JP2017080688A - Separation membrane element and separation membrane module - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a separation membrane element and a separation membrane module suitable for water treatment fields such as drinking water production, water purification treatment, waste water treatment, and the food industry.
近年、平膜状や中空糸状の分離膜は、水処理分野や食品工業分野に使われるようになってきており、例えば分離膜を配設した分離膜エレメントや、この分離膜エレメントを複数配置した分離膜モジュールが水浄化処理装置に使用されている。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、有機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。 In recent years, separation membranes in the form of flat membranes and hollow fibers have come to be used in the water treatment field and the food industry field. For example, a separation membrane element provided with a separation membrane or a plurality of such separation membrane elements are arranged. Separation membrane modules are used in water purification treatment equipment. Separation membranes used in separation methods using separation membrane elements include microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, reverse osmosis membranes, and forward osmosis membranes in terms of their pore size and separation function. Membranes are used, for example, in the case of obtaining drinking water from seawater, brine, water containing organic matter, etc., and in production of industrial ultrapure water, wastewater treatment, recovery of valuable materials, etc. It is properly used depending on the separation performance.
また、分離膜活性汚泥法（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ；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。 Moreover, the separation membrane activated sludge method (Membrane Bioreactor; MBR) is a treatment method in which the separation membrane is immersed in an activated sludge tank and the activated sludge and treated water are separated by a membrane. Since MBR is space-saving and provides good water quality, MBR is being introduced to large-scale facilities exceeding 100,000 m3 / day mainly in small-scale facilities in Japan and overseas with many new facilities.
活性汚泥処理は、処理槽内で好気性の微生物を飼育するために槽内への散気が必要である。この散気する装置を具備したエアレーションブロックを膜ユニット（以下、「エレメントブロック」という。）の下方に据え付ければ、散気による気液混合流がエレメントブロック内を上昇し、膜表面（膜面）の汚れをかきとることができるので、膜面洗浄しつつ固液分離を行うことができ、低コストでの膜ろ過運転が可能となる。この場合、通常、エレメントとエアレーションブロックを合わせて分離膜モジュールと称されている。 In the activated sludge treatment, in order to raise aerobic microorganisms in the treatment tank, aeration into the tank is required. If the aeration block equipped with this air diffuser is installed below the membrane unit (hereinafter referred to as “element block”), the gas-liquid mixed flow caused by the air rises inside the element block, and the membrane surface (membrane surface) ) Can be scraped off, so that solid-liquid separation can be performed while washing the membrane surface, and membrane filtration operation can be performed at low cost. In this case, the element and the aeration block are generally referred to as a separation membrane module.
従来、平膜状の分離膜エレメントは、平板状で強度のある多孔性の支持板の表裏全面に、膜（半透膜）の周辺部分を熱融着などで固定したものである。この分離膜エレメントを複数枚平行に重ね、内部に溝を有し上下のみを開放した直方体状のモジュールハウジングに挿入したものがエレメントブロックである。 Conventionally, a flat membrane-like separation membrane element is obtained by fixing a peripheral portion of a membrane (semi-permeable membrane) to the entire front and back surfaces of a flat and strong porous support plate by heat fusion or the like. An element block is formed by stacking a plurality of separation membrane elements in parallel and inserting the separation membrane elements into a rectangular parallelepiped module housing having a groove inside and opening only at the top and bottom.
また、支持板を使用しない袋状の分離膜エレメントも提案されている。分離膜の周辺をシールし、一部に穴をあけて、透過液の切り出し口を取り付けたものがある。また、上記同様これらを複数枚集合させ、取り出し口を連通させることで分離膜モジュールとしている（たとえば特許文献１、２参照）。
これら支持板を使用しない袋状の分離膜エレメントについては、エレメント重量が軽く柔軟性を有しているため、分離膜が散気による気液混合流により揺動して、汚泥が付着し難くなるとしている。しかし、分離膜エレメントは気泡の上昇方向に対して平行に配置されているため、気液混合流により誘起される分離膜エレメントの揺動は、汚泥の付着を抑制するのに不十分である。
気液混合流により分離膜エレメントを効果的に揺動させる方法として、分離膜エレメントの表面に凸状体を設けることで、対向する分離膜エレメントの膜面を叩き、局部的な揺動を与えるが、凸状体を分離膜エレメントの表面に接着することで、その接着部の分離機能は失われ、有効膜面積が減少してしまう。（特許文献３参照）。
A bag-like separation membrane element that does not use a support plate has also been proposed. There is a type in which the periphery of the separation membrane is sealed, a hole is formed in a part thereof, and a permeate outlet is attached. Further, as described above, a plurality of these are assembled and the separation port is connected to form a separation membrane module (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
For these bag-shaped separation membrane elements that do not use a support plate, the element weight is light and flexible, so the separation membrane is swung by a gas-liquid mixed flow caused by aeration, making it difficult for sludge to adhere. It is said. However, since the separation membrane element is arranged in parallel to the rising direction of the bubbles, the oscillation of the separation membrane element induced by the gas-liquid mixed flow is insufficient to suppress the adhesion of sludge.
