JP3105610B2 - スパイラル型膜分離モジュ−ルとその洗浄方法。 - Google Patents

スパイラル型膜分離モジュ−ルとその洗浄方法。

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は透過液による逆洗を可能
としたスパイラル型分離膜モジュ−ルに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】分離膜モジュ−ルは溶液からの特定の液
体の分離、混合気体からの特定の気体の分離、液体また
は気体からの固形分の分離、気体含有液体からの気体の
分離等に広く使用されている。
【0003】分離膜モジュ−ルには、各種形式のものが
使用されているが、その一形式としてスパイラル型分離
膜モジュ−ルが存在する。
【0004】このスパイラル型分離膜モジュ−ルにおい
ては、表面にスキン層を有するスポンジ状半透膜に不織
布等の支持体を裏張りした膜を封筒状に形成し、膜封筒
内に透過液通路部材を納め、この膜封筒の開口端を透過
液集水管に連通し、同膜封筒を原液通路部材と共に透過
液集水管の周囲に巻回し、膜封筒外部を原液側とし、膜
封筒内部を透過液側としている。
【0005】分離膜モジュ−ルにおいては、その形式の
如何をとわず、目詰り等による経時的な透過流量の低下
が避けられず、適時、洗浄を行なって透過性能を回復す
ることが必要である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来スパイラル型分離
膜モジュ−ルの洗浄には、通常、薬剤洗浄を使用してい
る。しかし、薬剤洗浄においては、膜の劣化が懸念さ
れ、また、洗浄後での薬品の排出・原液による置換等に
長時間を要し、分離膜モジュ−ルの運転を長時間停止し
なければならない。更に、薬剤が高価であり、洗浄コス
トが高いといった不経済性もある。
【0007】尤も、中空糸膜モジュ−ルの洗浄において
は、透過液槽内の透過液を膜の透過側に圧送する、所謂
逆洗法が公知であり、この逆洗法によれば、上記した膜
劣化、分離膜モジュ−ルの長時間停止、洗浄コスト等の
問題を全て解消できる。
【0008】しかしながら、本発明者等の実験結果によ
れば、スパイラル型分離膜モジュ−ルを逆洗すると、半
透膜と支持体との間に剥離が生じ、その剥離箇所の膜部
分が逆洗圧力に対して無支持状態となって膜破損が避け
られない。
【0009】上記支持体は、テンションメンバ−に要求
される強度を充分に備えている。
【0010】而るに、本発明者においては、上記の支持
体をスポンジ層内に埋入し、スポンジ層の裏面にスキン
層または緻密層を設ければ、透過液側に液圧が作用して
も、その圧力に対し支持体をテンションメンバ−として
有効に作用させ得、上記半透膜と支持体との間での剥離
を防止でき、透過液による逆洗を安全に行ない得ること
を実験的に確認した。
【0011】本発明の目的は、上記実験結果を踏まえ、
透過液による逆洗を可能とするスパイラル型分離膜モジ
ュ−ルを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る一のスパイ
ラル型膜分離モジュ−ルは、ポンジ層内に支持布を埋
め込み、支持布両側のスポンジ層表面にスキン層を設け
た膜を使用したことを特徴とする構成である。本発明に
係る他のスパイラル型膜分離モジュ−ルは、スポンジ層
内に支持布を埋め込み、被処理液に接するスポンジ層表
面にスキン層を設け、スポンジ層裏面にスポンジ層の内
部の孔径よりも孔径の小さな緻密層を設けた膜を使用し
たことを特徴とする構成である。
【0013】
【作用】膜の裏面側にもスポンジ層を存在させ得、その
スポンジ層面が充分に緻密になるから、膜の裏面側にお
いても液圧を充分に受圧させ得て支持体をテンションメ
ンバ−として作用させることができる。従って、膜を安
全に保持して逆洗を行なうことができる。
【0014】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を示してい
る。図1は本発明において使用する膜を示す断面説明図
である。図1において、1は半透膜のスポンジ層であ
る。2はスポンジ層に埋入した織布であり、繊維間の間
隙が半透膜のスポンジ状物質10で充填されている。1
1,12は織布2の両側のスポンジ層部分であり、スポ
ンジ層1はこれらの部分11,12と織布2が埋設され
ている中間部分10とに構成されている。31,32は
各スポンジ層部分11,12の表面に形成したスキン層
であり、透過液に接する側のスキン層は原液に接する側
のスキン層よりも粗密度であってもよい。
【0015】図2は本発明において使用する膜の別例を
示す断面説明図であり、透過液に接する側のスポンジ層
部分12の表面33にはスキン層を形成していないが、
スポンジ層1の内部よりも孔径を小にして充分に緻密質
としてある。図2において、図1と同一の符号は、図1
のそれと同一の構成要素を示している。
【0016】図1の膜を使用した実施例においては、膜
