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JP2015160185A - membrane bioreactor - Google Patents

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JP2015160185A JP2014037953A JP2014037953A JP2015160185A JP 2015160185 A JP2015160185 A JP 2015160185A JP 2014037953 A JP2014037953 A JP 2014037953A JP 2014037953 A JP2014037953 A JP 2014037953A JP 2015160185 A JP2015160185 A JP 2015160185A
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修 古嶋
Osamu Furushima
修 古嶋
直 長迫
Nao Nagasako
直 長迫
隆行 岩▲さき▼
Takayuki Iwasaki
隆行 岩▲さき▼
山口 修
Osamu Yamaguchi
修 山口
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JNC Petrochemical Corp
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JNC Petrochemical Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane bioreactor using a microporous membrane which has higher permeability while keeping a particle blocking rate.SOLUTION: The microporous membrane used in the membrane bioreactor of the present application, is a microporous membrane being an asymmetric membrane, and comprises a surface layer in which micropores are formed and a support layer which supports the surface layer and in which pores larger than the micropores are formed. A raw material of the microporous membrane is a vinylidene fluoride resin. The surface layer has a plurality of spheroids, and a plurality of linear binding materials 2 extend in the three-dimensional direction from each of the spheroids 1, and the adjacent spheroids 1 are connected to each other by the linear binding materials 2, and form a three-dimensional network structure with the spheroids 1 as an intersection. In the membrane bioreactor of the present application, clogging of the microporous membrane to active sludge is largely suppressed by using the microporous membrane having the three-dimensional network structure, and running cost is reduced, and a cleaning and replacement frequency of the membrane can be reduced.

Description

本発明は、メンブレンバイオリアクターに関する。   The present invention relates to a membrane bioreactor.

メンブレンバイオリアクターは、膜分離活性汚泥法とも呼ばれる廃水処理技術に用いられる装置である。従来の沈殿槽式活性汚泥法では沈殿槽を使って汚泥と処理水を分離するところ、メンブレンバイオリアクターでは膜濾過で汚泥と処理水とを分離する。メンブレンバイオリアクターは、沈殿槽式活性汚泥法と比べ、沈殿槽等が不要なため設備を小型化でき、処理水質も高い点で優れている。しかし一方で、目詰まりした微多孔膜の再生や交換が大変であり、あるいは膜濾過に使うポンプや膜表面を洗浄するための曝気にエネルギーが必要でランニングコストが高くなる、などの問題があった。   The membrane bioreactor is an apparatus used for wastewater treatment technology also called membrane separation activated sludge method. In the conventional sedimentation tank type activated sludge method, the sludge and the treated water are separated using a sedimentation tank. In the membrane bioreactor, the sludge and the treated water are separated by membrane filtration. The membrane bioreactor is superior to the sedimentation tank type activated sludge method in that it does not require a sedimentation tank and the like, so that the equipment can be downsized and the quality of treated water is high. On the other hand, however, there are problems such as regenerating and replacing clogged microporous membranes, or pumping used for membrane filtration and aeration to clean the membrane surface, which requires energy and increases running costs. It was.

これを解消するための方法として、特許文献1には、活性汚泥中にポリビニルアルコールゲルなどからなる微小粒子を入れ、液流により膜表面と接触することで固形物を剥離し、運転エネルギーを低減する方法が提案されている。しかしながら、この方法では微粒子が接触した箇所にしか効果が無く、目詰まりを防ぐ十分な効果を得るためには相当量の微小粒子を添加する必要がある。また、膜に付着した異物の種類によっては、微小粒子の接触程度では十分な剥離が期待できない。   As a method for solving this problem, Patent Document 1 discloses that fine particles made of polyvinyl alcohol gel or the like are put in activated sludge, and the solid matter is peeled off by contact with the membrane surface by a liquid flow, thereby reducing operating energy. A method has been proposed. However, this method is effective only at the point where the fine particles are in contact, and it is necessary to add a considerable amount of fine particles in order to obtain a sufficient effect to prevent clogging. Further, depending on the type of foreign matter adhering to the film, sufficient peeling cannot be expected with the degree of contact of fine particles.

別の方法として、特許文献2には、隔膜式電解装置で製造されるアルカリ性水と酸性水を利用してインラインで膜洗浄を行う方法が提案されている。しかしながら、このような薬液を使った洗浄は薬液のコストがかかり、使用する薬液によっては活性汚泥中の生物相に影響を与える可能性がある。   As another method, Patent Document 2 proposes a method of performing membrane cleaning in-line using alkaline water and acidic water produced by a diaphragm electrolyzer. However, cleaning with such a chemical solution is expensive, and depending on the chemical solution used, there is a possibility of affecting the biota in the activated sludge.

別の方法として、特許文献3には、抗菌性金属イオンを担持させたゼオライトを濾過膜の表面に塗布することで、粘着物質の発生・成長を抑制する方法が提案されている。しかしながら、この方法は菌由来ではない粘着物質に対しては効果が期待できず、あるいはゼオライトの剥離や抗菌性金属イオンの水中溶解により効果の経時低下が懸念される。   As another method, Patent Document 3 proposes a method of suppressing generation and growth of an adhesive substance by applying zeolite carrying antibacterial metal ions to the surface of a filtration membrane. However, this method cannot be expected to be effective for adhesive substances that are not derived from bacteria, or there is a concern that the effect may be reduced over time due to detachment of zeolite or dissolution of antibacterial metal ions in water.

特開昭63−214177号公報JP 63-214177 A 特開平10−005784号公報JP 10-005784 A 特開2002−224541号公報JP 2002-224541 A

本発明は、メンブレンバイオリアクターに使われている微多孔膜の目詰まりを防止することで、膜交換頻度や運転エネルギーを低減することを課題とする。   An object of the present invention is to reduce membrane exchange frequency and operating energy by preventing clogging of a microporous membrane used in a membrane bioreactor.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、メンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜の構成、特に表面幾何学構造を、最適化することにより、活性汚泥に対する微多孔膜の目詰まりを大幅に抑えられることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, it was found that clogging of the microporous membrane against activated sludge can be greatly suppressed by optimizing the configuration of the microporous membrane used in the membrane bioreactor, especially the surface geometric structure, and the present invention was completed. I let you.

本発明の第1の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、微多孔膜を分離膜としている。この分離膜は表面層を持ち、この表面層は複数の球状体1を有し、それぞれの球状体1から複数の線状の結合材2が3次元方向に伸びており、隣接する球状体1は、線状の結合材2により互いに接続され、球状体1を交点とした3次元網目構造を形成している。図1に本願の3次元網目構造の一例を示す。図1は、表面層表面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。   The membrane bioreactor according to the first aspect of the present invention uses a microporous membrane as a separation membrane. This separation membrane has a surface layer, and this surface layer has a plurality of spherical bodies 1, and a plurality of linear binders 2 extend from each spherical body 1 in a three-dimensional direction. Are connected to each other by a linear bonding material 2 to form a three-dimensional network structure with the spherical body 1 as an intersection. FIG. 1 shows an example of the three-dimensional network structure of the present application. FIG. 1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface layer surface.

本発明の第2の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、上記本発明の第1の態様に係るメンブレンバイオリアクターにおいて、前記微多孔膜の球状体の粒径が、平均粒径の±10%の幅の範囲に45%以上となる度数分布を有する。   The membrane bioreactor according to the second aspect of the present invention is the membrane bioreactor according to the first aspect of the present invention, wherein the spherical particles of the microporous membrane have a width of ± 10% of the average particle diameter. In the range of 45% or more.

本発明の第3の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、上記本発明の第1の態様または第2の態様に係るメンブレンバイオリアクターにおいて、前記微多孔膜の結合材の長さが、平均長の±30%の幅の範囲に35%以上となる度数分布を有する。   The membrane bioreactor according to the third aspect of the present invention is the membrane bioreactor according to the first aspect or the second aspect of the present invention described above, wherein the length of the binder of the microporous membrane is ±± It has a frequency distribution of 35% or more in a range of 30% width.

本発明の第4の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、上記本発明の第1の態様〜第3の態様のいずれか1の態様に係るメンブレンバイオリアクターにおいて、前記微多孔膜の球状体は、0.05〜0.5μmの平均粒径を有する。   The membrane bioreactor according to the fourth aspect of the present invention is the membrane bioreactor according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the spherical body of the microporous membrane is 0. It has an average particle size of 0.05 to 0.5 μm.

本発明の第5の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、上記本発明の第1の態様〜第4の態様のいずれか1の態様に係るメンブレンバイオリアクターにおいて、支持層を有する微多孔膜を分離膜としている。なお、支持層とは、表面層と同じ素材から成り、表面層を変形から補強する層である。支持層は、一般にはマクロボイドを含む層である。「マクロボイド」とは、最小で数μm、最大で支持層の厚さとほぼ同じ大きさとなる巨大な空洞を言う。この表面層の厚みは、0.5〜10μmであり、前記支持層の厚みは、20〜500μmである。   The membrane bioreactor according to the fifth aspect of the present invention is the membrane bioreactor according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the microporous membrane having a support layer is separated from the membrane bioreactor. It is said. The support layer is a layer that is made of the same material as the surface layer and reinforces the surface layer from deformation. The support layer is generally a layer containing macrovoids. “Macrovoid” refers to a huge cavity having a minimum size of several μm and a maximum size approximately equal to the thickness of the support layer. The surface layer has a thickness of 0.5 to 10 μm, and the support layer has a thickness of 20 to 500 μm.

本発明の第6の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、上記本発明の第1の態様〜第5の態様のいずれか1の態様に係るメンブレンバイオリアクターにおいて、前記微多孔膜が支持層を支える基材層を備える。この基材層の素材は、支持層とは異なる材質から成る。   The membrane bioreactor according to the sixth aspect of the present invention is the membrane bioreactor according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, wherein the microporous membrane supports the support layer. A material layer is provided. The material of the base material layer is made of a material different from that of the support layer.

本発明の第7の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、上記本発明の第1の態様〜第6の態様のいずれか1の態様に係るメンブレンバイオリアクターにおいて、前記微多孔膜の素材がポリフッ化ビニリデン系樹脂である。   The membrane bioreactor according to the seventh aspect of the present invention is the membrane bioreactor according to any one of the first to sixth aspects of the present invention, wherein the material of the microporous membrane is polyvinylidene fluoride. Resin.

