JP5742041B2

JP5742041B2 - 廃水処理用平膜カートリッジ

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Publication number: JP5742041B2
Application number: JP2013224827A
Authority: JP
Inventors: 憲史島田; 純輔森田; 北河　享; 享北河; 昌男東
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: CN105682779B; JP2015085253A; WO2015064495A1; MY191215A; CN105682779A

Description

本発明は、膜ろ過廃水処理装置の膜ろ過分離に使用される平膜カートリッジに関する。

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。

一般に、水資源の確保は、従来自然から得られる天然水を利用するほかに、海水から蒸発法や逆浸透法を利用して真水を得る方法、あるいは、塩分を含んだかん水から逆浸透現象を利用して真水を得る方法がある。しかしながら、天然に存在する真水の資源は限られており、かつ近年の異常天候の影響で利用可能性はますます狭くなる傾向にあると言われている。また、蒸発法や逆浸透法を用いて真水を作るためには、加熱や加圧のためのエネルギーを必要とするため、利用される地域は限られる。

別の方法として、下水を再利用する方向性がある。従来の下水処理は、下水中の有機成分を活性汚泥により分解処理し、沈降ろ過等を経て処理水を放流していたが、大腸菌等のバクテリア群を完全に除去することは困難であった。しかしながら、ＭＢＲ（膜分離活性汚泥法）では、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、上記の有害バクテリア群を完全に除去することが可能であり、設備のコンパクト性や運転管理の容易さなど利点も多く、近年非常に注目を集める技術となってきた。ＭＢＲによって分離された水は、生活景観維持水や中水として利用可能であるばかりでなく、逆浸透法と組み合わせることで上水を得ることも可能である。海水を用いた逆浸透法では塩分濃度に抗う高圧が必要であるが、ＭＢＲにより得られた処理水を原水として利用することで、安全にかつ低エネルギーで造水できることが特徴である。

このように、ＭＢＲは将来予想される水不足を解消する方法として注目されている。この方法をさらに改良し、低コストで高効率なシステムに仕上げるためには、膜の分離性能を維持しながら、透水性能を確保する必要性に迫られている。

また、膜が活性汚泥に浸漬した状態で長期にわたって使われると、活性汚泥の出す分泌物やその死骸そのもの、汚泥中に含まれる夾雑物などによって孔が閉塞するため、透水性能が落ちたり、これに対応するためにポンプ動力を上げる必要が生じたりする。これが、ファウリングと呼ばれる、膜を使用する際の最大の問題である。この問題に対し、次亜塩素酸ナトリウムや塩酸などの薬剤を用いて膜を洗浄することでファウリングを解消し、膜をフレッシュな状態に戻す操作が行われる。したがって、膜、及びカートリッジはこれらの薬剤への耐性と共に逆洗に耐えうる強度を持たす必要がある。

しかしながら、これらの薬剤による洗浄操作は、その間にろ過運転ができないこと、薬剤コストや作業手間、薬剤の排液処理など、経済性や環境の面で問題が多い。したがって、薬剤による洗浄操作が少なくなるよう、いかにしてファウリングを防ぎ、より長期間使用できるようにするかが最大の課題となっている。

少ない動力でより多くの膜透過水量を得るには、膜、及び膜透過水流路内の圧力損失を小さくすることが必要とされる。また、膜面全体に吸引圧力を有効に作用させるために、膜透過水流路内の流れの偏りを低減することも求められる。

現在、浸漬タイプのろ過膜モジュールとして、特許文献１のような中空糸膜カートリッジや、特許文献２のような平膜カートリッジを複数設置したものが提案されている。中空糸膜カートリッジは、単位容積当りの膜面積を大きくでき、廃水処理量を多くできるが、汚泥や夾雑物などがカートリッジに付着し、中空糸の束の隙間に堆積しやすく、耐久性の面で問題がある。それに対して平膜カートリッジは、確保できる膜面積で劣るが、膜面の汚泥や夾雑物の付着、堆積が少ない点でメリットがある。

