(57)【要約】【課題】  本発明は、スケール発生及びファウリング現象を抑えることができ、長期にわたり造水量や除去性に優れたスパイラル型分離膜エレメントを提供することある。【解決手段】  本供給側の面と透過側の面とを有し、透過側の面同士が向かい合うように配置されることで分離膜対を形成する分離膜と、前記分離膜の供給側の面の間に設けられる供給側流路材と、前記分離膜の前記透過側の面の間に設けられる透過側流路材と、透過水を集水できる有孔集水管と、を備え、前記供給側流路材により形成される供給側流路が、少なくとも前記有孔集水管の長手方向に対して垂直方向にかけて設けられ、前記供給側流路材は、互いに交差する複数の糸を備え、前記供給側流路材の厚みが０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記透過側流路材は、前記分離膜の前記透過側の面に対向するように設けられ、前記透過側流路材は突起を有する、スパイラル型分離膜エレメントである。【選択図】  図４
2018086638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給側の面と透過側の面とを有し、透過側の面同士が向かい合うように配置されることで分離膜対を形成する分離膜と、
前記分離膜の供給側の面の間に設けられる供給側流路材と、
前記分離膜の前記透過側の面の間に設けられる透過側流路材と、
透過水を集水できる有孔集水管と、を備え、
前記供給側流路材により形成される供給側流路が、少なくとも前記有孔集水管の長手方向に対して垂直方向にかけて設けられ、
前記供給側流路材は、互いに交差する複数の糸を備え、
前記供給側流路材の厚みが０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、
前記透過側流路材は、前記分離膜の前記透過側の面に対向するように設けられ、
前記透過側流路材は突起を有する、
スパイラル型分離膜エレメント。
【請求項２】
前記透過側流路材の横断面積比が０．４以上０．７５以下である
請求項１に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項３】
前記突起は、集水管の長手方向に対して垂直方向に連続していることを特徴とする、
請求項１または２に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項４】
前記糸の交点間隔が８ｍｍ以上である、
請求項１から３のいずれかに記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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スパイラル型分離膜エレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
海水およびかん水など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、省エネルギーおよ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、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜に分類される。これらの膜は、例えば海水、かん水および有害物を含んだ水などからの飲料水の製造、工業用超純水の製造、並びに排水処理および有価物の回収などに用いられており、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。
【０００３】
分離膜エレメントとしては様々な形態があるが、分離膜の一方の面に供給水を供給し、他方の面から透過水を得る点では共通している。分離膜エレメントは、束ねられた多数の分離膜を備えることで、１個の分離膜エレメントあたりの膜面積が大きくなるように、つまり１個の分離膜エレメントあたりに得られる透過水の量が大きくなるように形成されている。分離膜エレメントとしては、用途や目的にあわせて、スパイラル型、中空糸型、プレート・アンド・フレーム型、回転平膜型、平膜集積型などの各種の形状が提案されている。
【０００４】
例えば、逆浸透ろ過には、スパイラル型分離膜エレメントが広く用いられる。スパイラル型分離膜エレメントは、中心管と、中心管の周囲に巻き付けられた積層体とを備える。積層体は、供給水（つまり被処理水）を分離膜表面へ供給する供給水側流路材、供給水に含まれる成分を分離する分離膜、及び分離膜を透過し供給水側流体から分離された透過側流体を中心管へと導くための透過側流路材が積層されることで形成される。スパイラル型分離膜エレメントは、供給水に圧力を付与することができるので、透過水を多く取り出すことができる点で好ましく用いられている。
【０００５】
近年、スパイラル型分離膜エレメントの高造水化を達成する手段として、供給側流路材や分離膜、透過側流路材といった部材の厚みを低減し、スパイラル型分離膜エレメントに充填する分離膜量を増やして造水量を増やす手法が提案されている。特に、部材の中でも供給側流路材は厚く、スパイラル型分離膜エレメントを運転した際に発生する流動抵抗が小さく、供給側流路材を更に薄くしても流動抵抗の増加が軽微なため、供給側流路材を薄型し、分離膜量を増やす手法が採用されてきた。
【０００６】
具体的には、特許文献１では、厚みが０．１以上０．５ｍｍ以下の供給側流路材を装填したスパイラル型分離膜エレメントが提案されている。特許文献２では、厚みが０．１５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、交点の間隔が広く、かつ透過側には抵抗が低い流路材を配置されたたスパイラル型分離膜エレメントが提案されている。
【０００７】
またスパイラル型分離膜エレメントの分離性能を向上させるために、膜面の乱流効果を高め、濃度分極を抑制できるような流路材部材およびスパイラル型分離膜エレメント構造が提案されている。
【０００８】
具体的には、特許文献３および特許文献４では、分離膜の供給側表面に凸部および溝を設けることによって、膜面の乱流効果を増加させたスパイラル型分離膜エレメントが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２３０１４０号公報
