(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液を受圧する逆浸透膜の裏面側を支持する流路材が組み込まれた液体分離膜モジュールにおいて、
前記流路材は、断面が凹凸構造の布帛Ａと、前記布帛Ａの凹凸面に平坦な布帛Ｂが積層され、
布帛Ａ及びＢを構成する繊維が、低融点ポリマーを鞘に、高融点ポリマーを芯に持つ芯鞘型複合（コンジュゲート）繊維であり、前記布帛AおよびBは全体が加熱により融着されることにより剛直化され、
前記布帛ＡとＢは、融着により一体化されており、
前記布帛Ａの凹部と平坦な布帛Ｂにより形成された空間が、逆浸透に必要な圧力によって陥没しない流路チャンネルを形成していることを特徴とする液体分離膜モジュール。
【請求項２】
前記布帛Ａの片面に前記布帛Ｂを積層した場合は２層、または前記布帛Ａの両面に前記布帛Ｂを積層した場合は３層である請求項１に記載の液体分離膜モジュール。
【請求項３】
布帛Ａが凹凸構造を有するトリコット編地であり、布帛Ｂが織物または不織布である請求項１または２に記載の液体分離膜モジュール。
【請求項４】
布帛Ａがシングルトリコット編地であり、前記編地の片面の凹凸面に積層する布帛Ｂが織物または不織布である請求項１〜３のいずれかに記載の液体分離膜モジュール。
【請求項５】
布帛Ａがダブルトリコット編地であり、前記編地の両面の凹凸面に積層する布帛Ｂが織物または不織布である請求項１〜３のいずれかに記載の液体分離膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、逆浸透膜分離装置に用いられる液体分離膜モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分離膜が袋状に形成され、内部に透過水流路材を備えて、この内部の一端が集水管に連通した３層構造体に原水流路材を重ね合わせて、前記集水管に巻き回されたスパイラル型分離膜エレメントが提案されている。
【０００３】
上記のスパイラル型分離膜エレメントにおいては、透過水流路材を備えた分離膜に原水流路材を重ね合わせた３層構造体を集水管に巻き回す際、前記３層構造体の両端を接着剤で接着している。
【０００４】
原水は袋状の分離膜の外部を通水され、袋状の分離膜の内部に浸透してきた透過水は、透過水流路材を通り、前記分離膜内が連通されている集水管内へ流れ込み、膜エレメント外に抜き出される。通常、前記透過水流路材は片面に溝を有するシングルトリコット編み物にエポキシ樹脂で強化したものや溶融固着させたもの（特開昭６０−１９００１号公報）や両面に溝を有するダブルトリコット編み物にエポキシ樹脂で強化したものが主に用いられている。この透過水流路材は逆浸透膜を支え、前記透過水流路材の溝によって透過水を集水管内に導く役割を担っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、逆浸透膜を用いた液体分離膜モジュールを用いて溶液を膜分離するためには、対象とする溶液の浸透圧以上の圧力を付与することが必要となる。その際、供給液側と透過液側に０．５〜１ＭＰａ程度の差圧が負荷される。この時、前記透過水流路材が図７に示すシングルトリコット３１または図８に示すダブルトリコット編み物３２を用いると、その片面または両面に有する互いに平行な溝へ逆浸透膜が陥没し、薄が閉塞されるために、流路抵抗が増加するという問題が生じる。高圧下でこの透過水流路材が有する互いに平行な溝へ逆浸透膜が陥没したまま、長時間の運転が続けられると、図９に示すようにシングルトリコット３１の凹凸面に接触する逆浸透膜３３が変形し、透過水が通過するキャビティーが潰れて充分な性能が得られなくなってしまう。ダブルトリコット編み物３２を用いた場合は、図１０に示すように、逆浸透膜３３，３４が変形し、透過水が通過するキャビティーが潰れて充分な性能が得られなくなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、逆浸透膜の透過水流路材の溝への陥没による流路抵抗の増加と逆浸透膜の変形を抑制し、逆浸透膜性能の維持を可能とした実用的な液体分離膜モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の液体分離膜モジュールは、原液を受圧する逆浸透膜の裏面側を支持する流路材が組み込まれた液体分離膜モジュールにおいて、