平膜タイプの膜カートリッジとして、特許文献３で提案されているような膜支持板の表面に、開口する複数のスリットを一端で集水部に連通して膜支持板の上側部から下側部にわたって並列して設けたタイプや、特許文献４で提案されているような網目構造の膜支持板の内側に膜透過水流路を形成しているタイプがある。

また、特許文献５では、流路材が配された膜支持板と分離膜の間隙を膜透過水が取出口方向に流れるときの圧力損失を基に流路材の仕様を選定した平膜カートリッジが提案されている。しかし、このように選定した平膜カートリッジでは、吸引時の圧力損失が考慮されておらず、そのため吸引ポンプや膜洗浄用ブロワーの運転負荷が高まり、廃水処理コストを増大させる。

特開平０７−１３６４７０号公報特開平１１−０３３３６９号公報特開平０８−２８１２６４号公報特開２０１２−０４５５１５号公報特開２００１−３２１７６６号公報

本発明は、上述の従来技術の現状に鑑みなされたものであり、その目的は、圧力損失の低減と、分離膜表面上の吸引圧力分布の低減を両立できる流路材及び緩衝材を選定し、低動力で単位膜面積当りの廃水処理流量を大きくすることが可能となる平膜カートリッジ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好適な流路材及び緩衝材について鋭意検討した結果、特定の目開き、線径、厚み、空間率を有する流路材、及び特定の目付、厚みを有する緩衝材をそれぞれ使用することにより、圧力損失あたりの膜透過水流量が高まることを見出し、本発明の完成に至った。

即ち、本発明は、以下の（１）〜（４）の構成を有するものである。
（１）中央部に比べて周縁部が高くなるように表裏両面に段差を設けた樹脂製の膜支持板の表裏両面に対して膜支持板の中央部を覆うように周縁部に沿ってそれぞれ分離膜を接着してなる廃水処理用平膜カートリッジであって、膜支持板の中央部と分離膜の間に膜支持板側から流路材と緩衝材が順に配置されていること、膜支持板に流路材が接着され、流路材に緩衝材が接着され、緩衝材が分離膜に接着されないこと、流路材として用いる樹脂メッシュが縦横共に０．５〜３．２ｍｍの目開き、縦横共に０．４〜１．０ｍｍの線径、０．６〜２．０ｍｍの厚み、及び２０〜６０％の空間率を有すること、並びに緩衝材として用いる不織布が１０〜１１０ｇ／ｍ^２の目付及び０．１〜０．５ｍｍの厚みを有することを特徴とする廃水処理用平膜カートリッジ。
（２）透過水が分離膜の外側から緩衝材、流路材、膜支持板の端部に設けられた透過水取出口の順で流れることを特徴とする（１）に記載の廃水処理用平膜カートリッジ。
（３）流路材が平織タイプの樹脂メッシュであることを特徴とする（１）または（２）に記載の廃水処理用平膜カートリッジ。
（４）膜支持板の周縁部が中央部より１〜２ｍｍ高く、流路材及び緩衝材を配置した中央部と周縁部の高さの差が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の廃水処理用平膜カートリッジ。

本発明の平膜カートリッジは、流路材として特定の目開き、線径、厚み、空間率を有する樹脂メッシュを使用し、さらに緩衝材として特定の目付、厚みを有する不織布を使用しているので、圧力損失の低減と、分離膜表面上の吸引圧力分布の低減を両立することができる。それにより、膜面積あたりの透水量が増加することで大量の廃水処理が可能となり、低動力による低コスト運転の達成が可能である。

本発明の廃水処理用平膜カートリッジの片面の構成を概略的に示すものである。溝状流路を持つ従来型の膜支持板の一例を示す模式図である。

本発明の廃水処理用平膜カートリッジについて図面を参照しながら説明する。

本発明の平膜カートリッジは、図１に示すように、膜支持板３の中央部５に流路材２として樹脂メッシュを配置し、その上に緩衝材６を配置し、さらにその上に膜支持板３の周縁部４に沿って分離膜１を接着した構成をとる。本発明では、吸引時に分離膜１が流路材２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６を間に配置する構成が必須である。吸引時に図１では、平膜カートリッジの膜支持板３の片面の構成のみが示されているが、本発明では、膜支持板３の表裏両面に同様の構成を有する。

