(57)【要約】   本発明は、透過側の面および供給側の面を有する２枚の分離膜が、前記透過側の面が互いに対向するように配置されてなる分離膜対と、前記分離膜の透過側の面に、対向する分離膜間を着脱可能に係着するように配置される面ファスナーと、前記分離膜対の周縁部に設けられ、前記分離膜間を封止する封止部と、を備える分離膜エレメントに関する。
2013146838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過側の面および供給側の面を有する２枚の分離膜が、前記透過側の面が互いに対向するように配置されてなる分離膜対と、
前記分離膜の透過側の面に、対向する分離膜間を着脱可能に係着するように配置される面ファスナーと、
前記分離膜対の周縁部に設けられ、前記分離膜間を封止する封止部と、
を備える分離膜エレメント。
【請求項２】
前記面ファスナーは、ループ‐フック構造を備える請求項１に記載の分離膜エレメント。
【請求項３】
前記分離膜は、
供給側の面に設けられた分離機能層と、
前記分離機能層と前記面ファスナーとの間に設けられた基材と、
を備える請求項１または２に記載の分離膜エレメント。
【請求項４】
前記分離膜対において、前記分離膜の間隙が５０μｍ以上５０００μｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の分離膜エレメント。
【請求項５】
ハウジングと、
前記ハウジング内に収容された請求項１〜４のいずれか一項に記載の複数の分離膜エレメントと、
を備える膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水や廃水の浄化に使われるようになってきている平膜状や中空糸膜状の分離膜は、分離膜を配設した膜分離エレメントや、複数の前記膜分離エレメントを配置した膜分離モジュールの装置で水浄化処理に使用されている。膜分離エレメントによる分離法に使用される分離膜には、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜などがあり、これらの膜は、例えば海水、かん水、有害物を含んだ水などから飲料水を得る場合や、工業用超純水の製造、排水処理、有価物の回収などに用いられており、目的とする分離成分及び分離性能によって使い分けられている。【０００３】
特許文献１は、平膜エレメント及びその製造方法として、２枚の平膜の周縁端面が樹脂接着剤で封止された袋状の平膜エレメントを提案している。【０００４】
また、特許文献２には、第１濾過メンブラン、熱可塑性重合体からなる第１接着性ネット、排液織布、熱可塑性重合体の第２接着性ネット、および第２濾過メンブランを備えたフィルター複合材料が記載されている。第１および第２濾過メンブランは、排液織布に、第１および第２接着性ネットにより接着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０００−１１７０６７
【特許文献２】日本国特表２０１１−５１９７１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、ろ過時に向かい合う分離膜の透過側の面が接触することで、透過水量が低下するおそれがある。また、特許文献２の技術では、分離膜と織布とが接着性ネットにより固定されているため、膜の一部が損傷した場合、エレメントあるいはモジュール全体を交換する必要があった。【０００７】
本発明は、従来の技術の上述した問題点を解決し、透過水量を向上させるとともに、損傷部分を含む膜のみを新品に交換可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の分離膜エレメントは、透過側の面および供給側の面を有する２枚の分離膜が、前記透過側の面が互いに対向するように配置されてなる分離膜対と、前記分離膜の透過側の面に、対向する分離膜間を着脱可能に係着するように配置される面ファスナーと、前記分離膜対の周縁部に設けられ、前記分離膜間を封止する封止部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の分離膜を用いることによって、ろ過運転時には面ファスナーにより透過液側が固定されると同時に流路を形成し、高い透過性能を有することが可能となる。また、長期運転による膜が損傷した場合にも、損傷箇所を含む膜だけを容易に交換することが可能であり、メンテナンス性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、周縁部を樹脂で封止された分離膜対の断面図であり、分離膜対の厚さ方向に平行な平面における断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの分離膜対において、膜の面方面と平行かつ分離膜対の厚み中心を通る平面における断面図（つまり図１Ａの分離膜対のＸ−Ｘ矢視断面図）である。
【図２】図２は、他の形態の分離膜対の厚さ方向に平行な平面における断面図である。
【図３Ａ】図３Ａ周縁部が治具で封止された分離膜対を模式的に示す断面図であり、分離膜対の厚さ方向に平行な平面における断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの分離膜対の平面図である。
【図４】図４は、膜エレメントに用いられる固定治具の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、膜モジュールを備える水処理装置の一例を示す模式図である。
