(57)【要約】【課題】  低い操作圧力で運転する場合でも、供給側流路の圧損を小さくして効率良く分離操作が行え、しかも実用上十分な膜面積を確保できるスパイラル型分離膜エレメントを提供する。【解決手段】  分離膜、供給側流路材、及び透過側流路材が、有孔の中心管にスパイラル状に巻回されて、供給側流路と透過側流路とが形成されているスパイラル型分離膜エレメントにおいて、スパイラル状に巻回された膜リーフの幅が９００〜２０００ｍｍ、膜リーフの長さが５００〜１５００ｍｍであると共に、前記供給側流路材の厚みｔが１．０〜２．０ｍｍであることを特徴とする。【選択図】        図１
2005087862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜、供給側流路材、及び透過側流路材が、有孔の中心管にスパイラル状に巻回されて、供給側流路と透過側流路とが形成されているスパイラル型分離膜エレメントにおいて、
スパイラル状に巻回された膜リーフの幅が９００〜２０００ｍｍ、膜リーフの長さが５００〜１５００ｍｍであると共に、前記供給側流路材の厚みが１．０〜２．０ｍｍであることを特徴とする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、分離膜、供給側流路材、及び透過側流路材が、有孔の中心管にスパイラル状に巻回されて、供給側流路と透過側流路とが形成されているスパイラル型分離膜エレメントに関し、詳しくは、供給側流路の圧損を従来より小さくでき、かつ、実用上の膜面積を確保できる厚みの供給側流路材を内蔵したスパイラル型分離膜エレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、かん水または海水の脱塩、超純水の製造、排水処理等の幅広い用途にスパイラル型分離膜モジュールが用いられている。スパイラル型分離膜モジュールは、単数又は複数のスパイラル型分離膜エレメントを圧力容器内に収容した構造となっている。
【０００３】
スパイラル型分離膜エレメントは、透過側流路材の両面に分離膜を重ね合わせて封筒状にした膜リーフを複数枚、その開口部を集水管に取り付け、各膜リーフの間にネット状の供給側流路材を挟んで集水管にスパイラル状に巻回することにより構成される。原液はエレメントの一方の端面側から供給され、供給側流路材を挟む分離膜間に形成された供給側流路内を流れ、他方の端面側から濃縮液として排出される。また、原液が供給側流路材に沿って流れる過程で、分離膜を透過した透過液は透過側流路材に沿って集水管の内部に流れ込み、集水管から排出される。
【０００４】
上記の供給側流路材は、分離膜同士の隙間において原液が通る流路を形成していると共に、供給側流路に乱流を起こすことで流路内を攪拌し、濃度分極を抑える役目を果たしている。そのためエレメント両端の原液供給側と濃縮水排出側で圧力差（圧損）が生じる。
【０００５】
このようなエレメントの供給側流路の圧損を低減させるために、供給側流路材の網脚を傾斜させて配置したり、供給側流路材の厚みを０．５〜０．９ｍｍにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２３５５２０号公報（第２頁、図２）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、低操作圧力使用のエレメントにおいて、エレメントを直列連結して使用する場合、または、排水などに見られる濁質液の分離や粘性液の分離に対しては、充分な圧損低減がなされているとは言えない。
【０００７】
近年、低い操作圧力で運転する低圧エレメントが主流となり、有効圧力に対する圧損の割合は大きくなっている。また、エレメントを複数本数連結して使用する場合においては、更にエレメント全体としての圧損が大きくなるため、個々のエレメントの圧損を低減する必要がある。また、排水など濁質液、粘性液用途においても、同様に個々のエレメントの圧損を低減する必要がある。
【０００８】
例えば、エレメントを複数本連結することを考えた場合は、操作圧力に対し圧損は５％以下であることが効率的でエネルギーロスが少なくて済み好ましい。仮に６本連結する場合を考えると、エレメント１本当たりの圧損は０．８％以下である必要があり、従来のエレメントでは、この目標値を大幅に上回っていることが、実験により明らかになった。
