JPWO2013125506A1 - 分離膜エレメント及び分離膜モジュール - Google Patents

Abstract

優れた分離膜機能を有する分離膜の特性を阻害することなく、透過性能および耐久性を向上させ得る分離膜エレメントを提供する。この分離膜エレメント１は、２枚の分離膜２，２を互いに間隙５をあけ透過側を対向させた対にし、前記間隙５の周縁の封止部６を封止すると共に、前記周縁の封止部６より内側の分離膜２，２間が少なくとも２個以上の樹脂部７で繋がれていることを特徴とする。

Description

本発明は、飲料水製造、浄水処理、廃水処理などの水処理分野、食品工業分野に好適な分離膜エレメントおよび分離膜モジュールに関する。

近年、下水や廃水の浄化に使われるようになってきている平膜状や中空糸膜状の分離膜は、分離膜を配設した分離膜エレメントや、このエレメントの複数を配置した分離膜モジュールの装置で水浄化処理に使用されている。分離膜エレメントによる分離法に使用される分離膜には、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜などがあり、これらの膜は、例えば海水、かん水、有害物を含んだ水などから飲料水を得る場合や、工業用超純水の製造、排水処理、有価物の回収などに用いられており、目的とする分離成分及び分離性能によって使い分けられている。

また、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）は、活性汚泥槽に分離膜を浸漬し、活性汚泥と処理水を膜で分離する処理方法である。ＭＢＲは、省スペースで、良好な水質が得られるため、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導入が進められている。

特許文献１は、ケーシング内に適当な間隔で配置し被処理液中に浸漬させて使用する膜エレメントとして、膜支持板の表面を覆って濾過膜（分離膜）を設け、膜支持板の表面に開口するとともに透過液吸引管に連通する透過液流路を形成することを開示している。特許文献１に記載された分離膜エレメントでは、多くの平膜タイプのエレメントが膜支持板に分離膜をはりつけて構成され、さらに膜支持板には膜透過水を集水するための溝部が形成されるような工夫がされている。しかし、膜支持板は、厚みが大きく、重量も重いことが課題であった。

膜支持板がない平膜エレメント及びその製造方法として、特許文献２は、２枚の平膜の周縁端面が樹脂接着剤で封止された袋状の平膜エレメントを提案している。

さらに、特許文献３には、第１濾過メンブレン、熱可塑性重合体からなる第１接着性ネット、排液織布、熱可塑性重合体の第２接着性ネット、および第２濾過メンブランを備えたフィルター複合材料が記載されている。第１および第２濾過メンブランは、排液織布に、第１および第２接着性ネットにより接着される。

日本国特開平７−１３２２１４号公報 日本国特開２０００−１１７０６７号公報 日本国特表２０１１−５１９７１６号公報

特許文献１に記載された支持板の両側に分離膜を貼り付けるような形状の分離膜エレメントの場合、支持板には通常ＡＢＳ等の樹脂が使用される。膜分離活性汚泥法においては、被処理液中に浸漬した膜エレメントの下部から曝気を行い、膜表面を常時洗浄した状態にすることにより、固形分濃度が高い活性汚泥から処理水を得ることを可能にしている。このような使用環境では、曝気によるエネルギーを膜エレメントが受けてしまうため、膜エレメントには曝気のエネルギーに負けないような剛性が求められる。このため、膜エレメントのサイズにもよるが、支持板の厚さは少なくとも４ｍｍ以上程度が必要であり、これが膜エレメント、膜モジュールのコストアップの要因となっていた。また、支持板の厚さがあるため、膜エレメントを複数並列に配列させて膜モジュールにした時に、設置面積あたりの膜面積（分離膜の充填率）が低くなってしまうという問題があった。

特許文献２では、ろ過時に向かい合う分離膜の透過側の面が接触し流動抵抗が大きくなり、透過水量が十分に得られないことに加え、膜分離活性汚泥法の運転時における曝気エネルギーに十分耐える程度の強度を膜エレメントが持ち合わせないという問題があった。

また、特許文献３の技術では、透過水が排液織布を通るときの流動抵抗が大きいため透過水量が十分に得られないこと、さらに膜以外にも接着性ネットや排出材料など多くの部材が必要でかつ生産方法も複雑であるため、支持板を無くした構造にはしたものの、膜エレメントのコストを十分に下げることが出来ないという問題があった。

ＭＢＲの使用環境では、曝気によるエネルギーを膜エレメントが受けてしまうため、膜エレメントや膜モジュールには適度な剛性とともに曝気のエネルギーを逃がすような柔軟性を有し、かつコストを出来る限り低減した膜モジュールが求められるが、このような膜エレメントおよび膜モジュールは、未だ得られていなかった。

本発明は、従来の技術の上述した問題点を解決して、透過水量を向上させ得る技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の分離膜エレメントおよび分離膜モジュールは下記の構成を備えることを特徴とする。
（１）透過側の面が互いに対向するように配置された２枚の分離膜を有する分離膜対と、互いに対向する前記透過側の面の両方に接着する２個以上の樹脂部とを備え、前記分離膜対の周縁部が封止されていることを特徴とする分離膜エレメント。
（２）前記分離膜の周縁部の内側の面積に対する樹脂部の面積割合が、１％以上７０％以下である（１）に記載の分離膜エレメント。
（３）前記分離膜対における前記分離膜の間隙が５０μｍ以上５０００μｍ以下である（１）または（２）に記載の分離膜エレメント。
（４）前記樹脂部が、軟化点が８０〜２００℃である熱可塑性重合体で形成されている（１）から（３）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（５）前記樹脂部がドット状、線状、格子状のいずれかで配置されることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（６）前記樹脂部が線状に配置され、線状部分が縞鋼板の縞模様に形成されていることを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（７）前記樹脂部の縞模様の縞目が前記分離対膜の周縁部に対して略平行および略垂直な方向に形成されていることを特徴とする（６）に記載の分離膜エレメント。
（８）周縁部の一部に集水部を設け、該集水部において周縁部の内側に形成された集水流路が外部と連通することを特徴とする（１）から（７）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（９）（１）から（８）のいずれかに記載の分離膜エレメントを複数平行に配列した分離膜モジュールであって、隣り合う分離膜エレメントの前記集水部同士が同じ位置にならないように配置されていることを特徴とする分離膜モジュール。

本発明によって、高効率かつ安定した透過側流路を形成するとともに単体体積あたりの有効膜面積を増やすことができ高い透過性能と高い耐久性能を有する高効率、高性能、高耐久性の分離膜を得ることができる。

図１（ａ）（ｂ）は、本発明の分離膜エレメントの実施形態の一例を模式的に示す断面図であり、図１（ａ）は、分離膜エレメントの厚さ中心で膜表面と平行に切断したときの断面図、図１（ｂ）は分離膜エレメントを厚さ方向に切断したときの断面図である。 図２は、本発明の分離膜エレメントの実施形態の一例を模式的に示す断面図であり、図１（ａ）に相当する断面図である。 図３は、本発明の分離膜エレメントの実施形態の一例を模式的に示す断面図であり、図１（ａ）に相当する断面図である。 図４（ａ）（ｂ）は、本発明の分離膜エレメントの実施形態の一例を模式的に示す断面図であり、図１（ａ）（ｂ）に相当する断面図である。 図５は、本発明の分離膜エレメントの実施形態の一例を模式的に示す断面図であり、図１（ａ）に相当する断面図である。 図６は、本発明の分離膜エレメントの実施形態の一例を模式的に示す断面図であり、図１（ａ）に相当する断面図である。 図７は、本発明の分離膜エレメントの実施形態の一例を模式的に示す断面図であり、図１（ａ）に相当する断面図である。 図８は、膜エレメントに用いられる集水口の実施形態の一例を示す平面図である。 図９（ａ）（ｂ）は、本発明で使用する集水口の実施形態の一例を示す概要図であり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は正面図である。 図１０（ａ）（ｂ）は、本発明の分離膜エレメントの実施形態の一例を示す概要図であり、図１０（ｃ）、は図１０（ａ）（ｂ）に記載の分離膜エレメントを交互に配列した形態を上から見た概要図である。 図１１は、本発明の分離膜エレメントを含む膜モジュールを用いた水処理装置の一例を示す模式図である。

