JP4107724B2 - スパイラル型膜エレメント - Google Patents
スパイラル型膜エレメント Download PDFInfo
- Publication number
- JP4107724B2 JP4107724B2 JP21156498A JP21156498A JP4107724B2 JP 4107724 B2 JP4107724 B2 JP 4107724B2 JP 21156498 A JP21156498 A JP 21156498A JP 21156498 A JP21156498 A JP 21156498A JP 4107724 B2 JP4107724 B2 JP 4107724B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- membrane element
- outer peripheral
- spiral
- membrane
- net
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧逆浸透膜分離装置、限外濾過装置、精密濾過装置等の膜分離装置に用いられるスパイラル型膜エレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、浄水技術へ膜分離技術が適用されるとともに、海水淡水化等で用いられる逆浸透膜分離システムの前処理として膜分離技術が適用されつつある。このような膜分離に使用される膜の種類としては、高透過水量が得られる精密濾過膜や限外濾過膜が多く使用されているが、最近、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 以下の超低圧力で高透過水量が得られる逆浸透膜も開発されてきた。
【０００３】
また、前記膜分離に使用される膜エレメントの形態としては、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から中空糸膜エレメントが多く使用されている。しかしながら、中空糸膜エレメントは、膜が折れやすく、膜が折れると、原水が透過水に混ざり、分離性能が低下するという欠点を有している。
【０００４】
一方、膜面積を多くとれる膜エレメントの形態としてスパイラル型膜エレメントがある。このスパイラル型膜エレメントは、中空糸膜エレメントと比較すると、分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。
【０００５】
図１１は従来のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図であり、図１２は従来のスパイラル型膜エレメントの外観斜視図である。
【０００６】
図１１に示すように、スパイラル型膜エレメント２１は、透過水スペーサ２５の両面に分離膜２６を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜（袋状膜）２３を形成し、その封筒状膜２３の開口部を有孔中空管からなる集水管２２に取り付け、ネット状（網状）の原水スペーサ２４とともに集水管２２の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成される。
【０００７】
原水スペーサ２４は、封筒状膜２３間に原水が通る流路を形成するために設けられる。原水スペーサ２４の厚みが小さいと、分離膜２６の充填効率は高くなるが、懸濁物質による詰まりが生じる。そのため、通常、原水スペーサ２４の厚みは約０．７ｍｍ〜３．０ｍｍに設定される。
【０００８】
なお、河川水のように懸濁物質を多く含む原水を処理するためにジグザグ状の波板状原水スペーサ（いわゆるコルゲートスペーサ）を用いたスパイラル型膜エレメントがすでに公知となっている。
【０００９】
図１２に示すように、スパイラル型膜エレメント２１の外周面は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、収縮チューブ等からなる外装材２７で被覆され、両端部にはアンチテレスコープと呼ばれるパッキンホルダ２８がそれぞれ取り付けられている。
【００１０】
図１３は従来のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。図１３に示すように、圧力容器（耐圧容器）３０は、筒形ケース３１および１対の端板３２ａ，３２ｂにより構成される。一方の端板３２ａには原水入口３３が形成され、他方の端板３２ｂには濃縮水出口３５が形成されている。また、他方の端板３２ｂの中央部には透過水出口３４が設けられている。
【００１１】
外周面の一端部近傍にパッキン３７が取り付けられたスパイラル型膜エレメント２１を筒形ケース３１内に装着し、筒形ケース３１の両方の開口端をそれぞれ端板３２ａ，３２ｂで封止する。集水管２２の一方の開口端は端板３２ｂの透過水出口３４に嵌合され、他方の開口端にはエンドキャップ３６が装着される。
【００１２】
スパイラル型膜エレメント２１の運転時には、原水５１を圧力容器３０の原水入口３３から第１の液室３８内に導入する。図６に示すように、原水５１は、スパイラル型膜エレメント２１の一方の端面側から供給される。この原水５１は原水スペーサ２４に沿って軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント２１の他方の端面側から濃縮水５３として排出される。原水５１が原水スペーサ２４に沿って流れる過程で分離膜２６を透過した透過水５２が透過水スペーサ２５に沿って集水管２２の内部に流れ込み、集水管２２の端部から排出される。
【００１３】
その透過水５２は、図１３の圧力容器３０の透過水出口３４から外部へ取り出される。また、濃縮水５３は、圧力容器３０内の第２の液室３９から濃縮水出口３５を通して外部へ取り出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
膜エレメントを運転すると、原水中の濁質物質により膜の目詰まりが生じ、膜流束が低下する。そのため、薬品洗浄等を行って目詰まりを取り除き、膜流束を回復させるが、薬品洗浄に要する手間およびコストが問題となる。そこで、目詰まりが生じないように、例えば中空糸膜エレメントでは、透過水または空気による逆流洗浄が定期的に行われる。
【００１５】
しかし、従来のスパイラル型膜エレメント２１では、集水管２２に巻回された封筒状膜２３の外周面が外装材２７で被覆されているので、逆流洗浄を行っても、膜の目詰まりの原因となっている濁質物質等の汚染物質が、膜エレメント２１の端部から排出されるまでに原水スペーサ２４に捕捉されやすく、十分に除去されないという問題がある。
【００１６】
また、圧力容器３０の筒形ケース３１の内周面とスパイラル型膜エレメント２１との間に存在する空隙がデッドスペースＳとなり、流体の滞留（液溜まり）が生じる。スパイラル型膜エレメント２１を長期間使用すると、デッドスペースに滞留している流体が変成を起こす。特に、流体が有機物を含有する液体である場合には、微生物等の雑菌が繁殖し、この雑菌が有機物を分解して悪臭を発生したり、分離膜を分解してしまうことがあり、信頼性の低下につながる。
【００１７】
さらに、従来のスパイラル型膜エレメント２１では、原水がスパイラル型膜エレメント２１の一端部から供給され、他端部から排出されるので、集水管２２に巻回された封筒状膜２３が竹の子状に変形することを防止するために、パッキンホルダ２８が必要となる。また、原水スペーサ２４による圧力損失および目詰まりによる圧力損失によって原水流入側と濃縮水出口側との間に圧力差が生じ、スパイラル型膜エレメント２１に変形が生じる。この変形を防止するために、集水管２２に巻回された封筒状膜２３の外周面をＦＲＰ、収縮チューブ等の外装材２７で被覆している。これらにより、部品コストおよび製造コストが高くなる。
【００１８】
また、原水中の汚染物質によるケークの形成を防ぐために十分な膜面線速を得ることが必要であり、そのためには十分な濃縮側流量が必要となる。濃縮側流量を大きくすると、膜エレメント当たりの回収率が低くなる上、原水を供給するポンプが大きいものとなり、システムコストも非常に大きくなる。
【００１９】
本発明の目的は、低コスト化が可能でかつ洗浄が容易で信頼性の高いスパイラル型膜エレメントを提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回されてスパイラル状膜要素が形成され、スパイラル状膜要素の外周部がネットからなる液体透過性材料で覆われ、液体透過性材料の外周面側が全体的にまたは部分的に外周部流路材で覆われ、封筒状膜内に挿入された透過液流路材が封筒状膜の外周部側の側部から外部へ延長され、透過液流路材の延長された部分がネットとしてスパイラル状膜要素の外周面に巻回されたものである。
【００２１】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントにおいては、スパイラル状膜要素の外周面が外装材で被覆されずに液体透過性材料および外周部流路材で覆われているので、原液を膜エレメントの少なくとも外周部側から供給し、全量濾過を行うことができる。
【００２２】
このように、原液が膜エレメントの少なくとも外周部側から供給され、かつスパイラル状膜要素の外周部が液体透過性材料で覆われているので、汚染物質が膜エレメントの少なくとも外周部で捕捉される。したがって、例えば透過水等による逆流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。
【００２３】