本発明の第8の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、上記本発明の第7の態様に係るメンブレンバイオリアクターにおいて、図6に示すように、前記微多孔膜を構成するポリフッ化ビニリデン系樹脂を良溶媒に溶解した溶液の、横軸をせん断速度、縦軸を溶液粘度の逆数としたグラフが、上側に凸を有する弧を含む曲線である。すなわち、グラフの一部に上側に凸を有する弧を含んでいればよい。   The membrane bioreactor according to the eighth aspect of the present invention is the same as the membrane bioreactor according to the seventh aspect of the present invention, except that the polyvinylidene fluoride resin constituting the microporous membrane is good as shown in FIG. A graph of a solution dissolved in a solvent, in which the horizontal axis indicates the shear rate and the vertical axis indicates the reciprocal of the solution viscosity, is a curve including an arc having a convex on the upper side. That is, it suffices if a part of the graph includes an arc having a convex on the upper side.

本発明の第9の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、上記本発明の第7の態様〜第8の態様のいずれか1の態様に係るメンブレンバイオリアクターにおいて、図6に示すように、前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂10重量部、ポリエチレングリコール10重量部、およびジメチルアセトアミド80重量部の溶液の、横軸をせん断速度として、縦軸を溶液粘度の逆数としたグラフの、せん断速度40毎秒以下の領域を2次関数で近似でき、前記2次関数の2次係数は、10−8より小さい。 The membrane bioreactor according to the ninth aspect of the present invention is the membrane bioreactor according to any one of the seventh aspect to the eighth aspect of the present invention, as shown in FIG. An area having a shear rate of 40 per second or less in a graph of a solution of 10 parts by weight of vinylidene resin, 10 parts by weight of polyethylene glycol, and 80 parts by weight of dimethylacetamide, with the horizontal axis being the shear rate and the vertical axis being the reciprocal of the solution viscosity. It can be approximated by a quadratic function, and the quadratic coefficient of the quadratic function is smaller than 10 −8 .

本発明の第10の態様に係るメンブレンバイオリアクターは、上記本発明の第7の態様または第9の態様に係るメンブレンバイオリアクターにおいて、前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量(Mw)は、60万〜120万である。   The membrane bioreactor according to the tenth aspect of the present invention is the membrane bioreactor according to the seventh aspect or the ninth aspect of the present invention, wherein the polyvinylidene fluoride resin has a weight average molecular weight (Mw) of 60 10,000 to 1.2 million.

本発明のメンブレンバイオリアクターは、表面層が複数の球状体を有し、前記球状体と、前記球状体を互いに接続する線状の結合材とで、前記球状体を交点とする3次元網目構造を形成した微多孔膜を使用しているため、活性汚泥等に対して目詰まりがしにくい。そのため、一般的な微多孔膜を使用した従来のメンブレンバイオリアクターと比べて、ランニングコストを抑えることができ、さらには膜の洗浄や交換を少なくすることができる。   The membrane bioreactor of the present invention has a three-dimensional network structure in which a surface layer has a plurality of spherical bodies, the spherical bodies and a linear binding material that connects the spherical bodies to each other, and the spherical bodies are intersections. Since the microporous membrane formed with is used, it is difficult to clog activated sludge and the like. Therefore, compared with a conventional membrane bioreactor using a general microporous membrane, the running cost can be reduced, and furthermore, membrane cleaning and replacement can be reduced.

第1の実施の形態に係る微多孔膜が有する表面層の表面写真である。It is a surface photograph of the surface layer which the microporous film which concerns on 1st Embodiment has. 従来のPVDF製濾過膜の写真である。It is a photograph of the conventional PVDF filtration membrane. 実施例1の微多孔膜が有する表面層の表面写真であり、球状体の粒径と線状の結合材の長さの測定に用いた写真である。It is the surface photograph of the surface layer which the microporous film of Example 1 has, and is a photograph used for the measurement of the particle size of the spherical body and the length of the linear binder. 第2の実施の形態に係る微多孔膜の製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the microporous film which concerns on 2nd Embodiment. (a)は、実施例1の微多孔膜の断面写真である。(b)は、表面層の断面部分の拡大写真である。(A) is a cross-sectional photograph of the microporous membrane of Example 1. FIG. (B) is an enlarged photograph of a cross-sectional portion of the surface layer. 実施例1の原料液の溶液粘度の逆数とせん断速度の関係示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the reciprocal of the solution viscosity of the raw material liquid of Example 1 and the shear rate. 非対称膜の断面図(左)と対称膜の断面図(右)を示す模式図である。(出典:特許庁ホームページ/平成17年度 標準技術集 水処理技術/1−6−2−1 対称膜と非対称膜)It is a schematic diagram which shows sectional drawing (left) of an asymmetric membrane, and sectional drawing (right) of a symmetrical membrane. (Source: JPO Homepage / 2005 Standard Technology Collection Water Treatment Technology / 1-6-2-1 Symmetric Membrane and Asymmetric Membrane) メンブレンバイオリアクターの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of a membrane bioreactor. 実施例1と比較例1の耐ファウリング性を示す図である。It is a figure which shows the fouling resistance of Example 1 and Comparative Example 1.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一または相当する部分には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。また、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the present invention is not limited to the following embodiments.

本発明の第1の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターについて説明する。図1は、第1の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜の表面(表面層側)を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真の一部である。図1に示すように、表面層は複数の球状体1を有し、それぞれの球状体1から複数の線状の結合材2が3次元方向に伸びており、互いに隣接する球状体1は、線状の結合材2により接続され、球状体1を交点とした3次元網目構造を形成しており、生じた空隙が孔となっている。そのため、表面層に孔ができやすく、その孔が変形しにくい。   The membrane bioreactor according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a part of a photograph of the surface (surface layer side) of a microporous membrane used in the membrane bioreactor according to the first embodiment taken with a scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 1, the surface layer has a plurality of spherical bodies 1, and a plurality of linear binders 2 extend from each spherical body 1 in a three-dimensional direction. They are connected by a linear binder 2 to form a three-dimensional network structure with the spherical body 1 as an intersection, and the generated voids are holes. Therefore, a hole is easily formed in the surface layer, and the hole is not easily deformed.

従来のメンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜の表面は、本発明でいう「球状体」または「結合材」を有していたとしてもどちらか一方しか有していない。例えば、本発明でいう「結合材」に相当する部分しか持たない微多孔膜は、例え均一に結合していたとしても、濾過膜として使えるだけの強度を維持することが難しくなる。それを防ぐために、「結合材」に相当する部分を太くすると、線状ではなくむしろ面状となり、孔を微細にすることが難しい。図2は、一例として、そのような構造を持つ、従来の微多孔膜(ポリフッ化ビニリデン製)の走査型電子顕微鏡写真である。第1の実施の形態に係る微多孔膜は、表面層が有する球状体1とそれらを互いに接続する線状の結合材2により、同程度の平均流孔径を有する従来の微多孔膜よりも高い透過性を有している。ここで「平均流孔径」とは、ASTM F316−86で求められる値であり、微多孔膜を濾過膜として使う場合、その阻止粒径に大きく影響する。これとは逆に、「球状体」に相当する部分しか持たない微多孔膜は、球と球とが接した構造の濾過膜となる。このような濾過膜が持つ孔は、球と球との隙間のみであり、通水性が極めて悪くなる。球と球とが部分的に線状の物質で繋がった構造の膜がいくつか報告されているが、このような膜は孔の大きさや形状が不均一となるため、濾過膜には適さない。つまり、本発明の3次元網目構造は、球状体と結合材の両方が存在して初めて発現するものである。このため、従来のメンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜では、本発明の効果が得られない   Even if the surface of the microporous membrane used in the conventional membrane bioreactor has the “spherical body” or the “binding material” in the present invention, it has only one of them. For example, a microporous membrane having only a portion corresponding to the “binding material” in the present invention is difficult to maintain a strength sufficient to be used as a filtration membrane even if it is uniformly bonded. In order to prevent this, if the portion corresponding to the “binding material” is thickened, it becomes a surface rather than a linear shape, and it is difficult to make the holes fine. FIG. 2 is a scanning electron micrograph of a conventional microporous membrane (made of polyvinylidene fluoride) having such a structure as an example. The microporous membrane according to the first embodiment is higher than the conventional microporous membrane having the same average flow pore diameter due to the spherical bodies 1 possessed by the surface layer and the linear binder 2 connecting them. It has permeability. Here, the “average flow pore size” is a value obtained by ASTM F316-86, and when a microporous membrane is used as a filtration membrane, it greatly affects the blocking particle size. On the contrary, a microporous membrane having only a portion corresponding to a “spherical body” is a filtration membrane having a structure in which a sphere is in contact with the sphere. The pores of such a filtration membrane are only the gaps between the spheres, and the water permeability becomes extremely poor. Several membranes with a structure in which spheres and spheres are partially connected by a linear substance have been reported, but such membranes are not suitable for filtration membranes because their pore sizes and shapes are not uniform. . That is, the three-dimensional network structure of the present invention appears only when both the spherical body and the binder are present. For this reason, the effect of the present invention cannot be obtained with a microporous membrane used in a conventional membrane bioreactor.

本発明の第1の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜と、従来のメンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜の違いは、それだけに留まらない。微多孔膜が、本発明の第1の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜のような構造を取ると、球状体が膜表面にほぼ同一平面上に並ぶため、膜表面に大きな凹凸が生じることがない。さらに球状体1は、図1に示すように、その大きさがほぼ揃っており、均一に分散している。そのため、球状体1と球状体1の間に生ずる空隙の形状と大きさが揃った表面層を構成する。球状体1間の空隙は、隣接する球状体1を架橋する線状の結合材2により区切られ、その結果として形成された孔は、外周曲線に凹みがない卵型またはほぼ卵型となる。このように、孔の形状が均質の微多孔膜となる。そのため、メンブレンバイオリアクターの活性汚泥に含まれる、粒子や粘性を持つ物体が膜内部に入り込みにくく、その結果この微多孔膜は目詰まりしにくい。   The difference between the microporous membrane used in the membrane bioreactor according to the first embodiment of the present invention and the microporous membrane used in the conventional membrane bioreactor does not stop there. When the microporous membrane has a structure like the microporous membrane used in the membrane bioreactor according to the first embodiment of the present invention, the spherical bodies are arranged on the membrane surface almost on the same plane. Large unevenness does not occur. Furthermore, as shown in FIG. 1, the spherical bodies 1 are almost uniform in size and are uniformly dispersed. Therefore, a surface layer in which the shape and size of the gap generated between the spherical body 1 and the spherical body 1 are uniform is formed. The space between the spheres 1 is delimited by a linear binder 2 that bridges the adjacent spheres 1, and the resulting holes are egg-shaped or almost egg-shaped with no dents on the outer periphery curve. Thus, a microporous membrane having a uniform pore shape is obtained. For this reason, particles and viscous objects contained in the activated sludge of the membrane bioreactor are difficult to enter the membrane, and as a result, the microporous membrane is not easily clogged.

