JP2019025419A - 分離膜エレメント及びベッセル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、流れのよどみ箇所を低減し、長期間に亘って脱塩率及び透過水量を維持可能な、分離膜エレメントを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、有孔中心管に、一以上の分離膜リーフが巻回された分離膜エレメントであって、上記分離膜リーフは、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材から構成されており、上記分離膜は、供給面と、透過面とをそれぞれ有し、上記分離膜リーフの供給面側において、幅方向における両端面の少なくとも一部が封止されており、上記分離膜リーフの供給面側において、長さ方向における外周端部の少なくとも一部が開口されており、上記供給側流路材は、表面に複数の凸部が形成されたシートである、分離膜エレメント。【選択図】図１２

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。

液体、気体等の流体に含まれる成分を分離するために、様々な方法が提案されている。例えば、海水又はかん水等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、省エネルギー及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、その孔径及び分離機能等に基づいて、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜等に分類される。これらの膜は、例えば海水、かん水若しくは有害物を含んだ水からの飲料水の製造、工業用超純水の製造、廃水処理又は有価物の回収等に用いられており、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。

スパイラル型分離膜エレメントは、少なくとも１枚の分離膜リーフを有孔中心管の周りに巻回することによって形成され、分離膜リーフは、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材から構成される。分離膜は供給側の面（供給面）と透過側の面（透過面）を有し、供給側流路材は、互いに向かい合う分離膜の供給面の間に配置され、透過側流路材は、互いに向かい合う分離膜の透過面の間に配置される。分離膜リーフの透過面側においては、幅方向における両端面と、有孔中心管から離れた外周端部が接着剤でそれぞれ封止されており、有孔中心管に近い内周端部のみが開口している。分離膜リーフが有孔中心管の周りに巻回された後、最外周部は、フィラメントワインディングやフィルム等によって被覆されることが一般的である。

スパイラル型分離膜エレメントにおいて、供給水は分離膜エレメントの一の端面から供給され、一部は分離膜を透過して有孔中心管へと流入する。分離膜を透過しなかった供給水は、分離膜エレメントの他方の端面から濃縮水として排出される。この種類のスパイラル型分離膜エレメントにおいては、供給水が流入する方向と、濃縮水が排出される方向とは同じである。しかしながら、流路の濃縮側においては、供給水の速度が相対的に低くなり、濃度分極が分離膜表面に発生し易くなり、脱塩率の低下、透過水流量の低下及び分離膜寿命の低下に繋がることが知られている。

また近年、ランニングコストの低減と、膜寿命の増加への要求とが益々増加している。例えば、特許文献１及び２においては、周方向の供給水流れを有するスパイラル型分離膜エレメントが記載されており、これにより膜面線速度が増加し、膜面濃度分極を低減することができる。また、特許文献３においては、供給側と透過側との流路が設けられた分離膜が開示されており、従来のメッシュタイプスペーサーよりも流動抵抗を低減することが記載されている。

米国特許出願公開第２０１２／０１１１７８７号明細書 米国特許４８５５０５８号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０２７１５６４号明細書

しかしながら、特許文献１及び２に記載のスパイラル型分離膜エレメントでは、除去性能の増加や分離膜寿命の増加をもたらすことができるが、流れのよどみ箇所が生じることによって透過水量が少なくなってしまう。また特許文献３に記載のスパイラル型分離膜エレメントにおいては、流動抵抗を低減し、透過水量を増加させることができるが、濃度分極の低減と長期間の安定運転とにおいては課題がある。

そこで本発明の目的は、流れのよどみ箇所を低減し、長期間に亘って脱塩率及び透過水量を維持可能な、分離膜エレメントを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、有孔中心管に、一以上の分離膜リーフが巻回された分離膜エレメントであって、上記分離膜リーフは、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材から構成されており、上記分離膜は、供給面と、透過面とをそれぞれ有し、上記分離膜リーフの供給面側において、幅方向における両端面の少なくとも一部が封止されており、上記分離膜リーフの供給側において、長さ方向における外周端部の少なくとも一部が開口されており、上記供給側流路材は、表面に複数の凸部が形成されたシートである、分離膜エレメントを提供する。

