(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集水管の外周面に袋状の逆浸透膜を原水スペーサとともに巻回してなる逆浸透膜スパイラルエレメントにおいて、前記原水スペーサにより前記逆浸透膜間に形成される原水流路の厚さは２ｍｍ以上であり、前記逆浸透膜は、ＮａＣｌ濃度５００ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力７．５ｋｇｆ／ｃｍ２  で運転した場合に２５℃で透過流束０．８ｍ３  ／ｍ２  ・日以上およびＮａＣｌ除去率９９％以上となる性能を有することを特徴とする逆浸透膜スパイラルエレメント。
【請求項２】
前記原水スペーサは、合成樹脂からなるネット状のスペーサであり、２ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項１記載の逆浸透膜スパイラルエレメント。
【請求項３】
前記逆浸透膜は、２つ以上の反応性のアミノ基を有する化合物と２つ以上の反応性の酸ハライド基を有する多官能性酸ハロゲン化合物とからなる負荷電性架橋ポリアミド系スキン層を微多孔性支持体で支持し、前記ポリアミド系スキン層の表面を正荷電性基を有する有機重合体の架橋層で被覆してなる複合逆浸透膜であり、前記ポリアミド系スキン層の比表面積が３以上であることを特徴とする請求項１または２記載の逆浸透膜スパイラルエレメント。
【請求項４】
原水に酸化剤を注入する酸化剤注入手段と、前記酸化剤注入手段により酸化剤が注入された原水に還元剤を注入する還元剤注入手段と、前記還元剤注入手段により還元剤が注入された原水が供給される請求項１〜３のいずれかに記載の逆浸透膜スパイラルエレメントとを備えたことを特徴とする処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水中の成分を分離する逆浸透膜スパイラルエレメントおよびそれを用いた処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
脱塩処理や各種製造プロセス等に、原水中のイオン成分や低分子成分を分離するための逆浸透膜スパイラルエレメントが用いられている。図３は従来の逆浸透膜スパイラルエレメントの一部切欠き斜視図である。
【０００３】
図３に示す逆浸透膜スパイラルエレメント１は、透過水スペーサ３の両面に逆浸透膜２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）４を形成し、その封筒状膜４の開口部を集水管５に取り付け、ネット状（網状）の原水スペーサ６とともに集水管５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。
【０００４】
図３に示すように、原水７は逆浸透膜スパイラルエレメント１の一方の端面側から供給される。この原水７は原水スペーサ６に沿って流れ、逆浸透膜スパイラルエレメント１の他方の端面側から濃縮水９として排出される。このように、原水スペーサ６により原水流路が形成される。原水７が原水スペーサ６に沿って流れる過程で逆浸透膜２を透過した透過水８が透過水スペーサ３に沿って集水管５の内部に流れ込み、集水管５の端部から排出される。
【０００５】
通常、原水スペーサ６の厚さは、１ｍｍ以下であり、逆浸透膜スパイラルエレメント１の端面の原水流入部のクリアランス（隙間）は１ｍｍ以下となっている。そのため、原水を逆浸透膜スパイラルエレメント１に供給する際には、予め原水中の濁質を除去することが必要である。
【０００６】
図４は図３の逆浸透膜スパイラルエレメント１を用いた従来の処理システムの構成を示す図である。
図４において、原水７中の微生物の殺菌および有機物の酸化のために、原水７に次亜塩素酸ナトリウム水溶液で代表される酸化剤１２が注入される。酸化剤１２が注入された原水７は、原水供給装置１４により前処理装置１０に供給される。前処理装置１０は、原水７に凝集および沈殿処理、濾過処理、膜処理等の前処理を行なう。前処理装置１０により前処理された原水には、酸化剤の残留による逆浸透膜の劣化を防止するために、重亜硫酸ナトリウム水溶液で代表される還元剤１３が注入される。還元剤１３が注入された原水は、原水高圧供給装置１５に導入される。
【０００７】