本発明の第1の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターに使用する微多孔膜の表面層が有する球状体の平均粒径は、0.05〜0.5μmである。好ましくは0.1〜0.4μm、より好ましくは0.2〜0.3μmである。球状体の粒径は、微多孔膜の表面層側表面を球状体が明確に確認できる倍率で走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて写真を撮り、少なくとも50個以上の任意の球状体の粒径を測定し、数平均することにより求めることができる。具体的には、実施例に記載したとおりである。なお「粒径」とは、球状体の外周をその周囲の孔を含まないような最大直径の真円で囲んだ場合の当該真円の直径である。表面層が有する孔の形状をより均一にするために、個々の球状体の形状は完全な球体に近いことが好ましい。好ましい球状体の大きさは、透過を阻止することが必要な微粒子の大きさによって最適値が異なる。メンブレンバイオリアクターの場合は、球状体が上記の範囲を取ることで、高い処理水質と透過性の双方を達成することができる。   The average particle diameter of the spherical body of the surface layer of the microporous membrane used in the membrane bioreactor according to the first embodiment of the present invention is 0.05 to 0.5 μm. Preferably it is 0.1-0.4 micrometer, More preferably, it is 0.2-0.3 micrometer. The particle size of the spherical body is determined by taking a photograph using a scanning electron microscope (SEM) or the like at a magnification at which the spherical body can be clearly confirmed on the surface layer side surface of the microporous film. It can be determined by measuring the particle size and averaging the number. Specifically, it is as described in the examples. The “particle diameter” is the diameter of a perfect circle when the outer periphery of the spherical body is surrounded by a perfect circle having the maximum diameter that does not include the surrounding holes. In order to make the shape of the pores of the surface layer more uniform, the shape of each spherical body is preferably close to a perfect sphere. The preferred size of the spherical body varies depending on the size of the fine particles that need to be prevented from permeating. In the case of a membrane bioreactor, both high quality of treated water and permeability can be achieved when the spherical body takes the above range.

球状体の大きさはばらつきが少ないことが好ましい。このため、球状体の粒径は、度数分布において、平均粒径の±10%幅の範囲に45%以上、さらには50%以上の度数分布を有していることが好ましい。より好ましくは55%以上であり、さらに好ましくは60%以上である。平均粒径の±10%の幅の範囲に45%以上の度数が分布していると、表面層の球状体はより均一の形状・大きさを有し、球状体と球状体の間に孔径が均一の(揃った)空隙を形成することができる。   It is preferable that the size of the spherical body has little variation. For this reason, the particle size of the spherical body preferably has a frequency distribution of 45% or more, more preferably 50% or more in the range of ± 10% of the average particle size in the frequency distribution. More preferably, it is 55% or more, More preferably, it is 60% or more. When the frequency of 45% or more is distributed in the range of the width of ± 10% of the average particle diameter, the spherical body of the surface layer has a more uniform shape and size, and the pore diameter between the spherical body and the spherical body Can form uniform (aligned) voids.

球状体は、表面層の表面に均質に分散しているのが好ましい。このために、球状体とその最も近くにある球状体との距離(球状体間の中心間距離)は、度数分布において、平均距離の±30%幅の範囲に50%以上の度数分布を有していることが好ましい。より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは75%以上である。平均距離の±30%幅の範囲に50%以上の度数分布を有していると、表面層の表面に球状体がより均質に分散するため、この場合も球状体と球状体の間に孔径が均一の(揃った)空隙を形成することができる。   The spherical bodies are preferably dispersed uniformly on the surface of the surface layer. Therefore, the distance between the spherical body and the nearest spherical body (distance between the centers of the spherical bodies) has a frequency distribution of 50% or more in the range of ± 30% of the average distance in the frequency distribution. It is preferable. More preferably, it is 70% or more, More preferably, it is 75% or more. If the frequency distribution is 50% or more in the range of ± 30% width of the average distance, the spherical bodies are more uniformly dispersed on the surface of the surface layer. In this case as well, the pore size is between the spherical bodies and the spherical bodies. Can form uniform (aligned) voids.

本発明の第1の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜の表面層が有する線状の結合材の平均長は、0.05〜0.5μmである。好ましくは0.1〜0.4μm、より好ましくは0.2〜0.3μmである。線状の結合材の長さは、その多くが平均長に近い値をとり、均一な長さとなる。また、平均長は製造された微多孔膜により異なり、上記のとおり値には幅がある。そのため、表面層に形成される孔の大きさが異なり、平均流孔径の異なる種々の微多孔膜を得ることができる。   The average length of the linear binding material included in the surface layer of the microporous membrane used in the membrane bioreactor according to the first embodiment of the present invention is 0.05 to 0.5 μm. Preferably it is 0.1-0.4 micrometer, More preferably, it is 0.2-0.3 micrometer. Most of the lengths of the linear binders are close to the average length, and the length is uniform. Further, the average length varies depending on the produced microporous membrane, and the value has a width as described above. Therefore, various microporous membranes having different pore sizes formed in the surface layer and different average flow pore diameters can be obtained.

線状の結合材の平均長は、微多孔膜の表面層側表面を線状の結合材が明確に確認できる倍率で走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて写真を撮り、少なくとも100本以上の任意の線状の結合材の長さを測定し、数平均することにより求めることができる。具体的には、実施例に記載したとおりである。「線状の結合材の長さ」とは、球状体の外周をその周囲の孔を含まないような最大直径の真円で囲んだ場合の当該真円間の距離である。 The average length of the linear binder is taken with a scanning electron microscope (SEM) or the like at a magnification at which the linear binder can clearly confirm the surface layer side surface of the microporous film, and at least 100 or more. The length of an arbitrary linear binding material can be measured and the number averaged. Specifically, it is as described in the examples. The “length of the linear binding material” is a distance between the perfect circles when the outer periphery of the spherical body is surrounded by a perfect circle having a maximum diameter that does not include the surrounding holes.

線状の結合材の長さは、度数分布において、平均長の±30%幅の範囲に30%以上、さらには50%以上の度数分布を有していることが好ましい。より好ましくは55%以上であり、さらに好ましくは、60%以上である。平均長±30%の幅の範囲に30%以上の度数が分布していると、表面層の球状体はより均質に分散され、球状体と球状体の間に孔径が均一の(揃った)空隙を形成することができる。   The length of the linear binder preferably has a frequency distribution of 30% or more, more preferably 50% or more in the range of ± 30% of the average length in the frequency distribution. More preferably, it is 55% or more, More preferably, it is 60% or more. When the frequency of 30% or more is distributed in the range of the average length ± 30%, the spherical bodies in the surface layer are more uniformly dispersed, and the pore diameter is uniform (aligned) between the spherical bodies and the spherical bodies. A void can be formed.

球状体の平均粒径と線状の結合材の平均長の比率は、3:1〜1:3の間にあることが好ましい。球状体の平均粒径が線状の結合材の平均長の3倍より小さいと、微多孔膜の表面層表面の開口部が大きくなり、高い透過量がより顕著に得られるようになる。また、球状体の平均粒径が結合材の平均長の3分の1より大きいと、1つの球状体に接続できる結合材の数が多くなるので、濾材の脱落が少なく、耐圧性が高いという特徴がより顕著に得られるようになる。   The ratio of the average particle diameter of the spherical body to the average length of the linear binder is preferably between 3: 1 and 1: 3. When the average particle diameter of the spherical body is smaller than three times the average length of the linear binder, the opening on the surface layer surface of the microporous membrane becomes large, and a high permeation amount can be obtained more remarkably. In addition, if the average particle size of the spheres is larger than one third of the average length of the binder, the number of binders that can be connected to one sphere increases, so there is little dropout of the filter media and high pressure resistance. Features can be obtained more prominently.

本発明の第1の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターで使われる微多孔膜の平均流孔径は、0.05〜8μmであり、好ましくは0.05〜0.5μmであり、より好ましくは0.07〜0.25μm、さらには0.1〜0.25μmである。すなわち、微多孔膜を濾過膜として用いた場合、平均流孔径の大きさに応じて径が約0.05〜8μm以上の物質が分離可能となる。平均流孔径は、バブルポイント法(ASTM F316−86)に基づく値である。   The average pore diameter of the microporous membrane used in the membrane bioreactor according to the first embodiment of the present invention is 0.05 to 8 μm, preferably 0.05 to 0.5 μm, more preferably 0. 0.07 to 0.25 μm, and further 0.1 to 0.25 μm. That is, when a microporous membrane is used as a filtration membrane, a substance having a diameter of about 0.05 to 8 μm or more can be separated according to the average flow pore size. The average flow hole diameter is a value based on the bubble point method (ASTM F316-86).

本発明の第1の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターで使われる微多孔膜は、純水透過流束が1.5×10−9/m/Pa/s以上であり、好ましくは30×10−9/m/Pa/s以上、より好ましくは60×10−9/m/Pa/s以上である。純水透過流束が1.5×10−9/m/Pa/s以上であると、十分に膜の通水性が得られ、通水性が十分に得られない場合により高い濾過圧力等が必要になり運転コストが上がるといった問題を回避することができる。なお、純水透過流束は、実施例1に示すとおり、微多孔膜にある濾過圧力で通水させ、単位時間あたりの流量を測定し、その流量を有効濾過面積と濾過圧力で割ることで求めることができる。 The microporous membrane used in the membrane bioreactor according to the first embodiment of the present invention has a pure water permeation flux of 1.5 × 10 −9 m 3 / m 2 / Pa / s or more, preferably 30 * 10 < -9 > m < 3 > / m < 2 > / Pa / s or more, More preferably, it is 60 * 10 < -9 > m < 3 > / m < 2 > / Pa / s or more. When the pure water permeation flux is 1.5 × 10 −9 m 3 / m 2 / Pa / s or more, sufficient water permeability of the membrane is obtained, and higher filtration pressure is obtained when water permeability is not sufficiently obtained. Etc., and the problem of increased operating costs can be avoided. In addition, as shown in Example 1, the pure water permeation flux allows water to flow at the filtration pressure in the microporous membrane, measures the flow rate per unit time, and divides the flow rate by the effective filtration area and the filtration pressure. Can be sought.