本発明によれば、分離膜エレメントを長期間に亘って運転しても、脱塩率を維持し、透過水量の減少を抑制することができる。

一般的なスパイラル型分離膜エレメントを示す分解斜視図である。 Ｉ型スパイラル型分離膜エレメントの展開図である。 Ｌ型スパイラル型分離膜エレメントの展開図である。 Ｔ型スパイラル型分離膜エレメントの展開図である。 逆Ｌ型スパイラル型分離膜エレメントの展開図である。 逆Ｔ型スパイラル型分離膜エレメントの展開図である。 本発明における透過側流路材の展開図の一例である。 本発明における透過側流路材の横断面図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の横断面図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。 本発明における供給側流路材の展開図の一例である。

次に、本発明の分離膜エレメント及びベッセルについて、詳細に説明する。

図１に示すように、スパイラル型分離膜エレメント１は、有孔中心管６の周りに分離膜２が巻回されている。スパイラル型分離膜エレメント１は、供給側流路材５と透過側流路材４とをさらに備え、供給側流路材５は分離膜本体２の供給面側に、透過側流路材４は分離膜本体２の透過面側に配置され、分離膜リーフ３が形成される。

分離膜リーフ３の透過面側においては、幅方向における両端面と、有孔中心管から離れた外周端部がそれぞれ封止されており、有孔中心管に近い内周端部のみが開口されており、透過水は透過側流路材４の隙間を流れて有孔中心管６へと流れる。

端版１０１及び１０２はスパイラル形状を保つために取り付けられる。しかし、特に低圧運転において、端版は必ずしも必要ではない。端版１０１及び１０２の代わりに、供給側流路材５の端部を接着剤で封止しても構わない。

一般的には、図２に示すように、供給水１０は分離膜リーフ７の幅方向における端面１１から供給され、濃縮水９は分離膜リーフ７の幅方向における端面１２から排出される。分離膜リーフ７の幅方向において、有孔中心管６とは反対側の外周端部１３は、フィラメントワインディングやフィルム状のシートがスパイラル分離膜エレメント１に被覆されることで封止されている。この種類のスパイラル型分離膜エレメント１の流れは図２に示されており、Ｉ型エレメント（又はＩ型）と呼ぶ。一方で本発明においては、外周端部１３は少なくともその一部が開口されており、構成は以下に記載される。

本発明の一つの実施形態においては、図３に示すように、供給水１０は外周端部１３から供給され内周部に向かって流れ、濃縮水は分離膜リーフの幅方向における一端面１２から排出される。本実施形態においては、他の端面１１の供給面側は完全に封止されており、端面１２の供給面側は有孔中心管６から離れた部分が封止されている。封止されていない部分の長さは分離膜リーフ７の長さの内、５〜５０％が好ましく、より好ましくは１０〜３０％であり、さらに好ましくは１０〜２０％である。本発明の実施形態においては、２枚の分離膜リーフ７が示されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。この種類のスパイラル型分離膜エレメント１の流れは図３に示されており、Ｌ型エレメント（又はＬ型）と呼ぶ。

他の実施形態においては、図４に示すように供給水１０は外周端部１３から供給され内周部に向かって流れ、濃縮水９（ａ）と９（ｂ）とが端面１１と端面１２から排出される。本実施形態において、端面１１と端面１２は有孔中心管６から離れた部分が封止されており、封止されていない部分の長さは分離膜リーフの長さの内、５〜５０％が好ましく、より好ましくは５〜２０％であり、さらに好ましくは５〜１０％である。本実施形態においては、２枚の分離膜リーフ７が示されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。この種類のスパイラル型分離膜エレメント１の流れは図４に示されており、Ｔ型エレメント（又はＴ型）と呼ぶ。

他の実施形態においては、図５に示すように供給水１０は端面１２から供給され、外周部に向かって流れ、濃縮水９が外周端部１３から排出される。本実施形態において、端面１１は完全に封止されており、端面１２は有孔中心管６から離れた部分が封止されており、封止されていない部分の長さは分離膜リーフの長さの内、５〜５０％が好ましく、より好ましくは５〜３０％であり、さらに好ましくは１０〜２０％である。本実施形態においては、２枚の分離膜リーフ７が示されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。この種類のスパイラル型分離膜エレメント１の流れは図５に示されており、逆Ｌ型エレメント（又は逆Ｌ型）と呼ぶ。