図１（ａ）（ｂ）は、本発明の分離膜エレメントの実施形態を例示する断面図であり、図１（ａ）は平面視の断面、図１（ｂ）は厚さ方向の断面を模式的に説明するものである。同様に図２〜３、図４（ａ）、図５〜７は、分離膜エレメントの他の実施形態の平面視の断面図、図４（ｂ）は、分離膜エレメントの他の実施形態の厚さ方向の断面図である。

図１（ａ）（ｂ）〜図７において、符号１は分離膜エレメント、符号２は分離膜、符号３は分離機能層、符号４は基材、符号５は分離膜間の間隙、符号６は周縁の樹脂層により形成された封止部、符号７は内側の樹脂部、符号８は集水部、符号９は集水口を示す。

本発明の分離膜エレメント１は、２枚の分離膜２，２の対で構成され、分離膜２，２は、透過側が互いに対向し、所定の間隙５をあけるように配置される。以下、分離膜エレメントを単に「エレメント」と称することがある。間隙５の周囲は樹脂により封止され、封止部６を構成する。また、周縁の封止部６より内側の分離膜２，２間の一部が、２個以上の内側の樹脂部７により繋がれる。

すなわち２枚の分離膜２，２は所定の間隙を確保するように形態した樹脂部７により両方の分離膜２，２が接着される。分離膜２，２の間に形成された所定の間隔５は、膜を透過した水が通る流路、すなわち集水流路となり、ここを通った水は集水部８（図２〜７に記載）に集水され、ここから外部へ取り出される。分離膜エレメントの周囲（周縁部）は接着樹脂、熱溶着、超音波溶着等の方法により封止され、封止部６を構成する。周縁の封止部６の一部には集水部８が設けられ、この集水部８は封止されない。

ここで、分離膜の透過側が互いに対向するとは２枚の分離膜の透過側が向かい合うように配置されることである。向かい合う２枚の分離膜を、「分離膜対」と称する。なお、対を形成する分離膜は、分離可能な２枚の分離膜であってもよいし、折り畳まれた１枚の分離膜であってもよい。対向する分離膜の透過側面の間には、間隙が設けられる。

また、封止部６は、分離膜の周縁に、間隙５を囲むように配置される。封止部６は、分離膜対において向かい合う２つの透過側面の両方に接着することで、分離膜対における分離膜の間隙を封止する。こうして、袋状膜が形成される。なお、封止とは、接着、圧着、溶着、融着、折り畳み等によって、供給水が袋状膜の内部に直接には流入しないように（つまり供給水が分離膜を透過せずに流入しないように）することである。また同時に、分離膜を透過した透過水が、集水部８を除き、分離膜エレメントの外部に漏れないようにすることである。

樹脂部７により「分離膜の間が繋がれる」構成とは、１つの樹脂部７が、１つの分離膜対において、一方の分離膜２の透過側面およびそれに対向する他方の分離膜２の透過側面の両方に接着する構成を指す。すなわち、分離膜対において、一方の分離膜は他方の分離膜に、樹脂を介して固定される。

また「内側」は、分離膜の透過側表面のうち周縁を除いた表面をいう。特に、分離膜が上述のとおり袋状膜を形成している場合、封止部分で囲まれた部分が「内側」に相当する。

図１は、分離膜２が、分離機能層３が基材４に積層した形態を例示し、基材４の表面のうち、分離機能層３とは反対側の表面が、分離膜２の透過側になる。なお本発明において分離膜２の構成は図示の例に限定されるものではない。分離膜とは、分離膜表面に供給される流体中の成分を分離し、分離膜を透過した透過流体を得るものであれば限定されない。分離膜としては、例えば、分離機能層、多孔性支持層、基材を備えることができる。

本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、少なくとも２つの樹脂部７が、対向する２つの透過側の面の両方に接着しているので、上述の逆圧洗浄を行っても、圧力は封止部６に集中するのではなく、内側の接着部分（樹脂部７）にも分散される。よって、分離膜間の剥離の発生が抑制され、供給側から透過側への水のリークが起こりにくいという効果が得られる。また、個々の樹脂部７が比較的高い剛性を持ち得るので、分離膜の単位面積あたりの樹脂部７の数、樹脂部７の面積等の構成における自由度は比較的高い。

分離膜の基材の中に、樹脂部７の樹脂の成分が含浸していてもよい。分離膜の透過側の基材に樹脂を配置し、分離膜の分離機能層表面から加熱すると、分離膜の透過側から機能層面に向かって、樹脂の含浸が進行する。このように含浸が進行するに従い樹脂と基材との接着が強固となる。このため製造されたエレメントを洗浄するとき、薬液により透過側から洗浄しても分離膜対の間が剥離し難くなる。

エレメントにおいて、分離膜の透過側に所定の間隙５を確保することにより、分離膜を透過した透過水の流動抵抗を小さくすることができる。通常、エレメントにおいて分離膜の透過側にスペーサー等の部材を設けないと、分離膜の透過側同士が密着するので、透過液の流動抵抗が大きくなり、その結果透過液の水量が低下する。本発明の分離膜エレメントは、このようなスペーサー等の部材を配置せずに、分離膜間に間隙を確保し透過水の流動抵抗を小さくする。

分離膜の透過側の間隙５は、５０μｍ以上５０００μｍ以下の範囲が好ましい。分離膜の間隙が、５０００μｍを超えると、水処理運転中のエアレーション操作により気泡が膜面に激しく衝突し破損するおそれがある。また、分離膜の間隙が、５０μｍ未満であると、透過側の内側の空間が狭く透過液の流動抵抗が大きくなり透過液の水量が低下してしまう。よって、本発明の構成によれば、透過液の流路を安定に確保でき、薬液による透過側の洗浄も可能となる。分離膜の間隙は、さらに好ましくは５００μｍ以上３０００μｍ以下の範囲である。

なお、ネットなどの流路材を透過側内側に挟み込むことにより、流路を確保することはできる。しかし、ネット自体の流動抵抗が存在するし、流路加工を施した部材を挟み込むため、分離膜エレメント全体の厚みに対する流路確保の効率が悪い。また、薬液による透過側からの洗浄では、分離膜に透過側からかかる圧力によって、分離膜で形成された袋が膨らみ、分離膜が破損するおそれがある。

分離膜２の面積に対する樹脂部７の面積割合は、小さいと薬液による透過側からの洗浄で分離膜が剥がれる恐れがあり、また、大きくなると、樹脂により流路を阻害し透過液の水量が低下する。そのため、内側の樹脂部７の面積割合は、分離膜２の内側の面積に対する割合が１％以上７０％以下の範囲になるようにすることが好ましい。さらに好ましくは１０％以上５０％以下の範囲である。

つぎに、本発明における樹脂部７の平面形状、すなわち樹脂部７を分離膜に投影した形状について説明する。本発明の重要なポイントは、分離膜２に樹脂を塗布し樹脂部７を形成することにより、樹脂が接着芯地の効果を担い、分離膜２および分離膜エレメントに適度な柔軟性と剛性を与えることである。

エレメントとして所望の効果が損なわれない範囲であれば、樹脂部７を膜表面の上部から観察した場合の形状は特に限定されない。例えば図１（ａ）の平面視断面図において、内側の樹脂部７の断面形状は、楕円形をしたドット状である。内側の樹脂部７の平面視断面形状は、この例に限定されることはなく、円形、多角形、不定形などのドット状、或いは直線、曲線、波線、ジグザグ、格子などの線状に形成することができる。また、ドット状の樹脂の配置は格子状、千鳥状など特に限定されない。

