(57)【要約】【課題】工業用水など濁度の高い原水を前処理なしで供給しても、濁質が蓄積し難く、長期間に亘り安定な通水処理が可能なスパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置を提供すること。【解決手段】透過水集水管１２の外周面に袋状の分離膜１３を原水スペーサー１１ａ、１１ｂと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントであって、原水スペーサー１１ａ、１１ｂは、分離膜１３の原水流入側端部１５、又は原水流入側端部１５と濃縮水流出側端部１６に固設されてなる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントであって、該原水スペーサーは、該分離膜の原水流入側端部、又は原水流入側端部と濃縮水流出側端部に固設されてなることを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
【請求項２】
前記分離膜の原水流入側端部、又は原水流入側端部と濃縮水流出側端部への原水スペーサーの固設方法が、二つ折りされた原水スペーサーを当該端部に対して両側から挟持するようにして固定する方法であ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。
【請求項３】
前記原水スペーサーの固設手段が、接着によるものであることを特徴とする請求項１又は２のスパイラル型膜エレメント。
【請求項４】
前記分離膜の原水流入側端部、又は濃縮水流出側端部の前記透過水集水管に対する長手方向における長さは、それぞれ該分離膜の原水流入側端、又は濃縮水流出側端から内側へ、該分離膜の透過水集水管に対する長手方向長さの１〜１０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項５】
該原水スペーサーが固設された側の分離膜端面に、該原水スペーサーの脱落を防止するための網目状部材を付設したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載のスパイラル型膜エレメントを備える逆浸透膜モジュール。
【請求項７】
請求項６記載の逆浸透膜モジュールを備える逆浸透膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用水など濁度の高い原水であっても、前処理することなく、長期間に亘り安定な通水処理が可能なスパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る方法として、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノ濾過膜（ＮＦ膜）を透過膜とするスパイラル型膜エレメントを用い、原水中からイオン成分や低分子成分を分離する方法が知られている。図４に例示されるように、従来から一般的に使用されているスパイラル型膜エレメントは、透過水スペーサー４２の両面に逆浸透膜４１を重ね合わせて３辺を接着することにより袋状膜４３を形成し、該袋状膜４３の開口部を透過水集水管４４に取り付け、網状の原水スペーサー４５と共に、透過水集水管４４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ている。そして、原水４６はスパイラル型膜エレメント４０の一方の端面側４ａから供給され、原水スペーサー４５に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント４０の他方の端面側４ｂから濃縮水４８として排出される。原水４６は原水スペーサー４５に沿って流れる過程で、逆浸透膜４１を透過して透過水４７となり、この透過水４７は透過水スペーサー４２に沿って透過水集水管４４の内部に流れ込み、透過水集水管４４の端部から排出される。このように、巻回された袋状膜４３間に配設される原水スペーサー４５により原水経路が形成されることになる。
【０００３】
このようなスパイラル型膜エレメントを用いて海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る場合、通常、原水の濁質などを除去する目的で前処理が行われている。この前処理を行う理由は、スパイラル型膜エレメントの原水スペーサーの厚みは、原水流路を確保しつつできる限り原水と逆浸透膜との接触面積を大きくとるため通常１ｍｍ以下と薄く、濁質が原水流路にある原水スペーサーに蓄積され、原水流路を閉塞し易い構造となっている。このため、予め原水中の濁質を除去して濁質蓄積による通水差圧の上昇や透過水量、透過水質の低下を回避し、長期間に亘り安定な運転を行うためである。このような除濁目的で用いられる前処理装置は、例えば、凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理などの各装置を含むものであり、これらの装置は、設置コストや運転コストを上昇させると共に、大きな設置面積を必要とするなどの問題を有していた。このため、従来例のような薄い原水スペーサーで原水流路を確保でき、従来と同等程度の脱塩率を維持できると共に、濁質が蓄積しない構造のスパイラル型膜エレメントが開発されれば、工業用水や水道水が前処理なしで供給でき、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が可能となり、産業上の利用価値は極めて高いものとなる。