【特許文献２】特表２０１４−００３１７０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２５４１８号公報
【特許文献４】特開２０１２−６６２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
スパイラル型分離膜エレメントの高造水化及び分離性能の向上に加え、高回収率運転化（回収率：エレメントに供給する供給水量に対する透過水量の割合）のニーズにより、従来スパイラルエレメント型分離膜エレメント構成では供給側流路材に対する供給水流速が低下することにより、分離膜面に汚染物質が付着するファウリング現象が生じやすくなり、また、難溶塩（スケール）が堆積しやすく、連続運転中に造水性能および、分離機能が低下していく傾向にある。
【００１１】
そこで、本発明では、運転中のスケール発生の抑制、及びファウリング抑制により、長期にわたるスパイラル型分離膜エレメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明によれば、供給側の面と透過側の面とを有し、透過側の面同士が向かい合うように配置されることで分離膜対を形成する分離膜と、前記分離膜の供給側の面の間に設けられる供給側流路材と、前記分離膜の前記透過側の面の間に設けられる透過側流路材と、透過水を集水できる有孔集水管と、を備え、前記供給側流路材により形成される供給側流路が、少なくとも前記有孔集水管の長手方向に対して垂直方向にかけて設けられ、前記供給側流路材は、互いに交差する複数の糸を備え、前記供給側流路材の厚みが０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記透過側流路材は、前記分離膜の前記透過側の面に対向するように設けられ、前記透過側流路材は突起を有する、スパイラル型分離膜エレメントが提供される。
【００１３】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記透過側流路材の横断面積比が０．４以上０．７５以下であるスパイラル型分離膜エレメントが提供される。
【００１４】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記突起は、集水管の長手方向に対して垂直方向に連続していることを特徴とするスパイラル型分離膜エレメントが提供される。
【００１５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記糸の交点間隔が８ｍｍ以上であるスパイラル型分離膜エレメントが提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によって、濃度分極が起こりがたい構成になるため、汚染物質が付着するファウリング現象が生じ難く、更に、供給水が澱む領域が減るため、スケールが生じ難く、長期にわたり造水量や除去性に優れたスパイラル型分離膜エレメントを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来スパイラル型分離膜エレメントの一例を示す模式図である。
【図２】本発明のスパイラル型分離膜エレメントの一例を示すその他の模式図である。
【図３】本発明のスパイラル型分離膜エレメントの一例を示すその他の模式図である。
【図４】本発明に適用される供給側流路材の平面図である。
【図５】本発明に適用される透過側流路材の横断面図の一例である。
【図６】本発明に適用される透過側流路材の形態を説明する横断面図である。
【図７】本発明に適用される透過側流路材の一例である。
【図８】本発明に適用される透過側流路材のその他の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明のスパイラル型分離膜エレメントの実施形態について、詳細に説明する。
【００１９】
＜スパイラル型分離膜エレメントの概要＞
スパイラル型分離膜エレメントでは、供給水側流体の流路を形成させるために、供給側流路材として、主に高分子製のネットが使用される。また、分離膜として、積層型の分離膜が用いられる。積層型の分離膜は、供給水側から透過側に積層された、ポリアミドなどの架橋高分子からなる分離機能層、ポリスルホンなどの高分子からなる多孔性樹脂層（多孔性支持層）、ポリエチレンテレフタレートなどの高分子からなる不織布の基材を備えている。また、透過側流体の流路を形成させるために、透過側流路材が用いられる。一般的なスパイラル型分離膜エレメントは、図１に示すように、供給水側流路材１を分離膜２で挟み込み、透過側流路材３を積層させて一組のユニットとし、集水管４の周囲にスパイラル状に巻囲してスパイラル型分離膜エレメント５としている。
【００２０】
スパイラル型分離膜エレメント５は、その第１端および第２端に配置され、かつ孔を有する孔付端板９２を備える。すなわち、スパイラル型分離膜エレメント５の第１端から供給される供給水１０１は、分離膜によって透過水１０２と濃縮水１０３に分けられる。透過水１０２は、集水管４を通って、スパイラル型分離膜エレメント５の第２端から取り出される。濃縮水１０３は、第２端の孔付端板９２の孔を通って、スパイラル型分離膜エレメント５外に流出する。
【００２１】
本発明では、図２に示すように、供給水の流れが異なるスパイラル型分離膜エレメント５Ｂの構成をとる。一般的なスパイラル型分離膜エレメント５では、供給側流路材により形成される供給側流路が、集水管４の長手方向に平行方向に設けられるのに対し、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂでは少なくとも集水管４の長手方向に対して垂直方向に設けられる。
【００２２】
スパイラル型分離膜エレメント５Ｂの作製方法としては、次の通りである。具体的には供給水側流路材１を分離膜２で挟み込み、透過側流路材３を積層させて一組のユニットとし、集水管４の周囲にスパイラル状に巻囲する。その後、両端のエッジカットを行い、一端からの供給水流入を防ぐための封止板（第１端板９１に相当する）の取り付け、さらに、第２端板９３に相当する端板を被覆された巻囲体の他端に取り付け、スパイラル型分離膜エレメントを得ることができる。