例えば、図２に示した分離膜エレメントにおける樹脂部は、上下方向を向いた破線状で平行に配列させた線形の樹脂部７を形成した例である。また図３に示した分離膜エレメントにおける樹脂部は、角度αで傾斜した破線状で平行に配列させた線形の樹脂部７を形成した例である。

図４（ａ）（ｂ）に示した分離膜エレメントにおける樹脂部は、上下方向を向いた長い線形の樹脂部７と左右方向を向いた短い線形の樹脂部７とからなる縞鋼板の縞模様の形態をした樹脂７を形成した例である。図５に示した分離膜エレメントにおける樹脂部は、それぞれの樹脂部７の長さをほぼ同じにし、樹脂部７の延長方向を周縁の封止部６に対し約４５°傾斜させた形態を有する縞鋼板の縞模様にした例である。図６に示した分離膜エレメントにおける樹脂部は、上下方向を向いた線形の３本の樹脂部７と左右方向を向いた線形の３本の樹脂部７とを組み合わせた形態を有する縞鋼板の縞模様にした例である。

図６に示した分離膜エレメントにおける樹脂部は、ほぼ円形の樹脂部７を上下左右に整然と配列させた例である。

内側の樹脂部７の形状を調整することにより、要求される分離特性や透過性能の条件を満足するように、エレメントを設計することができる。

また、例えば図１（ｂ）の断面図において、樹脂部７の厚さ方向断面の形状は、円形、楕円形、正方形、長方形、平方四辺形、台形、三角形などに形成することができる。また、樹脂部の側面（間隙５に面する面）は、凹面、凸面、曲面、平面等の種々の形状に変更可能である。

樹脂部７の分離膜への投影像は、不連続であることが本発明の特徴である。つまり、１枚の分離膜に、分離膜の平面方向において、２つ以上の樹脂部が間隔をおいて配置される。より具体的には、分離膜の透過側表面の内側部分において、５ｃｍ四方あたり１個以上、５個以上、または１０個以上の樹脂部が設けられることが好ましい。また、５ｃｍ四方あたり１００個以下、５０個以下、または３０個以下の樹脂部が設けられることが好ましい。

また本発明において、樹脂部７の形状を縞板状とすることが、分離膜エレメントの剛性および耐久性を向上できるため好ましい。

縞板状とは、床用資材などに一般的に使用されている熱延縞鋼板の縞模様を示す。縞鋼板の縞模様は、その縞目の数、長さ、角度、また隣り合う縞目のピッチなど、その形状は多種多様である。縞鋼板の縞模様における最大の特徴としては、縞模様に一連の方向性（異方性）がないことである。すなわち、図４（ａ）に例示するような、上下左右、各隣り合う縞目が互い違いの方向（水平および垂直な方向）に配列された縞模様である。縞鋼板をその表面に有する床面は、どの方向に対しても同等な滑り止め効果を得ることができる。

このような縞鋼板の縞模様の形態を、樹脂部７の形状、すなわち分離膜に投影した平面視における樹脂部７の形状に応用した場合、接着ラインに方向性が無くなり、膜エレメントの剛性をさらに高めることができる。

ここで、「接着ライン」とは、例えば図２，３に示した破線状に配列した樹脂部７のように、エレメント周縁の封止部６に隣接する任意の樹脂部７−１を起点とし、この起点から対向もしくは隣接する別のエレメント周縁の封止部６に隣接する樹脂部７−２を終点としたとき、起点から上下・左右および任意の角度αをもって終点に至るとともに、起点から終点に至る直線上にその間の樹脂部が整列するようにした樹脂部７で形成される直線のことをいう。なお「整列する」とは、起点と終点との間に存在する樹脂部が方向性をもつとき、起点−終点間のすべての樹脂部の延長方向が、起点から終点に至る直線と平行であることをいう。

例えば図２は、樹脂部７を直線状に形成し上下左右に整列させて配置した分離膜エレメントの例であり、樹脂部７の形状（方向）が同一であるから接着ラインに方向性（異方性）がある。一方、図５は、直線状の樹脂部７を周縁の封止部６に対し±４５°傾斜させて配置した縞鋼板の縞模様の樹脂部７の例であり、樹脂部７の形状（延長方向）が異なるから接着ラインに方向性（異方性）がない。

このように、樹脂部の形状を縞鋼板の縞模様にした場合、接着ラインを有さず、樹脂部の配列に方向性がない（すなわち等方性である）。このため、特に曝気を行う下廃水処理用途において撓みを抑制できるため、樹脂部の形状を縞鋼板の縞模様にすることが好ましい。

縞鋼板の縞模様としては、例えば一の方向に配列する短い突条Ａの群と、突条Ａの方向と直交する方向に配列する短い突条Ｂの群とからなり、突条Ａと突条Ｂとを交互に配列した縞模様を例示することができる。ここで突条Ａおよび突条Ｂは、図４に示したように、それぞれ分離膜の周縁の封止部６に対し、略平行および略垂直な方向に配列することができる。または図５に示すように、突条Ａおよび突条Ｂの延長方向を、分離膜の周縁の封止部６に対し傾斜させることもできる。図５の例は、突条Ａおよび突条Ｂの延長方向を、分離膜の周縁の封止部６に対し±４５°傾斜させて樹脂部４を形成した。なお、図５の例は、突条Ａおよび突条Ｂが同じ長さを有した例である。

また突条Ａおよび突条Ｂは、図４に示すように、上下左右に１つずつ交互に配列してもよいし、図６に示すように、複数の突条Ａおよび複数の突条Ｂを上下左右に交互に配列してもよい。このように、上下左右、各隣り合う縞目の方向および角度について、周期、配列規則性は特に限定されない。

縞目の方向については、膜周縁に対して平行、垂直、また、４５°など任意で構わないが、製作性の観点から、膜周縁に対して略平行および略垂直な方向であることが望ましい。縞目の長さ、数、ピッチ間隔は、上記したように、分離膜２および分離膜エレメントに適度な柔軟性と剛性を与えるという特性を満足する限り、特に限定されるものではない。

周縁の封止部６および内側の樹脂部７を構成する成分としては特に限定されないが、耐薬品性の点で、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンやオレフィン共重合体などが好ましく、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などのポリマーも選択できる。ただし、熱可塑性重合体であれば成形が容易であるため、樹脂の形状を均一にできる。

軟化点が高い熱可塑性重合体で封止部６、樹脂部７を構成すると、分離膜２に樹脂を接着させるときに分離機能層３を溶かしてしまうおそれがあり、一方、軟化温度が低すぎると運転中に分離膜の内側が剥がれるおそれがある。そのため、封止部６、樹脂部７を構成する樹脂としては、軟化点が８０℃〜２００℃の範囲の熱可塑性重合体が好ましい。ここで軟化点とは、樹脂が軟化し変形し始める温度であり、環球法（ring and ball method）によって測定される。具体的な方法としては、ＪＩＳ Ｋ−２５３１，ＪＩＳ Ｋ−２２０７／２４２５、ＪＩＳ Ｋ６８６３−１９９４、ＡＳＴＭ Ｄ−３６に規定される方法が好適に用いられる。これらの方法のうち、いずれか１つの方法で測定された軟化点が、上述の範囲内に含まれていればよい。より好ましくは、ＪＩＳ Ｋ６８６３−１９９４の方法で測定された軟化点が、上述の範囲内に含まれていればよい。

より具体的な測定方法の一例は、以下のとおりである。環内径１５．９ｍｍの環内に試料を充填し、放冷する。試料をシリコーンオイル浴中に水平に保持し、試料の中央に直径９．５３ｍｍで質量３．５ｇの銅製の球を置く。浴温を毎分５℃の割合で上昇させると、試料が徐々に軟化して環から流れ落ちるので、試料又は球が環台の底板に触れたときの温度を軟化点として測定する。なお、環台の底板上面と環の下面との距離は２５．４ｍｍであり、測定雰囲気は２０±５℃，湿度７０±５％である。

