WO2021059885A1 - 浸漬型平膜エレメントおよびその製造方法 - Google Patents

浸漬型平膜エレメントおよびその製造方法 Download PDF

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WO2021059885A1
WO2021059885A1 PCT/JP2020/033015 JP2020033015W WO2021059885A1 WO 2021059885 A1 WO2021059885 A1 WO 2021059885A1 JP 2020033015 W JP2020033015 W JP 2020033015W WO 2021059885 A1 WO2021059885 A1 WO 2021059885A1
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filter plate
water
water blocking
section
separation membrane
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PCT/JP2020/033015
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綾乃 檜垣
純輔 森田
昌男 東
憲史 島田
高杉　健
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東洋紡株式会社
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/06—Flat membranes
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/002—Organic membrane manufacture from melts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to an immersion type flat membrane element of a membrane separation device used in a membrane separation active sludge method, and particularly provides a peeling strength and a cross-sectional profile of a water blocking portion formed by adhering a separation membrane to the peripheral edge of a filter plate.
  • the activated sludge method filters water treated with activated sludge using a separation membrane, so a clear filtrate can be obtained, and there are advantages such as compactness of equipment and ease of operation management. It has become a technology that has received a lot of attention.
  • Membrane Separation The solid-liquid separation device used in the activated sludge method includes, for example, an immersion type membrane separation device as shown in FIG. In FIG. 1, the membrane separation device 1 includes a flat membrane element 2 and an air diffuser 3.
  • the flat membrane element 2 is formed by arranging separation membranes 5 on the front and back surfaces of a thermoplastic resin filter plate 4 and adhering them along the entire circumference of the peripheral edge of the filter plate 4.
  • the water treated with activated sludge is filtered by the surface of the separation membrane 5 surrounded by the adhesive portion.
  • the surface surrounded by the adhesive part is called the water permeable part.
  • the separation membrane 5 has a structure in which a non-woven fabric as a base material is impregnated with a membrane polymer.
  • the separation membrane fluctuates due to the collision with the bubbles and the influence of the ascending current, a load is generated on the adhesive portion between the filter plate and the separation membrane, the separation membrane peels off, and sludge leaks to the permeated water side.
  • a method of adhering the filter plate and the separation membrane there is an ultrasonic welding method. In this method, a horn that oscillates ultrasonic waves is pressed against a portion to be bonded, and the filter plate resin and the separation membrane are melted and welded by the heat generated by the vibration of the ultrasonic waves.
  • Patent Document 1 states that the melting allowance located on the outside of the filter plate is formed higher than the melting allowance located on the water-permeable portion side, so that the filter plate and the separation membrane are separated and the separation membrane is broken.
  • the technology for suppressing the above is disclosed.
  • a plurality of water blocking portions must be independently provided on the same surface of the flat membrane element, which complicates the work of manufacturing the flat membrane element. Therefore, there is a problem that poor contact of the ultrasonic oscillation horn is likely to occur at the water stop portion on the water permeation portion side at the time of welding, and a large difference in welding strength cannot be provided between the plurality of water stop portions.
  • the present invention has been conceived in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is the peel strength and cross-sectional profile of a single waterproof portion formed by adhering a separation film to the peripheral edge of a filter plate.
  • an object of the present invention is the peel strength and cross-sectional profile of a single waterproof portion formed by adhering a separation film to the peripheral edge of a filter plate.
  • the present inventor has used an ultrasonic horn that forms a specific cross-sectional shape to form a continuous single concave cross section.
  • Immersion type flat that achieves both durability of the water stop and ease of repair by providing a water stop so that the strength of the welded part of the water stop can be set appropriately on the water permeation side and the outside of the filter plate.
  • the membrane element can be easily manufactured, and have completed the present invention.
  • the present invention has the following configurations (1) to (5).
  • An immersion type flat membrane element in which a resin separation membrane is adhered along the entire circumference of a resin filter plate to form a water blocking portion, and the water blocking portion has a single concave cross section.
  • the peeling strength at the welding site 1 forming the shoulder portion of the concave cross section on the water permeating portion side of the water blocking portion is the welding portion forming the shoulder portion of the concave cross section on the outside of the filter plate of the water blocking portion.
  • An immersion type flat membrane element characterized in that the peel strength in 2 is 30 to 90%, and the peel strength in the welded portion 2 of the water blocking portion is 8N or more and 40N or less.
  • a resin separation membrane is overlaid on a resin filter plate, and an ultrasonic horn is pressed from the separation membrane side along the entire circumference of the overlapping peripheral edges to form a continuous line with a single concave cross section.
  • One of (1) to (3), wherein the portion to which the ultrasonic horn is pressed has a convex shape corresponding to the concave cross section of the waterproof portion.
  • the manufacturing method according to (4), wherein the portion to which the ultrasonic horn is pressed further includes a slack portion following the convex-shaped portion corresponding to the concave cross section of the waterproof portion.
  • the immersion type flat membrane element of the present invention appropriately controls the peeling strength on the water-permeable portion side and the outside of the filter plate of the welded portion of the water blocking portion having a single concave cross section, the load is most applied during use. Deterioration of the separation membrane due to heat during welding can be suppressed on the water permeable part side of the water stop part, the separation membrane can be prevented from breaking during use, and part of the separation film peels off on the water permeable part side of the water stop part due to long-term use. Even when it occurs, the filtration performance of the flat membrane element can be maintained by maintaining the water blocking function on the outside of the filter plate, and the service life can be extended by partial repair.
  • the inner rising portion of the concave portion of the cross-sectional shape of the water blocking portion forms a curve
  • the rising portion of the shoulder portion of the concave cross section on the outside of the filter plate of the water blocking portion is concave.
  • the edge angle forming the angle change is controlled to a specific range, so that the water stop part Inside, sufficient welding strength to prevent peeling of the separation membrane can be realized while maintaining the structure of the separation membrane as much as possible, and the above effect can be easily obtained.
  • the method for manufacturing the immersion type flat membrane element of the present invention uses an ultrasonic horn having a specific shape, a single concave stopper having the above effect on the smooth surface of the filter plate by one welding operation is performed. A water portion can be formed, and the processing cost of the filter plate, the man-hours for welding, and the power supply capacity can be reduced.
  • FIG. 4 is a schematic view of an example of the immersion type flat membrane element of the present invention.
  • a resin mesh is arranged as a flow path material 11 in the central portion 10 of the filter plate 4
  • a cushioning material 12 is arranged on the resin mesh, and the cushioning material 12 is further placed on the resin mesh.
  • the cushioning material 12 having a role of protecting the membrane in between.
  • FIG. 4 shows only the configuration on one side of the filter plate 4 of the immersion type flat membrane element, in the present invention, it is preferable that the filter plate 4 has the same configuration on both the front and back surfaces.
  • the liquid to be treated is brought into contact with the outer surface of the separation membrane 5, and suction filtration is performed from the outside to the inside of the separation membrane 5.
  • the filtered membrane permeated water passes through the voids in the buffer material 12 and the flow path material 11 arranged between the separation membrane 5 and the filter plate 4 in order, and the permeated water attached to the end of the filter plate 4. It flows in the direction of the water intake port 13 and is discharged from the permeated water intake port 13 to the outside of the immersion type flat membrane element.
  • the peripheral edge portion 7 of the filter plate 4 is preferably made 0.6 to 2 mm higher than the central portion 10, and the flow path material 11 and the flow path material 11 and the concave space of the central portion 10 formed thereby are formed. It is preferable that the step between the central portion 10 and the peripheral portion 7 in the state where the cushioning material 12 is arranged and the flow path material 11 and the cushioning material 12 are arranged is 0.5 mm or less. It is preferable that the cushioning material 12 is arranged so as to cover the flow path material 11 adhered to the filter plate 4 and adheres to the flow path material 11.
