JP2015085322A - Separation membrane element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体、気体等の流体に含まれる成分を分離するために使用される分離膜エレメントに関する。 The present invention relates to a separation membrane element used for separating components contained in a fluid such as liquid and gas.
海水およびかん水などに含まれるイオン性物質を除くための技術においては、近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして、分離膜エレメントによる分離法の利用が拡大している。分離膜エレメントによる分離法に使用される分離膜は、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜に分類される。これらの膜は、例えば海水、かん水および有害物を含んだ水などからの飲料水の製造、工業用超純水の製造、並びに排水処理および有価物の回収などに用いられており、目的とする分離成分及び分離性能によって使い分けられている。 In the technology for removing ionic substances contained in seawater, brine, and the like, in recent years, the use of separation methods using separation membrane elements is expanding as a process for saving energy and resources. Separation membranes used in separation methods using separation membrane elements are classified into microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, reverse osmosis membranes, and forward osmosis membranes in terms of their pore sizes and separation functions. These membranes are used, for example, in the production of drinking water from seawater, brackish water and water containing harmful substances, industrial ultrapure water, wastewater treatment and recovery of valuable materials. It is properly used depending on the separation component and separation performance.
分離膜エレメントとしては様々な形態があるが、分離膜の一方の面に原流体を供給し、他方の面から透過流体を得る点では共通している。分離膜エレメントは、束ねられた多数の分離膜を備えることで、１個の分離膜エレメントあたりの膜面積が大きくなるように、つまり１個の分離膜エレメントあたりに得られる透過流体の量が大きくなるように形成されている。分離膜エレメントとしては、用途や目的にあわせて、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、平膜集積型などの各種の形状が提案されている。 There are various types of separation membrane elements, but they are common in that raw fluid is supplied to one surface of the separation membrane and permeate fluid is obtained from the other surface. The separation membrane element includes a large number of bundled separation membranes so that the membrane area per one separation membrane element is increased, that is, the amount of permeate fluid obtained per one separation membrane element is large. It is formed to become. As the separation membrane element, various shapes such as a spiral type, a hollow fiber type, a plate-and-frame type, a rotating flat membrane type, and a flat membrane integrated type have been proposed according to applications and purposes.
例えば、逆浸透ろ過には、スパイラル型分離膜エレメントが広く用いられる。スパイラル型分離膜エレメントは、中心管と、中心管の周囲に巻き付けられた積層体とを備える。
積層体は、原流体を分離膜表面へ供給する供給側流路材、原流体に含まれる成分を分離する分離膜、及び分離膜を透過し供給側流体から分離された透過側流体を中心管へと導くための透過側流路材が積層されることで形成される。スパイラル型分離膜エレメントは、原流体に圧力を付与することができるので、透過流体を多く取り出すことができる点で好ましく用いられている。
For example, spiral separation membrane elements are widely used for reverse osmosis filtration. The spiral separation membrane element includes a center tube and a laminate wound around the center tube.
The laminate includes a supply-side channel material that supplies the raw fluid to the surface of the separation membrane, a separation membrane that separates components contained in the raw fluid, and a permeate-side fluid that permeates the separation membrane and is separated from the supply-side fluid. It is formed by laminating permeation-side flow path materials for leading to The spiral separation membrane element is preferably used in that a large amount of permeated fluid can be taken out because pressure can be applied to the raw fluid.
スパイラル型分離膜エレメントでは、一般的に、原流体の流路を形成させるために、供給側流路材として、主に高分子製のネットが使用される。また、分離膜として、積層型の分離膜が用いられる。積層型の分離膜は、供給側から透過側に積層された、ポリアミドなどの架橋高分子からなる分離機能層、ポリスルホンなどの高分子からなる多孔性樹脂層、ポリエチレンテレフタレートなどの高分子からなる不織布を備える分離膜である。また、透過側流路材としては、分離膜の落ち込みを防き、かつ透過側の流路を形成させる目的で、供給側流路材よりも間隔の細かいトリコットと呼ばれる編み物部材が使用される。 In the spiral type separation membrane element, in general, a polymer net is mainly used as a supply-side flow path material in order to form a flow path of the raw fluid. In addition, a stacked type separation membrane is used as the separation membrane. Laminate type separation membrane consists of a separation functional layer made of a crosslinked polymer such as polyamide, a porous resin layer made of a polymer such as polysulfone, and a nonwoven fabric made of a polymer such as polyethylene terephthalate, which are laminated from the supply side to the permeation side. Is a separation membrane. Further, as the permeation side channel material, a knitted member called a tricot having a smaller interval than the supply side channel material is used for the purpose of preventing the separation membrane from dropping and forming the permeation side channel.
近年、造水コストの低減への要求の高まりから、膜エレメントの高性能化が求められている。例えば、分離膜エレメントの分離性能の向上、および単位時間あたりの透過流体量の増大のために、各流路材等の分離膜エレメント部材の性能向上が提案されている。
具体的には、特許文献１では、ベーンと称されたエラストマーから構成される流路材を分離膜に配置することで、ネットなどの供給側流路材やトリコットなどの透過側流路材を必要としないエレメントが提案されている。特許文献２では、樹脂を分離膜の透過側に配置することで、エレメントの造水量を高めたエレメントが提案されている。
In recent years, high performance of membrane elements has been demanded due to increasing demands for reducing water production costs. For example, in order to improve the separation performance of the separation membrane element and increase the amount of permeated fluid per unit time, it has been proposed to improve the performance of the separation membrane element member such as each flow path material.
Specifically, in
しかし、上記した分離膜エレメントは、長期間にわたり運転を行った際のエレメントの構造安定性が十分とは言えない。経時的な構造安定性が不十分であると、分離除去性能が不安定となり、結果、分離効率が低下してしまう。
そこで、本発明は、特に高い圧力をかけて分離膜エレメントを運転した時の分離除去性能を安定化させることのできる分離膜および分離膜エレメントを提供することを目的とする。
However, the separation membrane element described above cannot be said to have sufficient structural stability of the element when operated for a long period of time. If the structural stability over time is insufficient, the separation and removal performance becomes unstable, resulting in a decrease in separation efficiency.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a separation membrane and a separation membrane element that can stabilize the separation and removal performance when the separation membrane element is operated under a particularly high pressure.
上記目的を達成するため、本発明は次の（１）〜（６）の構成からなる。
（１）集水管と、供給側の面および透過側の面を備えた分離膜本体と前記分離膜本体の前記透過側の面に固着した複数の突起物とを備え、前記集水管の周囲に巻囲される分離膜と、を備える分離膜エレメントであって、前記突起物は、前記分離膜本体の長さ方向に連続して又は実質的に連続して設けられ、前記分離膜本体の幅方向に複数の突起物に亘って連接した連接領域を含むことを特徴とする分離膜エレメント。
（２）集水管と、供給側の面および透過側の面を備えた分離膜本体からなり、前記集水管の周囲に巻囲される分離膜と、前記分離膜の透過側の面に対向するように配置されたシートおよび前記シートに固着された複数の突起物を備える透過側流路材と、を備える分離膜エレメントであって、前記突起物は、前記分離膜本体の長さ方向に連続して又は実質的に連続して設けられ、前記分離膜本体の幅方向に複数の突起物に亘って連接した連接領域を含むことを特徴とする分離膜エレメント。
（３）前記突起物の前記分離膜本体の幅方向に連接した領域の長さが、前記分離膜本体の幅方向の長さの２０％以下であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の分離膜エレメント。
（４）前記突起物の前記分離膜本体の幅方向に連接した領域の幅が、前記分離膜の有効幅の１０〜１００％であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の分離膜エレメント。
（５）前記連接領域の高さが、前記突起物の高さに対して３０％〜１３０％であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の分離膜エレメント。
（６）前記連接領域が、前記分離膜本体の巻回方向の外側端部に設けられていることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の分離膜エレメント。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following configurations (1) to (6).
(1) A water collecting pipe, a separation membrane main body having a supply side surface and a permeation side surface, and a plurality of protrusions fixed to the permeation side surface of the separation membrane main body, around the water collection pipe A separation membrane element, wherein the protrusion is provided continuously or substantially continuously in the length direction of the separation membrane body, and the width of the separation membrane body A separation membrane element comprising a connected region connected in a direction across a plurality of protrusions.
(2) It consists of a water collecting pipe, a separation membrane body provided with a supply side surface and a permeation side surface, and is opposed to a separation membrane that is wrapped around the water collection tube and a permeation side surface of the separation membrane. And a permeation-side flow path member including a plurality of protrusions fixed to the sheet, wherein the protrusions are continuous in the length direction of the separation membrane body. In addition, the separation membrane element includes a connection region that is provided continuously or substantially continuously and is connected across a plurality of protrusions in the width direction of the separation membrane main body.
(3) The length of the region of the protrusion connected in the width direction of the separation membrane body is 20% or less of the length of the separation membrane body in the width direction. The separation membrane element according to 2).
(4) The width of a region connected in the width direction of the separation membrane main body of the protrusion is 10 to 100% of the effective width of the separation membrane, any of (1) to (3) The separation membrane element according to any one of the above.
(5) The separation membrane according to any one of (1) to (4), wherein a height of the connection region is 30% to 130% with respect to a height of the protrusion. element.
(6) The separation membrane element according to any one of (1) to (5), wherein the connection region is provided at an outer end portion in a winding direction of the separation membrane main body.
本発明によって、高効率かつ安定した透過側流路を形成することができ、分離成分の除去性能と高い透過性能を有する高性能、高効率の分離膜エレメントを得ることができる。 According to the present invention, a high-efficiency and stable permeation-side flow path can be formed, and a high-performance, high-efficiency separation membrane element having separation component removal performance and high permeation performance can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
｛第１の実施形態に係る分離膜エレメント｝
〔１．分離膜〕
（１−１）分離膜の概要
分離膜とは、分離膜表面に供給される流体中の成分を分離し、分離膜を透過した透過流体を得ることができる膜である。第１実施形態において、分離膜は、分離膜本体と、該分離膜本体上に固着された複数の突起物とを備える。
{Separation membrane element according to the first embodiment}
[1. Separation membrane)
(1-1) Overview of Separation Membrane A separation membrane is a membrane that can separate components in a fluid supplied to the surface of the separation membrane and obtain a permeated fluid that has permeated the separation membrane. In the first embodiment, the separation membrane includes a separation membrane body and a plurality of protrusions fixed on the separation membrane body.
このような分離膜の例として、第１実施形態の分離膜１は、図１に示すように、分離膜本体２と透過側の透過側流路材として機能する突起物３とを備える。分離膜本体２は、供給側の面２１と透過側の面２２とを備える。
本明細書において、分離膜本体の「供給側の面」とは、分離膜本体の２つの面のうち、原流体が供給される側の表面を意味する。「透過側の面」とは、その逆側の面を意味する。分離膜本体が、図２に示すように、基材２０１及び分離機能層２０３を備える場合は、一般的に、分離機能層２０３側の面が供給側の面２１であり、基材２０１側の面が透過側の面２２である。
As an example of such a separation membrane, as shown in FIG. 1, the
In this specification, the “supply-side surface” of the separation membrane body means a surface on the side to which the raw fluid is supplied, of the two surfaces of the separation membrane body. The “transmission side surface” means the opposite side surface. When the separation membrane main body includes the
突起物３は、分離膜本体２の透過側の面２２上に、透過側流路（流路）５を形成するように設けられている。分離膜１の各部の詳細については後述する。
The
図中にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向軸を示す。ｘ軸を幅方向、ｙ軸を長さ方向と称することがある。図１等に示すように、分離膜本体２は長方形であり、幅方向および長さ方向は、分離膜本体２の外縁に平行である。幅方向を第１方向と称し、長さ方向を第２方向と称することがある。
The x-axis, y-axis, and z-axis direction axes are shown in the figure. The x-axis may be referred to as the width direction and the y-axis may be referred to as the length direction. As shown in FIG. 1 and the like, the separation membrane
（１−２）分離膜本体
＜概要＞
分離膜本体としては、使用方法、目的等に応じた分離性能を有する膜が用いられる。分離膜本体は、単一層によって形成されていてもよいし、分離機能層と基材とを備える複合膜であってもよい。また、図２に示すように、複合膜においては、分離機能層２０３と基材２０１との間に、多孔性支持層２０２が形成されていてもよい。
(1-2) Separation membrane body <Overview>
As the separation membrane body, a membrane having separation performance according to the method of use, purpose and the like is used. The separation membrane body may be formed of a single layer or a composite membrane including a separation functional layer and a substrate. As shown in FIG. 2, in the composite membrane, a
＜分離機能層＞
分離機能層２０３の厚みは具体的な数値に限定されないが、分離性能と透過性能の点で５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましい。特に逆浸透膜、正浸透膜、ナノろ過膜では５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。
分離機能層の厚みは、これまでの分離膜の膜厚測定法に準ずることができる。例えば、分離膜を樹脂により包埋し、それを切断することで超薄切片を作製し、得られた切片に染色などの処理を行う。その後、透過型電子顕微鏡により観察することで、厚みの測定が可能である。また、分離機能層がひだ構造を有する場合、多孔性支持層より上に位置するひだ構造の断面長さ方向に５０ｎｍ間隔で測定し、ひだの数を２０個測定し、その平均から求めることができる。
<Separation function layer>
The thickness of the separation
The thickness of the separation functional layer can be based on the conventional method for measuring the thickness of the separation membrane. For example, the separation membrane is embedded with resin, and an ultrathin section is prepared by cutting the separation membrane, and the obtained section is subjected to processing such as staining. Thereafter, the thickness can be measured by observing with a transmission electron microscope. Further, when the separation functional layer has a pleat structure, measurement can be made at intervals of 50 nm in the cross-sectional length direction of the pleat structure located above the porous support layer, the number of pleats can be measured, and the average can be obtained. it can.
分離機能層は、分離機能および支持機能の両方を有する層であってもよいし、分離機能のみを備えていてもよい。なお、「分離機能層」とは、少なくとも分離機能を備える層を指す。 The separation function layer may be a layer having both a separation function and a support function, or may have only a separation function. The “separation function layer” refers to a layer having at least a separation function.
分離機能層が分離機能および支持機能の両方を有する場合、分離機能層としては、セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルスルホン、またはポリスルホンを主成分として含有する層が好ましく適用される。 When the separation functional layer has both a separation function and a support function, a layer containing cellulose, polyvinylidene fluoride, polyether sulfone, or polysulfone as a main component is preferably applied as the separation functional layer.
なお、本書において、「ＸがＹを主成分として含有する」とは、ＸにおけるＹの含有率が、５０質量％以上であることを意味し、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上、最も好ましくは９５質量％以上である。
また、Ｙに該当する複数の成分が存在する場合は、それら複数の成分の合計量が、上述の範囲を満たせばよい。
In this document, “X contains Y as a main component” means that the Y content in X is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass. % Or more, more preferably 90% by mass or more, and most preferably 95% by mass or more.
In addition, when there are a plurality of components corresponding to Y, the total amount of these components only needs to satisfy the above range.
一方、分離機能層としては、孔径制御が容易であり、かつ耐久性に優れるという点で架橋高分子が好ましく使用される。特に、原流体中の成分の分離性能に優れるという点で、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させてなるポリアミド分離機能層、有機−無機ハイブリッド機能層などが好適に用いられる。これらの分離機能層は、多孔性支持層上でモノマーを重縮合することによって形成可能である。
例えば、分離機能層は、ポリアミドを主成分として含有することができる。このような膜は、公知の方法により、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを界面重縮合することで形成される。例えば、多孔性支持層に多官能アミン水溶液を塗布し、余分なアミン水溶液をエアーナイフなどで除去し、その後、多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒溶液を塗布することで、ポリアミド分離機能層が得られる。
On the other hand, as the separation functional layer, a crosslinked polymer is preferably used in terms of easy control of the pore diameter and excellent durability. In particular, a polyamide separation functional layer obtained by polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide, an organic-inorganic hybrid functional layer, and the like are preferably used in that the separation performance of components in the raw fluid is excellent. These separation functional layers can be formed by polycondensation of monomers on the porous support layer.
For example, the separation functional layer can contain polyamide as a main component. Such a film is formed by interfacial polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide by a known method. For example, by applying a polyfunctional amine aqueous solution to the porous support layer, removing the excess amine aqueous solution with an air knife or the like, and then applying an organic solvent solution containing a polyfunctional acid halide, the polyamide separation functional layer Is obtained.