分離膜の透過側の周縁と内側の一部に樹脂を接着させる方法は特に限定されないが、処理温度や選択する樹脂の種類を変更することで、要求される分離特性や透過性能の条件を満足できるように自由に樹脂の形状を調整することができる。

なお、樹脂層６および樹脂部７には、同じ樹脂が適用されてもよいし、異なる樹脂が適用されてもよい。また、周縁の封止部６においては封止が目的であるため、樹脂を用いず分離膜を直接融着してもよいし、外側から樹脂や接着剤で抱埋してもよい。

本発明において、分離膜は、平膜状の分離膜であり、好ましくは不織布ベースの基材の上に分離機能層を製膜したものである。

分離膜の分離機能層の厚みは、薄すぎるとひび割れなどの欠陥が生じ、ろ過性能が落ちる場合があり、厚すぎると透水量が低下することがあるので、通常０．００１〜０．５ｍｍ（１μｍ〜５００μｍ）、好ましくは０．０５〜０．２ｍｍ（５０μｍ〜２００μｍ）の範囲で選定することが好ましい。

分離機能層としては、孔径制御、耐久性の点で、架橋高分子で構成されることが好ましい。分離対象にする成分の分離性能の点で、多孔性支持層上に多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させてなる分離機能層、有機無機ハイブリッド機能層などが好適である。また、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、ポリスルホン膜のような多孔性支持層であって、分離機能と支持体機能との両方を有する膜を用いることもできる。つまり、分離機能層と多孔性支持層とが、単一の層で実現されてもよい。

本発明の分離膜エレメントを構成する分離膜は、好ましくは基材と分離機能層とからなり、特に、ポリフッ化ビニリデン系樹脂からなる分離機能層が形成された分離膜を用いるとよい。ここで、基材と分離機能層との間には、当該分離機能層を構成する樹脂と基材とが混在する層が介在していることが好ましい。基材表面から内部にポリフッ化ビニリデン系ブレンド樹脂が入り込むことで、いわゆるアンカー効果によって分離機能層が基材に堅固に定着され、分離機能層が基材から剥がれるのを防止できるようになる。分離機能層は、基材に対して、片面に偏って存在しても構わないし、また、両面に存在しても構わない。分離機能層は、基材に対して、対称構造であっても、非対称構造であっても構わない。また、分離機能層が基材に対して両面に存在している場合には、両側の分離機能層が、基材を介して連続的であっても構わないし、不連続であっても構わない。

分離機能層と基材で形成された分離膜において、基材は、分離機能層を支持して分離膜に強度を与える機能をもつ。基材を構成する材質としては、有機基材、無機基材等、特に限定されないが、軽量化しやすい点から、有機基材が好ましい。有機基材としては、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、ポリエチレン繊維などの有機繊維からなる織編物や不織布があげられる。なかでも、密度の制御が比較的容易な不織布が特に好ましい。

次に、本発明において用いる分離膜を製造する方法について説明する。この分離膜は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂及び開孔剤などを含む製膜原液を、基材の片表面若しくは両表面に付着させ、非溶媒を含む凝固液中で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。このとき、基材の表面に製膜原液を付着させる手段は、製膜原液の塗布でもよく、また、基材を製膜原液に浸漬でもよい。基材に製膜原液を塗布する場合には、基材の片面に塗布しても構わないし、両面に塗布しても構わない。基材とは別に分離機能層のみを形成した後に両層を接合することでもよい。

そして、製膜原液を凝固させるにあたっては、基材上の分離機能層形成用製膜原液被膜のみを凝固液に接触させるのでもよいし、また、分離機能層形成用製膜原液被膜を基材ごと凝固液に浸漬するのでもよい。分離機能層形成用製膜原液被膜のみを凝固液に接触させるためには、例えば、基材上に形成された製膜原液被膜が下側に来るようにして凝固浴表面と接触させる方法や、ガラス板、金属板などの平滑な板の上に基材を接触させて、凝固浴が基材側に回り込まないように貼り付け、製膜原液被膜を有する基材を板ごと凝固浴に浸漬する方法などがある。後者の方法では、基材を板に貼り付けてから製膜原液の被膜を形成しても構わないし、基材に製膜原液の被膜を形成してから板に貼り付けても構わない。

そして、製膜原液には、前記したポリフッ化ビニリデン系樹脂の他に、必要に応じて開孔剤やそれらを溶解する溶媒等を添加してもよい。

製膜原液に多孔質形成を促進する作用を持つ開孔剤を加える場合、その開孔剤は、凝固液によって抽出可能なものであればよく、凝固液への溶解性の高いものが好ましい。例えば、塩化カルシウム、炭酸カルシウムなどの無機塩を用いることができる。また、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリオキシアルキレン類や、ポリビニールアルコール、ポリビニールブチラール、ポルアクリル酸などの水溶性高分子やグリセリンを用いることもできる。開孔剤は、製膜原液に用いる樹脂の種類によって任意に選択することができるが、例えばポリフッ化ビニリデンを主成分とする樹脂を用いる場合は、ポリエチレングリコールを主成分とする重合体が好ましく、その中でも重量平均分子量が１０，０００以上のポリエチレングリコールを主成分とする重合体を用いるのが、表面の孔径、孔径分布及び透水性のバランスをとる上で特に好ましい。

また、本発明において、開孔剤としては、ポリオキシアルキレン構造又は、脂肪酸エステル構造又は水酸基を含有している界面活性剤を用いることができる。界面活性剤の使用により、目的とする細孔構造を得ることが容易になる。

ポリオキシアルキレン構造としては、−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_n−、−（ＣＨ₂ＣＨ₂（ＣＨ₃）Ｏ）_n−、−（ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_n−、−（ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_n−などを挙げることができるが、特に親水性の観点から、−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_n−いわゆるポリオキシエチレンが好ましい。

脂肪酸エステル構造としては、長鎖脂肪族基を有する脂肪酸が挙げられる。長鎖脂肪族基としては、直鎖状、分岐状いずれでも良いが、脂肪酸としては、ステアリン酸、オレイン酸、ラウリン酸、パルミチン酸などが挙げられる。また、油脂由来の脂肪酸エステル、例えば牛脂、パーム油、ヤシ油等も挙げられる。

水酸基を有する界面活性剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、グリセリン、ソルビトール、ブドウ糖、ショ糖などを挙げることができる。

本発明において開孔剤として用いる界面活性剤は、ポリオキシアルキレン構造、脂肪酸エステル構造、水酸基のうち２つ以上を含むものが好ましい。

中でも、ポリオキシアルキレン構造、脂肪酸エステル構造及び水酸基の全てを含有している界面活性剤が特に好ましく用いられ、たとえば、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルとして、モノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸ソルビタン、モノオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノパルミチン酸ポリオキシエチレンソルビタン、ポリオキシエチレン脂肪酸エステルとして、モノステアリン酸ポリエチレングリコール、モノオレイン酸ポリエチレングリコール、モノラウリン酸ポリエチレングリコールを挙げることができる。これらの界面活性剤は特に無機微粒子の分散性をよくするだけでなく、多孔質層に残存し乾燥させても透水性、阻止性が低下しないという特徴を併せ持つので好ましい。またこれらの界面活性剤は、分離膜製造後に分離膜に塗布して乾燥させるようにして使用することができ、透水性と阻止性の低下を防ぐことができる。

また、製膜原液中に、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、他の有機樹脂及び開孔剤などを溶解させるための溶媒を用いる場合、その溶媒としては、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、メチルエチルケトンなどを用いる事ができる。中でもポリフッ化ビニリデン系樹脂に対する溶解性の高いＮＭＰ、ＤＭＡｃ、ＤＭＦ、ＤＭＳＯを好ましく用いることができる。

