JP2000051671A - スパイラル型分離膜エレメント - Google Patents

スパイラル型分離膜エレメント

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JP2000051671A
JP2000051671A JP10222650A JP22265098A JP2000051671A JP 2000051671 A JP2000051671 A JP 2000051671A JP 10222650 A JP10222650 A JP 10222650A JP 22265098 A JP22265098 A JP 22265098A JP 2000051671 A JP2000051671 A JP 2000051671A
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separation membrane
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spiral
membrane element
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Masaaki Ando
雅明 安藤
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/107—Specific properties of the central tube or the permeate channel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14—Specific spacers
    • B01D2313/146—Specific spacers on the permeate side

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分離膜の透過液流路材の溝部への陥没の防止
および分離膜の変形の抑制により、流路抵抗が低く初期
分離膜性能の維持が可能なスパイラル型分離膜エレメン
トを提供する。 【解決手段】 透過液流路材３は、２枚の透過液流路材
要素１０ａから形成される。透過液流路材要素１０ａの
片面には複数の互いに平行な溝部１２が形成されてお
り、その溝部１２どうしが対向するように２枚の透過液
流路材要素１０ａが重ね合わされる。透過液流路材３の
両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することによ
り袋状膜４を形成し、その袋状膜４の開口部を有孔中空
管からなる集液管５に取り付け、原液流路材６とともに
集液管５の外周面にスパイラル状に巻回することにより
スパイラル型分離膜エレメント１を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体中の成分を膜
分離する逆浸透膜分離装置、限外濾過装置、精密濾過装
置などに用いられるスパイラル型分離膜エレメントに関
する。
【０００２】
【従来の技術】流体に含有する特定成分を分離する濾過
操作に膜モジュールが用いられている。例えば、逆浸透
膜技術として水中の塩分の分離、限外濾過膜技術として
液中に分散している菌体類の分離、精密濾過膜技術とし
て混濁液中の固体濁質成分の分離等が挙げられる。
【０００３】このような濾過用に用いられる膜モジュー
ルとしては、用途や目的に合わせて、スパイラル型、中
空糸型、プレート・アンド・フレーム型、回転平膜型、
平膜積層型など各種形式の膜モジュールが存在する。中
でも、スパイラル型分離膜モジュールは、活性薄膜化が
比較的容易なシート状分離膜を用いており、耐圧性に優
れ、しかも比較的安価に製造できるという利点を有す
る。
【０００４】スパイラル型分離膜モジュールは、スパイ
ラル型分離膜エレメントを圧力容器内に収容してなる。
このスパイラル型分離膜エレメントは、透過液流路材の
両面に分離膜を重ね合わせて３辺を接着することにより
袋状膜を形成し、その袋状膜の開口部を有孔中空管から
なる集液管に取り付け、ネット状の原液流路材とともに
集液管の外周面にスパイラル状に巻回することにより構
成される。
【０００５】スパイラル型分離膜エレメントの一方の端
面から流入した原液は、袋状の分離膜の外部を原液流路
材に沿って流れ、その一部が分離膜を透過して透過液と
なり、透過液流路材に沿って流れた後、集液管内に流れ
込んで集液管の端部から排出される。また、分離膜を透
過しなかった原液は濃縮液としてスパイラル型分離膜エ
レメントの他方の端面から排出される。
【０００６】透過液流路材としては、主にトリコット編
物が用いられている。トリコット編物の溝部を通して透
過液を集液管の側辺まで導き、溝部間の凸部で分離膜を
支える構造となっているため、トリコット編物に強度が
必要である。トリコット編物を強化する方法としてトリ
コット編物にエポキシ樹脂を含浸させて強化する方法
や、特開昭６０−１９００１号に開示されるように高融