前記流路材は、断面が凹凸構造の布帛Ａと、前記布帛Ａの凹凸面に平坦な布帛Ｂが積層され、
布帛Ａ及びＢを構成する繊維が、低融点ポリマーを鞘に、高融点ポリマーを芯に持つ芯鞘型複合（コンジュゲート）繊維であり、布帛AおよびBは全体が加熱により融着されることにより剛直化され、
前記布帛ＡとＢは、融着により一体化されており、
前記布帛Ａの凹部と平坦な布帛Ｂにより形成された空間が、逆浸透に必要な圧力によって陥没しない流路チャンネルを形成していることを特徴とする。
【０００８】
前記布帛Ａの片面に前記布帛Ｂを積層した場合は２層、または前記布帛Ａの両面に前記布帛Ｂを積層した場合は３層であることが好ましい。
【０００９】
また前記液体分離膜モジュールにおいては、布帛Ａが凹凸構造を有するトリコット編地であり、布帛Ｂが織物または不織布であることが好ましい。
【００１０】
また前記液体分離膜モジュールにおいては、布帛Ａがシングルトリコット編地であり、前記編地の片面の凹凸面に積層する布帛Ｂが織物または不織布であることが好ましい。
【００１１】
また前記液体分離膜モジュールにおいては、布帛Ａがダブルトリコット編地であり、前記編地の両面の凹凸面に積層する布帛Ｂが織物または不織布であることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明において、布帛Ａは断面が凹凸構造であれば織物、編み物、不織布、レース地、網、組み物などいかなるものでも良い。この中でもシングルトリコット編み物やダブルトリコット編み物などが寸法安定性に優れることから好ましい。
【００１５】
次に、布帛Ｂは平坦であれば織物、編み物、不織布などその種類を問わない。この中でも織物または不織布が好ましい。織物としては例えば平織、斜文織、朱子織などを挙げることができ、不織布としてはカーディング法不織布、エアレイ法不織布、湿式法不織布（合成繊維紙を含む）、スパンボンド法不織布、フラッシュ法不織布、メルトブロー法不織布、ケミカルボンディング法不織布、サーマルボンド法不織布、ニードルパンチ法不織布、ウォータージェット法不織布、ステッチボンド法不織布などを挙げることができる。
【００１６】
次に、布帛Ａ及びＢの剛直化は、全体を加熱により融着させて行う。本発明において、布帛Ａ及びＢを構成する繊維が、低融点ポリマーを鞘に高融点ポリマーを芯に持つ芯鞘型複合（コンジュゲート）繊維であり、加熱により融着固定するものであるのは、超純水などを製造するためには、接着剤の脱落やモノマーの留出を極力おさえる必要性からである。
【００１７】
高融点成分と低融点成分との代表的な組合せは、高融点ポリエステルと低融点ポリエステル、高融点ポリアミドと低融点ポリアミド、高融点ポリオレフィンと低融点ポリオレフィンなどがあり、このうちでも融着加工後の剛性などの点から高融点ポリエステルと低融点ポリエステルとの組合せが好ましい。低融点成分は一般的に高分子共重合体とすることによって簡単に得ることができ、その融点差は共重合比率の変更、共重合成分の追加、共重合成分の変更、立体規則性あるいは重合度の変更等によって変更することができる。また、これとは別に融点差のある異種重合体との組合せによってもよい。ポリエステルの場合は、一般的に１モル％共重合することにより融点が２℃下がる。ポリエステルに共重合させるモノマー成分は、イソフタル酸、アジピン酸などの酸成分が一般的である。ポリエチレンテレフタレート（融点約２６０℃）を高融点成分として用いる場合、低融点成分にはポリブチレンテレフタレート（融点約２２５℃）またはポリブチレンテレフタレートに任意のモノマーを所定量共重合した共重合体を用いる。例えばポリブチレンテレフタレート（７５モル％）−イソフタレート（２５モル％）共重合体の融点は、融点約１７５℃となる。
【００１８】
前記した両成分の組合せからなる熱可塑性合成繊維は、布帛Ａ及びＢのそれぞれの少なくとも一部に使用するのが好ましく、両布帛に使用する低融点成分は同一の融点であることが望ましい。１回の熱処理で加熱融着一体化できるからである。融着以外の手段としては、縫製がある。
【００１９】
本発明に用いる流路材は、０〜２００kg/cm2の範囲の逆浸透圧に耐えることができ、前記範囲の圧力によって長期間運転しても流路チャンネルは陥没しないものとすることができる。
【００２０】
本発明の液体分離膜モジュールは、分離膜が袋状に形成され、内部に透過水流路材を備えて、この内部の一端が集水管に連通するように前記集水管に巻き回された分離膜を有するスパイラル型分離膜エレメントに好適に使用することができる。前記透過水流路材は、内側に互いに平行な溝を有するのが好ましい。