製膜原液には、その他、非溶媒を添加することもできる。非溶媒は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂や他の有機樹脂を溶解しないものであり、ポリフッ化ビニリデン系樹脂及び他の有機樹脂の凝固の速度を制御して細孔の大きさを制御するように作用する。非溶媒としては、水や、メタノール、エタノールなどのアルコール類を用いることができる。なかでも廃水処理の容易さや価格の点から水、メタノールが好ましい。これらの混合であってもよい。

製膜原液の組成において、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は５重量％〜３０重量％、開孔剤は０．１重量％〜１５重量％、溶媒は４５重量％〜９４．８重量％、非溶媒は０．１重量％〜１０重量％範囲内であることが好ましい。中でも、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、極端に少ないと多孔質層の強度が低くなり、多すぎると透水性が低下することがあるので、８重量％〜２０重量％の範囲がより好ましい。開孔剤は、少なすぎると透水性が低下し、多すぎると多孔質層の強度が低下することがある。また、極端に多いとポリフッ化ビニリデン系樹脂中に過剰に残存して使用中に溶出し、透過水の水質が悪化したり、透水性変動をしたりすることがある。したがって、より好ましい範囲は、０．５重量％〜１０重量％である。さらに、溶媒は、少なすぎると原液がゲル化しやすくなり、多すぎると多孔質層の強度が低下する。溶媒は、より好ましくは６０重量％〜９０重量％の範囲である。また、非溶媒は、あまり多いと原液のゲル化が起こりやすくなり、極端に少ないと細孔やマクロボイドの大きさの制御が難しくなる。したがって、非溶媒は、より好ましくは０．５重量％〜５重量％である。

一方、凝固浴としては、非溶媒、または非溶媒と溶媒とを含む混合溶液を用いることができる。製膜原液にも非溶媒を用いる場合、凝固浴における非溶媒は、凝固浴の少なくとも８０重量％とするのが好ましい。少なすぎるとポリフッ化ビニリデン系樹脂の凝固速度が遅くなり細孔径が大きくなったりする。凝固浴における非溶媒は、より好ましくは、８５重量％〜１００重量％の範囲である。一方、製膜原液に非溶媒を用いない場合、製膜原液にも非溶媒を用いる場合よりも、凝固浴における非溶媒の含有量を少なくすることが好ましい。凝固浴における非溶媒の含有量は、多くとも４０重量％とするのが好ましい。非溶媒が多いと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂の凝固速度が速くなって多孔質層の表面は緻密となり透水性が低下することがある。非溶媒の含有量は、より好ましくは１重量％〜４０重量％の範囲がよい。凝固浴中の非溶媒の含有量を調整することにより、多孔質層表面の孔径やマクロボイドの大きさを制御することができる。なお、凝固浴の温度は、あまり高いと凝固速度が速すぎるようになり、逆に、あまり低いと凝固速度が遅すぎるようになるので、通常、１５℃〜８０℃の範囲で選定するのが好ましい。より好ましくは２０℃〜６０℃の範囲である。

また、本発明の分離膜エレメントは、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜のいずれにも適用することができる。また、分離対称物質の大きさに応じて適当な一種以上の膜を選択、組み合わせればよいが、下廃水処理用としては特に限外ろ過膜、精密ろ過膜が好ましい。

そして本発明の分離膜エレメントを使用するに際しては、分離膜エレメントに集水口９を配置することにより、分離膜によってろ過された透過水が樹脂部７の間の空間を流れ、集水口９を通って分離膜エレメント外部に取り出すことが可能となる。

分離膜エレメントの種類は、平膜型エレメント、スパイラル型エレメント、プリーツ型エレメントなど特に限定されないが、下排水処理における原水の水質の点から、平板状の膜エレメントが好ましい。

分離膜エレメント１を構成する集水部８は、所望の効果が損なわれない範囲であれば、エレメントの端部であっても内側にあってもよく、特に限定されてない。例えば、下廃水処理用途に好適に用いることができる分離膜エレメントの形態の一例としては、分離膜エレメントの端部に集水部８を設け、集水口９をサポートする固定治具２３に取り付けることが好ましい。

例えば、分離膜エレメントは、図１（ａ）（ｂ）に示す分離膜エレメント１と、図８に示す固定治具２３とを集水口９として備えてもよい。固定治具２３は、分離膜エレメント１の周縁に（分離膜の矩形の一辺に沿うように）、分離膜エレメント１の分離膜２の間に挟まれるように配置される。固定治具２３には集水管２４が通っており、集水管２４の端部が集水口９として機能する。透過水は間隙５から集水管２４を通って、分離膜エレメント１の外部へと排出される。なお、上述したように、集水部８を設ける位置は、分離膜エレメントの端部に限定されるものではなく、内側の領域であってもよい。

図７に、分離膜エレメント１と他の形態の集水口９を並べて示す。また図９には、この集水口９の平面図（ａ）および正面図（ｂ）を示す。

図９（ａ）（ｂ）は、本発明で使用する集水口の実施形態の一例である。集水口９は、上部および下部の中空部材により構成されている。集水口９の下部は２枚の湾曲面を中空になるように配置し、その下方を開放し上方を略平面で閉じるとともに、この上方平面の略中央に開口部を有し、この開口部に楕円状の筒（上部中空部材）を接続し構成されている。集水口９を図９（ａ）（ｂ）に示すような形状にすることにより、分離膜エレメント１の集水部８への取り付けに伴う皺を発生させないで、集水口９と封止部６とを封止させることが可能である。封止の方法としては、熱溶着による方法、接着剤を使用する方法などが考えられるが、封止方法は特に限定されるものではない。封止をより確実なものとするため、熱溶着と接着剤を併用する方法も考えられる。取り付け部分の形状としては、特に形状は限定されるものではないが、分離膜エレメント１の大きさ、集水口９の大きさや形状等から適切なものを選定すればよい。

次に、この分離膜エレメント１を複数枚束ねてモジュール化する際の実施形態を示す。本発明の分離膜エレメントは支持板を無くしたエレメントであるため、エレメント全体の厚さを薄くすることができ、膜モジュールとして設置面積あたりの膜面積（分離膜の充填率）を高くすることが可能である。しかしながら、分離膜エレメント１には、集水口９が取り付けられている。このため膜の部分よりむしろ、集水口をどう配置し、分離膜エレメント１の充填率を上げるのかが課題となる。そこで、本発明の分離膜モジュールは、隣同士のエレメントの集水口が干渉しないように配置させることを特徴とする。

図１０（ａ）（ｂ）に２枚の分離膜エレメントを示す。両者の違いは、集水口９の取り付け位置であり、（ａ）の分離膜エレメント１ａにおける集水口９の位置と、（ｂ）の分離膜エレメント１ｂにおける集水口９の位置とを異ならせている。集水口９の設置位置を互い違いにし重ならないようにすることにより、膜モジュール１０に組み立てるとき、隣接するエレメントの集水口同士の干渉（重なり合って嵩高になること）を避けることができるため、エレメント同士の間隔を狭くとって配置することが可能となる。分離膜エレメント１ａおよび１ｂを交互に複数枚並べた分離膜モジュール１０を、上部から見た模式図を図１０（ｃ）に示す。なお、図１０（ａ）〜（ｃ）は一例を示したものであり、隣り合う集水口９が干渉しないように配置できるのであれば、この構造に限ったものではない。

ここで図１０（ａ）（ｂ）に記載した分離膜エレメント１ａおよび１ｂは、長方形の平膜状分離膜の一つの角をとり、傾斜辺１１を有する形状にし、この傾斜辺に集水部および集水口９を配置した例である。このように傾斜辺１１を設け、傾斜辺１１上に集水口９を配置することにより、集水口の取り付け場所の位置決めが容易になるという製作上のメリットの他、集水管を膜エレメントの横側に設置し、この集水管と各集水口とをチューブ等で接続する場合に、集水口に無理な力がかからないようにし、集水口と膜エレメントとの間の接着が剥がれたり破壊されるのを防ぐというメリットがある。

