JP7338682B2 - Hollow fiber membranes, filtration modules and wastewater treatment equipment - Google Patents
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Description
本開示は、中空糸膜、濾過モジュール及び排水処理装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to hollow fiber membranes, filtration modules, and wastewater treatment devices.
工業廃水、畜産汚水、下水等の有機物を含有する排水の浄化処理では、処理効率の高い活性汚泥法が多く用いられている。特に、処理水と汚泥との分離を従来の沈殿法に代えて精密濾過膜(MF膜)又は限外濾過膜(UF膜)で行う膜分離活性汚泥法(MBR法)が注目されている。このような濾過膜の一種として、多孔質体を比較的径が小さい筒状に形成した中空糸膜が用いられることがある。上記中空糸膜の材質としては、機械的強度及び化学的安定性に比較的優れるポリテトラフルオロエチレンを主成分とするものが知られている。 The activated sludge method, which has high treatment efficiency, is often used in the purification of wastewater containing organic substances such as industrial wastewater, livestock wastewater, and sewage. In particular, the membrane separation activated sludge process (MBR process), in which treated water and sludge are separated by microfiltration membranes (MF membranes) or ultrafiltration membranes (UF membranes) in place of the conventional sedimentation process, has attracted attention. As one type of such filtration membranes, hollow fiber membranes in which a porous body is formed in a cylindrical shape with a relatively small diameter are sometimes used. As a material for the hollow fiber membrane, a material containing polytetrafluoroethylene as a main component, which is relatively excellent in mechanical strength and chemical stability, is known.
ポリテトラフルオロエチレンは、比較的大きい疎水性を有するため、透水性が小さくなりやすく、特に中空糸膜の空孔径が小さい場合には濾過能力が不十分となりやすい。そこで、ポリテトラフルオロエチレンから形成される多孔質膜にポリビニルアルコール等の親水性材料の水溶液を含浸し、親水性材料を架橋することにより不溶化して多孔質膜の空孔内面に固定することで多孔質膜を親水化処理することが提案されている(国際公開第2010/092938号参照)。 Since polytetrafluoroethylene has relatively high hydrophobicity, it tends to have low water permeability, and particularly when the pore diameter of the hollow fiber membrane is small, the filtration capacity tends to be insufficient. Therefore, a porous membrane formed of polytetrafluoroethylene is impregnated with an aqueous solution of a hydrophilic material such as polyvinyl alcohol, and the hydrophilic material is crosslinked to be insolubilized and fixed to the inner surface of the pores of the porous membrane. It has been proposed to hydrophilize porous membranes (see International Publication No. 2010/092938).
本開示の一態様に係る中空糸膜は、外周面及び内周面に親水性樹脂が被覆された中空糸膜であって、上記親水性樹脂の主成分がポリビニルアルコールであり、長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である。 A hollow fiber membrane according to an aspect of the present disclosure is a hollow fiber membrane in which the outer peripheral surface and the inner peripheral surface are coated with a hydrophilic resin, the main component of the hydrophilic resin is polyvinyl alcohol, and the unit length in the longitudinal direction is The coating amount of the hydrophilic resin per shell is 0.31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less.
本開示の別の態様に係る濾過モジュールは、外周面及び内周面に親水性樹脂が被覆された複数本の中空糸膜と、上記複数本の中空糸膜の両端部を保持する一対の保持部材とを備え、上記親水性樹脂の主成分がポリビニルアルコールであり、上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である。 A filtration module according to another aspect of the present disclosure includes a plurality of hollow fiber membranes whose outer and inner peripheral surfaces are coated with a hydrophilic resin, and a pair of holders that hold both ends of the plurality of hollow fiber membranes. wherein the main component of the hydrophilic resin is polyvinyl alcohol, and the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is 0.31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less. is.
本開示の別の態様に係る排水処理装置は、被処理水を貯留する水槽と、上記水槽内に収容される濾過モジュールと、上記水槽内に収容され、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する気泡供給器とを備え、上記濾過モジュールが、外周面及び内周面に親水性樹脂が被覆された複数本の中空糸膜とこの複数本の中空糸膜の両端部を上下方向に保持する一対の保持部材とを有し、上記親水性樹脂の主成分がポリビニルアルコールであり、上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である。 A wastewater treatment apparatus according to another aspect of the present disclosure includes a water tank that stores water to be treated, a filtration module that is housed in the water tank, and a water tank that is housed in the water tank and supplies air bubbles from below the filtration module. and a bubble supplier, wherein the filtration module comprises a plurality of hollow fiber membranes whose outer and inner peripheral surfaces are coated with a hydrophilic resin, and a pair of vertically holding both ends of the plurality of hollow fiber membranes. The main component of the hydrophilic resin is polyvinyl alcohol, and the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is 0.31 mg / cm or more and 0.44 mg. / cm or less.
[本開示が解決しようとする課題]
中空糸膜は、濾過処理を行うにつれて膜表面に不純物が付着していく。この不純物は、本来濾過されるべき液体の濾過効率が低下する原因となる。そのため、濾過処理運転時には、例えば一定間隔で中空糸膜の表面に気泡を擦過させ、中空糸膜を揺動させることでこの中空糸膜の表面に付着した不純物の除去が行われている。[Problems to be Solved by the Present Disclosure]
Impurities adhere to the surface of the hollow fiber membrane as the filtration process is carried out. This impurity causes a reduction in the filtration efficiency of the liquid that should be filtered. Therefore, during the filtration process, for example, air bubbles are rubbed against the surface of the hollow fiber membrane at regular intervals, and the hollow fiber membrane is oscillated to remove impurities adhering to the surface of the hollow fiber membrane.
しかしながら、ポリビニルアルコール等を用いて親水化処理が行われた中空糸膜は濾過処理時に膨潤しやすくなるとともに、濾過処理中に張力がかかることで、中空糸膜は長手方向に伸びやすくなる。中空糸膜が過剰に伸びた場合にたるみが発生し、不純物の除去時において、中空糸膜に気泡の上昇による上向きの荷重がかかり、急激に大きなたわみが生じる座屈が起こるおそれがある。中空糸膜に一時的にでも座屈が起こると、流路がつぶれることにより膜間差圧が上昇して濾過性能が低下するおそれがある。 However, hollow fiber membranes that have been hydrophilized using polyvinyl alcohol or the like tend to swell during the filtration process, and the hollow fiber membranes tend to elongate in the longitudinal direction due to the application of tension during the filtration process. When the hollow fiber membrane is stretched excessively, it becomes saggy, and during the removal of impurities, an upward load is applied to the hollow fiber membrane due to rising air bubbles, and there is a risk of buckling, which causes a sudden large deflection. Even temporary buckling of the hollow fiber membranes may collapse the flow path and increase the transmembrane pressure difference, resulting in a decrease in filtration performance.
本開示は、このような事情に基づいてなされたものであり、ポリビニルアルコールによる親水化処理が行われていても、濾過処理時の過剰な伸びを抑制し、濾過性能を向上できる中空糸膜を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made based on such circumstances, and provides a hollow fiber membrane that can suppress excessive elongation during filtration treatment and improve filtration performance even if hydrophilization treatment with polyvinyl alcohol is performed. intended to provide
[本開示の効果]
本開示の一態様に係る中空糸膜は、ポリビニルアルコールによる親水化処理が行われていても、濾過処理時の過剰な伸びを抑制し、濾過性能を向上できる。[Effect of the present disclosure]
The hollow fiber membrane according to one aspect of the present disclosure can suppress excessive elongation during filtration treatment and improve filtration performance even when hydrophilization treatment is performed with polyvinyl alcohol.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure are listed and described.
本開示の一態様に係る中空糸膜は、外周面及び内周面に親水性樹脂が被覆された中空糸膜であって、上記親水性樹脂の主成分がポリビニルアルコールであり、長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である。 A hollow fiber membrane according to an aspect of the present disclosure is a hollow fiber membrane in which the outer peripheral surface and the inner peripheral surface are coated with a hydrophilic resin, the main component of the hydrophilic resin is polyvinyl alcohol, and the unit length in the longitudinal direction is The coating amount of the hydrophilic resin per shell is 0.31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less.
