(57)【要約】【課題】正浸透膜分離において、流路が直線的である場合にも、膜面付近での攪拌効果および圧力損失が良好な正浸透膜分離用流路材を提供する。また、本発明の別の目的は、正浸透膜分離において、流路材による膜面付近での攪拌効果および圧力損失が良好であり、しかも分離膜積層体が簡易に製造でき、またハンドリング性も良好であり、流路を形成するための構造も簡易化できる分離膜ユニット、その積層体、及びこれを用いた分離膜エレメントを提供する。【解決手段】２方向の樹脂繊維１３ａ、１３ｂを含む網状構造を有し、前記樹脂繊維１３ａ、１３ｂ同士が交点角度αが４０〜９０度で交差し、厚みｔが０．１〜１．０ｍｍである正浸透膜分離用流路材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２方向の樹脂繊維を含む網状構造を有し、前記樹脂繊維同士が交点角度４０〜９０度で交差し、厚みが０．１〜１．０ｍｍである正浸透膜分離用流路材。
【請求項２】
前記２方向の樹脂繊維の配列密度が、ともに５〜５０本／２．５４ｃｍである請求項１に記載の正浸透膜分離用流路材。
【請求項３】
排水処理又は海水淡水化における正浸透膜の高浸透圧側流路又は低浸透圧側流路に配置して使用される請求項１又は２に記載の正浸透膜分離用流路材。
【請求項４】
浸透膜発電における正浸透膜の高浸透圧側流路に配置して使用される請求項１又は２に記載の正浸透膜分離用流路材。
【請求項５】
第１流路凹部を一方の面に有し第２流路凹部を他方の面に有する隔壁部材と、前記第１流路凹部又は前記第２流路凹部を覆って配置されたシート状分離膜と、前記第１流路凹部及び／又は前記第２流路凹部に配置される流路材と、を備える正浸透膜分離用の分離膜ユニットであって、
前記流路材の少なくとも一方は、請求項１又は２に記載の正浸透膜分離用流路材である分離膜ユニット。
【請求項６】
前記第１流路凹部の流路方向と前記第２流路凹部の流路方向とが６０〜１２０°の角度で交差している請求項５に記載の分離膜ユニット。
【請求項７】
前記シート状分離膜が４辺を有する形状であり、前記第１流路凹部が前記シート状分離膜の対向する二辺に沿う方向に配され、前記第２流路凹部が対向する残りの二辺に沿う方向に配されている請求項５又は６に記載の分離膜ユニット。
【請求項８】
請求項５〜７いずれかに記載の分離膜ユニットが複数積層されている正浸透膜分離用の分離膜積層体。
【請求項９】
請求項５〜７いずれかに記載の分離膜ユニットが複数積層されている分離膜積層体と、
前記分離膜積層体の第１流路凹部に両側から連通する第１空間部を形成し、第１液体の給排出口を有する第１カバー部材と、
前記分離膜積層体の第２流路凹部に両側から連通する第２空間部を形成し、第２液体の給排出口を有する第２カバー部材と、
を備える正浸透膜分離用の分離膜エレメント。
【請求項１０】
請求項５〜７いずれかに記載の分離膜ユニットが複数積層されている分離膜積層体と、
前記分離膜積層体を収容し、側壁部と底面部と上面部とを有するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、その内面と前記積層体の端面との間に、前記第１流路凹部に両側から連通する２つの第１空間部と、前記第２流路凹部に両側から連通する２つの第２空間部とを有すると共に、前記第１空間部の各々に設けた第１液体の給排出口と、前記第２空間部の各々に設けた第２液体の給排出口と、を有する正浸透膜分離用の分離膜エレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正浸透圧を利用して透過液を分離する正浸透膜分離に使用する正浸透膜分離用流路材、これを用いた分離膜ユニット、これを積層した分離膜積層体、及びこれを用いた分離膜エレメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排水処理、海水淡水化、浸透膜発電など、正浸透現象を用いた正浸透膜分離に使用する膜システムの開発、利用が活発化している。排水処理では、高浸透圧の液（Ｄｒａｗ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ、以下ＤＳという）を用いて排水中の水を抽出し、排水の減容化を図る。海水淡水化では、前処理に用いることで海水の浸透圧を下げて省エネルギーを図ったり、濃縮水処理に用いることで濃縮水の塩濃度を下げて環境負荷を低減することが行われる。浸透膜発電では、高濃度液と低濃度液の浸透圧差により水流を作り出して水力タービンを回し、環境に優しい再生可能エネルギーを創出する。このように正浸透現象を利用した技術開発が活発化しているため、それに用いることができる高効率で経済的、かつ信頼性の高い正浸透膜モジュールが強く求められている。
【０００３】
ここで、２液を隔てる半透膜には正浸透膜（Ｆｏｒｗａｒｄ  ｏｓｍｏｓｉｓ、以下ＦＯという）として、海水淡水化や排水処理等に使用されるＲＯ膜と異なる構造の膜エレメントが使用され、高浸透圧のＤＳ及び低浸透圧の溶液（Ｆｅｅｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ、以下ＦＳという）は、それぞれクロスフローで通水される。正浸透の現象（ＦＯ）により、ＤＳ側では外部濃度分極と定義される膜面近傍の塩濃度低下、ＦＳ側ではＤＳ側からの塩の逆輸送やＦＳの溶質から膜面近傍の塩濃度上昇が生じるため、バルクの浸透圧差に対して、実際の浸透圧差が低下する。更に、この外部濃度分極に加えて、ＦＯ膜の支持体内部でＦＳの塩濃度やＤＳからの逆輸送による塩により内部濃度分極が生じる。
【０００４】
