JP6242887B2 - 低エネルギーフィードスペーサを用いる膜ろ過 - Google Patents
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Description
本出願は、2012年6月26日に出願された米国仮特許出願第61/690,419号明細書の利益を主張し、その開示内容は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
少なくとも1つの孔が画定されている中心集水管と、
前記中心集水管に取り付けられ、かつスペーサによって分離された2枚の膜シートを有する少なくとも1枚の封筒状膜であって、前記中心集水管の周囲に巻き付けられてスパイラルを形成するように構成された少なくとも1枚の封筒状膜と、
前記中心集水管に巻き付けられた時に少なくとも1枚の膜シートに隣接して配置されるように、かつろ過される液体を受け取る流路を形成するように構成された少なくとも1つのフィードスペーサであって、
第1方向に延在し、かつ第1太さを有する複数の第1ストランドおよび前記第1太さより小さい第2太さを有する複数の第2ストランドを含む、第1組の平行ストランドと、
前記第1方向に対して横切る第2方向に延在する第2組の平行ストランドと、
を含む網を備え、
前記第1組のストランドおよび前記第2組のストランドが常に互いに同じ側に位置している、フィードスペーサと、
を具備するスパイラル型ろ過エレメント。
(項目2)
前記第2組の平行ストランドが、第3太さを有する複数の第3ストランドと前記第3太さより小さい第4太さを有する複数の第4ストランドとを含む、項目1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目3)
前記第1組の平行ストランドが、交互の第1ストランドおよび第2ストランドを含む、項目1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目4)
前記第1組の平行ストランドが、交互の第1ストランドおよび第2ストランドを含み、前記第2組の平行ストランドが、交互の第3ストランドおよび第4ストランドを含む、項目2に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目5)
前記第1ストランドおよび前記第3ストランドが、太さが5ミルから40ミルであり、前記第2ストランドおよび前記第4ストランドが、太さが3ミルから35ミルである、項目2に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目6)
前記第1ストランドおよび前記第3ストランドが、太さが8ミルから35ミルであり、前記第2ストランドおよび前記第4ストランドが、太さが5ミルから15ミルである、項目2に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目7)
前記第1ストランドおよび前記第3ストランドが、太さが10ミルから30ミルであり、前記第2ストランドおよび前記第4ストランドが、太さが7ミルから12ミルである、項目2に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目8)
前記第1ストランドおよび前記第3ストランドが同じ太さであり、前記第2ストランドおよび前記第4ストランドが同じ太さである、項目2に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目9)
前記網が、前記第1ストランドと前記第3ストランドとの交差部における総厚さが25ミルから50ミルである、項目2に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目10)
前記第1組の平行ストランドが、前記第2組の平行ストランドに対して垂直である、項目1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目11)
前記第1組の平行ストランドが、前記エレメントの長手方向軸に対して平行な方向において65度から110度の角度で前記第2組の平行ストランドと交差している、項目1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目12)
前記スパイラル型ろ過エレメントの圧力降下が、実質的に太さが同一であるストランドを備えるフィードスペーサを有する同じスパイラル型ろ過エレメントに比較して少なくとも10%低減する、項目1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目13)
前記フィードスペーサが、0.1重量%から10重量%の超高分子量ポリエチレンを含む、項目1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
(項目14)
第1方向に延在し、かつ第1太さを有する複数の第1ストランドおよび前記第1太さより小さい第2太さを有する複数の第2ストランドを含む、第1組の平行ストランドと、
前記第1方向に対して横切る第2方向に延在し、かつ第3太さを有する複数の第3ストランドおよび前記第3太さより小さい第4太さを有する複数の第4ストランドを含む、第2組の平行ストランドと、
を具備し、
前記第1組のストランドおよび前記第2組のストランドが常に互いに同じ側に位置し、前記第1組の平行ストランドが交互の第1ストランドおよび第2ストランドを含み、前記第2組の平行ストランドが交互の第3ストランドおよび第4ストランドを含む、押出成形網。
