対は、互いに独立した2枚の分離膜を組み合わせて形成しても構わないし、1枚の分離膜を折り畳んで形成しても構わない。 The separation membrane pair may be formed by combining two separation membranes that are independent of each other, or may be formed by folding one separation membrane.
本発明の分離膜エレメントの構成要素である分離膜は、分離対象に応じてその種類を適宜選択すればよく、例えば、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜又は精密ろ過膜が挙げられるが、下廃水処理においては、限外ろ過膜又は精密ろ過膜を選択することが好ましい。なお本発明の構成要素である分離膜とは、その形状が平膜型である分離膜をいう。 The type of the separation membrane, which is a component of the separation membrane element of the present invention, may be appropriately selected according to the separation target, and examples thereof include reverse osmosis membranes, nanofiltration membranes, ultrafiltration membranes and microfiltration membranes. However, in the sewage treatment, it is preferable to select an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane. The separation membrane, which is a component of the present invention, refers to a separation membrane having a flat membrane shape.
本発明の分離膜エレメントの構成要素である分離膜は、適度な強度を保持するため、分離機能層に基材を組み合わせて構成されることが好ましい。分離機能層としては、例えば、セルロース膜、ポリフッ化ビニリデン膜、ポリエーテルスルホン膜又はポリスルホン膜が挙げられる。分離機能層の厚さは、透過性能と透過水量とのバランスを好適なものとするため、1〜500μmが好ましく、50〜200μmがより好ましい。また基材としては、軽量化が容易であるため、セルロース繊維、セルローストリアセテート繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維若しくはポリエチレン繊維等の有機繊維からなる、織編物又は不織布が好ましい。 The separation membrane, which is a component of the separation membrane element of the present invention, is preferably configured by combining a base material with a separation functional layer in order to maintain an appropriate strength. Examples of the separation functional layer include a cellulose membrane, a polyvinylidene fluoride membrane, a polyethersulfone membrane, and a polysulfone membrane. The thickness of the separation function layer is preferably 1 to 500 μm, more preferably 50 to 200 μm, in order to make the balance between the permeation performance and the amount of permeated water suitable. Further, as the base material, a woven or knitted fabric or a non-woven fabric made of organic fibers such as cellulose fibers, cellulose triacetate fibers, polyester fibers, polypropylene fibers or polyethylene fibers is preferable because it is easy to reduce the weight.
本発明の分離膜エレメントの構成要素である分離膜は、例えば、ポリフッ化ビニリデン系樹脂等を含む製膜原液を基材の表面に塗布し、それを15〜80℃の非溶媒に浸漬して凝固させ、分離機能層を形成することにより製造することができる。製膜原液には、上記のポリフッ化ビニリデン系樹脂等の他に、開孔剤としてポリオキシアルキレン構造、脂肪酸エステル構造又は水酸基を有する界面活性剤や、溶媒としてN−メチルピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトン又はメチルエチルケトン、さらには非溶媒として水等を含有させても構わない。 The separation membrane, which is a component of the separation membrane element of the present invention, is obtained by applying, for example, a membrane-forming stock solution containing a polyvinylidene fluoride-based resin or the like on the surface of a substrate and immersing it in a non-solvent at 15 to 80 ° C. It can be produced by solidifying and forming a separation functional layer. In addition to the above-mentioned polyvinylidene fluoride-based resin and the like, the film-forming stock solution includes a surfactant having a polyoxyalkylene structure, a fatty acid ester structure or a hydroxyl group as a pore-forming agent, and N-methylpyrrolidone (NMP) and N as a solvent. , N-Dimethylacetamide (DMAc), N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetone or methylethylketone, and water as a non-solvent may be contained.
ここで分離膜対の周縁部の「封止」とは、分離膜対の周縁部が、分離膜対の周縁部からその内部へ、流体が直接的に(分離膜を透過することなく)流入できない状態にされていることをいう。分離膜対の周縁部を封止する方法としては、例えば、分離膜対の周縁部の接着、圧着、溶着、融着又は折り畳みが挙げられる。 Here, "sealing" of the peripheral edge of the separation membrane pair means that the peripheral edge of the separation membrane pair flows directly into the interior from the peripheral edge of the separation membrane pair (without penetrating the separation membrane). It means that it is in a state where it cannot be done. Examples of the method for sealing the peripheral edge of the separation membrane pair include adhesion, pressure bonding, welding, fusion and folding of the peripheral edge of the separation membrane pair.