【００２３】
多孔性部材８２としては、供給水を通過させることができる複数の孔を有する部材が用いられる。多孔性部材８２に設けられたこれらの孔８２１は、供給水の供給口と言い換えられてもよい。多孔性部材８２は、複数の孔を有していれば、その材質、大きさ、厚み、剛性等は、特に限定されるものではない。多孔性部材８２として、比較的小さい厚みを有する部材を採用することで、スパイラル型分離膜エレメントの単位体積当たりの膜面積を増大させることができる。
【００２４】
なお図２において、多孔性部材８２に設けられた孔８２１はスリット状（直線状）に示されているが、円形や四角形、楕円形や三角形などの孔が複数配列される構造でもよい。
【００２５】
多孔性部材８２の厚みは、分離膜エレメントが高造水化を達成するために必要な分離膜量を充填でき、かつ、供給水流路を保てる厚みが好ましく、例えば、３．０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは２．５ｍｍ以下、さらに好ましくは２．０ｍｍ以下である。また、多孔性部材８２は、巻囲体の外周形状に沿うように変形することができる、柔軟性又は可撓性を有する部材であってもよい。より具体的には、多孔性部材８２として、ネット、多孔性フィルム等が適用可能である。ネット及び多孔性フィルムは、巻囲体を内部に収容できるように筒状に形成されていてもよいし、長尺状であって、巻囲体の周囲に巻き付けられていてもよい。
【００２６】
多孔性部材８２は、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂの外周面に配置される。多孔性部材８２がこのように設けられることで、孔がスパイラル型分離膜エレメント５Ｂの外周面に設けられる。「外周面」とは、特に、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂの外周面全体のうち、上述の第１端の面及び第２端の面を除く部分であるとも言える。本実施形態では、多孔性部材８２は、巻囲体の外周面のほぼ全体を覆うように配置される。
スパイラル型分離膜エレメント５Ｂにおいては、ベッセルに装填して運転する場合、第１端の端板が孔無し端板９１なので、第１端の面からは、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂ内に供給水は流入しない。供給水１０１はベッセルとスパイラル型分離膜エレメント５Ｂの隙間へ流れ込む。そして、供給水１０１は、分離膜２に対して、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂの外周面から、多孔性部材８２を介して集水管の長手方向に対して垂直方向にかけて供給される。こうして供給された供給水１０１は、分離膜によって透過水１０２と濃縮水１０３に分けられる。透過水１０２は、集水管６を通って、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂの第２端から取り出される。濃縮水１０３は、第２端の孔付端板９３の孔を通って、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂ外に流出する。
【００２７】
スパイラル型分離膜エレメント５Ｂのように、前記供給側流路材により形成される供給側流路が、少なくとも前記有孔集水管の長手方向に対して垂直方向にかけて設けられるスパイラル型分離膜エレメントは、エレメントの幅に対して、集水管の長手方向に対して垂直方向の辺の長さが長い分離膜対を用いて作製される場合において、供給側流路が前記有孔集水管の長手方向と平行な方向に設けられる従来スパイラル型分離膜エレメントに比べて、供給水の流入断面積が狭くなり、分離膜エレメントを通過する供給水の線速が速まるため、分離膜の膜面塩濃度が増加する高回収率運転を行う場合において、濃度分極現象を抑制できる点で優位となり、また、膜面に汚染物質が付着するファウリング現象を抑制できる点で優位となる。
【００２８】
さらに、本発明では図３に示すように、供給水の流れが異なるスパイラル型分離膜エレメント５Ｃの構成をとることもできる。スパイラル型分離膜エレメント５Ｃでは、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂの第１端における孔無し端板９１を孔付端板９４に変更し、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂの外周面と第１端の両方から供給水１０１が流れる構成をとることができる。
【００２９】
さらに、孔付端板９３の孔の配置については、開孔が大きすぎると供給水が供給側流路に均一に流れず、ショートパスするといった場合があるため、本発明の効果が発現するように集水管の周辺に設けることができる。なお、スパイラル型分離膜エレメント５Ｃは、端板９１を孔付端板９４に変更する以外は、スパイラル型分離膜エレメント５Ｂと同様の手順で製作することができる。
【００３０】
スパイラル型分離膜エレメント５Ｃも５Ｂと同様に、供給側流路材により形成される供給側流路が、前記有孔集水管の長手方向に対して垂直方向にかけて設けられていることから、従来エレメントと比べて高回収率運転に適した構成とすることができる。
【００３１】
＜分離膜＞
（概要）
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。
【００３２】
ここで、分離機能層を有する面を供給側の面、分離機能層を有する面とは反対側の面を透過側の面と呼び、供給側の面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対と呼ぶ。
【００３３】
（分離機能層）
分離機能層は、分離機能および支持機能の両方を有する層であってもよいし、分離機能のみを備えていてもよい。なお、「分離機能層」とは、少なくとも分離機能を備える層を指す。
【００３４】