他の実施形態においては、図６に示すように供給水１０（ａ）と１０（ｂ）とは、端面１１と端面１２とから供給され、外周部に向かって流れ、外周端部１３から排出される。本実施形態において、端面１１と端面１２とは有孔中心管６から離れた部分が封止されており、封止されていない部分の長さは分離膜リーフの長さの内、５〜５０％が好ましく、より好ましくは１０〜３０％であり、さらに好ましくは１０〜２０％である。本実施形態においては、２枚の分離膜リーフ７が示されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。この種類のスパイラル型分離膜エレメント１の流れは図６に示されており、逆Ｔ型エレメント（又は逆Ｔ型）と呼ぶ。

上述した４種類の実施形態においては、供給面側の流速を増加させることができるため、濃度分極を抑制することができ、長期間運転を行った際の性能を向上させることができる。特に外周部に向かって供給水が流れる形態において、透過水流量が多く、よどみ点が少ないため、好ましい。特に供給水の供給部が端面１２で、濃縮水の排出部が外周端部１３である、図５の構成（逆Ｌ型）が最も好ましい。

分離膜２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２は、単一層であってもよいし、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、複合膜においては、分離機能層と基材との間に、さらに多孔性支持層があってもよい。

ここで、分離機能層を有する面を供給面側、分離機能層を有する面とは反対側の面を透過面側と呼び、供給面側が互いに向かい合うように形成された状態の分離膜のことを、分離膜リーフと呼ぶ。

分離機能層は、分離機能及び支持機能の両方を有する層であってもよいし、分離機能のみを有する層であっても構わない。

分離機能層が分離機能及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及びポリスルホンからなる群から選ばれるポリマーを主成分として含有する層が好ましい。

一方、分離機能層としては、孔径の制御が容易であり、かつ耐久性に優れるという点で、架橋高分子を使用することが好ましい。特に、供給水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得られるポリアミド分離機能層や、有機無機ハイブリッド機能層等が好ましい。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で形成できる。

例えばポリアミドを主成分として含有する分離機能層は、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できる。より具体的には、多孔性支持層上に多官能アミン水溶液を塗布し、余分な多官能アミン水溶液をエアーナイフ等で除去した後、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、重縮合が起きポリアミド分離機能層が得られる。

多孔性支持層は、分離機能層を支持する層であり、材料が樹脂の場合には多孔性樹脂層とも言い換えることができる。

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、ポリ塩化ビニル若しくはエポキシ樹脂又はそれらを混合若しくは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。

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溶液を、後述する基材（例えば密に織ったポリエステル不織布）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で形成できる。

また多孔性支持層は、“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、貧溶媒を調整可能である。

分離膜２の強度及び寸法安定性等の観点から、分離膜２は基材を有してもよい。基材としては、強度、流体透過性の点で長繊維不織布又は短繊維不織布等の繊維状の基材を用いることが好ましい。

透過側流路材４は、分離膜２の透過面側に挟まれるように配置され、分離膜２を透過した供給水を有孔中心管６の孔まで導く透過側流路を形成する役割を担う。

透過側流路材４は、透過側流路の流動抵抗を低減し、かつ加圧ろ過下においても分離膜２の透過側流路への落ち込みを抑制し、流路を安定に形成する点では、透過側流路材の横断面積比が０．３〜０．７５であることが好ましく、０．４〜０．６がより好ましい。透過側流路材の種類は特に限定されず、従来のトリコットを流路が広がるように厚くした緯編物や、繊維の目付量を低減した緯編物、不織布のような多孔性シートに凸部を配置したシート（図７及び図８）、フィルムや不織布を凹凸加工した凹凸加工シートを用いることができる。

透過側流路材４の厚みは、厚ければ圧力損失を小さくすることができるものの、分離膜エレメント１の容器に充填できる膜面積が減少してしまう。一方で、薄ければ分離膜エレメント１に充填可能な膜面積は大きくなるものの、圧力損失は大きくなってしまう。透過側流路材４の厚みは、好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、より好ましくは０．２ｍｍ〜０．４ｍｍである。

透過側流路材４の厚みは、市販の厚み測定器により直接測定することができる。

透過側流路材４の材料は、有孔中心管６に容易に巻回できるものであればよく、分離膜２と異なることが好ましい。透過側流路材４の圧縮弾性率は、０．１〜５ＧＰａであることが好ましい。圧縮弾性率がこの範囲内であれば、透過側流路材４を有孔中心管６に容易に巻回することができる。具体的には、ポリエステル、ポリエチレン又はポリプロピレン等が好ましく用いられる。