また、外周部流路材により圧力容器と膜エレメントの外周部との間に流路が確保される。したがって、膜エレメントの逆流洗浄時に、外周部流路材に沿って原液を流すことにより膜エレメントの外周部に付着した汚染物質を容易に系外に排出することができる。
【００２４】
さらに、膜エレメントの外周部が外周部流路材で保護されるので、ハンドリング（取扱い）性が向上する。しかも、液体透過性材料および外周部流路材により外周部での封筒状間の拡がりが防止されるので、逆流洗浄時に膜エレメントの少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出するための流路を確保することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の構造によれば、全量濾過により膜エレメントと圧力容器との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、膜エレメントと圧力容器との間の空隙部において流体の滞留が生じない。したがって、有機物を含有する流体の分離に使用した場合でも、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られる。
【００２６】
さらに、膜エレメントの少なくとも外周部側から原液が供給され、膜エレメントに全方向から圧力が加わり、軸方向に変位を起こさせるような圧力が加わらないので、有孔中空管に巻回された封筒状膜が竹の子状に変形することがない。それにより、パッキンホルダが不要となり、外装材も不要であるので、部品コストおよび製造コストが低減される。また、全量濾過が行われるので、原液を供給するポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得られる。それにより、システムコストが低減される。
【００２７】
また、膜エレメントに全方向から圧力が加わるので、原液の供給圧力を高くしても膜エレメントの変形が生じない。したがって、高い耐圧性が得られる。
【００２８】
また、液体透過性材料がネットからなるので、スパイラル状膜要素の外周部に捕捉された汚染物質により逆流洗浄時に生じる逆圧が大きくなっても、外周部のネットによりスパイラル状膜要素の膨らみが防止され、封筒状膜間の間隔が大きくならない。したがって、封筒状膜の膨らみによる膜の破損が防止され、原液中の汚染物質が透過液中に漏れ出ることがなくなる。
【００２９】
さらに、封筒状膜内に挿入された透過液流路材が封筒状膜の外周部側の側部から外部へ延長され、透過液流路材の延長された部分がネットとしてスパイラル状膜要素の外周面に巻回されているので、追加の部品コストを抑えつつ逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素の膨らみを防止することができる。
【００３３】
ネットは合成樹脂からなってもよく、あるいは、ネットが金属からなってもよい。
【００３４】
ネットは３メッシュ以上２００メッシュ以下であることが好ましい。それにより、逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素の膨らみを確実に抑えることができるとともに、運転時に外周部側からスパイラル状膜要素内の封筒状膜間に原液を十分に供給することができる。
【００３５】
スパイラル状膜要素の外周部のネットの所定箇所が円周方向に沿って樹脂で補強されてもよい。それにより、逆流洗浄時に高い逆圧が生じても、外周部のネットによりスパイラル状膜要素の膨らみが確実に防止される。
【００３８】
特に、外周部流路材の厚みは０．６ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、圧力容器に対する膜エレメントの容積効率を大きく保ちつつ、逆流洗浄時に膜エレメントの少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出することが可能となる。
【００３９】
外周部流路材は、原液が有孔中空管の軸方向とほぼ平行な方向にほぼ直線状に流れるように配設されることが好ましい。これにより、膜エレメントの逆流洗浄時に、膜エレメントの外周部に付着した汚染物質を原液により小さな圧力損失で有孔中空管の軸方向とほぼ平行な方向にほぼ直線状に押し流すことができる。したがって、膜エレメントの外周部に付着した汚染物質を容易にかつ確実に系外に排出することが可能となる。
【００４０】
外周部流路材はネット状流路材からなってもよい。この場合、ネット状流路材により膜エレメントの外周部が十分に保護されるとともに膜エレメントの外周部での封筒状膜間の拡がりが防止される。しかも、原液が膜エレメントの外周部からネット状流路材を通過して封筒状膜の間に容易に浸入することができる。したがって、膜エレメントのハンドリング性がより向上するとともに、原液を封筒状膜間に効率良く供給し、かつ汚染物質を膜エレメントの外周部で確実に捕捉することが可能となる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。また、図２は図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図であり、図３は図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【００４２】
図１に示すスパイラル型膜エレメント１は、有孔中空管からなる集水管２の外周面にそれぞれ独立した複数の封筒状膜３または連続した複数の封筒状膜３を巻回することにより構成されるスパイラル状膜要素１ａを含む。封筒状膜３の間には、封筒状膜３どうしが密着して膜面積が狭くなることを防止するため、および原水の流路を形成するために原水スペーサ（原液流路材）４が挿入されている。
【００４３】
また、スパイラル状膜要素１ａの外周面は、液体透過性材料である分離膜９で覆われている。この分離膜９としては、精密濾過膜または限外濾過膜が用いられる。
【００４４】
精密濾過膜としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等の高分子有機膜を用いることができる。また、限外濾過膜としては、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリエチレン等の高分子有機膜を用いることができる。
【００４５】
分離膜９の外周面側は、ネットからなる外周部流路材５で覆われている。ネットの材質としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等の高分子材料、セラミック等の無機材料、金属、合成ゴムまたは繊維等を用いることができる。
【００４６】
精密濾過膜の孔径は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。限外濾過膜の孔径は、分画分子量２００００以上０．０１μｍ以下であることが好ましい。さらに、外周部流路材５として用いるネットは、４メッシュ以上１００メッシュ以下であることが好ましい。
【００４７】
分離膜９として用いる精密濾過膜または限外濾過膜の孔径および外周部流路材５として用いるネットの網目の数は原水の水質に応じて選択する。
【００４８】
本参考例では、分離膜９として、エチレンビニルアルコール等のポリオレフィンからなる孔径０．４μｍの精密濾過膜を用いる。また、分離膜９として、ポリスルホンからなる限外濾過膜を用いてもよい。さらに、外周部流路材５として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる５０メッシュのネットを用いる。
【００４９】
なお、スパイラル状膜要素１ａの外周面に加えてスパイラル状膜要素１ａの端面も分離膜９で覆ってもよい。
【００５０】
図２および図３に示すように、封筒状膜３は、透過水スペーサ（透過液流路材）６の両面に２枚の分離膜７を重ね合わせて３辺を接着することにより形成され、その封筒状膜３の開口部が集水管２の外周面に取り付けられている。分離膜７としては、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 以下で運転される低圧逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が用いられる。
【００５１】
図２の例では、複数の封筒状膜３がそれぞれ独立した分離膜７により形成される。図３の例では、複数の封筒状膜３が連続した分離膜７を折り畳むことにより形成される。
【００５２】
原水スペーサ４の厚みが０．５ｍｍよりも大きいと、原水中の汚染物質を膜エレメント１の少なくとも外周部で捕捉しにくくなる。一方、原水スペーサ４の厚みが０．１ｍｍよりも小さいと、封筒状膜３どうしが接触しやすくなり、膜面積が小さくなる。したがって、原水スペーサ４の厚みは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
図１に示すように、外周部流路材５は、複数の線材６１，６２が互いに直角に交差するように格子状に形成されている。線材６１の厚さは線材６２の厚さよりも大きく設定されている。それにより、原水５１が線材６１間において線材６１と平行な方向にほぼ直線状に流れやすくなる。
【００５４】
また、図１に示すように、外周部流路材５は線材６１が集水管２の軸方向と平行になるように配置されている。したがって、原水がスパイラル状膜要素１ａの外周部で軸方向に流れやすくなる。
【００５５】
外周部流路材５の厚みｔが３０ｍｍよりも大きいと、膜エレメント１を収納する圧力容器に対する膜エレメント１の容積効率が小さくなる。一方、外周部流路材５の厚みｔが０．６ｍｍよりも小さいと、透過水の逆流洗浄時に膜エレメント１の少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出するための原水の流速が小さくなる。したがって、外周部流路材５の厚みは０．６ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５６】