また、この膜エレメントは複数個をハウジング内に収容した構造の膜モジュールとして使用することができる。また膜モジュールは、膜エレメントの複数個を並列に配列した状態で固定させた構造を有する。この膜モジュールは、廃水等の被処理液が貯留された槽内に浸漬され、膜ろ過に使用することができる。これら膜エレメントや膜モジュールには、分離膜を透過した透過液を集液する集液手段が付設され、液体処理装置として下廃水の処理等に用いることができる。

続いて、膜モジュールの使用方法を図１１に例示した下廃水処理装置に基づいて説明する。図１１において、膜モジュール１２は複数枚の膜エレメント１３が、互いに平行に、かつ、隣接する膜エレメント１３の膜面間に空間ができるようにハウジング内に収納されて構成されている。この膜モジュールは、膜浸漬水槽１４に貯えた有機性廃水などの被処理水に浸漬するようにして使用される。膜モジュール１２の内部には鉛直方向に装填された複数枚の膜エレメント１３、その下方に散気装置１５が設けられている。散気装置１５はブロア１６からの気体を分離膜の膜面に供給する。また、膜モジュール１２よりも下流側には透過水２０を吸引するポンプ１７を設けている。

このように構成された下廃水処理装置において、廃水などの被処理液は、ポンプ１７の吸引力により膜エレメント１３の分離膜を通過する。この際、被処理液中に含まれる微生物粒子、無機物粒子などの懸濁物質がろ過される。そして、分離膜を通過した透過水は、分離膜の透過側に流れエレメントの端部に配置された集水口を通って被処理水槽の外部にポンプ１７を通って取り出される。一方、ろ過と並行して散気装置１５が気泡を発生し、その気泡のエアリフト作用によって生じる、膜エレメントの膜面に平行な上昇流が、膜面に堆積したろ過物を離脱させる。

もちろん、被処理液としては、下廃水に限られるのではなく、水処理分野であれば浄水処理、上水処理、排水処理、工業用水製造などで利用でき、河川水、湖沼水、地下水、海水、下水、排水などを被処理水とすることができる。

実施例、比較例における分離膜の透水量と内側の樹脂部の面積割合、透過側の間隙、内側の樹脂部の平面形状、内側の樹脂部の間隔、内側の樹脂部の断面形状は、次のように測定した。

［エレメントの透水量］
後述の方法で作成した分離膜を１２ｃｍ角で２枚切り出し、各実施例、比較例に記載された方法で分離膜エレメントを作成した。得られた分離膜エレメントに、集水口のついた固定治具を取り付け、高さ２０ｃｍ、幅２０ｃｍ、奥行き２０ｃｍ水槽に浸漬させ、水頭高さ１ｍで蒸留水を２５℃で、５分間予備透過させた後、続けて蒸留水を透過させて透過水を５分間採取することにより透水量を測定する。

［内側の樹脂部の面積割合］
樹脂部が設けられた分離膜エレメントの内側を５ｃｍ角に切り出し、市販のスキャナーで画像を取り込み、この画像を明度差により２値化処理して、平面方向における個々の樹脂部の面積を測定した。この面積の総和を、膜表面に垂直な方向から樹脂部を投影した時に得られる投影面積とみなし、この投影面積を切り出した膜の面積（２５ｃｍ²）で割った値（割合、面積％）を算出した。

［透過側の間隙］
分離膜エレメントを厚さ方向に切断した断面から２枚の分離膜の間隙をマイクロスコープ（キーエンス社製 型式：ＶＨＸ−１１００）で測定した。

［内側の樹脂部の平面形状］
樹脂部が設けられた分離膜エレメントの内側について、市販のスキャナーで画像を取り込み、この画像を明度差により２値化処理して、平面方向における個々の樹脂部の略形状を目視で判断した。個々の樹脂部については、樹脂部のみ（樹脂がない部分を含まない）の最長径の大きさをその樹脂部の長径、長径線の中心における垂直線（樹脂がない部分を含んでもよい）を短径とし、その平均値を算出した。なお、樹脂部の長径、短径の平均値は小数点２桁目を四捨五入した。

［内側の樹脂部の間隔］
樹脂部が設けられた分離膜エレメントの内側について、市販のスキャナーで分離膜の表面に垂直な方向から見た画像を取り込み、この画像を明度差により２値化処理した後、個々の樹脂部について隣接する別の樹脂部との最短距離を測定し、その平均値を算出した。なお、樹脂部の間隔の平均値は小数点２桁目を四捨五入した。

［内側の樹脂部の断面形状］
分離膜エレメントを厚さ方向に切断した断面から、樹脂部の断面の略形状を目視で判断した。

（実施例１）
製膜原液用の樹脂成分としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、重量平均分子量２８万）を用いた。また、開孔剤としてポリエチレングリコール（ＰＥＧ２０，０００、重量平均分子量２０，０００）、溶媒としてＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、非溶媒としてＨ₂Ｏをそれぞれ用いた。これらを９５℃の温度下で十分に攪拌し、次の組成を有する製膜原液を作製した。
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ） ：１３．０重量％
ポリエチレングリコール（ＰＥＧ２０，０００） ： ５．５重量％
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ） ：７８．０重量％
Ｈ₂Ｏ ： ３．５重量％

基材として、密度０．４２ｇ／ｃｍ³、サイズ５０ｃｍ幅×１５０ｃｍ長の長方形のポリエステル繊維製不織布を用いて、上記製膜原液を３０℃に冷却した後、基材に塗布し、塗布後、直ちに２０℃の純水中に５分間浸漬し、さらに９０℃の熱水に２分間浸漬して溶媒であるＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドおよび開孔剤であるポリエチレングリコールを洗い流した。その後、界面活性剤（モノオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン）の２０重量％水溶液に３０分間浸漬した後、７５℃の熱風乾燥機にて３０分間乾燥して分離膜を製造した。

次に、得られた分離膜から１２ｃｍ角で２枚の切片を切り出した。このうち、１枚の分離膜の透過側に、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＴＥＸ ＹＥＡＲ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ ＩＮＣ．製、商品名：７０３Ａ、軟化点９６℃）を、ホットメルトアプリケーター（サンツール社製 装置名：ＣＦ−０３ＳＳ−Ｓ）を用いて、樹脂温度１２０℃、走行速度１２ｍ／ｍｉｎで塗布した。このとき、分離膜の外周部分、つまり周縁の封止部には、幅５ｍｍ、高さ３ｍｍ程度の大きさで樹脂を塗布した。また、内側の領域には、ドット形状で長さ４ｍｍ、幅３ｍｍ、縦間隔８ｍｍ、横間隔４ｍｍ、高さ１ｍｍ程度の大きさになるように、樹脂を塗布した。

その後、分離膜の上に透過側の面が向かい合うようにもう１枚の分離膜を乗せ、この分離膜の周辺に、スペーサーとしてアルミ板を配置した。これら２枚の分離膜と、スペーサーとを共に、厚み３ｍｍの２枚のアルミ板の間に挟み、８５℃のオーブンの中に３０分間静置して分離膜の透過側に樹脂を接着させた。

こうして得られた分離膜エレメントの透過側の間隙は、０．５ｍｍ（５００μｍ）であった。また、内側の樹脂部は長径８．０ｍｍ、短径４．５ｍｍ、縦間隔４．０ｍｍ、横間隔２．５ｍｍの略楕円形のドット状であり、その面積割合は３５％であった（図１参照）。なお、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。

さらに、端部に集水口用の固定治具を取り付け、分離膜の透水性能（透水量）を測定したところ、２４．８×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表１に示す。

（実施例２）
分離膜の透過側の間隙を０．０５ｍｍ（５０μｍ）となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布する高さと、スペーサーであるアルミ板の厚みを変更した以外は、実施例１と同様にエレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長径８．０ｍｍ、短径４．５ｍｍ、縦間隔４．０ｍｍ、横間隔２．５ｍｍの略楕円形のドット状であり、その面積割合は３５％であった（図１参照）。なお、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２４．６×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１より低い値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表１に示す。