分離機能層が分離機能およ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、およびポリスルホン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く適用される。
【００３５】
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が好ましく使用される。特に、供給水１０１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などが好適に用いられる。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によって形成可能である。
【００３６】
例えば、分離機能層は、ポリアミドを主成分として含有することができる。このような膜は、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。例えば、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などで除去し、その後、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、重縮合がおきポリアミド分離機能層が得られる。
【００３７】
（多孔性支持層）
多孔性支持層は、分離機能層を支持する層であり、樹脂が素材の場合多孔性樹脂層とも言い換えることができる。
【００３８】
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、エポキシ樹脂あるいはそれらを混合、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。
【００３９】
多孔性支持層は、例えば、上記ポリスルホンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以降、ＤＭＦという）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によって、製造することができる。
【００４０】
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、貧溶媒は調整可能である。
【００４１】
（基材）
分離膜２の強度、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、流体透過性の点で繊維状の基材を用いることが好ましい。
【００４２】
基材としては、長繊維不織布及び短繊維不織布それぞれを好ましく用いることができる。
【００４３】
（分離膜の透水性）
本発明のスパイラル型分離膜エレメントに充填される分離膜は、４７ｃｍ２の円形に切り出し、供給水を濃度２００ｐｐｍの食塩水、ｐＨ６．５のＮａＣｌ水溶液とし、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃、回収率１％以下の条件下で１５分間運転した後に１分間のサンプリングを行った時に、０．５ｍ３／ｍ２／日以上の透水性を示す分離膜である。分離膜が高透水性であるほど供給水量は増加し、それに伴って流路材の流動抵抗が高くなるが、本発明のスパイラル型分離膜エレメントでは、高透水性の膜を搭載しても、従来エレメントに対して供給側の流動抵抗を低減することが可能となる。
【００４４】
＜供給側流路材＞
（概要）
スパイラル型分離膜エレメントは、分離膜本体の供給側の面に対向するように配置された供給側の流路材を備えている。供給側流路材は、分離膜本体２に供給水を供給する流路を形成するように形成されていればよく、供給水の濃度分極を抑制するために、供給水の流れを乱すように設けられていることが好ましい。
【００４５】
供給側流路材は、編物、織物、ネットといった連続形状を有している部材が用いられる。中でも、供給水の流路確保、濃度分極抑制の点から、ネットが好ましく用いられる。本願におけるネットとは、互いに交差する複数の構成繊維（縦糸および糸）同士が熱融着された網目形状を有する構造体であり、押出ダイに設けられた孔から吐出される縦糸と横糸の樹脂同士を溶融状態で接着し、その後冷却固化させることにより製造される。
供給側流路材は、図４に示すように一方向に並んだ複数の繊維状物Ａ１１から構成される繊維状列Ａ、および前記繊維状列Ａとは異なる方向に並んだ複数の繊維状物Ｂ１２から構成される繊維状列Ｂから構成され、前記繊維状物Ａは前記繊維状物Ｂと複数の地点で交差している。
【００４６】
（構成繊維の傾斜角）
図４に示した供給側流路材の構成繊維（糸）の傾斜角ｅ、またはｆは、０°、もしくは１８０°に近いほど、膜面への供給水流路が狭まるため、６０°以上１２０°以下であることが好ましく、さらに、流動抵抗が小さい７５°以上１０５°以下がより好ましい。
（厚み）
供給側流路材の厚みとは、実質的に繊維状物ＡおよびＢの交点厚みに相当する。供給側流路材の厚さは、薄くすれば、供給水の線速が大きくなり膜面の流れが乱れるので、濃度分極層が薄くなり、スパイラル型分離膜エレメントの分離性能が向上する。また流路材を薄くするほどスパイラル型分離膜エレメントに充填できる分離膜が増えるため、スパイラル型分離膜エレメントの造水量向上につながる。しかし、あまり供給側流路材の厚さを薄くすると、供給水中の不純物や、微生物などのファウラントが供給側の流路を閉塞する傾向がある。その結果、エレメントの造水量が低下したり、エレメントの流動抵抗が大きくなり、供給水を供給するポンプの必要動力が大きくなるため電力費が高くなったり、エレメントが破損するといった問題が生じる場合があるため好ましくない。そこで、供給側流路材の平均厚さは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、好ましくは０．６ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。
【００４７】
供給側流路材の平均厚さは、無作為に選択した１０箇所以上の繊維状物ＡおよびＢの交点厚みについて、精密厚みゲージ等で測定した値の平均値であり、測定値の合計／測定箇所数で算出することができる。
【００４８】