【０００４】
一方、スパイラル型膜エレメントの濁質による原水流路の閉塞を防止するため、従来の格子の網目状原水スペーサーの構造を改善した種々の提案がなされている。特開昭６４−４７４０４号公報には、波板形であって該波形が蛇行する形状の原水スペーサーを用いるスパイラル型膜エレメントが開示されている。この蛇行波形形状の原水スペーサーは成型が困難であると共に、スパイラル状に巻回する際、流路が潰れる可能性が大であり、実用的ではない。
【０００５】
特開平９−２９９７７０号公報には、第１の線材と第２の線材が互いに交差するように格子状に形成されてなり、第１の線材又は第２の線材が透過水集水管の長手方向と平行になるように原水スペーサーを配置する構造のものが開示されている。この構造の原水スペーサーによれば、原水が透過水集水管の長手方向と平行な方向にほぼ直線状に流れるため、圧力損失が低く、且つ原水の線速が大きくなり、原水中の濁質が蓄積し難くなる反面、集水管の長手方向に直角な方向に存在する線材が原水の流路を遮るため、当該線材に濁質が蓄積してしまい、やはり原水流路の閉塞を起こしてしまう。
【０００６】
実開昭５９−４４５０６号公報には、両端部の隣接する膜封筒間に原水スペーサーが配設されているスパイラル型膜エレメントが記載されている。このスパイラル型膜エレメントによれば、高温流体を膜分離処理しても、原水スペーサーが膨張により膜面へ押し付けられるのを極力避けることができ、膜面の損傷を防止することができる。該公報には膜封筒間にある原水スペーサーが、膜封筒に接着されているか否かは不明であるものの、従来例を示す第１図との関係で記載されていることから、非接着で巻回されていることが窺い知れる。この場合、短冊状の原水スペーサーの複数枚を膜間の両端隣接位置に配置して製作することは困難であり、また長期間の運転中に原水流入側に配置した原水スペーサーは流れにのって中央部へ移動してしまい、また原水流出側に配置した原水スペーサーは脱落してしまう可能性があり、原水流路の確保が困難である。
【０００７】
特開昭５６−１２９００６号公報には、原水スペーサーを省略し、透過水スペーサーに弾性変形を有する素材を使用し、原水側の運転圧力によって透過水スペーサーを潰して、原水流路を形成する方法が記載されている。しかし、この方法では、原水流入口が形成されておらず、運転開始時、原水流路への原水の供給が困難であるし、仮に通水が開始できたとしても原水の片流れが起こってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来提案されている原水スペーサーは、いずれも、原水流路内に原水の淀みが生じやすい部分が存在し、この部分において濁質の蓄積が起こるか、あるいは、原水スペーサーの一部又は全部の設置を省略したものは原水流路を安定して確保することができない等の問題があり、従来行われていた原水の前処理を省略するまでには至っていないのが現状である。原水流路を確保しつつ、原水の淀む部分のない流路を形成するという観点から、原水の流入側から流出側に向かって直線状又は略直線状に延在する線材のみで形成される構造のものが最も好適なものであるが、線材同士を繋ぐ構造ではないため、工業的に製作することは困難である。
【０００９】
従って、本発明の目的は、工業用水など濁度の高い原水を前処理なしで供給しても、濁質が蓄積し難く、長期間に亘り安定な通水処理が可能なスパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントにおいて、原水中の濁質が蓄積するのは主に原水スペーサーの線材が交差する交点部分であること、原水流路の原水スペーサーを省略できれば、当然、濁質による原水流路の閉塞が起こらないこと、短冊状の原水スペーサーを分離膜の少なくとも流入側端部に固定できれば、脱落の問題は起こらず、原水流路が確保できると共に、濁質の蓄積は起こらないことなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明（１）は、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントであって、該原水スペーサーは、該分離膜の原水流入側端部、又は原水流入側端部と濃縮水流出側端部に固設されてなるスパイラル型膜エレメントを提供するものである。本発明によれば、少なくとも、原水流入側端部には原水スペーサーが存在するため、原水流路への原水の供給は可能となり、通水が開始した後は通水圧により分離膜間に所定厚みの原水流路が確保される。また、原水流路の大部分が原水スペーサーが存在しないこととなり、濁質の蓄積は起こらない。
