JP2003038941A - 液体分離膜およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色度成分、ＣＯＤ成分等の除去が困難な溶解
成分を特別な処理システムを設置することなく、容易に
除去することができる液体分離膜およびその運転方法を
提供することである。 【解決手段】 液体分離膜は、膜素材が支持体上に形成
され、膜素材中または支持体中に吸着剤が分散されたも
のである。液体分離膜は、精密濾過膜および限外濾過膜
のいずれでもよい。吸着剤は、粒状、繊維状、粉末状等
のいずれの形状を有してもよい。吸着剤としては、ヤシ
殻、石炭、木質等の活性炭の他、ポリマー系樹脂等の各
種吸着剤を用いることができる。濾過運転時に吸着剤に
吸着された溶解成分を洗浄回復運転時に物理的または化
学的に脱着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶液からの特定の
液体の分離または液体からの固形物の分離に使用される
液体分離膜およびその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、精密濾過膜、限外濾過膜等の液体
分離膜としては、素材重合体からなる膜素材（膜層）の
裏面に不織布等の支持体（補強層）を固着した平膜形状
の分離膜や、素材重合体からなる膜素材のみにより構成
される中空糸膜形状の分離膜がある。

【０００３】一般に、これらの液体分離膜の表面には孔
が存在し、その孔よりも大きい固形物質は膜の通過を阻
止され、膜面上に堆積し、その孔よりも小さい固形物質
は膜を通過し、透過水中に出てくる。

【０００４】一方、透過水中に含まれる溶解成分として
色度成分およびＣＯＤ（化学的酸素要求量）成分があ
り、これらの溶解成分は、容易に除去することができな
い。これらの溶解成分を除去するためには、工程内に活
性炭等の吸着剤を含む吸着塔を設置して透過水をさらに
処理する必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、工程内
に吸着塔を設置するには、設置場所が必要となると共
に、設備コストがかかるという問題がある。

【０００６】さらに、液体分離膜を用いて処理する原水
中に吸着剤を添加する方法もあるが、原水中に吸着剤が
含まれると膜表面を傷つけ、膜性能の低下を起こす可能
性がある。また、原水中の物質が吸着剤ととともに固形
状の固まりとなった場合には、液体分離膜を備えた分離
膜装置の流路を塞いで透過水が得られないという問題も
発生する。

【０００７】また、一般に、吸着塔では、平衡吸着に達
した後は、吸着剤の脱着または再生操作が必要であり、
吸脱着システムを組むか、あるいは別途再生システムを
確立するなど、複雑なシステムが必要となる。

【０００８】本発明の目的は、色度成分、ＣＯＤ成分等
の除去が困難な溶解成分を特別な処理システムを設置す
ることなく、容易に除去することができる液体分離膜お
よびその運転方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る液体分離膜は、膜素材中に吸着剤が分散され
たものである。それにより、濾過運転時に色度成分、Ｃ
ＯＤ成分等の除去が困難な溶解成分が液体分離膜の膜素
材中の吸着剤により吸着され、洗浄回復運転時に吸着剤
に吸着された溶解成分を除去することができる。したが
って、色度成分、ＣＯＤ成分等の除去が困難な溶解成分
を特別な処理システムを設置することなく、容易に除去
することができ、省スペース化および低コスト化が図ら
れる。

【００１０】第２の発明に係る液体分離膜は、膜素材が
支持体上に形成され、支持体中に吸着剤が分散されたも
のである。それにより、濾過運転時に色度成分、ＣＯＤ
成分等の除去が困難な溶解成分が液体分離膜の支持体中
の吸着剤により吸着され、洗浄回復運転時に吸着剤に吸
着された溶解成分を除去することができる。したがっ
て、色度成分、ＣＯＤ成分等の除去が困難な溶解成分を
特別な処理システムを設置することなく、容易に除去す
ることができ、省スペース化および低コスト化が図られ
る。

【００１１】第３の発明に係る液体分離膜は、膜素材が
支持体上に形成され、膜素材中および支持体中に吸着剤
が分散されたものである。それにより、濾過運転時に色
度成分、ＣＯＤ成分等の除去が困難な溶解成分が液体分
離膜の膜素材中および支持体中の吸着剤により吸着さ
れ、洗浄回復運転時に吸着剤に吸着された溶解成分を除
去することができる。したがって、色度成分、ＣＯＤ成
分等の除去が困難な溶解成分を特別な処理システムを設
置することなく、容易に除去することができ、省スペー
ス化および低コスト化が図られる。