また、分離機能層は、Ｓｉ元素などを有する有機−無機ハイブリッド構造を有してもよい。有機−無機ハイブリッド構造を有する分離機能層は、例えば、以下の化合物（Ａ）、（Ｂ）：
（Ａ）エチレン性不飽和基を有する反応性基および加水分解性基がケイ素原子に直接結合したケイ素化合物、ならびに
（Ｂ）前記化合物（Ａ）以外の化合物であってエチレン性不飽和基を有する化合物
を含有することができる。具体的には、分離機能層は、化合物（Ａ）の加水分解性基の縮合物ならびに化合物（Ａ）および／または（Ｂ）のエチレン性不飽和基の重合物を含有し
てもよい。すなわち、分離機能層は、
・化合物（Ａ）のみが縮合および／または重合することで形成された重合物、
・化合物（Ｂ）のみが重合して形成された重合物、並びに
・化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）との共重合物
のうちの少なくとも１種の重合物を含有することができる。なお、重合物には縮合物が含まれる。また、化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）との共重合体中で、化合物（Ａ）は加水分解性基を介して縮合していてもよい。
Further, the separation functional layer may have an organic-inorganic hybrid structure containing Si element or the like. Examples of the separation functional layer having an organic-inorganic hybrid structure include the following compounds (A) and (B):
(A) a silicon compound in which a reactive group and a hydrolyzable group having an ethylenically unsaturated group are directly bonded to a silicon atom, and (B) a compound other than the compound (A) and having an ethylenically unsaturated group Compounds can be included. Specifically, the separation functional layer may contain a condensate of the hydrolyzable group of the compound (A) and a polymer of the ethylenically unsaturated group of the compounds (A) and / or (B). That is, the separation functional layer is
A polymer formed by condensation and / or polymerization of only the compound (A),
-The polymer formed by superposing | polymerizing only a compound (B), and-At least 1 sort (s) of polymer of the copolymer of a compound (A) and a compound (B) can be contained. The polymer includes a condensate. In the copolymer of the compound (A) and the compound (B), the compound (A) may be condensed through a hydrolyzable group.
ハイブリッド構造は、公知の方法で形成可能である。ハイブリッド構造の形成方法の一例は次のとおりである。化合物（Ａ）および化合物（Ｂ）を含有する反応液を多孔性支持層に塗布する。余分な反応液を除去した後、加水分解性基を縮合させるためには、加熱処理すればよい。化合物（Ａ）および化合物（Ｂ）のエチレン性不飽和基の重合方法としては、熱処理、電磁波照射、電子線照射、プラズマ照射を行えばよい。重合速度を速める目的で分離機能層形成の際に重合開始剤、重合促進剤等を添加することができる。 The hybrid structure can be formed by a known method. An example of a method for forming a hybrid structure is as follows. A reaction solution containing the compound (A) and the compound (B) is applied to the porous support layer. In order to condense the hydrolyzable group after removing the excess reaction solution, heat treatment may be performed. As a polymerization method of the ethylenically unsaturated groups of the compound (A) and the compound (B), heat treatment, electromagnetic wave irradiation, electron beam irradiation, and plasma irradiation may be performed. For the purpose of increasing the polymerization rate, a polymerization initiator, a polymerization accelerator and the like can be added during the formation of the separation functional layer.
なお、いずれの分離機能層についても、使用前に、例えばアルコール含有水溶液、アルカリ水溶液によって膜の表面を親水化させてもよい。 For any separation functional layer, the surface of the membrane may be hydrophilized with an alcohol-containing aqueous solution or an alkaline aqueous solution, for example, before use.
＜多孔性支持層＞
多孔性支持層２０２は、分離機能層２０３を支持する層であり、多孔性樹脂層とも言い換えられる。
<Porous support layer>
The
多孔性支持層に使用される材料やその形状は特に限定されないが、例えば、多孔性樹脂によって基板上に形成されてもよい。多孔性支持層としては、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂あるいはそれらを混合、積層したものが使用され、化学的、機械的、熱的に安定性が高く、孔径が制御しやすいポリスルホンを使用することが好ましい。 Although the material used for a porous support layer and its shape are not specifically limited, For example, you may form on a board | substrate with porous resin. As the porous support layer, polysulfone, cellulose acetate, polyvinyl chloride, epoxy resin or a mixture and laminate of them is used, and polysulfone with high chemical, mechanical and thermal stability and easy to control pore size. Is preferably used.
多孔性支持層は、分離膜に機械的強度を与え、かつイオン等の分子サイズの小さな成分に対して分離膜のような分離性能を有さない。多孔性支持層の有する孔のサイズおよび孔の分布は特に限定されないが、例えば、多孔性支持層は、均一で微細な孔を有してもよいし、あるいは分離機能層が形成される側の表面からもう一方の面にかけて径が徐々に大きくなるような孔径の分布を有してもよい。また、いずれの場合でも、分離機能層が形成される側の表面で原子間力顕微鏡または電子顕微鏡などを用いて測定された細孔の投影面積円相当径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。特に界面重合反応性および分離機能層の保持性の点で、多孔性支持層において分離機能層が形成される側の表面における孔は、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下の投影面積円相当径を有することが好ましい。 The porous support layer gives mechanical strength to the separation membrane, and does not have separation performance like a separation membrane for components having a small molecular size such as ions. The pore size and pore distribution of the porous support layer are not particularly limited. For example, the porous support layer may have uniform and fine pores, or the side on which the separation functional layer is formed. It may have a pore size distribution such that the diameter gradually increases from the surface to the other surface. In any case, the projected area equivalent circle diameter of the pores measured using an atomic force microscope or an electron microscope on the surface on the side where the separation functional layer is formed is 1 nm or more and 100 nm or less. preferable. Particularly in terms of interfacial polymerization reactivity and retention of the separation functional layer, the pores on the surface on the side where the separation functional layer is formed in the porous support layer preferably have a projected area equivalent circle diameter of 3 nm to 50 nm. .
多孔性支持層の厚みは特に限定されないが、分離膜に強度を与えるため等の理由から、２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上３００μｍ以下である。 The thickness of the porous support layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 20 μm to 500 μm, more preferably 30 μm to 300 μm, for reasons such as giving strength to the separation membrane.
多孔性支持層の形態は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、原子間顕微鏡により観察できる。例えば走査型電子顕微鏡で観察するのであれば、基材から多孔性支持層を剥がした後、これを凍結割断法で切断して断面観察のサンプルとする。このサンプルに白金または白金−パラジウムまたは四塩化ルテニウム、好ましくは四塩化ルテニウムを薄くコーティングして３ｋＶ〜６ｋＶの加速電圧で、高分解能電界放射型走査電子顕微鏡（ＵＨＲ−ＦＥ−ＳＥＭ）で観察する。高分解能電界放射型走査電子顕微鏡は、株式会社日立製作所製Ｓ−９００型電子顕微鏡などが使用できる。得られた電子顕微鏡写真に基づいて、多孔性支持層の膜厚、表面の投影面積円相当径を測定することができる。 The form of the porous support layer can be observed with a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, or an atomic microscope. For example, when observing with a scanning electron microscope, after peeling off the porous support layer from the substrate, it is cut by the freeze cleaving method to obtain a sample for cross-sectional observation. The sample is thinly coated with platinum, platinum-palladium, or ruthenium tetrachloride, preferably ruthenium tetrachloride, and observed with a high-resolution field emission scanning electron microscope (UHR-FE-SEM) at an acceleration voltage of 3 kV to 6 kV. As the high-resolution field emission scanning electron microscope, an S-900 electron microscope manufactured by Hitachi, Ltd. can be used. Based on the obtained electron micrograph, the film thickness of the porous support layer and the projected area equivalent circle diameter of the surface can be measured.
多孔性支持層の厚み、孔径は、平均値であり、多孔性支持層の厚みは、断面観察で厚み方向に直交する方向に２０μｍ間隔で測定し、２０点測定の平均値である。また、孔径は、２００個の孔について測定された、各投影面積円相当径の平均値である。 The thickness and pore diameter of the porous support layer are average values, and the thickness of the porous support layer is measured at intervals of 20 μm in a direction perpendicular to the thickness direction by cross-sectional observation, and is an average value of 20 points. Moreover, a hole diameter is an average value of each projected area circle equivalent diameter measured about 200 holes.
次に、多孔性支持層の形成方法について説明する。多孔性支持層は、例えば、ポリスルホンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以降、ＤＭＦと記載）溶液を、後述する基材、例えば密に織ったポリエステル布あるいは不織布の上に一定の厚さに注型し、それを水中で湿式凝固させることによって、製造することができる。 Next, a method for forming the porous support layer will be described. The porous support layer is formed by casting a solution of polysulfone in N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF), for example, on a substrate to be described later, for example, a densely woven polyester cloth or non-woven cloth, to a certain thickness And can be produced by wet coagulation in water.
多孔性支持層は、”オフィス・オブ・セイリーン・ウォーター・リサーチ・アンド・ディベロップメント・プログレス・レポート”Ｎｏ．３５９（１９６８）に記載された方法に従って形成することができる。なお、所望の形態を得るために、ポリマー濃度、溶媒の温度、貧溶媒は調整可能である。 The porous support layer is “Office of Saleen Water Research and Development Progress Report” no. 359 (1968). In addition, in order to obtain a desired form, the polymer concentration, the temperature of the solvent, and the poor solvent can be adjusted.
例えば、所定量のポリスルホンをＤＭＦに溶解し、所定濃度のポリスルホン樹脂溶液を調製する。次いで、このポリスルホン樹脂溶液をポリエステル布あるいは不織布からなる基材上に略一定の厚さに塗布した後、一定時間空気中で表面の溶媒を除去した後、凝固液中でポリスルホンを凝固させることによって得ることができる。 For example, a predetermined amount of polysulfone is dissolved in DMF to prepare a polysulfone resin solution having a predetermined concentration. Next, this polysulfone resin solution is applied to a substrate made of polyester cloth or nonwoven fabric to a substantially constant thickness, and after removing the surface solvent in the air for a certain period of time, the polysulfone is coagulated in the coagulation liquid. Can be obtained.
＜基材＞
分離膜本体の強度、寸法安定性等の観点から、分離膜本体２は基材２０１を有してもよい。基材としては、強度、凹凸形成能および流体透過性の点で繊維状基材を用いることが好ましい。
<Base material>
From the viewpoint of the strength and dimensional stability of the separation membrane main body, the separation membrane
基材としては、長繊維不織布及び短繊維不織布のいずれも好ましく用いることができる。特に、長繊維不織布は、優れた製膜性を有するので、高分子重合体の溶液を流延した際に、その溶液が過浸透により裏抜けすること、多孔性支持層が剥離すること、さらには基材の毛羽立ち等により膜が不均一化すること、及びピンホール等の欠点が生じることを抑制できる。また、基材が熱可塑性連続フィラメントより構成される長繊維不織布からなることにより、短繊維不織布と比べて、高分子溶液流延時に繊維の毛羽立ちによって起きる不均一化および膜欠点の発生を抑制することができる。さらに、分離膜は、連続製膜されるときに、製膜方向に対し張力がかけられるので、寸法安定性に優れる長繊維不織布を基材として用いることが好ましい。 As a base material, both a long fiber nonwoven fabric and a short fiber nonwoven fabric can be used preferably. In particular, since the long fiber nonwoven fabric has excellent film-forming properties, when the polymer solution is cast, the solution penetrates through the permeation, the porous support layer peels off, and Can suppress the film from becoming non-uniform due to fluffing of the substrate and the like, and the occurrence of defects such as pinholes. In addition, since the base material is made of a long-fiber non-woven fabric composed of thermoplastic continuous filaments, compared to short-fiber non-woven fabrics, it suppresses the occurrence of non-uniformity and film defects caused by fiber fluffing during casting of a polymer solution. be able to. Furthermore, since the separation membrane is tensioned in the film-forming direction when continuously formed, it is preferable to use a long-fiber nonwoven fabric excellent in dimensional stability as a base material.
長繊維不織布は、成形性、強度の点で、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維が、多孔性支持層側の表層の繊維よりも縦配向であることが好ましい。そのような構造によれば、強度を保つことで膜破れ等を防ぐ高い効果が実現されるだけでなく、分離膜に凹凸を付与する際の、多孔性支持層と基材とを含む積層体としての成形性も向上し、分離膜表面の凹凸形状が安定するので好ましい。 In the long-fiber nonwoven fabric, in terms of moldability and strength, it is preferable that the fibers in the surface layer on the side opposite to the porous support layer have a longitudinal orientation than the fibers in the surface layer on the porous support layer side. According to such a structure, not only a high effect of preventing membrane breakage by maintaining strength is realized, but also a laminate comprising a porous support layer and a substrate when imparting irregularities to the separation membrane The moldability is improved, and the uneven shape on the surface of the separation membrane is stabilized, which is preferable.
より具体的には、長繊維不織布の、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度は、０°以上２５°以下であることが好ましく、また、多孔性支持層側表層における繊維配向度との配向度差が１０°以上９０°以下であることが好ましい。 More specifically, the fiber orientation degree in the surface layer on the side opposite to the porous support layer of the long-fiber nonwoven fabric is preferably 0 ° or more and 25 ° or less, and the fiber orientation in the surface layer on the porous support layer side. It is preferable that the degree of orientation difference with respect to the degree is 10 ° to 90 °.
分離膜の製造工程やエレメントの製造工程においては加熱する工程が含まれるが、加熱により多孔性支持層または分離機能層が収縮する現象が起きる。特に連続製膜において張力が付与されていない幅方向において、収縮は顕著である。収縮することにより、寸法安定性等に問題が生じるため、基材としては熱寸法変化率が小さいものが望まれる。不織布において多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度と多孔性支持層側表層における繊維配向度との差が１０°以上９０°以下であると、熱による幅方向の変化を抑制することもでき、好ましい。 The separation membrane manufacturing process and the element manufacturing process include a heating process, but a phenomenon occurs in which the porous support layer or the separation functional layer contracts due to the heating. In particular, the shrinkage is remarkable in the width direction where no tension is applied in continuous film formation. Since shrinkage causes problems in dimensional stability and the like, a substrate having a small rate of thermal dimensional change is desired. In the nonwoven fabric, when the difference between the fiber orientation degree on the surface layer opposite to the porous support layer and the fiber orientation degree on the porous support layer side surface layer is 10 ° or more and 90 ° or less, the change in the width direction due to heat is suppressed. Can also be preferred.
ここで、繊維配向度とは、多孔性支持層を構成する不織布基材の繊維の向きを示す指標である。具体的には、繊維配向度とは、連続製膜を行う際の製膜方向、つまり不織布基材の長手方向と、不織布基材を構成する繊維との間の角度の平均値である。つまり、繊維の長手方向が製膜方向と平行であれば、繊維配向度は０°である。また、繊維の長手方向が製膜方向に直角であれば、すなわち不織布基材の幅方向に平行であれば、その繊維の配向度は９０°である。よって、繊維配向度が０°に近いほど縦配向であり、９０°に近いほど横配向であることを示す。 Here, the fiber orientation degree is an index indicating the direction of the fibers of the nonwoven fabric substrate constituting the porous support layer. Specifically, the fiber orientation degree is an average value of angles between the film forming direction when continuous film formation is performed, that is, the longitudinal direction of the nonwoven fabric base material, and the fibers constituting the nonwoven fabric base material. That is, if the longitudinal direction of the fiber is parallel to the film forming direction, the fiber orientation degree is 0 °. If the longitudinal direction of the fiber is perpendicular to the film forming direction, that is, if it is parallel to the width direction of the nonwoven fabric substrate, the degree of orientation of the fiber is 90 °. Accordingly, the closer to 0 ° the fiber orientation, the longer the orientation, and the closer to 90 °, the lateral orientation.
繊維配向度は以下のように測定される。まず、不織布からランダムに小片サンプル１０個を採取する。次に、そのサンプルの表面を走査型電子顕微鏡で１００〜１０００倍で撮影する。撮影像の中で、各サンプルあたり１０本を選び、不織布の長手方向（縦方向、製膜方向）を０°としたときの角度を測定する。つまり１枚の不織布あたり計１００本の繊維について、角度の測定が行われる。こうして測定された１００本の繊維についての角度から平均値を算出する。得られた平均値の小数点以下第一位を四捨五入して得られる値が、繊維配向度である。 The degree of fiber orientation is measured as follows. First, 10 small piece samples are randomly collected from the nonwoven fabric. Next, the surface of the sample is photographed at 100 to 1000 times with a scanning electron microscope. In the photographed image, 10 samples are selected for each sample, and the angle when the longitudinal direction (longitudinal direction, film forming direction) of the nonwoven fabric is 0 ° is measured. That is, the angle is measured for a total of 100 fibers per nonwoven fabric. An average value is calculated from the angles of 100 fibers thus measured. The value obtained by rounding off the first decimal place of the obtained average value is the fiber orientation degree.
基材の厚みは、基材と多孔性支持層との厚みの合計が、３０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とするのが好ましく、５０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲内となるように設定することが好ましい。 The thickness of the base material is preferably set so that the total thickness of the base material and the porous support layer is within the range of 30 μm to 300 μm, and is preferably within the range of 50 μm to 250 μm.