【図６】図６は、面ファスナーと基材とを接着する接着剤の塗布パターンの一例を示す平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、周縁部がクリップで留められた分離膜対を模式的に示す断面図であって、分離膜対の厚さ方向に平行な平面における断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの分離膜対の平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
１．分離膜エレメント
図１Ａに示すように、分離膜エレメント１０１は、分離膜対１Ａと、面ファスナー６および７と、封止部としての樹脂層８とを備える。分離膜対１Ａは、透過側の面が対向するように配置された２枚の分離膜２および樹脂層８を備える。分離膜２は、ナノろ過膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜のいずれであってもよい。本実施形態では、分離膜２は特に、分離機能層４、基材５を備える。【００１２】
分離機能層４は基材５に積層されており、基材５の表面のうち、分離機能層４とは反対側の表面が、分離膜２の透過側の面、面ファスナー６または７が配置される面である。なお本発明において分離膜２の構成は図示の例に限定されるものではない。分離膜とは、分離膜表面に供給される流体中の成分を分離し、分離膜を透過した透過流体を得るものであれば限定されない。分離膜は、分離機能層と基材との間に、多孔性支持層を備えてもよい。【００１３】
分離機能層４は、分離膜２の供給側の面、つまりろ過される前の液が接触する面に設けられる。分離機能層としては、公知の構成が採用されうる。【００１４】
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。【００１５】
分離機能層としては、孔径制御、耐久性の点で架橋高分子が好ましく使用され、成分の分離性能の点で、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および有機無機ハイブリッド機能層などが好ましい。これらの分離機能層は、基材上に設けられた多孔性支持層の上に形成されることが好ましい。また、分離機能層は、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層であってもよい。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。特に、分離膜は、好ましくは基材と分離機能層とを備え、分離機能層はポリフッ化ビニリデン系樹脂からなることが好ましい。【００１６】
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る。その結果、分離機能層が基材から剥がれることが抑制される。分離機能層は、基材の片面のみに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、分離機能層が基材の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。【００１７】
分離機能層と基材とを備える分離膜において、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。特に、密度の制御が比較的容易な不織布が好ましい。【００１８】
面ファスナーは、分離膜の透過側の面に配置され、かつ、対向する分離膜間を着脱可能に係着する構造である。「係着」とは、「貼り付け」、「係合」、「係止」、「接続」等と言い換えられる。すなわち、面ファスナーは、２枚の分離膜間で、一方の分離膜に対する他方の分離膜の相対的な位置を固定でき、かつこの固定を解除できるものであり、固定と解除とを繰り返すことができる構造である。具体的には、面ファスナーとは、他の面ファスナーと着脱可能な部材であり、例えば、他の面ファスナーとの間で対向する面が互いに噛み合うように形成されている部材か、または対向する面にそれぞれ多くの雄部と雌部が設けられた部材が挙げられる。面ファスナーは、「係着部」などと言い換えられてもよい。
例えば面ファスナーは、少なくとも片方に係合面を備えるシート状の基材と、基材の係合面に設けられた係合素子とを備えることができる。２枚の面ファスナーの係合面が互いに接触すると、係合素子を介して面ファスナー間が着脱可能に係合される。具体的には、係合素子は、互いに異なる構造を有する素子同士が係合できるように形成されていてもよいし、同じ構造を有する素子同士が係合できるように形成されていてもよい。
ループ‐フック型またはスナップ型の係合素子を備える面ファスナーでは、互いに異なる構造を有する素子同士が係合する。また、マッシュルーム型の係合素子を備える面ファスナーでは、同じ構造を有する係合素子が互いに係合する。ループ‐フック構造以外にも、凹凸が噛み合う構造等、他の構成が採用されてもよい。【００１９】
図１Ａにおける面ファスナー６および７は、分離膜に設けられる面ファスナーの形態の一例である。面ファスナー６または７は、分離膜２の透過側の面に設けられる。面ファスナー６は、基材６１と、基材６１の片面に設けられた係合素子であるフック部９とを備え、面ファスナー７は、基材７１と、基材７１の片面に設けられた係合素子であるループ部１０とを備える。図１Ａの形態では、面ファスナー６は係合素子としてフック部（フック状繊維）９のみを備え、面ファスナー７は係合素子としてループ部（ループ状繊維）１０のみを備える。【００２０】
また、図２に示すように、対向する２枚の面ファスナーは同一構成を備えていてもよい。すなわち、図２に示す分離膜エレメント１０２は、分離膜対１Ｂを備えており、分離膜対１Ｂにおいて対向する分離膜２の両方の透過側の面上には、ループ部９とフック部１０との両方を備える面ファスナー１１が設けられる。【００２１】