【００１２】
また、本発明（２）は、前記分離膜の原水流入側端部、又は原水流入側端部と濃縮水流出側端部への原水スペーサーの固設方法が、二つ折りされた原水スペーサーを当該端部に対して両側から挟持するようにして固定する方法であることを特徴とする前記（１）記載のスパイラル型膜エレメントを提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、接着剤を使用しなくとも、簡易な方法で固定することができる。
【００１３】
また、本発明（３）は、前記原水スペーサーの固設手段が、接着によるものであることを特徴とする前記スパイラル型膜エレメントを提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、確実に固定できる。
【００１４】
また、本発明（４）は、前記分離膜の原水流入側端部、又は濃縮水流出側端部の前記透過水集水管に対する長手方向における長さは、それぞれ該分離膜の原水流入側端、又は濃縮水流出側端から内側へ、該分離膜の透過水集水管に対する長手方向長さの１〜１０％であることを特徴とする前記スパイラル型膜エレメントを提供するものである。本発明によれば、スパイラル型膜エレメントの特性や使用条件に見合った好適な適宜の数値を選択して作製することができ、実質原水スペーサーが存在しないような原水流路を形成できる。
【００１５】
また、本発明（５）は、該原水スペーサーが固設された側の分離膜端面に、該原水スペーサーの脱落を防止するための網目状部材を付設したことを特徴とする前記スパイラル型膜エレメントを提供するものである。本発明によれば、原水の流れを妨げることなく、特に、二つ折りされた原水スペーサーを接着剤を使用することなく、当該端部に対して両側から挟持するようにして固定する方法の場合、分離膜からの原水スペーサーの脱落を有効に防止できる。
【００１６】
また、本発明（６）は、前記スパイラル型膜エレメントを備えることを特徴とする逆浸透膜モジュールを提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、水処理施設内に搬入し易く、且つそのままの形態で処理ラインに装着できる。本発明（７）は、前記逆浸透膜モジュールを備えることを特徴とする逆浸透膜装置を提供するものである。本発明の逆浸透膜装置によれば、海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る場合、工業用水や水道水など濁度の高い原水を前処理なしで供給でき、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が可能となり、産業上の利用価値は極めて高い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態におけるスパイラル型膜エレメントを図１を参照して説明する。図１は本例のスパイラル型膜エレメントの概略図である。図１中、スパイラル型膜エレメント１０は透過水集水管１２の外周面に袋状の分離膜１３を原水スペーサー１１と共に巻回してなるものであって、原水スペーサー１１は、分離膜１３の原水流入側端部１５に固設される原水スペーサー１１ａと濃縮水流出側端部１６に固設される原水スペーサー１１ｂからなるものである。原水流入側端部１５は、分離膜１３の原水流入側Ｘの端１８から透過水集水管１２に対する長手方向における所定の長さ（図中、端から破線までの長さ）までの領域であり、濃縮水流出側端部１６は、分離膜１３の濃縮水流出側Ｙの端１９から透過水集水管１２に対する長手方向における所定の長さまでの領域である。この所定長さは、それぞれ該分離膜１３の原水流入側Ｘの端１８、又は濃縮水流出側Ｙの端１９から内側へ、分離膜１３の透過水集水管１２に対する長手方向長さＬの１〜１０％である。透過水集水管１２に対する長手方向における前記所定長さがＬの１％未満であると、分離膜１３に設置することが難しくなり、１０％を越えると、原水スペーサー１１への濁質の蓄積の問題が生じる。
【００１８】