本発明の分離膜エレメントが備える分離膜対は、その内部と外部とを連通する、集水部を有する。分離膜を透過した透過水は、この集水部から分離膜対の外部へと取り出される。分離膜対における、透過機能を有する部位の面積をより大きく保持するために、上記集水部は、分離膜対の周縁部に配置されていることが好ましい。 The separation membrane pair included in the separation membrane element of the present invention has a water collecting portion that communicates the inside and the outside thereof. The permeated water that has passed through the separation membrane is taken out from this catchment portion to the outside of the separation membrane pair. In order to maintain a larger area of the portion having the permeation function in the separation membrane pair, the water collecting portion is preferably arranged at the peripheral portion of the separation membrane pair.
図1、4及び8で示す分離膜エレメント1では、分離膜対の内部と外部とを連通する集水部7は、いずれも分離膜対の周縁部に配置されている。集水部7以外の分離膜対の周縁部は、封止部3として表示されるように、すべて封止されている。図1、4及び8で示す分離膜エレメント1では、透過水の取り出しをより容易にするため、いずれも樹脂製の集水ノズル8が、集水部7に液密な状態で取り付けられる。 In the separation membrane element 1 shown in FIGS. 1, 4 and 8, the water collecting portions 7 that communicate the inside and the outside of the separation membrane pair are all arranged on the peripheral edge of the separation membrane pair. The peripheral edges of the separation membrane pair other than the water collecting portion 7 are all sealed so as to be displayed as the sealing portion 3. In the separation membrane elements 1 shown in FIGS. 1, 4 and 8, a resin water collecting nozzle 8 is attached to the water collecting portion 7 in a liquid-tight state in order to facilitate the removal of permeated water.
集水ノズルを集水部に液密な状態で取り付ける方法としては、例えば、熱溶着又は接着剤を用いた接着が挙げられる。 As a method of attaching the water collecting nozzle to the water collecting portion in a liquid-tight state, for example, heat welding or adhesion using an adhesive can be mentioned.
本発明の分離膜エレメントは、上記面A1と上記面A2との間に配置され、上記面A1及び/又は上記面A2に接着された、複数の透過側流路材を備える。 Separation membrane element of the present invention comprises is disposed between the surface A 1 and the surface A 2, bonded to the surface A 1 and / or the surface A 2, a plurality of permeation-side passage material.
分離膜対の面A1と面A2との間に、複数の透過側流路材が配置されることで、面A1と面A2との間に一定の間隔が確保され、分離膜を透過した透過水が集水部に向かって流れる、透過側流路が形成される。 Between the surface A 1 and the surface A 2 of the separation membrane pair, that a plurality of permeation-side passage material is disposed at a constant spacing between the surface A 1 and the surface A 2 is secured, the separation membrane A permeation side flow path is formed in which the permeated water that has permeated the water flows toward the water collecting portion.
複数の透過側流路材は、(a)面A1と面A2とにいずれも接着している、(b)面A1にのみ接着している、(c)面A2にのみ接着している、のいずれかの態様をとる。ここで「接着」とは、分離膜の透過側の面と、透過側流路材とが、くっついて離れないことをいう。 The plurality of transmission side flow path materials are adhered to (a) surface A 1 and surface A 2 , (b) adhered only to surface A 1 , and (c) adhered only to surface A 2. It takes one of the following aspects. Here, "adhesion" means that the surface of the separation membrane on the transmission side and the flow path material on the transmission side stick to each other and do not separate from each other.
複数の透過側流路材は、分離膜の透過側の面に固着させることができるため、樹脂で形成されていることが好ましく、その成形や固着がより容易となるため、軟化点が80〜200℃の熱可塑性重合体であることがより好ましい。ここで「固着」とは、透過側流路材を形成する成分の一部が、分離膜の透過側の面からその内部へ、含浸している状態をいう。 Since the plurality of permeation-side flow path materials can be fixed to the permeation-side surface of the separation membrane, it is preferably formed of resin, and the molding and fixing thereof are easier, so that the softening point is 80 to 80 to. More preferably, it is a thermoplastic polymer at 200 ° C. Here, "fixing" means a state in which a part of the components forming the permeation-side flow path material is impregnated from the permeation-side surface of the separation membrane into the inside thereof.
樹脂で形成されている透過側流路材を、分離膜の透過側の面に固着させる方法としては、例えば、分離膜の透過側の面に透過側流路材を配置し、分離膜の反対側の面から加熱をして、透過側流路材の一部を溶融させる方法が挙げられる。 As a method of fixing the permeation side flow path material formed of resin to the permeation side surface of the separation membrane, for example, the permeation side flow path material is arranged on the permeation side surface of the separation membrane, and the opposite of the separation membrane. A method of heating from the side surface to melt a part of the permeation side flow path material can be mentioned.