こうして、面ファスナーは、対向する分離膜間を着脱可能に繋ぐことができる。面ファスナーを構成する材質としては特に限定されないが、プラスチック、特にポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン等が好ましく用いられる。これら面ファスナーとして、例えばクラレ社“マジックテープ（登録商標）”、YKK社“クイックロン（登録商標）”、“パワーフック（登録商標）”、住友スリーエム社“メカニカルファスナー”などの市販品を用いることが可能である。【００２２】
面ファスナーにより、分離膜の一部が繋がれる形態については、対向する分離膜が面ファスナーのみを介して繋がれていても、対向する膜間に面ファスナーを備えた支持板を配し、支持板と面ファスナーを介して繋がれていても良いが、軽量化およびコストの面から、面ファスナーのみを介して繋がれている形態が好ましい。【００２３】
封止部を除き、面ファスナーのみを介して分離膜対が繋がれている形態の一例として、図１Ａには、一方の面ファスナーに含まれるフック状繊維９が、それに対向する面ファスナーに含まれるループ状繊維１０に引っ掛かることを指す。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、面ファスナーのフック状樹脂とループ状繊維の引っ掛かりを介して固定される。このような固定を係着と称する。また、対向する分離膜を互いに離れる方向に力を加えることにより、係着が外れて面ファスナーによる固定が外れることになる。これによって、分離膜対１Ａにおいて、２枚の分離膜２は、対向する面において、互いに脱着を繰り返すことが可能である。【００２４】
対向する２つの透過側の面の脱着のし易さは、面ファスナーの素材、ループ状繊維およびフック状繊維の形状、大きさ、繊維径、単位面積あたりの個数により調整することが可能である。【００２５】
面ファスナーの脱着のし易さは、ＪＩＳ−Ｌ−３４１６：２０００に記載の剥離強度（ピール強力）により評価することが出来る。剥離強度の範囲としては、ろ過時の膜の揺れおよびたわみを抑制する観点から、０．１Ｎ／ｃｍ以上が好ましく、０．５Ｎ／ｃｍ以上がより好ましく、１．０Ｎ／ｃｍ以上がさらに好ましい。【００２６】
本実施形態では、図１Ａに示すように、対向する２つの透過側の面が、面ファスナー６、７により繋がれているので、上述の逆圧洗浄を行っても、圧力は封止部分に集中するのではなく、内側の部分にも分散される。よって、分離膜間の剥離の発生が抑制され、供給側から透過側への水のリークが起こりにくいという効果が得られる。また、面ファスナーにより対向する面の脱着が可能であることから、分離膜の一部が破損した場合、該当する膜を対になる膜から引き離して、別の膜に交換することも容易となる。【００２７】
分離膜の周縁部（後述する）を除く内部の面積Ａ１に対する面ファスナー部の面積Ａ２の比率Ｒ１は、ろ過時の膜の揺れおよびたわみを抑制する観点から、１０％以上、２５％以上、または５０％以上が好ましい。また、上記比率Ｒ１は１００％であってもよいし、透過水の流路を確保するという観点からは、上記比率Ｒ１は１００％未満であってもよく、８０％以下、７０％以下、または６０％以下であってもよい。【００２８】
上記比率Ｒ１が１００％未満の場合、面ファスナーの平面視におけるパターン（つまり、分離膜の面方向に平行な平面における形状）には特に制限はない。面ファスナーの形状としては、例えば、縞状、格子状、網目状、水玉状、タイル状などが挙げられる。タイル状とは、三角形、四角形等の多角形状の面ファスナーが、間をおいて並べられたパターンである。面ファスナーの設けられる位置は、分離膜の一部に偏ることなく、均一に分布していることが好ましい。【００２９】
面ファスナーと基材との間は、接着性を有する樹脂を設けることにより固定されることが出来る。面ファスナーと基材との間の樹脂層を構成する成分としては瞬間系、ホットメルト系、２液常温硬化樹脂系、熱硬化樹脂系、エラストマー系、熱可塑性樹脂系、弾性系、エマルジョン系などが挙げられ、特に限定されないが、耐久性、硬化速度、コストの観点から、ホットメルト系、２液常温硬化樹脂系、熱硬化樹脂系、エラストマー系、熱可塑性樹脂系が好ましく、中でも耐久性、生産性の面からウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの２液常温固化樹脂系が最も好ましく用いられる。【００３０】
面ファスナーと基材との間に設けられる接着性樹脂は、基材６から間隙３への透水性を確保するために、基材６の表面の一部のみに設けられる。上述のとおり、周縁部（分離膜同士の固定のために通水できない部分）を除いた基材６の表面の面積Ａ１において、面ファスナーの設けられる部分Ａ２の面積が占める割合Ｒ１が１００％未満であれば、この条件は満たされる。また、割合Ｒ１が１００％であっても、面積Ａ１において接着性樹脂が設けられる領域の面積Ａ３の割合Ｒ２が１００％未満であればよい。比率Ｒ２の具体例は比率Ｒ１と同様である。また、接着性樹脂の塗布パターンについても、縞状、格子状、網目状、水玉状、タイル状などに変更可能であり、一部に偏ることなく均一に塗布されていることが好ましい。【００３１】
面ファスナーは、基材を兼ねていてもよい。例えば、図１Ａにおいて、面ファスナーの基材７１が分離膜２の基材５をかねていてもよい。
向かい合う分離膜の透過側の面の間は、分離膜の周縁部において封止されていることが好ましい。つまり、分離膜エレメントは、分離膜の周縁部に設けられ、前記分離膜間を封止する封止部を備える。封止とは、接着、圧着、溶着、融着、折り畳み、クリップなどの他部材による固定等によって、供給水が間隙３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しないと間隙３に流入できないように）することである。【００３２】