当該中空糸膜は、ポリビニルアルコールを主成分とする親水性樹脂を外周面及び内周面に被覆する親水化処理が行われることで、当該中空糸膜の外周面及び内周面の疎水性が抑制されて親水性が付与される結果、透水性が向上する。一方、中空糸膜の外周面及び内周面に親水性樹脂を被覆すると吸水時の膨潤、濾過処理中の張力により中空糸膜は伸長し、濾過処理前の乾燥状態の中空糸膜の長さと比較すると伸長率が2%を超える。2%を超えて中空糸膜の長さが伸びるとたるみが生じるため、中空糸膜を揺動させながら気泡を擦過させて洗浄を行う場合、気泡による上向きの荷重で中空糸膜の座屈が起こりやすくなることを本発明者は見出した。当該中空糸膜は、ポリビニルアルコールによる親水化処理が行なわれており、の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下であることで、濾過処理時に湿潤状態に移行したときの過剰な伸びを抑制し、濾過性能を向上できる。このような効果が生じる理由としては、例えば以下のように推測される。中空糸膜の外周面及び内周面に親水性樹脂を被覆すると、湿潤と乾燥時で親水性樹脂が膨潤収縮し、それに追随する形で中空糸膜の長さが伸び縮みする。ポリビニルアルコールによる親水化処理が行われた中空糸膜の親水性樹脂の被覆量を0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下とすることで、濾過処理時の長手方向の伸び率を適切な範囲に制御できる。その結果、中空糸膜の座屈の発生を抑制し、濾過性能を向上できる。 The hollow fiber membrane is subjected to a hydrophilic treatment in which the outer peripheral surface and the inner peripheral surface are coated with a hydrophilic resin containing polyvinyl alcohol as a main component, so that the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the hollow fiber membrane are made hydrophobic. As a result of being suppressed and imparted with hydrophilicity, water permeability is improved. On the other hand, when the outer and inner peripheral surfaces of the hollow fiber membrane are coated with a hydrophilic resin, the hollow fiber membrane expands due to swelling during water absorption and tension during filtration, and the length of the hollow fiber membrane in a dry state before filtration is increased. By comparison, the elongation rate exceeds 2%. If the length of the hollow fiber membrane exceeds 2%, sagging occurs. Therefore, when washing is performed by rubbing the air bubbles while rocking the hollow fiber membrane, the upward load caused by the air bubbles causes buckling of the hollow fiber membrane. The inventors have found that this is more likely to occur. The hollow fiber membrane is hydrophilized with polyvinyl alcohol, and the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction is 0.31 mg / cm or more and 0.44 mg / cm or less. , it is possible to suppress excessive elongation when shifting to a wet state during filtration treatment, and to improve filtration performance. The reason why such an effect occurs is presumed as follows, for example. When the outer and inner peripheral surfaces of the hollow fiber membrane are coated with a hydrophilic resin, the hydrophilic resin swells and shrinks when wet and dry, and the length of the hollow fiber membrane expands and contracts accordingly. By setting the hydrophilic resin coating amount of the hollow fiber membrane hydrophilized with polyvinyl alcohol to 0.31 mg / cm or more and 0.44 mg / cm or less, the elongation rate in the longitudinal direction during the filtration process can be appropriately adjusted. Can be controlled within range. As a result, it is possible to suppress the occurrence of buckling of the hollow fiber membrane and improve filtration performance.
当該中空糸膜の主成分がポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。当該中空糸膜の主成分がポリテトラフルオロエチレンであることで、当該中空糸膜は、耐薬品性、耐熱性、耐候性、及び不燃性等に優れる。また、当該中空糸膜が疎水性のポリテトラフルオロエチレンを主成分とすることで、疎水性が抑制されて透水性が向上するという上記親水性樹脂による被覆の効果をより発揮できる。 The main component of the hollow fiber membrane is preferably polytetrafluoroethylene. Since the main component of the hollow fiber membrane is polytetrafluoroethylene, the hollow fiber membrane is excellent in chemical resistance, heat resistance, weather resistance, nonflammability, and the like. In addition, by using hydrophobic polytetrafluoroethylene as the main component of the hollow fiber membrane, the effect of coating with the above-mentioned hydrophilic resin, that is, the hydrophobicity is suppressed and the water permeability is improved, can be exhibited more effectively.
本開示の別の態様に係る濾過モジュールは、表面に親水性樹脂が被覆された複数本の中空糸膜と、上記複数本の中空糸膜の両端部を保持する一対の保持部材とを備え、上記親水性樹脂の主成分がポリビニルアルコールであり、上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である。 A filtration module according to another aspect of the present disclosure includes a plurality of hollow fiber membranes whose surfaces are coated with a hydrophilic resin, and a pair of holding members that hold both ends of the plurality of hollow fiber membranes, The main component of the hydrophilic resin is polyvinyl alcohol, and the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is 0.31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less.
当該濾過モジュールは、表面に親水性樹脂が被覆された複数本の中空糸膜を備え、上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下であることで、濾過処理時の長手方向の伸び率を適切な範囲に制御できる。その結果、中空糸膜の座屈の発生を抑制し、濾過性能を向上できる。 The filtration module includes a plurality of hollow fiber membranes coated with a hydrophilic resin on the surface, and the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is 0.31 mg/cm or more. When it is 0.44 mg/cm or less, the elongation in the longitudinal direction during filtration can be controlled within an appropriate range. As a result, it is possible to suppress the occurrence of buckling of the hollow fiber membrane and improve filtration performance.
本開示の別の態様に係る排水処理装置は、被処理水を貯留する水槽と、上記水槽内に収容される濾過モジュールと、上記水槽内に収容され、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する気泡供給器とを備え、上記濾過モジュールが、表面に親水性樹脂が被覆された複数本の中空糸膜とこの複数本の中空糸膜の両端部を上下方向に保持する一対の保持部材とを有し、上記親水性樹脂の主成分がポリビニルアルコールであり、上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である。 A wastewater treatment apparatus according to another aspect of the present disclosure includes a water tank that stores water to be treated, a filtration module that is housed in the water tank, and a water tank that is housed in the water tank and supplies air bubbles from below the filtration module. The filtration module includes a plurality of hollow fiber membranes whose surfaces are coated with a hydrophilic resin, and a pair of holding members that vertically hold both ends of the plurality of hollow fiber membranes. The main component of the hydrophilic resin is polyvinyl alcohol, and the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is 0.31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less. .
当該排水処理装置は、表面に親水性樹脂が被覆された複数本の中空糸膜を有する濾過モジュールを備え、上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下であることで、濾過処理時の長手方向の伸び率を適切な範囲に制御できる。その結果、中空糸膜の座屈の発生を抑制し、濾過性能を向上できる。 The wastewater treatment apparatus includes a filtration module having a plurality of hollow fiber membranes, the surface of which is coated with a hydrophilic resin. When it is 31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less, the longitudinal elongation rate during filtration can be controlled within an appropriate range. As a result, it is possible to suppress the occurrence of buckling of the hollow fiber membrane and improve filtration performance.
ここで、「主成分」とは質量含有割合が最も大きい成分を意味し、好ましくは90質量%以上含有する成分とされる。 Here, the "main component" means a component with the highest mass content ratio, preferably a component containing 90% by mass or more.