また、外周部流路材５の厚み方向における空隙率は例えば２０％以上６０％以下と設定する。これにより、逆流洗浄時に汚染物質を軸方向に動かす原水の抵抗を低減しつつ外周部流路材５の十分な強度を確保することができる。また、外周部流路材５の網目の縦および横のピッチは例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とする。これにより、スパイラル状膜要素１ａの外周面が圧力容器に接触して原水の流路が狭くなることを防止しつつ封筒状膜３間に原水を十分に供給することができる。
【００５７】
なお、外周部の分離膜９の全体を外周部流路材５で覆ってもよく、あるいは一部の領域を外周部流路材５で覆ってもよい。
【００５８】
図４は本参考例のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。図４に示すように、圧力容器（耐圧容器）１０は、筒形ケース１１および１対の端板１２ａ，１２ｂにより構成される。一方の端板１２ａには原水入口１３が形成され、他方の端板１２ｂには原水出口１５が形成されている。また、他方の端板１２ｂの中央部には透過水出口１４が設けられている。
【００５９】
スパイラル型膜エレメント１が筒型ケース１１内に収納され、筒状ケース１１の両方の開口端がそれぞれ端板１２ａ，１２ｂで封止される。集水管２の一方の端部は端板１２ｂの透過水出口１４に嵌合され、他方の端部にはエンドキャップ１６が装着される。端板１２ｂの原水出口１５には、配管１７およびバルブ１８が接続される。
【００６０】
スパイラル型膜エレメント１の運転時には、原水５１を圧力容器１０の原水入口１３から圧力容器１０の内部に導入する。原水５１は、外周部流路材５に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント１の少なくとも外周部側から分離膜９を透過し、原水スペーサ４に沿って封筒状膜３間に浸入する。図４の例では、原水５１がスパイラル型膜エレメント１の外周部側および両端部側から封筒状膜３間に浸入する。分離膜７を透過した透過水が透過水スペーサ６に沿って集水管２の内部に流れ込む。それにより、圧力容器１０の透過水出口１４から透過水５２が取り出される。このようにして、全量濾過が行われる。
【００６１】
この場合、スパイラル状膜要素１ａの外周部面が分離膜９で覆われているので、分離膜９の孔径よりも大きな濁質物質等の汚染物質は膜エレメント１の少なくとも外周部で捕捉される。すなわち、分離膜９の孔径よりも小さな汚染物質のみが封筒状膜３間に侵入する。したがって、封筒状膜３を構成する分離膜７の負荷が減少し、長期間安定した運転が可能となる。
【００６２】
なお、バルブ１８を開いて原水出口１５から一部原水を取り出してもよい。この場合、膜エレメント１の外周部で原水の流れを形成することができる。それにより、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を圧力容器１０の外部に排出することができる。
【００６３】
一定時間濾過を行った後、透過側から透過水による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時の透過水は、集水管２から原水スペーサ４に沿って少なくとも外周部に向かって流れる。それにより、膜エレメント１の少なくとも外周部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。このとき、原水入口１３から原水を供給しつつバルブ１８を開放すると、原水が外周部流路材５に沿って軸方向に直線状に流れ、剥離した汚染物質が系外に排出される。その結果、膜流束が逆流洗浄前と比較して格段に回復する。
【００６４】
このように、本参考例のスパイラル型膜エレメント１においては、逆流洗浄時に外周部に付着した汚染物質を外周部流路材５に沿って系外に容易に排出することができる。また、膜エレメント１の外周部が外周部流路材５で被覆されているので、ハンドリング（取扱い）性が向上する。
【００６５】
さらに、前述のような濾過形態により膜エレメント１と圧力容器１０との間の空隙部に図１３に示したデッドスペースＳのようなデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が発生せず、高い信頼性が得られる。
【００６６】
また、膜エレメント１に全方向から圧力が加わるので、膜エレメント１の変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、部品コストおよび製造コストが低減される。
【００６７】
また、全量濾過が行われるので、原水を供給するポンプに大きなものを用いる必要がない。それにより、システムコストが低減される。
【００６８】
図５は本発明の他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの正面図である。図５では、外周部流路材の図示が省略されている。
【００６９】
図５（ａ）のスパイラル型膜エレメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの両端部が樹脂層１９で封止されている。図１１（ｂ）のスパイラル型膜エレメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの一端部が樹脂層１９で封止されている。
【００７０】
図５（ａ），（ｂ）のスパイラル型膜エレメント１では、製造時の作業工程が増加するが、膜エレメント１の両端部または一端部に原水を供給するスペースが不要となる。したがって、圧力容器を小型化することができ、圧力容器内に膜エレメント１を収納してなるスパイラル型膜モジュールを小型化することができる。
【００７１】
また、膜エレメント１の樹脂層１９で封止された端部を圧力容器の原水入口側に配置することにより、原水導入時に原水の動圧により膜エレメント１の端面に汚れが付着することを防止することができる。
【００７２】
図６は本発明のさらに他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。また、図７は図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図であり、図８は図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。さらに、図９は図６のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き正面図である。
【００７３】
図６に示すスパイラル型膜エレメント１は、有孔中空管からなる集水管２の外周面にそれぞれ独立した複数の封筒状膜３または連続した複数の封筒状膜３を巻回することにより構成されるスパイラル状膜要素１ａを含む。封筒状膜３の間には、封筒状膜３どうしが密着して膜面積が狭くなることを防止するため、および原水の流路を形成するために原水スペーサ（原液流路材）４が挿入されている。
【００７４】
図７および図８に示すように、封筒状膜３は、透過水スペーサ（透過液流路材）６の両面に２枚の分離膜７を重ね合わせて３辺を接着することにより形成され、その封筒状膜３の開口部が集水管２の外周面に取り付けられている。分離膜７としては、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 以下で運転される低圧逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が用いられる。
【００７５】
図７の例では、複数の封筒状膜３がそれぞれ独立した分離膜７により形成される。図８の例では、複数の封筒状膜３が連続した分離膜７を折り畳むことにより形成される。
【００７６】
また、スパイラル状膜要素１ａの外周面は液体透過性材料であるネット８で覆われている。このネット８の材質としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド等の合成樹脂、またはステンレス、鉄等の金属を用いることができる。
【００７７】
ネット８は、３メッシュ以上２００メッシュ以下であることが好ましい。それにより、逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素１ａの膨らみを確実に抑えることができるとともに、運転時に外周部側からスパイラル状膜要素１ａ内に原水を十分に供給することができる。
【００７８】
本参考例では、ネット８の材質として、トリコット布にエポキシ樹脂を含浸させたものを使用する。このネット８は、５０メッシュであり、縦糸および横糸のピッチは０．５ｍｍ、縦糸および横糸の径は０．１５ｍｍである。
【００７９】
なお、スパイラル状膜要素１ａの外周面に加えてスパイラル状膜要素１ａの端面もネット８で覆ってもよい。
【００８０】
図９に示すように、スパイラル状膜要素１ａの外周面を覆うネット８の複数箇所に等間隔で円周方向に沿って樹脂８１が塗布され、それによりネット８がスパイラル状膜要素１ａの外周面に複数箇所で固定されている。樹脂８１の塗布箇所の数は、逆流洗浄時に生じる逆圧に応じて決定するが、樹脂８１の塗布箇所の数が多くなると、逆流洗浄時にスパイラル状膜要素１ａの外周部の汚染物質が除去されにくくなる。したがって、例えば長さ９４４ｃｍのスパイラル状膜要素１ａでは、３ヵ所程度を樹脂５ａで固定することが好ましい。