（１−３）突起物（透過側流路材）
＜概要＞
図３Ａ〜図５Ｂに示すように、分離膜本体２の透過側の面２２には、透過側流路５を形成するように複数の突起物３が設けられる。
「透過側の流路を形成するように設けられる」とは、分離膜が後述の分離膜エレメントに組み込まれたときに、分離膜本体を透過した透過流体が集水管に到達できるように、突起物が形成されていることを意味する。複数の突起物３は、透過側の流路材として機能する。
(1-3) Protrusion (permeation side channel material)
<Overview>
As shown in FIGS. 3A to 5B, a plurality of
“Provided so as to form a permeate-side flow path” means that when the separation membrane is incorporated into a separation membrane element described later, the permeated fluid that has permeated the separation membrane main body can reach the water collecting pipe. It means that an object is formed. The plurality of
突起物は所定幅を有する凸条であり、複数の突起物３が分離膜本体２の透過側の面２２に幅方向に間隙を有して略平行に配置されている。突起物３は、分離膜本体２の透過側の面２２に、分離膜本体２の長さ方向に連続して又は実質的に連続して設けられている。また、分離膜は、突起物が幅方向には連接した領域を含んでいる。
突起物の構成の詳細は以下のとおりである。
The protrusions are ridges having a predetermined width, and the plurality of
The details of the configuration of the protrusion are as follows.
＜突起物の構成成分＞
突起物３は、分離膜本体２とは異なる素材で形成されることが好ましい。異なる素材とは、分離膜本体２で使用される材料とは異なる組成を有する材料を意味する。特に、突起物３の組成は、分離膜本体２のうち、突起物３が形成される面、すなわち透過側の面２２の組成とは異なることが好ましく、分離膜本体２を形成するいずれの層の組成とも異なることがより好ましい。
<Constituent components of protrusion>
The
突起物を構成する成分としては特に限定されないが、樹脂が好ましく用いられる。具体的には、耐薬品性の点で、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンや共重合ポリオレフィンなどが好ましく、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などのポリマーも選択でき、これらを単独もしくは２種類以上からなる混合物として用いることができる。特に、熱可塑性樹脂は成形が容易であるため、均一な形状の突起物を形成することができる。 Although it does not specifically limit as a component which comprises a protrusion, Resin is used preferably. Specifically, from the viewpoint of chemical resistance, polyolefins such as ethylene vinyl acetate copolymer resin, polyethylene, and polypropylene, and copolymerized polyolefins are preferable, and polymers such as urethane resins and epoxy resins can be selected. It can be used as a mixture comprising two or more types. In particular, since a thermoplastic resin is easy to mold, a projection having a uniform shape can be formed.
＜突起物形状および配置＞
＜＜概要＞＞
従来広く用いられているトリコットは編み物であり、立体的に交差した糸で構成されている。つまり、トリコットは、二次元的に連続した構造を有している。このようなトリコットが流路材として適用された場合、流路の高さはトリコットの厚みよりも小さくなる。
すなわち、トリコットの厚みの全てを流路の高さとして利用することはできない。
これに対して、本発明の構成の例として、図１等に示す突起物３は、互いに重ならないように配置されている。よって、本実施形態の突起物３の高さ（つまり厚み）は全て、流路の透過側流路の高さとして活用される。よって、本実施形態の突起物３が適用された場合、突起物３の高さと同じ厚みを有するトリコットが適用された場合よりも、流路は高くなる。つまり、流路の断面積がより大きくなるので、流動抵抗はより小さくなる。
<Projection shape and arrangement>
<< Overview >>
A tricot that has been widely used in the past is a knitted fabric, and is composed of three-dimensionally intersecting yarns. That is, the tricot has a two-dimensionally continuous structure. When such a tricot is applied as a channel material, the height of the channel is smaller than the thickness of the tricot.
That is, the entire thickness of the tricot cannot be used as the height of the flow path.
On the other hand, as an example of the configuration of the present invention, the
また、各図に示した形態では、複数の突起物３が、１つの分離膜本体２上に不連続に固着されている。「不連続」とは、複数の突起物が、間隔を置いて設けられている状態である。つまり、１枚の分離膜中の突起物３を分離膜本体２から剥離すると、互いに分かれた複数の突起物３が得られる。これに対して、ネット、トリコットおよびフィルム等の部材は、分離膜本体２から分離されても、連続した一体の形状を示す。
In the form shown in each drawing, a plurality of
幅方向に不連続な複数の突起物３が設けられていることで、分離膜１は、後述の分離膜エレメント１００に組み込まれたときに、圧力損失を低く抑えることができる。このような構成の一例として、図３Ａおよび図３Ｂでは、突起物３は幅方向において不連続状に形成されており、幅方向に連接した領域（連接領域８）が部分的に存在する。図４では突起物３は幅方向において不連続状に形成され、長さ方向においても突起物３の短手辺部どうしが間隔を有して実質的に連続して配置されている。
By providing the plurality of
そして、分離膜本体２の幅方向に、複数の突起物３に亘って連接した領域（連接領域８）が部分的に設けられている。つまり、分離膜の透過側の面において、幅方向に並ぶように配置された複数の突起物のうち、少なくとも一部が繋がっている。例えば図３Ａでは３本の透過側流路５の幅方向にわたって突起物が設けられていることで、４本の突起物３が幅方向に繋がった連接領域８が形成されている。図３Ｂでは、２本半分の透過側流路５の幅方向にわたって突起物が設けられていることで、３本の突起物３が幅方向に繋がった連接領域８が形成されている。
図３Ａおよび図３Ｂ、並びに図４に示した幅方向における連接領域８は一例であり、異なる位置に配置されていてもよい。
And the area | region (connected area | region 8) connected over the some
The connecting
分離膜は、分離膜エレメントにおいて、長さ方向が巻回方向と一致するように配置されることが好ましい。つまり、図６に示すように、分離膜は、幅方向が集水管６の長手方向に平行であり、長さ方向が集水管６の長手方向に直交するように配置されることが好ましい。
The separation membrane is preferably arranged in the separation membrane element so that the length direction coincides with the winding direction. That is, as shown in FIG. 6, the separation membrane is preferably arranged so that the width direction is parallel to the longitudinal direction of the
図６に示した例では、突起物３は、分離膜本体２の幅方向において不連続に設けられると共に、長さ方向においては、分離膜本体２の一端から他端まで連続するように設けられている。つまり、分離膜エレメント１００に分離膜１が組み込まれたときに、突起物３は、巻回方向における分離膜１の内側端部から外側端部まで連続するように配置される。巻回方向の内側とは、分離膜１において集水管６に近い側であり、巻回方向の外側とは、分離膜１において集水管６から遠い側である。
In the example shown in FIG. 6, the
本発明において突起物が「長さ方向において連続する」とは、図３Ａおよび図３Ｂのように突起物３が途切れることなく設けられている場合と、図４のように、突起物３が途切れる箇所はあるが、突起物３が実質的に連続している場合の両方を包含する。「実質的に連続する」形態とは、好ましくは、長さ方向における突起物の流路幅ｅ（つまり、長さ方向において突起物同士の間隔）が５ｍｍ以下であることを満たす。特に、流路幅ｅは、１ｍｍ以下を満たすことがより好ましく、０．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、長さ方向において並ぶ一列の突起物の先頭から最後尾までに含まれる流路幅ｅの合計値が、１００ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることがより好ましく３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。なお、図３Ａおよび図３Ｂの形態では、流路幅ｅは０（ゼロ）である。
図３Ａおよび図３Ｂのように突起物３が途切れずに設けられている場合、加圧ろ過時に膜落ち込みが抑制される。膜落ち込みとは、膜が流路に落ち込んで流路を狭めることである。
In the present invention, the protrusions are “continuous in the length direction” means that the
When the
図４では、突起物３は、幅方向だけでなく長さ方向においても不連続に設けられている。つまり、起物３は、長さ方向において間隔をおいて設けられている。ただし、上述したように、突起物３が長さ方向において実質的に連続していることで、膜落ち込みが抑制される。また、このように、２つの方向において不連続な突起物３が設けられることで、突起物と流体との接触面積が小さくなるので圧力損失が小さくなる。この形態は、透過側流路５が分岐点を備える構成であるとも言い換えられる。つまり、図４の構成において、透過流体は、透過側流路５を流れながら、突起物３によって分けられ、さらに下流で合流することができる。
In FIG. 4, the
上述したように、図３Ａおよび図３Ｂでは、突起物３が、幅方向において分離膜本体２の一端から他端まで連続するように設けられている。また、図４では幅方向において突起物３は複数の部分に分割されているが、これらの複数の部分が、分離膜本体２の一端から他端まで並ぶように設けられている。
As described above, in FIGS. 3A and 3B, the
突起物が「分離膜本体の一端から他端まで設けられている」とは、突起物が分離膜本体２の縁まで設けられている形態と、縁近傍において突起物が設けられていない領域がある形態との両方を包含する。つまり、突起物は、透過側の流路を形成できる程度に、長さ方向に渡って分布していればよく、分離膜本体において、突起物が設けられない部分があってもよい。例えば、透過側の面における他の分離膜との接着部分には、突起物が設けられる必要はない。また、その他の仕様上または製造上の理由により、分離膜の端部などの一部の箇所に、突起物が配置されない領域が設けられていてもよい。
幅方向においても、突起物３は、分離膜本体の全体にわたってほぼ均等に分布することができる。ただし、長さ方向における分布と同様に、透過側の面における他の分離膜との接着部分には、突起物が設けられる必要はない。また、その他の仕様上または製造上の理由により、分離膜の端部などの一部の箇所に、突起物が配置されない領域が設けられていてもよい。
The projection is “provided from one end of the separation membrane body to the other end” means that the projection is provided up to the edge of the
Also in the width direction, the
＜＜分離膜本体および突起物の寸法＞＞
図３Ａ〜図５Ｂに示すように、ａ〜ｆ、Ｃ、ＤおよびＦは下記値を指す。
ａ：分離膜本体の長さ
ｂ：分離膜本体の幅方向における突起物の間隔
ｃ：幅方向不連続領域における突起物の高さ（突起物と分離膜本体の透過側の面との高さ）
Ｃ：幅方向連続領域における突起物の高さ（突起物と分離膜本体の透過側の面との高さ）
ｄ：突起物の幅
Ｄ：連接領域の幅
ｅ：分離膜本体の長さ方向における突起物の間隔
ｆ：突起物の長さ
Ｆ：連接領域の長さ
<< Dimensions of separation membrane body and protrusions >>
As shown in FIGS. 3A to 5B, a to f, C, D and F indicate the following values.
a: Length of the separation membrane body b: Distance between the projections in the width direction of the separation membrane body c: Height of the projections in the width direction discontinuity region (height between the projection and the permeate side surface of the separation membrane body) )
C: Height of the protrusion in the width direction continuous region (height between the protrusion and the permeate side surface of the separation membrane body)
d: Width of protrusion D: Width of connected region e: Spacing of protrusions in the length direction of the separation membrane body f: Length of protrusion F: Length of connected region
上記の値の測定には、例えば、市販の形状測定システムまたはマイクロスコープなどを用いることができる。各値は、１枚の分離膜において３０箇所以上で測定を行い、それらの値を総和した値を測定総箇所の数で割って平均値を算出することで、求められる。このように、少なくとも３０箇所における測定の結果得られる各値が、上記範囲を満たせばよい。 For example, a commercially available shape measurement system or a microscope can be used to measure the above values. Each value is obtained by performing measurement at 30 or more locations on one separation membrane, and calculating an average value by dividing the sum of these values by the number of measurement total locations. Thus, each value obtained as a result of the measurement at at least 30 locations only needs to satisfy the above range.
（分離膜本体の長さａ）
長さａは、長さ方向における分離膜本体２の一端から他端までの距離である。この距離が一定でない場合、１枚の分離膜本体２において３０箇所以上の位置でこの距離を測定し、平均値を求めることで長さａを得ることができる。
(Length of separation membrane body a)
The length a is the distance from one end of the
（幅方向での突起物の間隔ｂ）
幅方向における突起物３の間隔ｂは、透過側流路５の幅に相当する。１つの断面において１つの透過側流路５の幅が一定でない場合、つまり隣り合う２つの突起物３の側面が平行でない場合は、１つの断面内で、１つの透過側流路５の幅の最大値と最小値の平均値を測定し、その平均値を算出する。図５Ａに示すように、長さ方向に垂直な断面において、突起物３は上が細く下が太い台形状を示す場合、まず、隣接する２つの突起物３の上部間の距離と下部間の距離を測定して、その平均値を算出する。任意の３０箇所以上の断面において、突起物３の間隔を測定して、それぞれの断面において平均値を算出する。そして、こうして得られた平均値の相加平均値をさらに算出することで、間隔ｂが算出される。
(Space b between protrusions in the width direction)
The interval b between the
間隔ｂが大きくなるにつれて圧力損失が小さくなるものの、膜落ち込みが生じやすくなる。逆に間隔ｂが小さいほど膜落ち込みが生じにくくなるが、圧力損失は大きくなる。圧力損失を考慮すると、間隔ｂは０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましく、０．３ｍｍ以上であることが更に好ましい。また、膜落ち込みの抑制という面では、間隔ｂは５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以下が更に好ましく、０．８ｍｍ以下であることが特に好ましい。
これらの上限および下限は任意に組み合わせられる。例えば、間隔ｂは、０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、この範囲であれば、膜落ち込みを抑えながら圧力損失を小さくすることができる。間隔ｂは、より好ましくは、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。
As the distance b increases, the pressure loss decreases, but the film falls easily. Conversely, the smaller the distance b, the less likely the film will drop, but the greater the pressure loss. Considering the pressure loss, the interval b is preferably 0.05 mm or more, more preferably 0.2 mm or more, and further preferably 0.3 mm or more. Further, in terms of suppression of film sagging, the interval b is preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less, still more preferably 2 mm or less, and particularly preferably 0.8 mm or less.
These upper and lower limits can be combined arbitrarily. For example, the interval b is preferably 0.05 mm or more and 5 mm or less, and within this range, the pressure loss can be reduced while suppressing the film sagging. The interval b is more preferably 0.2 mm or more and 3 mm or less, further preferably 0.2 mm or more and 2 mm or less, and particularly preferably 0.3 mm or more and 0.8 mm or less.
（突起物の長さｆ）
突起物の長さｆは、分離膜本体２の長さ方向（つまり第２方向）における突起物３の長さである。長さｆは、１枚の分離膜１内で、３０個以上の突起物３の長さを測定し、その平均値を算出することで求められる。突起物の長さｆは、分離膜本体の長さａ以下であればよい。突起物の長さｆが分離膜本体の長さａと同等のときは、突起物３が分離膜１の巻回方向内側端部から外側端部へ連続的に設けられていることを指す。長さｆは、好ましくは１０ｍｍ以上または２０ｍｍ以上である。長さｆが１０ｍｍ以上であることで、圧力下でも流路が確保される。
(Projection length f)
The length f of the protrusion is the length of the
（連接領域の長さＦ）
連接領域の長さＦは、突起物３の連接領域８における、分離膜本体２の長さ方向（つまり第２方向）の突起物３の長さである。長さＦは、長さｆと同様の手法で測定することができる。
連接領域８の長さＦは、後述する分離膜の長さＬ１の２０％以下であることが好ましく、１０％以下がさらに好ましく、分離膜をネットのような供給側流路材と共に巻回した際に供給側流路材が安定に保持されやすくなり、流体が通過する際に生ずる圧力損失によって分離膜エレメントが望遠鏡（テレスコープ）状に変形して分離性能が低下することを防止することができる。
(Length of connected area F)
The length F of the connection region is the length of the
The length F of the connecting
（突起物の幅ｄ）
突起物３の幅ｄは、次のように測定される。まず、幅方向に垂直な１つの断面において、１つの突起物３の最大幅と最小幅の平均値を算出する。つまり、図５Ａに示すような上部が細く下部が太い突起物３においては、突起物下部の幅と上部の幅を測定し、その平均値を算出する。このような平均値を少なくとも３０箇所の断面において算出し、その相加平均を算出することで、１枚の膜当たりの幅ｄを算出することができる。
(Projection width d)
The width d of the
突起物３の幅ｄは好ましくは０．２ｍｍ以上であり、より好ましくは０．３ｍｍ以上である。幅ｄが０．２ｍｍ以上であることで、分離膜エレメントの運転時に突起物３に圧力がかかっても、突起物の形状を保持することができ透過側流路が安定的に形成される。幅ｄは、好ましくは２ｍｍ以下であり、より好ましくは１．５ｍｍ以下である。幅ｄが２ｍｍ以下であることで、透過側の流路を十分確保することができる。
突起物の幅が長さ方向での突起物の間隔ｂよりも広いことで、突起物にかかる圧力を分散することができる。
突起物３は、その長さがその幅よりも大きくなるように形成されている。このように長い突起物３は「壁状物」とも称される。
The width d of the
When the width of the protrusion is wider than the distance b between the protrusions in the length direction, the pressure applied to the protrusion can be dispersed.