の緻密度の高いスキン層を表面側にして膜を封筒状に形
成すると共にその封筒内に透過液通路部材を納め、この
膜封筒の開口端を透過液集水管に連通し、同膜封筒を原
液通路部材と共に透過液集水管の周囲に巻回し、一端に
原液入口を、他端に原液出口をそれぞれ有する筒状ケ−
ス内に前記の膜封筒巻回体を収容し、同巻回体の透過液
集水管端部をその筒状ケ−ス外部に引出してあり、図2
の膜を使用した実施例においては、スキン層を膜封筒の
表面側にしてある。
【0017】本発明において使用する半透膜には、使用
する高分子材料に応じ、逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾
過膜を用いることができる。
【0018】本発明において使用する膜には、上記した
膜を支持膜とし、その表面に薄い分離層を作って得た逆
浸透複合膜、ガス分離膜、パ−ベ−パレイション膜を用
いることもできる。
【0019】本発明において使用する膜素材は、製膜性
のある高分子ポリマ−であれば、特に限定されないが、
例えば、ポリスルホン系ポリマ−、親水性ポリオレフィ
ン系ポリマ−、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニ
トリル系ポリマ−、酢酸セルロ−ス、ポリイミド、これ
らの混合物、或いは、これらにスルホン酸基、カルボキ
シル基、アミノ基等の荷電基を導入したものを使用でき
る。
【0020】製膜溶液には、素材として高分子ポリマ−
を溶剤で溶解したものを用い、そのポリマ−濃度はポリ
マ−の分子量や種類によって異なるが、通常5〜40
%、好ましくは、10〜30%である。
【0021】製膜溶液として用いる溶剤には、高分子ポ
リマ−を溶解し、かつ水と混合し得るものを使用する必
要があり、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジ
メチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン,ジ
メチルスルホキシド、アセトン、THF、ジオキサン等
の非プロトン性極性溶剤を使用できる。
【0022】製膜溶液に加える添加剤としては、例え
ば、塩化リチウム、過塩素酸マグネシウム等の無機塩や
エチレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、ポリビ
ニルピロリドリドンホルムアミド等の有機物を使用でき
る。この添加剤の濃度は、ポリマ−の種類や添加剤の種
類によって異なるが、通常、ポリマ−100重量部に対
して1〜200重量部、好ましくは、5〜150重量部
である。
【0023】本発明において使用する織布としては、製
膜溶液の含浸が可能なものであること、引っ張り強度に
優れていること、含浸した製膜溶液が凝固液中で凝固す
る際の膜の収縮に耐え得るものであること等の要件が要
求される。
【0024】織布の繊維は、モノフィラメントの長繊維
で、線径は30〜200μmであることが好ましい。繊
維の材質は、機械的強度と製膜溶液の溶剤に対する耐性
を具備していればよく、特に、限定されない。例えば、
ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリア
ミド等を使用できる。
【0025】本発明において使用する膜の製造方法に
は、図1に示す膜の場合、製膜溶液を織布に含浸し、こ
れをギャップを調節した2本のロ−ルの間に垂直に通し
て織布両表面の製膜溶液層の厚みをほぼ等厚に調整し、
製膜溶液表面からの溶剤蒸発によりスキン層を形成し、
次いで凝固液に浸漬し膜内部の溶剤を含んだ溶液状態の
部分を凝固させてスポンジ層に相転位させる方法を使用
できる。また、溶剤を蒸発させずに凝固液中でスキン層
とスポンジ層を形成する方法を使用することもできる。
【0026】図2に示す膜の場合、上記の方法で製膜溶
液を含浸した織布の製膜液層表面からの溶剤蒸発の際、
表と裏面とで温度、湿度、有機溶剤蒸気の有無等の雰囲
気を変えることによりスキン層の生成を調節する方法
や、製膜溶液を含浸した織布を凝固液に浸漬する際に、
表と裏面とで凝固する時間をずらす方法等を使用でき
る。例えば、ガラス板やシ−ト状のフィルムの上に置い
た織布に製膜液を含浸させ、製膜溶液層表面からの溶剤
蒸発により片面にスキン層を形成し、次いで、これらを
一緒に凝固液に浸漬し内部の溶剤を含んだ溶液状態の部
分を凝固させてスポンジ層に相転位させる方法を使用で
きる。また、溶剤を蒸発させずに凝固液中でスキン層と
スポンジ層を形成する方法を使用することもできる。
【0027】上記の凝固液は、水を主成分とするが、ボ
ウ硝等の無機塩、アルコ−ル等の水溶性有機溶剤、界面
活性剤を含んでいてもよい。
【0028】本発明のスパイラル型分離膜モジュ−ルに
おいては、半透膜のスポンジ層内に支持体を埋入してあ
り、透過液を加圧して逆洗を行なっても、透過液に接す
る半透膜裏面がその透過液圧力を受圧し、支持体がテン
ションメンバ−として作用するから、膜を支持体で安定