本例の原水スペーサー１１ａ、１１ｂは共に、設置場所を除いて同じものであるため、原水スペーサー１１ａについて説明する。原水スペーサー１１ａとしては、短冊状のメッシュ状物を使用することができる。短冊状物は、透過水集水管１２取付け位置から透過水集水管１２の長手方向に対して直角方向の分離膜１３の端まで（分離膜の原水流入側Ｘの辺長さに相当）連続したものであっても、不連続のものであってもよいが、連続状物が取付け易さ及び原水流入口を安定して形成できる点で好適である。また、メッシュの目の形状としては、特に制限されず、ひし形、四角形、六角形、円形、楕円形、波形などが挙げられ、その線材同士の交差形態としては、特に制限されず、線材同士を織らずに接合した形態、平織りによる交差形態及びあや織りによる交差形態などが挙げられる。また、原水スペーサー１１ａの幅、すなわち、透過水集水管１２に対する長手方向における長さは、前述した分離膜１３の原水流入側端部１５の長さと同じで、分離膜の透過水集水管１２に対する長手方向の長さＬの１〜１０％である。また、原水スペーサー１１の厚さは、０．４〜３．０ｍｍの範囲である。厚さが０．４ｍｍ未満では、通水差圧の上昇を招くと共に、濁質の蓄積が生じ易くなる。一方、厚さが３．０ｍｍを越えると、スパイラル状にした場合、１エレメント当たりの膜面積が小さくなり過ぎてしまい、実用的でない。また、原水スペーサーの材質としては、特に制限されないが、ポリプロピレンやポリエチレンが、成形性やコスト面から好ましい。また、原水スペーサーの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を適用できるが、金型による成型品が、コスト面及び精度面からも好ましい。
【００１９】
原水スペーサー１１の固設方法としては、特に制限されないが、接着剤及び両面テープなどの接着手段で固定する方法が挙げられる。従来例にあるように原水スペーサーを固設することなく単に分離膜間に置く方法は、製作することが困難であると共に、原水流入側に配置した原水スペーサーは流れにのって中央部へ移動してしまい、また原水流出側に配置した原水スペーサーは脱落してしまう可能性があり、原水流路の確保が困難であるが、本例のように原水スペーサーを固定すれば、このような問題は解消される。
【００２０】
スパイラル型膜エレメント１０は、図１に示すような原水スペーサーを原水流入側端部１５と濃縮水流出側端部１６に併設するものの他、濃縮水流出側端部１６に固設される原水スペーサー１１ｂを省略し、原水流入側端部１５のみの設置としたものであってもよい。このような実施の形態においても、原水流入側端部１８には原水スペーサー１１ａが存在するため、原水流入口が形成され、原水の供給は可能となり、通水が開始した後は通水圧により分離膜１３間に所定厚みの原水流路が確保される。
【００２１】
更に、スパイラル型膜エレメント１０は、上記実施の形態例の他、分離膜１３の原水流入側端部１５、又は原水流入側端部１６と濃縮水流出側端部１６への原水スペーサー１１の固設方法が、二つ折りされた原水スペーサーを当該端部に対して両側から膜を挟持するようにして固定する方法で得られたものであってもよい（不図示）。これにより、製作が容易で、特に原水流入側端部１５に固設された原水スペーサーは別途の接着手段を使用しなくとも、長期間運転において移動することがなく、原水流路を確実に形成することができる。この二つ折りされた原水スペーサーは二つ折りする前の形状として透過水集水管に対する長手方向における長さがほぼ２倍のものを使用し、且つ前記固設方法で設置する以外、図１に示す原水スペーサーと同様のものである。すなわち、二つ折り原水スペーサーは、短冊状のメッシュ状物を使用することができ、連続状物又は不連続状物であり、メッシュの目の形状やその線材同士の交差形態としても、特に制限されない。また、二つ折り原水スペーサーの材質及び厚みも図１の原水スペーサー１１と同様である。原水流入側の端１８から透過水集水管１２に対する長手方向における長さ、すなわち、袋状分離膜１３の一方の膜面に表れる原水スペーサーの当該長さも、同様に分離膜１３の透過水集水管１２に対する長手方向の長さＬの１〜１０％である。また、図１の原水スペーサー１１の変形例と同様に、二つ折り原水スペーサーも濃縮水流出側端部１６に固設される原水スペーサーを省略し、原水流入側端部１５のみの設置としたものであってもよい。
【００２２】
二つ折りされた原水スペーサーの固設方法は、前述の如く、該原水スペーサーを分離膜１３の原水流入側端部１５、又は濃縮水流出側端部１６に対して両側から挟持するだけでよい。但し、濃縮水流出側端部１６に固設する原水スペーサーは、接着剤又は両面テープなどで接着することが、分離膜から原水スペーサーが脱落することを確実に防止することができる点で好ましい。原水流入側端部１５に固設された原水スペーサーは、挟み込みで固定できるが、接着剤や両面テープを使用すれば、一層確実に固定できる。
【００２３】
二つ折りされた原水スペーサーは、複数枚の分離膜を使用する場合、全ての分離膜に固設してもよく、また、一枚置きの分離膜に固設してもよい。一枚置きの固設形態は、分離膜間の全てに原水スペーサーの設置が確保されると共に、原水スペーサーの設置数及び設置工程を省略することができる。また、分離膜の枚数が偶数毎であると、均一な巻回しができる点で好適である。二つ折りされた原水スペーサーを巻回しする場合、外側にくる原水スペーサーと内側にくる原水スペーサーでは、その長さに違いができ、均一な巻回しができないように思えるが、原水スペーサーは網目構造であることから、伸縮性に富み、外側が伸び内側が縮むことで、支障なく巻くことができる。この場合、外側にくる原水スペーサーに、透過水集水管の長手方向に切り込みを入れてもよい。これにより、原水スペーサーの伸縮性が加わって、更に円滑で支障なく巻くことができる。この切り込みは透過水集水管の長手方向の直角方向において、例えば１０〜２０ｃｍの間隔で複数箇所設けてもよい。