本発明の平膜カートリッジでの膜透過水の流れは、図１で説明すると、分離膜１の外表面に被処理液を接触させ、分離膜１の外側から内側へろ過が行われ、ろ過された膜透過水は、分離膜１と膜支持板３との間に配置された緩衝材６、流路材２中の空隙を順に通りながら、膜支持板３の端部に取り付けられた透過水取水口７の方向へ流れて行き、透過水取水口７から平膜カートリッジ外へ排出されるようになっている。

本発明の平膜カートリッジは、膜支持板３の周縁部４を中央部５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５の凹空間には流路材２及び緩衝材６が配置され、この場合の中央部５と周縁部４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６は、膜支持板３に接着した流路材２を覆うように配置し、流路材２と接着する。分離膜１は、流路材２、緩衝材６が配置された膜支持板３を覆うように周縁部４にて接着する。

膜支持板３の中央部５の凹空間の厚み（周縁部４との段差）が大き過ぎると、平膜カートリッジ１枚当たりの厚みを大きくすることが必要となり、膜ユニットあたりの設置可能枚数が減ってしまう。また、厚みを変えずに中央部５の凹空間を大きくすると、膜支持板３の中央部５を薄くすることが必要になり、平膜カートリッジの強度が低下してしまう。膜支持板３の中央部５の凹空間の厚みが小さ過ぎると、膜透過水流路が狭まり、圧力損失が高くなる。また、周縁部４との段差が大き過ぎると、段差部で分離膜１が折れ曲がることによる破損、または分離膜１の剥がれが生じる。従って、膜支持板３の中央部５と周縁部４は、上記で示したような高さの差であることが好ましい。

分離膜１の材質は、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、もしくはポリテトラフルオロエチレン、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１の厚みは、８０〜１５０μｍであることが好ましい。この厚みが大き過ぎると透水抵抗が高まるため透水性を低下させるおそれがあり、逆に薄すぎると膜強度が不十分となる可能性がある。

膜支持板３の材質は、平膜カートリッジ全体の形状を保持することができる程度の剛性を持つものであれば特に限定されないが、例えばＡＢＳ樹脂、塩化ビニル、ポリカーボネートを適宜選択することができる。膜支持板の大きさは、縦横３００ｍｍ×２００ｍｍ〜１，２００ｍｍ×５５０ｍｍであり、周縁部の幅は、１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、厚さは、中央部で２〜４ｍｍであることが好ましい。膜支持板３の中央部５と周縁部４の段差は、膜支持板の周縁部に同様の材質の板状部材を貼り付けることにより形成されることができる。

流路材２は、透過水流路としての機能を満足するために、特定の範囲の目開き、線径、厚み、及び空間率を有することが必要である。市販品では、例えば、日本フィルコン（株）製のＤＯＰ−１８Ｋの平織タイプの樹脂メッシュを好ましく使用できる。流路材２は、膜支持板の周縁部で囲まれて形成される中央部の凹空間に収まることが好ましい。流路材２に用いる樹脂メッシュの材質については、特に限定されないが、ポリエステル、ナイロンなどの樹脂から適宜選択可能である。

流路材２の空間率は、２０〜６０％であることが必要である。空間率は、流路材２に用いる樹脂メッシュより形成される流路空間において、全面積に対する目開き部分の面積の割合であり、以下の式で算出される。
空間率＝（目開き）^２／［（目開き）＋（線径）］^２×１００
流路材２の縦方向の目開きと線径から算出された空間率と、流路材２の横方向の目開きと線径から算出された空間率の平均値を流路材２の空間率とした。空間率２０〜６０％の範囲を外れた流路材２を用いると、流路内の吸引圧力の分布のバラツキが大きくなり、膜面上の吸引圧力に差が生じることで膜面全体を有効に機能させることができなくなる。流路材２の空間率が大き過ぎると吸引時に分離膜１が流路材２の目開き部にへばりつき、流路を狭めてしまう。また、空間率が小さいと流路材２中の膜透過水の圧力損失が大きくなる。