本発明の第1の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターで使われる微多孔膜の素材となる高分子は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂(それを主成分(50重量%以上含有)とするものも含まれる)が好ましい。ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンホモポリマーおよび/またはフッ化ビニリデン共重合体を含有する樹脂を挙げることができる。物性(粘度、分子量等)の異なる複数種類のフッ化ビニリデンホモポリマーを含有してもよい。または、複数の種類のフッ化ビニリデン共重合体を含有してもよい。フッ化ビニリデン共重合体としては、フッ化ビニリデン残基構造を有するポリマーならば特に限定されず、典型的にはフッ化ビニリデンモノマーとそれ以外のフッ素系モノマーとの共重合体であり、例えば、フッ化ビニル、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化塩化エチレンから選ばれた1種類以上のフッ素系モノマーとフッ化ビニリデンとの共重合体が挙げられる。特に好ましくは、フッ化ビニリデンホモポリマー(ポリフッ化ビニリデン)である。なお、必ずしも純粋なポリフッ化ビニリデン系樹脂である必要は無く、他の特性(例えば抗菌性)を付与させるために、本発明の効果を妨げない範囲で、その他のポリマーを混合してもよい。   The polymer used as the material of the microporous membrane used in the membrane bioreactor according to the first embodiment of the present invention includes a polyvinylidene fluoride resin (containing a main component (containing 50% by weight or more)). Are preferred. Examples of the polyvinylidene fluoride resin include a resin containing a vinylidene fluoride homopolymer and / or a vinylidene fluoride copolymer. A plurality of types of vinylidene fluoride homopolymers having different physical properties (viscosity, molecular weight, etc.) may be contained. Alternatively, a plurality of types of vinylidene fluoride copolymers may be contained. The vinylidene fluoride copolymer is not particularly limited as long as it is a polymer having a vinylidene fluoride residue structure, and is typically a copolymer of a vinylidene fluoride monomer and other fluorine-based monomers, for example, Examples thereof include a copolymer of at least one fluorine-based monomer selected from vinyl fluoride, tetrafluoroethylene, propylene hexafluoride, and ethylene trifluoride chloride and vinylidene fluoride. Particularly preferred is a vinylidene fluoride homopolymer (polyvinylidene fluoride). In addition, it does not necessarily need to be a pure polyvinylidene fluoride resin, and in order to give other characteristics (for example, antibacterial property), you may mix other polymers in the range which does not prevent the effect of this invention.

ポリフッ化ビニリデン系樹脂はフッ素樹脂であるため、機械的、熱的、化学的に安定している。その他の代表的なフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、あるいはテトラフルオロエチレンを主とする共重合樹脂(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体など)などのいわゆる四フッ化系樹脂があるが、四フッ化系樹脂は分子間の絡みが弱いため、機械的強度が低く微多孔膜とした場合に濾過圧力で孔が変形しやすい。また、高温で使用した場合にはさらに孔が変形しやすくなるという欠点がある。これらの点でポリフッ化ビニリデン系樹脂の方が優れている。また、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、他のフッ素樹脂(例えばPTFE)に比べて加工し易く、加工後の2次加工(例えば切断や他素材との接着)もし易いという利点を有する。   Since the polyvinylidene fluoride resin is a fluororesin, it is mechanically, thermally and chemically stable. Other typical fluororesins include polytetrafluoroethylene (PTFE) or so-called tetrafluorinated resins such as tetrafluoroethylene-based copolymer resins (tetrafluoroethylene / perfluoroalkoxyethylene copolymers, etc.). Although there is a resin, the tetrafluoride-based resin has a weak intermolecular entanglement, and therefore the pores are likely to be deformed by the filtration pressure when the mechanical strength is low and a microporous membrane is formed. In addition, there is a drawback that the holes are more likely to be deformed when used at high temperatures. In these respects, the polyvinylidene fluoride resin is superior. In addition, the polyvinylidene fluoride resin has an advantage that it is easier to process than other fluororesins (for example, PTFE), and is easy to perform secondary processing (for example, cutting or adhesion to other materials) after processing.

上記ポリフッ化ビニリデン系樹脂のうち特に好ましくは、以下の特徴を有する樹脂である。すなわち、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を良溶媒に溶解した溶液において、溶液粘度(単位cP)の逆数を縦軸、せん断速度(単位1/s)を横軸とするグラフの一部が、2次関数で近似でき、図6に示すように、せん断速度の低領域(40/s以下)において、2次関数が上側に凸を有する弧を含む曲線であるポリフッ化ビニリデン系樹脂であることが好ましい。これは、せん断速度の低領域において、溶液の粘度が急激に上がる地点があることを示すものである。   Of the polyvinylidene fluoride-based resins, a resin having the following characteristics is particularly preferable. That is, in a solution in which a polyvinylidene fluoride resin is dissolved in a good solvent, a part of the graph in which the reciprocal of the solution viscosity (unit cP) is the vertical axis and the shear rate (unit 1 / s) is the horizontal axis is a quadratic function. As shown in FIG. 6, in the low shear rate region (40 / s or less), it is preferable that the polyvinylidene fluoride resin is a curve in which the quadratic function includes an arc having a convex on the upper side. This indicates that there is a point where the viscosity of the solution rapidly increases in the low shear rate region.

例えば、ポリフッ化ビニリデン系樹脂10重量部、ポリエチレングリコール10重量部、ジメチルアセトアミド80重量部の溶液では、溶液粘度の逆数とせん断速度のグラフの一部が示す2次関数の2次係数が、10−8より小さくなるようなポリフッ化ビニリデン系樹脂であることが好ましい。 For example, in a solution of 10 parts by weight of a polyvinylidene fluoride resin, 10 parts by weight of polyethylene glycol, and 80 parts by weight of dimethylacetamide, the quadratic coefficient of the quadratic function indicated by a part of the graph of the reciprocal of the solution viscosity and the shear rate is 10 A polyvinylidene fluoride resin that is smaller than −8 is preferable.

本発明のメンブレンバイオリアクターで使われる微多孔膜の表面層は、原料液が非溶媒と接触し、原料液中の溶媒が非溶媒と置換することにより誘起される。上記のような特徴を有するポリフッ化ビニリデン系樹脂を用いると、置換が進むにつれて原料液の粘度が急速に変化するため、球状体と線状の結合材からなる3次元網目構造が発現すると考えられる。実際に、2次係数が10−8より小さくなるポリフッ化ビニリデン系樹脂の原料液から、本願の3次元網目構造が発現することが実施例により確認されている。 The surface layer of the microporous membrane used in the membrane bioreactor of the present invention is induced when the raw material liquid comes into contact with a non-solvent and the solvent in the raw material liquid replaces the non-solvent. When the polyvinylidene fluoride resin having the above-described characteristics is used, the viscosity of the raw material liquid changes rapidly as the substitution proceeds, so that it is considered that a three-dimensional network structure composed of a spherical body and a linear binder is developed. . In fact, it has been confirmed by Examples that the three-dimensional network structure of the present application is expressed from a raw material liquid of polyvinylidene fluoride resin having a second order coefficient smaller than 10 −8 .

さらに、ポリフッ化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量は、60万〜120万であり、60万〜100万であることが好ましく、より好ましくは70万〜95万、さらに好ましくは79万〜90万である。ポリフッ化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量が高いほど、球状体と線状の結合材が生成しやすくなり、3次元網目構造を有する表面層を備えた微多孔膜を容易に得ることができるようになるので、後述する良溶媒や貧溶媒などの選定幅が広がり、微多孔膜の透過性や膜強度をより上げることが容易になる。また、重量平均分子量を高すぎないようにすることで、原料液の粘度を抑えることができ、均一に塗布しやすくなり、支持層と基材層の混在部分がよりできやすくなるため好ましい。
なお、本発明の効果を妨げない範囲で、他素材との接着性や膜強度を上げるために、この範囲を外れる重量平均分子量のポリフッ化ビニリデンを混合してもよい。
Furthermore, the weight average molecular weight of the polyvinylidene fluoride resin is 600,000 to 1,200,000, preferably 600,000 to 1,000,000, more preferably 700,000 to 950,000, and even more preferably 790,000 to 900,000. is there. The higher the weight-average molecular weight of the polyvinylidene fluoride resin, the easier it is to form spherical bodies and linear binders, so that a microporous film having a surface layer having a three-dimensional network structure can be easily obtained. Therefore, the selection range of a good solvent and a poor solvent, which will be described later, is widened, and it becomes easier to further increase the permeability and membrane strength of the microporous membrane. Also, it is preferable to prevent the weight average molecular weight from being too high, since the viscosity of the raw material liquid can be suppressed, it becomes easy to apply uniformly, and a mixed portion of the support layer and the base material layer can be more easily formed.
In order not to impede the effects of the present invention, polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight outside this range may be mixed in order to increase the adhesion to other materials and the film strength.

ここで「良溶媒」とは、原料液を塗布する温度条件で、必要量のポリフッ化ビニリデン系樹脂を溶解させることが可能な液と定義する。また「非溶媒」とは、塗膜中の良溶媒を非溶媒に置換する温度条件で、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を溶解も膨潤もさせない溶媒と定義する。また「貧溶媒」とは、必要量のポリフッ化ビニリデン系樹脂を溶解させることはできないが、それ未満の量を溶解させることができるか、あるいは膨潤させる溶媒と定義する。   Here, the “good solvent” is defined as a liquid capable of dissolving a necessary amount of polyvinylidene fluoride resin under a temperature condition for applying the raw material liquid. The “non-solvent” is defined as a solvent that does not dissolve or swell the polyvinylidene fluoride resin under a temperature condition that replaces the good solvent in the coating film with a non-solvent. The “poor solvent” is defined as a solvent that cannot dissolve the required amount of the polyvinylidene fluoride-based resin, but can dissolve less than that amount, or swells.

良溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド、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)、メチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン、テトラメチル尿素、リン酸トリメチル等の低級アルキルケトン、エステル、アミド等を挙げることができる。これらの良溶媒は混合して用いてもよく、本発明の効果を妨げない範囲で貧溶媒、非溶媒が含まれていてもよい。製膜を常温で行う場合には、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。   Good solvents include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide (DMAc), N, N-dimethylformamide (DMF), methyl ethyl ketone, acetone, tetrahydrofuran, tetramethylurea, phosphorus Examples include lower alkyl ketones such as trimethyl acid, esters, amides, and the like. These good solvents may be used as a mixture, and may contain a poor solvent and a non-solvent as long as the effects of the present invention are not impaired. When film formation is performed at room temperature, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, and N, N-dimethylformamide are preferable.