As a method of effectively oscillating the separation membrane element by the gas-liquid mixed flow, a convex body is provided on the surface of the separation membrane element, thereby hitting the membrane surface of the opposing separation membrane element and giving local oscillation. However, by bonding the convex body to the surface of the separation membrane element, the separation function of the bonded portion is lost, and the effective membrane area is reduced. (See Patent Document 3).
膜分離エレメントの揺動により汚泥の付着を抑制する方法として、揺動装置により分離膜モジュールを機械的に揺らす方法が提案されているが、散気による気液混合流がないため、汚泥が分離膜の表面付近に滞留し、膜表面に汚泥が堆積して膜閉塞の原因となる（特許文献４参照）。すなわち、汚泥の堆積により有効膜面積が減少し、透過水量の低下を招く。 A method of mechanically shaking the separation membrane module with a rocking device has been proposed as a method to suppress sludge adhesion by rocking the membrane separation element, but since there is no gas-liquid mixed flow due to aeration, sludge is separated. It stays in the vicinity of the surface of the membrane, and sludge accumulates on the membrane surface and causes membrane clogging (see Patent Document 4). That is, the effective membrane area decreases due to the accumulation of sludge, leading to a decrease in the amount of permeated water.
本発明の目的は、上記の問題点を解消し、散気装置から排出したエアーによる気液混合流と、その気液混合流による分離膜の揺動で汚泥が付着し難い高効率な分離膜エレメントおよび分離膜モジュールを提供することである。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a highly efficient separation membrane in which sludge does not easily adhere due to the gas-liquid mixed flow by the air discharged from the diffuser and the oscillation of the separation membrane by the gas-liquid mixed flow It is to provide an element and a separation membrane module.
本発明は上記の目的を達成するために、以下に述べる構成からなる。 In order to achieve the above object, the present invention comprises the following configurations.
（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複数の樹脂部とを備え、前記樹脂部が２種類以上の異なる高さを有し、前記分離膜の一辺に平行な、前記分離膜上の任意の直線における前記分離膜対の断面において、前記分離膜が凹部及び凸部を有するように前記樹脂部が配置されていることを特徴とする分離膜エレメント。 (1) comprising a separation membrane pair having two separation membranes arranged so that the surfaces on the permeate side face each other, and a plurality of resin parts bonded to both of the surfaces on the permeate side facing each other, In the cross section of the separation membrane pair at an arbitrary straight line on the separation membrane, the resin portion has two or more different heights and parallel to one side of the separation membrane, the separation membrane has a concave portion and a convex portion. The separation membrane element is characterized in that the resin portion is arranged as described above.
（２）前記樹脂部がドット状または線状に配置されることを特徴とする（１）に記載の分離膜エレメント。 (2) The separation membrane element according to (1), wherein the resin portions are arranged in a dot shape or a linear shape.
（３）（１）または（２）に記載の分離膜エレメントが複数平行に配列されてなるエレメントブロックと、散気管を具備し前記エレメントブロックの下方に配置されるエアレーションブロックを備えた分離膜モジュールであって、前記分離膜エレメントの少なくとも一方の面の分離膜が、前記散気管から散気される気泡の上昇方向に対して凹部及び凸部を交互に有するように配置されたことを特徴とする分離膜モジュール。 (3) A separation membrane module comprising an element block in which a plurality of separation membrane elements according to (1) or (2) are arranged in parallel, and an aeration block provided with a diffuser tube and disposed below the element block The separation membrane on at least one surface of the separation membrane element is disposed so as to alternately have concave portions and convex portions with respect to the rising direction of bubbles diffused from the diffuser tube. Separation membrane module.
（４）相対向する分離膜エレメントの少なくとも一方の面に凹部及び凸部を有するように分離膜エレメントが配置されていることを特徴とする（３）に記載の分離膜モジュール。 (4) The separation membrane module according to (3), wherein the separation membrane element is disposed so as to have a concave portion and a convex portion on at least one surface of the opposing separation membrane element.
（５）分離膜エレメントが複数平行に配列されてなるエレメントブロックと、散気管を具備し前記エレメントブロックの下方に配置されるエアレーションブロックを備えた分離膜モジュールであって、前記分離膜エレメントが凹部及び凸部を有さない平らな分離膜エレメントと、（１）または（２）に記載の分離膜エレメントであって前記分離膜エレメントの両面に凹部及び凸部を有する分離膜エレメントとが、交互に配置されていることを特徴とする分離膜モジュール。 (5) A separation membrane module comprising an element block in which a plurality of separation membrane elements are arranged in parallel and an aeration block provided with a diffuser tube and disposed below the element block, wherein the separation membrane element is a recess And the flat separation membrane element which does not have a convex part, and the separation membrane element as described in (1) or (2) which has a recessed part and a convex part on both surfaces of the said separation membrane element are alternately Separation membrane module characterized by being arranged in.