  • the separation membrane 5 is preferably adhered at the peripheral edge portion 7 so as to cover the filter plate 4 on which the flow path material 11 and the cushioning material 12 are arranged.
  • the material of the separation membrane 5 is not particularly limited as long as it is made of resin, but is a thermoplastic resin such as polyvinyl chloride, chlorinated polyvinyl chloride, polyether sulfone, polyvinylidene fluoride, or polytetrafluoroethylene. , Or a mixture thereof can be appropriately selected.
  • the separation film 5 may be a non-woven fabric made of a thermoplastic resin such as PET or polypropylene, or a composite film obtained by impregnating or laminating a separation layer made of the film material on papermaking.
  • the thickness of the separation membrane 5 is preferably 50 ⁇ m to 300 ⁇ m, more preferably 80 ⁇ m to 150 ⁇ m. If this thickness is too large, uneven welding may easily occur or the filter plate may be easily peeled off. Further, if the thickness is thin, the separation membrane is likely to be broken.
  • the material of the filter plate 4 is not particularly limited as long as it is made of a resin that retains the shape of the entire flat membrane element, but a thermoplastic resin such as ABS resin, polyvinyl chloride resin, or polycarbonate resin may be appropriately selected. it can.
  • the dimensions of the filter plate preferably have a rectangular shape with a height (length) of 300 mm to 1500 mm and a width of 200 mm to 550 mm, and have a peripheral edge portion 7 having a width of 10 mm to 20 mm.
  • the filter plate and the separation membrane are arranged so that the peripheral edge portion 7 of the filter plate and the separation membrane 5 overlap each other with a width of about 5 to 15 mm, and then 0.5 mm or more outside from the inner end portion of the peripheral edge portion 7. It is preferable to weld by the ultrasonic welding method at the position of.
  • FIG. 5 shows a water blocking portion 6 and a welding assisting portion 8 in the peripheral edge portion 7 in a state where the filter plate 4 and the separation membrane 5 are displaced so that the welded portion between the filter plate 4 and the separation membrane 5 can be easily understood.
  • the ultrasonic welding method include a rotary welding method and an up-down method.
  • an up-down horn is used by the up-down method to achieve a width of 0.5 mm to 3 mm and a maximum depth of 50 ⁇ m to 500 ⁇ m. It is preferable that one continuous water blocking portion 6 (welding portion) is integrally formed along the peripheral edge portion 7 of the filter plate 4 over the entire circumference. Further, in order to prevent the outer periphery of the separation membrane 5 from fluttering during use, it is preferable to provide a welding assisting portion 8 in the shape of a shaving on the outside of the water blocking portion 6.
  • FIG. 6 is a cross-sectional photograph of the peripheral portion 7 in the vicinity of the water blocking portion 6 cut in the width direction.
  • the water stop portion 6 is composed of a continuous single line having a concave cross section indicated by the double-headed arrow A in FIG. 6, and this line constitutes a rectangle closed along the peripheral edge portion 7.
  • the water blocking portion 6 is a welded portion formed by welding the filter plate 4 and the separation membrane 5, and the welded portion is a portion where peel strength is exhibited when the filter plate 4 and the separation membrane 5 are peeled off. Is.
  • the peel strength profile of the water blocking portion has two peaks (peak 1 and peak 2) as shown in FIG. 7.
  • Peak 1 is the peel strength at the welding site 1 forming the shoulder portion of the concave cross section on the water-permeable portion side of the water stop portion shown in FIG. 8
  • peak 2 is the shoulder of the concave cross section on the outside of the filter plate of the water stop portion. It is the peel strength at the welding site 2 forming the portion.
  • Such a peel strength profile is closely related to the shape of the up-down horn when the separation membrane is welded to the peripheral portion, and is a property peculiar to the immersion type flat membrane element of the present invention.
  • the peel strength (peak 1) of the welding site 1 is set to be relatively weak, while the peel strength (peak 2) of the welding site 2 is welded. It is characterized in that it is set stronger than the peel strength (peak 1) of the portion 1. That is, in the welding site 1, the filter plate and the separation membrane are widely and shallowly melted and adhered to each other by using an ultrasonic horn having a specific shape on the welding site 1 side as described later. Therefore, the welding site 1 has a relatively weak peel strength while suppressing deterioration of the separation membrane as compared with the welding site 2.
  • the separation membrane of the water permeable portion swings during the activated sludge treatment and is exposed to stress, the separation membrane breaks at the welding site 1 which is the boundary between the water stop portion and the water permeable portion where the load is most applied. Can be effectively prevented.
  • the welding site 2 since the ultrasonic horn having a specific shape on the welding site 2 side is used, the filter plate and the separation membrane are melted more than the welding site 1 and are firmly integrated. Therefore, the welding site 2 has a relatively strong peel strength as compared with the welding site 1. As a result, even if the separation film is peeled off at the welding site 1, it is possible to prevent the separation film and the filter plate from being easily peeled off at the welding site 2. With such a configuration, even when the separation film and the peripheral edge of the filter plate are peeled off at the welding site 1, the welding site 2 can maintain the function as an immersion type flat membrane element.
  • the peel strength at the welded portion 1 of the water blocking portion is 30 to 90%, preferably 35 to 85% of the peel strength at the welded portion 2. If the ratio of the peel strength at the welding site 1 is smaller than the above range, the peel strength of the welding site 1 becomes insufficient, and the welding site 1 is easily peeled when handling the flat film element. Further, if the ratio is larger than the above range, the desired effect of the present invention cannot be sufficiently obtained.
  • the peel strength of the welded portion 2 of the water blocking portion is 8N or more and 40N or less, preferably 11N or more and 35N or less. If the peel strength of the welding site 2 is too small, the film peeling is likely to occur at the welding site 2 when the film peeling or the like occurs at the welding site 1. On the other hand, if the interface between the separation membrane and the filter plate resin is excessively melted in an attempt to increase the peel strength of the welded portion 2, the structure of the separation membrane at the welded portion deteriorates and the breaking strength of the separation membrane is significantly reduced. Membrane breakage is likely to occur.
  • the peel strength of the welded portion 1 of the water blocking portion is preferably 30 N or less, more preferably 27 N or less. Further, the peel strength of the welded portion 1 of the water blocking portion is preferably 4N or more, more preferably 5N or more. If the peel strength of the welded portion 1 is too large, the occurrence of film peeling is reduced, but the film tearing is likely to occur. On the other hand, if the peel strength of the welded portion 1 is too small, film peeling is likely to occur.
  • the welding portion 1 having a relatively weak peeling strength is provided on the water-permeable portion side of the water blocking portion, and the welding portion 2 having a relatively strong peeling strength is provided on the outside of the filter plate of the same water blocking portion. Since the water permeable part side of the water part can prevent deterioration of the separation membrane during welding, the water permeable part side where the load is most applied during use can prevent the separation membrane from breaking, and at the same time, the separation membrane can be prevented from peeling from the filter plate. The filtration performance of the flat membrane element can be maintained for a long period of time. Further, when the separation membrane and the filter plate are partially peeled off only at the welding site 1, the life of the flat membrane element can be extended by repairing the separation membrane and the filter plate at the time of inspection.