The
（連接領域の幅Ｄ）
連接領域８の幅Ｄとは、図３Ａ、図３Ｂおよび図５Ｂからもわかるとおり、幅方向に不連続な領域では透過側流路である範囲にも突起物３が配置されている領域の幅である。
連接領域８の幅Ｄは、幅ｄと同様の方法で測定することができる。
連接領域８の幅Ｄは、分離膜の有効幅（接着剤などにより分離機能が阻害されない領域）の１０〜１００％であることが好ましく、３０〜９０％であることがさらに好ましい。
突起物３の幅Ｄが本範囲に設定されることで、上述したように、分離膜エレメントがテレスコープ状に変形することを抑制できる。
(Width D of connected area)
As can be seen from FIGS. 3A, 3B, and 5B, the width D of the
The width D of the
The width D of the
By setting the width D of the
（突起物の高さｃ）
突起物の高さｃとは、突起物３の上面と分離膜本体２の表面との差である。図５Ａに示すように、高さｃは、長さ方向に垂直な断面における、突起物３の最も高い部分と分離膜本体の透過側面との高さの差である。すなわち、高さにおいては、基材中に含浸している部分の厚みは考慮しない。高さｃは、３０箇所以上の突起物３について高さを測定し、平均して得られる値である。突起物の高さｃは、同一の平面内における突起物の断面の観察によって得られてもよいし、複数の平面における突起物の断面の観察によって得られてもよい。
高さｃは、エレメントの使用条件および目的などに応じて適宜選択できるが、例えば以下のように設定されてもよい。
(Projection height c)
The height c of the protrusion is a difference between the upper surface of the
The height c can be appropriately selected according to the use condition and purpose of the element, but may be set as follows, for example.
高さｃが大きい方が流動抵抗が小さくなる。よって、高さｃは０．０３ｍｍ以上が好ましく、０．０５ｍｍ以上がより好ましく、０．１ｍｍ以上であることが更に好ましい。その一方で、高さｃが小さい方が、１つのエレメント当たりに充填される膜の数が多くなる。よって、高さｃは、０．８ｍｍ以下が好ましく、０．４ｍｍ以下がより好ましく、０．３２ｍｍ以下であることが更に好ましい。これらの上限および下限は組み合わせ可能であり、例えば、高さｃは、０．０３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることがより好ましく、０．１ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下であることがさらに好ましい。 The larger the height c, the smaller the flow resistance. Therefore, the height c is preferably 0.03 mm or more, more preferably 0.05 mm or more, and still more preferably 0.1 mm or more. On the other hand, the smaller the height c, the larger the number of films filled per element. Therefore, the height c is preferably 0.8 mm or less, more preferably 0.4 mm or less, and still more preferably 0.32 mm or less. These upper and lower limits can be combined. For example, the height c is preferably 0.03 mm or more and 0.8 mm or less, more preferably 0.05 mm or more and 0.4 mm or less, and 0.1 mm More preferably, it is 0.32 mm or less.
また、隣り合う２つの突起物の高さの差ｃが小さいことが好ましい。高さの差が大きいと加圧ろ過時に分離膜の歪みが生じるので、分離膜に欠陥が発生することがある。隣接する２つの突起物材の高さの差は、０．１ｍｍ以下であることが好ましく、０．０６ｍｍ以下であることがより好ましく、０．０４ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
同様の理由から、分離膜に設けられた全ての突起物の最大高さは０．２５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．１ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．０３ｍｍ以下である。
Moreover, it is preferable that the height difference c between two adjacent protrusions is small. If the difference in height is large, the separation membrane is distorted during pressure filtration, so that defects may occur in the separation membrane. The difference in height between two adjacent projection materials is preferably 0.1 mm or less, more preferably 0.06 mm or less, and even more preferably 0.04 mm or less.
For the same reason, the maximum height of all protrusions provided on the separation membrane is preferably 0.25 mm or less, more preferably 0.1 mm or less, and further preferably 0.03 mm or less.
（連接領域の高さＣ）
連接領域８の高さＣとは、幅方向に不連続な領域では透過側流路である範囲に配置された突起物の高さであり、基材中に含浸している部分の厚みは考慮しない。
連接領域８の高さＣは、高さｃと同様の方法で測定することができる。
(Height C of connected area)
The height C of the connecting
The height C of the
連接領域８の高さＣは、エレメントの使用条件および目的などに応じて適宜選択できるが、例えば以下のように設定されてもよい。
連接領域８の高さＣは、突起物の高さｃに対して３０％以上、１３０％以下に設計することで、幅方向に連接した領域と不連続な領域の境界を緩やかにすることができ、実質的な幅が小さくなるため加圧ろ過時の膜落ち込みを小さくすることができる。特に、１００％を超える範囲では膜落ち込みをほぼ完全に抑制することができるが、１つのエレメント当たりに充填される膜の数を多くするためには上限は１３０％が好ましく、さらに好ましくは１１０％とするとよい。これらの上限および下限は組み合わせ可能であり、例えば、高さＣは、高さｃに対して３０％以上１３０％以下であることが好ましく、７０％以上１１０％以下であることがさらに好ましい。
Although the height C of the connection area |
The height C of the
（幅方向に連接した領域の位置）
幅方向に連接した領域の位置は特に限定されないが、後述する封筒状膜を作製する際に用いる接着剤の広がりを抑制する観点から、分離膜エレメントにおける分離膜本体の巻回方向の外側端部に設けることが好ましい。接着剤が配置された領域は分離機能層が閉塞されるため分離機能を発現できず、分離膜エレメントの性能低下につながる。また、巻回時には接着剤が押し広げられるため分離機能が発現する面積、すなわち有効膜面積が低下する傾向にある。
しかしながら、幅方向に連接した領域が分離膜の巻回方向の外側端部に配置されると、その領域に配置された接着剤の広がりを抑制することができ、有効膜面積の低下を抑制できる。
(Position of the area connected in the width direction)
The position of the region connected in the width direction is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing the spread of the adhesive used when producing the envelope-like membrane described later, the outer end portion in the winding direction of the separation membrane body in the separation membrane element It is preferable to provide in. In the region where the adhesive is disposed, the separation function layer is blocked, so that the separation function cannot be exhibited, leading to a decrease in the performance of the separation membrane element. In addition, since the adhesive is pushed and spread during winding, the area where the separation function is expressed, that is, the effective membrane area tends to decrease.
However, when the region connected in the width direction is disposed at the outer end in the winding direction of the separation membrane, the spread of the adhesive disposed in the region can be suppressed, and the reduction in the effective membrane area can be suppressed. .
（長さ方向での流路幅ｅ）
長さ方向における流路幅ｅは、長さ方向において隣り合う突起物３間の最短距離である。図３Ａおよび図３Ｂに示したように、突起物３が長さ方向において分離膜本体２の一端から他端まで（分離膜エレメント内では、巻回方向の内側端部から外側端部まで）連続して設けられている場合、流路幅ｅは０ｍｍである。また、図４に示したように、突起物３が長さ方向において途切れている場合、流路幅ｅは、好ましくは５ｍｍ以下であり、より好ましくは１ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下である。流路幅ｅが上記範囲内であることで、膜落ち込みが生じても膜への機械的負荷が小さく、流路閉塞による圧力損失を比較的小さくすることができる。なお、流路幅ｅの下限は、０ｍｍである。
(Flow path width e in the length direction)
The channel width e in the length direction is the shortest distance between the
（突起物の形状）
突起物の形状は特に限定されないが、流路の流動抵抗を少なくし、透過させた際の流路を安定化させるような形状が選択され得る。これらの点で、分離膜の面方向に垂直ないずれかの断面において、突起物の形状は、直柱状や台形状、曲柱状、あるいはそれらの組み合わせでもよい。
例えば、突起物の断面形状が台形の場合、上底と下底の長さの差が大きすぎると透過側流路幅の広い方で加圧ろ過時の膜落込みが生じやすくなるため、下底の長さに対する上底の長さの比率は０．６以上１．４以下が好ましく、０．８以上１．２以下がより好ましい。
突起物の形状は、流動抵抗を低減する観点から、後述の分離膜面に対して垂直な直柱状であることが好ましい。また、突起物は、高い箇所ほど幅が小さくなるように形成されていてもよいし、逆に高い箇所ほど幅が広くなるように形成されていてもよいし、分離膜表面からの高さによらず、同じ幅を有するように形成されていてもよい。
ただし、加圧ろ過時の突起物潰れが著しくない範囲であれば、突起物の断面において、その上辺が丸みを帯びていてもよい。
(Shape of protrusion)
The shape of the protrusion is not particularly limited, but a shape that reduces the flow resistance of the flow path and stabilizes the flow path when permeated can be selected. In these respects, in any cross section perpendicular to the surface direction of the separation membrane, the shape of the protrusion may be a straight column shape, a trapezoidal shape, a curved column shape, or a combination thereof.
For example, if the cross-sectional shape of the protrusion is trapezoidal, if the difference in length between the upper and lower bases is too large, membrane drop during pressure filtration tends to occur on the wider permeate side channel width. The ratio of the length of the upper base to the length of the bottom is preferably 0.6 or more and 1.4 or less, and more preferably 0.8 or more and 1.2 or less.
From the viewpoint of reducing flow resistance, the shape of the protrusions is preferably a straight column shape perpendicular to the later-described separation membrane surface. In addition, the protrusion may be formed so that the width becomes smaller at a higher portion, or conversely, the protrusion may be formed so that the width becomes wider at a higher portion, or the height from the surface of the separation membrane. However, it may be formed to have the same width.
However, the upper side of the protrusion may be rounded in the cross section of the protrusion as long as the protrusion is not significantly crushed during pressure filtration.
突起物が熱可塑性樹脂であれば、処理温度および選択する熱可塑性樹脂の種類を変更することで、要求される分離特性や透過性能の条件を満足できるように自由に突起物の形状を調整することができる。 If the protrusion is a thermoplastic resin, the shape of the protrusion can be adjusted freely so that the required separation characteristics and permeation performance conditions can be satisfied by changing the processing temperature and the type of thermoplastic resin selected. be able to.
また、突起物の分離膜の平面方向における形状は、例えば、図３Ａ等に示すように直線状であってもよく、曲線状、鋸歯状等波線状、破線状であってもよい。
また、突起物の分離膜の平面方向における形状がや直線状である場合、隣り合う突起物は、互いに略平行に配置されていてもよい。「略平行に配置される」とは、例えば、突起物が分離膜上で交差しないこと、隣り合う２つの突起物の長手方向のなす角度が０°以上３０°以下であること、上記角度が０°以上１５°以下であること、及び上記角度が０°以上５°以下であること等を包含する。
また、突起物の長手方向と集水管の長手方向との成す角度は、６０°以上１２０°以下であることが好ましく、７５°以上１０５°以下であることがより好ましく、８５°以上９５°以下であることがさらに好ましい。突起物の長手方向と集水管の長手方向との成す角度が上記範囲であることで、透過水が効率良く集水管に集められる。
Further, the shape of the separation film in the planar direction of the separation film may be, for example, a straight line as shown in FIG. 3A or the like, and may be a curved line, a sawtooth-like wave line, or a broken line.
Moreover, when the shape of the separation film in the planar direction of the separation membrane is slightly linear, adjacent protrusions may be arranged substantially parallel to each other. “Arranged substantially parallel” means, for example, that the projections do not intersect on the separation membrane, the angle formed by the longitudinal direction of two adjacent projections is 0 ° or more and 30 ° or less, and the angle is It includes that it is 0 ° or more and 15 ° or less, and that the angle is 0 ° or more and 5 ° or less.
Further, the angle formed by the longitudinal direction of the projection and the longitudinal direction of the water collecting pipe is preferably 60 ° or more and 120 ° or less, more preferably 75 ° or more and 105 ° or less, and 85 ° or more and 95 ° or less. More preferably. When the angle formed between the longitudinal direction of the protrusion and the longitudinal direction of the water collecting pipe is within the above range, the permeated water is efficiently collected in the water collecting pipe.
流路を安定して形成するには、分離膜エレメントにおいて分離膜本体が加圧されたときの分離膜本体の落ち込みを抑制できることが好ましい。そのためには、分離膜本体と突起物との接触面積が大きいこと、つまり分離膜本体の面積に対する突起物の面積（分離膜本体の膜面に対する投影面積）が大きいことが好ましい。一方で、圧力損失を低減させるには、流路の断面積が広いことが好ましい。流路の断面とは、流路の長手方向に対して垂直な方向での断面である。分離膜本体と突起物との接触面積を大きく確保しつつ、かつ流路の断面積を広く確保するには、流路の断面形状は凹レンズ状であることが好ましい。また、突起物３は、巻回方向に垂直な方向での断面形状において、幅に変化のない直柱状であってもよい。また、分離膜性能に影響を与えない範囲内であれば、巻回方向に垂直な方向での断面形状において、幅に変化があるような台形状の壁状物、楕円柱、楕円錐、四角錐あるいは半球のような形状であってもよい。
In order to stably form the flow path, it is preferable that the separation membrane body can be prevented from dropping when the separation membrane body is pressurized in the separation membrane element. For this purpose, it is preferable that the contact area between the separation membrane main body and the projection is large, that is, the area of the projection relative to the area of the separation membrane main body (projected area on the membrane surface of the separation membrane main body) is large. On the other hand, in order to reduce pressure loss, it is preferable that the cross-sectional area of a flow path is wide. The cross section of the flow path is a cross section in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the flow path. In order to ensure a large contact area between the separation membrane main body and the protrusion and to ensure a wide cross-sectional area of the flow path, the cross-sectional shape of the flow path is preferably a concave lens shape. Further, the
突起物の形状は、図３Ａ〜図５Ｂに示す形状に限定されるものではない。分離膜本体の透過側の面に、例えばホットメルト法のように、溶融した材料を固着させることで突起物を配置する場合は、処理温度や選択するホットメルト用樹脂の種類を変更することで、要求される分離特性および透過性能の条件を満足できるように、突起物の形状を自由に調整することができる。 The shape of the protrusion is not limited to the shape shown in FIGS. 3A to 5B. When placing protrusions on the permeate side surface of the separation membrane body by fixing a molten material, for example, as in the hot melt method, the processing temperature and the type of hot melt resin to be selected can be changed. The shape of the protrusion can be freely adjusted so that the required separation characteristics and permeation performance conditions can be satisfied.
図３Ａ〜図５Ｂでは、突起物３の平面形状は、長さ方向において直線状である。ただし、突起物３は、分離膜本体２の表面に対して凸であり、かつ分離膜エレメントとしての所望の効果が損なわれない範囲であれば、他の形状に変更可能である。すなわち、突起物の平面方向における形状は、曲線状および波線状等であってもよい。また、１つの分離膜に含まれる複数の突起物が、幅および長さの少なくとも一方が互いに異なるように形成されていてもよい。
3A to 5B, the planar shape of the
（投影面積比）
分離膜本体の透過側の面に対する突起物の投影面積比は、特に透過側流路の流動抵抗を低減し、流路を安定に形成させる点では、０．０３以上０．８５以下であることが好ましく、０．１５以上０．８５以下であることがより好ましく、０．２以上０．７５以下であることがさらに好ましく、０．３以上０．６以下であることが特に好ましい。なお、投影面積比とは、分離膜を５ｃｍ×５ｃｍで切り出し、分離膜の面方向に平行な平面に投影した時に得られる突起物の投影面積を、切り出し面積（２５ｃｍ２）で割った値である。また、この値は、上述の式ｄｆ／（ｂ＋ｄ）（ｅ＋ｆ）で表すこともできる。
(Projected area ratio)
The projected area ratio of the projection to the permeation side surface of the separation membrane body is 0.03 or more and 0.85 or less, particularly in terms of reducing the flow resistance of the permeation side flow path and forming the flow path stably. Is preferably 0.15 or more and 0.85 or less, more preferably 0.2 or more and 0.75 or less, and particularly preferably 0.3 or more and 0.6 or less. The projected area ratio is a value obtained by dividing the projected area of the protrusion obtained when the separation membrane is cut out at 5 cm × 5 cm and projected onto a plane parallel to the surface direction of the separation membrane by the cut-out area (25 cm 2 ). is there. This value can also be expressed by the above-described equation df / (b + d) (e + f).
（欠点率）
分離膜を透過した水は透過側流路５を通過して集水管６に集められる。分離膜において、集水管から遠い領域、つまり巻回方向外側の端部近傍の領域（図６における右側端部に近い領域）を透過した水は、集水管６に向かう間に、巻回方向においてより内側の領域を透過した水と合流し、集水管６へ向かう。よって、透過側流路においては、集水管６から遠い方が、存在する水量が少ない。
そのため、巻回方向外側の端部近傍の領域において、突起物が存在せず、その領域での流動抵抗が高くなっても、エレメント全体の造水量に与える影響は軽微である。同様の理由で、巻回方向外側の端部近傍の領域において、突起物の形成精度が低く、突起物を形成する樹脂が幅方向において連続して塗布されていても、エレメントとしての造水量に与える影響は小さい。この領域において、分離膜本体の面方向（ｘ−ｙ平面）において、隙間無く塗布されている場合も同様である。
(Defect rate)
The water that has permeated through the separation membrane passes through the permeation
Therefore, there is no protrusion in the region near the end on the outer side in the winding direction, and even if the flow resistance in that region increases, the influence on the amount of water produced by the entire element is slight. For the same reason, in the region near the outer end in the winding direction, the formation accuracy of the projections is low, and even if the resin forming the projections is continuously applied in the width direction, the amount of water produced as an element The effect is small. In this region, the same applies to the case where the separation membrane body is applied without a gap in the surface direction (xy plane).