透過側流路材を形成する樹脂としては、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン若しくはポリプロピレン等のオレフィン重合体、ウレタン樹脂又はエポキシ樹脂が挙げられる。これら樹脂は単一成分として用いても構わないし、混合して用いても構わない。なお樹脂の「軟化点」とは、樹脂が軟化変形し始める温度をいい、JIS K6863−1994に規定される、環球法(ring and ball method)により測定することができる。 Examples of the resin forming the permeation side flow path material include ethylene vinyl acetate copolymers, olefin polymers such as polyethylene and polypropylene, urethane resins, and epoxy resins. These resins may be used as a single component or may be mixed and used. The "softening point" of the resin means the temperature at which the resin begins to soften and deform, and can be measured by the ring and ball method defined in JIS K6863-1994.
図1、4及び8で示す分離膜エレメント1では、上記面A1と上記面A2との対向方向から観察した透過側流路材の形状は、いずれも円形であるが、この形状は例えば、矩形、楕円形、多角形又は不定形であっても構わない。 In the separation membrane element 1 shown in FIGS. 1, 4 and 8, the shape of the permeation-side passage material was observed from the opposite direction to the above-mentioned surface A 1 and the surface A 2 is any of a circular, the shape example , Rectangular, elliptical, polygonal or amorphous.
分離膜エレメントを、面A1と面A2との対向方向から観察した場合における、分離膜対のろ過領域(図1、4及び8で示す分離膜エレメント1においては、封止部3及び集水部7により囲まれた領域)に占める複数の透過側流路材の総面積の割合(以下、「透過側流路材の投影面積比」)は、面A1と面A2との間に適度な間隔を確保しつつ、透過水の流れの阻害を抑制するため、10〜90%が好ましく、15〜80%がより好ましく、20〜50%がさらに好ましい。 The separation membrane element, when viewed from the opposing direction of the surface A 1 and the surface A 2, the filtration area of the separation membrane pair (the separation membrane element 1 shown in FIGS. 1, 4 and 8, the sealing portion 3 and the current the ratio of the total area of the plurality of permeation-side passage material occupying the region) surrounded by the water unit 7 (hereinafter, "the projected area ratio of the permeation-side passage material") is, between the surfaces a 1 and the surface a 2 In order to suppress the inhibition of the flow of permeated water while ensuring an appropriate interval, 10 to 90% is preferable, 15 to 80% is more preferable, and 20 to 50% is further preferable.
なお透過側流路材の投影面積比は、マイクロスコープを用いて、分離膜エレメントの断面(図1等に示すような断面)において無作為に選択した30箇所について、いずれも10倍の倍率で画像を撮影し、それらの画像を画像解析ソフトで解析し二値化することで、決定することができる。 The projected area ratio of the permeation side flow path material is 10 times magnification for 30 randomly selected cross sections of the separation membrane element (cross section as shown in FIG. 1 etc.) using a microscope. It can be determined by taking images, analyzing those images with image analysis software, and binarizing them.
また複数の透過側流路材は、透過側流路における圧力損失を抑制するため、分離膜エレメントを面A1と面A2との対向方向から観察した場合において、縦方向及び横方向(分離膜の長さ方向及び幅方向)のいずれにも、間欠的に配置されていることが好ましい。その数としては、25cm2当たりに1〜100個が配置されていることが好ましく、5〜50個が配置されていることがより好ましく、1〜30個が配置されていることがさらに好ましい。 Further, in order to suppress the pressure loss in the permeation side flow path, the plurality of permeation side flow path materials are used in the vertical direction and the horizontal direction (separation) when the separation membrane element is observed from the opposite direction of the surface A 1 and the surface A 2. It is preferable that the film is arranged intermittently in both the length direction and the width direction of the film). As for the number, it is preferable that 1 to 100 pieces are arranged per 25 cm 2 , more preferably 5 to 50 pieces are arranged, and further preferably 1 to 30 pieces are arranged.