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の各実施形態について図面を参照しつつ詳説する。[Details of the embodiment of the present disclosure]
Hereinafter, each embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
<中空糸膜>
中空糸膜は、水を透過させる一方、被処理水に含まれる粒子の透過を阻止する多孔性の膜を管状に成形したものである。当該中空糸膜は、外周側に存在する被処理液から不純物の浸透を防止しつつ濾過水を内部に透過して濾過処理を行うためのものである。図1は、一実施形態に係る中空糸膜2を示す模式的断面図である。図2は、図1の中空糸膜2のR領域における模式的部分断面図である。本開示の一実施形態に係る中空糸膜2は、図1及び図2に示すように、円筒形状を有する多孔質の支持層2aと、上記支持層2aの外周面に積層される多孔質の濾過層2bと、上記支持層2aの内周面及び上記濾過層2bの外周面を被覆する親水性樹脂とを備える。つまり、当該中空糸膜2は、濾過層2bが支持層2aの外周面側を直接被覆している。当該中空糸膜2は、支持層2a及び濾過層2bの2層体と、この2層体の表面を被覆する親水性樹脂とを備える。そして、当該中空糸膜2の内周面は支持層2aの内周面を被覆する親水性樹脂によって構成され、当該中空糸膜2の外周面は濾過層2bの外周面を被覆する親水性樹脂によって構成されている。このように中空糸膜2の強度を担保する支持層2aと不純物の透過を阻止する濾過層2bとを有する多層構造とすることによって、透水性及び機械的強度を両立させ、さらに気泡による表面洗浄効果を効果的にすることができる。<Hollow fiber membrane>
A hollow fiber membrane is a porous membrane formed into a tubular shape that allows water to pass therethrough but blocks the permeation of particles contained in the water to be treated. The hollow fiber membrane prevents impurities from penetrating from the liquid to be treated existing on the outer peripheral side, and allows filtered water to permeate the inside of the membrane for filtration. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a
中空糸膜を構成する支持層2a及び濾過層2bの主成分はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。このように、中空糸膜2の支持層2a及び濾過層2bの主成分がPTFEであることによって、中空糸膜2は、耐薬品性、耐熱性、耐候性、及び不燃性等に優れる。また、当該中空糸膜が疎水性のPTFEを主成分とすることで、疎水性が抑制されて透水性が向上するという上記親水性樹脂による被覆の効果をより発揮できる。なお、中空糸膜2を構成する支持層2a及び濾過層2bは、PTFE以外に、他のポリマー、潤滑剤などの添加剤等が適宜配合されていてもよい。
The main component of the
支持層2a及び濾過層2bは厚さ方向に貫通する多数の空孔を有する。中空糸膜2は、PTFEシートを延伸により多孔質化したものであることが好ましい。このPTFEシートの延伸は、1軸延伸であってもよく、2軸延伸であってもよい。
The
支持層2a及び濾過層2bの主成分となるPTFEの数平均分子量の下限としては、50万が好ましく、200万がより好ましい。一方、上記PTFEの数平均分子量の上限としては、2000万が好ましい。PTFEの数平均分子量が上記下限に満たない場合、中空糸膜2の機械的強度が低下するおそれがある。逆に、PTFEの数平均分子量が上記上限を超える場合、中空糸膜2の空孔を形成することが困難になるおそれがある。
The lower limit of the number average molecular weight of PTFE, which is the main component of the
当該中空糸膜2のイソプロピルアルコールバブルポイントの下限としては、80kPaが好ましく、100kPaがより好ましい。一方、当該中空糸膜2のイソプロピルアルコールバブルポイントの上限としては、140kPaが好ましく、120kPaがより好ましい。当該中空糸膜2のイソプロピルアルコールバブルポイントが上記下限に満たない場合、不純物を十分に分離できないおそれがある。当該中空糸膜2のイソプロピルアルコールバブルポイントが上記上限を超える場合、当該中空糸膜2の透水量が不十分となり、当該中空糸膜2の濾過効率が低下するおそれがある。ここで、「イソプロピルアルコールバブルポイント」とは、イソプロピルアルコールを用い、ASTM-F316-86に準拠して測定される値であり、孔から液体を押し出すのに必要な最小の圧力を示し、孔径の平均に対応した指標である。
The lower limit of the isopropyl alcohol bubble point of the
当該中空糸膜2の平均外径の下限としては、1mmが好ましく、1.5mmがより好ましく、2mmがさらに好ましい。一方、当該中空糸膜2の平均外径の上限としては、6mmが好ましく、5mmがより好ましく、4mmがさらに好ましい。当該中空糸膜2の平均外径が上記下限に満たない場合、当該中空糸膜2の機械的強度が不十分となるおそれがある。逆に、当該中空糸膜2の平均外径が上記上限を超える場合、当該中空糸膜2の断面積に対する表面積の比が小さくなって濾過効率が低下するおそれがある。「平均外径」とは、任意の2点の外径の平均値をいう。
The lower limit of the average outer diameter of the
当該中空糸膜2の平均内径の下限としては、0.3mmが好ましく、0.5mmがより好ましく、0.9mmがさらに好ましい。一方、当該中空糸膜2の平均内径の上限としては、4mmが好ましく、3mmがより好ましい。当該中空糸膜2の平均内径が上記下限に満たない場合、当該中空糸膜2内の濾過済水を排出するときの圧力損失が大きくなるおそれがある。逆に、当該中空糸膜2の平均内径が上記上限を超える場合、当該中空糸膜2の厚さが小さくなって機械的強度及び不純物の透過阻止効果が不十分となるおそれがある。「平均内径」とは、任意の2点の内径の平均値をいう。
The lower limit of the average inner diameter of the
[支持層]
当該中空糸膜は、PTFEを主成分とする円筒形状の支持層2aが濾過層2bの内周面側に設けられており、支持層2aの平均孔径が上記範囲内であることで、引張強度が十分に大きく、かつたわみ性が十分に高い。当該中空糸膜2は、濾過層2bの内周面側に支持層2aが設けられているので、支持層2aが補強層として機能し、濾過処理運転時に濾過層2bが破断し難い。さらに、当該中空糸膜2は、濾過層2bの内周面側に支持層2aが設けられているので、支持層2aがクッション層として機能し、気泡の擦過時に濾過層2bが揺動しやすい。これにより、当該中空糸膜2は、濾過層2bの外周面に付着した不純物を容易に除去することができ、濾過性能を維持しやすい。[Support layer]
In the hollow fiber membrane, a
支持層2aの平均厚さの下限としては、0.3mmが好ましく、0.5mmがより好ましい。一方、支持層2aの平均厚さの上限としては、2.0mmが好ましく、1.8mmがより好ましい。支持層2aの平均厚さが上記下限に満たない場合、中空糸膜2ひいては当該中空糸膜2の強度が不十分となるおそれがある。逆に、支持層2aの平均厚さが上記上限を超える場合、当該中空糸膜2の内腔径が小さくなって濾過済水を排出するときの圧力損失が大きくなるおそれがある。「平均厚さ」とは、任意の10点の厚さの平均値をいう。
As a minimum of the average thickness of the
支持層2aの空孔の平均径の下限としては、1μmが好ましく、1.5μmがより好ましい。一方、支持層2aの空孔の平均径の上限としては、3μmが好ましく、2.5μmがより好ましい。支持層2aの空孔の平均径が上記下限に満たない場合、当該中空糸膜2の透水性が不十分となるおそれがある。逆に、支持層2aの空孔の平均径が上記上限を超える場合、不純物の透過を十分に阻止できないおそれがある。なお、空孔の平均径とは、中空糸膜2の外周面(濾過層表面)の空孔の平均径を意味し、細孔径分布測定装置(例えばPorous Materials社の「多孔質材料自動細孔径分布測定システム」)により測定することができる。
The lower limit of the average diameter of pores in the
支持層2aの気孔率の下限としては、55体積%が好ましく、60体積%がより好ましい。一方、支持層2aの気孔率の上限としては、90体積%が好ましく、85体積%がより好ましい。上記気孔率が上記下限に満たないと、支持層2aの可撓性が不十分となり、ひいては当該中空糸膜2の可撓性が不十分となるおそれがある。逆に、上記気孔率が上記上限を超えると、支持層2aによる濾過層2bの引張強度の補強機能が不十分となるおそれがある。ここで、「気孔率」とは、体積に対する空孔の総体積の割合をいい、ASTM-D-792に準拠し、密度を測定することで求めることができる。
The lower limit of the porosity of the
[濾過層]
濾過層2bの平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、12μmがより好ましい。一方、濾過層2bの平均厚さの上限としては、100μmが好ましく、80μmがより好ましい。濾過層2bの平均厚さが上記下限に満たない場合、不純物の透過を十分に阻止できないおそれがある。逆に、濾過層2bの平均厚さが上記上限を超える場合、当該中空糸膜2の透水性が不十分となるおそれがある。[Filtration layer]