透過側流路材４の圧縮弾性率は、精密万能試験機を用いて圧縮試験を行い、応力ひずみ線図を作成することにより、測定することができる。

図９〜２１に示すように、供給側流路材５は、供給側流路材用シート２３に供給側流路２５（又は２６）が形成されるように供給側流路材５の凸部２４が配置されて構成される。供給側流路が形成されるように供給側流路材５の凸部２４が配置されるとは、全ての供給水が供給部から分離膜リーフ７の流路に流れ、全ての非透過供給水（濃縮水）が排出部に到達するように流路材が配置されることを意味する。供給水の流入部と濃縮水の流出部は、図１１に示すように、これらの流路によって連結されており、流れの方向はシート上に設けられた凸部２４によって形成された流路に沿った方向である。図１２においては、流路は直線的であり、図１３においては、流路は部分的に湾曲しており、図１４においては、完全に湾曲している。最も好ましい凸部２４の配置は、凸部２４が、有孔中心管６に近い端部では供給側流路材５の幅方向に形成されており、有孔中心管６から遠い他の端部では、供給側流路材５の長さ方向に形成されている配置である。供給側流路材５の流路角部３１において、供給側流路は曲がることになるが、流路角部３１は流路の連続性及び乱流効果の点で、湾曲された角部であることが好ましい。

Ｌ型や逆Ｌ型のようなスパイラル型分離膜エレメント１の構成の場合、供給側流路材５は、図１２〜１６に示すような構成が好ましい。この場合、供給側流路２５（又は２６）は、スパイラル型分離膜エレメント１に供給される供給水が凸部２４によって形成される流路に分配され、分離膜リーフ７の長さ方向に流れ、濃縮水が分離膜リーフ７の外周端部又は端面から排出される。

Ｔ型や逆Ｔ型のようなスパイラル型分離膜エレメント１の構成の場合、供給側流路材５は、図１７〜２０に示すような構成が好ましい。この場合、供給側流路２５（又は２６）は、スパイラル型分離膜エレメント１に供給される供給水が凸部２４によって形成される流路に分配され、分離膜リーフ７の長さ方向に流れ、濃縮水が分離膜リーフの外周端部又は端面から排出される。

一般的な分離膜エレメントは回収率３０％以下で運転するが、本発明の分離膜エレメントは回収率３５％以上においても安定に作動することができ、回収率が高くなるほど従来の分離膜エレメントに対して優位性を発現することができる。

供給側流路材５の厚みＨは、２５０〜１５００μｍであることが好ましく、より好ましくは２５０〜１０００μｍ、さらに好ましくは２５０〜７５０μｍである。厚みの測定については、電磁式、超音波式、磁力式又は光透過式等様々な方式のフィルム膜厚測定器が市販されているが、非接触のものであればいずれの方式でもよく、ランダムに１０箇所で測定を行いその平均値を厚みＨとする。厚みＨが２５０μｍ以上であることで、供給側流路材としての強度を備え、応力が負荷されても供給側流路材の潰れや破れを引き起こすことなく取り扱うことができる。また、厚みＨが１５００μｍ以下であることで、有孔中心管への巻囲性を損なうことなく、分離膜エレメント内に挿入できる分離膜を増加させることができる。

供給側流路材５の凸部の高さｈは、１００〜７５０μｍであることが好ましく、溝幅ｘ及びｙは１〜２０ｍｍであることが好ましい。凸部の高さや溝幅ｘは、供給側流路材５の横断面を市販のマイクロスコープ等で観察することで測定することができる。

一定回収率運転において、供給側流路の流速が大きくなると、特に高回収率運転時に濃度分極が抑制され、スケールの形成も減少する。隣り合う凸部２４の間隔は、図１４〜１６、１９、２０に示すように同等でなくても（非同等であっても）よく、図１２、１３、１７、１８に示すように同等であってもよい。分離膜リーフ７が長い場合は、隣り合う凸部の間隔が非同等である方が圧力損失の低減の点で好ましい。隣り合う凸部の間隔が非同等である場合、Ｔ型及び逆Ｔ型のエレメント構成においては、供給側流路材５の長さ方向において有孔中心管に近いほど凸部２４同士の間隔が大きく、かつ、供給側流路材５の幅方向において中心に近いほど凸部２４同士の間隔が大きくなることが好ましい。Ｌ型及び逆Ｌ型のエレメント構成においては、供給側流路材５の長さ方向において有孔中心管に近いほど凸部２４同士の間隔が大きく、かつ、供給側流路材５の幅方向において凸部２４同士の間隔が一の端面に近いほど大きいことが好ましい。