原水高圧供給装置１５は、所定の操作圧力で原水を保安フィルタ１１を介して逆浸透膜スパイラルエレメント１に供給する。逆浸透膜スパイラルエレメント１は、供給された原水を透過水８および濃縮水９に分離する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の逆浸透膜スパイラルエレメントを使用する際には、図４に示した前処理装置１０により予め原水中の濁質を除去することが必要である。また、逆浸透膜は、一般に１０ｋｇｆ／ｃｍ２  以上の高い操作圧力を必要とするため、逆浸透膜スパイラルエレメントの使用の際には、図４に示した原水高圧供給装置１５が必要となる。このように、前処理装置１０および原水高圧供給装置１５が必要となるので、初期コストおよび運転コストの高い処理システムとなる。そのため、従来の処理システムは、例えば、超純水製造システム、有機物の分離プロセス等の高いコストが許容される用途に限定されていた。
【０００９】
一方、近年、飲料水の原水となる河川水、湖沼水、地下水等が生活排水、産業排水等で汚染され、安全な飲料水の提供が重要な検討課題となってきた。これらの汚染物質の中で除濁処理では除去できない溶解成分、特に人体に有害な有機塩素化合物、農薬等の除去が不可欠である。これらの有害物質を除去するためには、高い分離性能を有する逆浸透膜が必要となる。しかしながら、逆浸透膜スパイラルエレメントを用いた処理システムでは、上記のように、前処理装置１０および原水高圧供給装置１５が必要となり、コストが高くなるため、低コストが要求される飲料水への適用は困難であった。
【００１０】
そのため、前処理が不要でかつ低操作圧力で運転可能な逆浸透膜スパイラルエレメントおよびそれを用いた処理システムが強く要望されていた。
本発明の目的は、前処理が不要でかつ低操作圧力で運転可能な逆浸透膜スパイラルエレメントおよびそれを用いた処理システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る逆浸透膜スパイラルエレメントは、集水管の外周面に袋状の逆浸透膜を原水スペーサとともに巻回してなる逆浸透膜スパイラルエレメントにおいて、原水スペーサにより逆浸透膜間に形成される原水流路の厚さが２ｍｍ以上であり、逆浸透膜が、ＮａＣｌ濃度５００ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力７．５ｋｇｆ／ｃｍ２  で運転した場合に２５℃で透過流束０．８ｍ３  ／ｍ２  ・日およびＮａＣｌ除去率９９％以上となる性能を有するものである。
【００１２】
本発明に係る逆浸透膜スパイラルエレメントにおいては、原水流路の厚さが２ｍｍ以上となるので、濁質による原水流路の閉塞が防止される。また、逆浸透膜が、ＮａＣｌ濃度５００ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力７．５ｋｇｆ／ｃｍ２  で運転した場合に２５℃における透過流束が０．８ｍ３  ／ｍ２  ・日以上となり、ＮａＣｌ除去率が９９％以上となる性能を有するので、従来の分離性能を保持しながら１０ｋｇｆ／ｃｍ２  以下の低い操作圧力で運転することができる。
【００１３】
それにより、前処理および低い操作圧力での逆浸透膜処理を逆浸透膜スパイラルエレメントで同時に行なうことが可能となる。したがって、前処理装置および原水高圧供給装置が不要となり、初期コストおよび運転コストの低い処理システムが提供される。
【００１４】
特に、原水スペーサが、合成樹脂からなるネット状のスペーサであり、２ｍｍ以上の厚さを有することが好ましい。これにより、圧力損失を低減しつつ２ｍｍ以上の厚さを有する原水流路を確保することができるため、濁質による原水流路の閉塞を確実に防止することができる。また、原水スペーサが２ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚さを有することがさらに好ましい。これにより、大きな膜面積を確保しつつ濁質による原水流路の閉塞を防止することができる。
【００１５】
また、逆浸透膜が、２つ以上の反応性のアミノ基を有する化合物と２つ以上の反応性の酸ハライド基を有する多官能性酸ハロゲン化合物とからなる負荷電性架橋ポリアミド系スキン層を微多孔性支持体で支持し、そのポリアミド系スキン層の表面を正荷電性基を有する有機重合体の架橋層で被覆してなる複合逆浸透膜であり、ポリアミド系スキン層の比表面積が３以上であることが好ましい。これにより、ＮａＣｌ濃度５００ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力７．５ｋｇｆ／ｃｍ２  で運転した場合に２５℃における透過流束が０．８ｍ３  ／ｍ２  ・日以上となり、ＮａＣｌ除去率が９９％以上となる性能が得られる。
【００１６】