よって、図７に示すように、分離膜本体２の巻回方向外側の端部から突起物３の巻回方向外側の端部までの距離、つまり、分離膜本体２の巻回方向外側端部に設けられ、突起物が形成されていないか、突起物が幅方向に連続するように設けられている領域Ｒ３の長さＬ３が、分離膜全体の長さＬ１（上述の「分離膜本体の長さａ」に相当する。）に対して占める割合は、０％以上３０％以下が好ましく、０％以上１０％以下がより好ましく、０以上３％以下が更に好ましい。この割合を欠点率と称する。
欠点率は、図７では、Ｌ３／Ｌ１×１００で表される。
Therefore, as shown in FIG. 7, the distance from the outer end of the
The defect rate is represented by L3 / L1 × 100 in FIG.
〔２．分離膜エレメント〕
（２−１）概要
図６に示すように、分離膜エレメント１００は、集水管６と、上述したいずれかの構成を備え、集水管６の周囲に巻回された分離膜１を備える。また、分離膜エレメント１００は、図示しない端板等の部材をさらに備える。
[2. Separation membrane element)
(2-1) Overview As shown in FIG. 6, the
（２−２）分離膜
＜概要＞
分離膜１は、集水管６の周囲に巻回されており、幅方向が集水管６の長手方向に沿うように配置される。その結果、分離膜１は、長さ方向が巻回方向に沿うように配置される。
よって、壁状物である突起物３は、分離膜１を構成する分離膜本体の透過側の面２２において、少なくとも集水管６の長手方向に沿って不連続状に配置される。つまり、透過側流路５は、巻回方向において分離膜の外側端部から内側端部まで連続するように形成される。その結果、透過水が集水管の中心パイプへ到達し易く、すなわち流動抵抗が小さくなるので、大きな造水量が得られる。
(2-2) Separation membrane <Overview>
The
Therefore, the
「巻回方向の内側」及び「巻回方向の外側」は、図６に示す通りである。つまり、「巻回方向の内側端部」及び「巻回方向の外側端部」とはそれぞれ、分離膜１において集水管６に近い方の端部、及び遠い方の端部に該当する。
上述したように、突起物は分離膜の縁まで達していなくてもよいので、例えば、巻回方向における封筒状膜の外側端部、及び集水管長手方向における封筒状膜の端部では、突起物が設けられていなくてもよい。
The “inner side in the winding direction” and “outer side in the winding direction” are as shown in FIG. That is, the “inner end portion in the winding direction” and the “outer end portion in the winding direction” correspond to the end portion closer to the
As described above, since the protrusion does not need to reach the edge of the separation membrane, for example, at the outer end portion of the envelope-like membrane in the winding direction and the end portion of the envelope-like membrane in the longitudinal direction of the water collecting tube The thing does not need to be provided.
＜膜リーフおよび封筒状膜＞
図１に示すように、分離膜は、分離膜リーフ４（本書において、単に「リーフ」と称することがある。）を形成する。リーフ４において分離膜１は、供給側の面２１が、図示しない供給側流路材を挟んで他の分離膜７の供給側の面７１と対向するように、配置される。分離膜リーフ４において、互いに向かい合う分離膜の供給側の面の間には供給側流路が形成される。
<Membrane leaf and envelope membrane>
As shown in FIG. 1, the separation membrane forms a separation membrane leaf 4 (sometimes simply referred to as “leaf” in this document). In the leaf 4, the
さらに、２枚の膜リーフ４が重ねられることで、分離膜１と、分離膜１の透過側の面２２に対向する他の膜リーフの分離膜７とが、封筒状膜を形成する。封筒状膜において、向かい合う透過側の面の間は、透過水が集水管６に流れるように、分離膜の長方形状において、巻回方向内側の一辺のみにおいて開放され、他の三辺においては封止される。透過水はこの封筒状膜によって供給水から隔離される。
Further, the two membrane leaves 4 are overlapped, so that the
封止としては、接着剤またはホットメルトなどにより接着されている形態、加熱またはレーザなどにより融着されている形態、およびゴム製シートが挟みこまれている形態が挙げられる。接着による封止は、最も簡便で効果が高いために特に好ましい。
また、分離膜の供給側の面において、巻回方向における内側端部は、折りたたみ又は封止により閉じられている。分離膜の供給側面が、折り畳まれているのではなく封止されていることで、分離膜の端部における撓みが発生しにくい。折り目近傍での撓みの発生が抑制されることで、巻回したときに分離膜間での空隙の発生およびこの空隙によるリークの発生が抑制される。
Examples of the sealing include a form bonded by an adhesive or hot melt, a form fused by heating or laser, and a form in which a rubber sheet is sandwiched. Sealing by adhesion is particularly preferable because it is the simplest and most effective.
In addition, on the surface on the supply side of the separation membrane, the inner end in the winding direction is closed by folding or sealing. Since the supply side surface of the separation membrane is sealed rather than folded, bending at the end of the separation membrane hardly occurs. By suppressing the occurrence of bending in the vicinity of the crease, the generation of voids between the separation membranes and the occurrence of leaks due to the voids are suppressed when wound.
こうしてリークの発生が抑制されることで、封筒状膜の回収率が向上する。封筒状膜の回収率とは、次のように求められる。すなわち、水中で分離膜エレメントのエアリークテスト（air leak test）を行って、リークが発生した封筒状膜数をカウントする。そのカウント結果に基づいて、（エアリークが発生した封筒状膜の数／評価に供した封筒状膜の数）の比率を、封筒状膜の回収率として算出する。 By suppressing the occurrence of leak in this way, the recovery rate of the envelope film is improved. The recovery rate of the envelope-like film is obtained as follows. That is, an air leak test (air leak test) of the separation membrane element is performed in water, and the number of envelope-shaped membranes in which the leak has occurred is counted. Based on the count result, the ratio of (number of envelope films in which air leak has occurred / number of envelope films used for evaluation) is calculated as the recovery rate of the envelope film.
具体的なエアリークテストの方法は、以下のとおりである。分離膜エレメントの中心パイプの端部を封止し、もう一方の端部から空気を注入する。注入された空気は集水管の孔を通過して分離膜の透過側に到達するが、上記のように分離膜の折りたたみが不十分で折り目近傍で撓みが生じたりして空隙が存在すると、空気がその空隙を移動してしまう。その結果、分離膜の供給側へ空気が移動し、分離膜エレメントの端部（供給側）から水中に空気が到達する。このようにエアリークを気泡の発生として確認することができる。 A specific air leak test method is as follows. The end of the central pipe of the separation membrane element is sealed, and air is injected from the other end. The injected air passes through the holes of the water collecting pipe and reaches the permeate side of the separation membrane. Will move through the gap. As a result, the air moves to the supply side of the separation membrane, and the air reaches the water from the end (supply side) of the separation membrane element. Thus, air leak can be confirmed as the generation of bubbles.
折り畳みによって分離膜リーフを形成する場合、リーフが長いほど（つまり元の分離膜が長いほど）分離膜の折りたたみに要する時間は長い。しかし、分離膜の供給側面を、折り畳みでなく封止することで、リーフが長くても製造時間の増大を抑制することができる。 When the separation membrane leaf is formed by folding, the longer the leaf (that is, the longer the original separation membrane), the longer the time required for folding the separation membrane. However, by sealing the supply side surface of the separation membrane instead of folding, an increase in manufacturing time can be suppressed even if the leaf is long.
なお、分離膜リーフおよび封筒状膜において、互いに対向する分離膜（図１における分離膜１，７）は、同じ構成を備えてもよいし、異なる構成を備えてもよい。すなわち、分離膜エレメントにおいて、向かい合う２枚の透過側の面のうち、少なくとも一方に上述の突起物が設けられていればよいので、突起物を備える分離膜と、備えない分離膜とが交互に重ねられていてもよい。ただし、説明の便宜上、分離膜エレメントおよびそれに関係する説明においては、「分離膜」は、突起物を備えない分離膜（たとえば分離膜本体と同じ構成を備える膜）を含む。
透過側の面において、または供給側の面において、互いに対向する分離膜は、２枚の異なる分離膜であってもよいし、１枚の膜が折りたたまれたものであってもよい。
In the separation membrane leaf and the envelope membrane, the separation membranes facing each other (
The separation membranes facing each other on the permeate side surface or the supply side surface may be two different separation membranes, or one membrane folded.
（２−３）透過側流路
上述したように、分離膜１には突起物３を備えている。突起物３によって、封筒状膜の内側、つまり向かい合う分離膜の透過側の面の間には、透過側流路が形成される。
(2-3) Permeation-side flow path As described above, the
（２−４）供給側流路
（流路材）
分離膜エレメント１００は、重なり合う分離膜の供給側の面の間に、分離膜１に対する投影面積比が０を超えて１未満となる流路材を備える（図示せず）。供給側流路材の投影面積比は０．０３以上０．５０以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．１０以上０．４０以下、特に好ましくは、０．１５以上０．３５以下である。投影面積比が０．０３以上０．５０以下であることで、流動抵抗が比較的小さく抑えられる。なお、投影面積比とは、分離膜と供給側流路材を５ｃｍ×５ｃｍで切り出し、供給側流路材を分離膜の面方向に平行な平面に投影した時に得られる投影面積を切り出し面積で割った値である。
(2-4) Supply side channel (channel material)
The
供給側流路材の高さは、後述するように各性能のバランスや運転コストを考慮すると０．５ｍｍを超えて２．０ｍｍ以下が好ましく、０．６ｍｍ以上１．０ｍｍ以下がより好ましい。 As will be described later, the height of the supply-side channel material is preferably more than 0.5 mm and not more than 2.0 mm, more preferably not less than 0.6 mm and not more than 1.0 mm, considering the balance of performance and the operation cost.
供給側流路材の形状は特に限定されず、連続形状を有していてもよいし、不連続な形状を有していてもよい。連続形状を有する流路材としては、フィルムおよびネットといった部材が挙げられる。ここで、連続形状とは、実質的に流路材の全範囲において連続であることを意味する。連続形状には、造水量が低下するなどの不具合が生じない程度に、流路材の一部が不連続となる箇所が含まれていてもよい。また、「不連続」の定義については、透過側の流路材について説明したとおりである。なお、供給側流路材の素材は特に限定されず、分離膜と同素材であっても異素材であってもよい。 The shape of the supply-side channel material is not particularly limited, and may have a continuous shape or a discontinuous shape. Examples of the channel material having a continuous shape include members such as a film and a net. Here, the continuous shape means that it is continuous over the entire range of the flow path material. The continuous shape may include a portion where a part of the flow path material is discontinuous to such an extent that a problem such as a decrease in the amount of water produced does not occur. The definition of “discontinuity” is as described for the passage-side channel material. The material of the supply side channel material is not particularly limited, and may be the same material as the separation membrane or a different material.
（凹凸加工）
また、分離膜供給側に供給側流路材を配置するに代わり、エンボス成形、水圧成形、カレンダ加工といった方法で分離膜の供給側に高さを付与することができる。
エンボス成形法としては、例えばロールエンボス加工などが挙げられ、これを実施する際の圧力や処理温度は、分離膜の融点に応じて適宜決定することができる。例えば分離膜がエポキシ樹脂を含む多孔性支持層を有する場合では、線圧１０ｋｇ／ｃｍ以上６０ｋｇ／ｃｍ以下であることが好ましく、加熱温度４０℃以上１５０℃以下が好ましい。また、ポリスルホン等の耐熱性樹脂を含む多孔性支持層を有する場合、線圧１０ｋｇ／ｃｍ以上７０ｋｇ／ｃｍ以下であることが好ましく、ロール加熱温度７０℃以上１６０℃以下が好ましい。ロールエンボス加工ならばいずれの場合も巻き取り速度１ｍ／分以上２０ｍ／分以下が好ましい。
(Unevenness processing)
Further, instead of disposing the supply-side channel material on the separation membrane supply side, the height can be imparted to the supply side of the separation membrane by a method such as embossing, hydraulic forming, or calendering.
Examples of the embossing method include roll embossing, and the pressure and processing temperature for carrying out this can be appropriately determined according to the melting point of the separation membrane. For example, when the separation membrane has a porous support layer containing an epoxy resin, the linear pressure is preferably 10 kg / cm or more and 60 kg / cm or less, and the heating temperature is preferably 40 ° C. or more and 150 ° C. or less. Moreover, when it has a porous support layer containing heat resistant resins, such as polysulfone, it is preferable that it is 10 kg / cm or more and 70 kg / cm or less of linear pressure, and 70 to 160 degreeC of roll heating temperature is preferable. In any case of roll embossing, a winding speed of 1 m / min to 20 m / min is preferable.
エンボス加工を施す場合、ロールの柄の形状は特に限定されないが、流路の流動抵抗を少なくし、かつ分離膜エレメントに流体を供給、透過させた際の流路を安定化させることが重要である。これらの点で、表面上部から観察した形では、楕円、円、長円、台形、三角形、長方形、正方形、平行四辺形、菱形、不定形があり、立体的には表面上部からの形をそのまま表面方向に賦形したもの、広がる形で賦形したもの、狭める形で賦形したものが用いられる。 When embossing is performed, the shape of the roll handle is not particularly limited, but it is important to reduce the flow resistance of the flow path and stabilize the flow path when supplying and permeating fluid to the separation membrane element. is there. In these respects, there are ellipses, circles, ellipses, trapezoids, triangles, rectangles, squares, parallelograms, rhombuses, and irregular shapes in the shape observed from the upper surface. Those formed in the surface direction, those formed in a widened form, and those formed in a narrowed form are used.
エンボス加工によって付与できる分離膜の供給側表面の高さは、分離特性や水透過性能が要求される条件を満足するように加圧熱処理条件を変更することで自由に調整することができる。しかしながら、分離膜の供給側表面の高さが深すぎると流動抵抗が小さくなるが、エレメント化した場合にベッセルに充填できる膜リーフ数が少なくなる。高さが小さいと流路の流動抵抗が大きくなり、分離特性や水透過性能が低下してしまう。そのため、エレメントの造水能力が低下し、造水量を増加させるための運転コストが高くなる。
従って、上述した各性能のバランスや運転コストを考慮すると、分離膜においては、分離膜の供給側表面の高さは、好ましくは０．５ｍｍを超えて２．０ｍｍ以下であり、０．６ｍｍ以上１．０ｍｍ以下がより好ましい。
The height of the supply side surface of the separation membrane that can be imparted by embossing can be freely adjusted by changing the pressure heat treatment conditions so as to satisfy the conditions that require separation characteristics and water permeation performance. However, if the height of the supply side surface of the separation membrane is too deep, the flow resistance decreases, but the number of membrane leaves that can be filled in the vessel when the element is formed decreases. If the height is small, the flow resistance of the flow path increases, and the separation characteristics and water permeation performance deteriorate. Therefore, the fresh water generation capacity of the element is reduced, and the operation cost for increasing the fresh water generation amount is increased.
Therefore, in consideration of the balance of each performance and the operation cost described above, in the separation membrane, the height of the supply side surface of the separation membrane is preferably more than 0.5 mm and not more than 2.0 mm, and not less than 0.6 mm. 1.0 mm or less is more preferable.
分離膜の供給側表面の高さは、上述した分離膜透過側の高さの場合と同手法で求めることができる。
透過側流路幅は好ましくは０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
The height of the supply side surface of the separation membrane can be obtained by the same method as that of the height on the separation membrane permeation side described above.
The permeate side channel width is preferably 0.2 mm or more and 10 mm or less, more preferably 0.5 mm or more and 3 mm or less.
ピッチは、透過側流路幅の１０分の１倍以上５０倍以下の間で適宜設計するとよい。透過側流路幅とは高さが存在する表面で沈下している部位のことであり、ピッチとは、高さが存在する表面における高い箇所の最も高いところから近接する高い箇所の最も高い箇所までの水平距離のことである。 The pitch may be appropriately designed between 1/10 and 50 times the permeate-side channel width. The permeate-side channel width is the part that sinks on the surface where the height exists, and the pitch is the highest part of the high part that is close to the highest part of the surface where the height exists. It is the horizontal distance to.
エンボス加工によって凸となる部分の投影面積比は、供給側流路材の場合と同様の理由から、０．０３以上０．５以下であることが好ましく、より好ましくは０．１０以上０．４０以下、更に好ましくは、０．１５以上０．３５以下である。
分離膜の面における、「高さ」とは、異素材で形成された流路材が配置されている場合は分離膜本体の表面と流路材の頂点との高さ（つまり流路材の高さ）であり、分離膜本体が凹凸加工されている場合は、凹部と凸部との高さである。
The projected area ratio of the portion that becomes convex by embossing is preferably 0.03 or more and 0.5 or less, more preferably 0.10 or more and 0.40, for the same reason as in the case of the supply-side channel material. Hereinafter, it is more preferably 0.15 or more and 0.35 or less.