流路材２の目開きと線径に関しては、空間率が２０〜６０％に収まるように、目開きは縦横共に０．５〜３．２ｍｍ、線径は縦横共に０．４〜１．０ｍｍの範囲から選定される。また、流路材２の厚みに関しては、０．６〜２．０ｍｍであることが必要である。０．６ｍｍより小さいと膜透過水の流路空間が狭くなり、圧力損失が増大してしまう。メッシュの厚みが２．０ｍｍより大きいと平膜カートリッジ自体の厚みが大きくなり、膜ユニットあたりの設置可能枚数が減ってしまう。

緩衝材６は、分離膜１に掛かる応力を吸収し、吸引圧力で流路材２に貼り付くことを防止し、分離膜１を保護する役割を持つ。緩衝材６としては、不織布、網状構造体、スポンジ、ゴム、フィルムシートなどが挙げられるが、本発明においては、吸引により分離膜が流路材へ張り付くことを防止し、透水抵抗が小さく、厚みが薄くても強度があり、形状を保持できる不織布が好ましい。緩衝材６は、目付１０〜１１０ｇ／ｍ^２、厚み０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。目付に関しては、小さ過ぎると分離膜１を保護する緩衝材として機能せず、吸引時に分離膜１と流路材２が張り付いてしまい、大き過ぎると膜透過水の圧力損失となるので好ましくない。厚みに関しては、薄すぎると緩衝材として機能せず、厚すぎると膜支持板３の周縁部４と中央部５の段差が大きくなり、分離膜１と膜支持板３の接着力を弱めるので好ましくない。緩衝材６の大きさとしては、分離膜１の流路材２への貼り付きを防止する点から、流路材２と同じ平面面積を有することが好ましい。不織布の材質については、特に限定されず、例えばポリエステル、ポリプロピレンなどを適宜選択することができる。

分離膜１と膜支持板３の接着は、分離膜１と膜支持板３の周縁部４の接着状態を維持することができれば十分であり、例えば超音波溶着や熱溶着などの従来公知の方法により行なうことができる。例えば超音波溶着であれば、流路材２を接着した膜支持板３、及び流路材２の上に載せた緩衝材６を覆うように分離膜１を配置し、膜支持板３の周縁部４で分離膜１に押圧しながら、ホーンから出力する超音波振動によって分離膜１と膜支持板３を溶着することができる。

透過水取水口７は、膜支持板３の端部に設けられるが、その内径は３〜６ｍｍ、内側開口部の断面積は７〜２８ｍｍ^２であることが好ましい。透過水取水口７の内径、断面積ともに上記の範囲より大きいと膜カートリッジの厚みが大きくなり、膜ユニットあたりの設置可能枚数が減少する可能性がある。上記の範囲より小さいと吸引時の圧力損失が増大してしまい、十分な処理流量を得ることが困難である。

本発明の分離膜１の純水ＦＲは、１５〜５０ｍＬ／ｃｍ^２／ｍｉｎ／ｂａｒの範囲であることが好ましい。純水フラックス（純水ＦＲ）は、単位時間単位面積単位圧力当たりに通過させることができる純水の体積であり、分離膜１の透水性能を表す。純水ＦＲが小さすぎると、実用に供したときに必要な廃水処理量を確保するために、平膜カートリッジの枚数を増やすことや、ポンプによる圧力を高めることが必要となり、経済面・エネルギー面の問題が大きい。一方、純水ＦＲを大きくするためには、分離膜１の細孔径を大きくする必要があるが、細孔径を大きくすることで分画性能が悪化し、膜として十分な機能を果たせなくなる可能性がある。

本発明の平膜カートリッジの構成を採用すると、吸引圧力分布が小さくなり、膜面全体をより均等に使うことができるようになる。また、流路内の偏流も緩和され、圧力損失を低下させ、膜透過水流量を増加させることができる。分離膜１と膜支持板３との間に設けた流路材２により形成される膜透過水流路を透過水取水口７の方向に膜透過水が流れるとき、膜透過水流量（Ｌ／ｈ）／圧力損失（ｋＰａ）で求められる値が１．２５以上となることが好ましい。この数値が１．２５以上であれば、平膜の吸引動力を低く抑えることができ、低動力で単位膜面積当りの良好な廃水処理流量を達することが可能となる。