【００２４】
また、本例のスパイラル型膜エレメント１０には、原水スペーサー１１が固設された側の分離膜端面、本例では分離膜１３の両端面に、網目状部材１７ａ、１７ｂを付設することが、後述するモジュールを構成した際、分離膜の該両端面に設置されるテレスコープ止めの数本の放射状のリブ間を原水スペーサーがすり抜けて脱落することを防止できる点で好ましい。網目状部材１７ａ、１７ｂは例えば中心が透過水集水管１２が貫通する孔を有する円板状物であり、その材質は、特に制限されないが、ステンレス、鋳鉄、青銅などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。網目の形状及び大きさとしては、原水スペーサー１１のすり抜けを防止できるものであれば特に制限されない。網目状部材１７ａ、１７ｂの付設方法としては、分離膜の該両端面とテレスコープ止めとで挟持するだけでよく、接着剤は用いても、用いなくともよい。
【００２５】
本発明のスパイラル型膜エレメントにおいて、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回する形態としては、１枚の袋状の分離膜を巻回したものであっても、複数の袋状の分離膜を巻回したもののいずれであってもよい。本発明のスパイラル型膜エレメントは精密濾過装置、限外濾過装置及び逆浸透膜分離装置などの膜分離装置に使用することができる。逆浸透膜としては、食塩水中の塩化ナトリウムに対する９０％以上の高い除去率を有する通常の逆浸透膜、及び低脱塩率のナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜が挙げられる。ナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜は脱塩性能を有するものの、通常の逆浸透膜よりも脱塩性能が低いもので、特にＣａ、Ｍｇ等の硬度成分の分離性能を有するものである。なお、ナノ濾過膜とルーズ逆浸透膜はＮＦ膜と称されることがある。
【００２６】
本例のスパイラル型膜エレメント１０によれば、原水流入側端部１５には原水スペーサー１１ａが存在するため、原水流入口が形成され、原水の供給は可能となり、通水が開始した後は通水圧により分離膜間に所定厚みの原水流路が確保される。また、原水流路中、原水スペーサー１１が存在しない部分１１ｃが大部分を占めることとなり、ここには原水の流れを妨げるものは存在しないため、濁質の蓄積は起こらない。また、本例のスパイラル型膜エレメントを備えたモジュールを構成した際、分離膜の該両端面に当接するように設置されるテレスコープ止めの数本の放射状のリブ間の隙間を抜けて原水スペーサーが脱落することを防止できる。
【００２７】
本発明の逆浸透膜モジュールは、前記スパイラル型膜エレメントを備えるものであれば特に制限されず、例えば図２に示す構造を有する逆浸透膜モジュールが挙げられる。図２に示したように、透過水集水管１２の外周面に袋状の逆浸透膜２１を逆浸透膜２１の両端部の所定位置に固設された原水スペーサーと共にスパイラル状に巻きつけ、その上部を外装体２２で被覆する。そしてスパイラル状に巻きつけた逆浸透膜２１がせり出すのを防止するために、数本の放射状のリブ２３を有するテレスコープ止め２４が両端に取り付けられている。なお、逆浸透膜２１の両端面とテレスコープ止め２４の間には原水スペーサーの脱落を防止する網目状部材１７が取り付けられている。これらの透過水集水管１２、逆浸透膜２１、外装体２２、網目状部材１７、テレスコープ止め２４でひとつのスパイラル型膜エレメント１０を形成し、夫々の透過水集水管１２をコネクタ（図示せず）で連通して、ハウジング２６内にスパイラル型膜エレメント１０を複数個装填する。なお、スパイラル型膜エレメント１０の外周とハンジング２６の内周の間に隙間２７が形成されるが、この隙間２７をブラインシール２８で閉塞してある。なおハウジング２６の一端には原水をハウジング内部に流入するための原水流入管（図示せず）、また他端には透過水集水管１２に連通する処理水管（図示せず）および非透過水管（図示せず）が付設され、ハウジング２６、その内部部品および配管（ノズル）等で逆浸透膜モジュール２９が構成される。
【００２８】