また、いずれの繊維状物ＡおよびＢの交点厚みは、供給側流路材の最大厚さ平均厚さの０．９倍以上１．１倍以下であることが好ましい。供給側流路材の厚さのばらつきを小さくすることで、逆浸透膜の性能を均一に発揮させることができるからである。（構成繊維径）
構成繊維径は、市販のマイクロスコープなどで観察することで測定することができる。図４に示した繊維状物Ａ１１の繊維径と繊維状物Ｂ１２の繊維径は、それぞれの繊維状物を分離膜の面方向に平行な平面に投影した像の幅ｃ、ｄをそれぞれ、任意の３０箇所に関して測定を行なった平均値とする。図４に示した供給側流路材の構成繊維径は小さいほど供給水が澱む領域が減るが、剛性は低くなる。径が大きいと、剛性は高くなるが、供給水が澱む領域が増える。それらのバランスから、供給側流路材の構成繊維径は、０．０７ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下がより好ましい。繊維状物Ａの繊維径と繊維状物Ｂの繊維径は、０．２５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であれば、同じであっても、異なっていてもよい。
（構成繊維の交点間隔）
図４に示した供給側流路材の交点間隔が大きいほど、供給側流路材の流動抵抗が減り、圧力損失は小さくなる。また、特に高回収率運転時には、膜面線速が減少し、供給水が澱みやすくなる。主として供給側流路材の交点の位置に供給水が澱む領域が発生し、局所的に塩濃度が上昇するため、膜面にスケールが発生しやすくなる場合がある。供給側流路材の交点間隔が大きいほど、供給側流路材の交点数が少なくなるため、供給水が澱む領域が減り、膜面にスケールが発生しにくくなる。以上より、供給側流路材の交点間隔は、８ｍｍ以上が好ましい。供給側流路材の１つの空隙に対して、２種類の交点間隔ａ、ｂが得られるが、そのうち短いほうａを選択し、更に、任意の３０箇所に対して同様の測定を行ない、それらの平均値を構成繊維の交点間隔とする。
（繊維状物の断面形状）
供給側流路においては、分離膜表面周辺の乱流の程度を増すことが重要であるため、断面が円形や楕円形でなく、異形の繊維状物を用いることも可能である。「異形」の断面とは非円形の全ての形状を包含するものであり、例えば多角形の他にＹ字型、Ｔ字型、Ｘ時型、星型、歯車型などの断面に凹部を含む形状が挙げられる。繊維状物に凹部が存在することで、供給側流材の周辺で供給水の流れやすい領域と流れにくい領域が混在することになり、その差により流れに渦が発生して乱流へとなる。
【００４９】
異形断面を有する繊維状物の成形は当該技術において周知の技術であり、例えば、必要に応じて押出ダイの形状を変えることによって、様々な異形断面を有する繊維状物を成形することが可能である。
（素材）
供給側流路材の素材は特に限定されないが、成形性の観点から熱可塑性樹脂が好ましく、特にポリエチレンおよびポリプロピレンは分離膜本体の表面を傷つけにくく、また安価であるので好適である。
【００５０】
＜透過側流路材＞
（概要）
本発明のスパイラル型分離膜エレメントには、分離膜の透過側面に透過側流路材が配置される。本発明では、透過側流路材として、フィルムや不織布を凹凸加工して流路材機能を付与したシートや、不織布のような多孔性シート上に突起物を配置したシートを用いる。
【００５１】
（横断面積比）
透過側流路材は、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流路を安定に形成させる点では、透過側流路材の横断面積比が０．４以上０．７５以下であることが好ましい。ここで、透過側流路材の横断面積比について説明する。図５では一例として、シート状の透過側流路材について示しているが、透過側流路材をスパイラル型分離膜エレメントに装填した際、集水管の長手方向と平行な方向に沿って透過側流路材の凸部を通るように切断し、その断面について、凸部の中心と隣接する凸部の中心の距離Ｐ（ピッチとも言う）と透過側流路材の高さＨ０の積に対する、凸部の中心と隣接する凸部の中心との間に占める透過側流路材の横断面積Ｓとの比が横断面積比である。
【００５２】
具体的な測定方法としては、上述のように透過側流路材を切断し、顕微鏡画像解析装置を用いて算出することができる。
【００５３】
特定の横断面積比を有する透過側流路材を本発明のスパイラル型分離膜エレメントに配置することにより、透過側流路の流動抵抗を低減することができ、その結果、単位膜面積あたりの透水性を向上させることができる。単位膜面積あたりの透水性が向上するということは、すなわちスパイラル型分離膜エレメント全体の造水性が向上するということであり、回収率一定で運転する場合に、透過側流動抵抗が大きい流路材を含むスパイラル型分離膜エレメントに比べて供給水の流量および線速が速まる効果が生まれ、膜面乱流効果を増加させることで濃度分極を抑制し、スパイラル型分離膜エレメントの造水量と除去性能を長期間維持することができる。
【００５４】
（透過側流路材の厚み）
図６における透過側流路材の厚みＨ０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流路を安定に形成させる点では、０．１ｍｍ以上１ｍｍであることが好ましい。厚みの測定は、電磁式、超音波式、磁力式、光透過式等さまざま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い。ランダムに１０ヶ所で測定を行いその平均値で評価する。０．１ｍｍ以上であることで透過側流路材としての強度を備え、応力が負荷されても透過側流路材の潰れや破れを引き起こすこと無く取り扱うことができる。また、厚みが１ｍｍ以下で集水管への巻囲性を損なうことなく、エレメント内に挿入できる分離膜や流路材数を増加させることができる。
【００５５】
（透過側流路材の凸部の高さ、溝幅および溝長さ）
図６における透過側流路材の凸部の高さＨ１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流路を安定に形成させる点では、０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましく、溝幅Ｄは０．０２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。凸部の高さや溝幅Ｄは、透過側流路材の横断面を市販のマイクロスコープなどで観察することで測定することができる。