本発明の平膜カートリッジの効果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。本発明における特性値の評価は、以下の方法に依った。

（１）純水フラックス（ＦＲ）
純水ＦＲは以下に記載する方法で測定した。分離膜をφ９０ｍｍの円形にカットし、ろ過用ホルダーにセットした後、水圧０．５ｂａｒをかけてホルダー出口より１分間に採取される透水量より、下記式から純水ＦＲを求めた。なお、ろ過に使用する水は２５℃のＲＯ水（逆浸透膜を用いて濾過した水）とし、水圧をかけてから３０秒経過後を採取開始時間とした。また、膜面からの水面高さは、３ｃｍ±１ｃｍとなるように調整した。
（純水ＦＲ［ｍＬ／ｃｍ^２／ｍｉｎ／ｂａｒ］）
＝（Ｑ［ｍＬ／ｍｉｎ］）／（Ａ［ｃｍ^２］）／（Ｐ［ｂａｒ］）
（Ｑ：１分間の透水量、Ａ：有効膜面積＝４８ｃｍ^２、Ｐ：水圧＝０．５ｂａｒ）

（２）樹脂メッシュの線径、目開き、空間率
線径（ｍｍ）、目開き（ｍｍ）、空間率（％）は以下に記載する方法で測定した。線径は、流路材２に用いる樹脂メッシュを構成する線材の直径をノギスにて測定した。また、目開きは線材１０本当たりの長さをノギスにて測定し、その区間にある線材の本数分、線径を差し引き、目開き数で割り振ることで算出した。また、空間率は下記の式より算出した。
空間率＝（目開き）^２／［（目開き）＋（線径）］^２×１００
流路材２の縦方向の目開きと線径から算出された空間率と、流路材２の横方向の目開きと線径から算出された空間率の平均値を流路材２の空間率とした。

（３）膜透過水量、吸引圧力、及び圧力損失
膜透過水量、及び吸引圧力は以下に記載する方法で測定した。高さ０．９ｍ、幅０．４ｍ、奥行き０．２ｍのプラスチック容器の底面から高さ０．２ｍの位置に、平膜カートリッジを垂直に固定した。底面からの高さ０．８ｍまで純水を供給し、平膜カートリッジを浸漬させた。平膜カートリッジの透過水取水口を定量送液ポンプ（ローラーポンプ）と接続し、回転数を５０ｒｐｍに設定して吸引ろ過を行った。圧力計は、平膜カートリッジと送液ポンプの中間に接続した。吸引ろ過中は水位を一定に維持し、また容器内の水温は２５℃に維持した。送液ポンプの吐出口から膜透過水を採取した。膜透過水重量（ｋｇ／ｍｉｎ）は電子天秤にて測定した。膜透過水重量は、下記式で２５℃の膜透過水量に換算した。
透過水量（Ｌ／ｍｉｎ）＝透過水重量（ｋｇ／ｍｉｎ）／０．９９７０４（ｋｇ／Ｌ）
また、膜透過水採取時の圧力計の指示値から吸引圧力を確認し、平膜カートリッジの圧力損失（Ｐａ）とした。

（４）不織布の目付
不織布の目付は、１０ｃｍ角に切り取った不織布の重量を電子天秤にて秤量し、その結果から１ｍ^２あたりの重量を算出し、不織布の目付を求めた［ｇ／ｍ^２］。