点成分および低融点成分からなるフィラメントを用いて
トリコット編物を形成し、そのトリコット編物を熱処理
することにより高融点成分と低融点成分とを溶融固着さ
せて強化する方法などがある。片面に溝部を有するシン
グルトリコット編物はエポキシ樹脂あるいは溶融固着に
より強化させたものが多く、両面に溝部を有するダブル
トリコット編物はエポキシ樹脂で強化させたものが多
い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】通常、分離膜として逆
浸透膜を用いたスパイラル型分離膜エレメントにより溶
液を膜分離するには、対象とする溶液の浸透圧以上の圧
力を付加することが必要となる。使用条件によって異な
るが、通常、原液側には透過液側との差圧が０．５〜１
０ＭＰａ程度になるように圧力が付加される。
【０００８】図３は従来のシングルトリコット編地から
なる透過液流路材の拡大断面図、図４は従来のダブルト
リコット編地からなる透過液流路材の拡大断面図であ
る。
【０００９】図３に示すように、シングルトリコット編
地からなる透過液流路材１０では、透過液流路として互
いに平行な溝部１２が片面に複数形成されている。ま
た、図４に示すように、ダブルトリコット編地からなる
透過液流路材１１では、透過液流路として互いに平行な
溝部１２が両面に複数形成されている。
【００１０】しかし、図３に示す透過液流路材１０を用
いた場合、図５に示すように、運転中は２枚の分離膜２
で挟まれた透過液側流路の圧力が、原液側流路の圧力よ
り低いため、分離膜２が溝部１２に陥没する。また、図
４に示す透過液流路材１１を用いた場合も同様に、図６
に示すように、運転中は分離膜２が溝部１２に陥没す
る。このように、図３の透過液流路材１０または図４の
透過液流路材１１を用いた場合、分離膜２により溝部１
２が閉塞され、流路抵抗が増加するという問題がある。
【００１１】また、原液側流路と透過液側流路の差圧が
大きい状態が長時間続くと、分離膜２の変形を招き、分
離膜２が損傷を受け、分離膜性能が低下するという問題
が発生する。
【００１２】本発明の目的は、分離膜の透過液流路材の
溝部への陥没の防止および分離膜の変形の抑制により、
流路抵抗が低く初期分離膜性能の維持が可能なスパイラ
ル型分離膜エレメントを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係るスパイラル型分離膜エレメントは、透過液流路材
を内部に備えた袋状の分離膜が有孔中空管の外周面に巻
回され、透過液流路材に沿って透過液が流動するスパイ
ラル型分離膜エレメントにおいて、透過液流路材の内部
に複数の流路が設けられたものである。
【００１４】本発明に係るスパイラル型分離膜エレメン
トにおいては、透過液流路材の内部に複数の流路が設け
られているので、流路が分離膜によって閉塞されること
がなく、流路抵抗が増加しない。また、分離膜が接する
透過液流路材の面に流路となる溝部が存在しないため、
原液側流路の圧力が透過液側流路の圧力より高くても分
離膜が変形せず、分離膜が損傷を受けない。したがっ
て、初期の分離膜性能の維持が可能となる。
【００１５】複数の流路は、透過液の流動方向に沿って
延びることが好ましい。これにより、流路内の透過液が
速やかに流動できる。そのため、流路抵抗が低くなる。
【００１６】複数の流路は、互いにほぼ平行に延びるこ
とが好ましい。これにより、複数の流路を流れる透過液
が、全て同一方向に流れる。これにより、流路に透過液
を効率的に流すことができる。
【００１７】透過液流路材は、片面に複数の溝部を有す
る２枚の透過液流路材要素を複数の溝部が対向するよう
に重ね合わせることにより形成され、複数の流路は２枚
の透過液流路材要素の対向する複数の溝部により構成さ
れることが好ましい。これにより、透過液流路材要素と
して既存の透過液流路材を用いることができるため、透
過液流路材を容易に作製することができる。
【００１８】２枚の透過液流路材要素の各々は編物から
なることが好ましい。それにより、透過液流路材要素に
溝部を容易に設けることができる。編物がトリコット編
地からなってもよい。この場合、トリコット編地の連続
した直線形状の溝部により、流路抵抗の低い流路を容易
に形成できることができる。
【００１９】複数の流路は、有孔中空管側の側辺から外
周部側の側辺まで連続的に延びていることが好ましい。
この場合、透過液は流路開始点から終点まで障害物のな
い連続した流路を流れる。したがって、流路抵抗が低く
なる。
【００２０】複数の流路が直線形状をしていることが好
ましい。これにより、流路の長さが最短となり、流路抵
抗が低くなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係るスパイラル型
分離膜エレメントの一例を示す一部切欠き斜視図であ
る。
【００２２】図１に示すスパイラル型分離膜エレメント
１は、２枚の透過液流路材要素１０ａからなる透過液流