非溶媒としては、水、ヘキサン、ペンタン、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、四塩化炭素、o−ジクロルベンゼン、トリクロルエチレン、低分子量のポリエチレングリコール等の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、塩素化炭化水素、またはその他の塩素化有機液体等が挙げられる。非溶媒は、良溶媒に溶解する必要があり、良溶媒と自由比率で混合するものが好ましい。非溶媒に意図的に良溶媒や貧溶媒を加えてもよい。   Non-solvents include water, hexane, pentane, benzene, toluene, methanol, ethanol, carbon tetrachloride, o-dichlorobenzene, trichloroethylene, low molecular weight polyethylene glycol and other aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, chlorine Hydrocarbons or other chlorinated organic liquids. The non-solvent needs to be dissolved in a good solvent and is preferably mixed with the good solvent in a free ratio. A good solvent or a poor solvent may be intentionally added to the non-solvent.

良溶媒と非溶媒の置換速度は、本発明の3次元網目構造の発現に影響するため、その組合せも重要である。組合せとしては、3次元網目構造の発現のし易さから、NMP/水、DMAc/水、DMF/水などが好ましく、DMAc/水の組合せが特に好ましい。   Since the substitution rate of the good solvent and the non-solvent affects the expression of the three-dimensional network structure of the present invention, the combination thereof is also important. As the combination, NMP / water, DMAc / water, DMF / water, and the like are preferable from the viewpoint of easy expression of a three-dimensional network structure, and a combination of DMAc / water is particularly preferable.

製膜用の原料液には、素材となるポリフッ化ビニリデン系樹脂とその良溶媒の他に、多孔化を促す多孔化剤を添加することが好ましい。多孔化剤としては、ポリフッ化ビニリデン系樹脂の良溶媒への溶解を阻害せず、非溶媒に溶解し、微多孔膜の多孔化を促す性質を有するものならば、なんら限定されるものではない。その例としては有機物の高分子物質または低分子物質などがあり、具体的には、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸などの水溶性ポリマー、ソルビタン脂肪酸エステル(モノ、トリエステル体等)等の多価アルコールのエステル体、ソルビタン脂肪酸エステルのエチレンオキサイド低モル付加物、ノニルフェノールのエチレンオキサイド低モル付加物、プルロニック型エチレンオキサイド低モル付加物等のエチレンオキサイド低モル付加物、ポリオキシエチレンアルキルエステル、アルキルアミン塩、ポリアクリル酸ソーダ等の界面活性剤、グリセリンなどの多価アルコール類、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのグリコール類を挙げることができる。これらは1種類で用いても2種類以上の混合物で用いてもよい。   In addition to the polyvinylidene fluoride resin as a raw material and its good solvent, it is preferable to add a porosifying agent that promotes porosity to the raw material liquid for film formation. The porous agent is not limited as long as it does not inhibit dissolution of the polyvinylidene fluoride resin in a good solvent, dissolves in a non-solvent, and promotes the microporous membrane to become porous. . Examples include organic high-molecular substances or low-molecular substances, such as water-soluble polymers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, and polyacrylic acid, and sorbitan fatty acid esters. Low ethylene oxide, such as ester of polyhydric alcohol such as (mono, triester, etc.), ethylene oxide low molar adduct of sorbitan fatty acid ester, ethylene oxide low molar adduct of nonylphenol, pluronic ethylene oxide low molar adduct Mole adducts, polyoxyethylene alkyl esters, alkylamine salts, surfactants such as sodium polyacrylate, polyhydric alcohols such as glycerin, tetraethylene glycol, triethylene glycol, etc. Mention may be made of the recall class. These may be used alone or in a mixture of two or more.

これらの多孔化剤は、重量平均分子量50,000以下のものが好ましく、より好ましくは30,000以下であり、さらに好ましくは10,000以下である。重量平均分子量が50,000以下である場合は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂溶液へ均一に溶解させることができる。この多孔化剤は、非溶媒中で良溶媒が抽出され構造凝集が起こる時に良溶媒に比べて比較的長時間多孔質樹脂中に残留する。そのため、膜構造に大きく影響する。非溶媒に水を用いる場合の多孔化剤としては、これらの機能を発揮しやすく、球状体と線状の結合材からなる3次元網目構造を発現しやすいことから、適度な粘性を持つ水溶性の液が好ましい。より好ましくはポリエチレングリコールやポリビニルピロリドンであり、特にポリエチレングリコールが好ましい。その重量平均分子量が200〜1000であるものがさらに好ましい。重量平均分子量を200〜1000とすることで、特に構造が発現しやすくなる。また、重量平均分子量を1000以下とすることで、構造発現後に多孔化剤を除去することが容易となる。 These porous agents preferably have a weight average molecular weight of 50,000 or less, more preferably 30,000 or less, and still more preferably 10,000 or less. When the weight average molecular weight is 50,000 or less, it can be uniformly dissolved in the polyvinylidene fluoride resin solution. This porous agent remains in the porous resin for a relatively long time compared to the good solvent when the good solvent is extracted in a non-solvent and structural aggregation occurs. Therefore, it greatly affects the film structure. As a porous agent when water is used as a non-solvent, it is easy to exert these functions, and since it easily develops a three-dimensional network structure composed of a spherical body and a linear binder, The liquid is preferable. More preferred are polyethylene glycol and polyvinyl pyrrolidone, and particularly preferred is polyethylene glycol. More preferably, the weight average molecular weight is 200 to 1,000. When the weight average molecular weight is 200 to 1000, the structure is particularly easily developed. Moreover, by setting the weight average molecular weight to 1000 or less, it becomes easy to remove the porous agent after the structure is developed.

多孔化剤を用いると、良溶媒抽出に伴う構造凝集が緩やかになってから、多孔化剤が抽出されるので、得られた多孔質樹脂は空孔性が高いものになる。得られる構造は、多孔化剤の種類、分子量、添加量等に依存する。多孔化剤の添加量が少ないとこのような効果は得にくくなるが、添加量が多いと支持層に生じるマクロボイドが大きくなり膜強度が低下する場合もある。したがって、多孔化剤は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂重量に対して0.1倍〜2倍量を添加することが好ましく、0.5倍〜1.5倍量とすればさらに好ましい。   When a porosifying agent is used, since the porosizing agent is extracted after the structural aggregation accompanying the good solvent extraction is moderated, the obtained porous resin has high porosity. The resulting structure depends on the type of porous agent, molecular weight, added amount, and the like. If the amount of the porous agent added is small, such an effect is difficult to obtain, but if the amount added is large, the macrovoids generated in the support layer may increase and the film strength may be lowered. Therefore, it is preferable to add the porous agent in an amount of 0.1 to 2 times, more preferably 0.5 to 1.5 times the weight of the polyvinylidene fluoride resin.

本発明の第2の実施の形態に係るメンブレンバイオリアクターで使われる微多孔膜の製造方法は、以下のとおりである。なお、図4は、製造方法の大まかな流れを示している。   The production method of the microporous membrane used in the membrane bioreactor according to the second embodiment of the present invention is as follows. FIG. 4 shows a rough flow of the manufacturing method.

(1)原料液の調製工程(S01):
まず、微多孔膜の素材となる高分子を高分子に対して良溶媒となる溶媒に溶解して原料液を作る。具体的には、例えば、5〜20重量部の素材としてのポリフッ化ビニリデンと、素材重量に対して0.1倍〜2倍量の多孔化剤としてのポリエチレングリコールを、70〜90重量部のジメチルアセトアミド(DMAc)に常温〜100℃で溶解した後、常温に戻して原料液を作る。
(1) Raw material liquid preparation step (S01):
First, a raw material solution is prepared by dissolving a polymer that is a material of a microporous membrane in a solvent that is a good solvent for the polymer. Specifically, for example, polyvinylidene fluoride as a material of 5 to 20 parts by weight and polyethylene glycol as a porosizing agent in an amount of 0.1 to 2 times the material weight are 70 to 90 parts by weight. After dissolving in dimethylacetamide (DMAc) at normal temperature to 100 ° C., it is returned to normal temperature to make a raw material liquid.

(2)多孔化工程(S02):
次に、ガラス板やステンレス板などの平滑な塗布台の上に基材層としての不織布を置き、その上に原料液を塗布する。なお、不織布等を置かず、ガラス板等を支持体としてそれらの上に直接塗布してもよく、その場合は基材層が無い微多孔膜となる。また、塗布は、製膜後の厚さが10〜500μmとなるように行うことが好ましい。塗布後、直ちにまたは一定時間放置した後、素材の高分子に対しての非溶媒に3分〜12時間浸ける。塗布後の放置時間を設ける場合は、5〜60秒程度が好ましい。放置時間を長く取ると平均流孔径が大きくなるが、長く取りすぎるとピンホールが生じて本発明の効果が十分に得られないことがある。良溶媒と非溶媒とが混合し、非溶媒の混入により良溶媒中の高分子の溶解性が低下し、高分子が析出し多孔化が生ずる(非溶媒誘起相分離法(NIPS))。
具体的には、例えばガラス板上にポリエステル不織布を置き、原料液を塗布する。塗布には、ベーカーアプリケータ、バーコーター、Tダイなどを用いることができる。非溶媒に浸けた後、塗布台としてのガラス板を除去し、微多孔膜を得る。
(2) Porous process (S02):
Next, a non-woven fabric as a base material layer is placed on a smooth coating table such as a glass plate or a stainless steel plate, and the raw material liquid is applied thereon. In addition, you may apply | coat directly on them, using a glass plate etc. as a support body, without placing a nonwoven fabric etc., In that case, it becomes a microporous film without a base material layer. Moreover, it is preferable to apply | coat so that the thickness after film forming may be 10-500 micrometers. Immediately after coating, or after standing for a certain period of time, it is immersed in a non-solvent for the polymer of the material for 3 minutes to 12 hours. When providing the leaving time after application | coating, about 5 to 60 second is preferable. If the standing time is taken longer, the average flow hole diameter becomes larger, but if it is taken too long, pinholes are generated and the effects of the present invention may not be sufficiently obtained. A good solvent and a non-solvent are mixed, and the solubility of the polymer in the good solvent is lowered due to the mixing of the non-solvent, and the polymer is precipitated to cause porosity (non-solvent induced phase separation method (NIPS)).
Specifically, for example, a polyester nonwoven fabric is placed on a glass plate, and the raw material liquid is applied. For the application, a baker applicator, a bar coater, a T die, or the like can be used. After soaking in a non-solvent, the glass plate as a coating stage is removed to obtain a microporous film.