このような構造の逆浸透膜モジュール２９で原水を処理する場合は、ハウジング２６の一端からポンプを用いて原水を圧入するが、図２において矢線で示したように原水はテレスコープ止め２４の各放射状のリブ２３の間を通って最初のスパイラル型膜エレメント１０内に侵入し、一部の原水はスパイラル型膜エレメント１０の膜間の原水スペーサーで区画される原水流路を通り抜けて次のスパイラル型膜エレメント１０に達し、他部の原水は逆浸透膜２１を透過して透過水となり当該透過水は透過水集水管１２に集水される。このようにしてスパイラル型膜エレメント１０に次々に原水が通り抜けて、逆浸透膜を透過しなかった原水は濁質及びイオン性不純物を高濃度で含む濃縮水としてハウジング２６の他端から取り出され、また逆浸透膜を透過した透過水は透過水として透過水集水管１２を介してハウジング２６外に取り出される。なお、本発明の逆浸透膜モジュールは図２のように複数のスパイラル型膜エレメントを装着するものの他、例えばスパイラル型膜エレメント１個装着するものであってもよい。
【００２９】
本発明の逆浸透膜装置としては、特に制限されないが、例えば前記逆浸透膜モジュールの１又は２以上、ポンプ等の原水供給手段、原水流入配管、濃縮水流出配管及び透過水流出配管を少なくとも備えるものである。本発明の逆浸透膜装置に直接供給される原水としては、工業用水、水道水及び回収水が挙げられる。原水の濁度としては、特に制限されないが、濁度２度程度の高い濁度のものであっても濁質の閉塞による通水差圧の上昇などを生じることがない。また、原水には原水中に砂粒などの粗大粒子を含む場合、予め目の粗いフィルターを通した処理水や、スケールやファウリングを防止するための分散剤を添加したものも含まれる。分散剤の添加により、原水スペーサーや膜面への濁質の蓄積を一層抑制することができる。分散剤としては、例えば市販品の「ｈｙｐｅｒｓｐｅｒｓｅ　ＭＳＩ３００」、「ｈｙｐｅｒｓｐｅｒｓｅ　ＭＤＣ２００」（共に、ＡＲＧＯ　ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ社製）が挙げられる。本発明の逆浸透膜装置によれば、従来、原水中の濁質を除去する目的で用いられていた凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理などの前処理装置の設置を省略することができる。このため、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が図れる点で画期的な効果を奏する。
【００３０】
本発明の実施の形態における逆浸透膜装置の一例を図３を参照して説明する。図３において、逆浸透膜装置３０は、原水供給装置３１、前段逆浸透膜モジュール３０Ａ及び後段逆浸透膜モジュール３０Ｂをこの順序で配置したものであり、原水供給装置３１と前段逆浸透膜モジュール３０Ａは原水供給配管３２で連結され、前段逆浸透膜モジュール３０Ａと後段逆浸透膜モジュール３０Ｂは前段逆浸透膜モジュール３０Ａの透過水を後段の装置の被処理水として供給する一次透過水流出配管３３で連結され、後段逆浸透膜モジュール３０Ｂには透過水を排出する透過水流出配管３４及び濃縮水を原水供給配管３２に戻す戻り配管３５を備える。また、前段逆浸透膜モジュール３０Ａには濃縮水流出配管３６を備えている。前段逆浸透膜モジュール３０Ａは本発明に係る濁質の蓄積を起こさない逆浸透膜装置であり、後段逆浸透膜モジュール３０Ｂは従来の逆浸透膜装置である。
【００３１】
次に、本実施の形態例の逆浸透膜装置３０を用いて原水を処理する方法を説明する。先ず、原水は原水供給手段３１により前段逆浸透膜モジュール３０Ａに供給される。原水は前段逆浸透膜モジュール３０Ａで処理され、一次濃縮水を濃縮水流出配管３６から得ると共に一次透過水流出配管３３から一次透過水を得る。次いで、この一次透過水は後段逆浸透膜モジュール３０Ｂで処理され、透過水流出配管３４から二次透過水を得ると共に、二次濃縮水は戻り配管３５から原水供給配管３２に戻される。この二次濃縮水は既に前段逆浸透膜モジュール３０Ａで脱塩された透過水を後段逆浸透膜モジュール３０Ｂで濃縮されたものであり、原水に比べて導電率が低い。このため、二次濃縮水の全量を循環させることが可能となり、水回収率を向上させることができる。また、逆浸透膜装置３０は、従来型の装置で使用されている濁質除去のみを目的とした前処理装置の代わりに、本発明における濁質の蓄積が大幅に抑制できる逆浸透膜モジュールを前段に使用しているので、実質的に逆浸透膜を２段使用することになる。従来型の装置における前処理装置は当然脱塩機能がないので、逆浸透膜装置３０は従来型の逆浸透膜装置と比較して透過水の水質も格段に優れる。
【００３２】
【実施例】
実施例１
濁度２度、導電率２０ｍＳ／ｍの工業用水を下記仕様の逆浸透膜モジュールＡに通水し、下記運転条件下において、２０００時間の耐久運転を行った。逆浸透膜モジュールＡの性能評価は運転初期及び２０００時間における通水差圧（ＭＰａ）、透過水量（ｌ／分）及び透過水の導電率（ｍＳ／ｍ）を測定することで行った。また、２０００時間後、逆浸透膜モジュールを解体して原水流路内の濁質の付着状況を観察した。測定値の結果を表１に、原水流路の目視観察結果を表２に示す。
【００３３】
（逆浸透膜モジュールＡ）