(項目15)
0.1重量%から10重量%の超高分子量ポリエチレンをさらに含む、項目14に記載の押出成形網。
(項目16)
前記第1ストランドおよび前記第3ストランドが、太さが5ミルから40ミルであり、前記第2ストランドおよび前記第4ストランドが、太さが3ミルから35ミルである、項目14に記載の押出成形網。
(項目17)
前記第1ストランドおよび前記第3ストランドが、太さが8ミルから35ミルであり、前記第2ストランドおよび前記第4ストランドが、太さが5ミルから15ミルである、項目14に記載の押出成形網。
(項目18)
前記第1組の平行ストランドと前記2組の平行ストランドとの交差部における総厚さが25ミルから50ミルである、項目14に記載の押出成形網。
(項目19)
前記第1組の平行ストランドが、前記エレメントの長手方向軸に対して平行な方向において65度から110度の角度で前記第2組の平行ストランドと交差している、項目14に記載の押出成形網。
(項目20)
少なくとも1つの孔が画定されている中心集水管と、
前記中心集水管に取り付けられ、かつスペーサによって分離された2枚の膜シートを有する少なくとも1枚の封筒状膜であって、前記中心集水管の周囲に巻き付けられてスパイラルを形成するように構成された少なくとも1枚の封筒状膜と、
前記中心集水管に巻き付けられた時に少なくとも1枚の膜シートに隣接して配置されるように、かつろ過される液体を受け取る流路を形成するように構成された少なくとも1つのフィードスペーサであって、
第1方向に延在し、かつ第1太さを有する複数の第1ストランドおよび前記第1太さより小さい第2太さを有する複数の第2ストランドを含む、第1組の平行ストランドと、
前記第1方向に対して横切る第2方向に延在し、かつ第3太さを有する複数の第3ストランドおよび前記第3太さより小さい第4太さを有する複数の第4ストランドを含む、第2組の平行ストランドと、
を含む網を備え、
前記第1組のストランドおよび前記第2組のストランドが常に互いに同じ側に位置している、フィードスペーサと、
を具備するスパイラル型ろ過エレメント。
ASDフィードスペーサを用いる2つの半塩水逆浸透(BWRO)ろ過システムを巻回し、厚さが均一な従来のフィードスペーサを用いる2つのBWROろ過システムと比較した。ろ過エレメントは、直径が8インチであり長さが40インチであって、それらを、下記表1に示す条件下で1時間同時に試験した。ASDフィードスペーサおよび従来のフィードスペーサはともに、厚さが34ミル(約0.86mm)であり、25枚の膜シートおよび12枚のフィードスペーサを有していた。試験の結果を以下の表2に示す。ASDフィードスペーサおよび従来のフィードスペーサに対する除去率(たとえば、膜シートを通過させなかった溶質のパーセント)は同様であった。ASDフィードスペーサを有するエレメントは、1日辺りのm3に関してわずかに流量が高かった。ASDスペーサを有するエレメントの圧力降下(ΔP)は、従来のスペーサを有するエレメントと比較して約23.3%の平均低減を示した。
総厚さが75ミルである従来のダイヤモンドフィードスペーサと総厚さが75ミルであるASDフィードスペーサとを、3D印刷を用いて製作した。従来のフィードスペーサは、37.5ミルの均一なストランド太さであった。ASDフィードスペーサは、太さが37.5ミルの大きい(A)ストランドと18.75ミルである小さい(B)ストランドを有していた(たとえば、Bストランドは、太さがAストランドの太さの1/2に等しかった)。それらのフィードスペーサを、Sterlitech SEPA CF Membrane Element Cell(「フローセル」)を用いて試験した。従来のスペーサおよびASDスペーサを、2.0ガロン/分および1.0ガロン/分の流量で試験した。結果により、2.0ガロン/分の流量の場合、ASDスペーサは、従来のスペーサに比較して圧力降下が16.79%低減したことが分かった。1.0ガロン/分の流量では、ASDスペーサは、従来のスペーサに比較して圧力降下が30.05%低減した。結果を以下の表3に示す。
数値流体力学(CFD)を用いるシミュレーション試験を、非圧縮ニュートン流体の層流に対するNavier−Stokes方程式を用いて行った。2つの条件、すなわち一定の入口流速および一定の供給流量を試験した(条件は表4に示し、結果は表5に示す)。シミュレーションの結果により、0.16m/sの一定の入口流速では、従来のスペーサに比較してASDフィードスペーサでは、圧力降下が27%低減したことが分かった。16L/hの一定の供給流量では、シミュレーション結果により、従来のスペーサに比較してASDフィードスペーサでは、圧力降下が32%低減したことが分かった。入口流速が0.16m/sで一定に保持される場合、ASDフィードスペーサは、従来のスペーサに比較して供給流量が5.9%増大した。供給流量が16L/hで一定に保持された場合、ASDフィードスペーサは、従来のスペーサに比較して入口流速が5.6%低下した。
Claims (16)
- スパイラル型ろ過エレメントであって、前記スパイラル型ろ過エレメントは、
少なくとも1つの孔が画定されている中心集水管と、
前記中心集水管に取り付けられ、かつ、スペーサによって分離された2枚の膜シートを有する少なくとも1枚の封筒状膜であって、前記中心集水管の周囲に巻き付けられることによりスパイラルを形成するように構成された少なくとも1枚の封筒状膜と、