【００２１】
本発明において、透過水流路材の互いに平行な溝は、前記透過水流路材の内側に存在する必要がある。透過水流路材の内側とは、直接逆浸透膜の裏面と接しない流路材内部である。逆浸透膜が接する部分に互いに平行な溝が存在すると、逆浸透膜分離を行う際に圧力を付与することで、逆浸透膜がこの溝へ陥没し、流路を閉塞し、透過水の流路抵抗の増加を招くことになる。また、高圧下で長時間運転した場合、逆浸透膜の変形を招き、逆浸透膜がダメージを受け、性能の低下が生じてしまう。
【００２２】
本発明の逆浸透膜の透過水流路材は、溝への陥没による流路抵抗の増加と逆浸透膜の変形を抑制し、逆浸透膜性能の維持を可能とした実用的な液体分離膜モジュールを実現できる。
【００２３】
また、内側に互いに平行な溝を有する透過水流路材を実現させるためには、従来から使用されていたシングルトリコットやダブルトリコット編み物の透過水流路材の溝面に、堅く密な構造を有するシートを融合し、２層または３層構造にすることが好ましい。
【００２４】
前記２層の積層構造としては、例えば図１に示すように、シングルトリコット編地２の凹凸面に、平坦な布帛（例えば平織物）３が融着一体化されて流路材１が形成されている。別の例としては、ダブルトリコット編地５の両面の凹凸面に、平坦な布帛（例えば平織物）３，７が融着一体化されて流路材４が形成されている。
【００２５】
前記流路材１，４の上に、逆浸透膜の緻密膜面側が前記流路材の面に向くようにして組み込む（図３〜４）。
【００２６】
次に図５及び図６は、前記した流路材を使用したスパイラル型の液体分離膜モジュールを例示したものである。
【００２７】
１１は流体分離素子であり、１２はこの流体分離素子１１を収納している円筒容器である。流体分離素子１１は円筒容器１２内で一端をＶ字形のシール材１３によりシールされ、他方の端部の透過液排出管１４を円筒容器１２の外側へ突出させている。円筒容器１２はＶ字形のシール材１３の開いた方の側壁に原液供給管１５を、またもう一方の側壁に原液排出管１６を設けている。
【００２８】
液体分離素子１１は、図６に示すように中心に小孔１７を有する中空管からなる透過液排出管１４を有し、その外側を封筒状の逆浸透膜１９がスパイラル状に巻回している。封筒状の逆浸透膜１９はその内側に本発明による透過液流路材２０を内挿し、その開口端を上記小孔１７に対向させて透過液排出管１４の内側に連通している。またスパイラル状に巻回した封筒状の逆浸透膜１９の外側面同士の間には原液流路材２１が介在している。１８は封止部である。
【００２９】
【実施例】
以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
【００３０】
【実施例１】
高融点ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート：融点約２６０℃）を芯成分（７０重量％）に配置し、低融点ポリエステル（ポリブチレンテレフタレート（７５モル％）−イソフタレート（２５モル％）共重合体（融点約１７５℃））を鞘成分（３０重量％）に配置し、トータル繊度が７０デニール、フィラメント数が１７本のフィラメント糸条を用意した。この糸を用いてシングルトリコット編み物を編成した（ウェール３８本／インチ、コース４５本／インチ）。
【００３１】
次にこの編み物の互いに平行な溝を有する面（凹凸面）に、トータル繊度：５０デニール、フィラメント数：１２本の前記低融点ポリエステルを鞘に、前記高融点ポリエステルを芯に持つ平織り（タテ糸密度：１０２本／インチ、ヨコ糸密度：７４本／インチ、目付３５ｇ／ｍ2）を重ね合わせた。次に、１８５℃、５分間の熱処理により全体を剛直化させると共に、２層を融着して透過水流路材を形成した。
【００３２】
一方、芳香族ポリアミド系複合膜（トリメシン酸クロライドとｍ−フェニレンジアミンとを界面重縮合させた膜、日東電工社製）を準備し、上記流路材を分離膜面に配置して、図５〜６に示すように耐熱性スパイラル型分離膜モジュール（膜面積６．５ｍ2）を製作した。
【００３３】
これに５．８％の食塩水を９ＭＰａに昇圧し出口流量５Ｌ／ｍｉｎ、２５℃、ｐＨ７で逆浸透膜透過実験を行ったところ、運転後６０分後の逆浸透膜性能は阻止率９９．７５％、透過水量０．７２ｍ3／ｍ2／日であった。実験後の逆浸透膜の表面は、透過水流路材への陥没の後はみられず、ダメージもみられなかった。