  • the shape of the water blocking portion of the flat membrane element of the present invention has the following characteristics. That is, in the water-stopping portion of the present invention, the rising portion of the shoulder portion (welding portion 1) of the concave cross section on the water-permeable portion side of the water-stopping portion forms a curve as shown in E of FIG.
  • the rising portion of the shoulder portion (welded portion 2) of the concave cross section on the outer side of the filter plate is clearly upward at the outer edge of the filter plate (C in FIG. 10) of the flat portion (B in FIG. 10) between the shoulder portions. It stands up by changing the angle of.
  • the edge angle (X in FIG. 8) forming the angle change of the rising portion of the welding portion 2 is preferably 80 degrees or more and 135 degrees or less.
  • the cross section of the welded portion 1 it is preferable to use an ultrasonic horn having a curved cross-sectional shape on the welded portion 1 side having a radius of curvature of 0.3 to 3 mm and an arc length of 0.4 to 4 mm. .. Since the water stop portion has such a shape, when the separation membrane is stretched due to the formation of the water stop portion having a concave cross section at the time of welding, the degree of extension of the separation membrane is widely dispersed at the welded portion 1 of the water stop portion. Therefore, deterioration of the separation membrane at the time of welding can be effectively prevented, the influence of peeling of the welding site 1 is stopped at the position C in FIG. The progress of peeling of the plate can be completely prevented.
  • a separation membrane is superposed on a resin filter plate, and a horn (ultrasonic horn) that oscillates ultrasonic waves along the entire circumference of the overlapping peripheral edges is used at a constant pressure.
  • a horn ultrasonic horn
  • frictional heat is generated at the interface between the filter plate and the separation membrane, the resin constituting the filter plate and the separation membrane is melted, and a water blocking part (welding) composed of continuous lines having a single concave cross section is formed. Part) is preferably included.
  • the portion that presses against the portion where the filter plate 4 and the separation film 5 are overlapped forms the water blocking portion 6 as shown on the right side of FIG.
  • the portion is composed of a portion that forms a flutter-shaped welding assisting portion 8 for preventing fluttering.
  • the ultrasonic horn 9 is pushed into the peripheral edge of the filter plate in the direction of the arrow in FIG. 9 at a set horn speed. As shown in FIG. 10, the molten resin on the peripheral edge of the filter plate flows to both sides of the pushed horn and rises. At this time, the peel strength of the regions E, B, and D of the water blocking portion of FIG. 10 is strongly influenced by the ultrasonic horn in the order of region D> region E >> region B, so that it is as shown in FIG. A peel strength profile is obtained.
  • an ultrasonic horn having the above-mentioned shape is used, and the ultrasonic frequency, ultrasonic oscillation time, pressing pressure, etc. are set in a specific suitable range. Just do it.
  • the ultrasonic frequency is preferably 15 to 70 kHz, more preferably 15 to 50 kHz, and even more preferably 15 to 30 kHz.
  • the pressing pressure is preferably 0.1 to 3.0 MPa, more preferably 0.5 to 2.5 MPa
  • the oscillation time is preferably 0.3 to 1.5 seconds, more preferably 0.4 to 1. It is 0.0 seconds.
  • the pressing pressure is small, the adhesion between the peripheral edge of the filter plate and the separation membrane is weakened (the horn cannot sink into the filter plate), so that uniform welding may not be obtained. If the pressing pressure is large, the ultrasonic oscillator may be overloaded and its life may be shortened. If the oscillation time is short, heat generation at the friction interface between the separation membrane and the filter plate becomes insufficient, and welding unevenness may occur. If the oscillation time is long, the melting of the filter plate resin and the separation membrane becomes too large, and the peel strength may be rather weakened.
  • the flat membrane element of the present invention is configured as described above, the welded portion 1 on the water-permeable portion side of the water blocking portion does not break, and even if the welded portion 1 is peeled off due to long-term use, the filter plate Since the welded portion 2 on the side is kept without being peeled off, the life can be extended only by partially repairing the welded portion 1.
  • the flat membrane element of the present invention is shown by examples, but the present invention is not limited thereto.
  • the evaluation of the peel strength in the present invention was based on the following method.
  • the peel strength of the welding sites 1 and 2 was measured based on the following procedure using an unused flat membrane element after ultrasonic welding.
  • the welded part is cut so that the length direction of the water stop part is 15 mm wide, and the water permeable part of the separation membrane 2 cm away from the water stop part is the upper part of the tensile tester (Shimadzu Autograph AGS-J, 50N load cell). It was set on the gripper, and the filter plate to which the separation membrane was welded was set on the lower gripper. Peeling was performed 180 degrees at 20 mm / min, and the strength (N) at that time was measured. The peeling direction was carried out from the water-permeable portion side to the peripheral portion side of the flat membrane element.
  • the peel strength of the welding site 1 was measured by reading the peak top on the water-permeable portion side
  • the peel strength of the welding site 2 was measured by reading the peak top on the outside of the filter plate.
  • Example 1 Separatation membrane
  • a solution consisting of 7.5% by mass of chlorinated polyvinyl chloride, 63.3% by mass of tetrahydrofuran, 19% by mass of isopropanol, and 10.2% by mass of 1-butanol. Soaked gently and left for 1 minute.
  • the PET paper machine impregnated with the membrane-forming stock solution was slowly pulled up, and then left in a drying zone (in a constant temperature and humidity box) having a relative humidity of 75% and a temperature of 20 ° C. for 10 minutes to form a separation film.
  • Both the front and back surfaces of the ABS resin filter plate (height 315 mm, width 225 mm) are bonded to the ABS resin peripheral edge (width 12.5 mm) without gaps, so that the peripheral edge has a thickness of 6 mm and the central portion.
  • a filter plate having a higher peripheral edge of 1 mm was prepared.
  • a resin mesh Nippon Filcon Co., Ltd. DOP-18K (height 290 mm, width 200 mm) is set in the center of the filter plate as a flow path material, and adhered to the filter plate with a water resistant adhesive to form a membrane permeation water flow path. did.
  • the filter plate and the resin mesh were adhered, and a PET non-woven fabric: Hirose Paper Co., Ltd. 05TH-60 (height 285 mm, width 195 mm) was set on the upper surface of the resin mesh as a cushioning material.
  • a separation film (height 305 mm, width 215 mm, thickness 0.13 mm) was superposed on the peripheral edge of the filter plate from the upper part of the non-woven fabric, and the up-down horn shown in FIG. 9 was pressed against the peripheral edge to weld the separation film.
  • the up-down horn used had a radius of curvature of 1 mm at the tip of the water-permeable portion side (inner rising portion), an arc length of 1.6 mm, and an edge angle of 90 degrees on the outside of the filter plate (outer rising portion). ..
  • the pressing pressure of the up / down horn was 0.8 MPa, the oscillation frequency of the ultrasonic wave was 20 kHz, and the oscillation time was 0.475 seconds.
  • a separation membrane was also adhered to the back surface in the same manner to prepare a flat membrane element.
  • Example 2 A flat membrane element was produced in the same manner as in Example 1 except that the oscillation time was set to 0.50 seconds.
  • Example 3 A flat membrane element was produced in the same manner as in Example 1 except that the oscillation time was set to 0.65 seconds.
  • Example 4 As the up-down horn, a flat membrane element is used in the same manner as in Example 2 except that a radius of curvature (2 mm) at the tip of the water-permeable portion side (inner rising portion) is larger than that used in Example 1. Made.
  • Example 5 As the up-down horn, a flat film is used in the same manner as in Example 1 except that a radius of curvature (0.6 mm) at the tip of the water-permeable portion side (inner rising portion) is smaller than that used in Example 1. The element was made.