特に、膜の交換の為に封止を外すことが容易に出来るという観点から、封止部は、接着剤によって形成されるか、あるいは分離膜とは分離可能であって、分離膜間を固定する部材であることが好ましい。【００３３】
封止部が接着剤である場合、封止部の設けられた膜の周縁部のみを加熱して接着剤を軟化あるいは可塑化させることで、または接着剤に可溶な溶剤に接触させて接着剤を除去することで、周縁部より内部の分離機能層を傷つけることなく、封止を外すことが可能である。【００３４】
分離膜とは分離可能な封止部としては、例えばクリップ、またはスペーサおよびボルトなどの部材が挙げられる。この場合は、封止部である部材を分離膜から外すことにより、封止を外すことが可能である。【００３５】
接着による封止構造の例として、図１Ａおよび図１Ｂには、封止部として樹脂層８が記載されており、他部材による固定の例として図３Ａおよび図３Ｂには、スペーサ１２、座金１３およびボルト１４が記載されている。【００３６】
樹脂層８は、分離膜の周縁に、間隙３を囲むように配置される。樹脂層８は、分離膜対において向かい合う２つの透過側の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。【００３７】
周縁の樹脂層を構成する成分としては瞬間系、ホットメルト系、２液常温硬化樹脂系、熱硬化樹脂系、エラストマー系、熱可塑性樹脂系、弾性系、エマルジョン系などが挙げられ、特に限定されないが、耐久性、硬化速度、コストの観点から、ホットメルト系、２液常温硬化樹脂系、熱硬化樹脂系、エラストマー系、熱可塑性樹脂系が好ましく、中でも耐久性、生産性を重視する場合はウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの２液常温固化樹脂系が好ましく、頻繁に膜を交換することが想定される場合には、封止を外すことが容易であるホットメルト系あるいは熱可塑性樹脂系が好ましい。【００３８】
図３Ａおよび図３Ｂに示す構成では、樹脂層８に代えて、スペーサ１２、座金１３、ボルト１４およびナット３０が設けられる。【００３９】
スペーサ１２としては、例えば、金属製または樹脂製の部材が用いられる。スペーサ１２は、分離膜の周縁部に沿う形状の部材であり、２枚の分離膜２の間に配置される。具体的には、スペーサ１２は矩形の枠状の部材である。【００４０】
ボルト１４およびナット３０は、例えば金属製または樹脂製である。ボルト１４は、２枚の分離膜２およびスペーサ１２を貫く。２枚の分離膜２は、スペーサ１２を間に挟んでボルト１４とナット３０とによって固定される。なお、ボルト１４は、緩められることで、分離膜２から引き抜き可能である。こうして、ボルト１４は、スペーサ１２を分離膜２間に固定し、分離膜２間を封止する。【００４１】
この場合、分離膜２の供給側面上で、ボルト１４と分離膜２との間に、座金１３が配置されていてもよい。座金１３によって、分離膜の損傷をさらに抑制し、密着性を高めることが可能である。座金１３は、例えば金属製または樹脂製の部材である。図３Ｂに示すように、座金１３は、分離膜２の周縁部に沿う形状の部材であって、より具体的には、スペーサ１２とほぼ同形状を有する矩形の枠状の部材である。【００４２】
また、分離膜間は、ボルト−ナット構造に代えて、クリップによって留められてもよい。図７Ａ，図７Ｂに示すように、クリップ３１は、分離膜２の周縁部において、２枚の分離膜２を、分離膜間にスペーサ１２を挟むように留める。クリップ３１としては、開度が変更可能な部材、または開度が固定された部材が使用可能である。図７Ｂでは１つの分離膜対に対して、分離膜２の一辺に対応するように配置された合計４つのクリップ３１を備える。これ以外にも、例えばＬ字型のクリップが用いられてもよい。Ｌ字型のクリップは、分離膜２の矩形状における隣り合う２辺に対応するように配置される。【００４３】
図７Ａの分離膜対１Ｄの両面、つまり２枚の分離膜の供給側の面には、枠部材３２が配置される。枠部材３２は、分離膜２の周縁部に沿う矩形の枠状の部材であって、例えば金属製または樹脂製である。【００４４】
上述したいずれの形態においても、分離膜対において、分離膜の透過側面の間隔（図１Ａに矢印で示す距離）は、５０μｍ以上であることが好ましい。これによって、透過側流路が確保でき、流動抵抗が低減される。また、透過側面の間隔は、５０００μｍ以下であることが好ましい。これによって、１つのモジュール当たりの膜面積を比較的大きく確保することができる。【００４５】
なお、図１Ａおよび図３Ａ等、本明細書で参照する図面では、面ファスナーは（少なくとも面ファスナーの基材は）、封止部まで至るように、つまり樹脂層８またはスペーサ１２に重なるように、配置されている。ただし、本発明はこれらの構成に限定されるものでは無く、封止部は、面ファスナーの少なくとも一部を囲むように設けられていればよい。例えば、面ファスナーは、樹脂層８またはスペーサ１２で囲まれた領域内にのみに、つまり、樹脂層８またはスペーサ１２よりも内側のみに、樹脂層８またはスペーサ１２に重ならないように配置されていてもよい。【００４６】
２．分離膜の製造方法
次に、本発明において用いる分離膜を製造する方法について説明する。この分離膜は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂及び開孔剤などを含む製膜原液を、基材の片表面若しくは両表面に付着させ、非溶媒を含む凝固液中で凝固させ分離機能層を形成することにより製造することができる。このとき、基材の表面に製膜原液を付着させる手段は、製膜原液の塗布でもよく、また、基材の製膜原液への浸漬でもよい。基材に製膜原液を塗布する場合には、基材の片面に製膜原液を塗布してもよいし、両面に製膜原液を塗布してもよい。基材とは別に分離機能層のみを形成し、その後に、基材と分離機能層とを両層を接合してもよい。【００４７】