本発明に係る処理システムは、原水に酸化剤を注入する酸化剤注入手段と、酸化剤注入手段により酸化剤が注入された原水に還元剤を注入する還元剤注入手段と、還元剤注入手段により還元剤が注入された原水が供給される上記の逆浸透膜スパイラルエレメントとを備えるものである。
【００１７】
この処理システムでは、逆浸透膜スパイラルエレメントにおいて濁質による原水流路の閉塞が防止され、かつ従来の分離性能を保持しながら１０ｋｇｆ／ｃｍ２  以下の低い操作圧力で運転可能となる。そのため、前処理および低い操作圧力での逆浸透膜処理が逆浸透膜スパイラルエレメントで同時に行なわれる。したがって、前処理装置および原水高圧供給装置が不要となり、初期コストおよび運転コストが低減される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る逆浸透膜スパイラルエレメントおよびそれを用いた処理システムの一例について説明する。本発明の逆浸透膜スパイラルエレメントの全体の構造は、図３に示した従来の逆浸透膜スパイラルエレメントの構造と同様であるが、原水スペーサおよび逆浸透膜が異なる。まず、図３を参照しながら本発明に係る逆浸透膜スパイラルエレメントの一例について説明する。
【００１９】
本発明の逆浸透膜スパイラルエレメント１は、合成樹脂のネットからなる透過水スペーサ３の両面に逆浸透膜２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）４を形成し、その封筒状膜４の開口部を集水管５に取付け、合成樹脂のネットからなる原水スペーサ６とともに集水管５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。
【００２０】
原水流路は、原水スペーサ６により形成される。したがって、原水スペーサ６の厚さを厚くすることにより、濁質の流入に対しても原水流路の閉塞を防止することができる。一方、原水スペーサ６の厚さが厚すぎると、同一径において巻回することができる逆浸透膜２の量が少なくなるため、膜面積が減少する。したがって、原水スペーサ６の厚さは２ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。
【００２１】
封筒状膜４を構成する逆浸透膜２としては、２つ以上の反応性のアミノ基を有する化合物と２つ以上の反応性の酸ハライド基を有する多官能性酸ハロゲン化合物とからなる負荷電性架橋ポリアミド系スキン層およびこれを支持する微多孔性支持体からなり、ポリアミド系スキン層の比表面積が３以上で、かつポリアミド系スキン層の表面を正荷電性基を有する有機重合体の架橋層で被覆してなる複合逆浸透膜を用いる。
【００２２】
複合逆浸透膜の表面におけるポリアミド系スキン層の比表面積は次式で定義される。
スキン層の比表面積＝（スキン層の表面積）／（微多孔性支持体の表面積）
ここで、スキン層の表面積は、微多孔性支持体と接触している面と反対側の面、すなわち、供給液と接触する側の面の表面積である。また、微多孔性支持体の表面積は、スキン層と接触している面の表面積である。
【００２３】
これらの表面積および比表面積は、一般に表面粗さを求める手法を用いて求めることができ、例えば、表面積測定装置、比表面積測定装置、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭまたはＦＥ−ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等を用いて測定することができる。なお、表面積および比表面積の測定手法はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
本発明の逆浸透膜スパイラルエレメント１において用いられる逆浸透膜２は、ＮａＣｌ濃度５００ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力７．５ｋｇｆ／ｃｍ２  で運転した場合に２５℃における透過流束が０．８ｍ３  ／ｍ２  ・日以上となり、ＮａＣｌ除去率が９９％以上となる基本性能を有する。これにより、本発明の逆浸透膜２では、従来の逆浸透膜に比べて、同じＮａＣｌ除去率を保持しながら操作圧力が半分以下となる。すなわち、本発明の逆浸透膜２を従来の逆浸透膜と同様の操作圧力で運転した場合には、２倍以上の透過流束が得られる。
【００２５】
さらに、逆浸透膜スパイラルエレメント１を原水７の側でクロスフロー濾過、適宜フラッシング洗浄または気泡流洗浄を行い、透過水８の側で透過水逆圧洗浄を行うことにより、濁質を逆浸透膜２の膜面から剥離することができる。それにより、安定した前処理および逆浸透膜処理を実現することができる。