（５）不織布の厚み
不織布の厚みは、厚み計を用いて任意の５点の厚みを計測し、その平均値とした。

（実施例１）
以下の構成で、膜カートリッジを製作し、廃水処理用平膜カートリッジとした。
塩化ビニル樹脂製の膜支持板（高さ３１５ｍｍ、幅２２５ｍｍ）の表裏面ともに、各々厚みの異なる塩化ビニル樹脂製の周縁部（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高い膜支持板を作成した。また、膜支持板の一部に矩形の貫通部を設け、貫通部と連通して処理水を取出し可能であり、断面積８ｍｍ^２の透過水取水口用のノズルを取り付けた。
この膜支持板の中心部に、流路材として表１に示す樹脂メッシュ：日本フィルコン（株）ＤＯＰ−１８Ｋ（高さ２９０ｍｍ、幅２００ｍｍ）をセットし、耐水接着剤にて膜支持板と接着し、膜透過水流路を形成した。樹脂メッシュの詳細は表１に示す通りである。
膜支持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ポリエチレンテレフタレート製の不織布：廣瀬製紙（株）０５ＴＨ−６０（高さ２８５ｍｍ、幅１９５ｍｍ）をセットした。不織布の厚みと目付の詳細は表１に示す通りである。さらに、不織布上部から分離膜（高さ３０５ｍｍ、幅２１５ｍｍ、厚さ０．１３ｍｍ）を膜支持板の周縁部と隙間無く接着した。裏面も同様に分離膜の接着までを行い、平膜カートリッジとした。
分離膜は、膜構成成分が塩素化ポリ塩化ビニルであり、厚み１３０μｍ、平均孔径０．３μｍ、純水ＦＲが３０ｍＬ／ｃｍ^２／ｍｉｎ／ｂａｒのものを用いた。
実施例１の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（実施例２）
平膜カートリッジの周縁部を中央部より１．２ｍｍ高くし、空間率：２６．３％の樹脂メッシュ：日本フィルコン（株）ＤＯＰ−１５Ｋを使用したこと以外は実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。実施例２の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（実施例３）
平膜カートリッジの周縁部を中央部より２．０ｍｍ高くし、空間率：５２．７％の樹脂メッシュ：くればあ（株）を使用したこと以外は実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。実施例３の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（実施例４）
平膜カートリッジの周縁部を中央部より１．０ｍｍ高くし、空間率：２２．７％、目開き：０．５５ｍｍ（縦）、０．５５ｍｍ（横）の樹脂メッシュ：日本フィルコン（株）ＤＯＰ−１５Ｋを使用したこと以外は実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。実施例４の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（実施例５、６）
目付１５ｇ／ｍ^２、厚み０．１２ｍｍの不織布：東洋紡（株）エクーレ３１５１Ａ（実施例５）、及び目付１００ｇ／ｍ^２、厚み０．３９ｍｍの不織布：東洋紡（株）エクーレ３Ａ０１Ａ（実施例６）を緩衝材にそれぞれ用いたこと以外は、実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。実施例５，６の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（実施例７）
平膜カートリッジの周縁部を中央部より２．０ｍｍ高くし、空間率：２６．１％の樹脂メッシュ：日本フィルコン（株）ＯＰ−１６Ｋを使用したこと以外は実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。実施例７の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（比較例１）
平膜カートリッジの周縁部を中央部より０．５ｍｍ高くし、空間率：１８．２％の樹脂メッシュ：日本フィルコン（株）ＤＯＰ−５０を使用したこと以外は実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。比較例１の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（比較例２）
平膜カートリッジの周縁部を中央部より２．０ｍｍ高くし、空間率：７１．８％の樹脂メッシュ：くればあ（株）を使用したこと以外は実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。比較例２の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（比較例３）
平膜カートリッジの周縁部を中央部より１．０ｍｍ高くし、空間率：２７．３％、目開き：０．４２ｍｍ（縦）、０．４５ｍｍ（横）の樹脂メッシュ：日本フィルコン（株）ＤＯＰ−２５Ｆ使用したこと以外は実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。比較例３の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（比較例４）
平膜カートリッジの周縁部を中央部より２．０ｍｍ高くし、空間率：６４．０％、目開き：目開き：４．００ｍｍ（縦）、４．００ｍｍ（横）の樹脂メッシュ：くればあ（株）を使用したこと以外は実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。比較例４の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（比較例５、６、７）
目付５ｇ／ｍ^２、厚み０．０７ｍｍの不織布（比較例５）、目付１２０ｇ／ｍ^２、厚み０．６８ｍｍの不織布：東洋紡（株）ボランス７１２１Ｐ（比較例６）を緩衝材に用いたこと以外は、実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。また、同様の構成で緩衝材に不織布を用いない（比較例７）平膜カートリッジも作成した。比較例５，６，７の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