【００８１】
ネット８の外周面側は、外周部流路材５で覆われている。外周部流路材５の材質および寸法は、図１に示した外周部流路材５の材質および寸法と同様である。
【００８２】
なお、外周部のネット８の全体を外周部流路材５で覆ってもよく、あるいは一部の領域を外周部流路材５で覆ってもよい。
【００８３】
本参考例のスパイラル型膜エレメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの外周面がネット８で覆われているので、スパイラル状膜要素１ａの外周部に捕捉された汚染物質により逆流洗浄時に生じる逆圧が大きくなっても、外周部のネット８によりスパイラル状膜要素１ａの膨らみが防止され、封筒状膜３間の間隔が大きくならない。したがって、封筒状膜３の膨らみによる膜の破損が防止され、原水中の汚染物質が透過水中に漏れ出ることがなくなる。
【００８４】
特に、ネット８が複数箇所でスパイラル状膜要素１ａの外周部に固定されているので、逆流洗浄時の逆圧が高い場合でも、スパイラル状膜要素１ａの膨らみが確実に防止される。
【００８５】
また、図１のスパイラル型膜エレメント１と同様に、逆流洗浄時に外周部に付着した汚染物質を外周部流路材５に沿って系外に容易に排出することができる。しかも、膜エレメント１の外周部が外周部流路材５で被覆されているので、ハンドリング（取り扱い）性が向上する。
【００８６】
さらに、膜エレメント１と圧力容器との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が発生せず、高い信頼性が得られる。
【００８７】
また、膜エレメント１に全方向から圧力が加わるので、膜エレメント１の変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、部品コストおよび製造コストが低減される。
【００８８】
また、全量濾過が行われるので、原水を供給するポンプに大きなものを用いる必要がない。それにより、システムコストが低減される。
【００８９】
図１０は透過水スペーサ６の一部をネットとして用いた本発明の一実施例を示す横断面図である。図１０の例では、１つの封筒状膜３内に挿入された透過水スペーサ６が封筒状膜３の外周部側の側部から外部へ突出するように延長され、透過水スペーサ６の延長された部分がネットとしてスパイラル状膜要素１ａの外周面に巻回されている。封筒状膜３の外周部側の側部から外部へ突出する透過水スペーサ６と封筒状膜３との間は樹脂６ａでシールされている。
【００９０】
この場合、ネットを別個に設けることによる追加の部品コストを抑えつつ逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素１ａの膨らみを延長された透過水スペーサ６により防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図２】 図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図である。
【図３】 図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【図４】 図１のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。
【図５】 本発明の他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの正面図である。
【図６】 本発明のさらに他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図７】 図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図である。
【図８】 図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【図９】 図６のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き正面図である。
【図１０】 透過水スペーサをネットとして用いた本発明の一実施例を示す横断面図である。
【図１１】 従来のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図１２】 従来のスパイラル型膜エレメントの外観斜視図である。
【図１３】 従来のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ スパイラル型膜エレメント
１ａ スパイラル状膜要素
２ 集水管
３ 封筒状膜
４ 原水スペーサ
５ 外周部流路材
６ 透過水スペーサ
７ 分離膜
８ ネット
９ 分離膜
１０ 圧力容器
１３ 原水入口
１４ 透過水出口
５１ 原水
５２ 透過水
６１，６２ 線材
６３ 棒状部材
８１ 樹脂
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧逆浸透膜分離装置、限外濾過装置、精密濾過装置等の膜分離装置に用いられるスパイラル型膜エレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、浄水技術へ膜分離技術が適用されるとともに、海水淡水化等で用いられる逆浸透膜分離システムの前処理として膜分離技術が適用されつつある。このような膜分離に使用される膜の種類としては、高透過水量が得られる精密濾過膜や限外濾過膜が多く使用されているが、最近、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 以下の超低圧力で高透過水量が得られる逆浸透膜も開発されてきた。
【０００３】
また、前記膜分離に使用される膜エレメントの形態としては、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から中空糸膜エレメントが多く使用されている。しかしながら、中空糸膜エレメントは、膜が折れやすく、膜が折れると、原水が透過水に混ざり、分離性能が低下するという欠点を有している。
【０００４】
一方、膜面積を多くとれる膜エレメントの形態としてスパイラル型膜エレメントがある。このスパイラル型膜エレメントは、中空糸膜エレメントと比較すると、分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。
【０００５】
図１１は従来のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図であり、図１２は従来のスパイラル型膜エレメントの外観斜視図である。
【０００６】
図１１に示すように、スパイラル型膜エレメント２１は、透過水スペーサ２５の両面に分離膜２６を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜（袋状膜）２３を形成し、その封筒状膜２３の開口部を有孔中空管からなる集水管２２に取り付け、ネット状（網状）の原水スペーサ２４とともに集水管２２の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成される。
【０００７】
原水スペーサ２４は、封筒状膜２３間に原水が通る流路を形成するために設けられる。原水スペーサ２４の厚みが小さいと、分離膜２６の充填効率は高くなるが、懸濁物質による詰まりが生じる。そのため、通常、原水スペーサ２４の厚みは約０．７ｍｍ〜３．０ｍｍに設定される。
【０００８】
なお、河川水のように懸濁物質を多く含む原水を処理するためにジグザグ状の波板状原水スペーサ（いわゆるコルゲートスペーサ）を用いたスパイラル型膜エレメントがすでに公知となっている。
【０００９】
図１２に示すように、スパイラル型膜エレメント２１の外周面は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、収縮チューブ等からなる外装材２７で被覆され、両端部にはアンチテレスコープと呼ばれるパッキンホルダ２８がそれぞれ取り付けられている。
【００１０】
図１３は従来のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。図１３に示すように、圧力容器（耐圧容器）３０は、筒形ケース３１および１対の端板３２ａ，３２ｂにより構成される。一方の端板３２ａには原水入口３３が形成され、他方の端板３２ｂには濃縮水出口３５が形成されている。また、他方の端板３２ｂの中央部には透過水出口３４が設けられている。
【００１１】
外周面の一端部近傍にパッキン３７が取り付けられたスパイラル型膜エレメント２１を筒形ケース３１内に装着し、筒形ケース３１の両方の開口端をそれぞれ端板３２ａ，３２ｂで封止する。集水管２２の一方の開口端は端板３２ｂの透過水出口３４に嵌合され、他方の開口端にはエンドキャップ３６が装着される。
【００１２】
スパイラル型膜エレメント２１の運転時には、原水５１を圧力容器３０の原水入口３３から第１の液室３８内に導入する。図６に示すように、原水５１は、スパイラル型膜エレメント２１の一方の端面側から供給される。この原水５１は原水スペーサ２４に沿って軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント２１の他方の端面側から濃縮水５３として排出される。原水５１が原水スペーサ２４に沿って流れる過程で分離膜２６を透過した透過水５２が透過水スペーサ２５に沿って集水管２２の内部に流れ込み、集水管２２の端部から排出される。
【００１３】