【０００９】
その一方で、供給側流路材を厚くするとエレメントの膜リーフの収容容量が減少するため、膜面積が制限されることになる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、低い操作圧力で運転する場合でも、供給側流路の圧損を小さくして効率良く分離操作が行え、しかも実用上十分な膜面積を確保できるスパイラル型分離膜エレメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
【００１２】
即ち、本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、分離膜、供給側流路材、及び透過側流路材が、有孔の中心管にスパイラル状に巻回されて、供給側流路と透過側流路とが形成されているスパイラル型分離膜エレメントにおいて、スパイラル状に巻回された膜リーフの幅が９００〜２０００ｍｍ、膜リーフの長さが５００〜１５００ｍｍであると共に、前記供給側流路材の厚みが１．０〜２．０ｍｍであることを特徴とする。
【００１３】
実施例の結果が示すように、膜リーフの幅が９００〜２０００ｍｍ、膜リーフの長さが５００〜１５００ｍｍである低圧エレメントの供給側流路材厚みを１．０〜２．０ｍｍとすることにより、一般的な分離条件において、エレメントを６本直列で連結しても、操作圧力の５％を上回らないことが判明した。また、供給側流路材が上記の厚みの範囲内であると、収容される分離膜の膜面積が実用上十分な範囲に入ることが確認できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のスパイラル型分離膜エレメントの供給側流路材の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【００１５】
本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、分離膜、供給側流路材、及び透過側流路材が、有孔の中心管にスパイラル状に巻回されて、供給側流路と透過側流路とが形成されている構造を有する。かかる膜エレメントの詳細は、前記の特許文献１、特開２０００−０００４３７号公報、特開平特開２０００−０４２３７８号公報、特開平０５−１６８８６９号公報等にも詳細に記載されており、供給側流路材の以外に関しては、従来公知の分離膜、透過側流路材、中心管などが何れも採用できる。
【００１６】
例えば、透過側流路材の両面に分離膜を重ね合わせて封筒状にした膜リーフを複数枚、その開口部を集水管に取り付け、各膜リーフの間にネット状の供給側流路材を挟んで中心管にスパイラル状に巻回した構造となる。
【００１７】
本発明は、スパイラル状に巻回された膜リーフの幅が９００〜２０００ｍｍ、膜リーフの長さが５００〜１５００ｍｍであるスパイラル型分離膜エレメントに適用される。ここで、膜リーフの幅は、中心管の軸方向の長さであり、また、膜リーフの長さは、巻回された膜リーフの巻き付け長さに相当する。低い操作圧力で運転されるスパイラル型分離膜エレメントとしては、上記のような幅の膜リーフを使用するのが、供給側の流路長を適切な範囲内として、流路長さによる圧力損失の影響を抑え効果的に加圧する上で好適である。
【００１８】
本発明では、供給側流路材の厚みｔが１．０〜２．０ｍｍであり、好ましくは１．２〜１．６ｍｍである。厚みｔが１．０ｍｍ未満であると、低い操作圧力で運転する場合に、効率良く分離操作が行いにくくなり、厚みｔが２．０ｍｍを超えると、実用上十分な膜面積を確保するのが困難になる。
【００１９】
供給側流路材の厚みｔは、例えば、図１に示すように、供給側流路材の縦糸径Ｄ１や横糸径Ｄ２、又はそれらの固着構造等で決定される。図１に示す例は、供給側流路材が供給液の流れ方向に略平行な縦糸１とその縦糸１より細い横糸２とを有し、横糸２が縦糸１に対して傾斜角θで傾斜した給側流路材の例である。本発明の供給側流路材は、図１に示す構造に限らず、ひし形、ラダー形、格子形などの公知のネット状構造が何れも可能である。
【００２０】