（比較例８）
樹脂メッシュをなくして膜支持体の表面に溝状の流路を形成したこと以外は、実施例１と同様の構成の平膜カートリッジを作成した。溝状流路を持つ平膜カートリッジとしては、特開平８−２８１２６４に示されるものが挙げられる（図２参照）。比較例８の平膜カートリッジの詳細は表１に示す通りである。

表１の結果から明らかなように、実施例１〜６では、優れた透過性能を持つ平膜カートリッジが得られている。一方で、実施例７では、樹脂メッシュ及び不織布を配置した中央部と周縁部の高さを０．５ｍｍより大きくしたことで、分離膜面にひずみが生じ、膜透過水量が低下した。また中央部と周縁部の段差が大きいため、分離膜の表面に傷が生じた。
比較例１では樹脂メッシュの空間率を低くした結果、流路内の吸引圧力の分布のバラツキが大きくなり、また流路空間が狭い為、膜透過水量が低下した。比較例２では空間率を高くした結果、流路内の吸引圧力の分布のバラツキが大きくなり、膜透過水量が低下した。比較例３では、目開きが小さい樹脂メッシュを用いた結果、流路が狭まることで圧力損失が高くなり、膜透過水量が低下した。また比較例４では、樹脂メッシュの目開きが大きいため、樹脂メッシュに分離膜が貼りつき、膜透過水量が低下した。比較例５では、目付が小さく、また厚みが小さい不織布を用いた結果、樹脂メッシュに分離膜が貼り付き、膜透過水流量が低下した。比較例６では、目付が大きく、厚みが大きい不織布を用いた結果、圧力損失が大きくなり、膜透過水量が低下した。比較例７では、不織布を用いないため、樹脂メッシュに分離膜が貼りつき、流路が狭まることで、膜透過水量が低下した。比較例８では、流路形状が溝状のカートリッジであり、流路空間が狭いため、膜透過水量が低下した。

本発明の平膜カートリッジは、圧力損失の低減と、分離膜表面上の吸引圧力分布の低減を両立しているので、低コストで高効率な廃水処理に好適である。

１分離膜
２流路材
３膜支持板
４周縁部
５中央部
６緩衝材
７透過水取水口
１１浸漬型膜カートリッジ
１２ろ板
１３集水部
１４吸引ノズル
１５スリット

Claims

中央部に比べて周縁部が高くなるように表裏両面に段差を設けた樹脂製の膜支持板の表裏両面に対して膜支持板の中央部を覆うように周縁部に沿ってそれぞれ分離膜を接着してなる廃水処理用平膜カートリッジであって、膜支持板の中央部と分離膜の間に膜支持板側から流路材と緩衝材が順に配置されていること、膜支持板に流路材が接着され、流路材に緩衝材が接着され、緩衝材が分離膜に接着されないこと、流路材として用いる樹脂メッシュが縦横共に０．５〜３．２ｍｍの目開き、縦横共に０．４〜１．０ｍｍの線径、０．６〜２．０ｍｍの厚み、及び２０〜６０％の空間率を有すること、並びに緩衝材として用いる不織布が１０〜１１０ｇ／ｍ^２の目付及び０．１〜０．５ｍｍの厚みを有することを特徴とする廃水処理用平膜カートリッジ。
透過水が分離膜の外側から緩衝材、流路材、膜支持板の端部に設けられた透過水取出口の順で流れることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理用平膜カートリッジ。
流路材が平織タイプの樹脂メッシュであることを特徴とする請求項１または２に記載の廃水処理用平膜カートリッジ。
膜支持板の周縁部が中央部より１〜２ｍｍ高く、流路材及び緩衝材を配置した中央部と周縁部の高さの差が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃水処理用平膜カートリッジ。