As a minimum of average thickness of
濾過層2bの空孔の平均径の下限としては、0.01μmが好ましく、0.05μmがより好ましい。一方、濾過層2bの空孔の平均径の上限としては、0.45μmが好ましく、0.3μmがより好ましい。濾過層2bの空孔の平均径が上記下限に満たない場合、当該中空糸膜2の透水性が不十分となるおそれがある。逆に、濾過層2bの空孔の平均径が上記上限を超える場合、不純物の透過を十分に阻止できないおそれがある。
The lower limit of the average diameter of pores in the
濾過層2bの気孔率の下限としては、45体積%が好ましく、55体積%がより好ましい。一方、濾過層2bの気孔率の上限としては、80体積%が好ましく、70体積%がより好ましい。上記気孔率が上記下限に満たないと、当該中空糸膜の濾過効率が不十分となるおそれがある。逆に、上記気孔率が上記上限を超えると、濾過層2bが破断しやすくなるおそれがある。
As a lower limit of the porosity of the
[親水性樹脂]
当該中空糸膜2の外周面及び内周面には親水性樹脂5が被覆されている。[Hydrophilic resin]
The outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the
上記親水性樹脂層5の主成分は、ポリビニルアルコールである。当該中空糸膜2の表面にポリビニルアルコールを主成分とする親水性樹脂5が被覆されていることで、PTFEを主成分とする当該中空糸膜2の撥水性を抑制して親水性を付与することで、透水性を向上できる。また、親水性樹脂は、ポリビニルアルコールの架橋構造を有する。ポリビニルアルコールは水に溶け易い樹脂の1つであるが水に溶けなくするには直鎖状のポリビニルアルコールを三次元的に架橋した綱状構造に変えることで達成できる。
The main component of the
上記ポリビニルアルコールの平均分子量の下限としては、15000が好ましく、20000がより好ましい。一方、上記ポリビニルアルコールの平均分子量の上限としては、100,000が好ましく、50,000がより好ましい。上記ポリビニルアルコールの平均分子量が上記下限に満たない場合、親水性樹脂が剥離し易くなるおそれがある。逆に、親水性樹脂の主成分とされるポリビニルアルコールの平均分子量が上記上限を超える場合、親水性樹脂の形成が容易でなくなることで当該中空糸膜2の製造コストが上昇するおそれがある。なお、「平均分子量」とは、JIS-K7252-1(2008)「プラスチック-サイズ排除クロマトグラフィーによる高分子の平均分子量及び分子量分布の求め方-第1部:通則」に準拠して、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定される重量平均分子量を指す。
As a minimum of the average molecular weight of the said polyvinyl alcohol, 15000 is preferable and 20000 is more preferable. On the other hand, the upper limit of the average molecular weight of the polyvinyl alcohol is preferably 100,000, more preferably 50,000. If the average molecular weight of the polyvinyl alcohol is less than the lower limit, the hydrophilic resin may easily peel off. Conversely, if the average molecular weight of polyvinyl alcohol, which is the main component of the hydrophilic resin, exceeds the above upper limit, the production cost of the
当該中空糸膜2の長手方向における単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量の下限としては、0.31mg/cmであり、0.35mg/cmが好ましい。一方、当該中空糸膜2における上記親水性樹脂の被覆量の上限としては、0.44mg/cmであり、0.40mg/cmが好ましい。当該中空糸膜2の長手方向における単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が上記下限に満たない場合、中空糸膜2を連続的に被覆することができず、当該中空糸膜2の透水性を十分に向上できないおそれがある。一方、当該中空糸膜2の長手方向における単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が上記上限を超える場合、中空糸膜2が膨潤しやすくなり、濾過処理中に張力がかかることで、中空糸膜2は長手方向に過剰に伸びて座屈が起こり、流路がつぶれることにより膜間差圧が上昇して濾過性能が低下するおそれがある。また、中空糸膜2の支持層2a及び濾過層2bの孔を塞ぐことにより透水性が不十分となるおそれがある。
The lower limit of the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the
[中空糸膜の製造方法]
(支持層の形成)
支持層2aとしては、例えばPTFEを押出成形して得られる円筒形状のチューブを用いることができる。ポリテトラフルオロエチレン粉末を圧縮成形により円筒形状を有する1次成形体に成形する。次に、上記1次成形体を押出成形により円筒体に成形する。この押出成形は、PTFEの融点より低い温度で行われ、一般的には常温で行われる。上記円筒体を加熱しつつ長手方向に延伸する。このように支持層2aとして押出成形チューブを用いることで、支持層2aに機械的強度を持たせることができると共に、空孔も容易に形成することができる。[Method for producing hollow fiber membrane]
(Formation of support layer)
As the
(濾過層の形成)
濾過層2bは、例えばPTFE製の帯状体をその両縁部が重なり合うよう支持層2aに螺旋状に巻き付けて形成される。支持層2aに巻き付ける帯状体としては、PTFEシートを延伸して裂孔を形成することにより多孔質化したものを用いることが好ましい。濾過層の形成工程は、例えば支持層である円筒体の外周に多孔質の帯状体をその両縁部が重なり合うよう螺旋状に巻き付ける工程と、加熱により上記円筒体と帯状体とを接着する工程とを備えることができる。上記接着工程では、支持層2aの外周面に濾過層2bを形成する帯状体を巻き付けたものをPTFEの融点以上の温度に加熱することによって、帯状体の重複している側縁同士を接着して連続する濾過層2bを形成すると共に、この濾過層2bを支持層2aと一体化させる。(Formation of filtration layer)
The
(親水性樹脂による被覆)
親水性樹脂による被覆(親水化処理ともいう。)は、例えば支持層2aと濾過層2bとの積層体に溶媒を含浸させる工程と、溶媒を含浸した上記積層体に親水性樹脂の主成分であるポリビニルアルコールの水溶液を導入する工程と、ポリビニルアルコールを架橋させる工程と、乾燥工程とにより行うことができる。(Coating with hydrophilic resin)
Coating with a hydrophilic resin (also referred to as hydrophilization treatment) includes, for example, a step of impregnating a laminate of the
上記含浸工程では、支持層2aと濾過層2bとの積層体に、水に相溶性のある溶媒を含浸させる。含浸工程により、PTFEなどの疎水性が高いフッ素樹脂の表面に、親水性樹脂を被覆することができる。上記含浸工程で用いる溶媒としては、ポリテトラフルオロエチレンの濡れ性が高く、水との親和性が高いものであればよく、例えばイソプロピルアルコール等を用いることができる。
In the impregnation step, the laminate of the
上記導入工程では、例えばポリビニルアルコールの水溶液に上記積層体を浸漬することで、上記積層体の空孔内にポリビニルアルコールの水溶液を導入する。ここで、上記積層体の空孔内にポリビニルアルコールの水溶液との相溶性が高い溶媒が充填されていることにより、ポリビニルアルコールの水溶液の表面張力が緩和され、比較的容易にポリビニルアルコールの水溶液を上記積層体の空孔内に導入することができる。 In the introduction step, the aqueous solution of polyvinyl alcohol is introduced into the pores of the laminate by, for example, immersing the laminate in the aqueous solution of polyvinyl alcohol. Here, since the pores of the laminate are filled with a solvent that is highly compatible with the aqueous solution of polyvinyl alcohol, the surface tension of the aqueous solution of polyvinyl alcohol is relaxed, and the aqueous solution of polyvinyl alcohol can be removed relatively easily. It can be introduced into the pores of the laminate.