本発明の分離膜モジュールは、散気装置から排出したエアーによる気液混合流と、その気液混合流による分離膜の揺動で汚泥が付着し難い高効率な分離膜モジュールを提供することができる。 The separation membrane module of the present invention is to provide a highly efficient separation membrane module in which sludge hardly adheres due to the gas-liquid mixed flow by the air discharged from the air diffuser and the oscillation of the separation membrane by the gas-liquid mixed flow. it can.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図７は浸漬型膜ろ過装置を示しており、膜モジュール１４は複数枚の膜エレメント１５が、互いに平行に、かつ、隣接する膜エレメント１５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１６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１４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１５、その下方に散気装置１７が設けられている。散気装置１７はブロア１８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１４よりも下流側には透過水２２を吸引するポンプ１９を設けている。
１．分離膜エレメント
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）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）は厚さ縦方向の断面、図１（ｃ）は厚さ横方向の断面を模式的に説明するものである。同様に図２（ａ）〜図５（ａ）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２（ｂ）〜図５（ｂ）は、分離膜エレメントの他の実施形態の厚さ縦方向の断面図、図２（ｃ）〜図５（ｃ）は、分離膜エレメントの他の実施形態の厚さ横方向の断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows a submerged membrane filtration device. The membrane module 14 is housed in a housing so that a plurality of membrane elements 15 are parallel to each other and a space is formed between the membrane surfaces of adjacent membrane elements 15. Has been configured. This membrane module is used so as to be immersed in water to be treated such as organic waste water stored in the membrane immersion water tank 16. A plurality of membrane elements 15 loaded in the vertical direction are provided inside the membrane module 14, and an air diffuser 17 is provided below the membrane elements 15. The air diffuser 17 supplies the gas from the blower 18 to the membrane surface of the separation membrane. A pump 19 that sucks the permeated water 22 is provided on the downstream side of the membrane module 14.
1. Separation Membrane Element FIGS. 1A, 1B, and 1C are cross-sectional views illustrating an embodiment of the separation membrane element of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view in plan view, and FIG. The cross section in the vertical direction of the thickness, FIG. 1C schematically illustrates the cross section in the horizontal direction of the thickness. Similarly, FIGS. 2A to 5A are cross-sectional views of other embodiments of the separation membrane element, and FIGS. 2B to 5B are other embodiments of the separation membrane element. Fig. 2 (c) to Fig. 5 (c) are cross-sectional views in the thickness direction of another embodiment of the separation membrane element.
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）〜図５（ａ）（ｂ）（ｃ）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７，８，９は内側の樹脂部、符号１０は集水部、符号１１は集水口を示す。 1 (a) (b) (c) to FIG. 5 (a) (b) (c), reference numeral 1 is a separation membrane element, reference numeral 2 is a separation membrane, reference numeral 3 is a separation functional layer, and reference numeral 4 is a substrate. , 5 is a gap between the separation membranes, 6 is a sealing portion formed by a resin layer at the periphery, 7, 8 and 9 are inner resin portions, 10 is a water collecting portion, and 11 is a water collecting port. Show.
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種類または３種類の内側の樹脂部７，８，９により繋がれる。本例においては、樹脂部の高さは、樹脂部７，８，９の順に高いとするが、本発明はこれら２種類または３種類の樹脂部の高さに限定されるものではない。 The separation membrane element 1 of the present invention is composed of a pair of two separation membranes 2, 2, and the separation membranes 2, 2 are arranged so that the transmission sides face each other and a predetermined gap 5 is opened. Hereinafter, the separation membrane element may be simply referred to as “element”. The periphery of the gap 5 is sealed with resin to form a sealing portion 6. Further, a part between the separation membranes 2 and 2 inside the peripheral sealing portion 6 is connected by two or three types of inner resin portions 7, 8 and 9. In this example, the height of the resin portion is assumed to be higher in the order of the resin portions 7, 8, and 9, but the present invention is not limited to the height of these two or three types of resin portions.
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７〜９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１０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１０が設けられ、この集水部１０は封止されない。 That is, the two separation membranes 2 and 2 are bonded to each other by the resin portions 7 to 9 formed so as to secure a predetermined gap. The predetermined interval 5 formed between the separation membranes 2 and 2 is a flow path through which the water that has passed through the membrane passes, that is, a water collection flow path. Take out to the outside. The periphery (peripheral part) of the separation membrane element is sealed by a method such as adhesive resin, thermal welding, ultrasonic welding, etc., and constitutes the sealing part 6. A water collecting portion 10 is provided in a part of the peripheral sealing portion 6, and the water collecting portion 10 is not sealed.
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。 Here, the fact that the permeation sides of the separation membranes face each other means that the permeation sides of the two separation membranes face each other. Two separation membranes facing each other are referred to as a “separation membrane pair”. The separation membrane forming the pair may be two separable separation membranes, or may be a folded separation membrane. A gap is provided between the permeation side surfaces of the opposing separation membrane.