【００３４】
【比較例１】
実施例１で用いた、低融点ポリエステルを鞘に、高融点ポリエステルを芯に持つポリエステルマルチフィラメントを用いたシングルトリコット編み物を、熱処理により剛直化させて透過水流路材（糸径７０デニール、ウェール３８本／１インチ、コース４５本／インチ）を作成した。この流路材には、平織物を積層していない。この流路材を１枚用いて、実施例１の逆浸透膜透過実験を行ったところ、運転後６０分後の逆浸透膜性能は阻止率９９．５２％、透過水量０．５１ｍ3／ｍ2／日であった。実験後の逆浸透膜表面は、透過水流路材の溝への陥没の後がみられ、これによる膜のダメージが観察された。
【００３５】
実施例１と比較例１は同じ逆浸透膜を用いており、異なるのは透過水流路材のみである。実験後の阻止率が比較例１が低いのは透過水流路材の溝へ逆浸透膜が陥没した際にダメージを受けたことに起因するもので、透過水量が低いのは逆浸透膜が溝へ陥没することで流路を閉塞したため、流路抵抗が増加したためである。
【００３６】
【実施例２】
実施例１で作成したダブルトリコット編み物にエポキシ樹脂を含浸した透過水流路材（糸径５０デニール、ウェール３８本／インチ、コース４５本／インチ）の両面に５０デニール高融点ポリエステルの平織り（実施例１と同一のもの）を熱可塑性樹脂であるエポキシ樹脂で貼り合わせ３層を接着した透過水流路材の上に逆浸透膜を設置した。実施例１と同様な逆浸透試験を実施したところ、運転後６０分後の逆浸透膜性能は阻止率９９．７３％、透過水量Ｏ．７４ｍ3／ｍ2／日であった。実験後の逆浸透膜の表面は、透過水流路材への陥没の後はみられず、ダメージもみられなかった。
【００３７】
【比較例２】
実施例１で使用したトータル繊度：５０デニール、フィラメント数：１２本の普通タイプのポリエステルマルチフィラメント糸条を用いてダブルトリコット編み物を形成し、これにエポキシ樹脂を含浸した透過水流路材（糸径５０デニール、ウェール３８本／インチ、コース４５本／インチ）を作成した。この流路材には、平織物を積層していない。この流路材１枚を用いて、実施例１の逆浸透膜透過実験を行ったところ、運転後６０分後の逆浸透膜性能は阻止率９９．４７％、透過水量Ｏ．４８ｍ3／ｍ2／日であった。実験後の逆浸透膜表面は、透過水流路材の溝への陥没の後がみられ、これによる膜のダメージが観察された。
【００３８】
【発明の効果】
本発明により、逆浸透膜の透過水流路材の溝への陥没による流路抵抗の増加と逆浸透膜の変形を抑制し、逆浸透膜性能の維持を可能とした実用的なスパイラル型分離膜型モジュールを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の流路材の断面概念図。
【図２】本発明の実施例２の流路材の断面概念図。
【図３】本発明の実施例１の流路材の上に逆浸透膜を組み込んだ断面概念図。
【図４】本発明の実施例２の流路材の上に逆浸透膜を組み込んだ断面概念図。
【図５】本発明の一実施例のスパイラル型の液体分離膜モジュールの断面図。
【図６】図５のＩ−Ｉ線断面図。
【図７】従来の流路材に用いられているシングルトリコット編地の断面概念図。
【図８】従来の流路材に用いられているダブルトリコット編地の断面概念図。
【図９】従来の流路材に用いられているシングルトリコット編地の上に逆浸透膜を組み込んで長期間運転した後の断面概念図。
【図１０】従来の流路材に用いられているダブルトリコット編地の上に逆浸透膜を組み込んで長期間運転した後の断面概念図。
【符号の説明】
１，４  流路材
２，３１  シングルトリコット編地
５，３２  ダブルトリコット編地
３，６，７  平織物
８，９，３３，３４  逆浸透膜
１１  流体分離素子
１２  円筒容器
１３  Ｖ字形のシール材
１４  透過液排出管
１５  原液供給管
１６  原液排出管
１７  小孔
１８  封止部
１９  逆浸透透膜
２０  透過液流路材
２１  原液流路材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003956262.tif 000008
【図８】
0003956262.tif 000009
【図９】
0003956262.tif 000010
【図１０】
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