前記中心集水管に巻き付けられたときに少なくとも1枚の膜シートに隣接して配置されるように、かつ、ろ過される液体を受け取る流路を形成するように構成された少なくとも1つのフィードスペーサと
を備え、
前記フィードスペーサは、
第1の方向に延在する第1の組の平行ストランドであって、第1の太さを有する複数の第1のストランドと前記第1の太さより小さい第2の太さを有する複数の第2のストランドとを含む第1の組の平行ストランドと、
前記第1の方向を横切る第2の方向に延在する第2の組の平行ストランドと
を含む網を備え、
前記第1の組のストランドおよび前記第2の組のストランドが常に互いに同じ側に位置し、
前記第2の組の平行ストランドは、第3の太さを有する複数の第3のストランドと前記第3の太さより小さい第4の太さを有する複数の第4のストランドとを含み、
前記第1の組の平行ストランドは、交互の第1のストランドおよび第2のストランドを含み、前記第2の組の平行ストランドは、交互の第3のストランドおよび第4のストランドを含む、スパイラル型ろ過エレメント。 - 前記第1のストランドおよび前記第3のストランドは、5ミルから40ミルの太さを有し、前記第2のストランドおよび前記第4のストランドは、3ミルから35ミルの太さを有する、請求項1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
- 前記第1のストランドおよび前記第3のストランドは、8ミルから35ミルの太さを有し、前記第2のストランドおよび前記第4のストランドは、5ミルから15ミルの太さを有する、請求項1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
- 前記第1のストランドおよび前記第3のストランドは、10ミルから30ミルの太さを有し、前記第2のストランドおよび前記第4のストランドは、7ミルから12ミルの太さを有する、請求項1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
- 前記第1のストランドおよび前記第3のストランドは、同じ太さを有し、前記第2のストランドおよび前記第4のストランドは、同じ太さを有する、請求項1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
- 前記網は、前記第1のストランドと前記第3のストランドとの交差部において、25ミルから50ミルの総厚さを有する、請求項1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
- 前記第1の組の平行ストランドは、前記第2の組の平行ストランドに対して垂直である、請求項1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
- 前記第1の組の平行ストランドは、前記エレメントの長手方向軸に平行な方向において65度から110度の角度で前記第2の組の平行ストランドと交差している、請求項1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
- 前記スパイラル型ろ過エレメントの圧力降下が、実質的に同一の太さを有するストランドを備えるフィードスペーサを有する同じスパイラル型ろ過エレメントに比較して少なくとも10%低減する、請求項1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
- 前記フィードスペーサは、0.1重量%から10重量%の超高分子量ポリエチレンを含む、請求項1に記載のスパイラル型ろ過エレメント。
- 押出成形網であって、前記押出成形網は、
第1の方向に延在する第1の組の平行ストランドであって、第1の太さを有する複数の第1のストランドと前記第1の太さより小さい第2の太さを有する複数の第2のストランドとを含む第1の組の平行ストランドと、
前記第1の方向を横切る第2の方向に延在する第2の組の平行ストランドであって、第3の太さを有する複数の第3のストランドと前記第3の太さより小さい第4の太さを有する複数の第4のストランドとを含む第2の組の平行ストランドと
を備え、
前記第1の組のストランドおよび前記第2の組のストランドが常に互いに同じ側に位置し、前記第1の組の平行ストランドは、交互の第1のストランドおよび第2のストランドを含み、前記第2の組の平行ストランドは、交互の第3のストランドおよび第4のストランドを含む、押出成形網。 - 0.1重量%から10重量%の超高分子量ポリエチレンをさらに含む、請求項11に記載の押出成形網。
- 前記第1のストランドおよび前記第3のストランドは、5ミルから40ミルの太さを有し、前記第2のストランドおよび前記第4のストランドは、3ミルから35ミルの太さを有する、請求項11に記載の押出成形網。
- 前記第1のストランドおよび前記第3のストランドは、8ミルから35ミルの太さを有し、前記第2のストランドおよび前記第4のストランドは、5ミルから15ミルの太さを有する、請求項11に記載の押出成形網。
- 前記網は、前記第1の組の平行ストランドと前記2の組の平行ストランドとの交差部において、25ミルから50ミルの総厚さを有する、請求項11に記載の押出成形網。
- 前記第1の組の平行ストランドは、前記エレメントの長手方向軸に平行な方向において65度から110度の角度で前記第2の組の平行ストランドと交差している、請求項11に記載の押出成形網。
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