路材３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着する
ことにより袋状膜４を形成し、その袋状膜４の開口部を
有孔中空管からなる集液管５に取り付け、原液流路材６
とともに集液管５の外周面にスパイラル状に巻回するこ
とにより構成される。
【００２３】透過液流路材要素１０ａには直線的な溝部
１２が設けられており、その溝部１２が集液管５の軸方
向に対し垂直方向に延びるように透過液流路材要素１０
ａが配置される。また、溝部１２は、集液管５側の側辺
から外周部側の側辺まで延びている。
【００２４】図２は図１のスパイラル型分離膜エレメン
トの透過液流路材の拡大断面図である。
【００２５】図２の透過液流路材３は、２枚の透過液流
路材要素１０ａから形成される。透過液流路材要素１０
ａの片面には複数の互いに平行な溝部１２が形成されて
おり、その溝部１２どうしが対向するように２枚の透過
液流路材要素１２が重ね合わされる。このようにして、
透過液流路材３に２つの溝部１２から１つの内部流路１
３が形成される。
【００２６】本例の透過液流路材要素１０ａとしては、
シングルトリコット編物にエポキシ樹脂を含浸させて強
化したものを用いる。シングルトリコット編物の材質と
しては、シングルトリコット編物に付加される圧力に対
して、透過液流路材要素１０ａとして使用可能な形状を
保持し、成分の溶出が少ないものならば、特に限定され
るものではない。例えば、ポリアミド系、ポリエステル
系、ポリアクリロニトリル系、ポリオレフィン系、ポリ
塩化ビニル系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリフルオロエ
チレン系、カーボン等の繊維があげられる。加工のしや
すさ等を考えると、ポリエステル系繊維を用いることが
好ましい。
【００２７】スパイラル型分離膜モジュール（図示せ
ず）を運転時には、図１に示すように、スパイラル型分
離膜エレメント１の一方の端面からスパイラル型分離膜
エレメント１の内部に供給された原液７は原液流路材６
に沿って軸方向に流れ、他方の端面から濃縮液９として
排出される。また、原液７がスパイラル型分離膜エレメ
ント１の内部を流動する過程で、分離膜２を透過した透
過液８は、図２の透過液流路材３の内部に設けられた内
部流路１３を通り、図１の集液管５の内部に流れ込み、
集液管５の端部より排出される。
【００２８】透過液流路材３の内部流路１３は、直接分
離膜２と接しないため、原液側流路の圧力が透過液側流
路の圧力より高くなる逆浸透膜分離操作でも、分離膜２
が透過液の流路を閉塞することがない。したがって、流
路抵抗が増加しない。また、分離膜２が接する部分には
溝部が存在しないため分離膜２が変形しない。そのた
め、分離膜２が損傷を受けることがなく、差圧が大きい
状態が長時間続いた後でも初期分離膜性能を維持でき
る。
【００２９】本例では、内部流路１３が、透過液流路材
要素１０ａの対向する互いに平行な溝部１２により形成
されているので、複数の内部流路１３を流れる透過液が
全て同一方向に流れる。したがって、透過液を効率的に
流すことができる。
【００３０】また、本例では、内部流路１３が集液管５
の軸方向と垂直方向に延びるように透過液流路材３が配
置されているため、内部流路１３の流路抵抗がさらに低
くなる。
【００３１】透過液流路材要素１０ａとして直線的な溝
部を有するトリコット編物を使用しており、その溝部１
２は集液管５側の側辺から外周部側の側辺まで連続的に
延びている。そのため、内部流路１３は透過液の流動開
始点から集液管５側の側辺まで障害物のない最短の流路
となる。したがって、内部流路１３の流路抵抗は低くな
る。
【００３２】透過液流路材要素１０ａとして既在の片面
に溝部を有するシングルトリコット編物を使用できるた
め、透過液流路材３が容易に製作できる。
【００３３】なお、上記の例では、片面に溝部１２を有
する２枚の透過液流路材要素１０ａを重ね合わせること
により内部流路１３を有する透過液流路材３を形成して
いるが、他の方法により内部流路３を有する透過液流路
材を形成してもよい。
【００３４】
【実施例】［実施例１］図２に示す２枚の透過液流路材
要素１０ａからなる透過液流路材３を作製した。その透
過液流路材３の両面に逆浸透膜を配置し、流路抵抗を測
定するため、流路抵抗測定器にセットした。透過液流路
材要素１０ａは、糸径が７０デニール、ウェールが３８
本／インチ、コースが４５本／インチのシングルトリコ
ット編物にエポキシ樹脂を含浸させて形成した。そし
て、温度２５℃で静圧水１〜１０ＭＰａを付加し、流路
抵抗を測定した。
【００３５】［比較例１］実施例１と同様の透過液流路
材要素１０ａを１枚用い、透過液流路材要素１０ａの両
面に逆浸透膜を配置し、流路抵抗測定器にセットした。
そして、実施例１と同じ試験条件にて流路抵抗を測定し
た。
【００３６】
【表１】
【００３７】表１に実施例１および比較例１の流路抵抗
測定結果を示す。実施例１では圧力が上昇しても流路抵
抗はそれほど増加せず、流路材内部の流路は潰れること