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１０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。 Moreover, the sealing part 6 is arrange | positioned so that the clearance gap 5 may be enclosed on the periphery of a separation membrane. The sealing part 6 seals the gap between the separation membranes in the separation membrane pair by adhering to both of the two permeable side surfaces facing each other in the separation membrane pair. Thus, a bag-like film is formed. Sealing means that the supply water does not flow directly into the bag-like membrane by adhesion, pressure bonding, welding, fusion, folding, etc. (that is, the supply water does not flow through the separation membrane and does not flow). Like). At the same time, the permeated water that has passed through the separation membrane does not leak outside the separation membrane element except for the water collecting section 10.
樹脂部７〜９により「分離膜の間が繋がれる」構成とは、１つの樹脂部７〜９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。 The configuration in which the separation membranes are connected by the resin portions 7 to 9 means that one resin portion 7 to 9 in one separation membrane pair has the permeation side surface of one separation membrane 2 and the other separation opposite thereto. It refers to a structure that adheres to both the permeable side surfaces of the membrane 2. That is, in the separation membrane pair, one separation membrane is fixed to the other separation membrane via a resin.
分離膜対において、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の透過側面の間には支持体が配置されないことで、膜エレメント１に揺動させるための柔軟性を与えることができる。 In the separation membrane pair, a support member is not disposed between the permeation side surface of the separation membrane 2 and the permeation side surface of the other separation membrane 2 opposite to the separation membrane 2, thereby giving the membrane element 1 flexibility for swinging. it can.
本例においては、樹脂部７〜９は異なる高さを有し、膜エレメント１において分離膜の一辺に平行な、分離膜上の任意の直線における分離膜対の断面において、分離膜が凹部及び凸部を有するように樹脂部７〜９を配置する。さらに、分離膜の一辺に垂直な他の一辺に平行な、分離膜上の任意の直線における分離膜対の断面において、分離膜が凹部及び凸部を有さないように樹脂が配置されていることが好ましい。樹脂部がこのように配置されることにより、膜エレメントの相互間の流路を流れる気液混相の上昇流は、効果的に分離膜エレメント１を揺動させる。
膜エレメントの供給側に樹脂部を接着し、膜エレメントに凹部及び凸部を形成すると、接着部の分離機能は失われ、有効膜面積が減少してしまう。本発明は、膜エレメントの凹部及び凸部を形成する樹脂部は、分離膜の透過側に接着され、樹脂部と膜表面の間のろ過機能は失われないため、有効膜面積は維持される。
樹脂部７〜９の高さは、膜エレメント１の相互間の距離において、最も低い樹脂部７により膜エレメント１の供給側が凹になっている部分１１ａでの無曝気時の膜エレメント１の相互間の膜間距離をｄ（１）としたとき、最も高い樹脂部９の高さｈ（１）と最も低い樹脂部７の高さｈ（２）の差は、１．０ｍｍ＜｛ｈ（１）−ｈ（２）｝＜ｄ（１）の条件を満たすものが好ましい。樹脂部の高さの差が１．０ｍｍよりも大きいことにより、各膜エレメント１の相互間の流路を流れる気液混相の上昇流は、膜エレメント１を効果的に揺動させる。樹脂部の高さの差が凹部における膜間距離ｄ（１）未満であることにより気液混相の上昇流の流路が確保され、膜面を洗浄することができる。さらに好ましくは１．５ｍｍ＜｛ｈ（１）−ｈ（２）｝＜ｄ（１）／２の範囲である。樹脂部の高さの差が１．５ｍｍ以上であることにより、より効果的に揺動させる。樹脂部の高さの差が膜間距離ｄ（１）／２未満であることにより、膜エレメント１が揺動したときに、対向する膜エレメント１との衝突による衝撃を和らげ、膜エレメントの破損を防ぐことができる。
また、樹脂部７〜９の高さは、５０μｍ以上の範囲が好ましい。樹脂部の高さが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。透過液の流路を安定に確保するには、さらに好ましくは５００μｍ以上の範囲である。
複数の樹脂部７〜９は、対向する２つの透過側の面の両方に接着しているので、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７，８）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。
In this example, the resin portions 7 to 9 have different heights, and in the cross section of the separation membrane pair in an arbitrary straight line on the separation membrane that is parallel to one side of the separation membrane in the membrane element 1, the separation membrane is a recess and The resin parts 7-9 are arrange | positioned so that it may have a convex part. Furthermore, in the cross section of the separation membrane pair at an arbitrary straight line on the separation membrane parallel to the other side perpendicular to one side of the separation membrane, the resin is arranged so that the separation membrane does not have a concave portion and a convex portion. It is preferable. By arranging the resin portion in this way, the upward flow of the gas-liquid mixed phase flowing through the flow path between the membrane elements effectively swings the separation membrane element 1.