先ず、透過水集水管の長手方向における長さが１００ｍｍ、厚さが１．０ｍｍのメッシュ状の原水スペーサーＡを作製した。次いで、この原水スペーサーＡを用いて図１に示す構造のスパイラル型膜エレメントＡを作製し、更に図２に示すような構造の逆浸透膜モジュールＡを作製した。但し、分離膜の集水管の長手方向の長さＬが１０００ｍｍ、原水スペーサーの固設方法は二つ折りされた原水スペーサーにて膜を挟み込む形で設置し（原水流入側端部、濃縮水流出側端部共に５０ｍｍの幅で原水スペーサーＡが取り付けられることとなる）、かつ脱落防止用のステンレス製金網を設けた。原水スペーサー、金網ともに接着はしなかった。また、該逆浸透膜モジュールＡは１個のスパイラル型膜エレメントを収納した１個のモジュールとした。
（運転条件）
操作圧力が０．７５ＭＰａ、濃縮水流量が２７００ｍ３／時間、水温が２５℃で行った。また透過処理８時間毎に、透過処理を中断し、濃縮水流出管に付設されている弁を全開して透過処理における原水供給流量の３倍の流量で、６０秒間原水を逆浸透膜モジュール内に流入し、洗浄排水を濃縮水流出管から流出させる、いわゆるフラッシングを行った。
【００３４】
実施例２
濃縮水流出側の原水スペーサーを省略した以外、実施例１と同様の方法で逆浸透膜モジュールＢを作製し、実施例１と同様の運転条件で２０００時間の耐久運転を行った。逆浸透膜モジュールＢの性能評価結果を表１及び表２に示す。
【００３５】
実施例３
濁度２度、導電率２０ｍＳ／ｍの工業用水を下記仕様で且つ前述の図３に示すフローの逆浸透膜装置に通水し、下記運転条件下において２０００時間の耐久運転を行った。逆浸透膜装置の性能評価結果を表１及び表２に示す。なお、表１における結果は、後段逆浸透膜モジュールの結果である。
（逆浸透膜装置）
前段逆浸透膜モジュールとして、実施例１で使用した逆浸透膜モジュールＡを用い、後段逆浸透膜モジュールとして、８インチエレメントＥＳ−１０（日東電工社製）１個を装着したモジュール１個を用いた。このＥＳ−１０に用いられている原水スペーサーは格子の網目状のものである。
（運転条件）
前段逆浸透膜モジュール及び後段逆浸透膜モジュール共に、操作圧力が０．７５ＭＰａ、濃縮水流量が２７００ｍ３／時間、水温が２５℃で行う。なお、前段逆浸透膜モジュールのみ、実施例１と同様なフラッシングを行った。
【００３６】
比較例１
凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理からなる公知の前処理装置を前段に配置したこと、スパイラル型膜エレメントＡの代わりに、８インチエレメントＥＳ−１０（日東電工社製）を用いたこと以外、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０ｍＳ／ｍの工業用水を、前処理装置で処理し、その処理水を従来の市販の逆浸透膜モジュールで更に処理した。その結果を表１及び表２に示す。
【００３７】
比較例２
スパイラル型膜エレメントＡの代わりに、８インチエレメントＥＳ−１０（日東電工社製）を用いた以外、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０ｍＳ／ｍの工業用水を、前処理装置で処理することなく直接従来の市販の逆浸透膜モジュールで処理した。その結果を表１及び表２に示す。なお、この比較例２では８００時間頃に、通水差圧が極端に上昇し、透過水が得られなくなったため、この時点で運転を停止した。なお、表２の結果は、８００時間経過後の運転停止時のものである。
【００３８】
【表１】
2004050081.tif 000003
【００３９】
【表２】
2004050081.tif 000004
【００４０】
実施例１〜３において、２０００時間後、通水差圧の上昇はほとんどなく、透過水量の低下もなく、透過水の水質も高いものであった。比較例１は２０００時間後の性能評価において、実施例と遜色ない結果を示しているが、これは前処理装置を設置しており、設置場所や設置コストなどが余分に必要となる。従って、実施例１〜３の比較対象は比較例２であるが、比較例２は約８００時間で透過水量がゼロになるまで濁質の付着が激しいものである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のスパイラル型膜エレメントによれば、少なくとも原水流入側端部には原水スペーサーが存在するため、原水流路への原水の供給は可能となり、通水が開始した後は通水圧により分離膜間に所定厚みの原水流路が確保される。また、原水流路中、原水スペーサーが存在しない部分が大部分を占めることとなり、ここには原水の流れを妨げるものは存在しないため、濁質の蓄積は起こらない。また、網目状部材を分離膜の両端面に設置すれば、本例のスパイラル型膜エレメントを備えたモジュールを構成した際、原水スペーサーの脱落を防止することができる。本発明の逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置によれば、従来、原水中の除濁目的で用いられていた前処理装置の設置を省略することができる。このため、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が図れる点で顕著な効果を奏する。更に工業用水など濁度の高い原水を前処理なしで供給しても、濁質が蓄積し難く、長期間に亘り安定な通水処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例におけるスパイラル型膜エレメントの概略図である。