そして、製膜原液を凝固させるにあたっては、基材上に形成された分離機能層形成用の製膜原液の被膜のみを、凝固液に接触させてもよいし、また、基材と、その基材上に形成された分離機能層形成用の製膜原液の被膜との両方を凝固液に浸漬してもよい。製膜原液の被膜のみを凝固液に接触させるためには、例えば、基材上に形成された被膜が下側に来るようにして凝固浴表面と接触させる方法や、ガラス板、金属板などの平滑な板の上に基材を接触させて、凝固浴が基材側に回り込まないように貼り付け、製膜原液被膜を有する基材を板ごと凝固浴に浸漬する方法などがある。後者の方法では、基材を板に貼り付けてから製膜原液の被膜を形成しても構わないし、基材に製膜原液の被膜を形成してから板に貼り付けても構わない。【００４８】
そして、製膜原液には、前記したポリフッ化ビニリデン系樹脂の他に、必要に応じて開孔剤やそれらを溶解する溶媒等を添加してもよい。【００４９】
製膜原液に多孔質形成を促進する作用を持つ開孔剤を加える場合、その開孔剤は、凝固液によって抽出可能なものであればよく、凝固液への溶解性の高いものが好ましい。たとえば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリオキシアルキレン類や、ポリビニールアルコール、ポリビニールブチラール、ポルアクリル酸などの水溶液高分子やグリセリンを用いることもできる。【００５０】
また、本発明において、開孔剤としては、ポリオキシアルキレン構造又は、脂肪酸エステル構造又は水酸基を含有している界面活性剤を用いることができる。界面活性剤の使用により、目的とする細孔構造を得ることが容易になる。【００５１】
ポリオキシアルキレン構造としては、
−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−、−（ＣＨ２ＣＨ２（ＣＨ３）Ｏ）ｎ−、
−（ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−、−（ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−
などを挙げることができるが、特に親水性の観点から、
−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−
で表されるいわゆるポリオキシエチレンが好ましい。【００５２】
脂肪酸エステル構造としては、長鎖脂肪族基を有する脂肪酸が挙げられる。長鎖脂肪族基としては、直鎖状、分岐状いずれでも良いが、脂肪酸としては、ステアリン酸、オレイン酸、ラウリン酸、パルミチン酸などが挙げられる。また、油脂由来の脂肪酸エステル、例えば牛脂、パーム油、ヤシ油等も挙げられる。【００５３】
水酸基を有する界面活性剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、グリセリン、ソルビトール、ブドウ糖、ショ糖などを挙げることができる。【００５４】
本発明において開孔剤として用いる界面活性剤は、ポリオキシアルキレン構造、脂肪酸エステル構造、水酸基のうち２つ以上を含むものが好ましい。【００５５】
中でも、ポリオキシアルキレン構造、脂肪酸エステル構造及び水酸基の全てを含有している界面活性剤が特に好ましく用いられ、たとえば、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルとして、モノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸ソルビタン、モノオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノパルミチン酸ポリオキシエチレンソルビタン、ポリオキシエチレン脂肪酸エステルとして、モノステアリン酸ポリエチレングリコール、モノオレイン酸ポリエチレングリコール、モノラウリン酸ポリエチレングリコールを挙げることができる。これらの界面活性剤は特に無機微粒子の分散性をよくするだけでなく、多孔質層に残存し乾燥させても透水性、阻止性が低下しないという特徴を併せ持つので好ましい。【００５６】
また、製膜原液中に、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、他の有機樹脂及び開孔剤などを溶解させるための溶媒を用いる場合、その溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトン、メチルエチルケトンなどを用いる事ができる。中でもポリフッ化ビニリデン系樹脂に対する溶解性の高いＮＭＰ、ＤＭＡｃ、ＤＭＦ、ＤＭＳＯを好ましく用いることができる。【００５７】
製膜原液には、その他、非溶媒を添加することもできる。非溶媒は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂や他の有機樹脂を溶解しないものであり、ポリフッ化ビニリデン系樹脂及び他の有機樹脂の凝固の速度を制御して細孔の大きさを制御するように作用する。非溶媒としては、水や、メタノール、エタノールなどのアルコール類を用いることができる。なかでも廃水処理の容易さや価格の点から水、メタノールが好ましい。これらの混合であってもよい。【００５８】