If the resin portion is bonded to the supply side of the membrane element and the concave and convex portions are formed on the membrane element, the separation function of the bonded portion is lost and the effective membrane area is reduced. In the present invention, the resin part forming the concave and convex parts of the membrane element is bonded to the permeation side of the separation membrane, and the filtration function between the resin part and the membrane surface is not lost, so the effective membrane area is maintained. .
The height of the resin portions 7 to 9 is such that the membrane elements 1 are not exposed to each other at the portion 11a where the supply side of the membrane element 1 is recessed by the lowest resin portion 7 in the distance between the membrane elements 1. When the inter-film distance is d (1), the difference between the height h (1) of the highest resin portion 9 and the height h (2) of the lowest resin portion 7 is 1.0 mm <{h ( 1) It is preferable to satisfy the condition of -h (2)} <d (1). Since the difference in height of the resin portions is larger than 1.0 mm, the upward flow of the gas-liquid mixed phase flowing through the flow path between the membrane elements 1 effectively swings the membrane element 1. The difference in the height of the resin portion is less than the inter-membrane distance d (1) in the recess, so that a flow path for the upward flow of the gas-liquid mixed phase is secured and the membrane surface can be cleaned. More preferably, it is the range of 1.5 mm <{h (1) -h (2)} <d (1) / 2. When the difference in the height of the resin part is 1.5 mm or more, the resin part is more effectively swung. Since the difference in height of the resin part is less than the inter-membrane distance d (1) / 2, when the membrane element 1 swings, the impact caused by the collision with the opposing membrane element 1 is reduced, and the membrane element is damaged. Can be prevented.
Moreover, the height of the resin parts 7-9 has the preferable range of 50 micrometers or more. If the height of the resin part is less than 50 μm, the inner space on the permeate side is narrow and the flow resistance of the permeate is increased, and the amount of permeate is reduced. In order to stably secure the flow path of the permeate, the range is more preferably 500 μm or more.
Since the plurality of resin portions 7 to 9 are bonded to both of the two opposing transmission-side surfaces, the pressure is not concentrated on the sealing portion 6 even when back pressure cleaning is performed, but the inner bonding is performed. It is also dispersed in the portions (resin portions 7 and 8). Therefore, the occurrence of separation between separation membranes is suppressed, and an effect that water leaks from the supply side to the permeation side hardly occurs.
分離膜２の面積に対する樹脂部７〜９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。内側の樹脂部の面積割合が、分離膜の内側の面積に対する割合が１％以上であると、薬液による透過側からの洗浄で分離膜が剥がれにくくなる。内側の樹脂部の面積割合が、分離膜の内側の面積に対する割合が７０％以下であると、透過液の流路が確保され、透過液の流動抵抗を低減することができる。さらに好ましくは１０％以上５０％以下の範囲である。 The area ratio of the resin portions 7 to 9 with respect to the area of the separation membrane 2 is preferably set such that the ratio of the resin portions 7 to 9 with respect to the inner area of the separation membrane 2 is in the range of 1% to 70%. When the ratio of the area of the inner resin portion to the inner area of the separation membrane is 1% or more, the separation membrane is hardly peeled off by cleaning from the permeation side with a chemical solution. When the area ratio of the inner resin portion is 70% or less with respect to the inner area of the separation membrane, the flow path of the permeate is secured, and the flow resistance of the permeate can be reduced. More preferably, it is the range of 10% or more and 50% or less.
つぎに、本発明における樹脂部７〜９の平面形状、すなわち樹脂部７〜９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７〜９を形成することにより、分離膜エレメントに散気される気泡の上昇方向に対して凹部及び凸部を与え、散気装置から排出したエアーにより分離膜エレメントを揺動させることである。 Next, the planar shape of the resin portions 7 to 9 in the present invention, that is, the shape of the resin portions 7 to 9 projected onto the separation membrane will be described. An important point of the present invention is that a resin is applied to the separation membrane 2 to form the resin portions 7 to 9, thereby providing concave and convex portions with respect to the rising direction of bubbles diffused in the separation membrane element, The separation membrane element is swung by the air discharged from the air diffuser.
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７〜９を膜平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７，８の断面形状は、円形をしたドット状であり、上下方向に隣り合う樹脂の高さが異なるように配列させ、左右方向に隣り合う樹脂の高さが同じにように配列させ、樹脂部を上下左右に整然と配列させた例である。内側の樹脂部７，８の断面形状は、この例に限定されることなく、楕円形、多角形、不定形などのドット状、或いは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。 As long as the desired effect as an element is not impaired, the shape when the resin portions 7 to 9 are observed from the upper part of the film plane is not particularly limited. For example, in the plan view cross-sectional view of FIG. 1A, the cross-sectional shapes of the inner resin portions 7 and 8 are circular dot shapes, and are arranged so that the heights of the resins adjacent in the vertical direction are different. This is an example in which the resin portions adjacent to each other in the direction are arranged so as to have the same height, and the resin portions are arranged in an orderly manner in the vertical and horizontal directions. The cross-sectional shape of the inner resin portions 7 and 8 is not limited to this example, and can be formed in a dot shape such as an ellipse, a polygon, an indeterminate shape, or a linear shape. Further, the arrangement of the dot-shaped resin is not particularly limited, such as a lattice shape or a staggered shape.