  • Example 6 A flat membrane element was produced in the same manner as in Example 5 except that the oscillation time was 0.40 seconds.
  • Example 7 As the up-down horn, a horn having a smaller radius of curvature (0.8 mm) at the tip of the water-permeable portion side (inner rising portion) than that used in Example 1 was used, except that the oscillation time was set to 0.80 seconds. A flat membrane element was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 2 As the up-down horn, the same as in Example 3 except that the edge angle on the water-permeable portion side (inner rising portion) is 90 degrees and the edge angle on the outer side of the filter plate (outer rising portion) is 90 degrees is used. That is, an oscillation time of 0.60 seconds) was produced.
  • Table 1 shows the details and evaluation results of the flat membrane elements of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3.
  • Example 1 flat membrane elements having excellent durability and easy to repair are obtained.
  • the separation membrane was peeled off from the filter plate at a part of the welding site 1 during operation, but the liquid to be treated did not leak to the permeated water side, and the welding site 1 was re-welded.
  • the flat membrane element could be reused by repairing by welding.
  • Example 6 although the sludge leak suppression rate was as high as 90%, both the welding sites 1 and 2 were peeled off, but the flat membrane element could be reused by repair.
  • Comparative Example 1 in which the peel strength of the welding sites 1 and 2 was low, the welding sites 1 and 2 both had film peeling at 60% of the flat membrane elements, and the sludge leak suppression rate was as low as 40%. Further, in Comparative Example 2, at the welding site 1 which receives the load due to the shaking during use, the deterioration of the separation film at the time of welding was too strong, and the welding site 1 was broken (membrane rupture) at 30% of the flat membrane elements. Has occurred, and it was impossible to reuse it by repair.
  • the immersion type flat membrane element of the present invention is durable because the peel strength and cross-sectional profile of the water blocking portion of a single continuous concave cross section formed by adhering a separation film to the peripheral edge of the filter plate are devised. It is possible to achieve both sexuality and ease of repair, and to extend the service life. Therefore, the immersion type flat membrane element of the present invention is suitable for use in the water treatment field, particularly in wastewater treatment.

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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

ろ板の周縁部に分離膜を接着して形成された単一の止水部の剥離強度及び断面プロファイルを工夫することにより、止水部の透水部側のみが部分的に剥離した際にも分離膜の破断を防止し、ろ過性能を長期間維持し、止水部の透水部側での剥離の補修による使用寿命の延命化が可能な浸漬型平膜エレメントおよびその製造方法を提供する。樹脂製のろ板の周縁部の全周に沿って分離膜を接着して止水部を形成した浸漬型平膜エレメントであって、止水部が単一の凹状断面の連続した線で構成され、止水部の透水部側の凹状断面の肩部を形成する溶着部位１における剥離強度が、止水部のろ板外側の凹状断面の肩部を形成する溶着部位２における剥離強度の３０～９０％であり、止水部の溶着部位２における剥離強度が、８Ｎ以上４０Ｎ以下であることを特徴とする。

Description

浸漬型平膜エレメントおよびその製造方法
　本発明は、膜分離活性汚泥法に使用される膜分離装置の浸漬型平膜エレメントに関し、特にろ板の周縁部に分離膜を接着して形成された止水部の剥離強度及び断面プロファイルを工夫することにより、止水部の透水部側からの剥離発生時に分離膜全体の破断を防止し、平膜エレメントのろ過性能を長期維持し、止水部の透水部側のみの補修による使用寿命の延命化を図ったものに関する。
　近年、世界的な人口増加や工業化、都市化、生活レベルの向上を背景にして、生活用水や工業用水に必要な質・量が高まっている。膜分離活性汚泥法は、活性汚泥によって処理された水を分離膜を用いてろ過するため、清澄なろ液を得ることができ、設備のコンパクト性や運転管理の容易さなどの利点もあり、近年非常に注目を集める技術となってきた。膜分離活性汚泥法に用いられる固液分離装置には、例えば図１に示すような浸漬型の膜分離装置がある。図１において、膜分離装置１は、平膜エレメント２と散気装置３とを備える。