本発明の分離膜エレメントにおける上記面A1と上記面A2との間の距離、すなわち、上記面A1と上記面A2との対向方向における上記面A1と上記面A2との間の距離は、50〜5000μmである。また、本発明の分離膜エレメントの厚さ、すなわち、上記面A1と上記面A2との対向方向における分離膜エレメントの厚さは、1〜6mmである。面A1と面A2との間の距離、及び、分離膜エレメントの厚さがこれらの範囲にあることで、透過側流路における透過水の流れを良好なものとしつつ、後述する分離膜モジュールに配列可能な分離膜エレメントの数を増やし、総分離膜面積を大きくすることが可能となる。 The distance between the surface A 1 and the surface A 2 in the separation membrane element of the present invention, that is, between the surface A 1 and the surface A 2 in the direction opposite to the surface A 1 and the surface A 2. The distance is 50 to 5000 μm. The thickness of the separation membrane element of the present invention, i.e., the thickness of the separation membrane element in the opposite direction to the above-mentioned surface A 1 and the surface A 2 is 1 to 6 mm. When the distance between the surface A 1 and the surface A 2 and the thickness of the separation membrane element are within these ranges, the flow of the permeated water in the permeation side flow path is improved, and the separation membrane described later is improved. It is possible to increase the number of separation membrane elements that can be arranged in the module and increase the total separation membrane area.
本発明の分離膜エレメントは、上記面A1及び上記面A2に接着された上記透過側流路材の数をn1、上記面A1又は上記面A2に接着された上記透過側流路材の数をn2、としたとき、n2/(n1+n2)の値が50%以上である。n2/(n1+n2)の値が50%以上であるによって、分離膜エレメントが備える揺動性を高めながら、分離膜表面にかかる応力を好適に低減することができ、その耐久性を顕著に増加させることができる。なおn2/(n1+n2)の値は、80%以上であることが好ましい。 Separation membrane element of the present invention, the surface A 1 and n 1 the number of the permeation-side passage material which is bonded to the surface A 2, the surface A 1 or the permeate side flow which is bonded to the surface A 2 When the number of road materials is n 2 , the value of n 2 / (n 1 + n 2 ) is 50% or more. When the value of n 2 / (n 1 + n 2 ) is 50% or more, the stress applied to the surface of the separation membrane can be suitably reduced while increasing the rocking property of the separation membrane element, and the durability thereof can be improved. It can be significantly increased. The value of n 2 / (n 1 + n 2 ) is preferably 80% or more.
ここでより具体的には、上記の(a)面A1と面A2とにいずれも接着している透過側流路材の数が、n1であり、上記の(b)面A1にのみ接着している透過側流路材及び上記の(c)面A2にのみ接着している透過側流路材の合計数が、n2である。 More specifically, the number of permeation-side flow path materials adhered to both the (a) surface A 1 and the surface A 2 is n 1 , and the above-mentioned (b) surface A 1 The total number of the permeation side flow path materials adhered only to the above-mentioned (c) surface A 2 and the permeation side flow path material adhered only to the above-mentioned surface A 2 is n 2 .
本発明の分離膜モジュールは、複数の本発明の分離膜エレメントと、筐体フレームと、を備え、複数の本発明の分離膜エレメントが、上記筐体フレームに、略平行に配列されている。 The separation membrane module of the present invention includes a plurality of separation membrane elements of the present invention and a housing frame, and the plurality of separation membrane elements of the present invention are arranged substantially parallel to the housing frame.
図5は、本発明の分離膜エレメントを備える分離膜モジュールを用いた水処理システムの一態様を示す、フロー図である。分離膜モジュール14は、複数の本発明の分離膜エレメント15と、筐体フレーム(図示しない)と、を備え、複数の分離膜エレメント15が、上記筐体フレームに、略平行に配列され、かつ、隣接する分離膜エレメント15同士の間に、それぞれ空間が確保されるように構成されている。分離膜モジュール14は、活性汚泥槽16の内部に、有機性廃水等の被処理水に浸漬するように配置される。分離膜モジュール14の下方には、散気手段として散気装置17が配置され、ブロア18から供給された加圧気体を上方に送って、分離膜エレメント15が備える分離膜表面の被処理水の流れを乱し、堆積物を剥離させる。 FIG. 5 is a flow chart showing an aspect of a water treatment system using a separation membrane module including the separation membrane element of the present invention. The separation membrane module 14 includes a plurality of separation membrane elements 15 of the present invention and a housing frame (not shown), and the plurality of separation membrane elements 15 are arranged substantially parallel to the housing frame. , A space is secured between the adjacent separation membrane elements 15. The separation membrane module 14 is arranged inside the activated sludge tank 16 so as to be immersed in water to be treated such as organic wastewater. An air diffuser 17 is arranged below the separation membrane module 14 as an air diffuser, and the pressurized gas supplied from the blower 18 is sent upward to treat water to be treated on the surface of the separation membrane included in the separation membrane element 15. Disrupt the flow and separate the deposits.