例えば、図３に示した分離膜エレメントにおける樹脂部は、円形の異なる高さを有した樹脂部７，８を千鳥状に配列させた例である。
図４に示した分離膜エレメントにおける樹脂部は、左右方向を向いた破線状で平行に配列させた線形の樹脂部７，８を上下方向に隣り合う樹脂の高さが異なるように配列させ、左右方向に隣り合う樹脂の高さが同じにように配列させた例である。
図５に示した分離膜エレメントにおける樹脂部は、３種類の異なる樹脂部７〜９を上下方向に隣り合う樹脂の高さが異なるように配列させ、左右方向に隣り合う樹脂の高さが同じにように配列させ、樹脂部を上下左右に整然と配列させた例である。
For example, the resin part in the separation membrane element shown in FIG. 3 is an example in which the resin parts 7 and 8 having different circular heights are arranged in a staggered manner.
The resin portions in the separation membrane element shown in FIG. 4 are arranged so that the resin portions 7 and 8 arranged in parallel in the shape of broken lines facing in the left-right direction are arranged so that the heights of the resins adjacent in the vertical direction are different, This is an example in which the resin adjacent in the left-right direction is arranged in the same height.
In the separation membrane element shown in FIG. 5, three different types of resin portions 7 to 9 are arranged so that the heights of the resins adjacent in the vertical direction are different, and the heights of the resins adjacent in the left-right direction are the same. In this example, the resin portions are arranged in an orderly manner in the vertical and horizontal directions.
内側の樹脂部７〜９の形状、配置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。
内側の樹脂部は、分離膜の一辺に平行な、分離膜上の任意の直線における分離膜対の断面において、分離膜が凹部及び凸部を有するように配置されるとするが、本願発明の樹脂部の配置における平行とは、＋５度〜−５度の範囲を含むものとする。
By adjusting the shape and arrangement of the inner resin portions 7 to 9, the element can be designed so as to satisfy the required separation characteristics and transmission performance conditions.
The inner resin portion is arranged so that the separation membrane has a concave portion and a convex portion in the cross section of the separation membrane pair in an arbitrary straight line on the separation membrane parallel to one side of the separation membrane. Parallel in the arrangement of the resin part includes a range of +5 degrees to -5 degrees.
樹脂部７〜９の分離膜への投影図は、不連続である。つまり、１枚の分離膜に、分離膜の一辺の平行方向において、２つ以上の樹脂部を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ていることが好ましい。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ていることが好ましい。 The projections of the resin parts 7 to 9 on the separation membrane are discontinuous. That is, two or more resin parts are arranged on one separation membrane at intervals in the parallel direction of one side of the separation membrane. More specifically, it is preferable that 1 or more, 5 or more, or 10 or more resin portions are provided per 5 cm square in the inner part of the permeation side surface of the separation membrane. Moreover, it is preferable that 100 or less, 50 or less, or 30 or less resin parts are provided per 5 cm square.
樹脂部７〜９の大きさ、数、ピッチ間隔は、上記したように、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。 As described above, the size, number, and pitch interval of the resin portions 7 to 9 are not particularly limited as long as they satisfy the characteristics of imparting appropriate flexibility and rigidity to the separation membrane element.
周縁の封止部６および内側の樹脂部７〜９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。 Although it does not specifically limit as a component which comprises the peripheral sealing part 6 and the inner resin parts 7-9, From the point of chemical resistance, polyolefin, such as an ethylene vinyl acetate copolymer, polyethylene, a polypropylene, and an olefin copolymer And polymers such as urethane resins and epoxy resins can be selected. However, since a thermoplastic polymer is easy to mold, the shape of the resin can be made uniform.