なく確保されていることがわかった。これに対し、比較
例１では圧力の上昇に対し、急激に流路抵抗が増加し
た。
【００３８】［実施例２］図２に示す２枚の透過液流路
材要素１０ａからなる透過液流路材３を作製し、透過液
流路材３の一方の面に逆浸透膜を設置した。透過液流路
材要素１０ａは、糸径が７０デニール、ウェールが３８
本／インチ、コースが４５本／インチのシングルトリコ
ット編物にエポキシ樹脂を含浸させて形成した。
【００３９】５．８％の食塩水を９ＭＰａに昇圧し、出
口側の流量を５Ｌ／ｍｉｎ、温度を２５℃、水素イオン
濃度（ｐＨ）を７に設定し逆浸透膜透過実験を行った。
運転開始後６０分での逆浸透膜性能は、阻止率が９９．
７％で透過水量が０．７ｍ3／ｍ2 ／日であった。実験
後の逆浸透膜の表面には透過液流路材への陥没の後が見
られず、損傷も観察されなかった。
【００４０】［比較例２］実施例２の透過液流路材要素
１０ａを１枚用い、透過液流路材要素１０ａの溝部１２
を有する面上に逆浸透膜を設置した。そして実施例２と
同様の条件で逆浸透膜透過実験を行った。
【００４１】運転開始後６０分での逆浸透膜性能は、阻
止率が９９．５％で透過水量が０．５ｍ3 ／ｍ2 ／日で
あった。実験後の逆浸透膜の表面には、透過液流路材の
溝部への陥没の跡があり、膜の損傷が観察された。
【００４２】実施例２と比較例２は同じ逆浸透膜を用い
ており、透過液流路材が異なるだけである。実施例２に
比べ比較例２の運転開始後６０分での阻止率が低いの
は、透過液流路材要素１０ａの溝部１２へ逆浸透膜が陥
没して損傷を受けたことに起因し、透過水量が低いのは
逆浸透膜が溝部１２へ陥没することで透過液の流路を閉
塞し、流路抵抗が増加したためである。
【００４３】以上のように、本発明により分離膜の透過
液流路材の溝部への陥没の防止および分離膜の変形の抑
制ができる。したがって、流路抵抗が低く初期分離膜性
能の維持が可能なスパイラル型分離膜エレメントを提供
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパイラル型分離膜エレメントの
一例を示す一部切欠き斜視図である。
【図２】図１のスパイラル型分離膜エレメントの透過液
流路材の拡大断面図である。
【図３】従来のシングルトリコット編地からなる透過液
流路材の拡大断面図である。
【図４】従来のダブルトリコット編地からなる透過液流
路材の拡大断面図である。
【図５】図３の透過液流路材をスパイラル型分離膜エレ
メントに用いた場合の問題点を説明するための図であ
る。
【図６】図４の透過液流路材をスパイラル型分離膜エレ
メントに用いた場合の問題点を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
１ スパイラル型分離膜エレメント ２ 分離膜 ３ 透過液流路材 ４ 袋状膜 ５ 集液管 １０ａ 透過液流路材要素 １２ 溝部 １３ 内部流路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透過液流路材を内部に備えた袋状の分離
    膜が有孔中空管の外周面に巻回され、前記透過液流路材
    に沿って透過液が流動するスパイラル型分離膜エレメン
    トにおいて、前記透過液流路材の内部に複数の流路が設
    けられたことを特徴とするスパイラル型分離膜エレメン
    ト。
  2. 【請求項２】 前記複数の流路は、透過液の流動方向に
    沿って延びることを特徴とする請求項１記載のスパイラ
    ル型分離膜エレメント。
  3. 【請求項３】 前記複数の流路は、互いにほぼ平行に延
    びることを特徴とする請求項１または２記載のスパイラ
    ル型分離膜エレメント。
  4. 【請求項４】 前記透過液流路材は、片面に複数の溝部
    を有する２枚の透過液流路材要素を前記複数の溝部が対
    向するように重ね合わせることにより形成され、前記複
    数の流路は前記２枚の透過液流路材要素の対向する複数
    の溝部により構成されたことを特徴とする請求項１〜３
    のいずれかに記載のスパイラル型分離膜エレメント。
  5. 【請求項５】 前記２枚の透過液流路材要素の各々は編
    物からなることを特徴とする請求項４記載のスパイラル
    型分離膜エレメント。
  6. 【請求項６】 前記編物がトリコット編地からなること
    を特徴とする請求項５記載のスパイラル型分離膜エレメ
    ント。
  7. 【請求項７】 前記複数の流路は、前記有孔中空管側の
    側辺から外周部側の側辺まで連続的に延びることを特徴
    とする請求項１〜６のいずれかに記載のスパイラル型分
    離膜エレメント。
  8. 【請求項８】 前記複数の流路は直線形状していること
    を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のスパイラ
    ル型分離膜エレメント。
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