ポリビニルアルコールの水溶液に上記積層体を浸漬する時間の下限としては、例えばポリビニルアルコールの種類、水溶液の濃度、温度等の条件によもよるが、5分が好ましく、30分がより好ましい。一方、ポリビニルアルコールの水溶液に上記積層体を浸漬する時間の上限としては、6時間が好ましく、9時間がより好ましい。ポリビニルアルコールの水溶液に上記積層体を浸漬する時間が上記下限に満たない場合、上記積層体の空孔内にポリビニルアルコールを十分に導入できないおそれがある。逆に、ポリビニルアルコールの水溶液に上記積層体を浸漬する時間が上記上限を超える場合、樹脂の付きすぎによりイソプロピルアルコールバブルポイントが上昇するおそれがある。 The lower limit of the time for immersing the laminate in the polyvinyl alcohol aqueous solution is preferably 5 minutes, more preferably 30 minutes, although it depends on conditions such as the type of polyvinyl alcohol, the concentration of the aqueous solution, and the temperature. On the other hand, the upper limit of the time for immersing the laminate in the polyvinyl alcohol aqueous solution is preferably 6 hours, more preferably 9 hours. If the time for which the laminate is immersed in the polyvinyl alcohol aqueous solution is less than the above lower limit, there is a possibility that the polyvinyl alcohol cannot be sufficiently introduced into the pores of the laminate. Conversely, if the time for which the laminate is immersed in the aqueous solution of polyvinyl alcohol exceeds the upper limit, the isopropyl alcohol bubble point may increase due to excessive adhesion of the resin.
上記水溶液中のポリビニルアルコールの含有割合(固形分含有割合)の下限としては、0.5質量%が好ましく、0.7質量%がより好ましい。一方、上記水溶液中のポリビニルアルコールの含有割合の上限としては、1.0質量%が好ましく、0.8質量%がより好ましい。上記水溶液中のポリビニルアルコールの含有割合が上記下限に満たない場合、上記積層体の表面を連続して被覆する親水性樹脂を形成できないおそれがある。逆に、上記水溶液中のポリビニルアルコールの含有割合が上記上限を超える場合、水溶液を上記積層体の空孔内に含浸できないおそれや、上記積層体の空孔を閉塞させるおそれがある。 As a minimum of the content rate (solid content rate) of polyvinyl alcohol in the said aqueous solution, 0.5 mass % is preferable and 0.7 mass % is more preferable. On the other hand, the upper limit of the content of polyvinyl alcohol in the aqueous solution is preferably 1.0% by mass, more preferably 0.8% by mass. If the content of polyvinyl alcohol in the aqueous solution is less than the lower limit, it may not be possible to form a hydrophilic resin that continuously coats the surface of the laminate. Conversely, if the content of polyvinyl alcohol in the aqueous solution exceeds the upper limit, the aqueous solution may not be impregnated into the pores of the laminate, or the pores of the laminate may be clogged.
架橋工程では、上記導入工程後にアセタール化等の化学反応によってポリビニルアルコールを架橋させて網目構造を形成する。これにより親水性樹脂を水に不溶化させることができる。ポリビニルアルコールの結晶領域は、水酸基を有するのでグルタルアルデヒド等の架橋剤を用いて化学的架橋を行うことができる。上記架橋剤は、溶媒に架橋剤を溶解させて架橋液として用いる。架橋工程では、例えば上記導入工程後の上記積層体を架橋液に浸漬することで、上記積層体の表面にポリビニルアルコールを架橋させる。架橋工程は、酸触媒下で行うことが好ましい。 In the cross-linking step, a network structure is formed by cross-linking the polyvinyl alcohol by a chemical reaction such as acetalization after the introduction step. Thereby, the hydrophilic resin can be made insoluble in water. Since the crystalline region of polyvinyl alcohol has hydroxyl groups, chemical cross-linking can be performed using a cross-linking agent such as glutaraldehyde. The above-mentioned cross-linking agent is used as a cross-linking liquid by dissolving the cross-linking agent in a solvent. In the cross-linking step, for example, the laminate after the introduction step is immersed in a cross-linking liquid to cross-link the polyvinyl alcohol on the surface of the laminate. The cross-linking step is preferably carried out under acid catalysis.
上記架橋剤としては、特に制限されず、例えばホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、テレフタルアルデヒド等のアルデヒド系化合物;ジアセチル、クロルペンタンジオン等のケトン化合物;ビス(2-クロロエチル尿素)-2-ヒドロキシ-4,6-ジクロロ-1,3,5-トリアジン等の反応性のハロゲンを有する化合物;ジビニルスルホン等の反応性のオレフィンを有する化合物;N-メチロール化合物;イソシアナート類;アジリジン化合物類;カルボジイミド系化合物類;エポキシ化合物;ムコクロル酸等のハロゲンカルボキシアルデヒド類;ジヒドロキシジオキサン等のジオキサン誘導体;クロム明ばん、硫酸ジルコニウム、ほう酸、ほう酸塩、リン酸塩等の無機架橋剤;1,1-ビス(ジアゾアセチル)-2-フェニルエタン等のジアゾ化合物;二官能性マレイン酸イミドなどが挙げられる。これら架橋剤のうち、常温で反応性が高く、生成した架橋構造の耐薬品性が良好であることからグルタルアルデヒドやテレフタルアルデヒド等のアルデヒド系化合物が好ましい。これらの架橋剤は、1種を単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。 The cross-linking agent is not particularly limited, and examples include aldehyde compounds such as formaldehyde, glutaraldehyde and terephthalaldehyde; ketone compounds such as diacetyl and chloropentanedione; bis(2-chloroethylurea)-2-hydroxy-4,6 -Compounds having reactive halogens such as dichloro-1,3,5-triazine; compounds having reactive olefins such as divinylsulfone; N-methylol compounds; isocyanates; aziridine compounds; Epoxy compounds; halogen carboxaldehydes such as mucochloric acid; dioxane derivatives such as dihydroxydioxane; inorganic cross-linking agents such as chromium alum, zirconium sulfate, boric acid, borates, and phosphates; diazo compounds such as 2-phenylethane; and bifunctional maleic acid imides. Among these cross-linking agents, aldehyde compounds such as glutaraldehyde and terephthalaldehyde are preferred because they are highly reactive at room temperature and the resulting crosslinked structure has good chemical resistance. These cross-linking agents can be used singly or in combination of two or more.
上記架橋液中の架橋剤の含有割合(固形分含有割合)の下限としては、2.0質量%が好ましい。一方、上記架橋液中の架橋剤の含有割合の上限としては、4.0質量%が好ましい。上記架橋液中の架橋剤の含有割合が上記下限に満たない場合、上記積層体の表面を連続して被覆する親水性樹脂を形成できないおそれがある。逆に、上記架橋液中のグルタルアルデヒドの含有割合が上記上限を超える場合、被覆量が過剰となり中空糸膜2の支持層2a及び濾過層2bの孔を塞ぎ、透水性が不十分となるおそれがある。
As a minimum of the content rate (solid content rate) of the crosslinking agent in the said crosslinking liquid, 2.0 mass % is preferable. On the other hand, the upper limit of the content of the cross-linking agent in the cross-linking liquid is preferably 4.0% by mass. If the content of the cross-linking agent in the cross-linking liquid is less than the above lower limit, it may not be possible to form a hydrophilic resin that continuously coats the surface of the laminate. Conversely, if the content of glutaraldehyde in the cross-linking solution exceeds the upper limit, the amount of coating may be excessive and may clog the pores of the
乾燥工程では、上記架橋工程後に上記積層体を例えば純水で水洗した後、常温~80℃で乾燥させ、中空糸膜を製造する。 In the drying step, after the cross-linking step, the laminate is washed with pure water, for example, and then dried at room temperature to 80° C. to produce a hollow fiber membrane.
当該中空糸膜によれば、ポリビニルアルコールによる親水化処理が行われた中空糸膜の親水性樹脂の被覆量を0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下とすることで、濾過処理時の長手方向の伸び率を適切な範囲に制御できる。その結果、中空糸膜の座屈の発生を抑制し、濾過性能を向上できる。 According to the hollow fiber membrane, the hydrophilic resin coating amount of the hollow fiber membrane that has been hydrophilized with polyvinyl alcohol is 0.31 mg / cm or more and 0.44 mg / cm or less, so that during the filtration process The longitudinal elongation rate can be controlled within an appropriate range. As a result, it is possible to suppress the occurrence of buckling of the hollow fiber membrane and improve filtration performance.