従って、クロスフローをさせるにあたり、流路部材の選定としては、より撹拌効果の高い流路材を適用することが求められる。加えて、流路材の形状はモジュールの圧力損失に関わり、圧力損失が高いほどポンプの消費エネルギーが大きくなる。このため、例えば浸透膜発電においては、生産された電力がポンプ消費エネルギーで相殺されていくこととなり、撹拌効果に加えて、低圧損である流路材形状が求められる。
【０００５】
一方、浸透膜発電のような、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｒｅｔａｒｄｅｄ  Ｏｓｍｏｓｉｓ  ｍｏｄｅ（ＰＲＯ）におけるＦＯ膜は、ＲＯ膜と同様にスキン層とその支持層で形成される場合、高浸透圧溶液がスキン層側で、低浸透圧溶液が支持層側にクロスフローされる。これはタービンでの発電能力が圧力と正浸透流の積で決まることから、仮に支持層側に高浸透圧溶液を、スキン層側に低浸透圧溶液をクロスフローさせて、支持層側を昇圧させるとスキン層の剥離が生じてしまうためである。
【０００６】
これに対して、ＦＯ運転におけるＦＯ膜は、ＲＯ膜と同様にスキン層とその支持層で形成される場合、高浸透圧溶液は支持層側で、低浸透圧溶液はスキン層側にクロスフローされることが望ましいと考えられ、動的な水圧がかかることなく運転される。その理由は、膜ファウリングは、特に低浸透圧溶液がクロスフローされるＦＯ膜の支持体側にて生じやすく、支持体が一般的に多孔体構造であり、その孔径よりも小さい汚染物は内部から蓄積が生じやすいためである。
【０００７】
従って、２液をクロスフローさせる際に、流路確保のため、スキン層側及び支持層側それぞれに流路材（スペーサ）を組み込むが、流路材の選定としては、ＰＲＯ運転においては加圧状態での膜ダメージを避けることができるように支持膜側では膜面の陥没抑制等が必要である。
【０００８】
以上のような正浸透膜分離用の流路材として、特許文献１には、４×（流路断面積）／（流路濡れ長さ）で定義される水力直径が、少なくとも０．２〜１．０ｍｍの流路断面を有した流路材が提案されている。この流路材は、スパイラル型正浸透膜エレメントのようにリーフ内で流れ方向が単一ではないエレメントに用いられ、流路材の溝方向と垂直に流れるときに、圧力損失が大きくなってしまうため、カレンダー加工等により、全方向に流れ場が生じ易い構造を特徴とするものである。
【０００９】
一方、膜リーフ内の２つの流路が直線的に流動可能な構造になる積層型の膜分離装置が知られている（例えば、特許文献２）。この文献に記載された膜分離装置では、透過側流路材を内挿した筒状のシート状分離膜の複数が間隔を隔てて積層され、筒状のシート状分離膜が開口する二辺に透過液の排出部が設けられ、残りの二辺に原液の給液部と濃縮液の排出部が設けられている。この膜分離装置の構造は、流路が直線的であるため、低圧損化のためには好都合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１５−８５２３４号公報
【特許文献２】特開平６−２７７４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２に記載された膜分離装置は、流路材を内部に配置した筒状のシート状分離膜を予め作製した上で、これらを複数積層し、流路が開口するように端部を封止材で封止する必要があるため、分離膜積層体の製造工程が非常に煩雑となっていた。
【００１２】
また、筒状のシート状分離膜の両側の端部のみが封止されているため、補強板を上下に設けないと、分離膜積層体のハンドリング性が悪く、また、筒状のシート状分離膜の外側に連通する流路を形成するための構造が複雑になるという問題もあった。
【００１３】
また、特許文献１に記載された正浸透膜分離用の流路材は、膜リーフ内の流路が直線的でない場合を想定しており、流路が直線的である場合に、膜面での攪拌効果および圧力損失を改善する余地があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、正浸透膜分離において、流路が直線的である場合にも、膜面付近での攪拌効果および圧力損失が良好な正浸透膜分離用流路材を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、正浸透膜分離において、流路材による膜面付近での攪拌効果および圧力損失が良好であり、しかも分離膜積層体が簡易に製造でき、またハンドリング性も良好であり、流路を形成するための構造も簡易化できる分離膜ユニット、その積層体、及びこれを用いた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】
【００１６】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
即ち、本発明の正浸透膜分離用流路材は、２方向の樹脂繊維を含む網状構造を有し、前記樹脂繊維同士が交点角度４０〜９０度で交差し、厚みが０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の正浸透膜分離用流路材によると、実施例の結果が示すように、正浸透膜分離において、流路が直線的である場合にも、膜面付近での攪拌効果および圧力損失が良好なものとなる。つまり、厚みが比較的薄いため、同じ流量（ポンプ吐出流量が一定）の場合に線流速が大きくなり、剪断力により攪拌効果が高まり、外部濃度分極を低減することができる。また、交点角度が９０度より小さい場合には、特に圧力損失を改善することができる。
【００１８】
上記において、前記２方向の樹脂繊維の配列密度が、ともに５〜５０本／２．５４ｃｍであることが好ましい。このような配列密度により、特に圧力損失を改善することができる。