隣り合う凸部２４同士の間隔は、０．０５〜２０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１〜１０ｍｍであり、さらに好ましくは１〜５ｍｍである。特に供給水濃度が高く、高回収率で運転する場合においては、隣り合う凸部２４の間隔は小さい方が好ましい。

供給側流路材の凸部と分離膜とで形成される空間が流路となり、凸部の高さや間隔が上記範囲内であることで、より流動抵抗を低く、流れのよどみ箇所を少なくすることができ、造水性能に優れた分離膜エレメントを得ることができる。

供給側流路材５の凸部２４は図１０に示すように、間欠的に形成されていてもよく、図１１〜２０に示すように連続的に形成されていてもよい。凸部が連続的であるとは、スパイラル型分離膜エレメントに供給水を供給した際の、供給部から排出部にかけて連続的に凸部が設けられていることを言う。

連続的な凸部を形成する方法としては、例えば、ロール型コーター、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若しくは押出型コーターを用いる方法、又は、グラビア法、印刷、噴霧、エンボス、水圧成型若しくはカレンダー加工等が挙げられる。

供給側流路材５の凸部の幅Ｗは、好ましくは０．３ｍｍ以上であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上である。また幅Ｗは、好ましくは２ｍｍ以下であり、より好ましくは１ｍｍ以下である。幅Ｗが２ｍｍ以下であることで、分離膜の供給面側の流路を十分確保することができる。

また、供給側流路材５の材料としては、ポリマーが好ましい。ポリマーとしては、供給側流路材４の形状を保持し、供給水中への成分の溶出が少ないものであるならば特に限定されず、例えば、ナイロン等のポリアミド系、ポリエステル系、ポリアクリロニトリル系、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリ塩化ビニリデン系又はポリフルオロエチレン系等の合成樹脂が挙げられるが、特に強度や親水性を考慮すると、ポリオレフィン系又はポリエステル系の合成樹脂が好ましい。

供給側流路材５の凸部２４は、巻回方向に垂直な方向での断面形状において、幅に変化があるような台形状の壁状物、楕円柱、楕円錐、四角錐又は半球のような形状であってもよい。

供給側流路材５の凸部２４はシートの一方の面に設けられてもよく、両方の面に設けられてもよいが、供給水の流路を確保する点で、シートの両方の面に設けられている方が好ましい。

供給側流路材用のシート２３としては、編み物や織物、多孔性フィルムや不織布又はネット等を用いることができ、特に不織布は、不織布を構成する繊維同士で形成された流路となる空間が広くなるため水が流動しやすく、その結果、分離膜エレメントの造水能が向上するため好ましい。

供給側流路材用のシートの厚みは２０〜１５０μｍが好ましく、目付け量は２０〜１００ｇ／ｍ^２が好ましい。

分離膜リーフの供給面側を封止する方法としては、例えば、スパイラル型分離膜エレメントを巻回する前に分離膜リーフ７の幅方向における供給側端面１１及び端面１２に接着剤を塗布する方法が挙げられる。または、スパイラル型分離膜エレメントを巻回した後に、スパイラル型分離膜エレメントの供給側端面と排出側端面とにキャップ又は端板を取り付けることにより、所定の箇所を封止することもできる。または、スパイラル型分離膜エレメントの供給側端面と排出側端面とに接着剤を塗布することにより、所定の箇所を封止することもできる。さらには、図２３に示すような供給側流路材５の端部の凸部であるＰ及びＱの凸部の厚みを最も大きくして幅方向の供給水の流れを遮ることにより封止することもできる。

有孔中心管６は、透過水を集水するための管であり、材質、大きさ、形は特に限定されない。例えば、有孔中心管６は複数の孔を有する同心円状の形状のものが用いられる。

ベッセルは、スパイラル型分離膜エレメントをその中に装填するための容器であり、０．１〜１０ＭＰａの範囲内でろ過操作が行われる。ベッセルは供給水、透過水、濃縮水の流入孔及び排出孔を有する。排出孔はチューブに接続され、透過水及び濃縮水はベッセルの外部に排出される。

ベッセルは通常、供給水、濃縮水及び透過水が各々混合しないように、ブラインシールや、有孔中心管に設けられたＯリングによって区画される。ブラインシールは供給水と濃縮水が混合しないように、スパイラル型エレメントの外周部に設けられる。有孔中心管に設けられたＯリングはベッセルの透過水の排出孔と連結され、濃縮水と透過水が混合しないように区画される。