<濾過モジュール>
当該濾過モジュールは、複数本の中空糸膜と、上記複数本の中空糸膜の両端部を保持する一対の保持部材とを備える。本開示の一実施形態に係る濾過モジュール10は、図3に示すように、一方向に平行又は略平行に保持される複数本の中空糸膜2、すなわち上述の当該中空糸膜2と、この複数本の中空糸膜2の両端部をそれぞれ固定する一対の保持部材(上部保持部材3及び下部保持部材4)とを備える。<Filtration module>
The filtration module includes a plurality of hollow fiber membranes and a pair of holding members that hold both end portions of the plurality of hollow fiber membranes. A
[上側保持部材]
上部保持部材3は、複数本の中空糸膜2の上端部を保持する部材である。上部保持部材3は、複数本の中空糸膜2の内腔と連通し、濾過済水を収集する排出部(集水ヘッダ)を有する。この排出部には排出管が接続され、複数本の中空糸膜2の内部に浸透した濾過済水を排出する。上部保持部材3の形状としては特に限定されないが、例えば成形及び複数本の中空糸膜2の固定が容易な方形状が好適に採用される。[Upper holding member]
The
[下側保持部材]
下部保持部材4は、複数本の中空糸膜2の下端部を保持する。下部保持部材4は、上記上部保持部材3と同様に内部空間を形成してもよく、当該中空糸膜2の開口を閉塞するような方法で当該中空糸膜2の下端を保持してもよい。下部保持部材4は、当該中空糸膜2を折り返す部材であってもよい。つまり、当該濾過モジュール10において、隣接する当該中空糸膜2は下端が接続されていてもよい。上記下部保持部材4の形状及び材質等は、上部保持部材3と同様とすることができる。[Lower holding member]
The
また、下部保持部材4は、1本の中空糸膜2をU字状に湾曲させて折り返す構成としてもよい。この場合、上部保持部材3は、中空糸膜2の両端を保持する。
Further, the
また、当該濾過モジュール10の取り扱い(運搬、設置、交換等)を容易にするために、上部保持部材3と下部保持部材4とは連結部材で連結してもよい。この連結部材としては、例えば金属製の支持棒や、樹脂製のケーシング(外筒)等を用いることができる。
In order to facilitate handling (transportation, installation, replacement, etc.) of the
上記中空糸膜2は、円筒形状を有する多孔質の支持層2aと、上記支持層2aの外周面に積層される多孔質の濾過層2bと、上記支持層2aの内周面及び上記濾過層2bの外周面を被覆する親水性樹脂とを有する。上記支持層2a及び上記濾過層2bがポリテトラフルオロエチレンを主成分とする。上記親水性樹脂は、ポリビニルアルコールの架橋構造を有し、長手方向における単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である。上記中空糸膜2が含有する各要素についての詳細は上述したとおりである。
The
当該濾過モジュール10において、当該中空糸膜2の中心軸に沿う平均有効長さの下限としては、1mが好ましく、2mがより好ましい。一方、当該中空糸膜2の平均有効長さの上限としては、8mが好ましく、7mがより好ましい。当該中空糸膜2の平均有効長さが上記下限に満たない場合、当該濾過モジュール10の体積効率が小さくなるおそれがある。逆に、当該中空糸膜2の平均有効長さが上記上限を超える場合、当該中空糸膜2の自重によって当該中空糸膜2のたわみが大きくなり過ぎるおそれや、濾過モジュール10の設置時等における取り扱い性が低下するおそれがある。ここで、中空糸膜2の「平均有効長さ」とは、上記一対の保持部材の間に露出する部分の平均長さを意味する。より詳細には、上記「平均有効長さ」は、上部保持部材3に固定された上端部から下部保持部材4に固定された下端部までの平均距離を意味し、1本の中空糸膜2をU字状に湾曲させ、この湾曲部を下端部として下部保持部材4で固定した場合においても、上記一対の保持部材の間に露出する部分の平均長さを意味する。
In the
当該濾過モジュールによれば、表面に親水性樹脂が被覆された複数本の中空糸膜を備え、上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下であることで、濾過処理時の長手方向の伸び率を適切な範囲に制御できる。その結果、中空糸膜の座屈の発生を抑制し、濾過性能を向上できる。当該濾過モジュールは、固液分離処理装置として種々の分野で好適に用いることができる。 According to the filtration module, a plurality of hollow fiber membranes whose surfaces are coated with a hydrophilic resin are provided, and the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is 0.31 mg/cm. When it is 0.44 mg/cm or less, the elongation rate in the longitudinal direction during filtration can be controlled within an appropriate range. As a result, it is possible to suppress the occurrence of buckling of the hollow fiber membrane and improve filtration performance. The filtration module can be suitably used in various fields as a solid-liquid separation apparatus.
<排水処理装置>
当該排水処理装置は、例えば工業廃水、畜産汚水、下水等の被処理水中の有機物を好気性の微生物である活性汚泥を用いて分解し、濾過モジュールを用いて不純物を分離して排出する。つまり、当該排水処理装置は、膜分離活性汚泥法により排水を処理する装置である。図4に示す本開示の一実施形態の排水処理装置20は、水槽11と、この水槽11内に収容される複数の当該濾過モジュール10及びこの濾過モジュール10の下方から気泡を供給する気泡供給器12を備える。また、当該排水処理装置20は、各濾過モジュール10の排出部に接続される排出管13を介して中空糸膜2によって濾過された濾過済水を吸引する吸引ポンプ14を備える。上記濾過モジュール10の上部保持部材3は、当該中空糸膜2によって濾過された濾過済水を排出する排出部を有し、この排出部に接続される排出管13には吸引ポンプ14が接続される。吸引ポンプ14により、排出管13から濾過済水が排出される。<Wastewater treatment equipment>
The wastewater treatment apparatus decomposes organic matter in water to be treated, such as industrial wastewater, livestock wastewater, and sewage, using activated sludge, which is an aerobic microorganism, and separates and discharges impurities using a filtration module. That is, the wastewater treatment equipment is equipment for treating wastewater by the membrane separation activated sludge method. A
[水槽]
水槽11は、被処理水を貯留し、上記複数の濾過モジュール10を収容する。水槽11の材質としては、例えば樹脂、金属、コンクリート等を用いることができる。排水処理装置20において、複数の濾過モジュール10は、間隔を空けて並べて配置される。[Water tank]
The
上記水槽11内に収容される濾過モジュール10は、複数本の当該中空糸膜2とこの複数本の中空糸2膜の両端部を上下方向に保持する一対の保持部材である上部保持部材3及び下部保持部材4を有する。
The
本開示の一実施形態の排水処理装置20においては、水槽11内に収容される複数の当該濾過モジュール10の上部保持部材3及び下部保持部材4が、数本の中空糸膜2の両端部を上下方向に保持するように配置されている。上記複数本の中空糸膜が上下方向に保持されていることで、下方から気泡Bを供給する気体供給器12と組み合わせた場合、気泡Bが上下方向に保持された中空糸膜2の表面に沿って上昇するため、より効果的に当該排水処理装置20の表面洗浄効率を向上させることができる。
濾過モジュール10が含有する各要素についての詳細は上述したとおりである。In the
Details of the elements contained in
上記中空糸膜2は、円筒形状を有する多孔質の支持層2aと、上記支持層2aの外周面に積層される多孔質の濾過層2bと、上記支持層2aの内周面及び上記濾過層2bの外周面を被覆する親水性樹脂とを有する。上記支持層2a及び上記濾過層2bがポリテトラフルオロエチレンを主成分とする。上記親水性樹脂は、ポリビニルアルコールの架橋構造を有し、長手方向における単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である。上記中空糸膜2が含有する各要素についての詳細は上述したとおりである。
The
<気泡供給器>
気泡供給器12は、上記濾過モジュール10の下方から、中空糸膜2の表面を洗浄する気泡Bを供給する。この気泡Bは、中空糸膜2の表面を擦過しながら上昇することで中空糸膜2に付着している活性汚泥等を除去又は表面への活性汚泥等の付着を抑制する。また、気泡Bにより中空糸膜2が揺動することで、中空糸膜2の表面の洗浄が促進されるとともに中空糸膜2の閉塞が抑制される。<Air bubble supplier>
The
気泡供給器12は上記濾過モジュール10と共に被処理水を貯留した水槽11に浸漬されており、圧縮機等から給気管(図示せず)を通して供給される気体を連続又は間欠的に吐出することで気泡Bを供給する。
The
このような気泡供給器12としては特に限定されず、公知の散気装置を用いることができる。散気装置としては、例えば樹脂又はセラミックス製の板又は管に多数の空孔を形成した多孔板又は多孔管を用いた散気装置、ディフューザーやスパージャーなどから気体を噴射する噴射流式散気装置、間欠的に気泡を噴射する間欠気泡噴射式散気装置、水流に気泡を混合して噴射するバブリングジェットノズル等を挙げることができる。
Such a
なお、気泡供給器12から供給する気泡を形成する気体としては一般的な不活性ガスであれば特に限定されないが、ランニングコストの観点から空気を用いることが好ましい。
The gas that forms bubbles supplied from the
また、当該排水処理装置20は、図示しないが、活性汚泥に空気(酸素)を供給するための曝気装置、過剰な活性汚泥を排出する汚泥引き抜き装置、水槽11中の構成要素を支持するためのフレーム、制御装置等を有してもよい。
In addition, although not shown, the waste
当該排水処理装置によれば、表面に親水性樹脂が被覆された複数本の中空糸膜を有する濾過モジュールを備え、上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下であることで、濾過処理時の長手方向の伸び率を適切な範囲に制御できる。その結果、中空糸膜の座屈の発生を抑制し、濾過性能を向上できる。 According to the wastewater treatment apparatus, a filtration module having a plurality of hollow fiber membranes coated with a hydrophilic resin on the surface is provided, and the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is When it is 0.31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less, the longitudinal elongation rate during filtration can be controlled within an appropriate range. As a result, it is possible to suppress the occurrence of buckling of the hollow fiber membrane and improve filtration performance.