【００１９】
本発明の正浸透膜分離用流路材は、上記の効果により、排水処理又は海水淡水化における正浸透膜の高浸透圧側流路又は低浸透圧側流路に配置して使用される正浸透膜分離用流路材として有用である。また、同様の理由により、浸透膜発電における正浸透膜の高浸透圧側流路に配置して使用される正浸透膜分離用流路材として有用である。
【００２０】
一方、本発明の分離膜ユニットは、第１流路凹部を一方の面に有し第２流路凹部を他方の面に有する隔壁部材と、前記第１流路凹部又は前記第２流路凹部を覆って配置されたシート状分離膜と、前記第１流路凹部及び／又は前記第２流路凹部に配置される流路材と、を備える正浸透膜分離用の分離膜ユニットであって、前記流路材の少なくとも一方は、請求項１又は２に記載の正浸透膜分離用流路材であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の分離膜ユニットによると、本発明の前記流路材を使用するため、正浸透膜分離において、流路材による膜面付近での攪拌効果および圧力損失が良好となる。また、隔壁部材とシート状分離膜とを交互に複数積層するだけで、シート状分離膜の両面に接するように、第１流路凹部により第１流路が形成され、第２流路凹部により第２流路が形成される。その際、第１流路凹部と第２流路凹部により、第１流路と第２流路とを積層体の端面に連通させることができる。また、隔壁部材が積層体の補強機能を有するため、積層体のハンドリング性も良好となると共に、強固な積層体の端面に流路が開口するため、流路を形成するための構造も簡易に形成することができるようになる。
【００２２】
その結果、正浸透膜分離において、流路材による膜面付近での攪拌効果および圧力損失が良好であり、しかも分離膜積層体が簡易に製造でき、またハンドリング性も良好であり、流路を形成するための構造も簡易化できる分離膜ユニットを提供できる。
【００２３】
上記において、前記第１流路凹部の流路方向と前記第２流路凹部の流路方向とが６０〜１２０°の角度で交差していることが好ましい。このような構造によると、積層体の第１流路と第２流路とを異なる部位に配置することができ、流路を形成するための構造もより簡易なものとなる。
【００２４】
また、前記シート状分離膜が４辺を有する形状であり、前記第１流路凹部が前記シート状分離膜の対向する二辺に沿う方向に配され、前記第２流路凹部が対向する残りの二辺に沿う方向に配されていることが好ましい。このような構造によると、積層体の第１流路と第２流路とを、４辺のうち対向する二辺と残りの二辺とに開口して配置することができるため、流路を形成するための構造もより簡易なものとなる。
【００２５】
一方、本発明の正浸透膜分離用の分離膜積層体は、上記いずれかに記載の分離膜ユニットが複数積層されていることを特徴とする。本発明の分離膜積層体によると、上記のごとき作用効果を有する分離膜ユニットにより形成されているため、簡易に製造でき、またハンドリング性も良好であり、流路を形成するための構造も簡易化できる分離膜積層体を提供できる。
【００２６】
他方、本発明の正浸透膜分離用の分離膜エレメントは、上記いずれかに記載の分離膜ユニットが複数積層されている分離膜積層体と、前記分離膜積層体の第１流路凹部に両側から連通する第１空間部を形成し、第１液体の給排出口を有する第１カバー部材と、前記分離膜積層体の第２流路凹部に両側から連通する第２空間部を形成し、第２液体の給排出口を有する第２カバー部材と、を備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明の分離膜エレメントによると、分離膜積層体が簡易に製造でき、またハンドリング性も良好であり、第１カバー部材と第２カバー部材を用いた、流路を形成するための構造も簡易なものとなる。
【００２８】
また、本発明の正浸透膜分離用の分離膜エレメントは、上記いずれかに記載の分離膜ユニットが複数積層されている分離膜積層体と、前記分離膜積層体を収容し、側壁部と底面部と上面部とを有するハウジングと、を備え、前記ハウジングは、その内面と前記積層体の端面との間に、前記第１流路凹部に両側から連通する２つの第１空間部と、前記第２流路凹部に両側から連通する２つの第２空間部とを有すると共に、前記第１空間部の各々に設けた第１液体の給排出口と、前記第２空間部の各々に設けた第２液体の給排出口と、を有することを特徴とする。この分離膜エレメントによると、前記分離膜積層体を収容して、第１流路に両側から連通する２つの第１空間部と、第２流路に両側から連通する２つの第２空間部とを、ハウジング内に形成しているため、４つの空間部を形成するための部材が個々に必要でなくなる。また、ハウジングが側壁部と底面部と上面部とで形成される構造のため、ハウジング同士を接近して併設、積層することが可能となる。その結果、少ない部品点数で簡易に製造でき、また複数を積層して使用することでスペース効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の正浸透膜分離用流路材の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）Ａ−Ａ矢視断面図。
【図２】本発明の分離膜ユニットの一例を示す斜視図であり、（ａ）は組立図、（ｂ）は組立後の図。
【図３】本発明の分離膜ユニットの一例を積層した積層体を示す斜視図。
【図４】本発明の分離膜エレメントの一例を示す横断面図。
【図５】本発明の分離膜エレメントの他の例示す図であり、（ａ）は正面視断面図、（ｂ）は側面視断面図。
【図６】本発明の分離膜エレメントの他の例示す分解斜視図。
【図７】実験例２の結果を示すグラフ。