【００１２】吸着剤は、粒状、繊維状または粉末状であ
ってもよい。また、吸着剤は、活性炭またはポリマー系
樹脂を含んでもよい。

【００１３】第４の発明に係る液体分離膜の運転方法
は、吸着剤を含有する液体分離膜を用いて濾過運転と洗
浄回復運転とを交互に行い、濾過運転時に吸着剤に吸着
された吸着物質を洗浄回復運転時に物理的または化学的
に脱着するものである。

【００１４】それにより、濾過運転時に色度成分、ＣＯ
Ｄ成分等の除去が困難な溶解成分が液体分離膜中の吸着
剤により吸着され、洗浄回復運転時に吸着剤に吸着され
た溶解成分を物理的または化学的に脱着することができ
る。したがって、色度成分、ＣＯＤ成分等の除去が困難
な溶解成分を特別な処理システムを設置することなく、
容易に除去することができ、省スペース化および低コス
ト化が図られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る液体分離膜について説明する。

【００１６】（１）第１の実施の形態 第１の実施の形態における液体分離膜は、膜素材中に吸
着剤が分散されたものである。

【００１７】本実施の形態において、液体分離膜は、精
密濾過膜および限外濾過膜のいずれでもよい。また、液
体分離膜は、膜素材（膜層）の裏面に支持体（補強層）
が固着された構成を有してもよく、膜素材のみからなる
構成を有してもよい。液体分離膜の形態は、平膜であっ
てもよく、あるいは、中空糸膜であってもよい。

【００１８】液体分離膜の膜素材を構成する重合体とし
ては、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルス
ルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリアクリロニトリル共重合体、エチレン−ビニル
アルコール共重合体等を用いることができるが、これら
に限定されるものではない。

【００１９】吸着剤は、粒状、繊維状、粉末状等のいず
れの形状を有してもよい。また、吸着剤としては、ヤシ
殻、石炭、木質等の活性炭の他、ポリマー系樹脂等の各
種吸着剤を用いることができる。

【００２０】本実施の形態の液体分離膜は、次のように
して製造することができる。液体分離膜の膜素材を構成
する重合体の溶液、すなわちドープに、吸着剤を上記重
合体１００重量部に対して０．０１〜５０重量部を加
え、分散させ、必要に応じて脱気した後、従来から知ら
れている相転換法によって液体分離膜を得ることができ
る。

【００２１】このとき、吸着剤は、ドープへの分散がよ
く、かつ、得られる液体分離膜の性能を低下させないよ
うに、その粒径が１００μｍ以下であることが好まし
い。

【００２２】ドープ中の重合体の濃度は、通常、１０〜
４０重量％の範囲内とすることが好ましい。ドープ中の
重合体の濃度が低すぎると、ドープの粘度が低すぎて、
均一な液体分離膜を得ることが困難となる。他方、ドー
プ中の重合体の濃度が高すぎても、ドープ中の粘度が高
くなって、均一な分離膜を得ることが困難となる。

【００２３】ドープには、得られる液体分離膜の微孔の
孔径を調整するために、添加剤が配合されてもよい。添
加剤としては、塩化リチウム、硝酸リチウム等の無機
塩、ホルムアミド、エチレングリコール、ポリエチレン
グリコール等のような親水性有機化合物を用いることが
好ましい。

【００２４】本実施の形態における液体分離膜によれ
ば、濾過運転時に色度成分、ＣＯＤ成分等の除去が困難
な溶解成分が液体分離膜の膜素材中の吸着剤により吸着
され、洗浄回復運転時に吸着剤に吸着された溶解成分を
除去することができる。したがって、色度成分、ＣＯＤ
成分等の除去が困難な溶解成分を特別な処理システムを
設置することなく、容易に除去することができ、省スペ
ース化および低コスト化が図られる。

【００２５】（２）第２の実施の形態 第２の実施の形態における液体分離膜は、膜素材が支持
体上に形成され、支持体中に吸着剤が分散されたもので
ある。

【００２６】本実施の形態において、液体分離膜は、精
密濾過膜および限外濾過膜のいずれでもよい。また、液
体分離膜は、膜素材（膜層）の裏面に支持体（補強層）
が固着された構成を有する。液体分離膜の形態は、平膜
である。

【００２７】液体分離膜の膜素材を構成する重合体とし
ては、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルス
ルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリアクリロニトリル共重合体、エチレン−ビニル
アルコール共重合体等を用いることができるが、これら
に限定されるものではない。