[その他の実施形態]
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。[Other embodiments]
It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is not limited to the configuration of the above-described embodiment, but is indicated by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims. be.
当該濾過モジュールにおいて、上部保持部材が中空糸膜を封止し、下部保持部材が排出部を有してもよい。 In the filtration module, the upper holding member may seal the hollow fiber membranes, and the lower holding member may have the discharge section.
当該濾過モジュールは、内周面側の負圧により被処理水を内周面側に透過する浸漬式のものに限られず、例えば中空糸膜の外周面側を高圧にして被処理水を中空糸膜の内周面側に透過する外圧式、中空糸膜の内周面側を高圧にして被処理水を中空糸膜の外周面側に透過する内圧式等、任意の形式のものとすることができる。 The filtration module is not limited to the immersion type in which the water to be treated is permeated to the inner peripheral side by the negative pressure on the inner peripheral side. It can be of any type, such as an external pressure type that permeates the inner peripheral surface of the membrane, or an internal pressure type that presses the inner peripheral surface of the hollow fiber membrane and permeates the water to be treated to the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane. can be done.
当該濾過モジュールは、活性汚泥を含む水以外の被処理水を濾過するために使用されてもよい。 The filtration module may be used to filter water to be treated other than water containing activated sludge.
当該排水処理装置は、当該濾過モジュールが配設される濾過処理用の水槽以外に、被処理水中の浮遊物質を沈殿させるための水槽、活性汚泥により有機物の分解を行うための水槽等をさらに備えていてもよい。 The wastewater treatment apparatus further includes a water tank for sedimenting suspended matter in the water to be treated, a water tank for decomposing organic matter with activated sludge, etc., in addition to the water tank for filtration treatment in which the filtration module is arranged. may be
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limitedly interpreted based on the description of these examples.
<試験No.1~No.5>
(中空糸膜)
ポリテトラフルオロエチレンから形成され、平均厚さ600μm、平均孔径2μm、気孔率80%の支持層と、ポリテトラフルオロエチレンから形成され、平均厚さ15μm、平均孔径0.1μm、気孔率60%の濾過層とを有する平均外径2.3mmの筒状の積層体の表面に親水化処理を行った。親水化処理は、始めに支持層と濾過層との積層体をイソプロピルアルコールに1時間以上浸漬した。次に、濃度が0.75質量%のイソプロピルアルコールの水溶液に上記膜を入れてすぐに出す動作を2回繰り返してイソプロピルアルコールを洗浄した。次に、表1に示す濃度のポリビニルアルコールの水溶液に2時間半以上6時間浸漬してポリビニルアルコールの水溶液を導入した。その後、膜表面の余分な液きりを行った。そして、濃度が2.5質量%のグルタルアルデヒド架橋液に6時間以上浸漬することで、ポリビニルアルコールを架橋させた。次に、純水で余分な架橋物を洗浄し、試験No.1~No.5の中空糸膜を作製した。<Test No. 1 to No. 5>
(Hollow fiber membrane)
A supporting layer made of polytetrafluoroethylene, having an average thickness of 600 μm, an average pore diameter of 2 μm, and a porosity of 80%; Hydrophilization treatment was performed on the surface of a cylindrical laminate having an average outer diameter of 2.3 mm and having a filter layer. Hydrophilization treatment first immersed the laminate of the support layer and the filtration layer in isopropyl alcohol for 1 hour or longer. Next, the operation of putting the film into an aqueous solution of isopropyl alcohol having a concentration of 0.75% by mass and immediately taking it out was repeated twice to wash the isopropyl alcohol. Next, the substrate was immersed in an aqueous solution of polyvinyl alcohol having a concentration shown in Table 1 for 2.5 hours or more for 6 hours, and the aqueous solution of polyvinyl alcohol was introduced. After that, excess liquid was removed from the surface of the membrane. Then, the polyvinyl alcohol was crosslinked by being immersed in a glutaraldehyde crosslinking solution having a concentration of 2.5% by mass for 6 hours or more. Next, the excess cross-linked product was washed with pure water, and the test No. 1 to No. No. 5 hollow fiber membrane was produced.
(濾過モジュール)
No.1~No.5の中空糸膜を用いて、平均有効長さ200cmの中空糸膜を512本備える濾過モジュールを作成した。平均有効長さは、No.1~No.5の中空糸膜それぞれ10本について、濾過モジュールの一対の保持部材の間に露出する部分の平均長さを測定した。(filtration module)
No. 1 to No. A filtration module having 512 hollow fiber membranes with an average effective length of 200 cm was prepared using the hollow fiber membranes of No. 5. The average effective length is No. 1 to No. For each of 10 hollow fiber membranes of No. 5, the average length of the portion exposed between the pair of holding members of the filtration module was measured.
[評価]
(親水性樹脂の被覆量)
No.1~No.5の中空糸膜について、以下の手順で長手方向単位長さ当たりの親水性樹脂の被覆量(mg/cm)を測定した。
精密電子天秤で被覆前後の中空糸膜重量を測定し、被覆後の中空糸膜重量から被覆前の中空糸膜重量を差し引き、被覆量を計算した。[evaluation]
(Coating amount of hydrophilic resin)
No. 1 to No. With respect to the hollow fiber membrane No. 5, the coating amount (mg/cm) of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction was measured by the following procedure.
The weight of the hollow fiber membrane before and after coating was measured with a precision electronic balance, and the amount of coating was calculated by subtracting the weight of the hollow fiber membrane before coating from the weight of the hollow fiber membrane after coating.
(長手方向の伸び率)
No.1~No.5の中空糸膜を備える濾過モジュールを用いて、以下の手順でNo.1~No.5の中空糸膜の長手方向単位長さあたりの伸び率(%)を測定した。
濾過運転後の中空糸膜をモジュールから切り出し、長さを実測することで運転前の乾燥状態からの伸び率を計算した。長手方向の伸び率は、No.1~No.5の中空糸膜それぞれの親水化処理後、乾燥状態における平均有効長さを100とした場合における伸び率(%)を示す。(longitudinal elongation)
No. 1 to No. Using a filtration module equipped with No. 5 hollow fiber membranes, no. 1 to No. The elongation rate (%) per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane No. 5 was measured.
After the filtration operation, the hollow fiber membrane was cut out from the module, and the length was actually measured to calculate the elongation rate from the dry state before the operation. The elongation in the longitudinal direction is No. 1 to No. 5 shows the elongation rate (%) when the average effective length in the dry state is 100 after hydrophilization treatment for each of the hollow fiber membranes of No. 5.