【図８】実験例３の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（正浸透膜分離用流路材）
本発明の正浸透膜分離用流路材は、正浸透膜分離に用いられる流路材である。正浸透膜分離としては、排水処理、海水淡水化の前処理又は濃縮水処理、浸透膜発電など、正浸透現象を用いた正浸透膜分離が挙げられる。
【００３１】
これらの用途では、正浸透膜分離を行うための正浸透膜が使用され、流路材は、正浸透膜の高浸透圧側流路又は低浸透圧側流路に配置して使用される。流路材は、流路の確保、膜面付近での攪拌効果を得る目的で使用されるが、浸透膜発電の低浸透圧側流路では、正浸透膜の陥没を抑制するための支持機能が必要となる。
【００３２】
このため、本発明の正浸透膜分離用流路材は、排水処理又は海水淡水化における正浸透膜の高浸透圧側流路又は低浸透圧側流路に配置して使用されるか、又は、浸透膜発電における正浸透膜の高浸透圧側流路に配置して使用されることが好ましい。
【００３３】
本発明の正浸透膜分離用流路材は、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、２方向の樹脂繊維１３ａ、１３ｂを含む網状構造を有している。網状構造には、ネット、織物、編物などが含まれる。また、２方向の樹脂繊維１３ａ、１３ｂは、両者が接合されていなくてもよいが、接着、融着等により両者が接合されていることが好ましい。特に、２方向の樹脂繊維１３ａ、１３ｂを同時に押し出し成形して融着させたネットが好ましく用いられる。
【００３４】
樹脂繊維１３ａ、１３ｂは、マルチフィラメントでもよいが、圧力損失を低減する観点から、モノフィラメントが好ましい。樹脂繊維１３ａ、１３ｂの断面形状は、円形、楕円形などが挙げられるが、厚みｔを薄くしながら、強度を向上させる観点から、楕円形の断面形状を有するものが好ましい。
【００３５】
樹脂繊維１３ａ、１３ｂの断面形状が楕円形の場合、長径／短径の比率は、１．１〜３．０が好ましく、１．５〜２．０がより好ましい。このとき、長径が流路材１３に平行になるように配置されることが好ましい。
【００３６】
樹脂繊維１３ａ、１３ｂ同士の交点角度αは、４０〜９０度であることが好ましく、より好ましくは、５５〜７５度である。樹脂繊維１３ａ、１３ｂは、圧力損失を低減する観点から、何れか一方が流路に平行に配置されることが好ましい。また、圧力損失を低減する観点から、樹脂繊維１３ａ、１３ｂの両者が流路の方向から傾斜して配置されることが好ましい。このときの傾斜角度（流体流れ方向に対する交点角度）は、２０〜４５度が好ましい。
【００３７】
流路材１３の厚みｔは０．１〜１．０ｍｍであり、好ましくは０．２〜０．８ｍｍであり、より好ましくは０．２５〜０．６ｍｍである。このような厚みｔとするとともに、膜面付近での攪拌効果および圧力損失のバランスの観点から、樹脂繊維１３ａ、１３ｂの直径又は短径は、５０〜５００μｍが好ましく、１００〜４００μｍがより好ましい。
【００３８】
また、樹脂繊維１３ａ、１３ｂの配列密度（ストランド数）は、ともに５〜５０本／２．５４ｃｍであることが好ましく、７〜１５本／２．５４ｃｍであることがより好ましい。ここで、配列密度とは、繊維の配列方向に垂直な断面における幅２．５４ｃｍ辺りの樹脂繊維の配列本数を意味する。
【００３９】
樹脂繊維１３ａ、１３ｂの材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンサルファイドポロフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ナイロンを主原料とするものが挙げられる。
【００４０】
樹脂繊維１３ａ、１３ｂの材質については、ファウリングの進行が予測される流路に使用される場合、樹脂繊維１３ａ、１３ｂが抗菌剤を含有し、樹脂中に分散されている材質を用いることで、ファウリングの進行を抑制することができる。このような流路材の詳細は、特許第５２１３１３６２号公報に記載されている。
【００４１】
（分離膜ユニット）
本発明の分離膜ユニットは、正浸透膜分離に用いられるものである。本発明の分離膜ユニットは、図２に示すように、第１流路凹部１２ｄを一方の面に有し第２流路凹部１２ｅを他方の面に有する隔壁部材１２と、第１流路凹部１２ｄ又は第２流路凹部１２ｅを覆って配置されたシート状分離膜１０と、を備えており、前述した流路材１３は、前記第１流路凹部１２ｄ及び／又は前記第２流路凹部１２ｅに配置される。本実施形態では、第１流路凹部１２ｄに前述した本発明の流路材１３が配置され、第２流路凹部１２ｅに流路材１４を備える例を示す。
【００４２】
隔壁部材１２を構成する材料としては、樹脂、金属、セラミックスなど何れでもよいが、成形のし易さや製造コストなどの観点から樹脂が好ましい。樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられる。
【００４３】
熱可塑性樹脂としては、ABS樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、ABS樹脂、塩化ビニル樹脂などの熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。これらの樹脂は、分離膜の種類およびユニットの用途により適宜選択することが可能である。
【００４４】
隔壁部材１２の外形のサイズとしては、直方体形状の場合、例えば長辺が２００〜１０００ｍｍ、短辺が２００〜１０００ｍｍ、高さが２０〜５００ｍｍ程度である。
【００４５】