図６は、平行に配置された分離膜エレメントと、分離膜エレメントの下方に配置されるエアレーションブロックによる散気を例示した模式図である。分離膜エレメント１の少なくとも一方の面に散気装置１７から散気される気泡の上昇方向に対して凹部及び凸部を有するように樹脂部７〜９を配置することにより、各分離膜エレメントの相互間の流路を流れる気液混相の上昇流は、分離膜エレメントを揺動させる。さらに、分離膜エレメント１の少なくとも一方の面の分離膜が、散気装置１７から散気される気泡の上昇方向と垂直方向に対して凹部及び凸部を有さないように樹脂が配置されていることが好ましい。気泡の上昇方向と垂直方向に対して凹部及び凸部を有する場合、気液混相の上昇流は優先的に凹部へ流れてしまうため、流れの偏りが生じ、また分離膜エレメントを揺動させる効果が低下する。
図６（ａ）は、片面にのみ凹部及び凸部を有する分離膜エレメント１が平行に配置された例であり、凹部及び凸部を有する面と平らな面が相対向する。
このとき、分離膜エレメント１の相互間の距離において、樹脂部９により膜エレメント１の供給側が凸になっている部分１２ｂでは、流路幅が狭いので、水流が速く流れることでせん断応力が大きくなり、膜面の洗浄効果が増大する。また、樹脂部７により膜エレメント１の供給側が凹になっている部分１２ａでは、水流が変化し渦流などが発生することでせん断応力が大きくなり、膜面の洗浄効果が増大する。
図６（ｂ）は、両面に凹部及び凸部を有する分離膜エレメント１が平行に配置された例であり、凹部及び凸部を有する面が相対向する。図６（ｂ）の例は、図６（ａ）の例よりも凹部での膜間距離ｄ（１）と凸部での膜間距離ｄ（２）の差が大きいため、より水流の変化が大きくなり、渦流などによる膜面の洗浄効果が増大する。
図６（ｃ）は、両面に凹部及び凸部を有する分離膜エレメント１と両面に凹部及び凸部を有しない分離膜エレメント１３が交互に平行に配置された例であり、凹部及び凸部を有する面と平らな面が相対向する。凹部及び凸部を有しない分離膜エレメント１３とは、分離膜エレメント内部の樹脂部の高さにおいて、最も高さの大きい樹脂部の高さｈ（１）と最も高さの小さい樹脂部の高さｈ（２）の差が、０．５ｍｍ未満である以外は分離膜エレメント１と同じ構造である。
つぎに、本発明の分離膜エレメントの固定方法について説明する。本発明は、散気装置から排出したエアーにより分離膜エレメントを揺動させる効果が損なわれない範囲であれば、分離膜エレメントの固定方法は特に限定されない。
分離膜エレメントの面方向において外側の四隅に貫通孔が配置され、複数枚が平行に配列してまとめられ、隣接する貫通孔に例えばシャフトを貫通させてエレメントユニットとすることができる。このような構造をとることにより、分離膜エレメントには揺動させるための柔軟性を与えることができる。
また、貫通孔を有したスペーサーが相対向する分離膜エレメントの間に配置され、シャフトがそれぞれの貫通孔を貫通させることで連結され一体として束ねられていることが好ましい。スペーサーが配置されることにより、分離膜エレメント間の距離が保持され、気液混相の上昇流の流路が確保され、さらに対向する分離膜エレメントとの衝突による衝撃を和らげ、膜エレメントの破損を防ぐことができる。
２．分離膜
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。
FIG. 6 is a schematic view illustrating diffusion by separation membrane elements arranged in parallel and an aeration block arranged below the separation membrane elements. By disposing the resin portions 7 to 9 so as to have concave portions and convex portions with respect to the rising direction of the bubbles diffused from the air diffuser 17 on at least one surface of the separation membrane element 1, The upward flow of the gas-liquid mixed phase flowing through the flow path between them causes the separation membrane element to oscillate. Further, the resin is arranged such that the separation membrane on at least one surface of the separation membrane element 1 does not have a concave portion and a convex portion with respect to the direction in which the air diffused from the air diffuser 17 is perpendicular to the rising direction. Preferably it is. When there are concave and convex portions in the direction perpendicular to the rising direction of the bubbles, the upward flow of the gas-liquid mixed phase preferentially flows into the concave portions, resulting in flow unevenness and the effect of swinging the separation membrane element. Decreases.
FIG. 6A is an example in which the separation membrane element 1 having concave and convex portions only on one surface is arranged in parallel, and the surface having the concave and convex portions and the flat surface are opposed to each other.
At this time, in the portion 12b where the supply side of the membrane element 1 is convex due to the resin portion 9 in the distance between the separation membrane elements 1, the flow path width is narrow, so that the shear flow is increased due to the rapid flow of the water flow. Thus, the cleaning effect on the film surface is increased. Further, in the portion 12a where the supply side of the membrane element 1 is recessed by the resin portion 7, the shear flow increases due to the change of the water flow and the generation of the eddy current, and the cleaning effect of the membrane surface increases.
FIG. 6B is an example in which the separation membrane elements 1 having concave and convex portions on both surfaces are arranged in parallel, and the surfaces having the concave and convex portions face each other. In the example of FIG. 6B, since the difference between the intermembrane distance d (1) at the concave portion and the intermembrane distance d (2) at the convex portion is larger than the example of FIG. Increases, and the cleaning effect of the film surface by vortex or the like increases.
FIG. 6 (c) is an example in which the separation membrane element 1 having concave and convex portions on both sides and the separation membrane element 13 having no concave and convex portions on both sides are alternately arranged in parallel. The holding surface and the flat surface face each other. The separation membrane element 13 having no recess and no protrusion is the height of the resin portion having the largest height h (1) and the height of the resin portion having the smallest height in the height of the resin portion inside the separation membrane element. It is the same structure as the separation membrane element 1 except that the difference in the length h (2) is less than 0.5 mm.