本発明のベッセルは、Ｌ型及び逆Ｌ型のスパイラル型エレメントを装填する場合、ベッセルは３つの孔を有すればよく、Ｔ型及び逆Ｔ型のスパイラル型エレメントを装填する場合、ベッセルは４つの孔を有すればよい。本発明のベッセルは４箇所の孔を有するが、その孔の１つを閉止すれば、Ｌ型及び逆Ｌ型のスパイラル型エレメントであっても本発明のベッセルを用いることができる。

１．６ スパイラル型分離膜エレメントの利用
スパイラル型分離膜エレメントは複数本をベッセル内に入れて装填し、直列に接続して用いることができる。

加えて、スパイラル型分離膜エレメントは供給ポンプや前処理ユニットと組み合わせて配列される。これらの装置を用いることによって、供給水は透過水と濃縮水とに分離される。

運転圧力が高くなると、除去効率は向上するが、より消費エネルギーが大きくなる。運転圧力は０．２〜８ＭＰａであることが好ましい。塩除去率は供給水の温度が高くなると増加するが、供給水温度が低くなると、透過流束は低下する。したがって、供給水の温度は５〜４５℃が好ましい。供給水のｐＨが高く、海水にように供給水の塩濃度が高いと、マグネシウムスケールが発生し易くなるため、ｐＨは中性域で運転することが好ましい。

本発明の実施例について以下に詳細を説明するが、本発明は実施例中の記載に限定されるものではない。
（透過水流量）
スパイラル型分離膜エレメントを用いたろ過において、供給水として、温度２５℃、ｐＨ７．０、濃度２００ｍｇ／ＬのＮａＣｌ水溶液を０．４１ＭＰａの圧力で６０分間予備透過させた。回収率を調整した後で、透過水と濃縮水とを１分間採取した。回収率は次式で計算した。
（回収率）（％）＝（透過水流量）／（供給水流量）×１００
（供給水流量）＝（透過水流量）＋（濃縮水流量）
（塩除去率）
供給水と透過水とのＴＤＳ濃度は、電気伝導度計（ＤＫＫ−ＴＯＡ社製）で測定し、換算した。塩除去率は、次式で計算した。評価の際には、３本のスパイラル型エレメントを評価し、各エレメントの平均値を算出した。
（塩除去率）（％）＝１００×（１−（透過水の塩濃度）／（供給水の塩濃度））
スパイラル型分離膜エレメントは、後述の方法によって作製した。
（実施例１）
ポリエチレンテレフタレート長繊維からなる不織布（糸径：１．２デシテックス、厚み：１０００μｍ、通気度：１．１ｃｃ／ｃｍ２／ｓ、繊維配向度：支持層側４５°、支持層とは反対側２０°）上に、ポリスルホンの１５．５重量％のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液を２００μｍの厚みで室温（２５℃）でキャストし、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（厚み１５０μｍ）を作製した。

その後、多孔性支持層ロールを巻き出し、ｍ−フェニレンジアミンの１．８５重量％、ε−カプロラクタム４．２重量％水溶液中に２分間浸漬し、該支持膜を垂直方向にゆっくりと引き上げ、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０．１重量％を含むｎ−デカン溶液を表面が完全に濡れるように塗布して１分間静置した。次に、支持膜から余分な溶液を除去するために支持膜を１分間垂直に保持して液切りした。その後、９０℃の熱水で２分間洗浄して、分離膜ロールを得た。

供給側流路材は、スリット幅０．４ｍｍ、ピッチ０．８ｍｍの櫛形シムを装填したアプリケーターを用いて、高結晶性ＰＰ（ＭＦＲ１０００ｇ／１０分、融点１６１℃）５５重量％と、低結晶性α−オレフィン系ポリマー（出光興産株式会社製；低立体規則性ポリプロピレン「Ｌ−ＭＯＤＵ・Ｓ４００」（商品名））４５重量％からなる組成物ペレットとを樹脂温度２００℃、走行速度１０ｍ／ｍｉｎで、不織布上に塗布することで作製した。不織布は厚み１００μｍであった。凸部は図１３に示すように配置し、隣り合う凸部の間隔は同等であり、厚みは５００μｍであった。