【００５６】
凸部の高さや溝幅Ｄ、および積層された分離膜とで形成される空間が流路となることができ、凸部の高さや溝幅Ｄが上記範囲であることで、加圧ろ過時の膜落込みを抑制しつつ、流動抵抗を低減し、耐圧性と造水性能に優れたスパイラル型分離膜エレメントを得ることができる。
【００５７】
また、凸部がドット状のように、ＭＤおよびＣＤのいずれの方向にも凸部が離れて配置されるような場合（図７参照）は、溝長さＥは溝幅Ｄと同様に設定することができる。
【００５８】
（透過側流路材の凸部の幅および長さ）
図６における透過側流路材の凸部の幅Ｗは、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、より好ましくは０．３ｍｍ以上である。幅Ｗが０．２ｍｍ以上であることで、スパイラル型分離膜エレメントの運転時透過側流路材に圧力がかかっても、凸部の形状を保持することができ透過側流路が安定的に形成される。幅Ｗは、好ましくは１ｍｍ以下であり、より好ましくは０．７ｍｍ以下である。幅Ｗが１ｍｍ以下であることで、分離膜の透過側の面側の流路を十分確保することができる。
【００５９】
凸部６の幅Ｗは、次のように測定される。まず、第１方向（分離膜のＣＤ）に垂直な１つの断面において、１つの凸部６の最大幅と最小幅の平均値を算出する。つまり、図８に示すような上部が細く下部が太い凸部６においては、流路材下部の幅と上部の幅を測定し、その平均値を算出する。このような平均値を少なくとも３０箇所の断面において算出し、その相加平均を算出することで、１枚の膜当たりの幅Ｗを算出することができる。
【００６０】
なお、凸部がドット状のように、ＭＤおよびＣＤのいずれの方向にも凸部が離れて配置されるような場合（図７参照）は、長さＸは幅Ｗと同様に設定することができる。
【００６１】
（透過側流路材の材料）
シート状物の形態としては、編み物や織物、多孔性フィルムや不織布、ネットなどを用いることができ、特に不織布の場合では、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、スパイラル型分離膜エレメントの造水能が向上するため好ましい。
【００６２】
また、透過側流路材の材料であるポリマーの材質については、透過側流路材としての形状を保持し、透過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、ポリフルオロエチレン系等の合成樹脂が挙げられるが、特に高圧化に耐えうる強度や親水性を考慮するとポリオレフィン系やポリエステル系を用いるのが好ましい。
【００６３】
シート状物が複数の繊維から構成される場合では、繊維がたとえばポリプロピレン／ポリエチレン芯鞘構造を有するものを用いてもよい。
【００６４】
（透過側流路材による流路）
透過側流路材の両面に分離膜が配置された際、凸部と隣接する凸部の空間は、透過水の流路となることができる。流路は、透過側流路材自体が波板状、矩形波状、三角波状などに賦形加工されていたり、透過側流路材の一面が平坦で他の表面が凹凸状に加工されていたり、透過側流路材表面に他の部材が凹凸形状に積層されることによって形成されたものであってもよい。
【００６５】
（透過側流路材の形状）
本発明の透過側流路材は、流路を形成する凸部が、図７に示すようなドット状でも良い。ドットの配列は千鳥型に配置された場合は、供給水を受圧する時の応力が分散され、陥没の抑制に有利である。なお、図７には断面（シート平面に対して平行面）が円である円柱状の突起を記載したが、多角形や楕円等、特に断面形状については限定しない。また、異なる断面の凸部が混在していてもよい。また、図８に示すような溝が一方向に並んで連続した溝を有する凹凸形状であってもよい。前記溝は、透過水を最短距離で集水管へと導入するために、集水管の長手方向に対して垂直方向に連続していることが好ましい。
【００６６】
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、四角錐あるいは半球のような形状であってもよい。
【００６７】
＜水処理システム＞
本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、例えばＲＯ浄水器などの水処理システムに適用することができる。特に、回収率（供給水量に対する透過水量の割合）を高く設定して運転する場合、膜面塩濃度が上昇し、それに伴うスケールの形成、浸透圧増加によるエレメント有効圧の低下が起こり、スパイラル型分離膜エレメントの脱塩率と造水量が低下する傾向になる。しかしながら、本発明のスパイラル型分離膜エレメントでは、膜面線速が向上することで濃度分極が低減し、更に、供給水が澱む領域が少なくなることで、スケール形成量を抑制できるため、回収率を６０％以上に設定して運転しても造水能・脱塩能に優れている。
【実施例】
【００６８】
以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。
【００６９】
（供給側流路材の交点間隔）
供給側流路材の１つの空隙に対して、供給側流路材を構成する繊維状物Ａと、繊維状物Ｂの交点とそれと隣り合わない前記交点との距離を、キーエンス製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用いて測定し、得られた２種類の距離のうち、短いほうを交点間隔とした。同様の測定を３０箇所の空隙に関して実施し、その距離の平均値を表中に示した。
【００７０】
（供給側流路材の厚み）
繊維状物ＡおよびＢからなる網目状の供給側流路材（ネット）の交点厚みを、株式会社 ミツトヨ製シックネスゲージ（品番５４７−３１５）を用いて３０箇所測定し、その平均値を供給側流路材厚みとした。
（スパイラル型分離膜エレメントの造水量）