In the surface of the separation membrane, the “height” is the height between the surface of the separation membrane body and the apex of the flow path material (that is, the flow path material In the case where the separation membrane main body is processed to be uneven, it is the height of the concave portion and the convex portion.
（２−５）集水管
集水管６は、その中を透過水が流れるように構成されていればよく、材質、形状、大きさ等は特に限定されない。集水管６としては、例えば、図６に示したように、複数の孔（図示せず）が設けられた側面を有する円筒状の部材が用いられる。
(2-5) Water Collection Pipe The
〔３．分離膜エレメントの製造方法〕
（３−１）分離膜本体の製造
分離膜本体の製造方法については上述したが、簡単にまとめると以下のとおりである。
良溶媒に樹脂を溶解し、得られた樹脂溶液を基材にキャストして純水中に浸漬して多孔性支持層と基材を複合させる。その後、上述したように、多孔性支持層上に分離機能層を形成する。さらに、必要に応じて分離性能、透過性能を高めるべく、塩素、酸、アルカリ、亜硝酸などの化学処理を施し、さらにモノマー等を洗浄し分離膜本体の連続シートを作製する。
なお、化学処理の前または後で、エンボス等によって分離膜本体に凹凸を形成してもよい。
[3. Method for manufacturing separation membrane element]
(3-1) Manufacture of separation membrane body The manufacturing method of the separation membrane body has been described above, but it is summarized as follows.
The resin is dissolved in a good solvent, and the resulting resin solution is cast on a substrate and immersed in pure water to combine the porous support layer and the substrate. Thereafter, as described above, a separation functional layer is formed on the porous support layer. Furthermore, chemical treatment such as chlorine, acid, alkali, nitrous acid, etc. is performed to enhance separation performance and permeation performance as necessary, and the monomer is washed to produce a continuous sheet of the separation membrane body.
In addition, before or after the chemical treatment, unevenness may be formed on the separation membrane main body by embossing or the like.
（３−２）突起物（透過側流路材）の配置
分離膜の製造方法は、分離膜本体の透過側の面に、不連続な突起物を設ける工程を備える。この工程は、分離膜製造のどの時点で行われてもよい。例えば、突起物は、基材上に多孔性支持層が形成される前に設けられてもよいし、多孔性支持層が設けられた後であって分離機能層が形成される前に設けられてもよいし、分離機能層が形成された後、上述の化学処理が施される前または後に行われてもよい。
(3-2) Arrangement of Protrusions (Permeation-side Channel Material) The separation membrane manufacturing method includes a step of providing discontinuous protrusions on the permeation-side surface of the separation membrane body. This step may be performed at any time during the manufacture of the separation membrane. For example, the protrusion may be provided before the porous support layer is formed on the base material, or after the porous support layer is provided and before the separation functional layer is formed. Alternatively, after the separation functional layer is formed, it may be performed before or after the above-described chemical treatment is performed.
突起物を配置する方法は、例えば、柔らかな材料を分離膜上に配置する工程と、それを硬化する工程とを備える。具体的には、突起物の配置には、紫外線硬化樹脂、化学重合、ホットメルト、乾燥等が利用される。特に、ホットメルトは好ましく用いられ、具体的には、熱により樹脂等の材料を軟化する（つまり熱溶融する）工程、軟化した材料を分離膜上に配置する工程、この材料を冷却により硬化することで分離膜上に固着させる工程を含む。 The method for arranging the protrusions includes, for example, a step of placing a soft material on the separation membrane and a step of curing it. Specifically, ultraviolet curable resin, chemical polymerization, hot melt, drying, or the like is used for the arrangement of the protrusions. In particular, hot melt is preferably used. Specifically, a step of softening a material such as resin by heat (that is, heat melting), a step of placing the softened material on the separation membrane, and curing the material by cooling. A step of fixing on the separation membrane.
突起物を配置する方法としては、例えば、塗布、印刷、噴霧等が挙げられる。また、使用される機材としては、ノズル型のホットメルトアプリケーター、スプレー型のホットメルトアプリケーター、フラットノズル型のホットメルトアプリケーター、ロール型コーター、押出型コーター、印刷機、噴霧器などが挙げられる。 Examples of the method for arranging the protrusions include coating, printing, spraying, and the like. Examples of the equipment used include a nozzle type hot melt applicator, a spray type hot melt applicator, a flat nozzle type hot melt applicator, a roll type coater, an extrusion type coater, a printing machine, and a sprayer.
（３−３）供給側流路の形成
供給側流路材が、分離膜本体と異なる素材で形成された不連続な部材である場合、供給側流路材の形成には、透過側流路材の形成と同じ方法およびタイミングを適用することができる。
また、分離膜本体との異素材で供給側流路材を形成するのではなく、エンボス成形、水圧成形、カレンダ加工といった方法で分離膜の供給側に高さを付与することもできる。
(3-3) Formation of supply-side flow path When the supply-side flow path material is a discontinuous member formed of a material different from that of the separation membrane main body, the formation of the supply-side flow path material includes a permeation-side flow path. The same methods and timings as the material formation can be applied.
Further, instead of forming the supply-side channel material with a different material from the separation membrane main body, it is possible to give height to the supply side of the separation membrane by methods such as embossing, hydraulic forming, and calendering.
エンボス成形法としては、例えばロールエンボス加工などが挙げられ、これを実施する際の圧力や処理温度は、分離膜の融点に応じて適宜決定することができる。例えば分離膜がエポキシ樹脂を含む多孔性支持層を有する場合では、線圧１０ｋｇ／ｃｍ以上６０ｋｇ／ｃｍ以下であることが好ましく、加熱温度４０℃以上１５０℃以下が好ましい。また、ポリスルホン等の耐熱性樹脂を含む多孔性支持層を有する場合、線圧１０ｋｇ／ｃｍ以上７０ｋｇ／ｃｍ以下であることが好ましく、ロール加熱温度７０℃以上１６０℃以下が好ましい。ロールエンボス加工ならばいずれの場合も巻き取り速度１ｍ／分以上２０ｍ／分以下が好ましい。 Examples of the embossing method include roll embossing, and the pressure and processing temperature for carrying out this can be appropriately determined according to the melting point of the separation membrane. For example, when the separation membrane has a porous support layer containing an epoxy resin, the linear pressure is preferably 10 kg / cm or more and 60 kg / cm or less, and the heating temperature is preferably 40 ° C. or more and 150 ° C. or less. Moreover, when it has a porous support layer containing heat resistant resins, such as polysulfone, it is preferable that it is 10 kg / cm or more and 70 kg / cm or less of linear pressure, and 70 to 160 degreeC of roll heating temperature is preferable. In any case of roll embossing, a winding speed of 1 m / min to 20 m / min is preferable.
エンボス加工を施す場合、ロールの柄の形状は特に限定されないが、流路の圧力損失を少なくし、かつ分離膜エレメントに流体を供給、透過させた際の流路を安定化させることが重要である。これらの点で、表面上部から観察した形では、楕円、円、長円、台形、三角形、長方形、正方形、平行四辺形、菱形、不定形等が採用される。また、立体的には高さの高い箇所ほど幅が小さくなるように形成されていてもよいし、逆に高い箇所ほど幅が広くなるように形成されていてもよいし、高さによらず同じ幅で形成されていてもよい。
エンボス加工によって付与できる分離膜の供給側表面の高さは、分離特性や水透過性能が要求される条件を満足するように加圧熱処理条件を変更することで自由に調整することができる。
When embossing is performed, the shape of the roll handle is not particularly limited, but it is important to reduce the pressure loss of the flow path and stabilize the flow path when supplying and permeating fluid to the separation membrane element. is there. In these respects, an ellipse, a circle, an ellipse, a trapezoid, a triangle, a rectangle, a square, a parallelogram, a rhombus, an indefinite shape, and the like are adopted as the shape observed from the upper surface. In addition, three-dimensionally, it may be formed so that the width becomes smaller as the height is higher, or conversely, it may be formed so that the width becomes wider as the height is higher, regardless of the height. They may be formed with the same width.
The height of the supply side surface of the separation membrane that can be imparted by embossing can be freely adjusted by changing the pressure heat treatment conditions so as to satisfy the conditions that require separation characteristics and water permeation performance.
なお、以上に述べたように、供給側流路の形成が、供給側流路材を分離膜本体に固着することで行われる場合、または膜を凹凸加工することで行われる場合は、これら供給側流路の形成工程が分離膜の製造方法における一工程と見なされてもよい。
供給側流路がネット等の連続的に形成された部材である場合は、分離膜本体に透過側流路材が配置されることで分離膜が製造された後、この分離膜と供給側流路材とを重ね合わせればよい。
As described above, when the supply-side flow path is formed by fixing the supply-side flow path material to the separation membrane main body, or when the supply-side flow path material is formed by roughening the membrane, these supplies are supplied. The step of forming the side channel may be regarded as one step in the separation membrane manufacturing method.
When the supply-side flow path is a continuously formed member such as a net, after the separation membrane is manufactured by arranging the permeation-side flow path material in the separation membrane body, the separation membrane and the supply-side flow are What is necessary is just to overlap with a road material.
（３−４）分離膜リーフの形成
分離膜リーフは、上述したように、供給側の面が内側を向くように分離膜を折りたたむことで形成することされてもよいし、別々の２枚の分離膜を貼り合わせることで形成されてもよい。
(3-4) Formation of separation membrane leaf As described above, the separation membrane leaf may be formed by folding the separation membrane so that the surface on the supply side faces inward, or two separate sheets It may be formed by attaching a separation membrane.
分離膜エレメントの製造方法は、分離膜の巻回方向における内側端部を、供給側の面において封止する工程を備えることが好ましい。封止する工程においては、２枚の分離膜を、互いの供給側の面が向かい合うように重ねる。さらに、重ねられた分離膜の巻回方向における内側端部、つまり図６における左側端部を封止する。
「封止」する方法としては、接着剤またはホットメルトなどによる接着、加熱またはレーザなどによる融着、およびゴム製シートを挟みこむ方法が挙げられる。接着による封止は、最も簡便で効果が高いために特に好ましい。
The manufacturing method of the separation membrane element preferably includes a step of sealing the inner end portion in the winding direction of the separation membrane on the surface on the supply side. In the sealing step, the two separation membranes are overlapped so that the surfaces on the supply side face each other. Further, the inner end in the winding direction of the separated separation membrane, that is, the left end in FIG. 6 is sealed.
Examples of the method of “sealing” include adhesion by an adhesive or hot melt, fusion by heating or laser, and a method of sandwiching a rubber sheet. Sealing by adhesion is particularly preferable because it is the simplest and most effective.
このとき、重ねられた分離膜の内側に、分離膜とは別に形成された供給側流路材を配置してもよい。上述したように、エンボスまたは樹脂塗布等によって分離膜の供給側の面にあらかじめ高さを設けることで、供給側流路材の配置を省略することもできる。
供給側の面の封止と透過側の面の封止（封筒状膜の形成）とは、どちらかが先に行われてもよいし、分離膜を重ねながら、供給側の面の封止と透過側の面の封止とを並行して行ってもよい。ただし、巻回時における分離膜でのシワの発生を抑制するためには、隣り合う分離膜が巻回によって長さ方向にずれることを許容するように、幅方向端部における接着剤またはホットメルトの固化等、つまり封筒状膜を形成するための固化等を、巻回の終了後に完了させることが好ましい。
At this time, a supply-side channel material formed separately from the separation membrane may be disposed inside the overlapped separation membrane. As described above, the arrangement of the supply-side flow path material can be omitted by providing a height in advance on the supply-side surface of the separation membrane by embossing or resin coating.
Either the supply-side sealing or the permeation-side sealing (envelope-like membrane formation) may be performed first, or the supply-side sealing is performed while stacking separation membranes. And the sealing of the surface on the transmission side may be performed in parallel. However, in order to suppress the generation of wrinkles in the separation membrane during winding, the adhesive or hot melt at the end in the width direction is allowed to allow the adjacent separation membranes to shift in the length direction due to winding. It is preferable to complete the solidification or the like, that is, the solidification for forming an envelope-like film, after the winding is completed.
（３−５）封筒状膜の形成
１枚の分離膜を透過側面が内側を向くように折り畳んで貼り合わせることで、または２枚の分離膜を透過側面が内側を向くように重ねて貼り合わせることで、封筒状膜を形成することができる。長方形状の封筒状膜においては、長さ方向の一端のみが開口するように、他の３辺を封止する。封止は、接着剤またはホットメルト等による接着、熱またはレーザによる融着等により実行できる。
(3-5) Formation of Envelope-shaped Membrane One separation membrane is folded and bonded so that the transmission side faces inward, or two separation membranes are stacked and bonded so that the transmission side faces inward. Thus, an envelope-like film can be formed. In the rectangular envelope film, the other three sides are sealed so that only one end in the length direction is opened. Sealing can be performed by bonding with an adhesive or hot melt, or by fusion with heat or laser.
封筒状膜の形成に用いられる接着剤は、粘度が４０Ｐｏｉｓｅ以上１５０Ｐｏｉｓｅ以下の範囲内であることが好ましく、さらに５０Ｐｏｉｓｅ以上１２０Ｐｏｉｓｅ以下がより好ましい。接着剤粘度が高すぎる場合には、積層したリーフを集水管に巻回するときに、しわが発生し易くなる。しわは、分離膜エレメントの性能を損なうことがある。逆に、接着剤粘度が低すぎる場合には、リーフの端部から接着剤が流出して装置を汚すことがある。また、接着すべき部分以外に接着剤が付着すると、分離膜エレメントの性能が損なわれると共に、流出した接着剤の処理作業により作業効率が著しく低下する。 The adhesive used for forming the envelope-shaped film preferably has a viscosity in the range of 40 poise to 150 poise, and more preferably 50 poise to 120 poise. If the adhesive viscosity is too high, wrinkles are likely to occur when the laminated leaves are wound around a water collection tube. Wrinkles may impair the performance of the separation membrane element. Conversely, if the adhesive viscosity is too low, the adhesive may flow out of the end of the leaf and soil the device. Moreover, when an adhesive adheres to a portion other than the portion to be bonded, the performance of the separation membrane element is impaired, and the work efficiency is significantly reduced due to the processing operation of the adhesive that has flowed out.
接着剤の塗布量は、リーフを集水管に巻回した後に、接着剤が塗布される部分の幅が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるような量であることが好ましい。これによって、分離膜が確実に接着されるので、原流体の透過側への流入が抑制される。また、有効膜面積も比較的大きく確保することができる。 The amount of adhesive applied is preferably such that the width of the portion to which the adhesive is applied after winding the leaf around the water collection tube is 10 mm or more and 100 mm or less. As a result, the separation membrane is securely bonded, and the inflow of the raw fluid to the permeate side is suppressed. Also, a relatively large effective membrane area can be secured.
接着剤としてはウレタン系接着剤が好ましく、粘度を４０Ｐｏｉｓｅ以上１５０Ｐｏｉｓｅ以下の範囲とするには、主剤のイソシアネートと硬化剤のポリオールとを、イソシアネート：ポリオール＝１：１〜１：５の割合で混合したものが好ましい。接着剤の粘度は、予め主剤、硬化剤単体、及び配合割合を規定した混合物の粘度をＢ型粘度計（ＪＩＳ Ｋ ６８３３）で測定したものである。 The adhesive is preferably a urethane-based adhesive. In order to make the viscosity in the range of 40 poise to 150 poise, the main component isocyanate and the curing agent polyol are mixed in a ratio of isocyanate: polyol = 1: 1 to 1: 5. Is preferred. The viscosity of the adhesive is obtained by measuring the viscosity of a mixture in which the main agent, the curing agent alone, and the mixture ratio are defined in advance with a B-type viscometer (JIS K 6833).
（３−６）分離膜の巻回
分離膜エレメントの製造には、従来のエレメント製作装置を用いることができる。また、エレメント作製方法としては、参考文献（特公昭４４−１４２１６号公報、特公平４−１１９２８号公報、特開平１１−２２６３６６号公報）に記載される方法を用いることができる。詳細には以下の通りである。
集水管の周囲に分離膜を巻回するときは、分離膜を、リーフの閉じられた端部、つまり封筒状膜の閉口部分が集水管を向くように配置する。このような配置で集水管の周囲に分離膜を巻きつけることで、分離膜をスパイラル状に巻回する。
集水管にトリコットや基材のようなスペーサーを巻回しておくと、エレメント巻回時に集水管へ塗布した接着剤が流動し難く、リークの抑制につながり、さらには集水管周辺の流路が安定に確保される。なお、スペーサーは集水管の円周より長く巻回しておけばよい。
集水管にトリコットを巻回しておくと、エレメント巻回時に集水管へ塗布した接着剤が流動し難く、リークの抑制につながり、さらには集水管周辺の流路が安定に確保される。
なお、トリコットは集水管の円周より長く巻回しておけばよい。
(3-6) Winding of separation membrane A conventional element manufacturing apparatus can be used for manufacturing a separation membrane element. In addition, as an element manufacturing method, methods described in reference documents (Japanese Patent Publication No. 44-14216, Japanese Patent Publication No. 4-11928, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-226366) can be used. Details are as follows.
