JP5966733B2 - 分離膜エレメントおよび膜モジュール - Google Patents
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Description
また、支持体に含まれるセラミックや吸着剤が多孔質部分を有する場合、樹脂部との接着部分はアンカー効果により、より強固に接着される。
−(CH2CH2O)n−、−(CH2CH2(CH3)O)n−、
−(CH2CH2CH2O)n−、−(CH2CH2CH2CH2O)n−
などを挙げることができるが、特に親水性の観点から、
−(CH2CH2O)n−
で表されるいわゆるポリオキシエチレンが好ましい。
後述の方法で作成した分離膜を12cm角で2枚切り出し、各実施例、比較例に記載された方法で分離膜対を作成した。得られた分離膜対に集水口のついた固定治具を取り付け、高さ20cm、幅20cm、奥行き20cm水槽に浸漬させ、水頭高さ1mで蒸留水を25℃で、水頭高さ1mで5分間予備透過させた後、続けて蒸留水を透過させて透過水を5分間採取することにより透水量を測定した。
[内側の樹脂部の面積割合]
樹脂部が設けられた分離膜の内側を5cm角に切り出し、市販のスキャナーで画像を取り込み、この画像を明度差により2値化処理して、平面方向における個々の樹脂部の面積を測定した。この面積の総和を、膜表面に垂直な方向から樹脂部を投影した時に得られる投影面積とみなし、この投影面積を膜の内側の面積(封止部分の内側の面積)で割った値を算出した。
[内側の樹脂部の支持体との接着面積割合]
上記の[内側の樹脂部の面積割合]から、接着処理を行う膜面積に対する樹脂部の面積を算出し、それを内側の樹脂部の支持体との接着面積割合とした。
[透過側の間隙]
分離膜エレメントを厚さ方向に切断した断面をマイクロスコープ(キーエンス社製 型式:VHX−1100)で測定し、間隙を算出した。
[アンモニア濃度]
アンモニア濃度はインドフェノール青法を用いて、吸光度から定量した。
製膜原液用の樹脂成分としてポリフッ化ビニリデン(PVDF/呉羽化学工業株式会社製、KF#850)を用いた。また、開孔剤としてモノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン、溶媒としてN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、非溶媒としてH2Oをそれぞれ用いた。これらを95℃の温度下で十分に攪拌し、次の組成を有する製膜原液を作製した。
モノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン: 8.0重量%
N,N−ジメチルホルムアミド(DMF) :72.0重量%
H2O : 3.0重量%
基材として、密度0.42g/cm3、サイズ50cm幅×150cm長の長方形のポリエステル繊維製不織布を用いて、上記製膜原液を30℃に冷却した後、基材に塗布し、塗布後、直ちに20℃の純水中に5分間浸漬し、さらに90℃の熱水に2分間浸漬して溶媒であるN,N−ジメチルホルムアミドおよび開孔剤であるモノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタンを洗い流し、さらに、75℃の熱風乾燥機にて30分間乾燥して分離膜を製造した。
実施例1と同様の手順で得られた分離膜から12cm角で2枚の切片を切り出した。この分離膜の透過側に、変性オレフィン系樹脂(東亞合成、商品名:EV165)を、ホットメルトアプリケーター(サンツール社製 装置名:CF−03SS−S)を用いて、樹脂温度150℃、走行速度12m/minで塗布した。このとき、分離膜の外周部分、つまり周縁部には、幅5mm、高さ3mm程度の大きさで樹脂を塗布した。また、内側の領域には、ドット形状で長さ4mm、幅4mm、縦間隔5mm、横間隔3mm、高さ1.5mm程度の大きさになるように、樹脂を塗布した。
分離膜の透過側の間隙を2mm(2000μm)となるように、変性オレフィン系樹脂を塗布する高さを変更した以外は、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は25.8×10−9m3/m2/s/Paであり、実施例2とほぼ同等の値であった。
分離膜の透過側の間隙を5mm(5000μm)となるように、変性オレフィン系樹脂を塗布する高さを変更した以外は、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は25.4×10−9m3/m2/s/Paであり、実施例2とほぼ同等の値であった。
分離膜の透過側の間隙を2mm(2000μm)とし、内側の樹脂部の面積割合が30%となるように、変性オレフィン系樹脂を塗布するドット形状の大きさおよび縦横間隔を変更した以外は、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は25.6×10−9m3/m2/s/Paであり、実施例2とほぼ同等の値であった。
分離膜の透過側内側の樹脂の形状はストライプ形状で内側の樹脂部の面積割合が31%となるようにした以外は、実施例5と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は25.4×10−9m3/m2/s/Paであり、実施例2とほぼ同等の値であった。
分離膜の透過側の内側の樹脂部の面積割合が57%となるようにした以外は、実施例6と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は24.0×10−9m3/m2/s/Paと僅かに、実施例2よりも低い値であった。
実施例2と同様の複合体(分離膜+樹脂)2枚によって、長さ12cm、幅12cm、厚み1mmのSUS304製の板を挟み、さらに2枚の分離膜の機能層側の面(透過側と逆側)から長さ13cm、幅2cmのスリット加工が3cm間隔で設けられた長さ15cm、幅15cm、厚み2mmのアルミ板に挟み、110℃のオーブンの中に20分間静置して分離膜と支持体のSUS板とを接着した。