Next, a method for fixing the separation membrane element of the present invention will be described. In the present invention, the fixing method of the separation membrane element is not particularly limited as long as the effect of swinging the separation membrane element by the air discharged from the air diffuser is not impaired.
Through holes are arranged at the outer four corners in the surface direction of the separation membrane element, a plurality of sheets are arranged in parallel, and an element unit can be formed by, for example, passing a shaft through the adjacent through holes. By taking such a structure, the separation membrane element can be given flexibility for rocking.
In addition, it is preferable that spacers having through holes are arranged between the separation membrane elements facing each other, and the shafts are connected and bundled together by passing through the respective through holes. By arranging the spacer, the distance between the separation membrane elements is maintained, the flow path of the gas-liquid mixed phase is secured, and the impact caused by the collision with the opposite separation membrane element is further reduced, and the membrane element is damaged. Can be prevented.
2. Separation membrane In the present invention, the separation membrane is a flat membrane-like separation membrane, and preferably a separation functional layer formed on a non-woven base material.
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。 If the thickness of the separation functional layer of the separation membrane is too thin, defects such as cracks may occur, and the filtration performance may deteriorate. If it is too thick, the water permeability may be reduced. 1 μm to 500 μm), preferably 0.05 to 0.2 mm (50 μm to 200 μm).
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。 The separation functional layer is preferably composed of a crosslinked polymer in terms of pore diameter control and durability. From the viewpoint of the separation performance of the components to be separated, a separation functional layer obtained by polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide on a porous support layer, an organic-inorganic hybrid functional layer, and the like are preferable. A porous support layer such as a cellulose membrane, a polyvinylidene fluoride membrane, a polyethersulfone membrane, or a polysulfone membrane, which has both a separation function and a support function, can also be used. That is, the separation functional layer and the porous support layer may be realized as a single layer.
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。 The separation membrane constituting the separation membrane element of the present invention is preferably composed of a base material and a separation functional layer, and in particular, a separation membrane formed with a separation functional layer made of a polyvinylidene fluoride resin may be used. Here, it is preferable that a layer in which the resin constituting the separation functional layer and the base material are mixed is interposed between the base material and the separation functional layer. When the polyvinylidene fluoride-based blend resin enters from the surface of the base material into the inside, the separation functional layer is firmly fixed to the base material by a so-called anchor effect, and the separation functional layer can be prevented from peeling off from the base material. The separation functional layer may be present on one side with respect to the base material, or may be present on both sides. The separation functional layer may have a symmetric structure or an asymmetric structure with respect to the base material. Further, when the separation functional layer is present on both sides with respect to the substrate, the separation functional layers on both sides may be continuous through the substrate or may be discontinuous. .
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。 In the separation membrane formed of the separation functional layer and the base material, the base material has a function of supporting the separation functional layer and giving strength to the separation membrane. The material constituting the base material is not particularly limited, such as an organic base material or an inorganic base material, but an organic base material is preferable from the viewpoint of easy weight reduction. Examples of the organic substrate include woven and knitted fabrics and nonwoven fabrics made of organic fibers such as cellulose fibers, cellulose triacetate fibers, polyester fibers, polypropylene fibers, and polyethylene fibers. Among these, a nonwoven fabric whose density is relatively easy to control is particularly preferable.
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。 Moreover, the separation membrane element of the present invention can be applied to any of reverse osmosis membranes, nanofiltration membranes, ultrafiltration membranes, and microfiltration membranes. Further, one or more appropriate membranes may be selected and combined depending on the size of the separation symmetric substance, but ultrafiltration membranes and microfiltration membranes are particularly preferred for treating sewage wastewater.
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
７，８，９ 内側の樹脂部
１０ 集水部
１１ 集水口
１２ 分離膜エレメント間の間隙
１３ 分離膜エレメント
１４ 分離膜モジュール
１５ 分離膜エレメント
１６ 分離膜浸漬槽
１７ 散気装置
１８ ブロア
１９ 吸引ポンプ
２０ 被処理水入口
２１ 被処理水出口
２２ 透過水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separation membrane element 2 Separation membrane 3 Separation functional layer 4 Base material 5 Gap 6 Sealing part 7,8,9 Inner resin part 10 Water collection part 11 Water collection port 12 Gap between separation membrane elements 13 Separation membrane element 14 Separation membrane Module 15 Separation membrane element 16 Separation membrane immersion tank 17 Air diffuser 18 Blower 19 Suction pump 20 Water to be treated inlet 21 Water outlet 22 to be treated Permeated water
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| JP2021529087A (en) * | 2018-07-03 | 2021-10-28 | フィブラキャスト リミティド | Closely spaced immersion flat membrane and fine cell aeration |
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