When the separation membrane is wound around the water collecting pipe, the separation membrane is arranged so that the closed end of the leaf, that is, the closed portion of the envelope-shaped membrane faces the water collecting pipe. By winding the separation membrane around the water collecting pipe in such an arrangement, the separation membrane is wound in a spiral shape.
If a spacer such as a tricot or base material is wound around the water collection pipe, the adhesive applied to the water collection pipe will not flow easily when the element is wound, leading to suppression of leakage, and the flow path around the water collection pipe is stable. Secured. The spacer may be wound longer than the circumference of the water collecting pipe.
When the tricot is wound around the water collecting pipe, the adhesive applied to the water collecting pipe is difficult to flow when the element is wound, leading to suppression of leakage, and further, the flow path around the water collecting pipe is stably secured.
The tricot may be wound longer than the circumference of the water collecting pipe.
（３−７）その他の工程
分離膜エレメントの製造方法は、上述のように形成された分離膜の巻回体の外側に、フィルムおよびフィラメント等をさらに巻きつけることを含んでいてもよいし、集水管の長手方向における分離膜の端を切りそろえるエッジカット、端板の取り付け等のさらなる工程を含んでいてもよい。
(3-7) Other steps The method for producing a separation membrane element may include further winding a film, a filament, and the like around the outer periphery of the wound membrane of the separation membrane formed as described above. Further steps such as edge cutting for aligning the end of the separation membrane in the longitudinal direction of the water collecting pipe, attachment of an end plate, and the like may be included.
本発明の構成を備えた分離膜を用いて作製された分離膜エレメントは、複数の流路材に亘って連接した連接領域を含むことで分離膜の透過側の面との摩擦が大きくなるので、使用時に高い水圧によって運転した場合であっても膜面がずれることがなく長時間の加圧ろ過に供することができるため、分離膜除去性能を安定させることができる。 Since the separation membrane element produced using the separation membrane having the configuration of the present invention includes a connection region connected across a plurality of flow path materials, friction with the permeation side surface of the separation membrane increases. The membrane removal performance can be stabilized because the membrane surface is not displaced and can be subjected to pressure filtration for a long time even when operated at a high water pressure during use.
｛第２の実施形態に係る分離膜エレメント｝
〔４．分離膜エレメントの構成〕
本発明の分離膜エレメントの第２の実施形態について説明する。なお、以下で言及しない構成および製造工程については、上述の事項が適用される。
第２実施形態では、図９に示すように、突起物３が、分離膜とは別のシートに固着していている。つまり、分離膜エレメント１００Ａは、図９に示すように、分離膜２０Ａと、シート１３および該シート１３上に固着した突起物３を備える透過側流路材１４とを備える。
本実施形態の分離膜エレメント１００Ａは、透過側流路材１４を分離膜２０Ａ間に挟み込む工程を備える以外は、第１実施形態に示すリーフを備える分離膜エレメント１００と同様の方法によって製造される。
{Separation membrane element according to the second embodiment}
[4. Configuration of separation membrane element)
A second embodiment of the separation membrane element of the present invention will be described. In addition, the above-mentioned matter is applied about the structure and manufacturing process which are not mentioned below.
In 2nd Embodiment, as shown in FIG. 9, the
The
＜分離膜＞
分離膜２０Ａは、図１の分離膜１とは異なり、突起物３を備えていない。つまり分離膜２０Ａとしては、第１実施形態の分離膜本体２と同様の構成が採用される。分離膜２０Ａは、透過側の面１２２同士および供給側の面１２１同士がそれぞれ対向するように、配置される。
<Separation membrane>
Unlike the
＜透過側流路材＞
透過側流路材１４は、２枚の分離膜２０Ａの透過側の面１２２の間に配置される。より詳細には、２枚の分離膜２０Ａは、透過側流路材１４を間に挟んで、図１の分離膜２および分離膜７と同様に、接着（封止）されている。その接着部分の少なくとも一部において、分離膜間に透過側流路材１４のシート１３が存在することが好ましい。図９では、シート１３の大きさと分離膜２０Ａの大きさとは同一として示しているが、実際には、シートの方が大きくてもよいし、分離膜の方が大きくてもよい。
<Permeate channel material>
The permeate-
なお、分離膜に突起物が固着している場合と、分離膜とは別のシートに突起物が固着している場合とは、シート状の部材に突起物が固着している、という点で共通する。本書では、説明の便宜上、分離膜とは異なる部材として設けられたシート状部材を、“シート”とよぶ。 In addition, when the protrusion is fixed to the separation membrane and when the protrusion is fixed to a sheet different from the separation membrane, the protrusion is fixed to the sheet-like member. Common. In this document, for convenience of explanation, a sheet-like member provided as a member different from the separation membrane is referred to as a “sheet”.
＜シート＞
シート１３の空隙率は２０％以上９０％以下であることが好ましく、４５％以上８０％以下であることが特に好ましい。
突起物の位置制御の精度が不十分であると、突起物同士が接触したり、突起物間の隙間が小さくなりすぎたりして、流路である溝が閉塞することがある。しかし、シートの空隙率が２０％以上であると、透過水はシート１３の空隙を通って別の溝に移動することができるので、分離膜エレメントの造水量が大きくなる。さらに、突起物３を構成する樹脂がシート１３に適度に含浸できるので、突起物３のシート１３からの剥離を抑制できる。また、分離膜間を封止する接着剤がシート１３に適度に含浸できるので、供給水の透過側流路への流入を抑制することができる。
<Sheet>
The porosity of the sheet 13 is preferably 20% or more and 90% or less, and particularly preferably 45% or more and 80% or less.
If the accuracy of the position control of the protrusions is insufficient, the protrusions may come into contact with each other, or the gap between the protrusions may become too small, and the groove as a flow path may be blocked. However, when the porosity of the sheet is 20% or more, the permeated water can move to another groove through the gap of the sheet 13, and the amount of water produced by the separation membrane element increases. Furthermore, since the resin constituting the
また、空隙率が９０％以下であることで、突起物３を構成する樹脂がシート１３の裏にまで含浸することを抑制できる。シート１３の裏にまで樹脂が含浸すると、樹脂の含浸部分とその周りの部分とで、シート１３の厚みが不均一になる。また、空隙率が９０％以下であることで、リーフ同士を接着する接着剤の広がりを適度に抑制することができる。その結果、分離膜エレメント形成後に接着剤が塗布されていない領域、すなわち、加圧ろ過が有効に機能する領域（有効膜面積）を確保することができる。これによって、分離膜エレメントの造水量の低下を抑制できる。
ここで、空隙率とは、基材の単位体積当たりの空隙の割合をいう。空隙率は、基材に純水を含ませたときの重量から、基材の乾燥時の重量を差し引いた値を、乾燥時の基材の見かけ体積で除することで、百分率（％）として算出される。
Moreover, it can suppress that resin which comprises the
Here, the porosity means the ratio of voids per unit volume of the substrate. The porosity is obtained by dividing the value obtained by subtracting the dry weight of the base material from the weight of the pure water contained in the base material by the apparent volume of the base material at the time of drying. Calculated.
シート１３の厚みは０．２ｍｍ以下であることが好ましい。２枚の分離膜の透過側の面の間を封止するためには、封止箇所で分離膜間に挟まれたシート１３に接着剤が含浸することが好ましい。シート１３の厚みが０．２ｍｍ以下であると、シート１３の厚み方向において全体にわたって接着剤が含浸するので、透過水への供給水の混合を防ぐことができる。ただし、シート１３の厚みが０．２ｍｍを超えても、シート１３の空隙率が８０％以上であれば、分離膜間を接着剤で封止することができる。また、シート１３の厚みが０．０２ｍｍ以上であることで、シート１３の強度を確保することができるので、シート１３の破損を抑制することができる。
特に、シート１３の厚みが０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であれば、空隙率は２０％以上８０％以下であることが好ましく、シート１３の厚みが０．０２ｍｍを超えて０．４ｍｍ以下であれば、空隙率は３０％以上９０％以下であることがより好ましい。
The thickness of the sheet 13 is preferably 0.2 mm or less. In order to seal between the permeation side surfaces of the two separation membranes, it is preferable that the sheet 13 sandwiched between the separation membranes at the sealing location is impregnated with an adhesive. When the thickness of the sheet 13 is 0.2 mm or less, the adhesive is impregnated throughout in the thickness direction of the sheet 13, so that it is possible to prevent the supply water from being mixed into the permeated water. However, even if the thickness of the sheet 13 exceeds 0.2 mm, the separation membrane can be sealed with an adhesive if the porosity of the sheet 13 is 80% or more. Moreover, since the intensity | strength of the sheet | seat 13 is securable because the thickness of the sheet | seat 13 is 0.02 mm or more, damage to the sheet | seat 13 can be suppressed.
In particular, if the thickness of the sheet 13 is 0.02 mm or more and 0.2 mm or less, the porosity is preferably 20% or more and 80% or less, and the thickness of the sheet 13 is more than 0.02 mm and 0.4 mm or less. If present, the porosity is more preferably 30% or more and 90% or less.
シート１３として、具体的には、不織布が好ましく用いられる。シート１３としては、例えば、上述の分離膜の基材と同様の素材および構造が適用される。 Specifically, a nonwoven fabric is preferably used as the sheet 13. As the sheet 13, for example, the same material and structure as the base material of the separation membrane described above are applied.
＜突起物＞
シートに固着した突起物には、上記第１実施形態で説明した構成（つまり形状、寸法、配置、材質等）が、好ましく適用される。また、本実施形態の透過側流路材は、分離膜上に突起物を設ける場合と同様の方法によって、シートに突起物を設けることで製造される。
<Protrusions>
The configuration described in the first embodiment (that is, shape, size, arrangement, material, etc.) is preferably applied to the protrusions fixed to the sheet. In addition, the permeation side channel material of the present embodiment is manufactured by providing protrusions on the sheet by the same method as that for providing protrusions on the separation membrane.
突起物は、シートのどちらか一方の面に設けられていてもよいし、両方の面に設けられていてもよい。いずれにしても、透過側流路材は、２枚の分離膜の透過側の面に挟まれるように配置され、透過側流路材の突起物が設けられた面は分離膜の透過側の面に対向する。 The protrusions may be provided on either side of the sheet or may be provided on both sides. In any case, the permeation-side channel material is arranged so as to be sandwiched between the permeation-side surfaces of the two separation membranes, and the surface on which the projections of the permeation-side channel material are provided is on the permeation side of the separation membrane. Opposite the surface.
突起物の高さｃと、シートの厚みＨ１との関係について説明する。突起物の高さｃと、シートの厚みＨ１と突起物の高さｃとの和Ｈ０との比（ｃ／Ｈ０）は、０．０５以上であることが好ましい。これによって、広い流路を確保できるからである。一方で、比（ｃ／Ｈ０）が０．７以下であることで、張力を負荷しながら、シートを巻き取った際に、突起物によるシートの破壊や傷を防ぐことができる。これは、比（ｃ／Ｈ０）が大きいほど突起物のシートへの負荷が大きく、かつシートの物理的耐久性が小さくなるためである。
比（ｃ／Ｈ０）が０．１３以下である場合、シートの空隙率は３０％以上９０％以下であることが好ましい。また、比（ｃ／Ｈ０）が０．１３を超え（または０．１５以上であって）、かつ０．７以下である場合は、シートの空隙率は２０％以上かつ８０％以下であることが好ましい。
The relationship between the height c of the projection and the thickness H1 of the sheet will be described. The ratio (c / H0) of the height c of the protrusions to the sum H0 of the sheet thickness H1 and the height c of the protrusions is preferably 0.05 or more. This is because a wide flow path can be secured. On the other hand, when the ratio (c / H0) is 0.7 or less, the sheet can be prevented from being broken or damaged by the protrusions when the sheet is wound while tension is applied. This is because the larger the ratio (c / H0), the greater the load on the sheet of protrusions and the lower the physical durability of the sheet.
When the ratio (c / H0) is 0.13 or less, the porosity of the sheet is preferably 30% or more and 90% or less. When the ratio (c / H0) exceeds 0.13 (or 0.15 or more) and is 0.7 or less, the porosity of the sheet is 20% or more and 80% or less. Is preferred.
〔５．分離膜エレメントの利用〕
本発明の分離膜エレメントは、さらに、直列または並列に接続して圧力容器に収納されることで、分離膜モジュールとして使用されてもよい。
また、上記の分離膜エレメント、モジュールは、それらに流体を供給するポンプや、その流体を前処理する装置などと組み合わせて、流体分離装置を構成することができる。この分離装置を用いることにより、例えば供給水を飲料水などの透過水と膜を透過しなかった濃縮水とに分離して、目的にあった水を得ることができる。
[5. (Use of separation membrane element)
The separation membrane element of the present invention may be further used as a separation membrane module by being connected in series or in parallel and housed in a pressure vessel.
In addition, the separation membrane element and module described above can be combined with a pump that supplies fluid to them, a device that pretreats the fluid, and the like to form a fluid separation device. By using this separation device, for example, the supplied water can be separated into permeated water such as drinking water and concentrated water that has not permeated through the membrane, and water suitable for the purpose can be obtained.
流体分離装置の操作圧力は高い方が除去率は向上するが、運転に必要なエネルギーも増加すること、また、分離膜エレメントの供給流路、透過流路の保持性を考慮すると、膜モジュールに被処理水を透過する際の操作圧力は、０．２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下が好ましい。供給水温度は、高くなると塩除去率が低下するが、低くなるにしたがい膜透過流束も減少するので、５℃以上４５℃以下が好ましい。また、供給水のｐＨが中性領域にある場合、供給水が海水などの高塩濃度の液体であっても、マグネシウムなどのスケールの発生が抑制され、また、膜の劣化も抑制される。 The higher the operating pressure of the fluid separator, the higher the removal rate, but the energy required for operation also increases, and considering the retention of the separation membrane element supply channel and permeation channel, the membrane module The operating pressure when passing through the water to be treated is preferably 0.2 MPa or more and 5 MPa or less. As the feed water temperature increases, the salt removal rate decreases, but as the supply water temperature decreases, the membrane permeation flux also decreases. In addition, when the pH of the feed water is in a neutral region, even if the feed water is a high salt concentration liquid such as seawater, the generation of scales such as magnesium is suppressed, and the deterioration of the membrane is also suppressed.
分離膜エレメントによって処理される流体は特に限定されないが、水処理に使用する場合、供給水としては、海水、かん水、排水等の５００ｍｇ／Ｌ以上１００ｇ／Ｌ以下のＴＤＳ（Ｔｏｔａｌ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ：総溶解固形分）を含有する液状混合物が挙げられる。一般に、ＴＤＳは総溶解固形分量を指し、「質量÷体積」で表されるが、１Ｌを１ｋｇと見なして「重量比」で表されることもある。定義によれば、０．４５μｍのフィルターで濾過した溶液を３９．５〜４０．５℃の温度で蒸発させ残留物の重さから算出できるが、より簡便には実用塩分（Ｓ）から換算する。 The fluid to be treated by the separation membrane element is not particularly limited, but when used for water treatment, the feed water is TDS (Total Dissolved Solids: total dissolved solids) of 500 mg / L or more and 100 g / L or less such as seawater, brine, drainage, etc. A liquid mixture containing a solid content). In general, TDS indicates the total dissolved solid content, and is expressed by “mass / volume”, but 1 L may be expressed as 1 kg and may be expressed by “weight ratio”. According to the definition, the solution filtered through a 0.45 μm filter can be calculated from the weight of the residue by evaporating at a temperature of 39.5 to 40.5 ° C., but more simply converted from the practical salt content (S). .
以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
（突起物および連接領域の高さ）
株式会社キーエンス製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、５ｃｍ×５ｃｍの透過側の測定結果から平均の高さ（つまり突起物の高さ）を解析した。１０μｍ以上の高さのある３０箇所を測定し、各高さの値を総和した値を測定総箇所の数で割って求めた。
(Protrusions and connecting area height)
Using a high-precision shape measurement system KS-1100 manufactured by Keyence Corporation, the average height (that is, the height of the protrusion) was analyzed from the measurement result on the transmission side of 5 cm × 5 cm. Thirty points having a height of 10 μm or more were measured, and a value obtained by summing the values of the respective heights was divided by the number of the total measurement points.
（突起物および連接領域の幅）
走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００）（株式会社日立製作所製）を用いて３０個の任意の突起物断面を４０倍で写真撮影し、分離膜の透過側における突起物の端部から、隣の突起物の端部までの水平距離を２００箇所について測定し、その平均値を突起物の幅として算出した。なお、突起物の高さ方向の中点位置をの端部とした。
(Width of protrusion and connected area)
A scanning electron microscope (S-800) (manufactured by Hitachi, Ltd.) was used to photograph 30 cross sections of any protrusion at a magnification of 40 times, and from the edge of the protrusion on the transmission side of the separation membrane, The horizontal distance to the end of the protrusion was measured at 200 locations, and the average value was calculated as the width of the protrusion. In addition, let the midpoint position of the height direction of a protrusion be the edge part.