その透過水５２は、図１３の圧力容器３０の透過水出口３４から外部へ取り出される。また、濃縮水５３は、圧力容器３０内の第２の液室３９から濃縮水出口３５を通して外部へ取り出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
膜エレメントを運転すると、原水中の濁質物質により膜の目詰まりが生じ、膜流束が低下する。そのため、薬品洗浄等を行って目詰まりを取り除き、膜流束を回復させるが、薬品洗浄に要する手間およびコストが問題となる。そこで、目詰まりが生じないように、例えば中空糸膜エレメントでは、透過水または空気による逆流洗浄が定期的に行われる。
【００１５】
しかし、従来のスパイラル型膜エレメント２１では、集水管２２に巻回された封筒状膜２３の外周面が外装材２７で被覆されているので、逆流洗浄を行っても、膜の目詰まりの原因となっている濁質物質等の汚染物質が、膜エレメント２１の端部から排出されるまでに原水スペーサ２４に捕捉されやすく、十分に除去されないという問題がある。
【００１６】
また、圧力容器３０の筒形ケース３１の内周面とスパイラル型膜エレメント２１との間に存在する空隙がデッドスペースＳとなり、流体の滞留（液溜まり）が生じる。スパイラル型膜エレメント２１を長期間使用すると、デッドスペースに滞留している流体が変成を起こす。特に、流体が有機物を含有する液体である場合には、微生物等の雑菌が繁殖し、この雑菌が有機物を分解して悪臭を発生したり、分離膜を分解してしまうことがあり、信頼性の低下につながる。
【００１７】
さらに、従来のスパイラル型膜エレメント２１では、原水がスパイラル型膜エレメント２１の一端部から供給され、他端部から排出されるので、集水管２２に巻回された封筒状膜２３が竹の子状に変形することを防止するために、パッキンホルダ２８が必要となる。また、原水スペーサ２４による圧力損失および目詰まりによる圧力損失によって原水流入側と濃縮水出口側との間に圧力差が生じ、スパイラル型膜エレメント２１に変形が生じる。この変形を防止するために、集水管２２に巻回された封筒状膜２３の外周面をＦＲＰ、収縮チューブ等の外装材２７で被覆している。これらにより、部品コストおよび製造コストが高くなる。
【００１８】
また、原水中の汚染物質によるケークの形成を防ぐために十分な膜面線速を得ることが必要であり、そのためには十分な濃縮側流量が必要となる。濃縮側流量を大きくすると、膜エレメント当たりの回収率が低くなる上、原水を供給するポンプが大きいものとなり、システムコストも非常に大きくなる。
【００１９】
本発明の目的は、低コスト化が可能でかつ洗浄が容易で信頼性の高いスパイラル型膜エレメントを提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回されてスパイラル状膜要素が形成され、スパイラル状膜要素の外周部がネットからなる液体透過性材料で覆われ、液体透過性材料の外周面側が全体的にまたは部分的に外周部流路材で覆われ、封筒状膜内に挿入された透過液流路材が封筒状膜の外周部側の側部から外部へ延長され、透過液流路材の延長された部分がネットとしてスパイラル状膜要素の外周面に巻回されたものである。
【００２１】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントにおいては、スパイラル状膜要素の外周面が外装材で被覆されずに液体透過性材料および外周部流路材で覆われているので、原液を膜エレメントの少なくとも外周部側から供給し、全量濾過を行うことができる。
【００２２】
このように、原液が膜エレメントの少なくとも外周部側から供給され、かつスパイラル状膜要素の外周部が液体透過性材料で覆われているので、汚染物質が膜エレメントの少なくとも外周部で捕捉される。したがって、例えば透過水等による逆流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。
【００２３】
また、外周部流路材により圧力容器と膜エレメントの外周部との間に流路が確保される。したがって、膜エレメントの逆流洗浄時に、外周部流路材に沿って原液を流すことにより膜エレメントの外周部に付着した汚染物質を容易に系外に排出することができる。
【００２４】
さらに、膜エレメントの外周部が外周部流路材で保護されるので、ハンドリング（取扱い）性が向上する。しかも、液体透過性材料および外周部流路材により外周部での封筒状間の拡がりが防止されるので、逆流洗浄時に膜エレメントの少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出するための流路を確保することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の構造によれば、全量濾過により膜エレメントと圧力容器との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、膜エレメントと圧力容器との間の空隙部において流体の滞留が生じない。したがって、有機物を含有する流体の分離に使用した場合でも、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られる。
【００２６】
さらに、膜エレメントの少なくとも外周部側から原液が供給され、膜エレメントに全方向から圧力が加わり、軸方向に変位を起こさせるような圧力が加わらないので、有孔中空管に巻回された封筒状膜が竹の子状に変形することがない。それにより、パッキンホルダが不要となり、外装材も不要であるので、部品コストおよび製造コストが低減される。また、全量濾過が行われるので、原液を供給するポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得られる。それにより、システムコストが低減される。
【００２７】
また、膜エレメントに全方向から圧力が加わるので、原液の供給圧力を高くしても膜エレメントの変形が生じない。したがって、高い耐圧性が得られる。
【００２８】
また、液体透過性材料がネットからなるので、スパイラル状膜要素の外周部に捕捉された汚染物質により逆流洗浄時に生じる逆圧が大きくなっても、外周部のネットによりスパイラル状膜要素の膨らみが防止され、封筒状膜間の間隔が大きくならない。したがって、封筒状膜の膨らみによる膜の破損が防止され、原液中の汚染物質が透過液中に漏れ出ることがなくなる。
【００２９】
さらに、封筒状膜内に挿入された透過液流路材が封筒状膜の外周部側の側部から外部へ延長され、透過液流路材の延長された部分がネットとしてスパイラル状膜要素の外周面に巻回されているので、追加の部品コストを抑えつつ逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素の膨らみを防止することができる。
【００３３】
ネットは合成樹脂からなってもよく、あるいは、ネットが金属からなってもよい。
【００３４】
ネットは３メッシュ以上２００メッシュ以下であることが好ましい。それにより、逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素の膨らみを確実に抑えることができるとともに、運転時に外周部側からスパイラル状膜要素内の封筒状膜間に原液を十分に供給することができる。
【００３５】
スパイラル状膜要素の外周部のネットの所定箇所が円周方向に沿って樹脂で補強されてもよい。それにより、逆流洗浄時に高い逆圧が生じても、外周部のネットによりスパイラル状膜要素の膨らみが確実に防止される。
【００３８】
特に、外周部流路材の厚みは０．６ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、圧力容器に対する膜エレメントの容積効率を大きく保ちつつ、逆流洗浄時に膜エレメントの少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出することが可能となる。
【００３９】
外周部流路材は、原液が有孔中空管の軸方向とほぼ平行な方向にほぼ直線状に流れるように配設されることが好ましい。これにより、膜エレメントの逆流洗浄時に、膜エレメントの外周部に付着した汚染物質を原液により小さな圧力損失で有孔中空管の軸方向とほぼ平行な方向にほぼ直線状に押し流すことができる。したがって、膜エレメントの外周部に付着した汚染物質を容易にかつ確実に系外に排出することが可能となる。
【００４０】
外周部流路材はネット状流路材からなってもよい。この場合、ネット状流路材により膜エレメントの外周部が十分に保護されるとともに膜エレメントの外周部での封筒状膜間の拡がりが防止される。しかも、原液が膜エレメントの外周部からネット状流路材を通過して封筒状膜の間に容易に浸入することができる。したがって、膜エレメントのハンドリング性がより向上するとともに、原液を封筒状膜間に効率良く供給し、かつ汚染物質を膜エレメントの外周部で確実に捕捉することが可能となる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。また、図２は図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図であり、図３は図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【００４２】
図１に示すスパイラル型膜エレメント１は、有孔中空管からなる集水管２の外周面にそれぞれ独立した複数の封筒状膜３または連続した複数の封筒状膜３を巻回することにより構成されるスパイラル状膜要素１ａを含む。封筒状膜３の間には、封筒状膜３どうしが密着して膜面積が狭くなることを防止するため、および原水の流路を形成するために原水スペーサ（原液流路材）４が挿入されている。
【００４３】
また、スパイラル状膜要素１ａの外周面は、液体透過性材料である分離膜９で覆われている。この分離膜９としては、精密濾過膜または限外濾過膜が用いられる。