製膜原液の組成において、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は５重量％〜３０重量％、開孔剤は０．１重量％〜１５重量％、溶媒は４５重量％〜９４．８重量％、非溶媒は０．１重量％〜１０重量％範囲内であることが好ましい。中でも、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、極端に少ないと多孔質層の強度が低くなり、多すぎると透水性が低下することがあるので、８重量％〜２０重量％の範囲がより好ましい。開孔剤は、少なすぎると透水性が低下し、多すぎると多孔質層の強度が低下することがある。また、極端に多いとポリフッ化ビニリデン系樹脂中に過剰に残存して使用中に溶出し、透過水の水質が悪化したり、透水性変動をしたりすることがある。したがって、より好ましい範囲は、０．５重量％〜１０重量％である。さらに、溶媒は少なすぎると原液がゲル化しやすくなり、多すぎると多孔質層の強度が低下することので、より好ましくは６０重量％〜９０重量％の範囲である。また、非溶媒は、あまり多いと原液のゲル化が起こりやすくなり、極端に少ないと細孔やマクロボイドの大きさの制御が難しくなる。したがって、より好ましくは０．５重量％〜５重量％である。【００５９】
一方、凝固浴としては、非溶媒、または非溶媒と溶媒とを含む混合溶液を用いることができる。製膜原液にも非溶媒を用いる場合、凝固浴における非溶媒は、凝固浴の少なくとも８０重量％とするのが好ましい。少なすぎるとポリフッ化ビニリデン系樹脂の凝固速度が遅くなり細孔径が大きくなったりする。より好ましくは、８５重量％〜１００重量％の範囲である。一方、製膜原液に非溶媒を用いない場合、製膜原液にも非溶媒を用いる場合よりも、凝固浴における非溶媒の含有量を少なくすることが好ましいが、少なくとも６０重量％とするのが好ましい。非溶媒が多いと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂の凝固速度が速くなって多孔質層の表面は緻密となり透水性が低下することがある。より好ましくは６０重量％〜９９重量％の範囲がよい。凝固浴中の非溶媒の含有量を調整することにより、多孔質層表面の孔径やマクロボイドの大きさを制御することができる。なお、凝固浴の温度は、あまり高いと凝固速度が速すぎるようになり、逆に、あまり低いと凝固速度が遅すぎるようになるので、通常、１５℃〜８０℃の範囲で選定するのが好ましい。より好ましくは２０℃〜６０℃の範囲である。【００６０】
膜エレメントは、集水口をさらに備えることができる。分離膜によってろ過され、分離膜間の間隙３を流れる透過水は、集水口を介して膜エレメント外部に取り出される。【００６１】
膜エレメントの集水口は、分離膜対の周縁部または内側のいずれに配置されていてもよい。例えば、下廃水処理用途に好適に用いることができる膜エレメントの形態の一例としては、分離膜対の周縁部から透過水を流出させる集水口を備えることが好ましく、集水口をサポートする固定治具に分離膜対が取り付けられていることが好ましい。【００６２】
例えば、図１Ａ、図２、図３Ａ、図７Ａのいずれかに示す分離膜対１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、または１Ｄのいずれかと図４に示す固定治具１５とを備えてもよい。【００６３】
図４には、具体例として、図１Ａの分離膜エレメント１０１に固定治具１５を適用した形態を示す。固定治具１５は、分離膜対１Ａの周縁に（分離膜の矩形の一辺に沿うように）、分離膜対の分離膜２の間に挟まれるように配置される。固定治具１５には集水管１６が通っており、集水管１６の端部が集水口１６１として機能する。透過水は間隙３から集水管１６を通って、分離膜対１Ａ（または１Ｂ、１Ｃのいずれか）の外部へと排出される。【００６４】
また、この膜エレメントは膜モジュールの一部として使用することができる。膜モジュールは、複数の膜エレメントと、これらの膜エレメントを収容するハウジングとを備える。【００６５】
３．膜モジュールおよび下廃水処理装置
膜モジュールおよびその使用について、図５に例示した下廃水処理装置説明する。図５において、膜モジュール１７は、ハウジング１７１と、互いに平行に、かつ、隣接する膜エレメント１８の間に空間ができるようにハウジング１７１内に収納された複数の膜エレメント１８とを備える。複数の膜エレメント１８は並列に配置されている。【００６６】
下廃水処理装置は、膜モジュール１７と、膜浸漬水槽１９と、散気装置２０と、ブロア２１と、吸引ポンプ２３とを備える。【００６７】
膜浸漬水槽１９は、有機性廃水などの被処理水を蓄える。この被処理水内に、膜モジュール１７が浸漬される。膜モジュール１７は、その内部の膜エレメント１８の膜面方向が鉛直になるように配置される。【００６８】
散気装置２０は、膜モジュール１７の下方に設けられている。散気装置２０はブロア２１からの気体を分離膜の膜面に供給する。【００６９】
吸引ポンプ２３は、膜モジュール１７により濾過された透過水２２を吸引し、膜モジュール１７外に回収する。【００７０】
このように構成された下廃水処理装置において、廃水などの被処理液は、図示しないポンプの吸引力により分離膜を通過する。この際、被処理液中に含まれる微生物粒子、無機物粒子などの懸濁物質がろ過される。そして、分離膜を通過した透過水は、分離膜の透過側に流れ、上述の集水口を通って膜浸漬水槽１９の外部に取り出される。【００７１】
一方、ろ過と並行して散気装置２０が気泡を発生させ、その気泡のエアリフト作用によって、膜エレメントの膜面に平行な上昇流が発生する。この上昇流によって、膜面に堆積したろ過物が離脱する。【００７２】
被処理液としては、下廃水に限られるのではなく、水処理分野であれば浄水処理、上水処理、排水処理、工業用水製造などで利用でき、河川水、湖沼水、地下水、海水、下水、排水などを被処理水とすることができる。
【実施例】
【００７３】
実施例、比較例における分離膜の透水量と、透過側の間隙は、次のように測定した。【００７４】
［分離膜エレメントの作製］