隔壁部材１２に形成される第１流路凹部１２ｄの流路方向と、第２流路凹部１２ｅの流路方向とは、同じでも異なっていてもよいが、第１流路凹部１２ｄの流路方向と第２流路凹部１２ｅの流路方向とが６０〜１２０°の角度で交差していることが好ましく、８０〜１００°の角度で交差していることがより好ましく、９０°の角度で交差していることが最も好ましい。本実施形態では、両者が９０°の角度で交差している例を示す。
【００４６】
また、第１流路凹部１２ｄおよび第２流路凹部１２ｅの流路方向は、隔壁部材１２の各辺に対して、どのような方向を向いていてもよいが、シート状分離膜１０又は隔壁部材１２が４辺を有する形状である場合、第１流路凹部１２ｄがシート状分離膜１０等の対向する二辺に沿う方向に配され、第２流路凹部１２ｅが対向する残りの二辺に沿う方向に配されていることが好ましい。第１流路凹部１２ｄおよび第２流路凹部１２ｅが、隔壁部材１２の対向する二辺にわたって形成されることで、分離膜ユニットの積層体において、その端面に、第１流路又は第２流路の開口を形成することができる。
【００４７】
上記の場合、隔壁部材１２の対向する二辺の付近（端部１２ａ）には、第１流路凹部１２ｄおよび第２流路凹部１２ｅが形成されていない部分が存在するが、分離膜ユニットを積層する際の液密性の観点から、その幅は１〜３０ｍｍが好ましく、５〜２０ｍｍがより好ましい。
【００４８】
本実施形態のように、第１流路凹部１２ｄおよび第２流路凹部１２ｅに、流路材１３、１４が設けられる場合、一定又は略一定の深さの凹部を形成するのが好ましい。その場合、第１流路凹部１２ｄまたは第２流路凹部１２ｅの深さは、流路材１３、１４の厚みに応じて決定される。第１流路凹部１２ｄまたは第２流路凹部１２ｅの深さは、０．１〜２ｍｍが好ましく、０．２〜１ｍｍがより好ましい。
【００４９】
シート状分離膜１０としては、正浸透膜が用いられるが、ナノろ過膜、逆浸透膜、透析膜などを、そのまま使用できる場合もある。正浸透膜としては、逆浸透膜と同様に、複合半透膜を使用することができるが、逆浸透膜と比較して、耐圧性が低い構造、即ち支持層が疎である構造のものなどを使用することができる。
【００５０】
シート状分離膜１０としては、上記の膜の種類に応じた材質が選択可能である。例えば、シート状分離膜１０が分離活性層と多孔性支持層とを有する場合、多孔性支持層としては、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、などで形成された多孔質膜、また、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどで形成された不織布などが使用される。
本発明において、シート状分離膜１０は、分離活性層が、高浸透圧のＤＳ側に配置される場合と、低浸透圧のＦＳ側に配置される場合とがあり、前者をＰＲＯモード、後者をＦＯモードと呼ぶ。
【００５１】
分離活性層としては、ポリアミド、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、フッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル−ポリアクリロニトリル共重合体、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどで形成されたものが挙げられる。これらの材料で形成した単層の分離膜を使用することも可能である。
【００５２】
シート状分離膜１０の厚みとしては、０．０１〜１．０ｍｍが好ましく、０．０２〜０．３ｍｍがより好ましい。
【００５３】
第１流路材１３としては、前述した本発明の正浸透膜分離用流路材が使用される。第２流路材１４としては、第１流路材１３と同様に、前述した本発明の正浸透膜分離用流路材を使用することができる。
【００５４】
一般的には、第２流路材１４としては、樹脂等からなるネット、織物、編み物などが好ましく用いられ、ネットの開口形状としては、三角形、四角形（菱形、正方形、長方形、平行四辺形等）、六角形などが挙げられる。
【００５５】
ネットの厚みは、例えば０．１２〜２ｍｍが挙げられる。ネットを構成するネット糸径は例えば０．０６〜１ｍｍが挙げられる。ネットの開口率は例えば７０〜９５％が挙げられる。
【００５６】
第２流路材１４の材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンサルファイドポロフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ナイロンを主原料とするものが挙げられる。
【００５７】
本発明の分離膜ユニットにおいて、隔壁部材１２とシート状分離膜１０とは、何れかの部位で固着されていることが好ましく、液密性を高める観点から、隔壁部材１２の両側の端部１２ａにおいて、シート状分離膜１０が固着されていることがより好ましい。
【００５８】
また、第１流路凹部１２ｄおよび第２流路凹部１２ｅに、流路空間を保持するための流路材１３、１４を更に備える場合、隔壁部材１２と流路材１３、１４とが別体であってもよいが、シート状分離膜１０と何れかの部位で固着されていることが、ハンドリング性の観点から好ましい。隔壁部材１２を成形する際に、流路材１３、１４の一部を固着したり、両者を一体的に成形することも可能である。
【００５９】
（分離膜ユニットの他の実施形態）
（１）前述の実施形態では、第１流路凹部１２ｄに本発明の正浸透膜分離用流路材が配置される例を示したが、第２流路凹部１２ｅに本発明の正浸透膜分離用流路材を配置することも可能である。また、第１流路凹部１２ｄと第２流路凹部１２ｅに本発明の正浸透膜分離用流路材を配置することも可能である。
【００６０】