（実施例３）
分離膜の透過側の間隙を２ｍｍ（２０００μｍ）となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布する高さと、スペーサーであるアルミ板の厚みを変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長径８．０ｍｍ、短径４．５ｍｍ、縦間隔４．０ｍｍ、横間隔２．５ｍｍの略楕円形のドット状であり、その面積割合は３５％であった（図１参照）。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２５．８×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１とほぼ同等の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表１に示す。

（実施例４）
分離膜の透過側の間隙を５ｍｍ（５０００μｍ）となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布する高さと、スペーサーであるアルミ板の厚みを変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長径８．０ｍｍ、短径４．５ｍｍ、縦間隔４．０ｍｍ、横間隔２．５ｍｍの略楕円形のドット状であり、その面積割合は３５％であった（図１参照）。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２５．５×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１とほぼ同等の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表１に示す。

（実施例５）
内側の樹脂部の面積割合が１％となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布するドット形状の大きさおよび縦横間隔を変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長径１．１ｍｍ、短径１．１ｍｍ、縦間隔９．４ｍｍ、横間隔８．３ｍｍの略円形のドット状であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略楕円形状であった。分離膜の透水性能は２４．７×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１とほぼ同等の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表１に示す。

（実施例６）
分離膜の透過側の間隙を２ｍｍ（２０００μｍ）とし、内側の樹脂部の面積割合が５％となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布するドット形状の大きさおよび縦横間隔と、スペーサーであるアルミ板の厚みを変更した以外は、実施例３と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長径２．６ｍｍ、短径１．８ｍｍ、縦横間隔７．５ｍｍの略楕円形のドット状であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略楕円形状であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２５．１×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例３とほぼ同等の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表１に示す。

（実施例７）
分離膜の透過側の間隙を２ｍｍ（２０００μｍ）とし、内側の樹脂部の面積割合が２０％となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布するドット形状の大きさおよび縦横間隔を変更した以外は、実施例３と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長径５．１ｍｍ、短径３．６ｍｍ、縦間隔５．６ｍｍ、横間隔３．７ｍｍの略楕円形のドット状であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２５．９×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例３とほぼ同等の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表１に示す。

（実施例８）
分離膜の透過側の間隙を２ｍｍ（２０００μｍ）とし、内側の樹脂部の面積割合が６７％となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布するドット形状の大きさおよび縦横間隔を変更した以外は、実施例３と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長径１１．７ｍ、短径６．０ｍｍ、縦横間隔０．７ｍｍの略楕円形のドット状であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２４．０×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例３よりも低い値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表１に示す。

（実施例９）
分離膜の透過側内側の樹脂の形状はストライプ形状で、内側の樹脂部の面積割合が３１％となるようにした以外は、実施例３と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長さ９９．７ｍｍ、幅１．８ｍｍ、幅方向の間隔５．０ｍｍの直線状であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２５．３×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例３とほぼ同等の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表２に示す。

（実施例１０）
分離膜の透過側内側の樹脂の形状はストライプ形状で、内側の樹脂部の面積割合が５７％となるようにした以外は、実施例３と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長さ１０．１ｍｍ、幅３．７ｍｍ、幅方向の間隔３．５ｍｍの直線状であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２４．１×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａと僅かに、実施例９よりも低い値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表２に示す。

（実施例１１）
分離膜の透過側内側の樹脂の形状は縞綱板の縞模様で、内側の樹脂部の面積割合が１０％となるようにした以外は、実施例３と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長さ１７．０ｍｍ、幅１．７ｍｍ、間隔６．７ｍｍの略長方形の縞綱板の縞模様であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２５．０×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例３とほぼ同等の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表２に示す。

（実施例１２）
分離膜の透過側内側の樹脂の形状は縞綱板の縞模様で、内側の樹脂部の面積割合が３４％となるようにした以外は、実施例１１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長さ６．８ｍｍ、幅３．２ｍｍ、間隔１．６ｍｍの略長方形の縞綱板の縞模様であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２４．８×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１１とほぼ同等の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表２に示す。

（実施例１３）
分離膜の透過側内側の樹脂の形状は縞綱板の縞模様で、内側の樹脂部の面積割合が５９％となるようにした以外は、実施例１１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長さ１４．３ｍｍ、幅３．２ｍｍ、間隔１．３ｍｍの略長方形の縞綱板の縞模様であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２４．２×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１１より若干低い値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表２に示す。

（実施例１４）
分離膜の透過側内側の樹脂の形状は格子形状で、内側の樹脂部の面積割合が３４％となるようにした以外は、実施例３と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、内側の樹脂部は長径１３．８ｍｍ、短径７．５ｍｍ、間隔３．４ｍｍの略＃字形をした格子ドット状であった。また、内側の樹脂部の断面形状は略長方形状であった。分離膜の透水性能は２４．５×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１より低い値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表３に示す。

（比較例１）
分離膜の透過側の周囲のみに樹脂を塗布した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価した。分離膜の透過側の間隙は０．４ｍｍ以下（４００μｍ以下）であり、分離膜の透水性能は６．３×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａと実施例１の１／４程度の値であった。なお、樹脂部の有無、透過側の間隙、透水性能の結果を表３に示す。

（比較例２）
分離膜の透過側の周囲のみに樹脂を塗布し、さらに流路用のネット（厚み：７００μｍ、ピッチ：５ｍｍ×５ｍｍ、繊維径：７８０μｍ、投影面積割合：３０％）を挟み込んだこと以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価をした。分離膜エレメントの透水性能は１６．２×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａと実施例１の３／５程度の値であった。なお、樹脂部の有無、透過側の間隙、透水性能の結果を表３１に示す。

（実施例１５）
分離膜の透過側の間隙を０．０３ｍｍ（３０μｍ）となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布する高さと、スペーサーであるアルミ板の厚みを変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は１８．６×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１の３／４程度の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表３に示す。

（実施例１６）
内側の樹脂部の面積割合が７７％となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布するドット形状の大きさおよび縦横間隔を変更した以外は、実施例３と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は１７．６×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１の５／７程度の値であった。なお、樹脂部の面積割合、透過側の間隙、透水性能の結果を表３に示す。

（実施例１７）
分離膜の透過側の内側の樹脂部と周縁の封止部に塗布する樹脂を、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＴＥＸ ＹＥＡＲ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ ＩＮＣ．製、商品名：７０５ＡＴ、軟化点８２℃）に変更し、塗布する樹脂温度を１００℃、オーブンの温度を７０℃とした以外は実施例１と同様の方法で分離膜エレメントを作製した。得られた分離膜エレメントの透水性能は２４．７×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１とほぼ同等の値であった。

（実施例１８）
分離膜の透過側の内側の樹脂部と周縁の封止部に塗布する樹脂を、変成オレフィン系樹脂（東亞合成社製、商品名：ＥＶ１６５、軟化点１０５℃）に変更し、塗布する樹脂温度を１２０℃、オーブンの温度を９５℃とした以外は実施例１と同様の方法で分離膜エレメントを作製した。得られた分離膜エレメントの透水性能は２４．８×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１と同等の値であった。

（実施例１９）
分離膜の透過側の内側の樹脂部と周縁の封止部に塗布する樹脂を、熱可塑性ゴム（旭化学合成社製、商品名：ＳＧＨ２００５Ｇ、軟化点１８５℃）に変更し、塗布する樹脂温度を２００℃、オーブンの温度を１７０℃とした以外は実施例１と同様の方法で分離膜エレメントを作製した。得られた分離膜の透水性能は２４．８×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１と同等の値であった。