後述の方法で作製した分離膜を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製すると共に、集水口のついた固定治具（図４）を取り付けることにより、分離膜エレメントを作製した。【００７５】
［分離膜の透水量］
こうして得られた分離膜エレメントを、高さ２０ｃｍ、幅２０ｃｍ、奥行き２０ｃｍ水槽に浸漬させた。水頭高さ１ｍで蒸留水を２５℃、５分間予備透過させた後、続けて蒸留水を透過させることで、透過水を５分間採取した。こうして５分間で得られた透過水の水量に基づいて、透水量［ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）］を算出した。【００７６】
［透過側の間隙］
分離膜エレメントを厚さ方向に切断し、その断面において、分離膜の間隙をマイクロスコープ（キーエンス社製  型式：ＶＨＸ−１０００）で測定した。【００７７】
（実施例１）
製膜原液用の樹脂成分としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、重量平均分子量２８万）を用いた。また、開孔剤としてポリエチレングリコール（ＰＥＧ２０，０００、重量平均分子量２０，０００）、溶媒としてＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、非溶媒としてＨ２Ｏをそれぞれ用いた。これらを９５℃の温度下で十分に攪拌し、次の組成を有する製膜原液を作製した。【００７８】
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）              ：１３．０重量％
ポリエチレングリコール（ＰＥＧ２０，０００）  ：  ５．５重量％
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）        ：７８．０重量％
Ｈ２Ｏ                                        ：  ３．５重量％【００７９】
基材として、密度０．４２ｇ／ｃｍ３、サイズ５０ｃｍ幅×１５０ｃｍ長の長方形のポリエステル繊維製不織布を用いて、上記製膜原液を３０℃に冷却した後、基材に塗布し、塗布後、直ちに２０℃の純水中に５分間浸漬し、さらに９０℃の熱水に２分間浸漬して溶媒であるＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドおよび開孔剤であるポリエチレングリコールを洗い流し、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。【００８０】
次に、得られた分離膜から１２ｃｍ角で２枚の切片を切り出した。このうち、１枚の分離膜の透過側には、ループ状の面ファスナー７を、もう１枚の分離膜の透過側にはフック状の面ファスナー６を、エポキシ樹脂接着剤を用いて全面に貼り付けた。図６に示すように、面ファスナー６と分離膜２との間、および面ファスナー７と分離膜２との間には接着剤２６をドット状に塗布し、面ファスナーの面積に対する接着部の割合は２５％であった。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、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を塗布した。【００８１】
こうして得られた分離膜対の透過側の間隙は、０．５ｍｍ（５００μｍ）であった。さらに、端部に集水口用の固定治具を取り付けることで分離膜エレメントを作製し、分離膜の透水量を測定したところ、２１．０×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であった。【００８２】
その後、分離膜対の周縁部の接着部分を１００℃に加熱して、エチレン酢酸ビニル共重合を軟化させたのち、周縁部およびその内部の面ファスナー部分を剥離した後、再度周縁部を接着して得られた分離膜対の透水量を測定したところ、２１．１×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であり、剥離前と殆ど変わらない値であった。【００８３】
（実施例２）
分離膜の透過側の間隙を０．０５ｍｍ（５０μｍ）となるように、面ファスナーの種類を変更した以外は、実施例１と同様に分離膜を作製および評価した。その結果、分離膜の透水性能は２０．２×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であり、実施例１とほぼ同等の値であった。【００８４】
その後、分離膜対の周縁部の接着部分を１００℃に加熱して、エチレン酢酸ビニル共重合を軟化させたのち、周縁部およびその内部の面ファスナー部分を剥離した後、再度周縁部を接着して得られた分離膜対の透水量を測定したところ、２０．１×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であり、剥離前と殆ど変わらない値であった。【００８５】
（実施例３）
分離膜の透過側の間隙を２ｍｍ（２０００μｍ）となるように、面ファスナーの種類を変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は２３．２×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であり、実施例１とほぼ同等の値であった。【００８６】
その後、分離膜対の周縁部の接着部分を１００℃に加熱して、エチレン酢酸ビニル共重合を軟化させたのち、周縁部およびその内部の面ファスナー部分を剥離した後、再度周縁部を接着して得られた分離膜対の透水量を測定したところ、２３．３×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であり、剥離前と殆ど変わらない値であった。【００８７】