スパイラル型分離膜エレメントについて、供給水として、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、Ｎａ２ＳＯ４が含まれる塩濃度２００ｐｐｍ、ｐＨ６．５の水溶液を用い、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下で３０分間運転した後に１分間のサンプリングを行い、１日あたりの透水量を造水量（ｍ３／日）として示した。また、分離膜エレメントの総造水量が３０００Ｌに達したときにも１分間のサンプリングを行い、１日あたりの透水量を造水量（ｍ３／日）として示した。
（回収率）
造水量の測定において、所定の時間に供給した供給水流量ＶＦと、同時間での透過水量ＶＰの比率を回収率とし、ＶＰ／ＶＦ×１００から算出した。
（脱塩率（ＴＤＳ除去率））
分離膜エレメントの造水量の測定における１分間の運転で用いた供給水およびサンプリングした透過水について、ＴＤＳ濃度を伝導率測定により求め、下記式から脱塩率を算出した。
【００７１】
脱塩率（％）＝１００×｛１−（透過水中のＴＤＳ濃度／供給水中のＴＤＳ濃度）｝
（不織布上に突起物を有する透過側流路材の作製）
スリット幅０．５ｍｍ、ピッチ０．９ｍｍの櫛形シムを装填したアプリケーターを用いて、バックアップロールを２０℃に温度調節しながら、スパイラル型分離膜エレメントとした場合に集水管の長手方向に対して垂直かつ封筒状膜とした場合に巻回方向の内側端部から外側端部まで集水管の長手方向に対して垂直になるよう直線状もしくは不連続状に、高結晶性ＰＰ（ＭＦＲ１０００ｇ／１０分、融点１６１℃）６０質量％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））４０質量％からなる組成物ペレットを樹脂温度２０５℃、走行速度１０ｍ／ｍｉｎで直線状に不織布上に塗布した。不織布は厚み０．０７ｍｍ、目付量が３５ｇ／ｍ２、エンボス柄（φ１ｍｍの円形、ピッチ５ｍｍの格子状）であった。
【００７２】
なお、表中には本透過側流路材を、透過側流路材Ａと示した。
（貫通孔を有するフィルムによる透過側流路材の作製）
無延伸ポリプロピレンフィルム（東レ製  トレファン）にインプリント加工およびＣＯ２レーザ加工を施し、貫通孔を有する透過側流路材を得た。具体的には切削加工により溝を形成した金属金型で無延伸ポリプロピレンフィルムを挟み込み、１４０℃／２分間／１５ＭＰａで保圧し、４０℃で冷却後に金型から取り出した。
【００７３】
続いて、３Ｄ−Ａｘｉｓ  ＣＯ２レーザマーカ  ＭＬＺ９５００を用いて、凹凸インプリントシートの非凹凸面から、凹凸における凹部対してレーザ加工し貫通孔を得た。なお、貫通孔は、各溝にピッチ２ｍｍで設けた。
【００７４】
なお、表中には本透過側流路材を、透過側流路材Ｂと示した。
（スケール付着量）
総造水量３０００Ｌに達した分離膜エレメントを解体し、膜面積に対し、スケールが付着している部分の面積の割合を百分率（％）で算出した。表中には、前記割合が、５０％以上を「多量に付着している」、５％以上５０％未満を「少量付着している」、５％未満を「ほとんど付着していない」と表記した。
（透過側流路材の横断面積比）
透過側流路材をスパイラル型分離膜エレメントに装填した際、集水管の長手方向と平行な方向に沿って透過側流路材の凸部を通るように切断し、その断面について、顕微鏡画像解析装置を用いて凸部の中心と隣接する凸部の中心の距離（ピッチとも言う）と透過側流路材の高さを測定し、それらの積に対する、凸部の中心と隣接する凸部の中心との間に占める透過側流路材の横断面積の割合（横断面積比）を算出した。同様の測定を３０箇所に関して実施し、その距離の平均値を表中に示した。
（実施例１）
ポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布（繊度：１デシテックス、厚み：約９０μｍ、通気度：１ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ、密度０．８０ｇ／ｃｍ３）上にポリスルホンの１７．０質量％のＤＭＦ溶液を１８０μｍの厚みで室温（２５℃）にてキャストし、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（厚さ１３０μｍ）ロールを作製した。
【００７５】
その後、多孔性支持膜のポリスルホンからなる層の表面をｍ−ＰＤＡの２．２質量％水溶液中に２分間浸漬してから、垂直方向にゆっくりと引き上げた。さらに、エアーノズルから窒素を吹き付けることで、支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた。
【００７６】
その後、トリメシン酸クロリド０．０８質量％を含むｎ−デカン溶液を、膜の表面が完全に濡れるように塗布してから、１分間静置した。その後、膜から余分な溶液をエアブローで除去し、８０℃の熱水で１分間洗浄して、複合分離膜ロールを得た。
【００７７】
このように得られた分離膜を断裁加工し、表１に示すポリプロピレン製ネット（厚み：１ｍｍ、交点間隔：８ｍｍ、繊維径：０．１５ｍｍ、傾斜角：９０°）を供給水側流路材として挟んで折り畳み、リーフを作製した。
【００７８】
得られたリーフの透過側面に透過側流路材として表１に示す透過側流路材Ａ（横断面積比：０．４３）を積層し、リーフ接着剤を塗布した。エレメントの幅に対して、集水管の長手方向に対して垂直方向の辺の長さが長くなるように、分離膜対を配置し、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）製集水管（幅：２９８ｍｍ、径：１７ｍｍ、孔数８個×直線状２列）にスパイラル状に巻き付け、巻囲体の外周面を、筒状に連続押し出し成形されたネット（厚み：０．７ｍｍ、ピッチ：５ｍｍ×５ｍｍ、繊維径：３５０μｍ、投影面積比：０．１３）で被覆した。被覆された巻囲体の両端を長さが２５４ｍｍになるようにカットした後、一端からの供給水流入を防ぐための封止板（第１端板９１に相当する）の取り付けを行った。こうして、供給水供給口をスパイラル型分離膜エレメントの外周面のみに設けた。さらに、第２端板９３に相当する端板を被覆された巻囲体の他端に取り付け、濃縮流体出口をスパイラル型分離膜エレメントの他端に設けた直径が１．８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を圧力容器に入れて、回収率６０％にて上述の条件で各性能を評価した。評価は、運転開始から３０分後と、総造水量が３０００Ｌに達したときに実施し、総造水量が３０００Ｌに達したときにスパイラル型分離膜エレメントを解体し、スケール付着部分の割合を測定したところ、結果は表１の通りであった。なお、表中の有効膜面積とは、分離膜リーフにおいて、リーフ接着剤により分離機能が失活していない領域のことである。
【００７９】
【表１】
2018086638.tif 000003
【００８０】
（実施例２）
交点間隔が１０ｍｍの供給側流路材を使用した以外は全て実施例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た。
【００８１】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（実施例３）
原水供給部を外周部と第１端面（第１端版を孔付端板９４に変更）にした以外は全て実施例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た。
【００８２】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（実施例４）
交点間隔が１０ｍｍの供給側流路材を使用し、原水供給部を外周部と第１端面（第１端版を孔付端板９４に変更）にした以外は全て実施例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た。
【００８３】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（実施例５）
透過側流路材をＢにした以外は全て実施例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た。
【００８４】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（実施例６）
透過側流路材をＢにし、原水供給部を外周部と第１端面（第１端版を孔付端板９４に変更）にした以外は全て実施例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た。
【００８５】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（実施例７）
厚さ０．５ｍｍの供給側流路材を使用した以外は全て実施例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た。
【００８６】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（実施例８）
厚さ１．５ｍｍの供給側流路材を使用した以外は全て実施例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た。
【００８７】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（実施例９）
厚さ２．０ｍｍの供給側流路材を使用した以外は全て実施例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た。
【００８８】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（実施例１０）
横断面積比０．６５の透過側流路材Ｂを使用した以外は全て実施例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た。
【００８９】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（比較例１）
厚さ４．０ｍｍの供給側流路材を使用した以外は全て実施例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た。
【００９０】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（比較例２）
厚さ４．０ｍｍの供給側流路材を使用し、原水供給部を外周部と第１端面（第１端版を孔付端板９４に変更）にした以外は全て実施例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た。
【００９１】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
（比較例３）
厚さ１００μｍの供給側流路材を使用した以外は全て実施例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た。
【００９２】
スパイラル型分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。
【符号の説明】
【００９３】
１  供給水側流路材
１１  繊維状物Ａ
１２  繊維状物Ｂ
１０１  供給水
１０２  透過水
１０３  濃縮水
２  分離膜
３  透過側流路材
４  集水管
５、５Ｂ、５Ｃ  スパイラル型分離膜エレメント
６  凸部
７  凹部
９１  孔無端板
９２、９３、９４  孔付端板
ａ、ｂ  繊維状物の交点間隔
ｃ、ｄ  繊維状物の繊維径
ｅ、ｆ  供給側流路材の構成繊維の傾斜角
Ｄ  溝幅
Ｅ  溝長さ
Ｈ０  透過側流路材の厚み
Ｈ１  透過側流路材の凸部の高さ
Ｓ  透過側流路材の凸部の横断面積
Ｐ  透過側流路材の凸部の中心と隣接する凸部の中心の距離
Ｗ  透過側流路材の凸部の幅
Ｘ  透過側流路材の凸部の長さ
【図１】
2018086638.tif 000004
【図２】
2018086638.tif 000005
【図３】
2018086638.tif 000006
【図４】
2018086638.tif 000007
【図５】
2018086638.tif 000008
【図６】
2018086638.tif 000009
【図７】
2018086638.tif 000010
【図８】
2018086638.tif 000011