【００２６】
図１は本発明に係る逆浸透膜スパイラルエレメント１を用いた処理システムの構成を示す図である。
原水中の微生物の殺菌および有機物の酸化のために、原水７に例えば次亜塩素酸ナトリウム水溶液等の酸化剤１２が注入される。また、酸化剤の残留による逆浸透膜２の劣化を防止するために、酸化剤１２が注入された原水７に、重亜硫酸ナトリウム水溶液等の還元剤１３が注入される。還元剤１３が注入された原水７は、原水供給装置１６に供給される。原水供給装置１６は、その原水７を保安用フィルタ１１を介して本発明の逆浸透膜スパイラルエレメント１に供給する。逆浸透膜スパイラルエレメント１は、原水７を透過水８と濃縮水９とに分離する。
【００２７】
図１の処理システムでは、本発明の逆浸透膜スパイラルエレメント１において前処理および低操作圧力での逆浸透膜処理が同時に行なわれる。したがって、原水中の濁質を除去するために、凝集および沈殿処理、濾過処理、膜処理等の前処理を行なう前処理装置および原水高圧供給装置が不要となり、初期コストおよび運転コストが低減される。
【００２８】
【実施例】
上記の構造を有する実施例の逆浸透膜スパイラルエレメント１を作製し、図１に示した処理システムに用いて運転を行った。
【００２９】
本実施例では、次の方法により逆浸透膜２を作製した。なお、微多孔性支持体としては、ポリスルホン系限外濾過膜を用いた。
３．０重量％のｍ−フェニレンジアミン、０．１５重量％のラウリル硫酸ナトリウム、３．０重量％のトリエチルアミン、６．０重量％のカンファースルホン酸および５重量％のイソプロピルアルコールを含有した水溶液を、多孔性ポリスルホン支持膜に数秒間接触させて、余分の溶液を除去して支持膜上に前記溶液の層を形成した。
【００３０】
次いで、この支持膜の表面に、０．２０重量％のトリメシン酸クロライドおよび０．０５重量％のイソプロピルアルコールを含むＩＰ１０１６（出光化学株式会社製イソパラフィン系炭化水素油）溶液を接触させ、その後１２０℃の熱風乾燥機の中で３分間保持して、支持膜上に重合体薄膜を形成させ、複合逆浸透膜を得た。
【００３１】
また、本実施例では、原水スペーサ６として、厚さ２ｍｍの合成樹脂のネット（網）を使用した。
図１の処理システムの運転条件としては、原水として濁度１０度以下の河川水を使用し、操作圧力を５ｋｇｆ／ｃｍ２  とし、クロスフロー濾過で回収率を８０％とした。また、１時間に１回フラッシング洗浄を行ない、透過水逆圧洗浄を行なった。
【００３２】
図２に本実施例の逆浸透膜スパイラルエレメント１を用いた処理システムの運転結果を示す。
図２に示すように、約６か月の長期に亘って前処理なしに比較的安定した運転が可能であった。逆浸透膜スパイラルエレメント１の透過水の水質は、水道水水質基準の４６項目に十分適合するものであり、濁質は１００％の除去率、有機物は９９％以上の除去率を示した。また、前処理なしに５ｋｇｆ／ｃｍ２  の低い操作圧力で運転することができたので、保守費および所要動力費が少なくて済み、比較的簡素な処理システムで安全な水質を有する飲料水が得られることがわかった。
【００３３】
このように、前処理および低操作圧力での逆浸透膜処理を逆浸透膜スパイラルエレメント１において同時に行なうことができるので、低コストで逆浸透膜処理を行なうことができる処理システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る逆浸透膜スパイラルエレメントを用いた処理システムの一例を示す図である。
【図２】本発明に係る逆浸透膜スパイラルエレメントを用いた処理システムにおける運転期間と透過流束との関係の測定結果を示す図である。
【図３】本発明および従来の逆浸透膜スパイラルエレメントの構造の一例を示す一部切欠き斜視図である。
【図４】従来の逆浸透膜スパイラルエレメントを用いた処理システムの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  逆浸透膜スパイラルエレメント
２  逆浸透膜
３  透過水スペーサ
４  封筒状膜
５  集水管
６  原水スペーサ
７  原水
８  透過水
９  濃縮水
１１  保安用フィルタ
１２  酸化剤
１３  還元剤
１６  原水供給装置
【図１】
0003575916.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003575916.tif 000005