【００４４】
精密濾過膜としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等の高分子有機膜を用いることができる。また、限外濾過膜としては、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリエチレン等の高分子有機膜を用いることができる。
【００４５】
分離膜９の外周面側は、ネットからなる外周部流路材５で覆われている。ネットの材質としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等の高分子材料、セラミック等の無機材料、金属、合成ゴムまたは繊維等を用いることができる。
【００４６】
精密濾過膜の孔径は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。限外濾過膜の孔径は、分画分子量２００００以上０．０１μｍ以下であることが好ましい。さらに、外周部流路材５として用いるネットは、４メッシュ以上１００メッシュ以下であることが好ましい。
【００４７】
分離膜９として用いる精密濾過膜または限外濾過膜の孔径および外周部流路材５として用いるネットの網目の数は原水の水質に応じて選択する。
【００４８】
本参考例では、分離膜９として、エチレンビニルアルコール等のポリオレフィンからなる孔径０．４μｍの精密濾過膜を用いる。また、分離膜９として、ポリスルホンからなる限外濾過膜を用いてもよい。さらに、外周部流路材５として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる５０メッシュのネットを用いる。
【００４９】
なお、スパイラル状膜要素１ａの外周面に加えてスパイラル状膜要素１ａの端面も分離膜９で覆ってもよい。
【００５０】
図２および図３に示すように、封筒状膜３は、透過水スペーサ（透過液流路材）６の両面に２枚の分離膜７を重ね合わせて３辺を接着することにより形成され、その封筒状膜３の開口部が集水管２の外周面に取り付けられている。分離膜７としては、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 以下で運転される低圧逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が用いられる。
【００５１】
図２の例では、複数の封筒状膜３がそれぞれ独立した分離膜７により形成される。図３の例では、複数の封筒状膜３が連続した分離膜７を折り畳むことにより形成される。
【００５２】
原水スペーサ４の厚みが０．５ｍｍよりも大きいと、原水中の汚染物質を膜エレメント１の少なくとも外周部で捕捉しにくくなる。一方、原水スペーサ４の厚みが０．１ｍｍよりも小さいと、封筒状膜３どうしが接触しやすくなり、膜面積が小さくなる。したがって、原水スペーサ４の厚みは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
図１に示すように、外周部流路材５は、複数の線材６１，６２が互いに直角に交差するように格子状に形成されている。線材６１の厚さは線材６２の厚さよりも大きく設定されている。それにより、原水５１が線材６１間において線材６１と平行な方向にほぼ直線状に流れやすくなる。
【００５４】
また、図１に示すように、外周部流路材５は線材６１が集水管２の軸方向と平行になるように配置されている。したがって、原水がスパイラル状膜要素１ａの外周部で軸方向に流れやすくなる。
【００５５】
外周部流路材５の厚みｔが３０ｍｍよりも大きいと、膜エレメント１を収納する圧力容器に対する膜エレメント１の容積効率が小さくなる。一方、外周部流路材５の厚みｔが０．６ｍｍよりも小さいと、透過水の逆流洗浄時に膜エレメント１の少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出するための原水の流速が小さくなる。したがって、外周部流路材５の厚みは０．６ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５６】
また、外周部流路材５の厚み方向における空隙率は例えば２０％以上６０％以下と設定する。これにより、逆流洗浄時に汚染物質を軸方向に動かす原水の抵抗を低減しつつ外周部流路材５の十分な強度を確保することができる。また、外周部流路材５の網目の縦および横のピッチは例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とする。これにより、スパイラル状膜要素１ａの外周面が圧力容器に接触して原水の流路が狭くなることを防止しつつ封筒状膜３間に原水を十分に供給することができる。
【００５７】
なお、外周部の分離膜９の全体を外周部流路材５で覆ってもよく、あるいは一部の領域を外周部流路材５で覆ってもよい。
【００５８】
図４は本参考例のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。図４に示すように、圧力容器（耐圧容器）１０は、筒形ケース１１および１対の端板１２ａ，１２ｂにより構成される。一方の端板１２ａには原水入口１３が形成され、他方の端板１２ｂには原水出口１５が形成されている。また、他方の端板１２ｂの中央部には透過水出口１４が設けられている。
【００５９】
スパイラル型膜エレメント１が筒型ケース１１内に収納され、筒状ケース１１の両方の開口端がそれぞれ端板１２ａ，１２ｂで封止される。集水管２の一方の端部は端板１２ｂの透過水出口１４に嵌合され、他方の端部にはエンドキャップ１６が装着される。端板１２ｂの原水出口１５には、配管１７およびバルブ１８が接続される。
【００６０】
スパイラル型膜エレメント１の運転時には、原水５１を圧力容器１０の原水入口１３から圧力容器１０の内部に導入する。原水５１は、外周部流路材５に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント１の少なくとも外周部側から分離膜９を透過し、原水スペーサ４に沿って封筒状膜３間に浸入する。図４の例では、原水５１がスパイラル型膜エレメント１の外周部側および両端部側から封筒状膜３間に浸入する。分離膜７を透過した透過水が透過水スペーサ６に沿って集水管２の内部に流れ込む。それにより、圧力容器１０の透過水出口１４から透過水５２が取り出される。このようにして、全量濾過が行われる。
【００６１】
この場合、スパイラル状膜要素１ａの外周部面が分離膜９で覆われているので、分離膜９の孔径よりも大きな濁質物質等の汚染物質は膜エレメント１の少なくとも外周部で捕捉される。すなわち、分離膜９の孔径よりも小さな汚染物質のみが封筒状膜３間に侵入する。したがって、封筒状膜３を構成する分離膜７の負荷が減少し、長期間安定した運転が可能となる。
【００６２】
なお、バルブ１８を開いて原水出口１５から一部原水を取り出してもよい。この場合、膜エレメント１の外周部で原水の流れを形成することができる。それにより、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を圧力容器１０の外部に排出することができる。
【００６３】
一定時間濾過を行った後、透過側から透過水による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時の透過水は、集水管２から原水スペーサ４に沿って少なくとも外周部に向かって流れる。それにより、膜エレメント１の少なくとも外周部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。このとき、原水入口１３から原水を供給しつつバルブ１８を開放すると、原水が外周部流路材５に沿って軸方向に直線状に流れ、剥離した汚染物質が系外に排出される。その結果、膜流束が逆流洗浄前と比較して格段に回復する。
【００６４】
このように、本参考例のスパイラル型膜エレメント１においては、逆流洗浄時に外周部に付着した汚染物質を外周部流路材５に沿って系外に容易に排出することができる。また、膜エレメント１の外周部が外周部流路材５で被覆されているので、ハンドリング（取扱い）性が向上する。
【００６５】
さらに、前述のような濾過形態により膜エレメント１と圧力容器１０との間の空隙部に図１３に示したデッドスペースＳのようなデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が発生せず、高い信頼性が得られる。
【００６６】
また、膜エレメント１に全方向から圧力が加わるので、膜エレメント１の変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、部品コストおよび製造コストが低減される。
【００６７】
また、全量濾過が行われるので、原水を供給するポンプに大きなものを用いる必要がない。それにより、システムコストが低減される。
【００６８】
図５は本発明の他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの正面図である。図５では、外周部流路材の図示が省略されている。
【００６９】
図５（ａ）のスパイラル型膜エレメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの両端部が樹脂層１９で封止されている。図１１（ｂ）のスパイラル型膜エレメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの一端部が樹脂層１９で封止されている。
【００７０】