　図２に示すように、平膜エレメント２は、熱可塑性樹脂製のろ板４の表裏に分離膜５を配置し、ろ板４の周縁部の全周に沿って接着したものである。活性汚泥によって処理された水は、分離膜５の接着部で囲まれた面によりろ過される。接着部で囲まれた面を透水部と呼ぶ。分離膜５は、基材である不織布に膜ポリマーを含浸させた構成である。平膜エレメント２は、運転時の吸引ろ過により透水部の膜面に汚泥や夾雑物が付着・堆積するが、散気装置３から噴出する気泡およびそれにより生じる上昇流によって膜面を洗浄し、膜面に付着・堆積した汚泥や夾雑物を除去することで、平膜エレメントのろ過性能の低下を防止している。
　しかし、この気泡との衝突や、上昇流の影響により分離膜が揺動し、ろ板と分離膜の接着部に負荷が生じ、分離膜が剥離し、透過水側へ汚泥がリークするという問題がある。ろ板と分離膜の接着法には、超音波溶着法がある。これは、超音波を発振するホーンを接着すべき部位に押圧し、超音波の振動により生じる熱により、ろ板樹脂と分離膜とを溶融させ、溶着するものである。
　図３に示すように、ろ板と分離膜との溶着が弱い場合、膜面洗浄時の膜の揺動により、分離膜がろ板から剥離しやすくなる問題がある。活性汚泥処理中の分離膜の剥離による透過水側への汚泥リークの発生は、膜分離装置内の９０％以上の平膜エレメントで阻止されていなければ実用的ではない。一方、溶着が強すぎると、溶着時に溶融したろ板樹脂が分離膜の内部深くまで達した状態で固化し、結果として、ろ板と分離膜の溶着部が破断しやすくなる問題がある。
　このような問題に対して、特許文献１には、ろ板外側に位置する溶融代を透水部側に位置する溶融代より高く形成することによって、ろ板と分離膜の剥離や分離膜の破断を抑制する技術が開示されている。しかし、特許文献１に記載の発明では、一度溶融代をつぶしてしまうと、部分的に剥離した分離膜を修理して再度使用することは困難である。また、平膜エレメントの同一面において複数の止水部を独立して設けなければならず、平膜エレメント作製の作業が煩雑になる。そのため溶着時に、とくに透水部側の止水部で、超音波発振ホーンの接触不良が起こりやすく、複数の止水部間で溶着強度差を大きく設けられないという問題がある。
　また、特許文献２では、不織布層に達しない適度な溶着条件を設定することによって、使用時の分離膜の破断を防止するとしているが、実際には分離膜の破断を完全に防止することは難しく、分離膜の破断を防止する溶着条件では分離膜の剥離が起こりやすく、分離膜の剥離を防止する溶着条件では分離膜の破断が起こりやすいため、両者を同時に防ぐことは困難であった（図３）。
特許第３５７６０５０号 特許第３７７８７５８号
　本発明は、上記の従来技術の問題に鑑み創案されたものであり、その目的は、ろ板の周縁部に分離膜を接着して形成された単一の止水部の剥離強度及び断面プロファイルを工夫することにより、止水部の透水部側のみが部分的に剥離した際にも分離膜の破断を防止し、ろ過性能を長期間維持し、止水部の透水部側での剥離の補修による使用寿命の延命化が可能な浸漬型平膜エレメントおよびその製造方法を提供することにある。
　本発明者は、上記目的を達成するために剥離強度と超音波ホーンの形状との関係について鋭意検討した結果、特定の断面形状を形成する超音波ホーンを用いて単一の凹状断面の連続した止水部を設け、止水部の溶着部位の強度を透水部側とろ板外側で適切に設定できるようにすることにより、止水部の耐久性と補修のしやすさを両立する浸漬型平膜エレメントを容易に製造できることを見出し、本発明の完成に至った。
　即ち、本発明は、以下の（１）～（５）の構成を有するものである。
（１）樹脂製のろ板の周縁部の全周に沿って樹脂製の分離膜を接着して止水部を形成した浸漬型平膜エレメントであって、止水部が単一の凹状断面の連続した線で構成され、止水部の透水部側の凹状断面の肩部を形成する溶着部位１における剥離強度が、止水部のろ板外側の凹状断面の肩部を形成する溶着部位２における剥離強度の３０～９０％であり、止水部の溶着部位２における剥離強度が、８Ｎ以上４０Ｎ以下であることを特徴とする浸漬型平膜エレメント。
（２）止水部の透水部側の凹状断面の肩部の立ち上がり部が曲線を形成し、止水部のろ板外側の凹状断面の肩部の立ち上がり部が凹状断面の両肩部間の平坦部のろ板外側の端で平坦部から明確な上向きの角度変更によって立ち上がり、その角度変更を形成するエッジ角度が８０度以上１３５度以下であることを特徴とする（１）に記載の浸漬型平膜エレメント。
（３）上記溶着部位１の剥離強度が３０Ｎ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の浸漬型平膜エレメント。
（４）樹脂製のろ板に樹脂製の分離膜を重ね、重なった周縁部の全周に沿って分離膜側から超音波ホーンを押し当てて単一の凹状断面の連続した線で構成される止水部を形成することを含み、超音波ホーンの押し当てる部分が、止水部の凹状断面に対応した凸状形状を有することを特徴とする（１）～（３）のいずれかに記載の浸漬型平膜エレメントの製造方法。
（５）超音波ホーンの押し当てる部分が、止水部の凹状断面に対応した凸状形状部に続くあやめ部をさらに含むことを特徴とする（４）に記載の製造方法。
（１）本発明の浸漬型平膜エレメントは、単一の凹状断面の止水部の溶着部位の透水部側とろ板外側で剥離強度を適切に制御しているので、使用時に最も負荷のかかる止水部の透水部側において溶着時の熱による分離膜の劣化を抑制し、使用時に分離膜が破断することを防止でき、また、長期使用により止水部の透水部側で一部剥離が発生した際も、ろ板外側で止水機能を保持することで平膜エレメントのろ過性能を維持し、部分的な補修による使用寿命の延命化を図ることができる。
（２）本発明の浸漬型平膜エレメントは、止水部の断面形状の凹状部の内側立ち上がり部が曲線を形成し、止水部のろ板外側の凹状断面の肩部の立ち上がり部が凹状断面の両肩部間の平坦部のろ板外側の端で平坦部から明確な上向きの角度変更によって立ち上がり、その角度変更を形成するエッジ角度を特定の範囲に制御しているので、止水部の内側では、分離膜の構造をできるだけ保持しつつ、分離膜の剥離を防止する十分な溶着強度を実現でき、上記効果を容易に得ることができる。
（３）本発明の浸漬型平膜エレメントの製造方法は、特定形状を有する超音波ホーンを使用しているので、一度の溶着作業によりろ板の平滑面において上記効果を持つ単一の凹状止水部を形成させることができ、ろ板の加工費用や、溶着の工数および電源容量を軽減することができる。
従来技術の浸漬型膜分離装置の模式図である。 従来技術の平膜エレメントの模式図である。 従来技術の止水部の剥離の問題点を示す模式図である。 本発明の平膜エレメントの構成を示す図である。 本発明の平膜エレメントの一部を拡大した模式図である。 本発明の平膜エレメントの止水部の断面写真である。 本発明の平膜エレメントの止水部における剥離強度プロファイルである。 本発明の平膜エレメントの止水部の断面模式図である。 本発明で使用する超音波ホーンの模式図である。 超音波ホーンを当てている状態の止水部の断面模式図である。
　本発明の浸漬型平膜エレメントの実施形態について図面を参照して説明する。
　図４は、本発明の浸漬型平膜エレメントの一例の模式図である。本発明の浸漬型平膜エレメントは、図４に示されるように、ろ板４の中央部１０に流路材１１として樹脂メッシュを配置し、その上に緩衝材１２を配置し、さらにその上にろ板４の周縁部７に沿って分離膜５を接着した構成をとることが好ましい。本発明では、吸引ろ過時に分離膜５が流路材１１側に押し付けられる状態となるため、膜保護の役割を持つ緩衝材１２を間に配置することが好ましい。図４では、浸漬型平膜エレメントのろ板４の片面側の構成のみが示されているが、本発明では、ろ板４の表裏両面に同様の構成を有することが好ましい。
　本発明の浸漬型平膜エレメントにおける膜透過水の流れを図４を用いて説明すると、分離膜５の外表面に被処理液を接触させ、分離膜５の外側から内側へ吸引ろ過が行われ、ろ過された膜透過水は、分離膜５とろ板４との間に配置された緩衝材１２、流路材１１中の空隙を順に通りながら、ろ板４の端部に取り付けられた透過水取水口１３の方向へ流れて行き、透過水取水口１３から浸漬型平膜エレメント外へ排出されるようになっている。
　本発明の浸漬型平膜エレメントは、ろ板４の周縁部７を中央部１０より０．６～２ｍｍ高くすることが好ましく、それにより形成される中央部１０の凹空間に流路材１１及び緩衝材１２が配置され、流路材１１及び緩衝材１２が配置された状態での中央部１０と周縁部７の段差は０．５ｍｍ以下となるようにすることが好ましい。緩衝材１２は、ろ板４に接着した流路材１１を覆うように配置し、流路材１１と接着することが好ましい。分離膜５は、流路材１１、緩衝材１２が配置されたろ板４を覆うように周縁部７にて接着することが好ましい。
　本発明において、分離膜５の材質は、樹脂製であれば特に限定されないが、例えばポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、もしくはポリテトラフルオロエチレンなどの熱可塑性樹脂、またはこれらの混合物からなるものを適宜選択することができる。また、分離膜５は、ＰＥＴまたはポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂からなる不織布や抄紙に前記膜材質からなる分離層を含浸または積層した複合膜であってもよい。また、分離膜５の厚みは、好ましくは５０μｍ～３００μｍ、より好ましくは８０μｍ～１５０μｍである。この厚みが大き過ぎると、溶着むらが発生しやすくなるとか、ろ板から剥離しやすくなることがある。また、厚みが薄いと、分離膜の破断が発生しやすくなる。
　ろ板４の材質は、平膜エレメント全体の形状を保持する樹脂製のものであれば特に限定されないが、例えばＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂を適宜選択することができる。ろ板の寸法は、高さ（長さ）３００ｍｍ～１５００ｍｍ、幅２００ｍｍ～５５０ｍｍの矩形形状を有し、幅１０ｍｍ～２０ｍｍの周縁部７を有することが好ましい。
　本発明において、ろ板と分離膜とは、ろ板の周縁部７と分離膜５を５～１５ｍｍ程度の幅で重なるように配置した後、周縁部７の内側端部から０．５ｍｍ以上外側の位置において超音波溶着法により溶着されることが好ましい。図５は、ろ板４と分離膜５の溶着部分をわかりやすくするために、ろ板４と分離膜５をずらした状態での周縁部７中の止水部６及び溶着補助部８を示す説明図である。超音波溶着法としては、ロータリー溶着法やアップダウン法が挙げられるが、本発明においては、アップダウン法によりアップダウンホーンを用いて、幅０．５ｍｍ～３ｍｍ、最大深さ５０μｍ～５００μｍの単一の連続した止水部６（溶着部）をろ板４の周縁部７に沿って全周にわたって一体に形成することが好ましい。また、使用時に分離膜５の外周がばたつくことを防止するために止水部６の外側にあやめ状の溶着補助部８を設けることが好ましい。
　図６は、周縁部７の止水部６付近を幅方向に切断した断面写真である。本発明では、止水部６は、図６の両矢印Ａで示される凹状断面を有した連続した一本の線で構成され、この線が周縁部７に沿って閉じた矩形を構成している。止水部６は、ろ板４と分離膜５が溶着して形成された溶着部であり、溶着部は、ろ板４と分離膜５とを引き剥がした際に、剥離強度が発現する部位である。図７は、図６において透水部側（周縁部内側）からろ板外側（周縁部外側）に向かって分離膜５を引き剥がしたときの剥離強度プロファイルである。分離膜５は、剥離試験中の引張応力により伸展するため、剥離強度を発現する引張距離は実際のＡの長さより大きくなる。
　本発明の平膜エレメントでは、止水部の剥離強度プロファイルは、図７に示すように、２つのピーク（ピーク１、ピーク２）が存在する。ピーク１は、図８に示される止水部の透水部側の凹状断面の肩部を形成する溶着部位１における剥離強度であり、ピーク２は、止水部のろ板外側の凹状断面の肩部を形成する溶着部位２における剥離強度である。このような剥離強度プロファイルは、周縁部に分離膜を溶着する際のアップダウンホーンの形状に密接に関連しており、本発明の浸漬型平膜エレメントに特有の性質である。
　本発明の平膜エレメントでは、図７に示すように、溶着部位１の剥離強度（ピーク１）は、比較的弱く設定されており、一方、溶着部位２の剥離強度（ピーク２）は、溶着部位１の剥離強度（ピーク１）より強く設定されているという特徴を有する。すなわち、溶着部位１では、後述するように溶着部位１側が特定の形状を有する超音波ホーンを用いることにより、ろ板と分離膜とが互いに広く浅く溶融して接着された状態にある。このため、溶着部位１は、溶着部位２に比較して分離膜の劣化が抑えられるとともに比較的弱い剥離強度を有することになる。これにより、活性汚泥処理時に透水部の分離膜が揺動することによるストレスにさらされた際に、最も負荷のかかる止水部と透水部の境界である溶着部位１で分離膜が破断することを効果的に防止することができる。一方、溶着部位２では、溶着部位２側が特定の形状を有する超音波ホーンを用いるため、ろ板と分離膜とが溶着部位１よりも多く溶融して強固に一体化している。このため、溶着部位２は溶着部位１に比較して比較的強い剥離強度を有することになる。これにより、仮に溶着部位１において分離膜が剥離したとしても、溶着部位２では分離膜とろ板とが容易に剥離することを防ぐことができる。このような構成を有することにより、溶着部位１で分離膜とろ板周縁部とが剥離した際にも溶着部位２により浸漬型平膜エレメントとしての機能を維持することが可能となる。
　本発明の平膜エレメントでは、止水部の溶着部位１における剥離強度は、溶着部位２における剥離強度の３０～９０％、好ましくは３５～８５％である。溶着部位１における剥離強度の比率が上記範囲より小さいと、溶着部位１の剥離強度が不十分となり、平膜エレメントの取扱時に容易に溶着部位１が剥離しやすくなる。また、比率が上記範囲より大きいと、本発明の目的とする効果を十分に得ることができない。
　本発明において、止水部の溶着部位２の剥離強度は、８Ｎ以上４０Ｎ以下、好ましくは１１Ｎ以上３５Ｎ以下である。溶着部位２の剥離強度が小さすぎると、溶着部位１において膜剥離等が発生した際に溶着部位２においても膜剥離が発生しやすくなる。一方、溶着部位２の剥離強度を大きくしようとして分離膜とろ板樹脂界面を過度に溶融しすぎると、溶着部の分離膜の構造が劣化して分離膜の破断強度が顕著に低下してしまい、膜破断が生じやすくなる。
　本発明において、止水部の溶着部位１の剥離強度は、好ましくは３０Ｎ以下、より好ましくは２７Ｎ以下である。また、止水部の溶着部位１の剥離強度は、好ましくは４Ｎ以上、より好ましくは５Ｎ以上である。溶着部位１の剥離強度が大きすぎると、膜剥離の発生は減少するが、膜破れが生じやすくなる。一方、溶着部位１の剥離強度が小さすぎると、膜剥離が生じやすくなる。
　以上のように、止水部の透水部側に剥離強度の比較的弱い溶着部位１を設け、同一の止水部のろ板外側に剥離強度の比較的強い溶着部位２を設けることにより、止水部の透水部側で溶着時の分離膜の劣化を防止し、使用時に最も負荷のかかる透水部側で分離膜の破断を防止でき、同時に分離膜のろ板からの剥離も防止できるため、平膜エレメントのろ過性能を長期間保持することができる。また、溶着部位１でのみ分離膜とろ板が部分的に剥離した場合、点検時にこれを補修することで平膜エレメントの延命化を図ることができる。
　本発明の平膜エレメントの止水部の形状は、以下に挙げるような特徴を有する。すなわち、本発明の止水部では、止水部の透水部側の凹状断面の肩部（溶着部位１）の立ち上がり部が、図１０のＥに示すような曲線を形成し、止水部のろ板外側の凹状断面の肩部（溶着部位２）の立ち上がり部が、前記両肩部の間の平坦部（図１０のＢ）のろ板外側の端（図１０のＣ）で明確な上向きの角度変更によって立ち上がっている。この溶着部位２の立ち上がり部の角度変更を形成するエッジ角度（図８のＸ）は、８０度以上１３５度以下であることが好ましい。一方、溶着部位１の断面を形成するためには、溶着部位１側の断面形状が曲率半径０．３～３ｍｍ、弧長が０．４～４ｍｍの曲線を有する超音波ホーンを用いることが好ましい。止水部がこのような形状を有することで、溶着時、凹状断面の止水部の形成により分離膜が引き伸ばされる際、止水部の溶着部位１においては分離膜の伸展程度が広範囲に分散されるので、溶着時の分離膜の劣化を効果的に防ぐことができ、さらに溶着部位１の剥離の影響を図１０のＣの位置で止め、より剥離強度の強い溶着部位２で分離膜とろ板の剥離の進行を完全に防止することができる。
　本発明の平膜エレメントの製造方法としては、樹脂製のろ板の上に分離膜を重ね、重なった周縁部の全周に沿って超音波を発振するホーン（超音波ホーン）を一定圧で押し当てて、ろ板と分離膜との界面で摩擦熱を生じさせ、ろ板および分離膜を構成する樹脂を溶融し、単一の凹状断面の連続した線で構成される止水部（溶着部）を形成する工程を含むことが好ましい。超音波ホーン９は、ろ板４と分離膜５を重ねた部分に押し当てる部分が、図９の右側に示すような止水部６を形成する部分と、その外側に分離膜５の外周のばたつき防止のためのあやめ状の溶着補助部８を形成する部分から構成されることが好ましい。超音波ホーン９は、設定したホーン速度で図９の矢印の方向にろ板周縁部に押し込まれるようになっている。溶融したろ板周縁部の樹脂は、図１０に示すように、押し込まれたホーンの両脇へ流れ、盛り上がる。このとき、図１０の止水部の領域Ｅ，Ｂ，Ｄの剥離強度は、超音波ホーンの影響を領域Ｄ＞領域Ｅ＞＞領域Ｂの順に強く受けるために、図７に示されるような剥離強度プロファイルが得られる。
　このような剥離強度プロファイルを発現するためには、前述したような形状を有する超音波ホーンを用いた上で、超音波周波数、超音波発振時間、押付圧力等を特定の好適な範囲に設定すればよい。具体的には、超音波周波数は、１５～７０ｋＨｚが好ましく、１５～５０ｋＨｚがより好ましく、１５～３０ｋＨｚがさらに好ましい。押付圧力は、好ましくは０．１～３．０ＭＰａ、より好ましくは０．５～２．５ＭＰａであり、発振時間は、好ましくは０．３～１．５秒、より好ましくは０．４～１．０秒である。押付圧力が小さいと、ろ板周縁部と分離膜との密着が弱くなる（ホーンがろ板に沈み込むことができない）ため、均一な溶着が得られないことがある。押付圧力が大きいと、超音波発振機に負荷がかかり寿命を短くしてしまうことがある。発振時間が小さいと、分離膜とろ板の摩擦界面での発熱が不十分となり溶着むらが発生することがある。発振時間が大きいと、ろ板樹脂と分離膜の溶融が大きくなりすぎ、かえって剥離強度が弱くなることがある。
　本発明の平膜エレメントは、上述のように構成されているので、止水部の透水部側の溶着部位１が破断することはなく、また仮に溶着部位１が長期使用により剥離したとしてもろ板側の溶着部位２が剥離されずに保たれるので、溶着部位１の部分補修のみで延命化を図ることができる。
　本発明の平膜エレメントを実施例によって示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明における剥離強度の評価は、以下の方法に依った。
（剥離強度）
　溶着部位１および２の剥離強度は、超音波溶着後の未使用状態の平膜エレメントを用いて、次に示す手順に基づいて測定した。止水部の長さ方向が１５ｍｍ幅になるように溶着部をカットし、止水部から２ｃｍ離れた分離膜の透水部を引張試験機（島津オートグラフＡＧＳ－Ｊ、５０Ｎロードセル）の上部のつかみ具にセットし、分離膜が溶着されているろ板を下部のつかみ具にセットした。２０ｍｍ／ｍｉｎで１８０度剥離を行い、そのときの強力（Ｎ）を測定した。剥離方向は、平膜エレメントの透水部側から周縁部側に向かう方向で実施した。溶着部位１の剥離強度は、透水部側のピークトップを読み取り、溶着部位２の剥離強度は、ろ板外側のピークトップを読み取ることで測定した。
（透過水側への汚泥リーク抑制率）
　透過水側への汚泥リーク抑制率については、平膜エレメント１０枚分を曝気槽にて３ヵ月間連続運転して使用し、透過水取出口１３に接続した透明な吸引チューブについて使用中定期的に目視で観察して汚泥が透過水側へリークした平膜エレメントの有無を確認し、使用した平膜エレメント１０枚のうち、汚泥がリークしなかった平膜エレメントの枚数の割合を透過水側への汚泥リークの抑制率（％）とした。
（分離膜の剥離又は破断の有無）
　分離膜の剥離又は破断の有無は、使用した平膜エレメント１０枚について目視で確認し、剥離又は破断が生じた場合は、その割合（％）も表示した。
（補修による再使用の可否）
　補修による再使用の可否については、分離膜の剥離又は破断が生じた場合において、剥離または破断した溶着部位を再度溶着し、その溶着部位の剥離強度が初期強度の９０％以上に回復した場合には可、９０％未満の場合には不可と判断した。
（実施例１）
（分離膜）
　ＰＥＴ抄紙を所定の大きさに切断した後、皺が入らないように注意しながら製膜用の枠に固定した。次に、塩素化ポリ塩化ビニル７．５質量％、テトラヒドロフラン６３．３質量％、イソプロパノール１９質量％、１－ブタノール１０．２質量％からなる溶液（製膜原液）の中に、前記ＰＥＴ抄紙を静かに浸漬し、１分間放置した。その後、製膜原液を含浸させたＰＥＴ抄紙をゆっくりと引き上げた後、相対湿度７５％、温度２０℃の乾燥ゾーン（恒温恒湿箱の中）で１０分間放置し、分離膜を形成させた。
（ろ板の作製）
　ＡＢＳ樹脂製のろ板（高さ３１５ｍｍ、幅２２５ｍｍ）の表裏面ともに、ＡＢＳ樹脂製の周縁部（幅１２．５ｍｍ）を隙間無く接着することにより、周縁部の厚みが６ｍｍであり、中央部より周縁部が１ｍｍ高いろ板を作成した。
（平膜エレメントの作製）
　ろ板の中央部に、流路材として樹脂メッシュ：日本フィルコン（株）ＤＯＰ－１８Ｋ（高さ２９０ｍｍ、幅２００ｍｍ）をセットし、耐水接着剤にてろ板と接着し、膜透過水流路を形成した。ろ板と樹脂メッシュを接着し、樹脂メッシュの上面に緩衝材としてＰＥＴ製の不織布：廣瀬製紙（株）０５ＴＨ－６０（高さ２８５ｍｍ、幅１９５ｍｍ）をセットした。さらに、不織布上部から分離膜（高さ３０５ｍｍ、幅２１５ｍｍ、厚さ０．１３ｍｍ）をろ板の周縁部と重ね合わせ、図９に示すアップダウンホーンを押し当て周縁部と分離膜とを溶着した。
　なお、前記アップダウンホーンは、透水部側（内側立ち上がり部）の先端の曲率半径が１ｍｍ、弧長が１．６ｍｍ、ろ板外側（外側立ち上がり部）のエッジ角度が９０度のものを用いた。また、アップダウンホーンの押付圧力は０．８ＭＰａ、超音波の発振周波数は２０ｋＨｚ、発振時間は０．４７５秒とした。
　裏面も同様に分離膜の接着を行い、平膜エレメントを作製した。
（実施例２）
　発振時間を０．５０秒とした以外は、実施例１と同様にして平膜エレメントを作製した。
（実施例３）
　発振時間を０．６５秒とした以外は、実施例１と同様にして平膜エレメントを作製した。
（実施例４）
　アップダウンホーンとして、実施例１で用いたものよりも透水部側（内側立ち上がり部）の先端の曲率半径が大きいもの（２ｍｍ）を用いた以外は、実施例２と同様にして平膜エレメントを作製した。
（実施例５）
　アップダウンホーンとして、実施例１で用いたものよりも透水部側（内側立ち上がり部）の先端の曲率半径が小さいもの（０．６ｍｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして平膜エレメントを作製した。
（実施例６）
　発振時間を０．４０秒とした以外は、実施例５と同様にして平膜エレメントを作製した。
（実施例７）
　アップダウンホーンとして、実施例１で用いたものよりも透水部側（内側立ち上がり部）の先端の曲率半径が小さいもの（０．８ｍｍ）を用い、発振時間を０．８０秒とした以外は、実施例１と同様にして平膜エレメントを作製した。
（比較例１）
　アップダウンホーンとして、透水部側（内側立ち上がり部）のエッジ角度が９０度、ろ板外側（外側立ち上がり部）のエッジ角度が９０度のものを用い、発振時間を０．４０秒とした以外は、実施例１と同様にして平膜エレメントを作製した。
（比較例２）
　アップダウンホーンとして、透水部側（内側立ち上がり部）のエッジ角度が９０度、ろ板外側（外側立ち上がり部）のエッジ角度が９０度のものを用いた以外は、実施例３と同様にして（つまり、発振時間０．６０秒）平膜エレメントを作製した。
（比較例３）
　アップダウンホーンとして、透水部側（内側立ち上がり部）のエッジ角度が９０度、ろ板外側（外側立ち上がり部）のエッジ角度が１６０度のものを用いた以外は、実施例３と同様にして平膜エレメントを作製した。
　実施例１～７及び比較例１～３の平膜エレメントの詳細と評価結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果から明らかなように、実施例１～７では、優れた耐久性を有しかつ補修の容易な平膜エレメントが得られている。なお、実施例１、２、４では、運転中に溶着部位１の一部において分離膜がろ板から剥離したが、透過水側に被処理液がリークすることはなく、溶着部位１の再溶着による補修により平膜エレメントの再使用が可能であった。実施例６では、汚泥リーク抑制率は９０％と高かったものの、溶着部位１および２がともに剥離を生じたが、補修により平膜エレメントの再使用が可能であった。一方、溶着部位１および２の剥離強度が低い比較例１では、６０％の平膜エレメントで溶着部位１および２がともに膜剥離を生じており、しかも汚泥リーク抑制率は４０％と低かった。また、比較例２では、使用時の揺動による負荷を受ける溶着部位１において、溶着時の分離膜の劣化が強すぎたためか、３０％の平膜エレメントで溶着部位１の破断（膜破れ）が生じており、補修による再使用も不可能であった。また、比較例３では、溶着部位１と溶着部位２の溶着形状を入れ替えたが、比較例２と同様に使用時の揺動の影響か、２０％の平膜エレメントで溶着部位１の破断（膜破れ）が観察され、補修による再使用も不可能であった。
　本発明の浸漬型平膜エレメントは、ろ板の周縁部に分離膜を接着して形成された単一の連続した凹状断面の止水部の剥離強度及び断面プロファイルを工夫しているので、耐久性と補修のしやすさを両立することができ、使用寿命の延命化を図ることができる。従って、本発明の浸漬型平膜エレメントは、水処理分野、特に排水処理に用いるのに好適である。
　１　　膜分離装置
　２　　平膜エレメント
　３　　散気装置
　４　　ろ板
　５　　分離膜
　６　　止水部
　７　　周縁部
　８　　溶着補助部
　９　　超音波ホーン
１０　　中央部
１１　　流路材
１２　　緩衝材
１３　　透過水取出口

Claims (5)

  1. 　樹脂製のろ板の周縁部の全周に沿って樹脂製の分離膜を接着して止水部を形成した浸漬型平膜エレメントであって、止水部が単一の凹状断面の連続した線で構成され、止水部の透水部側の凹状断面の肩部を形成する溶着部位１における剥離強度が、止水部のろ板外側の凹状断面の肩部を形成する溶着部位２における剥離強度の３０～９０％であり、止水部の溶着部位２における剥離強度が、８Ｎ以上４０Ｎ以下であることを特徴とする浸漬型平膜エレメント。
  2. 　止水部の透水部側の凹状断面の肩部の立ち上がり部が曲線を形成し、止水部のろ板外側の凹状断面の肩部の立ち上がり部が凹状断面の両肩部間の平坦部のろ板外側の端で平坦部から明確な上向きの角度変更によって立ち上がり、その角度変更を形成するエッジ角度が８０度以上１３５度以下であることを特徴とする請求項１に記載の浸漬型平膜エレメント。
  3. 　前記溶着部位１の剥離強度が３０Ｎ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の浸漬型平膜エレメント。
  4. 　樹脂製のろ板に樹脂製の分離膜を重ね、重なった周縁部の全周に沿って分離膜側から超音波ホーンを押し当てて単一の凹状断面の連続した線で構成される止水部を形成することを含み、超音波ホーンの押し当てる部分が、止水部の凹状断面に対応した凸状形状を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の浸漬型平膜エレメントの製造方法。
  5. 　超音波ホーンの押し当てる部分が、止水部の凹状断面に対応した凸状形状部に続くあやめ部をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022259965A1 (ja) * 2021-06-11 2022-12-15 株式会社クボタ 膜カートリッジおよび膜カートリッジの製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001212436A (ja) * 2000-02-04 2001-08-07 Kubota Corp 浸漬型膜カートリッジおよびその製造方法
JP2014008728A (ja) * 2012-07-02 2014-01-20 Kojima Press Industry Co Ltd 超音波ホーン及び超音波加工装置並びに超音波加工方法
JP2014188446A (ja) * 2013-03-27 2014-10-06 Kubota Corp 膜カートリッジ
JP2014188445A (ja) * 2013-03-27 2014-10-06 Kubota Corp 膜カートリッジ及び膜カートリッジの製造方法
JP2015205420A (ja) * 2014-04-18 2015-11-19 日東電工株式会社 ガス透過部材及びその製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10174849A (ja) * 1996-12-17 1998-06-30 Nitto Denko Corp 液体分離装置
JP3576049B2 (ja) * 1999-10-25 2004-10-13 株式会社クボタ 浸漬型膜カートリッジの製造方法
JP2002113338A (ja) * 2000-10-04 2002-04-16 Mitsubishi Rayon Co Ltd 分離膜エレメントとこれを用いた分離膜モジュール
JP5066810B2 (ja) * 2005-02-04 2012-11-07 東レ株式会社 高分子分離膜及びその製造方法
JP4969079B2 (ja) * 2005-09-26 2012-07-04 株式会社クボタ 浸漬型膜カートリッジの膜周縁固定構造
JP2006007223A (ja) * 2005-09-26 2006-01-12 Kubota Corp 浸漬型膜カートリッジ
JP2008049239A (ja) * 2006-08-23 2008-03-06 Gs Yuasa Corporation:Kk 膜エレメント
JP5603111B2 (ja) * 2010-03-17 2014-10-08 志摩環境事業協業組合 平板状膜エレメント及びそれを用いた浸漬型膜分離装置
JPWO2013146838A1 (ja) * 2012-03-30 2015-12-14 東レ株式会社 面ファスナーを有する分離膜エレメントおよび膜モジュール
JP5966733B2 (ja) * 2012-07-31 2016-08-10 東レ株式会社 分離膜エレメントおよび膜モジュール
JP6097151B2 (ja) * 2013-05-27 2017-03-15 住友化学株式会社 ガス分離膜の製造方法
JP6300602B2 (ja) * 2014-03-31 2018-03-28 株式会社クボタ 平膜エレメントの製造方法および平膜エレメント

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001212436A (ja) * 2000-02-04 2001-08-07 Kubota Corp 浸漬型膜カートリッジおよびその製造方法
JP2014008728A (ja) * 2012-07-02 2014-01-20 Kojima Press Industry Co Ltd 超音波ホーン及び超音波加工装置並びに超音波加工方法
JP2014188446A (ja) * 2013-03-27 2014-10-06 Kubota Corp 膜カートリッジ
JP2014188445A (ja) * 2013-03-27 2014-10-06 Kubota Corp 膜カートリッジ及び膜カートリッジの製造方法
JP2015205420A (ja) * 2014-04-18 2015-11-19 日東電工株式会社 ガス透過部材及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022259965A1 (ja) * 2021-06-11 2022-12-15 株式会社クボタ 膜カートリッジおよび膜カートリッジの製造方法

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