（２）前述の実施形態では、第１流路凹部１２ｄおよび第２流路凹部１２ｅを、隔壁部材１２の表裏に各々１つ有している例を示したが、第１流路凹部１２ｄ又は第２流路凹部１２ｅを、隔壁部材１２の表裏に各々複数有していてもよい。このような構造の場合にも、流路材を省略することが可能となる。また、複数の第１流路凹部１２ｄおよび第２流路凹部１２ｅの各々に、流路材を設けることも可能である。
【００６１】
（３）前述の実施形態では、隔壁部材１２の平面視の形状が、長方形である場合を示したが、隔壁部材１２の平面視の形状は何れでもよく、長方形以外の四角形、五角形、六角形や、円形、楕円形などでもよい。つまり、本発明において、隔壁部材１２の端面に形成される流路の開口は、直線状でなくてもよい。
【００６２】
（分離膜積層体）
本発明の分離膜積層体は、正浸透膜分離に用いられるものである。本発明の分離膜積層体は、図３に示すように、以上のような分離膜ユニットＵが複数積層されたものである。このように、本発明の分離膜ユニットＵを複数積層することで、積層体１１の対向する二辺に開口し、両側の端面からシート状分離膜１０の一方の面に連通する第１流路Ｐ１と、シート状分離膜１０の残りの二辺に開口し、両側の端面からシート状分離膜１０の他方の面に連通する第２流路Ｐ２と、を形成ことができる。分離膜積層体１１における分離膜ユニットＵの数は、例えば２〜２００枚であり、２０〜１００枚であることが好ましい。
【００６３】
本実施形態では、積層体１１が、四辺を有する複数のシート状分離膜１０と、シート状分離膜１０の第１流路側に配置した複数の第１流路材１３と、第２流路側に配置した複数の第２流路材１４と、第１流路と第２流路とが混合するのを防止する隔壁部材１２と、を備えている例を示す。
【００６４】
積層の際、分離膜ユニットＵの両側の面に連通する第１流路Ｐ１と第２流路Ｐ２とが、相互に流通しないように、分離膜ユニットＵ同士を固着する必要がある。そのため、隔壁部材１２の対向する二辺の付近の一方の面に設けられた両側の端部１２ａと、シート状分離膜１０の端部とが、液密になるように固着される。また、残りの対向する二辺の付近の他方の面に設けられた両側の端部１２ａと、シート状分離膜１０の端部とが、液密になるように固着される。その際、隔壁部材１２の４箇所に設けられた端部１２ａが、その全長にわたってシート状分離膜１０と固着されていることが好ましく、４箇所に設けられた端部１２ａが、その略全面でシート状分離膜１０と固着されていることがより好ましい。
【００６５】
積層体１１は、シート状分離膜１０と隔壁部材１２とが一体化した分離膜ユニットＵ同士を接着等によって固着してもよいが、シート状分離膜１０を介在させつつ、隣接する隔壁部材１２同士を接着等によって液密状態で固着してもよい。また、本発明の分離膜積層体は、分離膜ユニットＵ同士が固着されずに、別体として複数積層されたものであってもよい。
【００６６】
このような積層体１１の最上部と最下部の両側に配置した隔壁部材１２は、外壁板１８としての機能を備えており、最上面と最下面には、第１流路凹部１２ｄおよび第２流路凹部１２ｅが設けられていない。また、このような隔壁部材１２を設ける代わりに、別途、第１流路凹部１２ｄおよび第２流路凹部１２ｅを有していない外壁板１８を両側に設けてもよい。
【００６７】
（分離膜エレメント）
本発明の分離膜エレメントは、正浸透膜分離に用いられるものであり、上記のような分離膜ユニットＵが複数積層されている分離膜積層体１１を備えている。分離膜積層体１１は、分離膜ユニットＵ同士が固着されていることが好ましいが、分離膜ユニットＵ同士が固着されずに、別体として複数積層されたものであってもよい。この場合でも、ハウジング等によって分離膜積層体１１同士を密着させることで、流路間の液密性を保つことが可能である。
【００６８】
本実施形態の分離膜エレメントは、図４に示すように、当該分離膜積層体１１と、前記分離膜積層体１１の第１流路凹部１２ｄに両側から連通する第１空間部２１ａ、２１ｂを形成し、第１液体の給排出口２３ａ〜２３ｂを有する第１カバー部材３１ａ、３１ｂと、分離膜積層体１１の第２流路凹部１２ｅに両側から連通する第２空間部２２ａ、２２ｂを形成し、第２液体の給排出口２４ａ〜２４ｂを有する第２カバー部材３２ａ、３２ｂと、を備える。
【００６９】
第１カバー部材３１ａ、３１ｂと第２カバー部材３２ａ、３２ｂとの材質としては、塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリプロピレン等の樹脂、各種樹脂をガラス等の繊維で補強した繊維強化樹脂、アルミ、銅等の金属、セラミックスなどが使用可能であるが、繊維強化樹脂が最も好ましい。
【００７０】
第１カバー部材３１ａ、３１ｂと第２カバー部材３２ａ、３２ｂとは、分離膜積層体１１の端面に、接着等によって固着することができる。なお、第１カバー部材３１ａ、３１ｂと第２カバー部材３２ａ、３２ｂの一部又は全部を一体化したものを使用することも可能である。
【００７１】
給排出口２３ａ〜２４ｂには、第１液体又は第２液体の給排出を行なうための配管が、必要に応じて接続部材を介して接続される。例えば、配管を経由して給排出口２３ａから第１液体として低濃度液（例えば淡水ＦＷ、被処理液ＦＳなど）を供給し、膜分離後の低濃度液を給排出口２３ｂから排出しながら、給排出口２４ａから第２液体として高濃度液（例えば海水ＳＷ、ドローソリューションＤＳなど）を供給し、膜分離後の高濃度液を給排出口２４ｂから排出することで、本発明の分離膜エレメントを正浸透膜分離に利用することができる。
【００７２】
また、その他の膜分離方式においても、例えば給排出口２４ａから原液を供給して、濃縮液を給排出口２４ｂから排出しながら、分離膜で分離された透過液を給排出口２３ｂなどから排出することが可能となる。その際、スイープ流を給排出口２３ａから供給しながら、膜分離を行なうことも可能である。