被処理水入口20から供給された被処理水は、ポンプ19の吸引力によって分離膜エレメント15が備える分離膜を透過し、この際に、被処理水中に含まれる微生物粒子又は無機物粒子等の懸濁物質及び活性汚泥がろ過される。分離膜を透過した透過水は、各々の分離膜エレメント15の周縁部に配置された集水部(図示しない)から分離膜対の外部へと取り出されて集められ、被処理水出口21から活性汚泥槽16の外部に取り出される。 The water to be treated, which is supplied from the water inlet 20 to be treated, permeates the separation membrane included in the separation membrane element 15 by the suction force of the pump 19, and at this time, the suspension of microbial particles or inorganic particles contained in the water to be treated. Turbid substances and activated sludge are filtered. The permeated water that has permeated the separation membrane is taken out from the water collecting portion (not shown) arranged at the peripheral portion of each separation membrane element 15 to the outside of the separation membrane pair, collected, and activated from the water outlet 21 to be treated. It is taken out of the sludge tank 16.
以下に、実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、これらの記載により本発明が何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but these descriptions do not limit the present invention in any way.
<分離膜対における面A1と面A2との距離>
分離膜エレメントを面A1と面A2との対向方向に切断し、その断面における面A1と面A2との距離を、マイクロスコープ(キーエンス社製;VHX−1100)で測定した。
<Distance between surface A 1 and surface A 2 in the separation membrane pair>
The separation membrane element is cut in the opposite direction of the surface A 1 and the surface A 2, the distance between the surface A 1 and the surface A 2 in its cross-section microscope (manufactured by Keyence Corporation; VHX-1100) was measured in.
<分離膜エレメントの厚さ>
分離膜エレメントの厚さは、デジタルシックネスゲージ(テクロック社製;SMD−565J−L)で測定した。
<Thickness of separation membrane element>
The thickness of the separation membrane element was measured with a digital thickness gauge (manufactured by Teclock Co., Ltd .; SMD-565J-L).
<透過側流路材の投影面積比>
マイクロスコープとしてキーエンス社製のS−800を用い、画像解析ソフトとしては「ImageJ」を用いて決定した。
<Projected area ratio of transmission side flow path material>
It was determined by using S-800 manufactured by KEYENCE Co., Ltd. as a microscope and using "ImageJ" as an image analysis software.
<曲げ応力に対する降伏点までの変位>
幅10mm×長さ170mmの分離膜エレメントをサンプルとして、30mmの間隔を空けて平行に並べた二つの土台の上に、長手方向で橋渡しをするように配置した。これを圧縮試験機(エーアンドディー社製;テンシロンRTG−1210)にセットし、圧子治具(半径5mm)を用いて1.3mm/分の速度で、二つの土台の間に位置する、分離膜エレメントの中央部を圧縮した。この際に得られた変位と荷重との関係から、曲げ応力に対する降伏点までの変位を算出した。
<Displacement to yield point with respect to bending stress>
A separation membrane element having a width of 10 mm and a length of 170 mm was used as a sample, and was arranged so as to bridge in the longitudinal direction on two bases arranged in parallel with an interval of 30 mm. This is set in a compression tester (manufactured by A &D; Tensilon RTG-1210) and separated between the two bases at a speed of 1.3 mm / min using an indenter jig (radius 5 mm). The central part of the membrane element was compressed. From the relationship between the displacement obtained at this time and the load, the displacement to the yield point with respect to the bending stress was calculated.
(実施例1)
ポリフッ化ビニリデン(質量平均分子量28万)、開孔剤であるポリエチレングリコール(質量平均分子量20,000)、溶媒であるN,N−ジメチルホルムアミド、及び、非溶媒である水を、下記の割合で混合して95℃で十分に撹拌し、製膜原液を調製した。
(Example 1)
Polyvinylidene fluoride (mass average molecular weight 280,000), polyethylene glycol (mass average molecular weight 20,000) as a pore-forming agent, N, N-dimethylformamide as a solvent, and water as a non-solvent are added in the following proportions. The mixture was mixed and sufficiently stirred at 95 ° C. to prepare a film-forming stock solution.
ポリフッ化ビニリデン : 13.0質量%
ポリエチレングリコール : 5.5質量%
N,N−ジメチルホルムアミド : 78.0質量%
水 : 3.5質量%
見かけ密度が0.6g/cm3、密溶着率が25%、サイズが50cm×150cmのポリエステル繊維性エンボス加工不織布を基材として、30℃に冷却した製膜原液を基材に塗布し、直ちに20℃の水中に5分間浸漬し、さらに90℃の熱水に2分間浸漬して、N,N−ジメチルホルムアミド及びポリエチレングリコールを洗い流した。
Polyvinylidene fluoride: 13.0% by mass
Polyethylene glycol: 5.5% by mass
N, N-dimethylformamide: 78.0% by mass
Water: 3.5% by mass
Using a polyester fibrous embossed non-woven fabric with an apparent density of 0.6 g / cm 3 , a dense welding rate of 25%, and a size of 50 cm x 150 cm as a base material, a film-forming stock solution cooled to 30 ° C. was applied to the base material immediately. The N, N-dimethylformamide and polyethylene glycol were washed away by immersing in water at 20 ° C. for 5 minutes and further in hot water at 90 ° C. for 2 minutes.
その後、界面活性剤であるモノオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタンの20質量%水溶液に30分間浸漬した後、75℃の熱風乾燥機で30分間乾燥して、分離膜を製造した。 Then, it was immersed in a 20 mass% aqueous solution of polyoxyethylene sorbitan monooleate, which is a surfactant, for 30 minutes, and then dried in a hot air dryer at 75 ° C. for 30 minutes to produce a separation membrane.
得られた分離膜を320mm×200mmのサイズで切り出し、透過側の面(面A1)に、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂(TEX YEAR INDUSTRIES INC.製;703A;軟化点96℃)を、ロボットディスペンサー(武蔵エンジニアリング社製;ショットマスター400ΩX)を用いて、樹脂温度120℃で、図1に示すように透過側流路材が配置されるように塗布した。このとき、透過側流路材を面A1と面A2とにいずれも接着させる部位(透過側流路材4を形成する部位)については、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を直径4.0mm、高さ1.6mmのドット形状になるように塗布し、透過側流路材を面A1にのみ接着させる部位(透過側流路材5を形成する部位)については、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を直径5.0mm、高さ1.0mmのドット形状になるように塗布した。また各ドット形状のピッチは、縦横にそれぞれ10mmになるようにした。さらに、集水部7を形成する部位を除く分離膜の周縁部にも、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を幅5mm、高さ1mmで塗布した。 Cut the obtained separation membrane with a size of 320 mm × 200 mm, on the surface of the permeate side (surface A 1), ethylene-vinyl acetate copolymer resin (TEX YEAR INDUSTRIES INC made;.; 703A softening point 96 ° C.), the robot dispenser (Manufactured by Musashi Engineering Co., Ltd .; Shotmaster 400ΩX) was applied at a resin temperature of 120 ° C. so that the permeation side flow path material was arranged as shown in FIG. At this time, the ethylene-vinyl acetate copolymer resin has a diameter of 4.0 mm at the portion where the permeation-side flow path material is adhered to the surface A 1 and the surface A 2 (the portion where the permeation-side flow path material 4 is formed). the coating is a dot shape of height 1.6 mm, that sites of adhering the permeation-side passage material only on the surface a 1 (part for forming the permeation-side passage material 5), ethylene vinyl acetate copolymer resin Was applied so as to have a dot shape having a diameter of 5.0 mm and a height of 1.0 mm. Further, the pitch of each dot shape is set to 10 mm in each of the vertical and horizontal directions. Further, an ethylene-vinyl acetate copolymer resin having a width of 5 mm and a height of 1 mm was also applied to the peripheral portion of the separation membrane excluding the portion forming the water collecting portion 7.
分離膜を320mm×200mmのサイズで分離膜をもう一枚切り出し、両者の透過側の面(面A1と面A2)同士が互いに対向するように配置して分離膜対とし、その周辺にスペーサーとしてアルミ板を配置し、必要部位を95℃に過熱したアルミ板で5分間挟み、面A1と面A2とにいずれも接着した透過側流路材4を形成した。さらに温調シール機を用いて、分離膜対の周縁部を165℃、荷重500kgfで30秒間加熱プレスして封止した。最後に分離膜対の集水部に集水ノズルを接着して液密な状態で取り付け、分離膜エレメントを完成した。 Another separation membrane having a size of 320 mm × 200 mm was cut out, and the surfaces (planes A 1 and A 2 ) on the transmission side of both were arranged so as to face each other to form a separation membrane pair, and around the separation membrane pair. the aluminum plate was placed as a spacer sandwiched 5 minutes with aluminum plate overheated required site 95 ° C., both in the surface a 1 and the surface a 2 to form a permeation-side passage material 4 adhered. Further, using a temperature control sealer, the peripheral edge of the separation membrane pair was heat-pressed and sealed at 165 ° C. and a load of 500 kgf for 30 seconds. Finally, the water collecting nozzle was adhered to the water collecting part of the separation membrane pair and attached in a liquid-tight state to complete the separation membrane element.