（分離膜透過側および連接領域の高さ）
キーエンス製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、５ｃｍ×５ｃｍで膜を切り出し平均の高さを解析した。１０μｍ以上の高さのある３０箇所を測定し、各高さの値を総和した値を測定総箇所の数で割って求めた。
(Separation membrane permeation side and connection area height)
Using a high-precision shape measurement system KS-1100 manufactured by Keyence, a film was cut out at 5 cm × 5 cm, and the average height was analyzed. Thirty points having a height of 10 μm or more were measured, and a value obtained by summing the values of the respective heights was divided by the number of the total measurement points.
（突起物のピッチおよび間隔）
走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００）（株式会社日立製作所製）を用いて３０個の任意の突起物断面を５００倍で写真撮影し、分離膜の透過側における突起物の頂点から、隣の突起物の頂点までの水平距離を２００箇所について測定し、その平均値をピッチとして算出した。
また、間隔については、ピッチを測定した写真において、上述の方法で測定した。なお、幅方向における連続領域および不連続領域とも上記の手法で測定した。
(Pitch and spacing of protrusions)
Using a scanning electron microscope (S-800) (manufactured by Hitachi, Ltd.), photograph a cross section of 30 arbitrary projections at a magnification of 500 times. From the top of the projection on the transmission side of the separation membrane, the next projection The horizontal distance to the top of the object was measured at 200 locations, and the average value was calculated as the pitch.
Further, the interval was measured by the above-described method in the photograph in which the pitch was measured. In addition, the continuous area | region and discontinuous area | region in the width direction were measured by said method.
（運転）
５０本のエレメントに対し、原水２０００ｍｇ／Ｌ食塩、運転圧力２ＭＰａ、運転温度２５℃、ｐＨ７で１分間×４０００回運転した。
(operation)
The 50 elements were operated for 1 minute × 4000 times at a raw water of 2000 mg / L sodium chloride, an operating pressure of 2 MPa, an operating temperature of 25 ° C., and a pH of 7.
（膜落ち込み量比）
運転後の分離膜エレメントを解体し採取した膜を膜幅方向にカットし、連続および不連続領域における、対向するそれぞれの膜の落ち込み量を５０箇所測定し、その平均値を膜落ち込み量とし、不連続領域の膜落ち込み量／連続領域の膜落ち込み量×１００を膜落ち込み量比とした。すなわち、値が小さいほど連続領域よりも膜落ち込み量が小さくなる。
なお、連続領域が設けられていないエレメントでは、連続領域が設けられたエレメントの、連続領域の落ち込み量と同等であったので１００とした。
(Membrane sagging ratio)
The separation membrane element after operation is disassembled and the collected membrane is cut in the membrane width direction, the amount of sag of each opposing membrane in the continuous and discontinuous regions is measured at 50 locations, and the average value is taken as the amount of membrane sag. The film sagging amount ratio was defined as the film sagging amount in the discontinuous region / the film sacrificing amount in the continuous region × 100. That is, the smaller the value, the smaller the amount of film sagging than in the continuous region.
In addition, in the element in which the continuous area | region was not provided, since it was equivalent to the fall amount of the continuous area | region of the element in which the continuous area | region was provided, it set it as 100.
（テレスコープによる膜飛び出し長）
運転後の分離膜エレメントに対し、濃縮水出口側端面からのテレスコープ現象による膜飛び出し長をそれぞれ測定した。
(Telescope projection length)
With respect to the separation membrane element after operation, the length of the membrane protruding from the end surface on the concentrated water outlet side by the telescope phenomenon was measured.
（接着剤の塗布ムラ）
運転後の分離膜エレメントを解体し、図８に示すように、膜リーフに接着剤を塗布した領域の内、分離膜の巻回方向の外側端部の接着剤塗布幅を測定した範囲Ｌ４において、接着剤領域の分離膜外縁からの距離ｗ１を膜幅方向５０ｍｍピッチで測定した。接着剤塗布幅を測定した範囲Ｌ４は、分離膜の幅方向において、分離膜の膜幅から接着剤領域の分離膜外縁からの距離ｗ２およびｗ３を差し引いた幅であり、距離ｗ２および距離ｗ３は分離膜長さ方向に沿って５０ｍｍピッチで接着剤幅を測定した際の平均値である。
測定した距離ｗ１のばらつきについて、変動係数（標準偏差／平均値×１００）で評価した。変動係数（％）の値が小さいほど、接着剤塗布幅のばらつきが小さく、大きな有効膜面積を確保できる。
(Adhesive uneven application)
In the range L4 in which the separation membrane element after operation was disassembled and the adhesive application width at the outer end in the winding direction of the separation membrane was measured in the region where the adhesive was applied to the membrane leaf, as shown in FIG. The distance w1 from the outer edge of the separation membrane in the adhesive region was measured at a pitch of 50 mm in the membrane width direction. The range L4 in which the adhesive application width is measured is a width obtained by subtracting the distances w2 and w3 from the outer edge of the separation membrane in the width of the separation membrane from the outer width of the separation membrane, and the distance w2 and the distance w3 are It is an average value when the adhesive width is measured at a pitch of 50 mm along the length of the separation membrane.
The variation of the measured distance w1 was evaluated by the coefficient of variation (standard deviation / average value × 100). The smaller the value of the coefficient of variation (%), the smaller the variation in the adhesive application width, and a larger effective film area can be secured.
（実施例１）
ポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布（糸径：１デシテックス、厚み：約０．０９ｍｍ、密度０．８０ｇ／ｃｍ３）上にポリスルホンの１５．０質量％のＤＭＦ溶液を１８０μｍの厚みで室温（２５℃）にてキャストし、ただちに純水中に浸漬して５分間放置し、８０℃の温水で１分間浸漬することによって繊維補強ポリスルホン支持膜からなる、多孔性支持層（厚さ０．１３ｍｍ）を作製した。
その後、多孔性支持層ロールを巻き出し、ポリスルホン表面に、ｍ−ＰＤＡ（メタフェニレンジアミン）の２．２質量％、ε−カプロラクタム４．５質量％水溶液中を塗布し、エアーノズルから窒素を吹き付け支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド０．０６質量％を含む２５℃のｎ−デカン溶液を表面が完全に濡れるように塗布した。
その後、膜から余分な溶液をエアーブローで除去し、５０℃の熱水で洗浄して分離膜ロールを得た。
次に、突起物を分離膜の透過側に形成した。すなわち、バックアップロールを１５℃に温度調節しながら、グラビアロールを用いて、ポリプロピレン（商品名：Ｓ１０ＡＬ、プライムポリマー社製）を、分離膜の透過側に塗布して突起物を作製した。樹脂温度は２２０℃であり、加工速度は３．０ｍ／分であった。得られた突起物の形状は表１の通りであった。
該分離膜を４３ｃｍ２に切り取り、圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、膜落ち込み量比は表１の通りであった。
Example 1
A non-woven fabric made of polyethylene terephthalate fibers (yarn diameter: 1 dtex, thickness: about 0.09 mm, density: 0.80 g / cm 3 ), a 15.0% by weight DMF solution of polysulfone at a thickness of 180 μm at room temperature (25 ° C.) The porous support layer (thickness: 0.13 mm) consisting of a fiber-reinforced polysulfone support membrane is prepared by immediately immersing it in pure water and leaving it for 5 minutes and then immersing it in warm water at 80 ° C. for 1 minute. did.
Thereafter, the porous support layer roll is unwound, and 2.2% by mass of m-PDA (metaphenylenediamine) and 4.5% by mass of ε-caprolactam are applied to the polysulfone surface, and nitrogen is blown from an air nozzle. After removing the excess aqueous solution from the surface of the support membrane, an n-decane solution at 25 ° C. containing 0.06% by mass of trimesic acid chloride was applied so that the surface was completely wetted.
Then, the excess solution was removed from the membrane by air blow and washed with hot water at 50 ° C. to obtain a separation membrane roll.
Next, a protrusion was formed on the permeate side of the separation membrane. That is, while controlling the temperature of the backup roll at 15 ° C., using a gravure roll, polypropylene (trade name: S10AL, manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.) was applied to the permeation side of the separation membrane to produce a projection. The resin temperature was 220 ° C. and the processing speed was 3.0 m / min. The shape of the obtained protrusion was as shown in Table 1.
The separation membrane was cut out to 43 cm 2 , put in a pressure vessel, and operated under the above-mentioned conditions to obtain permeated water.
（実施例２）
以下、特に言及しない条件については、実施例１と同様にして分離膜を作製した。
実施例１で得られた分離膜を、折り畳み断裁加工し、ネット（厚み：０．７１ｍｍ、ピッチ：５ｍｍ×５ｍｍ、繊維径：３５０μｍ、投影面積比：０．１３）を供給側流路材として幅９００ｍｍかつリーフ長８００ｍｍで２６枚のリーフを作製した。
こうして得られたリーフに対して、接着剤を手動塗布し、ＡＢＳ製集水管（幅：１，０２０ｍｍ、径：３０ｍｍ、孔数４０個×直線状１列）にスパイラル状に巻き付けた。リーフ間を接着した接着剤を、「リーフ接着剤」と称する。リーフ接着剤としては主剤であるイソシアネートおよび硬化剤であるポリオールをそれぞれ１：２で混合したものを用いた。
巻回された封筒状膜の外周にさらにフィルムを巻き付け、テープで固定した後に、エッジカット、端板取りつけ、およびフィラメントワインディングを行うことで、８インチエレメントを作製した。なお、有効膜面積における膜幅は９００ｍｍであった。
このエレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、膜落ち込み量比、テレスコープによる膜飛び出し長および接着剤の塗布ムラは表１の通りであった。
(Example 2)
Hereinafter, separation membranes were produced in the same manner as in Example 1 under conditions not specifically mentioned.
The separation membrane obtained in Example 1 was folded and cut, and the net (thickness: 0.71 mm, pitch: 5 mm × 5 mm, fiber diameter: 350 μm, projected area ratio: 0.13) was used as the supply-side channel material. 26 leaves were produced with a width of 900 mm and a leaf length of 800 mm.
The adhesive thus obtained was manually applied to the leaf thus obtained, and was wound spirally around an ABS water collecting tube (width: 1,020 mm, diameter: 30 mm, number of holes 40 × 1 straight line). The adhesive that bonds the leaves is referred to as “leaf adhesive”. The leaf adhesive used was a mixture of isocyanate as the main agent and polyol as the curing agent in a ratio of 1: 2.
A film was further wound around the outer circumference of the wound envelope-shaped film and fixed with tape, and then edge cutting, end plate mounting, and filament winding were performed to produce an 8-inch element. The film width in the effective film area was 900 mm.
When this element was placed in a pressure vessel and operated under the above-mentioned conditions to obtain permeated water, the ratio of film sagging amount, the film jumping length by a telescope, and uneven application of the adhesive were as shown in Table 1.
（実施例３〜１６）
幅方向における連続領域の形状を表１〜表４としたこと以外は全て実施例１と同様にして、分離膜を作製した。続いて、実施例２と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
分離膜エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、膜落ち込み量比、テレスコープによる膜飛び出し長および接着剤の塗布ムラは表１〜表４の通りであった。
(Examples 3 to 16)
A separation membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the shape of the continuous region in the width direction was changed to Tables 1 to 4. Subsequently, a separation membrane element was produced in the same manner as in Example 2.
When the separation membrane element was put in a pressure vessel and operated under the above-mentioned conditions to obtain permeated water, the membrane drop amount ratio, the membrane protrusion length by the telescope, and the coating unevenness of the adhesive were as shown in Tables 1 to 4. Met.
（実施例１７）
突起物を分離膜ではなく抄紙不織布（糸径：１デシテックス、厚み：約０．０３ｍｍ、空隙率２５％）上に形成した。突起物の高さは０．２５ｍｍであった。分離膜に突起を設けず、かつこの突起付シートを透過側流路材として分離膜の透過側の面の間に配置した以外は、全て実施例２と同様に、分離膜エレメントを作製した。
このエレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、膜落ち込み量比、テレスコープによる膜飛び出し長および接着剤の塗布ムラは表５の通りであった。
(Example 17)
The protrusions were formed not on the separation membrane but on a papermaking nonwoven fabric (yarn diameter: 1 dtex, thickness: about 0.03 mm, porosity 25%). The height of the protrusion was 0.25 mm. A separation membrane element was produced in the same manner as in Example 2 except that the separation membrane was not provided with a protrusion and this protrusion-attached sheet was disposed between the permeation side surfaces of the separation membrane as a permeation side channel material.
When this element was placed in a pressure vessel and operated under the above-mentioned conditions to obtain permeated water, the ratio of the film sagging amount, the film jumping length by the telescope, and the coating unevenness of the adhesive were as shown in Table 5.
（比較例１および２）
幅方向における連続領域の形状を表５の通りとしたこと以外は全て実施例１と同様にして、分離膜を作製した。続いて、実施例２と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
分離膜エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、膜落ち込み量比、テレスコープによる膜飛び出し長および接着剤の塗布ムラは表５の通りであった。
(Comparative Examples 1 and 2)
A separation membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the shape of the continuous region in the width direction was as shown in Table 5. Subsequently, a separation membrane element was produced in the same manner as in Example 2.
When the separation membrane element was put in a pressure vessel and operated under the above-mentioned conditions to obtain permeated water, the membrane drop amount ratio, the membrane protrusion length by the telescope, and the coating unevenness of the adhesive were as shown in Table 5. .
表１〜５の結果から明らかなように、実施例１〜１７の分離膜および分離膜エレメントは、高造水性能、安定運転性能、優れた除去性能を有していることがわかった。 As is clear from the results of Tables 1 to 5, it was found that the separation membranes and separation membrane elements of Examples 1 to 17 had high water production performance, stable operation performance, and excellent removal performance.
本発明の膜エレメントは、特に、かん水や海水の脱塩に好適に用いることができる。 The membrane element of the present invention can be suitably used particularly for brine or seawater desalination.
１ 分離膜
２ 分離膜本体
２０１ 基材
２０２ 多孔性支持層
２０３ 分離機能層
３ 突起物
４ 分離膜リーフ（リーフ）
５ 透過側流路
６ 集水管
７ 分離膜
８ 連接領域
１３ シート
１４ 透過側流路材
２１，１２１ 供給側の面
２２，１２２ 透過側の面
７１ 供給側の面
７２ 透過側の面
７３ 接着剤塗布領域
１００，１００Ａ 分離膜エレメント
ａ 分離膜本体の長さ
ｂ 突起物の幅方向間隔
ｃ 突起物の高さ
Ｃ 連接領域の高さ
ｄ 突起物の幅
Ｄ 連接領域の幅
ｅ 透過側流路の長さ方向の幅
ｆ 突起物の長さ
Ｆ 連接領域の長さ
ｗ１ 分離膜の巻回方向外側端部における接着剤塗布幅
ｗ２ 分離膜の幅方向端部の一方における接着剤塗布幅
ｗ３ 分離膜の幅方向端部の他方における接着剤塗布幅
Ｒ２ 分離膜において巻回方向内側から外側に並んだ突起物の先頭から最後尾までを含む領域
Ｒ３ 分離膜の巻回方向外側端部において突起物が設けられていない領域
Ｌ１ 分離膜全体の長さ
Ｌ２ 領域Ｒ２の長さ
Ｌ３ 領域Ｒ３の長さ
Ｌ４ 接着剤塗布幅を測定した範囲
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記突起物は、前記分離膜本体の長さ方向に連続して又は実質的に連続して設けられ、前記分離膜本体の幅方向に複数の突起物に亘って連接した連接領域を含むことを特徴とする分離膜エレメント。 A water collecting pipe, a separation membrane main body having a supply side surface and a permeation side surface, and a plurality of protrusions fixed to the permeation side surface of the separation membrane main body, and is wrapped around the water collection pipe A separation membrane element comprising:
The protrusion is provided continuously or substantially continuously in the length direction of the separation membrane main body, and includes a connection region connected across a plurality of protrusions in the width direction of the separation membrane main body. A separation membrane element.
前記突起物は、前記分離膜本体の長さ方向に連続して又は実質的に連続して設けられ、前記分離膜本体の幅方向に複数の突起物に亘って連接した連接領域を含むことを特徴とする分離膜エレメント。 A separation membrane body comprising a water collection pipe, a supply-side surface and a permeation-side surface, and disposed so as to face the separation membrane that is wrapped around the water collection tube and the permeation-side surface of the separation membrane A separation membrane element comprising a sheet and a permeate-side flow path member comprising a plurality of protrusions fixed to the sheet,
The protrusion is provided continuously or substantially continuously in the length direction of the separation membrane main body, and includes a connection region connected across a plurality of protrusions in the width direction of the separation membrane main body. A separation membrane element.
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