【００７３】
（分離膜エレメントの他の実施形態）
（１）前述の実施形態では、分離膜積層体１１の４つの端面に、第１カバー部材３１ａ、３１ｂと第２カバー部材３２ａ、３２ｂとが設けられる例を示したが、図５に示すように、筒状の第２カバー部材３２ｃを設けたり、あるいは筒状の第１カバー部材を設けてもよい。
【００７４】
図示した例の場合、筒状の第２カバー部材３２ｃによって、分離膜積層体１１の第２流路凹部１２ｅに両側から連通する第２空間部２２ａ、２２ｂを形成することができる。
【００７５】
また、この筒状の第２カバー部材３２ｃの両端に設けた、平板状の第１カバー部材３１ａ、３１ｂによって、分離膜積層体１１の第１流路凹部１２ｄに両側から連通する第１空間部２１ａ、２１ｂを形成させることができる。
【００７６】
（２）また、本発明の分離膜エレメントは、図６に示すように、分離膜ユニットＵが複数積層された積層体１１と、前記積層体１１を収容し、側壁部３５と底面部３６と上面部３７とを有するハウジング３０と、を備えているものでもよい。図示した例では、ハウジング３０の側壁部３５が円筒形である場合の例を示す。
【００７７】
ハウジング３０の材質としては、塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリプロピレン等の樹脂、各種樹脂をガラス等の繊維で補強した繊維強化樹脂、アルミ、銅等の金属、セラミックスなどが使用可能であるが、繊維強化樹脂が最も好ましい。
【００７８】
ハウジング３０は、例えば、側壁部３５と底面部３６とを一体成形した成形体に、積層体１１を収容した後、上面部３７を接着、溶着等で接合することで、給排出口２３ａ〜２４ｂ以外の部分を液密な構造とすることができる。
【００７９】
本発明では、ハウジング３０の内面と積層体１１の端面との間に、第１流路Ｐ１に両側から連通する２つの第１空間部２１ａ、２１ｂと、第２流路Ｐ２に両側から連通する２つの第２空間部２２ａ、２２ｂとを有している。分離膜エレメントの使用時には、必要に応じて、これらの第１空間部２１ａ、２１ｂ、第２空間部２２ａ、２２ｂに、第１液体と第２液体とがそれぞれ満たされる。
【００８０】
ハウジング３０は、前記積層体１１を収容可能なサイズであればよいが、その側壁部３５の内面に前記積層体１１の角部を接近させて収容可能なサイズとすることが、有効膜面積を増加させつつ、角部のシールを簡易に行なう観点から好ましい。その場合、側壁部３５の内面と積層体１１の角部とを、封止樹脂で封止することも可能であるが、両者の間には弾性体（図示省略）を介在させて、隣接する空間部同士をシールしてもよい。
【００８１】
また、積層体１１と底面部３６又は上面部３７とのシールも行なうことが好ましい。その場合、積層体１１の底面と底面部３６とを接着により封止する方法や、弾性体からなるシール材を用いて封止する方法が挙げられる。積層体１１の上面と上面部３７とのシールについても同様に行なうことができる。
【００８２】
弾性体としては、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが使用可能であり、断面形状としては、積層体１１の角部に外接させ易いように、Ｌ字型、コの字型などが好ましい。また、積層体１１の全ての辺（１２辺）に外接するような形状の弾性体を使用することも可能である。これにより、角部と上面と底面とのシールを好適に行なうことができる。
【００８３】
ハウジング３０は、第１空間部２１ａ、２１ｂの各々に設けた第１液体の給排出口２３ａ、２３ｂと、第２空間部２２ａ、２２ｂの各々に設けた第２液体の給排出口２４ａ、２４ｂと、を有する。本実施形態では、ハウジング３０の第１液体の給排出口２３ａ、２３ｂが底面部３６と上面部３７とに設けられ、第２液体の給排出口２４ａ、２４ｂが底面部３６と上面部３７に設けられている例を示す。これらの給排出口２３ａ〜２４ｂは、接続された配管を利用して、液体の給排出を行なうことができる。
【００８４】
図６に示した例では、第１空間部２１ａ、２１ｂおよび第２空間部２２ａ、２２ｂの各々に、上下２つずつの給排出口２３ａ〜２４ｂが設けられているが、分離膜エレメントを単数で用いる場合、例えば、上下２つずつ設けられている給排出口２３ａ〜２４ｂのうち、上下何れかを閉塞させて使用することも可能である。
【００８５】
（３）前述の実施形態では、平面視で円筒形のハウジング３０を用いる例を示したが、本発明では、ハウジング３０の平面視における形状は何れでもよい。例えば、楕円形、八角形、正方形、菱型、六角形などの多角形でもよい。
【００８６】
（４）前述の実施形態では、液体の給排出口給排出口２３ａ〜２４ｂがハウジング３０の底面部３６と上面部３７とに設けられている例を示したが、本発明では、ハウジング３０の側壁部３５に、液体の給排出口給排出口２３ａ〜２４ｂを設けてもよい。
【実施例】
【００８７】
以下、本発明の効果を確認するための実験例について詳細に説明する。
【００８８】
（実験例１）
膜面積２３２ｃｍ２のテストセルを用いて、ＦＯ運転のＰＲＯモードで、厚み及び角度の異なる流路材と、正浸透膜（日東電工製、開発品、厚み約50μｍで空孔率約45%のエポキシ多孔質膜上にポリアミド系スキン層を形成したもの）をセットし、Ｄｒａｗ  ｓｏｌｕｔｉｏｎの平均濃度を２８，０００ｐｐｍＮａＣｌ、線速を０．０１ｍ／ｓｅｃに統一して、Ｆｌｕｘを２０℃で測定した。流路材はダイヤ型で下記６種類を使用しており、各流路材におけるＦｌｕｘ値を記載した。
【００８９】
交点角度の検証として、次の２種を測定した。