(座屈の評価)
No.1~No.5の中空糸膜を用いて、以下の手順で座屈の評価を行った。
座屈の発生を、それぞれ目視により確認した。座屈の発生についてはA~Cの三段階で評価した。上記座屈の発生の評価基準は以下の通りとした。座屈の発生の評価がAの場合、良好である。評価結果を表1に示す。
A:座屈が全くない。
B:中空糸膜が垂直位置から25°以上30°未満の範囲で曲がっていることを目視で確認できる。
C:中空糸膜が垂直位置から30°以上曲がっていることを目視で確認できる。(Buckling evaluation)
No. 1 to No. Using the hollow fiber membrane No. 5, buckling was evaluated by the following procedure.
The occurrence of buckling was visually confirmed. The occurrence of buckling was evaluated in three grades from A to C. The evaluation criteria for the occurrence of buckling were as follows. If the evaluation of occurrence of buckling is A, it is good. Table 1 shows the evaluation results.
A: No buckling at all.
B: It can be visually confirmed that the hollow fiber membrane is bent in the range of 25° or more and less than 30° from the vertical position.
C: It can be visually confirmed that the hollow fiber membrane is bent by 30° or more from the vertical position.
(中空糸膜の透水量)
No.1~No.5の中空糸膜の透水量を測定した。透水量は、内圧100kPaの圧力下における中空糸膜の純水の流量(mL/分/cm2)を測定した。(Water permeability of hollow fiber membrane)
No. 1 to No. The water permeability of the hollow fiber membrane No. 5 was measured. The water permeation amount was measured by measuring the pure water flow rate (mL/min/cm 2 ) of the hollow fiber membrane under an internal pressure of 100 kPa.
(イソプロピルアルコールバブルポイント)
No.1~No.5の中空糸膜のイソプロピルアルコールバブルポイント(kPa)を、イソプロピルアルコールを用いASTM-F316-86に準拠して測定した。(Isopropyl alcohol bubble point)
No. 1 to No. The isopropyl alcohol bubble point (kPa) of the hollow fiber membrane No. 5 was measured using isopropyl alcohol according to ASTM-F316-86.
表1に示すように、長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下であるNo.3~No.4の中空糸膜は、長手方向の伸び率が2.0%以下となり、座屈が生じることなく、透水量も良好であった。
一方、長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm未満であるNo.1~No.2の中空糸膜は、長手方向の伸び率は小さく抑えられていたが、座屈が生じた。さらに、親水性樹脂の被覆量が0.15mg/cmであるNo.1の中空糸膜は、表面に十分な親水化処理がされていなかったため、透水量が小さかった。
また、長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.44mg/cm超であるNo.5の中空糸膜は、長手方向の伸び率が大きく、座屈が生じるとともに、イソプロピルアルコールバブルポイントが非常に大きいことから、透水量が小さかった。As shown in Table 1, no. 3 to No. The hollow fiber membrane No. 4 had a longitudinal elongation of 2.0% or less, did not undergo buckling, and had a good water permeability.
On the other hand, no. 1 to No. In the hollow fiber membrane of No. 2, the elongation in the longitudinal direction was kept small, but buckling occurred. Furthermore, No. 1, which has a hydrophilic resin coating amount of 0.15 mg/cm. The hollow fiber membrane of No. 1 had a small water permeability because the surface thereof was not sufficiently hydrophilized.
In addition, No. 3, which has a coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of more than 0.44 mg/cm. The hollow fiber membrane of No. 5 had a large elongation in the longitudinal direction, buckling occurred, and the isopropyl alcohol bubble point was very large, so that the water permeability was small.
以上のように、当該中空糸膜を有する濾過モジュールを備える排水処理装置は、ポリビニルアルコールによる親水化処理が行われていても、中空糸膜に対する親水性樹脂の被覆量を0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下とすることで、濾過処理時の長手方向の伸び率を適切な範囲に制御でき、濾過性能を向上できることが確認された。 As described above, in the wastewater treatment device including the filtration module having the hollow fiber membrane, even if the hydrophilization treatment with polyvinyl alcohol is performed, the coating amount of the hydrophilic resin on the hollow fiber membrane is 0.31 mg / cm or more. It was confirmed that by setting the content to 0.44 mg/cm or less, the elongation rate in the longitudinal direction during the filtration process can be controlled within an appropriate range, and the filtration performance can be improved.
2 中空糸膜
2a 支持層
2b 濾過層
3 上部保持部材
4 下部保持部材
5 親水性樹脂
10 濾過モジュール
11 水槽
12 気泡供給器
13 排出管
14 吸引ポンプ
20 排水処理装置
B 気泡2
Claims (3)
ポリテトラフルオロエチレンを主成分とし、
平均外径が1mm以上6mm以下であり、
平均内径が0.3mm以上4mm以下であり、
イソプロピルアルコールバブルポイントが80kPa以上140kPa以下であり、
上記親水性樹脂の主成分がポリビニルアルコールであり、
長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である中空糸膜。 A hollow fiber membrane in which the outer peripheral surface and the inner peripheral surface are coated with a hydrophilic resin,
The main component is polytetrafluoroethylene,
The average outer diameter is 1 mm or more and 6 mm or less,
The average inner diameter is 0.3 mm or more and 4 mm or less,
The isopropyl alcohol bubble point is 80 kPa or more and 140 kPa or less,
The main component of the hydrophilic resin is polyvinyl alcohol,
A hollow fiber membrane, wherein the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction is 0.31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less.
上記複数本の中空糸膜の両端部を保持する一対の保持部材と
を備え、
上記中空糸膜がポリテトラフルオロエチレンを主成分とし、
上記中空糸膜における平均外径が1mm以上6mm以下であり、平均内径が0.3mm以上4mm以下であり、イソプロピルアルコールバブルポイントが80kPa以上140kPa以下であり、
上記親水性樹脂の主成分がポリビニルアルコールであり、
上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である濾過モジュール。 a plurality of hollow fiber membranes coated with a hydrophilic resin on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface;
A pair of holding members holding both ends of the plurality of hollow fiber membranes,
The hollow fiber membrane is mainly composed of polytetrafluoroethylene,
The hollow fiber membrane has an average outer diameter of 1 mm or more and 6 mm or less, an average inner diameter of 0.3 mm or more and 4 mm or less, and an isopropyl alcohol bubble point of 80 kPa or more and 140 kPa or less,
The main component of the hydrophilic resin is polyvinyl alcohol,
A filtration module in which the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is 0.31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less.
上記水槽内に収容される濾過モジュールと、
上記水槽内に収容され、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する気泡供給器と
を備え、
上記濾過モジュールが、外周面及び内周面に親水性樹脂が被覆された複数本の中空糸膜とこの複数本の中空糸膜の両端部を上下方向に保持する一対の保持部材とを有し、
上記中空糸膜がポリテトラフルオロエチレンを主成分とし、
上記中空糸膜における平均外径が1mm以上6mm以下であり、平均内径が0.3mm以上4mm以下であり、イソプロピルアルコールバブルポイントが80kPa以上140kPa以下であり、
上記親水性樹脂の主成分がポリビニルアルコールであり、
上記中空糸膜の長手方向単位長さあたりの上記親水性樹脂の被覆量が0.31mg/cm以上0.44mg/cm以下である排水処理装置。
a water tank for storing water to be treated;
a filtration module housed in the water tank;
an air bubble supplier that is housed in the water tank and supplies air bubbles from below the filtration module,
The filtration module has a plurality of hollow fiber membranes whose outer and inner peripheral surfaces are coated with a hydrophilic resin, and a pair of holding members that vertically hold both ends of the plurality of hollow fiber membranes. ,
The hollow fiber membrane is mainly composed of polytetrafluoroethylene,
The hollow fiber membrane has an average outer diameter of 1 mm or more and 6 mm or less, an average inner diameter of 0.3 mm or more and 4 mm or less, and an isopropyl alcohol bubble point of 80 kPa or more and 140 kPa or less,
The main component of the hydrophilic resin is polyvinyl alcohol,
A waste water treatment device, wherein the coating amount of the hydrophilic resin per unit length in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is 0.31 mg/cm or more and 0.44 mg/cm or less.
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