実施例2と同様の複合体(分離膜+樹脂)2枚によって、長さ12cm、幅12cm、厚み1mmのSUS304製の板を挟み、さらにそれぞれの分離膜の機能層側の面(透過側と逆側)から120℃に加熱した長さ1.2cm、幅1.2cm、厚み3mmのSUS304製の板5枚を30分間載せ、分離膜と支持体のSUS板とを接着した。このとき、分離膜の機能層側の面に載せられたSUS板の形状は千鳥状であった。つまり、実施例8と同様に、一部の樹脂部は分離膜と支持体とに接着し、他の樹脂部は分離膜のみに接着した。
(実施例10)
実施例2と同様の複合体(分離膜+樹脂)2枚によって、長さ11cm、幅11cm、厚み1mmのSUS304製の板を挟み、さらに2枚の分離膜の機能層側の面(透過側と逆側)から長さ11cm、幅11cm、厚み2mmのアルミ板で挟み、110℃のオーブン中で20分間静置して分離膜と支持体のSUS板とを接着した。さらに、周縁部を120℃に加熱したアルミ板で30分間挟み接着させ封止した(分離膜の幅方向断面の形態は図5と同様)。
こうして得られた分離膜対の透過側の間隙は、1mm(1000μm)であった。また、内側の樹脂部の面積割合は21%であり(図1参照)、内側の樹脂部の支持体との接着面積割合は100%であった。
分離膜の透過側の周囲のみに樹脂を塗布し、支持板と接着した以外は、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製および評価した。つまり、この比較例では、周囲の封止部以外には樹脂は設けられなかった。分離膜の透過側の間隙は0.4mm以下(400μm以下)であり、分離膜の透水性能は6.4×10−9m3/m2/s/Paと実施例1の1/4程度の値であった。
分離膜の透過側の周囲のみに樹脂を塗布し、さらに流路用のネット(厚み:700μm、ピッチ:5mm×5mm、繊維径:780μm、投影面積比:0.30)を挟み込んだこと以外は、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製および評価をしたところ、分離膜の透水性能は16.2×10−9m3/m2/s/Paと実施例1の3/5程度の値であった。
支持体を、長さ12cm、幅12cm、厚み1mmの合成ゼオライト含有セラミックス製(Na−X:10wt%)に変更した以外は、実施例2と同様に分離膜エレメントを作製した。透水量評価用の蒸留水をアンモニア濃度10mg/Lとなるように調整し評価したところ、得られた処理水のアンモニア濃度は0mg/Lであり、アンモニア除去が確認された。
支持体サイズを長さ100cm、幅50cmにした実施例2と同様の構成の分離膜エレメントを、高さ150cm、幅70cm、奥行き30cm水槽に浸漬させ、20L/分のブロア9分と20kPaの逆洗1分を交互に行い、50時間後に引き上げて分離膜エレメントの状態を観察したところ、外観に変化は見られなかった。
支持体を長さ100cm、幅50cm、厚み3mmのアクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂製に変更し、形状を図4の様式にした分離膜エレメントを、実施例8と同様の方法で作成した。
支持体サイズを長さ100cm、幅50cmにした比較例1と同様の構成の分離膜エレメントを、実施例12と同様の条件でブロア・逆洗を行ったところ、逆洗時の分離膜の膨らみが見られ、50時間後に引き上げて観察したところ、周縁部での膜破損が確認された。
実施例13の分離膜エレメントと同形状の間隙を形成するように加工した長さ100cm、幅50cmの支持体(図8の符号81参照)を用いて、分離膜の透過側の周囲のみに樹脂を塗布した以外は、実施例13と同様の方法でエレメントを作成した(図8参照)。
2 分離膜
3 分離機能層
4 基材
5 間隙
6 周縁の樹脂層
7 内側の樹脂部
71 分離膜と支持体とに接着する樹脂部
72 分離膜に接着し、支持体に接着しない樹脂部
8、81 支持体
9 固定治具
10 膜モジュール
12 膜浸漬水槽
13 散気装置
14 ブロア
15 吸引ポンプ
20 被処理水入口
21 被処理水出口
22 透過水
Claims (11)
- 透過側の面が互いに対向するように配置され、かつ周縁部が封止されることで分離膜対を形成する分離膜と、
前記分離膜の透過側の面に対向するように配置される支持体と、
前記分離膜において、封止された周縁部よりも内側の領域に配置され、前記分離膜の透過側の面と支持体とに接着する樹脂部と、を備え、
前記樹脂部が前記分離膜と前記支持体との間隙を確保し、
前記間隙が500μm以上3000μm以下である
分離膜エレメント。 - 前記支持体が、前記分離膜に対して、封止された周縁部よりも内側の領域に配置されている、請求項1に記載の分離膜エレメント。
- 封止された周縁部よりも内側における前記分離膜の面積に対して、前記樹脂部の面積比が、1%以上70%以下である、請求項1または2に記載の分離膜エレメント。
- 前記樹脂部の面積が、封止された周縁部よりも内側において前記分離膜の内面に接着している全樹脂の面積の5%以上である、請求項1から3のいずれかに記載の分離膜エレメント。
- 前記樹脂部が、融点が80〜200℃である熱可塑性重合体で形成されている、請求項1から4のいずれかに記載の分離膜エレメント。
- 前記分離膜が、分離機能層と基材とを備える、請求項1から5のいずれかに記載の分離膜エレメント。
- 前記支持体が多孔質材を含む、請求項1から6のいずれかに記載の分離膜エレメント。
- 前記支持体が、ゼオライトまたは活性炭を含む、請求項1から7のいずれかに記載の分離膜エレメント。
- 前記支持体が平坦な平板状である、請求項1から8のいずれかに記載の分離膜エレメント。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の膜エレメントを備える膜モジュール。
- 請求項10の膜モジュールにおいて、分離膜の透過側から液体を流し洗浄を行う工程を含む膜モジュールの運転方法。
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