縦糸径／横糸径の比（Ｄ１／Ｄ２）は１／１以下、特に２／１〜３／１であることが好ましい。このように横糸径Ｄ２を細くすることで、供給液の流路断面積を大きくすることでも、圧損の低減効果を高めることができる。つまり、従来では、横糸２と縦糸１が同径であり、流路材の厚みｔが大きい割りに、流路材の流路断面積が小さかった。横糸２を細くすることにより、同じ流路厚みｔでも縦糸１を太くすることにより、流路材の流路断面積を大きくすることができる。
【００２１】
供給側流路材の材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等の樹脂の他、天然高分子、ゴムなどが挙げられるが、樹脂を使用するのが好ましい。
【００２２】
縦糸１及び横糸２は、マルチフィラメントでもモノフィラメントでもよいが、流路の妨げとなりにくいモノフィラメントが好ましい。また、縦糸１と横糸２とは、融着や接着などにより相互に固着されていてもよく、織物であってもよい。但し、流路を安定に維持する上で、縦糸１と横糸２とが固着されているものが好ましい。
【００２３】
更に、縦糸１に対する横糸２の傾斜角度θは、横糸２による流動抵抗を小さくする観点から、３０〜７０°が好ましく、４５〜６０°がより好ましい。また、縦糸１と横糸２との配置は、図１（ｂ）に示すように、複数配列した縦糸１の片側に全ての横糸２が配置される構造が好ましい。かかる構造によると、供給側流路材の抵抗を低減できるという効果が得られる。
【００２４】
本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、逆浸透ろ過、限外ろ過、精密ろ過など、何れのろ過方法にも利用できるが、上記のような供給側流路材は、低操作圧力使用（操作圧力１ＭＰａ以下）のエレメントにおいて、エレメントを直列連結して使用する場合、または、排水などに見られる濁質液の分離や粘性液の分離に、特にその効果が発揮される。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００２６】
［実施例１］
縦糸径０．７ｍｍ，縦糸径と横糸径の比が１．５：１，供給側流路材厚み１．１６ｍｍ，縦糸間隔が５．５ｍｍで、縦糸間隔と横糸間隔の比が１：１，縦糸と横糸の交差角度４７°のポリプロピレン製ネットからなるの供給側流路材を使用した８インチ逆浸透膜エレメントを製作し、このエレメントに水流を与え流量と圧損を測定した。その結果を図２に示した。
【００２７】
［比較例１，２］
実施例１の供給側流路材の縦糸径および横糸径を変えることにより、厚み０．７１ｍｍ（比較例１）、０．８５ｍｍ（比較例２）の供給側流路材を使用した以外は、実施例１と同様にして８インチ逆浸透膜エレメントを製作し、このエレメントに水流を与え流量と圧損を測定した。その結果を実施例１の結果と合わせて図２に示した。
【００２８】
図２に示すように、実施例１のエレメントは、比較例１，２のエレメントに対し、圧損が低く比較例２に対して約３分の１の値なった。原液流量１００Ｌ／ｍｉｎのときに圧損は約０．００４ＭＰａであり、同エレメントを６本直列で連結しても圧損はその６倍の０．０２４ＭＰａで、操作圧力１ＭＰａで運転する場合２．３％となる。
【００２９】
また、実施例１のエレメントの塩阻止率は、比較例１，２の値に対し９９．９％であり、濃度分極の抑制による乱流効果の有効性を確認した。なお、８インチ低圧逆浸透エレメントに、厚み２．０ｍｍの供給側流路材を使用した場合、膜面積は１８ｍ2 となり、実用的範囲に入ることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のスパイラル型分離膜エレメントの供給側流路材の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図
【図２】実施例において供給側流路材の厚みを変化させた場合の流量と圧損の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００３１】
１        縦糸
２        横糸
ｔ        供給側流路材の厚み
Ｌ１      縦糸間隔
Ｌ２      横糸間隔
Ｄ１      縦糸径
Ｄ２      横糸径
【図１】
2005087862.tif 000003
【図２】
2005087862.tif 000004