(3)洗浄・乾燥工程(S03):
最後に、得られた微多孔膜を、水を数回入れ替えて洗浄する。一般にDMAcは水よりも蒸発しにくいため、洗浄が不完全だと溶媒(DMAc)が濃縮し、作られた孔構造が再び溶解することがあるため、複数回の洗浄が好ましい。排水量を減らし、洗浄速度を早めるために、洗浄に温水を用いてもよいし、超音波式洗浄機を用いてもよい。洗浄した後、微多孔膜を乾燥してもよい。乾燥は、自然乾燥でもよいし、乾燥速度を速めるために、熱風式乾燥機や遠赤外乾燥機を用いてもよいし、乾燥時の微多孔膜の収縮やうねりを防ぐため、ピンテンター式乾燥機としてもよい。
(3) Cleaning / drying step (S03):
Finally, the obtained microporous membrane is washed by changing water several times. In general, DMAc is less likely to evaporate than water, and therefore, if the cleaning is incomplete, the solvent (DMAc) is concentrated and the created pore structure may be dissolved again. In order to reduce the amount of drainage and increase the washing speed, warm water may be used for washing, or an ultrasonic washing machine may be used. After washing, the microporous membrane may be dried. Drying may be natural drying, a hot-air dryer or a far-infrared dryer may be used to increase the drying speed, and pintenter drying is used to prevent shrinkage and undulation of the microporous membrane during drying. It is good also as a machine.

多孔化工程(S02)のとおり、製膜時には基材層を備えてもよい。基材層を備えると、浸漬時にポリマーの収縮が抑制されるため、基材層を備えない場合と比較して十分な空隙を有する表面層を得ることができる。または、原料液の塗布の際に原料液が不用意に流れ出すのを防ぐこともできる。これは、特に粘性の低い原料液の場合に有効である。さらに、基材層は濾過の際の補強材として機能し、膜がより濾過圧に耐えられるようになる。基材層としては、抄紙、カード法、スパンボンド法やメルトブロー法などで得られた不織布、織布、多孔質板などを用いることができ、その素材にはポリエステル、ポリオレフィン、セラミック、セルロースなどを用いることができる。中でも、柔軟性、軽量性、強度、耐熱性などのバランスに優れることから、ポリエステル製不織布が好ましい。なお、不織布を用いる場合、その目付は15〜150g/mの範囲が好ましく、30〜70g/mの範囲がさらに好ましい。目付が15g/mを上回ると、基材層を設けた効果が十分に得られる。また、目付が150g/mを下回ると、折り曲げや熱接着などの後加工がし易くなる。 As in the porosification step (S02), a base material layer may be provided during film formation. When the base material layer is provided, shrinkage of the polymer is suppressed at the time of immersion, so that a surface layer having sufficient voids can be obtained as compared with the case where the base material layer is not provided. Alternatively, the raw material liquid can be prevented from inadvertently flowing out during the application of the raw material liquid. This is particularly effective in the case of a raw material liquid having a low viscosity. Furthermore, the base material layer functions as a reinforcing material at the time of filtration, so that the membrane can more withstand the filtration pressure. As the base material layer, non-woven fabrics, woven fabrics, porous boards, etc. obtained by paper making, carding, spunbonding, melt blowing, etc. can be used, and the materials include polyester, polyolefin, ceramic, cellulose, etc. Can be used. Of these, a polyester nonwoven fabric is preferred because of its excellent balance of flexibility, lightness, strength, heat resistance, and the like. In the case of using a nonwoven fabric, the basis weight is preferably in the range of 15~150g / m 2, more preferably in the range of 30~70g / m 2. When the basis weight exceeds 15 g / m 2 , the effect of providing the base material layer is sufficiently obtained. On the other hand, when the basis weight is less than 150 g / m 2 , post-processing such as bending and heat bonding becomes easy.

以上のとおり、本発明のメンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜は、表面層が均質の球状体と線状の結合材による3次元網目構造を有するため、表面層の孔の大きさや孔径が揃っており、高い透過性(例えば高通水性、高通液性)を実現することができる。すなわち、孔の大きさや形がより均一であるため、孔径分布のより狭い膜となり、粒子阻止率を保ちつつ従来にない透過性を得ることができる。さらに、膜材料としてポリフッ化ビニリデン系樹脂を用いているため、優れた耐薬品性、高い耐熱温度(〜120℃)を有することができる。なお、本発明の微多孔膜は、平膜であっても、中空糸膜であってもよい。本発明のメンブレンバイオリアクターに使われる微多孔膜を平膜とした場合には、一般の平膜と比べて、膜の目詰まりを表面洗浄しやすいという利点がある。また、本発明の微多孔膜を中空糸膜とした場合には、一般の中空糸膜と比べて逆洗の効果が出やすいという利点がある。   As described above, since the microporous membrane used in the membrane bioreactor of the present invention has a three-dimensional network structure with a homogeneous spherical body and a linear binder, the pore size and pore diameter of the surface layer are uniform. Therefore, high permeability (for example, high water permeability and high liquid permeability) can be realized. That is, since the size and shape of the pores are more uniform, a membrane with a narrower pore size distribution is obtained, and unprecedented permeability can be obtained while maintaining the particle blocking rate. Furthermore, since a polyvinylidene fluoride resin is used as the film material, it can have excellent chemical resistance and high heat resistance (˜120 ° C.). The microporous membrane of the present invention may be a flat membrane or a hollow fiber membrane. When the microporous membrane used in the membrane bioreactor of the present invention is a flat membrane, there is an advantage that the clogging of the membrane can be easily cleaned as compared with a general flat membrane. In addition, when the microporous membrane of the present invention is a hollow fiber membrane, there is an advantage that the effect of backwashing can be easily obtained as compared with a general hollow fiber membrane.

以上のようにして作られた微多孔膜を活性汚泥槽と吸引ポンプを繋ぐ配管の途中に液密に組み込み、吸引ポンプから清澄な濾過水が得られるようにすることで、メンブレンバイオリアクターとする。この組み込み方に特に制限は無いが、着脱が容易なカートリッジにするのが、保守性を上げるなどのために好ましい。例えば平膜状の微多孔膜を使う場合、カートリッジの形状は、平板の内部に空洞部を設け、平板の側面の1箇所と空洞部とを繋ぐ穴を設け、平板両面の表面と空洞部との間を繋ぐ穴を数箇所設け、その平板両面の表面に微多孔膜を液密に貼り付けたものなどが使用できる。メンブレンバイオリアクターの構成例を図8に示す。活性汚泥槽3に、活性汚泥4を入れておく。メンブレンバイオリアクターカートリッジ数枚を接続してメンブレンバイオリアクターユニット5とし、活性汚泥槽3に入れる。この例では、メンブレンバイオリアクターユニット5を2台入れている。それぞれのメンブレンバイオリアクターユニット5に、吸引ポンプ6、流量計7を接続する。メンブレンバイオリアクターユニット5と吸引ポンプ6の間に圧力計8を接続して、膜の差圧を読み取る。そして、汚水供給ポンプ9を使って活性汚泥槽3に汚水を投入する。   A membrane bioreactor is obtained by incorporating the microporous membrane made as described above in a liquid-tight manner in the pipe connecting the activated sludge tank and the suction pump so that clear filtered water can be obtained from the suction pump. . Although there is no particular limitation on the method of assembling, it is preferable to use a cartridge that can be easily attached and detached in order to improve maintainability. For example, when a flat membrane-like microporous membrane is used, the cartridge is shaped by providing a cavity inside the flat plate, providing a hole connecting one side of the flat plate and the cavity, There may be used a plurality of holes that connect the two, and a microporous film adhered on both surfaces of the flat plate in a liquid-tight manner. A configuration example of the membrane bioreactor is shown in FIG. The activated sludge 4 is put in the activated sludge tank 3. Several membrane bioreactor cartridges are connected to form a membrane bioreactor unit 5 and placed in the activated sludge tank 3. In this example, two membrane bioreactor units 5 are inserted. A suction pump 6 and a flow meter 7 are connected to each membrane bioreactor unit 5. A pressure gauge 8 is connected between the membrane bioreactor unit 5 and the suction pump 6 to read the differential pressure of the membrane. Then, sewage is introduced into the activated sludge tank 3 using the sewage supply pump 9.

以下に、実施例等を参照して本発明をさらに詳細に説明する。しかし、これらの記載により本発明の範囲が限定されることはない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and the like. However, the scope of the present invention is not limited by these descriptions.

〔使用した部材等〕
ポリエチレングリコール600(重量平均分子量600)には和光純薬工業(株)製の試薬1級を、ジメチルアセトアミドには和光純薬工業(株)製の試薬特級をそのまま用いた。
ポリフッ化ビニリデンにはアルケマ製ポリフッ化ビニリデン「カイナーHSV900」(重量平均分子量80万、数平均分子量54万)を用いた。
基材層としてのポリエステル不織布には、日本バイリーン製H1007(目付70g/m)を用いた。
ガラス板は、大きさ50cm×120cmのものを用いた。
水は、ミリポア製「DirectQ UV」(商品名)で製造した比抵抗値18MΩ・cm以上の超純水を用いた。
[Used materials]
The reagent grade 1 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used for polyethylene glycol 600 (weight average molecular weight 600), and the reagent special grade manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as it was for dimethylacetamide.
As the polyvinylidene fluoride, Arkema polyvinylidene fluoride “Kyner HSV900” (weight average molecular weight 800,000, number average molecular weight 540,000) was used.
H1007 (weight per unit area: 70 g / m 2 ) manufactured by Japan Vilene was used for the polyester nonwoven fabric as the base material layer.
A glass plate having a size of 50 cm × 120 cm was used.
As the water, ultrapure water having a specific resistance value of 18 MΩ · cm or more manufactured by “DirectQ UV” (trade name) manufactured by Millipore was used.

〔評価方法〕
実施例および比較例で得られた微多孔膜の物性値は下記の方法にて測定した。
1)ポリマーの平均分子量
数平均分子量、重量平均分子量は、ポリマーをジメチルホルムアミド(DMF)に溶解し、カラムとしてShodex Asahipak KF−805Lを用いて、DMFを展開剤としてゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)法により測定し、ポリスチレン換算することにより求めた。
〔Evaluation method〕
The physical property values of the microporous membranes obtained in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.
1) Average molecular weight of polymer The number average molecular weight and weight average molecular weight were determined by dissolving the polymer in dimethylformamide (DMF), using Shodex Asahipak KF-805L as a column, and using gel permeation chromatography (GPC) method with DMF as a developing agent. It was determined by measuring and converting to polystyrene.