に支持しつつ逆洗を行なうことができる。
【0029】この場合、透過液圧力を受圧する半透膜裏
面が緻密であるほど、その液圧を効果的に受圧できる
が、原液側のスキン層ほどに緻密にしなくてもよい。
【0030】本発明のスパイラル型分離膜モジュ−ルに
おいては、膜損傷を招来することなく逆洗を安全に行な
い得る。このことは、次ぎの実施例と比較例との逆洗試
験からも明らかである。
【0031】実施例1 ポリスルホン18重量%をN−メチル−2−ピロリドン
に溶解し製膜溶液として調整した。110メッシュのポ
リエステル織布をポリエステルフィルム上に置き、その
上に前記製膜液を注ぎ、含浸させた。これをフィルムを
付けたままでギャップを200μmに調節した2本のロ
−ルの間を垂直に通し、水に浸漬して凝固させ厚み18
0μmの膜を得た。織布はスポンジ層に埋設されてい
た。この膜は限外濾過膜としての性能を呈し、表面並び
に裏面側(ポリエステルフィルムに接触していた側)の
ポリエチレングリコ−ル20,000の阻止率はそれぞ
れ74%,6%であった。この膜を使用してスパイラル
型分離膜モジュ−ルを組み立てた。
【0032】実施例2 エチレン酢酸ビニル系共重合体ケン化物22重量%をイ
ソプロピルアルコ−ル42重量%,水36重量%に80
℃にて溶解し、製膜溶液として調整した。この製膜液を
110メッシュのポリエステル織布に含浸させ、ギャッ
プを180μmに調節した2本のロ−ルの間に通し、水
に浸漬して凝固させ厚み210μmの膜を得た。織布は
スポンジ層に埋設され、半透膜の両面にはスキン層が形
成されていた。この膜は限外濾過膜としての性能を呈
し、表面並びに裏面のポリエチレングリコ−ル50,0
00の阻止率はそれぞれ90%,88%であった。この
膜を使用してスパイラル型分離膜モジュ−ルを組み立て
た。
【0033】比較例1 実施例1と同一の製膜溶液を220メッシュのポリエス
テル織布上に塗布した。製膜液は裏面まで含浸されるこ
となく織布表面に乗ったままであった。これを、ギャッ
プを200μmに調節した2本のロ−ルの間を垂直に通
し、水に浸漬して凝固させ厚み190μmの膜を得た。
膜の裏面に織布が露出していた。この膜は限外濾過膜と
しての性能を呈し、表面並びに裏面のポリエチレングリ
コ−ル20,000の阻止率はそれぞれ76%,15%
であった。この膜を使用してスパイラル型分離膜モジュ
−ルを組み立てた。
【0034】比較例2 実施例2と同一の製膜溶液を使用した以外、比較例1と
同様にした。
【0035】上記の実施例品並びに比較例品のそれぞれ
につき、水道水を原水として圧力2kg/cm2で運転し、こ
の運転中、1日1回,30秒間透過液側に圧力3kg/cm2
を加えて逆洗を行なったところ、30日経過後、実施例
品においては初期の80%以上の透過水量であり(逆洗
を行なわない場合は、30%〜35%)、膜損傷なく逆
洗できた。
【0036】これに対して、比較例品では初期の105
%〜110%であり、膜を取り出して観察したところ、
スポンジ層と織布とが局部的に剥離し、一部の剥離箇所
では膜が破損していた。
【0037】
【発明の効果】本発明のスパイラル型分離膜モジュ−ル
は上述した通りの構成であり、膜破損を伴うことなしに
透過液による逆洗を安全に行ない得る。従って、従来の
薬剤洗浄とは異なり、膜の劣化、分離膜モジュ−ルの長
期運転停止、高コスト等の不具合を排除して、逆洗によ
り透過水量を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において使用する膜の一例を示す断面説
明図である。
【図2】本発明において使用する膜の別例を示す断面説
明図である。
【符号の説明】
1 スポンジ層 2 支持布 31 スキン層 32 スキン層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 63/10,65/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スポンジ層内に支持布を埋め込み、支持布
    両側のスポンジ層表面にスキン層を設けた膜を使用した
    ことを特徴とするスパイラル型膜分離モジュ−ル。
  2. 【請求項2】請求項1記載のスパイラル型膜分離モジュ
    −ルを透過液により逆洗することを特徴とするスパイラ
    ル型膜分離モジュ−ルの洗浄方法。
  3. 【請求項3】スポンジ層内に支持布を埋め込み、被処理
    液に接するスポンジ層表面にスキン層を設け、スポンジ
    層裏面にスポンジ層の内部の孔径よりも孔径の小さな
    密層を設けた膜を使用したことを特徴とするスパイラル
    型膜分離モジュ−ル。
  4. 【請求項4】請求項3記載のスパイラル型膜分離モジュ
    −ルを透過液により逆洗することを特徴とするスパイラ
    ル型膜分離モジュ−ルの洗浄方法。
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