図５（ａ），（ｂ）のスパイラル型膜エレメント１では、製造時の作業工程が増加するが、膜エレメント１の両端部または一端部に原水を供給するスペースが不要となる。したがって、圧力容器を小型化することができ、圧力容器内に膜エレメント１を収納してなるスパイラル型膜モジュールを小型化することができる。
【００７１】
また、膜エレメント１の樹脂層１９で封止された端部を圧力容器の原水入口側に配置することにより、原水導入時に原水の動圧により膜エレメント１の端面に汚れが付着することを防止することができる。
【００７２】
図６は本発明のさらに他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。また、図７は図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図であり、図８は図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。さらに、図９は図６のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き正面図である。
【００７３】
図６に示すスパイラル型膜エレメント１は、有孔中空管からなる集水管２の外周面にそれぞれ独立した複数の封筒状膜３または連続した複数の封筒状膜３を巻回することにより構成されるスパイラル状膜要素１ａを含む。封筒状膜３の間には、封筒状膜３どうしが密着して膜面積が狭くなることを防止するため、および原水の流路を形成するために原水スペーサ（原液流路材）４が挿入されている。
【００７４】
図７および図８に示すように、封筒状膜３は、透過水スペーサ（透過液流路材）６の両面に２枚の分離膜７を重ね合わせて３辺を接着することにより形成され、その封筒状膜３の開口部が集水管２の外周面に取り付けられている。分離膜７としては、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 以下で運転される低圧逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が用いられる。
【００７５】
図７の例では、複数の封筒状膜３がそれぞれ独立した分離膜７により形成される。図８の例では、複数の封筒状膜３が連続した分離膜７を折り畳むことにより形成される。
【００７６】
また、スパイラル状膜要素１ａの外周面は液体透過性材料であるネット８で覆われている。このネット８の材質としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド等の合成樹脂、またはステンレス、鉄等の金属を用いることができる。
【００７７】
ネット８は、３メッシュ以上２００メッシュ以下であることが好ましい。それにより、逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素１ａの膨らみを確実に抑えることができるとともに、運転時に外周部側からスパイラル状膜要素１ａ内に原水を十分に供給することができる。
【００７８】
本参考例では、ネット８の材質として、トリコット布にエポキシ樹脂を含浸させたものを使用する。このネット８は、５０メッシュであり、縦糸および横糸のピッチは０．５ｍｍ、縦糸および横糸の径は０．１５ｍｍである。
【００７９】
なお、スパイラル状膜要素１ａの外周面に加えてスパイラル状膜要素１ａの端面もネット８で覆ってもよい。
【００８０】
図９に示すように、スパイラル状膜要素１ａの外周面を覆うネット８の複数箇所に等間隔で円周方向に沿って樹脂８１が塗布され、それによりネット８がスパイラル状膜要素１ａの外周面に複数箇所で固定されている。樹脂８１の塗布箇所の数は、逆流洗浄時に生じる逆圧に応じて決定するが、樹脂８１の塗布箇所の数が多くなると、逆流洗浄時にスパイラル状膜要素１ａの外周部の汚染物質が除去されにくくなる。したがって、例えば長さ９４４ｃｍのスパイラル状膜要素１ａでは、３ヵ所程度を樹脂５ａで固定することが好ましい。
【００８１】
ネット８の外周面側は、外周部流路材５で覆われている。外周部流路材５の材質および寸法は、図１に示した外周部流路材５の材質および寸法と同様である。
【００８２】
なお、外周部のネット８の全体を外周部流路材５で覆ってもよく、あるいは一部の領域を外周部流路材５で覆ってもよい。
【００８３】
本参考例のスパイラル型膜エレメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの外周面がネット８で覆われているので、スパイラル状膜要素１ａの外周部に捕捉された汚染物質により逆流洗浄時に生じる逆圧が大きくなっても、外周部のネット８によりスパイラル状膜要素１ａの膨らみが防止され、封筒状膜３間の間隔が大きくならない。したがって、封筒状膜３の膨らみによる膜の破損が防止され、原水中の汚染物質が透過水中に漏れ出ることがなくなる。
【００８４】
特に、ネット８が複数箇所でスパイラル状膜要素１ａの外周部に固定されているので、逆流洗浄時の逆圧が高い場合でも、スパイラル状膜要素１ａの膨らみが確実に防止される。
【００８５】
また、図１のスパイラル型膜エレメント１と同様に、逆流洗浄時に外周部に付着した汚染物質を外周部流路材５に沿って系外に容易に排出することができる。しかも、膜エレメント１の外周部が外周部流路材５で被覆されているので、ハンドリング（取り扱い）性が向上する。
【００８６】
さらに、膜エレメント１と圧力容器との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が発生せず、高い信頼性が得られる。
【００８７】
また、膜エレメント１に全方向から圧力が加わるので、膜エレメント１の変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、部品コストおよび製造コストが低減される。
【００８８】
また、全量濾過が行われるので、原水を供給するポンプに大きなものを用いる必要がない。それにより、システムコストが低減される。
【００８９】
図１０は透過水スペーサ６の一部をネットとして用いた本発明の一実施例を示す横断面図である。図１０の例では、１つの封筒状膜３内に挿入された透過水スペーサ６が封筒状膜３の外周部側の側部から外部へ突出するように延長され、透過水スペーサ６の延長された部分がネットとしてスパイラル状膜要素１ａの外周面に巻回されている。封筒状膜３の外周部側の側部から外部へ突出する透過水スペーサ６と封筒状膜３との間は樹脂６ａでシールされている。
【００９０】
この場合、ネットを別個に設けることによる追加の部品コストを抑えつつ逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素１ａの膨らみを延長された透過水スペーサ６により防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図２】 図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図である。
【図３】 図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【図４】 図１のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。
【図５】 本発明の他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの正面図である。
【図６】 本発明のさらに他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図７】 図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図である。
【図８】 図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【図９】 図６のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き正面図である。
【図１０】 透過水スペーサをネットとして用いた本発明の一実施例を示す横断面図である。
【図１１】 従来のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図１２】 従来のスパイラル型膜エレメントの外観斜視図である。
【図１３】 従来のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ スパイラル型膜エレメント
１ａ スパイラル状膜要素
２ 集水管
３ 封筒状膜
４ 原水スペーサ
５ 外周部流路材
６ 透過水スペーサ
７ 分離膜
８ ネット
９ 分離膜
１０ 圧力容器
１３ 原水入口
１４ 透過水出口
５１ 原水
５２ 透過水
６１，６２ 線材
６３ 棒状部材
８１ 樹脂
Claims (7)
- 有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回されてスパイラル状膜要素が形成され、前記スパイラル状膜要素の外周部がネットからなる液体透過性材料で覆われ、前記液体透過性材料の外周面側が全体的にまたは部分的に外周部流路材で覆われ、前記封筒状膜内に挿入された透過液流路材が前記封筒状膜の外周部側の側部から外部へ延長され、前記透過液流路材の延長された部分が前記ネットとして前記スパイラル状膜要素の外周面に巻回されたことを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
- 前記ネットは合成樹脂からなることを特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記ネットは金属からなることを特徴とする請求項１記載のスパイラル型エレメント。