2)表面層の厚み、支持層の厚み
図7に示すとおり、得られた微多孔膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で写真撮影し、この写真を画像解析して、表面からマクロボイドが発生するまでの長さを「表面層の厚み」、微多孔膜全体の厚みから表面層の厚みを引いた値を「支持層の厚み」とした。
2) Thickness of surface layer and thickness of support layer As shown in FIG. 7, a cross section of the obtained microporous film was photographed with a scanning electron microscope (SEM), and this photograph was image-analyzed. The length of the surface layer was defined as “surface layer thickness”, and the value obtained by subtracting the thickness of the surface layer from the total thickness of the microporous membrane was defined as “support layer thickness”.

3)平均流孔径
平均流孔径は、PMI社製「Capillary Flow Porometer CFP−1200AEX」を用い、ASTM F316−86に準じて求めた。
3) Average flow hole diameter The average flow hole diameter was determined according to ASTM F316-86 using "Capillary Flow Porometer CFP-1200AEX" manufactured by PMI.

4)純水透過流束
得られた微多孔膜を直径25mmに切り取り、有効濾過面積3.5cmのフィルターシートホルダーにセットし、濾過圧力50kPaで加圧して超純水を5mL通水させ、通水に要する時間を測定した。流束を下記式(1)により求めた。
流束(10−9/m/Pa/sec)=通水量(m)÷有効濾過面積(m)÷濾過圧力(Pa)÷時間(sec) ・・・(1)
4) Pure water permeation flux The obtained microporous membrane was cut to a diameter of 25 mm, set in a filter sheet holder having an effective filtration area of 3.5 cm 2 , and pressurized with a filtration pressure of 50 kPa to allow 5 mL of ultrapure water to pass through. The time required for passing water was measured. The flux was determined by the following formula (1).
Flux (10 −9 m 3 / m 2 / Pa / sec) = Water flow rate (m 3 ) ÷ Effective filtration area (m 2 ) ÷ Filtration pressure (Pa) ÷ Time (sec) (1)

5)球状体の数、平均粒径、度数分布
微多孔膜の表面層表面を、走査型電子顕微鏡で、倍率2万倍で写真撮影した。そして、図3に示すとおり、写真中央の縦4μm×横6μmの領域に中心部を有する球状体について、球状体の外周を、その周囲の孔が含まれないような最大直径の真円や楕円で囲み、その真円や楕円の直径(楕円の場合は長径と短径の平均)を球状体の粒径とした。ただし、接続する線状の結合材の数が3以下のものは、線状の結合材との区別が難しいため、球状体とはみなさなかった。そして、該領域に含まれる全球状体の直径の平均値を、平均粒径とした。また、全球状体の中から、平均粒径の±10%の幅の範囲に含まれる粒子を数え、その数を、球状体の全粒子数で割って、度数分布を求めた。
5) Number of spherical bodies, average particle diameter, frequency distribution The surface layer surface of the microporous membrane was photographed with a scanning electron microscope at a magnification of 20,000 times. Then, as shown in FIG. 3, for a spherical body having a central portion in a vertical 4 μm × horizontal 6 μm region in the center of the photograph, the outer circumference of the spherical body is a perfect circle or ellipse having the maximum diameter that does not include the surrounding holes. The diameter of the perfect circle or ellipse (the average of the major axis and the minor axis in the case of an ellipse) was taken as the particle size of the spherical body. However, since the number of the linear binding materials to be connected is 3 or less is difficult to distinguish from the linear binding materials, it was not regarded as a spherical body. And the average value of the diameter of all the spherical bodies contained in this area | region was made into the average particle diameter. Further, the number distribution of particles within a range of ± 10% of the average particle diameter was counted from all the spherical bodies, and the number was divided by the total number of particles of the spherical body to obtain a frequency distribution.

6)球状体間の中心間距離、度数分布
5)で描いた円に対し、その円に最も近い位置にある別の円との中心間距離をそれぞれ求めた。その中心間距離の平均値を、平均距離とした。また、それぞれの中心間距離の中から、平均距離の±30%の幅の範囲に含まれるものを数え、その数を、球状体の全粒子数で割って、度数分布を求めた。
6) Center-to-center distance between spherical bodies, frequency distribution The center-to-center distance between the circle drawn in 5) and another circle closest to the circle was determined. The average value of the distance between the centers was defined as the average distance. Further, among the distances between the centers, those included in the range of ± 30% of the average distance were counted, and the number was divided by the total number of particles of the spherical body to obtain the frequency distribution.

7)結合材の数、平均長、度数分布
図7に示すとおり、該領域に含まれる球状体の間にある全ての結合材(ただし2つの球状体が複数の結合材で結ばれている場合にはその内の1本のみ)の数と長さを測定し、全結合材の数と平均長を求めた。また、その中から、その平均長の±30%の幅の範囲に含まれる結合材の数を数え、その数を全結合材の数で割って、度数分布を求めた。
7) Number of binders, average length, frequency distribution As shown in FIG. 7, all the binders between the spheres included in the region (when two spheres are connected by a plurality of binders) The number and length of only one of them were measured, and the number and average length of all binders were determined. Moreover, the frequency distribution was calculated | required by counting the number of the binders included in the range of the width | variety of +/- 30% of the average length among them, and dividing the number by the number of all the binders.

8)2次係数
Brookfield社製B型回転粘度計DV−II+Proを用いて、せん断速度を変えながら25℃における溶液粘度を測定し、溶液粘度(単位cP)の逆数に対するせん断速度(単位1/s)を2次関数(Y=aX+bX+c)で相関させた際の2次係数(a、単位(1/s)−2)を求めた。
8) Second-order coefficient Using a Brookfield B-type rotational viscometer DV-II + Pro, the solution viscosity at 25 ° C. was measured while changing the shear rate, and the shear rate relative to the reciprocal of the solution viscosity (unit cP) (unit 1 / s ) With a quadratic function (Y = aX 2 + bX + c), a secondary coefficient (a, unit (1 / s) −2 ) was obtained.

9)表面層、支持層の厚み
微多孔膜の断面を走査型電子顕微鏡で、倍率1000倍で写真撮影した。その画像を解析し、表面層、支持層それぞれの厚みを求めた。
9) Thickness of surface layer and support layer A cross section of the microporous membrane was photographed with a scanning electron microscope at a magnification of 1000 times. The image was analyzed and the thicknesses of the surface layer and the support layer were determined.

10)メンブレンバイオリアクターの耐ファウリング性
メンブレンバイオリアクターの吸引ポンプを、流束が0.9m/m/日となるように運転し、メンブレンバイオリアクターの圧力計を読み取って膜の差圧を記録した。
10) Fouling resistance of membrane bioreactor Operate the suction pump of the membrane bioreactor so that the flux is 0.9 m 3 / m 2 / day, read the pressure gauge of the membrane bioreactor, and read the differential pressure of the membrane Was recorded.

[実施例1]
〔原料液の調製工程〕
ジメチルアセトアミド80重量部に対し、ポリフッ化ビニリデン「カイナーHSV900(重量平均分子量80万)」を10重量部、ポリエチレングリコール10重量部を混合し、90℃で溶解した。それを常温に戻して原料液とした。
〔多孔化工程〕
ガラス板上に、基材層としてのユニチカ製スパンボンド不織布を置き、その上に原料液を、バーコーターを使って厚さ200μmで塗布した。塗布後、直ちに超純水に入れ、膜を多孔化した。超純水を数回入れ替えて洗浄し、その膜を水から出し、乾燥して微多孔膜とした。
[Example 1]
[Preparation process of raw material liquid]
10 parts by weight of polyvinylidene fluoride “Kyner HSV900 (weight average molecular weight 800,000)” and 10 parts by weight of polyethylene glycol were mixed with 80 parts by weight of dimethylacetamide and dissolved at 90 ° C. It was returned to room temperature to obtain a raw material solution.
[Porosification process]
A unitika spunbonded nonwoven fabric as a base material layer was placed on a glass plate, and a raw material solution was applied thereon with a thickness of 200 μm using a bar coater. Immediately after the application, the membrane was put in ultrapure water to make the membrane porous. The ultrapure water was replaced several times for cleaning, and the membrane was taken out of the water and dried to obtain a microporous membrane.

〔カートリッジ形状への加工〕
幅50センチメートル、長さ100センチメートル、厚さ5ミリメートルで、内部に空洞を設けたABS樹脂製の板に、平板両面の表面と空洞部との間を繋ぐ穴を数箇所設け、その平板両面の表面に、両面の合計有効濾過面積が0.8平方メートルとなるよう、微多孔膜を液密に貼り付けた。そして、平板の側面1箇所と空洞部とを繋ぐ穴を設け、その側面1箇所にチューブを接続してカートリッジを作製した。そのカートリッジ10枚が縦に10枚入るメンブレンバイオリアクターユニットを作製し、カートリッジのチューブ10本をまとめて吸引ポンプに接続できるようにした。
[Processing into cartridge shape]
A plate made of ABS resin with a width of 50 centimeters, a length of 100 centimeters, and a thickness of 5 millimeters, with a cavity inside, is provided with several holes that connect the surface of both sides of the flat plate and the cavity, and the flat plate On both surfaces, a microporous membrane was liquid-tightly attached so that the total effective filtration area on both surfaces was 0.8 square meters. And the hole which connects one side of a flat plate and a cavity part was provided, and the tube was connected to the one side of that side, and the cartridge was produced. A membrane bioreactor unit in which 10 cartridges were placed vertically was prepared so that 10 tubes of the cartridge could be connected together to a suction pump.

[比較例1]
微多孔膜に、クボタ製液中膜510型に使われている膜を用いた他は、全て実施例1と同じ方法でメンブレンバイオリアクターユニットを作製した。
[Comparative Example 1]
A membrane bioreactor unit was produced in the same manner as in Example 1 except that the membrane used in Kubota's liquid intermediate membrane 510 was used as the microporous membrane.

〔メンブレンバイオリアクター〕
幅2m、奥行き1m、深さ2mのステンレス製容器に、3立方メートルの活性汚泥を入れて活性汚泥槽とし、その活性汚泥槽に実施例1および比較例1のメンブレンバイオリアクターユニットを1台ずつ入れ、それぞれのユニットに吸引ポンプに接続し、それぞれのユニット下部から曝気して、メンブレンバイオリアクターとした。

Figure 2015160185
[Membrane bioreactor]
An activated sludge tank of 3 cubic meters is put into an activated sludge tank in a stainless steel container having a width of 2 m, a depth of 1 m, and a depth of 2 m. Each unit was connected to a suction pump and aerated from the lower part of each unit to form a membrane bioreactor.

Figure 2015160185

図6に、実施例1の原料液について、溶液粘度(単位cP)の逆数とせん断速度(単位1/s)を2次関数で相関させた際のグラフを示す。本願の3次元網目構造が発現した実施例1の原料液は、せん断速度の低領域において、上側に凸を有する明確な弧を含む曲線を描いた。すなわち、せん断速度40/s以下の領域において、急激に粘度が上がるといった特徴を示した。具体的には、2次係数aが10−8よりも小さい値である原料液から作られた膜に本願の3次元網目構造が発現した。 FIG. 6 shows a graph when the inverse of the solution viscosity (unit cP) and the shear rate (unit 1 / s) are correlated with a quadratic function for the raw material liquid of Example 1. The raw material liquid of Example 1 in which the three-dimensional network structure of the present application was expressed drawn a curve including a clear arc having a convex on the upper side in a low shear rate region. That is, the viscosity rapidly increased in a region where the shear rate was 40 / s or less. Specifically, the three-dimensional network structure of the present application was manifested in a film made from a raw material liquid having a secondary coefficient a smaller than 10 −8 .

表1の「○」は、球状体を有する3次元網目構造が発現したことを示す。「×」は、球状体を有する3次元網目構造を有しないことを示す。   “◯” in Table 1 indicates that a three-dimensional network structure having a spherical body was developed. “X” indicates that there is no three-dimensional network structure having a spherical body.

表2に実施例1の球状体の粒径の特徴を示す。実施例1の微多孔膜が有する表面層は、球状体の平均粒径が0.190μmである。さらに、球状体の62%にあたる112個の球状体は、その粒径が平均粒径の±10%の範囲内に入るものである。

Figure 2015160185

表3に球状体の粒径の度数分布表を示す。粒径は、幅0.05μm(0.15〜0.20μm)内に集中しており、球状体が均一の粒径を有していることがわかる。
Figure 2015160185
Table 2 shows the characteristics of the particle size of the spherical body of Example 1. The surface layer of the microporous membrane of Example 1 has a spherical average particle size of 0.190 μm. Further, 112 spheres corresponding to 62% of the spheres have a particle diameter within a range of ± 10% of the average particle diameter.
Figure 2015160185

Table 3 shows a frequency distribution table of the particle diameters of the spherical bodies. The particle size is concentrated within a width of 0.05 μm (0.15 to 0.20 μm), and it can be seen that the spherical body has a uniform particle size.
Figure 2015160185

表4に実施例1の線状の結合材の特徴を示す。実施例1の微多孔膜が有する表面層は、線状の結合材の平均長が0.219μmである。さらに、結合材の61%にあたる259本の結合材は、その長さが平均長の±30%の範囲内に入っている。

Figure 2015160185

表5に線状の結合材の長さの度数分布表を示す。度数分布は、0.20〜0.25μmの範囲がピークとなるように増加減少しており、結合材の長さが特定の範囲に集中しているのがわかる。
Figure 2015160185

表6に実施例1について、球状体の平均粒径、球状体間の中心間距離の平均距離、結合材の平均長を示す。
Figure 2015160185
Table 4 shows the characteristics of the linear bonding material of Example 1. In the surface layer of the microporous membrane of Example 1, the average length of the linear binder is 0.219 μm. Furthermore, the length of 259 binders, which is 61% of the binder, is in the range of ± 30% of the average length.

Figure 2015160185

Table 5 shows a frequency distribution table of the lengths of the linear binders. The frequency distribution increases and decreases so that the range of 0.20 to 0.25 μm peaks, and it can be seen that the length of the binder is concentrated in a specific range.
Figure 2015160185

Table 6 shows the average particle diameter of the spheres, the average distance between the centers of the spheres, and the average length of the binder for Example 1.
Figure 2015160185

図9は、実施例1と比較例1の耐ファウリング性を比較したものである。図9の横軸は経過時間、縦軸は膜の差圧であり、膜の差圧の経時変化が小さいほど耐ファウリング性が高いことを意味する。50日経過後の差圧は、実施例1が−3キロパスカル、比較例1は−12キロパスカルであり、実施例の方が耐ファウリング性が高いことを示している。
FIG. 9 compares the fouling resistance of Example 1 and Comparative Example 1. The horizontal axis in FIG. 9 is the elapsed time, and the vertical axis is the film differential pressure. The smaller the change in the film differential pressure over time, the higher the fouling resistance. The differential pressure after the lapse of 50 days is -3 kilopascal in Example 1 and -12 kilopascal in Comparative Example 1, indicating that the Example has higher fouling resistance.

本発明の説明に関連して(特に以下の請求項に関連して)用いられる名詞および同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数および複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」および「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム(すなわち「〜を含むが限定しない」という意味)として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されたかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例または例示的な言い回し(例えば「など」)は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中のいかなる言い回しも、本発明の実施に不可欠である、請求項に記載されていない要素を示すものとは解釈されないものとする。   The use of nouns and similar directives used in connection with the description of the invention (especially in connection with the claims below) is not specifically pointed out herein or clearly contradicted by context. , And construed to cover both singular and plural. The phrases “comprising”, “having”, “including” and “including” are to be interpreted as open-ended terms (ie, including but not limited to) unless otherwise specified. The use of numerical ranges in this specification is intended only to serve as a shorthand for referring individually to each value falling within that range, unless otherwise indicated herein. Each value is incorporated into the specification as if it were individually listed herein. All methods described herein can be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context. Any examples or exemplary phrases used herein (eg, “etc.”) are intended only to better describe the invention, unless otherwise stated, and to limit the scope of the invention. is not. No language in the specification should be construed as indicating any non-claimed element as essential to the practice of the invention.

本明細書中では、本発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読んだ上で、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを期待しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で本発明が実施されることを予定している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の内容の修正および均等物をすべて含む。さらに、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、すべての変形における上記要素のいずれの組み合わせも本発明に包含される。   In the present specification, preferred embodiments of the present invention are described, including the best mode known to the inventors for carrying out the invention. Variations of these preferred embodiments will become apparent to those skilled in the art after reading the above description. The present inventor expects skilled workers to apply such modifications as appropriate, and intends to implement the present invention in a manner other than that specifically described herein. . Accordingly, this invention includes all modifications and equivalents of the subject matter recited in the claims appended hereto as permitted by applicable law. Moreover, any combination of the above-described elements in all variations thereof is encompassed by the invention unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context.

1 球状体
2 線状の結合材
1 Spherical body 2 Linear binder

Claims (10)

微多孔膜を分離膜としたメンブレンバイオリアクターであって、
該微多孔膜は、
微孔が形成された表面層を備え;
前記表面層は、複数の球状体を有し、それぞれの前記球状体から複数の線状の結合材が3次元方向に伸びており、
隣接する前記球状体は、前記線状の結合材により互いに接続され、前記球状体を交点とした3次元網目構造を形成した、
メンブレンバイオリアクター。
A membrane bioreactor using a microporous membrane as a separation membrane,
The microporous membrane is
Comprising a surface layer formed with micropores;
The surface layer has a plurality of spherical bodies, and a plurality of linear binders extend from each of the spherical bodies in a three-dimensional direction,
The adjacent spherical bodies are connected to each other by the linear binder, and form a three-dimensional network structure with the spherical bodies as intersections.
Membrane bioreactor.
前記球状体の粒径は、平均粒径の±10%の幅の範囲に45%以上の度数分布を有する、請求項1に記載のメンブレンバイオリアクター。
The membrane bioreactor according to claim 1, wherein the spherical body has a frequency distribution of 45% or more in a range of ± 10% of the average particle diameter.
前記結合材の長さは、平均長の±30%の幅の範囲に35%以上の度数分布を有する、請求項1または請求項2に記載のメンブレンバイオリアクター。
The membrane bioreactor according to claim 1 or 2, wherein the length of the binding material has a frequency distribution of 35% or more in a range of ± 30% of the average length.
前記球状体は、0.05〜0.5μmの平均粒径を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のメンブレンバイオリアクター。
The membrane bioreactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the spherical body has an average particle diameter of 0.05 to 0.5 µm.
前記微多孔膜が、表面層と、前記表面層の微孔よりも大きい空孔が形成された支持層とを備えており、
前記支持層は前記表面層と同じ素材から成り、
前記表面層の厚みは、0.5〜10μmであり、
前記支持層の厚みは、20〜500μmである、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のメンブレンバイオリアクター。
The microporous membrane includes a surface layer and a support layer in which pores larger than the micropores of the surface layer are formed;
The support layer is made of the same material as the surface layer,
The surface layer has a thickness of 0.5 to 10 μm,
The thickness of the support layer is 20 to 500 μm.
The membrane bioreactor according to any one of claims 1 to 4.
前記微多孔膜が、前記支持層を支える基材層を備え、該基材層は前記支持層とは異なる材質から成る、請求項1〜5に記載のメンブレンバイオリアクター。
The membrane bioreactor according to claim 1, wherein the microporous membrane includes a base material layer that supports the support layer, and the base material layer is made of a material different from that of the support layer.
前記微多孔膜の素材が、ポリフッ化ビニリデン系樹脂である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のメンブレンバイオリアクター。
The membrane bioreactor according to any one of claims 1 to 6, wherein a material of the microporous membrane is a polyvinylidene fluoride resin.
前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂を良溶媒に溶解した溶液は、横軸をせん断速度、縦軸を溶液粘度の逆数としたグラフが、上側に凸を有する弧を含む曲線である、
請求項7に記載のメンブレンバイオリアクター。
The solution in which the polyvinylidene fluoride-based resin is dissolved in a good solvent is a curve including an arc having a convex on the upper side, with the horizontal axis representing the shear rate and the vertical axis representing the reciprocal of the solution viscosity.
The membrane bioreactor according to claim 7.
前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂10重量部、ポリエチレングリコール10重量部、およびジメチルアセトアミド80重量部の溶液は、横軸をせん断速度として、縦軸を溶液粘度の逆数としたグラフの、せん断速度40毎秒以下の領域を2次関数で近似でき、
前記2次関数の2次係数は、10−8より小さい、
請求項7または8に記載のメンブレンバイオリアクター。
A solution of 10 parts by weight of the polyvinylidene fluoride resin, 10 parts by weight of polyethylene glycol, and 80 parts by weight of dimethylacetamide has a shear rate of 40 per second or less in a graph in which the horizontal axis is the shear rate and the vertical axis is the reciprocal of the solution viscosity. Can be approximated by a quadratic function,
The quadratic coefficient of the quadratic function is less than 10 −8 ,
The membrane bioreactor according to claim 7 or 8.
前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量(Mw)は、60万〜120万である、請求項7〜9に記載のメンブレンバイオリアクター。   The membrane bioreactor according to claims 7 to 9, wherein the polyvinylidene fluoride resin has a weight average molecular weight (Mw) of 600,000 to 1,200,000.
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