（実施例２０、比較例５）
実施例１、実施例２、実施例９、実施例１２、および比較例２に記載の分離膜エレメントをＭＢＲに適用したときの耐久性を評価した。

分離膜エレメントは、実施例１と比較例２に記載の透水性測定用と同様の構造で、５０ｃｍ四方の略四角形状とした。試験方法は、この分離膜エレメントを１０枚ずつ平行に束ねて分離膜モジュールを構成し、活性汚泥槽に浸漬し、活性汚泥中で透水量０．３ｍ／ｄａｙ、下部より１５Ｌ／ｍｉｎ／エレメントの曝気負荷を与え、約３ヶ月間運転した。なお、曝気負荷量は、運転時のエネルギーコストに繋がるため通常は必要最小限であればよく、一般的には２０Ｌ／ｍｉｎ／エレメント以下とされる。

結果、実施例１、実施例２、実施例９、実施例１２の分離膜エレメントを用いた分離膜モジュールは、約３ヶ月間の試験後に、エレメント破損もなく、実用的な柔軟性と剛性を有していた。一方、比較例２の分離膜エレメントを用いた分離膜モジュールは、運転から約１ヶ月後にエレメント破損による濁質漏れが発生し、柔軟性と剛性が不十分であった。

（参考例１）
実施例３と実施例１２の分離膜エレメントをＭＢＲ適用したときの曝気に対する耐久性を比較した。

分離膜エレメントは、実施例３と実施例１２に記載の透水性測定用と同様の構造で、５０ｃｍ四方の略四角形状とした。試験方法は、この分離膜エレメントを１０枚ずつ平行に束ねて分離膜モジュールを構成し、活性汚泥槽に浸漬し、活性汚泥中で透水量０．３ｍ／ｄａｙ、下部より４０Ｌ／ｍｉｎ／エレメントの曝気負荷を与え、約３ヶ月間運転した。なお、曝気負荷４０Ｌ／ｍｉｎ／エレメントは通常の運転条件の約２倍であり、従来はこのような曝気負荷は与えない。

結果、実施例３の分離膜エレメントの分離膜表面にはドット接着ラインに沿って薄い皺が見られたが、実施例１２の分離膜エレメントの分離膜表面には皺の発生は見られず、樹脂部を縞綱板模様の加工とすることにより、分離膜エレメントの剛性および耐久性が向上することが確認された。

（実施例２１）
分離膜の透過側の間隙を５．５ｍｍ（５５００μｍ）となるように、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布する高さと、スペーサーであるアルミ板の厚みを変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は２５．１×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１とほぼ同等の値であった。

上記で得られた分離膜エレメントと、実施例４の分離膜エレメントについて実施例２０と同様の方法で分離膜モジュールを作製し、耐久性を評価した。上記で得られた分離膜エレメントにのみ、分離膜表面の皺が発生していた。この分離膜エレメントは破損もなく、濁質漏れも見られなかったが、皺を発端として長期運転時には破損を招く恐れがある。

（実施例２２、比較例７）
分離膜の透過側の内側の樹脂部と周縁の封止部に塗布する樹脂を、オレフィン系樹脂（旭化学合成社製、商品名：ＡＲ１２３４、軟化点７３℃）に変更し、塗布する樹脂温度を９０℃、オーブンの温度を６０℃とした以外は実施例１と同様の方法で分離膜エレメントを作製した。得られた分離膜の透水性能は２４．９×１０^-9ｍ³／ｍ²／ｓ／Ｐａであり、実施例１とほぼ同等の値であった。

上記で得られた分離膜エレメントと、実施例１５の分離膜エレメントについて実施例２０と同様の方法で分離膜モジュールを作製し、参考例１に記載の方法で耐久性を評価したところ、上記で得られた分離膜エレメントにのみ、内側の樹脂部分と分離膜透過側の剥がれが確認された。この分離膜エレメントには濁質漏れは見られなかったが、長期運転時には分離膜が破損する恐れがある。

（実施例２３）
従来品としてＡＢＳ樹脂製の支持板を有する分離膜エレメント（従来品）と、本発明の構成を有する分離膜エレメント（本発明）と、それぞれの分離膜エレメントを１００枚配列して構成した膜モジュールを製作し比較した。その結果を表４に表す。なお、使用する分離膜の種類および平面サイズ（０．５ｍ×１．４ｍ）は同じとした。

本発明の構成を有する分離膜エレメントは、図７の模式的に示した形態を有し、樹脂部が直径約３．０ｍｍ、高さ約２．５ｍｍの円柱状に形成した。分離膜の周縁を幅約２０ｍｍの封止部で封止するとともに、周縁の一部に幅約３５ｍｍの集水部を、隣接する分離膜エレメント間で重ならない位置の組み合わせになるように形成した。この集水部に図９（ａ）（ｂ）の形状を有するポリエチレン樹脂製の集水口を挿入した後、封止した。

本発明の構成を有する分離膜モジュールは上記分離膜エレメントの端部に貫通孔（直径約２０ｍｍ）を形成し、隣接する集水口が重ならないように配列しながら貫通孔に通し棒を通すことにより製作した。

表４の結果から明らかなように、本発明の分離膜エレメントは、従来の分離膜エレメントに比べ、エレメントの厚さが半分に、エレメントの重量が１／４になった。また膜モジュール全体としての重量は１／４以下となった。また分離膜エレメントの束を支える筺体についてみると、重量を１／５程度にすることが可能になった。分離膜エレメント重量を下げることにより、筺体の簡素化が図れている。最後に膜の充填率についてみると、本発明の分離膜モジュールは、従来の分離膜モジュールに比べ、膜充填率が１．３倍となった。これは分離膜エレメントが薄くなったことと併せて、集水口を干渉しないように配置したことによる。

なお、分離膜モジュール耐久性については、実際に本発明の分離膜エレメント（支持板レスエレメント）を配置したＭＢＲ用試作モジュールの数ヶ月の運転した結果から、支持板レスエレメントは曝気のエネルギーをうまく逃がすことができており、分離膜エレメントが破損することはなかった。

１ 分離膜エレメント
２ 分離膜
３ 分離機能層
４ 基材
５ 間隙
６ 封止部
７ 内側の樹脂部
８ 集水部
９ 集水口
１１ 傾斜辺
１２ 分離膜モジュール
１３ 分離膜エレメント
１４ 分離膜浸漬水槽
１５ 散気装置
１６ ブロア
１７ 吸引ポンプ
１８ 被処理水入口
１９ 被処理水出口
２０ 透過水
２３ 固定治具
２４ 集水管

Claims (9)

1. 透過側の面が互いに対向するように配置された２枚の分離膜を有する分離膜対と、互いに対向する前記透過側の面の両方に接着する２個以上の樹脂部とを備え、前記分離膜対の周縁部が封止されていることを特徴とする分離膜エレメント。
2. 前記分離膜の周縁部の内側の面積に対する樹脂部の面積割合が、１％以上７０％以下である請求項１に記載の分離膜エレメント。
3. 前記分離膜対における前記分離膜の間隙が５０μｍ以上５０００μｍ以下である請求項１または２に記載の分離膜エレメント。
4. 前記樹脂部が、軟化点が８０〜２００℃である熱可塑性重合体で形成されている請求項１から３のいずれかに記載の分離膜エレメント。
5. 前記樹脂部がドット状、線状、格子状のいずれかで配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の分離膜エレメント。
6. 前記樹脂部が線状に配置され、線状部分が縞鋼板の縞模様に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の分離膜エレメント。
7. 前記樹脂部の縞模様の縞目が前記分離対膜の周縁部に対して略平行および略垂直な方向に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の分離膜エレメント。
8. 前記周縁部の一部に集水部を設け、該集水部において周縁部の内側に形成された集水流路が外部と連通することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の分離膜エレメント。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の分離膜エレメントを複数平行に配列した分離膜モジュールであって、隣り合う分離膜エレメントの前記集水部同士が同じ位置にならないように配置されていることを特徴とする分離膜モジュール。

Images