また、分離膜を切断し、折りたたまれた分離膜の間に、供給側流路材を配置し、その後、分離膜の透過面側の有孔中心管側を除く三辺にウレタン系接着剤（イソシアネート：ポリオール＝１：３）を塗布し、分離膜リーフ透過面側の開口部の所定部分を有孔集水管の外周面に接着し、スパイラル状に巻囲することで巻囲体を作製し、外周部に孔を有するフィルムを巻きつけた。孔はフィルムの中央部の幅２００ｍｍの箇所に幅４０ｍｍ、高さ１０ｍｍで幅方向に４箇所、高さ方向に４箇所設けた。得られた巻回体の両端のエッジカットを行い、直径が２インチのスパイラル型分離膜エレメントを作製した。

得られたスパイラル型分離膜エレメントの一端面全体に接着剤（セメダインハイスーパー（登録商標）５、セメダイン社製）を塗布し、他端面は分離膜リーフの長さ方向において、有孔中心管に近い部分２０％を除いて接着剤を塗布し、図３に示すようなＬ型エレメントを作製した。

スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。
（実施例２）
他端面における開口率を５０％に変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。
（実施例３）
他端面における開口率を３０％に変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。
（実施例４）
他端面における開口率を１０％に変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。
（実施例５）
他端面における開口率を５％に変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。
（実施例６）
供給側流路材の厚みを２５０μｍに変更し、スパイラル型分離膜エレメントの径を１．８インチに変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。
（実施例７）
供給側流路材の厚みを２５０μｍに変更し、分離膜の長さを長くすることで膜面積を１．６１ｍ^２に増加させた以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。
（実施例８）
供給側流路材の厚みを１０００μｍに変更し、スパイラル型分離膜エレメントの径を２．３インチに変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。
（実施例９）
供給側流路材の厚みを１０００μｍに変更し、分離膜の長さを短くすることで膜面積を０．８７ｍ^２に減少させた以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。
（実施例１０）
供給側流路材の凸部配置パターンを図１６に示すように、隣り合う樹脂の間隔が変動するように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表１にまとめて示す。

（実施例１１）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を図４に示すようなＴ型に変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１８に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。
（実施例１２）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を図４に示すようなＴ型に変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図２０に示すように、隣り合う樹脂の間隔が変動するように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。
（実施例１３）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を図５に示すような逆Ｌ型に変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１３に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。
（実施例１４）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を図５に示すような逆Ｌ型に変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１６に示すように、隣り合う樹脂の間隔が変動するように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。
（実施例１５）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を図６に示すような逆Ｔ型に変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１６に示すように、隣り合う樹脂の間隔が変動するように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。
（実施例１６）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を図６に示すような逆Ｔ型に変更し、供給側流路材の樹脂配置パターンを図２０に示すように、隣り合う樹脂の間隔が変動するように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。
（実施例１７）
分離膜リーフ数を２に変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１６に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。
（実施例１８）
分離膜リーフ数を２に、スパイラル型分離膜エレメントの種類をＴ型に変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１８に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。
（実施例１９）
分離膜リーフ数を２に、スパイラル型分離膜エレメントの種類を逆Ｌ型に変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１６に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。
（実施例２０）
分離膜リーフ数を２に、スパイラル型分離膜エレメントの種類を逆Ｔ型に変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図２０に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表２にまとめて示す。

（実施例２１）
スパイラル型分離膜エレメントの径を４インチに変更し、リーフ数を５枚に変更し、膜面積を８ｍ^２に変更し、供給側流路材の厚みを７００μｍに変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１６に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。
（実施例２２）
スパイラル型分離膜エレメントの径を４インチに変更し、リーフ数を６枚に変更し、膜面積を８ｍ^２に変更し、供給側流路材の厚みを７００μｍに変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１６に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。
（実施例２３）
スパイラル型分離膜エレメントの径を８インチに変更し、リーフ数を２１枚に変更し、膜面積を３４ｍ^２に変更し、供給側流路材の厚みを１０００μｍに変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１６に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。
（実施例２４）
スパイラル型分離膜エレメントの径を８インチに変更し、リーフ数を２５枚に変更し、膜面積を３４ｍ^２に変更し、供給側流路材の厚みを１０００μｍに変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図１６に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。
（比較例１）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を従来のＩ型エレメントに変更し、供給側流路材をネットに変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。
（比較例２）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を従来のＩ型エレメントに変更し、供給側流路材の凸部配置パターンを図９に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。
（比較例３）
供給側流路材をネットに変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。
（比較例４）
スパイラル型分離膜エレメントの種類をＴ型エレメントに変更し、供給側流路材をネットに変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。
（比較例５）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を逆Ｌ型エレメントに変更し、供給側流路材をネットに変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。
（比較例６）
スパイラル型分離膜エレメントの種類を逆Ｔ型エレメントに変更し、供給側流路材をネットに変更した以外は、実施例１と同様にしてスパイラル型分離膜エレメントを作製し、性能評価を行った。スパイラル型分離膜エレメントの詳細仕様、運転条件、性能評価結果を表３にまとめて示す。