- 前記ネットは３メッシュ以上２００メッシュ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記スパイラル状膜要素の外周部の前記ネットの所定箇所が円周方向に沿って樹脂で補強されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記外周部流路材の厚みが０．６ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメント。
- 前記外周部流路材は、原液が有孔中空管の軸方向とほぼ平行な方向にほぼ直線状に流れるように配設されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21156498A JP4107724B2 (ja) | 1997-10-21 | 1998-07-27 | スパイラル型膜エレメント |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-288492 | 1997-10-21 | ||
| JP28849297 | 1997-10-21 | ||
| JP21156498A JP4107724B2 (ja) | 1997-10-21 | 1998-07-27 | スパイラル型膜エレメント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11188245A JPH11188245A (ja) | 1999-07-13 |
| JP4107724B2 true JP4107724B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=26518716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21156498A Expired - Lifetime JP4107724B2 (ja) | 1997-10-21 | 1998-07-27 | スパイラル型膜エレメント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4107724B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150120972A (ko) | 2013-02-20 | 2015-10-28 | 쿠리타 고교 가부시키가이샤 | 역침투막 장치의 운전 방법, 및 역침투막 장치 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000271460A (ja) | 1999-01-22 | 2000-10-03 | Nitto Denko Corp | スパイラル型膜モジュールを用いた処理システムおよび処理方法 |
| US6533937B1 (en) | 1999-01-22 | 2003-03-18 | Nitto Denko Corporation | Methods of running and washing spiral wound membrane modules |
| US6432310B1 (en) | 1999-01-22 | 2002-08-13 | Nitto Denko Corporation | Methods of running and washing spiral wound membrane module |
| CN105435637A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-03-30 | 佛山市美的清湖净水设备有限公司 | 过滤膜组件和具有它的净水设备 |
| WO2018021387A1 (ja) | 2016-07-28 | 2018-02-01 | 東レ株式会社 | 分離膜エレメント |
-
1998
- 1998-07-27 JP JP21156498A patent/JP4107724B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150120972A (ko) | 2013-02-20 | 2015-10-28 | 쿠리타 고교 가부시키가이샤 | 역침투막 장치의 운전 방법, 및 역침투막 장치 |
| US10252219B2 (en) | 2013-02-20 | 2019-04-09 | Kurita Water Industries Ltd. | Method for operating reverse osmosis membrane device, and reverse osmosis membrane device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11188245A (ja) | 1999-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6432310B1 (en) | Methods of running and washing spiral wound membrane module | |
| US6190557B1 (en) | Spiral wound type membrane element, running method and washing method thereof | |
| US7892430B2 (en) | Apparatus for filtering substances out of liquids | |
| US6533937B1 (en) | Methods of running and washing spiral wound membrane modules | |
| JP2000271460A (ja) | スパイラル型膜モジュールを用いた処理システムおよび処理方法 | |
| JP2004202480A (ja) | 膜分離装置及び膜分離方法 | |
| JP2008508996A (ja) | 一体化された透過性流路膜 | |
| JPS631404A (ja) | 中空糸型膜分離装置 | |
| JP2006205127A (ja) | 選択透過性膜モジュールの製造方法および選択透過性膜モジュール | |
| JPH10230145A (ja) | スパイラル型膜エレメント | |
| JP2000237554A (ja) | スパイラル型膜エレメント | |
| JP5623984B2 (ja) | スパイラル型ろ過モジュール及びそれを用いた液処理方法 | |
| JP4107724B2 (ja) | スパイラル型膜エレメント | |
| JP2000271457A (ja) | スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法ならびにスパイラル型膜モジュール | |
| JP2001029756A (ja) | スパイラル型膜モジュールを用いた処理システムおよびその運転方法 | |
| JP4454091B2 (ja) | スパイラル型膜モジュールおよびスパイラル型膜エレメントの装填方法 | |
| JP4270644B2 (ja) | スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法および洗浄方法 | |
| JPH10230140A (ja) | スパイラル型膜エレメント | |
| JP2008183561A (ja) | 膜分離装置及び膜分離方法 | |
| JP2002028455A (ja) | スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法ならびにスパイラル型膜モジュール | |
| JP2000271461A (ja) | スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法 | |
| JPH10180053A (ja) | スパイラル型膜エレメント | |
| JP2000271456A (ja) | スパイラル型膜エレメントおよびスパイラル型膜モジュールの運転方法および洗浄方法 | |
| JP2000271459A (ja) | スパイラル型膜モジュールおよびその運転方法 | |
| JPH11137974A (ja) | スパイラル型膜エレメント |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041108 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060526 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071016 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071214 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080401 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080401 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110411 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140411 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |