特許 7544064 浸漬型平膜エレメントおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】浸漬型平膜エレメントおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 63/00 20060101AFI20240827BHJP

   B01D 63/08 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

B01D63/00 500

B01D63/08

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021548725

(86)(22)【出願日】2020-09-01

(86)【国際出願番号】 JP2020033015

(87)【国際公開番号】W WO2021059885

(87)【国際公開日】2021-04-01

【審査請求日】2023-06-02

(31)【優先権主張番号】P 2019175214

(32)【優先日】2019-09-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】722014321

【氏名又は名称】東洋紡エムシー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103816

【弁理士】

【氏名又は名称】風早 信昭

(74)【代理人】

【識別番号】100120927

【弁理士】

【氏名又は名称】浅野 典子

(72)【発明者】

【氏名】檜垣 綾乃

(72)【発明者】

【氏名】森田 純輔

(72)【発明者】

【氏名】東 昌男

(72)【発明者】

【氏名】島田 憲史

(72)【発明者】

【氏名】高杉 健

【審査官】片山 真紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１８８４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８８４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２１２４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００８７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０５４２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ１／４４

Ｂ２９Ｃ６５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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以下であり、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浸漬型平膜エレメント。

【請求項2】

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に記載の浸漬型平膜エレメント。

【請求項3】

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または２に記載の浸漬型平膜エレメントの製造方法。

【請求項4】

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３に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特許第３５７６０５０号

【文献】特許第３７７８７５８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

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。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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。

【0011】

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。

【発明の効果】

【0012】

（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。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】従来技術の浸漬型膜分離装置の模式図である。

【図2】従来技術の平膜エレメントの模式図である。

【図3】従来技術の止水部の剥離の問題点を示す模式図である。

【図4】本発明の平膜エレメントの構成を示す図である。

【図5】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。

【図6】本発明の平膜エレメントの止水部の断面写真である。

【図7】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。

【図8】本発明の平膜エレメントの止水部の断面模式図である。

【図9】本発明で使用する超音波ホーンの模式図である。

【図10】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。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【実施例】

【0032】

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。

【0033】

（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。

【0034】

（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。

【0035】

（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。

【0036】

（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。

【0037】

（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。

【0038】

（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。

【0039】

（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。

【0040】

（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。

【0041】

（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。

【0042】

（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。

【0043】

（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。

【0044】

（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。

【0045】

（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。

【0046】

（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。

【0047】

（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。

【0048】

（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。

【0049】

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。

【0050】

【表1】

【0051】

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。

【産業上の利用可能性】

【0052】

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。

【符号の説明】

【0053】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】