表１〜３より明らかなとおり、本発明の分離膜エレメントを用いることで、流れのよどみ箇所を低減することができ、高い透過水流量及び高い塩除去率を有する。

１ スパイラル型分離膜エレメント
２ 分離膜
３ 分離膜リーフ
４ 透過側流路材
５ 供給側流路材
６ 有孔中心管
７ 分離膜リーフ
８ 透過水
９ 濃縮水
９（ａ） 濃縮水
９（ｂ） 濃縮水
１０ 供給水
１０（ａ） 供給水
１０（ｂ） 供給水
１１ 分離膜リーフの幅方向における一端面
１２ 分離膜リーフの幅方向における他端面
１３ 分離膜リーフの長さ方向における外周端部
１４ 透過側流路材用シート
１５ 透過側流路材の樹脂
１６、１７ 透過側流路
２３ 供給側流路材用シート
２４ 供給側流路材の凸部
２５、２６ 供給側流路
２７ 有孔中心管の近傍の部分
２８ 有孔中心管から遠方の部分
３１ 供給側流路材の流路角部
１０１、１０２ 端板
ａ、ｂ 透過側流路材の隣り合う凸部の間隔
ｘ、ｙ 供給側流路材の隣り合う凸部の間隔
Ｈ 供給側流路材の厚み
ｈ 供給側流路材の凸部の厚み
Ｐ、Ｑ 供給側流路材の最端部の凸部
Ｗ 供給側流路材の凸部の幅

Claims (13)

1. 有孔中心管に、一以上の分離膜リーフが巻回された分離膜エレメントであって、
   前記分離膜リーフは、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材から構成されており、
   前記分離膜は、供給面と、透過面とをそれぞれ有し、
   前記分離膜リーフの供給面側において、幅方向における両端面の少なくとも一部が封止されており、
   前記分離膜リーフの供給面側において、長さ方向における外周端部の少なくとも一部が開口されており、
   前記供給側流路材は、表面に複数の凸部が形成されたシートである、分離膜エレメント。
2. 前記分離膜リーフの供給面側において、幅方向における片方の端面の全体が封止されている、請求項１記載の分離膜エレメント。
3. 隣り合う前記凸部の間隔が非同等である、請求項１又は２記載の分離膜エレメント。
4. 隣り合う前記凸部の間隔が、前記供給側流路材の長さ方向において前記有孔中心管に近いほど大きく、かつ、
   前記供給側流路材の幅方向において中心に近いほど大きい、請求項３記載の分離膜エレメント。
5. 隣り合う前記凸部の間隔が、前記供給側流路材の長さ方向において前記有孔中心管に近いほど大きく、かつ、
   前記供給側流路材の幅方向において一の端面に近いほど大きい、請求項３記載の分離膜エレメント。
6. 隣り合う前記凸部の間隔が同等である、請求項１又は２記載の分離膜エレメント。
7. 前記凸部が、前記供給側流路材の一の端部から、該端部と直交する他の端部にかけて連続的に形成されている、請求項１〜６のいずれか一項記載の分離膜エレメント。
8. 前記凸部が、前記供給側流路材の一の端部から、該端部と直交する他の端部にかけて間欠的に形成されている、請求項１〜６のいずれか一項記載の分離膜エレメント。
9. 前記シートが多孔性シートである、請求項１〜８のいずれか一項記載の分離膜エレメント。
10. 前記多孔性シートが不織布である、請求項９記載の分離膜エレメント。
11. 前記凸部が、前記有孔中心管に近い端部では前記供給側流路材の幅方向に形成されており、かつ、
    他の端部では前記供給側流路材の長さ方向に形成されている、請求項１〜１０のいずれか一項記載の分離膜エレメント。
12. 隣り合う前記凸部の間隔が、０．５〜２ｍｍである、請求項１〜１１のいずれか一項記載の分離膜エレメント。
13. ４箇所の孔を有する、請求項１〜１２のいずれか一項記載の分離膜エレメント用のベッセル。