【００２８】吸着剤は、粒状、繊維状、粉末状等のいず
れの形状を有してもよい。また、吸着剤としては、ヤシ
殻、石炭、木質等の活性炭の他、ポリマー系樹脂等の各
種吸着剤を用いることができる。

【００２９】本実施の形態の液体分離膜は、次のように
して製造することができる。支持体（補強層）として活
性炭等の吸着剤を含有する吸着剤含有不織布を用いる。
吸着剤含有不織布は、吸着剤と合成繊維または天然繊維
との混紡または混抄によって得られる。この吸着剤含有
不織布上に膜素材を構成する重合体を塗布し、液体分離
膜を得る。

【００３０】本実施の形態における液体分離膜によれ
ば、濾過運転時に色度成分、ＣＯＤ成分等の除去が困難
な溶解成分が液体分離膜の支持体中の吸着剤により吸着
され、洗浄回復運転時に吸着剤に吸着された溶解成分を
除去することができる。したがって、色度成分、ＣＯＤ
成分等の除去が困難な溶解成分を特別な処理システムを
設置することなく、容易に除去することができ、省スペ
ース化および低コスト化が図られる。

【００３１】（３）第３の実施の形態 第３の実施の形態における液体分離膜は、膜素材が支持
体上に形成され、膜素材中および支持体中に吸着剤が分
散されたものである。

【００３２】本実施の形態において、液体分離膜は、精
密濾過膜および限外濾過膜のいずれでもよい。また、液
体分離膜は、膜素材（膜層）の裏面に支持体（補強層）
が固着された構成を有する。液体分離膜の形態は、平膜
である。

【００３３】液体分離膜の膜素材を構成する重合体とし
ては、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルス
ルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリアクリロニトリル共重合体、エチレン−ビニル
アルコール共重合体等を用いることができるが、これら
に限定されるものではない。

【００３４】吸着剤は、粒状、繊維状、粉末状等のいず
れの形状を有してもよい。また、吸着剤としては、ヤシ
殻、石炭、木質等の活性炭の他、ポリマー系樹脂等の各
種吸着剤を用いることができる。

【００３５】本実施の形態の液体分離膜は、第１の実施
の形態における吸着剤を含有する膜素材および第２の実
施の形態における吸着剤を含有する支持体を用いて製造
する。

【００３６】本実施の形態における液体分離膜によれ
ば、濾過運転時に色度成分、ＣＯＤ成分等の除去が困難
な溶解成分が液体分離膜の膜素材中および支持体中の吸
着剤により吸着され、洗浄回復運転時に吸着剤に吸着さ
れた溶解成分を除去することができる。したがって、色
度成分、ＣＯＤ成分等の除去が困難な溶解成分を特別な
処理システムを設置することなく、容易に除去すること
ができ、省スペース化および低コスト化が図られる。

【００３７】（４）運転方法 第１〜第３の実施の形態における液体分離膜の運転方法
は、濾過運転と洗浄回復運転とを交互に行い、濾過運転
時に吸着剤に吸着された溶解成分を洗浄回復運転時に物
理的または化学的に脱着するものである。

【００３８】ここで、洗浄回復運転時における溶解成分
の物理的な脱着（洗浄）としては、例えば、超音波洗
浄、水流による洗浄等がある。

【００３９】また、洗浄回復運転時における溶解成分の
化学的な脱着（洗浄）としては、例えば、有機溶剤（膜
を破壊しない程度のエタノール、イソプロピルアルコー
ル等のアルコール）塩酸溶液、硫酸溶液等の酸性溶液、
ＮａＯＨ溶液等のアルカリ性溶液、次亜鉛素酸ナトリウ
ム溶液、過マンガン酸カリウム溶液、過酸化水素等によ
る洗浄がある。

【００４０】この運転方法によれば、濾過運転時に吸着
剤に吸着された溶解成分を洗浄回復運転時に除去し、吸
着剤を再生することができる。

【００４１】

【実施例】以下、濾過試験および連続濾過試験を行っ
た。

【００４２】１．濾過試験 実施例１、実施例２および比較例１のポリスルホン分離
膜を用いて原水を濾過し、透過水の水質を測定した。

【００４３】［実施例１］ガラス製フラスコにＮ，Ｎ−
ジメチルアセトアミド７００ｇの溶液を入れ、攪拌しな
がら、活性炭１８ｇを加え、分散させた。その後、その
溶液を８０℃に加熱し、塩化リチウム１００ｇを加え、
溶解させた。さらに、その溶液にポリスルホンＰ１７０
０（アムコ社製）１８０ｇを加え、約８時間攪拌して溶
解させ、ドープを調整した。ポリエステル製不織布の片
面にドープを塗布し、次いでそのドープを水浴に浸漬し
てポリスルホン分離膜を作製した。