得られた分離膜エレメントにおける複数の透過側流路材は、いずれも直径5.0mm、高さ1.0mmのドット形状であり、その投影面積比は23%であり、n2/(n1+n2)の値は63%であった。また、分離膜エレメントの面A1と面A2との距離は1.0mmであり、厚さは1.8mmであり、その曲げ応力に対する降伏点までの変位は11.9mmであった。 The plurality of transmission-side flow path materials in the obtained separation membrane element all have a dot shape with a diameter of 5.0 mm and a height of 1.0 mm, and the projected area ratio thereof is 23%, n 2 / (n 1). The value of + n 2 ) was 63%. The distance between the surface A 1 and the surface A 2 of the separation membrane element was 1.0 mm, the thickness was 1.8 mm, and the displacement to the yield point with respect to the bending stress was 11.9 mm.
なお図3においては、透過側流路材5が面A2に接着されていないことを明示するために、模式的に透過側流路材5と面A2との間に間隙を設けている(以下、図6,7,9,10においても同様)。 In FIG. 3, the permeation-side passage material 5 in order to clarify that it is not adhered to the surface A 2, is provided with a gap between the schematically permeation-side passage material 5 and the surface A 2 (Hereinafter, the same applies to FIGS. 6, 7, 9 and 10).
(実施例2)
実施例1と同様にして、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を、図4に示すように透過側流路材が配置されるように塗布した。なお透過側流路材を面A2のみに接着させる部位(透過側流路材6を形成する部位)については、一対の分離膜の片方に、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を直径5.0mm、高さ1.0mmのドット形状になるように塗布した。両者の透過側の面(面A1と面A2)同士が互いに対向するように配置して分離膜対とした後は、実施例1と同様にして分離膜エレメントを完成した。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, the ethylene-vinyl acetate copolymer resin was applied so that the permeation side flow path material was arranged as shown in FIG. Regarding the portion where the permeation side flow path material is adhered only to the surface A 2 (the portion where the permeation side flow path material 6 is formed), ethylene vinyl acetate copolymer resin has a diameter of 5.0 mm on one of the pair of separation membranes. It was applied so as to have a dot shape with a height of 1.0 mm. After arranging the surfaces (planes A 1 and A 2 ) on the permeation side of both so as to face each other to form a separation membrane pair, the separation membrane element was completed in the same manner as in Example 1.
得られた分離膜エレメントにおける複数の透過側流路材は、いずれも直径5.0mm、高さ1.0mmのドット形状であり、その投影面積比は23%であり、n2/(n1+n2)の値は63%であった。また、分離膜エレメントの面A1と面A2との距離は1.0mmであり、厚さは1.8mmであり、その曲げ応力に対する降伏点までの変位は11.7mmであった。 The plurality of transmission side flow path materials in the obtained separation membrane element all have a dot shape with a diameter of 5.0 mm and a height of 1.0 mm, and the projected area ratio thereof is 23%, n 2 / (n 1). The value of + n 2 ) was 63%. The distance between the surface A 1 and the surface A 2 of the separation membrane element is 1.0 mm, the thickness is 1.8 mm, the displacement up to the yield point for the bending stress was 11.7 mm.
(実施例3)
実施例1及び2と同様にして、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を、図8に示すように透過側流路材が配置されるように塗布した以外は、実施例1と同様にして分離膜エレメントを完成した。
(Example 3)
The separation membrane element is the same as in Example 1 except that the ethylene-vinyl acetate copolymer resin is applied so that the permeation side flow path material is arranged as shown in FIG. Was completed.
得られた分離膜エレメントにおける複数の透過側流路材は、いずれも直径5.0mm、高さ1.0mmのドット形状であり、その投影面積比は23%であり、n2/(n1+n2)の値は100%であった。また、分離膜エレメントの面A1と面A2との距離は1.0mmであり、厚さは1.8mmであり、その曲げ応力に対する降伏点までの変位は12.9mmであった。 The plurality of transmission-side flow path materials in the obtained separation membrane element all have a dot shape with a diameter of 5.0 mm and a height of 1.0 mm, and the projected area ratio thereof is 23%, n 2 / (n 1). The value of + n 2 ) was 100%. The distance between the surface A 1 and the surface A 2 of the separation membrane element is 1.0 mm, the thickness is 1.8 mm, the displacement up to the yield point for the bending stress was 12.9 mm.