（実施例４）
分離膜の透過側の間隙を５ｍｍ（５０００μｍ）となるように、面ファスナーの種類を変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は２６．１×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であり、実施例１とほぼ同等の値であった。【００８８】
その後、分離膜対の周縁部の接着部分を１００℃に加熱して、エチレン酢酸ビニル共重合を軟化させたのち、周縁部およびその内部の面ファスナー部分を剥離した後、再度周縁部を接着して得られた分離膜対の透水量を測定したところ、２５．９×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であり、剥離前と殆ど変わらない値であった。【００８９】
（実施例５）
分離膜の周縁部に、幅３ｍｍ程度のステンレス製のスペーサを配置し、ボルトで固定した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価したところ、分離膜の透水性能は２５．８×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であり、実施例１とほぼ同等の値であった。【００９０】
その後、分離膜対の周縁部の固定を外し、その内部の面ファスナー部分を剥離した後、再度周縁部をスペーサとボルトで固定して得られた分離膜対の透水量を測定したところ、２５．８×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であり、剥離前と殆ど変わらない値であった。【００９１】
（比較例１）
分離膜の透過側に面ファスナーを設けず、周囲のみに樹脂を塗布した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価した。分離膜の透過側の間隙は０．４ｍｍ以下（４００μｍ以下）であり、分離膜の透水性能は６．２×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）と実施例１の１／４程度の値であった。【００９２】
（比較例２）
分離膜の透過側の周囲のみに樹脂を塗布し、さらに流路用のネット（厚み：７００μｍ、ピッチ：５ｍｍ×５ｍｍ、繊維径：７８０μｍ）を挟み込んだこと以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製および評価をしたところ、分離膜の透水性能は１６．４×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）と実施例１の３／５程度の値であった。【００９３】
（比較例３）
流路用の排液織布を挟み込み、分離膜の透過側と排液織布をエポキシ樹脂で図６に示すパターンでドット状に塗布を行い、排液織布部面積に対する接着部の割合は２５％であった。それ以外は、実施例１と同様にして、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１８．７×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）であった。分離膜対の周縁部の接着部分を１００℃に加熱して、エチレン酢酸ビニル共重合を軟化させたのち、周縁部およびその内部の排液織布を剥離した後、再度排液織布と周縁部を接着して得られた分離膜対の透水量を測定したところ、５３．９×１０−９ｍ３／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）に増加し、分離膜が損傷を受けたことがわかった。【００９４】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１２年３月３０日出願の日本特許出願２０１２−０７９３６６に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００９５】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ    分離膜対
２    分離膜
３    間隙
４    分離機能層
５    基材
６    面ファスナー（フック）
７    面ファスナー（ループ）     
８    周縁の樹脂層
９    フック部（フック状繊維）
１０    ループ部（ループ状繊維）
１１    面ファスナー（ループ部およびフック部）
１２    スペーサ
１３    座金
１４    ボルト
１５    固定治具
１６    集水管
１７    膜モジュール
１８    膜エレメント
１９    膜浸漬水槽
２０    散気装置
２１    ブロア
２２    透過水
２３    吸引ポンプ
２４    被処理水入口
２５    被処理水出口
２６    面ファスナーと基材とを接着する接着剤
【図１Ａ】
2013146838.tif 000003
【図１Ｂ】
2013146838.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
2013146838.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2013146838.tif 000012
【国際調査報告】
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2013146838.tif 000014
2013146838.tif 000015
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