【００４４】［実施例２］ポリエステル繊維７５重量部
と活性炭成分２５重量部とからなる不織布に活性炭を含
まないドープを塗布してポリスルホン分離膜を作製し
た。その他の点は実施例１と同じである。

【００４５】［比較例１］活性炭を含まないドープを用
いてポリスルホン分離膜を作製した。その他の点は、実
施例１と同じである。

【００４６】下記の表１の水質の原水を、実施例１、実
施例２および比較例１のポリスルホン分離膜で濾過し、
透過水の水質を測定した。結果を表１に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１の結果から、活性炭を含有する実施例
１および実施例２のポリスルホン分離膜では、活性炭を
含まない比較例１のポリスルホン分離膜と比較して、透
過水中のＣＯＤ成分および色度成分が十分に除去されて
いることがわかる。

【００４９】２．連続濾過試験 上記濾過試験において使用した原水の連続濾過試験を行
い、透過水のＣＯＤ濃度を測定した。

【００５０】運転条件は、以下のとおりである。 （１）１ｍ³ ／ｍ² ．ｄａｙの定量濾過 （２）２０分濾過と１分間逆洗とのサイクル運転 ［実施例３］実施例２において作製したポリスルホン分
離膜を使用して連続濾過試験を行った。逆洗時には、逆
洗水中の遊離塩素濃度が１００ｐｐｍになるように次亜
塩素酸ナトリウムを添加した。すなわち、この実施例３
では、ポリスルホン分離膜を塩素で洗浄することによ
り、吸着剤である活性炭の再生を行った。

【００５１】［比較例２］比較例１において作製したポ
リスルホン分離膜を使用して連続濾過試験を行った。逆
洗時には、逆洗水中の遊離塩素濃度が１００ｐｐｍにな
るように次亜塩素酸ナトリウムを添加した。

【００５２】［比較例３］実施例２において作製したポ
リスルホン分離膜を使用して、逆洗水に次亜塩素酸ナト
リウムの添加を行わなかった以外は実施例３と同様の方
法により連続濾過試験を行った。

【００５３】連続濾過試験の結果を図１に示す。図１に
示すように、吸着剤を含有しないポリスルホン分離膜を
使用した比較例２の場合には、透過水のＣＯＤは高い値
のままであった。また、吸着剤を含有するポリスルホン
分離膜を使用した比較例３の場合でも、逆洗水に次亜塩
素酸ナトリウムの添加を行わなかったために、連続通水
によって吸着効果が少しずつ低下し、透過水中のＣＯＤ
が上昇していった。

【００５４】これに対して、吸着剤を含有するポリスル
ホン分離膜を使用し、逆洗水に次亜塩素酸ナトリウムを
添加した実施例３では、吸着剤の再生により安定した吸
着効果が持続した。

【００５５】以上のように、本発明に係る液体分離膜に
よれば、従来の限外濾過膜または精密濾過膜では容易に
除去することができなかった色度成分、ＣＯＤ成分等の
溶解成分を容易に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例３、比較例２および比較例３の連続濾過
試験の結果を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA07 KA31 KB12 KC01 KC16 KC19 KD01 KD11 KD12 KD17 KD22 KD24 KD28 MA01 MA03 MA09 MC18 MC22 MC29 MC33 MC39 MC48 MC54 MC58 MC62X MC63 MC90 NA12 NA50 PA01 PB02 PB34 4G066 AA05B AC11B BA03 BA16 CA10 CA14 DA08 FA11 GA11 GA18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜素材中に吸着剤が分散されたことを特
   徴とする液体分離膜。
2. 【請求項２】 膜素材が支持体上に形成され、前記支持
   体中に吸着剤が分散されたことを特徴とする液体分離
   膜。
3. 【請求項３】 膜素材が支持体上に形成され、前記膜素
   材中および前記支持体中に吸着剤が分散されたことを特
   徴とする液体分離膜。
4. 【請求項４】 前記吸着剤は、粒状、繊維状または粉末
   状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の液体分離膜。
5. 【請求項５】 前記吸着剤は、活性炭またはポリマー系
   樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
   記載の液体分離膜。
6. 【請求項６】 吸着剤を含有する液体分離膜を用いて濾
   過運転と洗浄回復運転とを交互に行い、濾過運転時に吸
   着剤に吸着された吸着物質を洗浄回復運転時に物理的ま
   たは化学的に脱着することを特徴とする液体分離膜の運
   転方法。