(比較例1)
実施例1と同様にして、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を、図11に示すように透過側流路材が配置されるように塗布した以外は、実施例1と同様にして分離膜エレメントを完成した。
(Comparative Example 1)
The separation membrane element was completed in the same manner as in Example 1 except that the ethylene-vinyl acetate copolymer resin was applied so that the permeation side flow path material was arranged as shown in FIG. did.
得られた分離膜エレメントにおける複数の透過側流路材は、いずれも直径5.0mm、高さ1.0mmのドット形状であり、その投影面積比は23%であり、n2/(n1+n2)の値は0%であった。また、分離膜エレメントの面A1と面A2との距離は1.0mmであり、厚さは1.8mmであり、その曲げ応力に対する降伏点までの変位は3.5mmであった。 The plurality of transmission side flow path materials in the obtained separation membrane element all have a dot shape with a diameter of 5.0 mm and a height of 1.0 mm, and the projected area ratio thereof is 23%, n 2 / (n 1). The value of + n 2 ) was 0%. The distance between the surfaces A 1 and the surface A 2 of the separation membrane element was 1.0 mm, the thickness was 1.8 mm, and the displacement to the yield point with respect to the bending stress was 3.5 mm.
実施例1〜3と比較例1とを、曲げ応力に対する降伏点までの変位について対比すると、実施例1〜3の方が、いずれも値が大きいことが分かる。これは、本発明の分離膜エレメントが、揺動に対して、極めて高い耐久性を有することを示す結果である。 Comparing Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 with respect to the displacement to the yield point with respect to the bending stress, it can be seen that the values of Examples 1 to 3 are larger. This is a result showing that the separation membrane element of the present invention has extremely high durability against rocking.
1 分離膜エレメント
2 間隙
3 封止部
4 透過側流路材(面A1と面A2とにいずれも接着)
5 透過側流路材(面A1にのみ接着)
6 透過側流路材(面A2にのみ接着)
7 集水部
8 集水ノズル
9 分離膜
10 分離機能層
11 基材
12 分離膜の透過側の面A1
13 分離膜の透過側の面A2
14 分離膜モジュール
15 分離膜エレメント
16 活性汚泥槽
17 散気装置
18 ブロワ
19 ポンプ
20 被処理水入口
21 被処理水出口
22 透過水
1 Separation membrane element 2 Gap 3 Sealing part 4 Permeation side flow path material (both adhered to surface A 1 and surface A 2 )
5 permeation-side passage material (adhesive only on the surface A 1)
6 permeation-side passage material (adhesive only on the surface A 2)
7 Water collecting part 8 Water collecting nozzle 9 Separation membrane 10 Separation function layer 11 Base material 12 Surface on the permeation side of the separation membrane A 1
13 Surface A 2 on the permeation side of the separation membrane
14 Separation Membrane Module 15 Separation Membrane Element 16 Activated Sludge Tank 17 Air Disperser 18 Blower 19 Pump 20 Processed Water Inlet 21 Processed Water Outlet 22 Permeated Water
Claims (6)
前記面A1と前記面A2との間に配置され、前記面A1及び/又は前記面A2に接着された、複数の透過側流路材と、を備え、
前記分離膜対は、その内部と外部とを連通する、集水部を有し、
前記面A1と前記面A2との間の距離が、50〜5000μmであり、
前記面A1及び前記面A2に接着された前記透過側流路材の数をn1、
前記面A1又は前記面A2に接着された前記透過側流路材の数をn2、としたとき、
n2/(n1+n2)の値が、50%以上であり、
厚さが1〜6mmである、分離膜エレメント。 The surface A 1 of the permeate side of the separation membrane, and the surface A 2 of the permeate side of the separation membrane is arranged so as to face each other, the peripheral portion is sealed, and the separation membrane pairs,
Disposed between said surface A 1 and the surface A 2, the surface bonded to A 1 and / or the surface A 2, comprises a plurality of permeation-side passage material and,
The separation membrane pair has a water collecting portion that communicates the inside and the outside thereof.
The distance between the surface A 1 and the surface A 2 is 50 to 5000 μm.
The number of the permeation side flow path materials adhered to the surface A 1 and the surface A 2 is n 1 .
When the number of the permeation side flow path materials adhered to the surface A 1 or the surface A 2 is n 2 .
The value of n 2 / (n 1 + n 2 ) is 50% or more,
Separation membrane element having a thickness of 1 to 6 mm.
筐体フレームと、を備え、
複数の前記分離膜エレメントが、前記筐体フレームに、略平行に配列されている、分離膜モジュール。 A plurality of separation membrane elements according to any one of claims 1 to 5.
With a housing frame,
A separation membrane module in which a plurality of the separation membrane elements are arranged substantially parallel to the housing frame.
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