１）厚みｔ＝３７ｍｉｌ（０．９３ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度１０７°，配列密度８本／２．５４ｃｍの場合：Ｆｌｕｘ値は０．４３ｍ／ｄ
２）厚みｔ＝３６ｍｉｌ（０．９１ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度９１°，配列密度１０本／２．５４ｃｍの場合：Ｆｌｕｘ値は０．４４ｍ／ｄ
ピッチの検証として、次の４種を測定した。
３）厚みｔ＝２０ｍｉｌ（０．５１ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度９０°，配列密度１６本／２．５４ｃｍの場合：Ｆｌｕｘ値は０．３６ｍ／ｄ
４）厚みｔ＝２０ｍｉｌ（０．５１ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度９０°，配列密度４４本／２．５４ｃｍの場合：Ｆｌｕｘ値は０．３６ｍ／ｄ
５）厚みｔ＝３３ｍｉｌ（０．８４ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度９０°，配列密度７本／２．５４ｃｍの場合：Ｆｌｕｘ値は０．４２ｍ／ｄ
６）厚みｔ＝３４ｍｉｌ（０．８６ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度９０°，配列密度５本／２．５４ｃｍ場合：Ｆｌｕｘ値は０．４２ｍ／ｄ
以上の結果より、鈍角かつピッチが狭いほど撹拌効果が期待できるとも考えられるが、ＤＳが同一線速の場合、交点角度やピッチの影響は見られず、低圧損のために角度は鋭角とし、ピッチは広幅であることが適していることが分かった。
【００９０】
（実験例２）
膜面積５６ｃｍ２のテストセルを用いて、ＰＲＯ運転（圧力差１ＭＰａ）で、厚みの異なる流路材と、正浸透膜（日東電工製、開発品、厚み約50μｍで空孔率約45%のエポキシ多孔質膜上にポリアミド系スキン層を形成したもの）をセットし、Ｄｒａｗ  ｓｏｌｕｔｉｏｎの平均濃度を２８，０００ｐｐｍＮａＣｌとし、線速を変更してＦｌｕｘ測定を２０℃で実施し、Ｆｌｕｘと運転圧力の関係から発電能力を計算した。流路材はダイヤ型で下記３種類を使用しており、各流路材における発電能力を図７に記載した。
１）＃２０１５：厚みｔ＝２０ｍｉｌ（０．５１ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度９０°，配列密度１５本／２．５４ｃｍ
２）＃２６０９：厚みｔ＝２６ｍｉｌ（０．６６ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度９０°，配列密度９本／２．５４ｃｍ
３）＃６０３４：厚みｔ＝３４ｍｉｌ（０．８６ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度９０°，配列密度６本／２．５４ｃｍ
その結果、図７に示すように、線速を上昇させていくことで発電能力が高まることが確認できており、同一流量においては厚みが薄くなることで性能の増加が期待できることが示されている。
【００９１】
（実験例３）
正浸透膜（日東電工製、開発品、厚み約50μｍで空孔率約45%のエポキシ多孔質膜上にポリアミド系スキン層を形成したもの）を用いて、１リーフあたりの膜面積が約０．２ｍ２のリーフを交点角度の異なる流路材を挟みながら１０リーフ積層させて、エレメント化し、ＦＯ運転のＰＲＯモードでＤｒａｗ  ｓｏｌｕｔｉｏｎの平均濃度を２８，０００ｐｐｍＮａＣｌとし、線速を変更してＦｌｕｘ測定を２０℃で実施した。流路材としては、次のものを使用した。
１）厚みｔ＝３７ｍｉｌ（０．９３ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度７３°，配列密度８本／２．５４ｃｍ
２）厚みｔ＝３７ｍｉｌ（０．９３ｍｍ），流体流れ方向に対する交点角度１０７°，配列密度８本／２．５４ｃｍ
その結果、鈍角ほど撹拌効果が期待できるとも考えられるが、図８に示すように、７３°と１０７°の交点角度の差では結果に差異は見られなかった。積層型のモジュールにおいてはスパイラル形状と異なりテンションをかけて巻きあげることも無い為、角度を鋭角にすることや、ピッチを広幅化して流路材の剛性が悪化してもモジュール化は可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１０        シート状分離膜
１１        積層体（分離膜積層体）
１２        隔壁部材
１２ｄ      第１流路凹部
１２ｅ      第２流路凹部
１３        第１流路材（正浸透膜分離用流路材）
１３ａ、１３ｂ        樹脂繊維
１４        第２流路材
２１ａ、２１ｂ        第１空間部
２２ａ、２２ｂ        第２空間部
２３ａ、２３ｂ        第１液体の給排出口
２４ａ、２４ｂ        第２液体の給排出口
３０        ハウジング
３５        側壁部
３６        底面部
３７        上面部
Ｐ１        第１流路
Ｐ２        第２流路
Ｕ          分離膜ユニット
α          交点角度
ｔ          流路材の厚み
【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】
2017064629.tif 000009
【図８】
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