【図２】本実施の形態例における逆浸透膜モジュールの構造の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における逆浸透膜装置の一例を示す図である。
【図４】従来の逆浸透膜モジュールの概略図である。
【符号の説明】
１１、１１ａ、１１ｂ　　　原水スペーサー
１２　　　　　透過水集水管
１３　　　　　分離膜
１４　　　　　透過水スペーサー
１５　　　　　原水流入側端部
１６　　　　　濃縮水流出側端部
１７ａ、１７ｂ　　　網目状部材
１０　　　　　スパイラル型膜エレメント
２９　　　　　逆浸透膜モジュール
３０　　　　　逆浸透膜装置
Ｘ　　　　　　原水流入側
Ｙ　　　　　　原水流出側
【図１】
2004050081.tif 000005
【図２】
2004050081.tif 000006
【図３】
2004050081.tif 000007
【図４】
2004050081.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月6日(2003.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
二つ折りされた原水スペーサーは、複数枚の分離膜を使用する場合、全ての分離膜に固設してもよく、また、一枚置きの分離膜に固設してもよい。一枚置きの固設形態は、分離膜間の全てに原水スペーサーの設置が確保されると共に、原水スペーサーの設置数及び設置工程を省略することができる。また、分離膜の枚数が偶数毎であると、均一な巻回しができる点で好適である。二つ折りされた原水スペーサーを巻回しする場合、外側にくる原水スペーサーと内側にくる原水スペーサーでは、その長さに違いができ、均一な巻回しができないように思えるが、原水スペーサーは網目構造であることから、伸縮性に富み、外側が伸び内側が縮むことで、支障なく巻くことができる。この場合、外側にくる原水スペーサーに、透過水集水管の長手方向に切り込みを入れてもよい。これにより、原水スペーサーの伸縮性も加わって、更に円滑で支障なく巻くことができる。この切り込みは透過水集水管の長手方向の直角方向において、例えば１０〜２０ｃｍの間隔で複数箇所設けてもよい。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
（逆浸透膜モジュールＡ）
先ず、透過水集水管の長手方向における長さが１００ｍｍ、厚さが１．０ｍｍのメッシュ状の原水スペーサーＡを作製した。次いで、この原水スペーサーＡを用いて図１に示す構造のスパイラル型膜エレメントＡを作製し、更に図２に示すような構造の逆浸透膜モジュールＡを作製した。但し、分離膜の集水管の長手方向の長さＬが１０００ｍｍ、原水スペーサーの固設方法は二つ折りされた原水スペーサーにて膜を挟み込む形で設置し（原水流入側端部、濃縮水流出側端部共に５０ｍｍの幅で原水スペーサーＡが取り付けられることとなる）、かつ脱落防止用のステンレス製金網を設けた。原水スペーサー、金網ともに接着はしなかった。また、該逆浸透膜モジュールＡは１個のスパイラル型膜エレメントを収納した１個のモジュールとした。
（運転条件）
操作圧力が０．７５ＭＰａ、濃縮水流量が２．７ｍ３／時間、水温が２５℃で行った。また透過処理８時間毎に、透過処理を中断し、濃縮水流出管に付設されている弁を全開して透過処理における原水供給流量の３倍の流量で、６０秒間原水を逆浸透膜モジュール内に流入し、洗浄排水を濃縮水流出管から流出させる、いわゆるフラッシングを行った。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
実施例３
濁度２度、導電率２０ｍＳ／ｍの工業用水を下記仕様で且つ前述の図３に示すフローの逆浸透膜装置に通水し、下記運転条件下において２０００時間の耐久運転を行った。逆浸透膜装置の性能評価結果を表１及び表２に示す。なお、表１における結果は、後段逆浸透膜モジュールの結果である。
（逆浸透膜装置）
前段逆浸透膜モジュールとして、実施例１で使用した逆浸透膜モジュールＡを用い、後段逆浸透膜モジュールとして、８インチエレメントＥＳ−１０（日東電工社製）１個を装着したモジュール１個を用いた。このＥＳ−１０に用いられている原水スペーサーは格子の網目状のものである。
（運転条件）
前段逆浸透膜モジュール及び後段逆浸透膜モジュール共に、操作圧力が０．７５ＭＰａ、濃縮水流量が２．７ｍ３／時間、水温が２５℃で行う。なお、前段逆浸透膜モジュールのみ、実施例１と同様なフラッシングを行った。