CN108495701B - 原水流路间隔件、及具备其的螺旋型膜元件 - Google Patents

原水流路间隔件、及具备其的螺旋型膜元件 Download PDF

Info

Publication number
CN108495701B
CN108495701B CN201780007655.3A CN201780007655A CN108495701B CN 108495701 B CN108495701 B CN 108495701B CN 201780007655 A CN201780007655 A CN 201780007655A CN 108495701 B CN108495701 B CN 108495701B
Authority
CN
China
Prior art keywords
raw water
flow path
yarn
water flow
reticular structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780007655.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108495701A (zh
Inventor
冈崎友叶
宇田康弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nitto Denko Corp filed Critical Nitto Denko Corp
Priority claimed from PCT/JP2017/022819 external-priority patent/WO2018092343A1/ja
Publication of CN108495701A publication Critical patent/CN108495701A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108495701B publication Critical patent/CN108495701B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/025Reverse osmosis; Hyperfiltration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/107Specific properties of the central tube or the permeate channel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/08Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10Spiral-wound membrane modules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D65/00Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/28Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer comprising a deformed thin sheet, i.e. the layer having its entire thickness deformed out of the plane, e.g. corrugated, crumpled
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
    • D04H3/04Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments in rectilinear paths, e.g. crossing at right angles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2313/00Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04Specific sealing means
    • B01D2313/041Gaskets or O-rings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2313/00Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/08Flow guidance means within the module or the apparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2313/00Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14Specific spacers
    • B01D2313/143Specific spacers on the feed side
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2313/00Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14Specific spacers
    • B01D2313/146Specific spacers on the permeate side
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D65/00Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明的课题在于提供能够在原水流路中抑制分离膜附近区域中的浓差极化层的形成的原水流路间隔件、及具备其的螺旋型膜元件。对于原水流路间隔件40而言,其是将第1纱列M与第2纱列N进行叠合而成的,其交替地具备第1网状结构52和第2网状结构61,所述第1网状结构52是由各纱列M、N构成的第1四边形网格52a~52c沿第2纱列N的延伸方向相连而构成的,所述第2网状结构61是以第2纱列的间隔窄于构成第1网状结构52的第2纱列N的间隔的方式沿该纱列N的延伸方向相连而构成的。

Description

原水流路间隔件、及具备其的螺旋型膜元件
技术领域
本发明涉及将溶解并存在于液体中的成分分离的螺旋型膜元件,尤其涉及螺旋型膜元件的原水流路间隔件(spacer)。
背景技术
近年来,正在进行如下尝试:使用例如螺旋型膜元件等分离膜,对自来水等中含有的离子、盐类等进行过滤处理,从而制造更适于饮用的水。
该螺旋型膜元件包含集水管和卷绕于集水管的周围的多个分离膜。对于各分离膜而言,在片状的透过水间隔件的两面叠合分离膜,并在该状态下利用粘接等方法将三条边进行密封、以另一边作为开口端从而形成为袋状。另外,该开口端与集水管连接,由此构成为使得沿着透过水间隔件流动的透过水流入集水管。
另外,在形成为袋状的各分离膜之间夹入有形成自来水等原水的流路的网状原水流路间隔件。而且,供给至螺旋型膜元件的原水在沿着上述原水流路间隔件流动的同时,其一部分从分离膜透过而成为透过水,并经由集水管被送出至外部。
专利文献1中公开了具备下述原水流路间隔件的螺旋型膜元件:将经纱沿原水的流动方向进行配置,将纬纱沿与原水的流动方向交叉的方向进行配置,并且以比经纱细的方式形成纬纱,由此能够降低原水流路中的压力损失。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-305422号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,伴随着原水从分离膜透过,无法从分离膜透过的离子、盐类残留于原水流路侧的分离膜附近区域。该残留的离子、盐类积聚于分离膜附近,由此形成离子、盐类的浓度高于原水流路的其他区域的浓度层(以下,适当表述为浓差极化层)。由此产生下述这样的问题:分离膜的膜面附近的渗透压上升,因此从分离膜透过的透过水的量减少,无法从原水高效地得到透过水。
因此,本发明的目的在于提供能够抑制分离膜附近区域中的浓差极化层的形成的原水流路间隔件、及具备其的螺旋型膜元件。
用于解决课题的手段
本发明涉及的原水流路间隔件的特征在于,其被夹入于卷绕在螺旋型膜元件的集水管上的第1分离膜和第2分离膜之间,且为包含第1纱列及第2纱列的两层结构,所述第1纱列及第2纱列相对于与集水管平行的方向而言沿彼此相反的方向倾斜,所述原水流路间隔件交替地具备:第1网状结构,其是由第1纱列及第2纱列沿第2纱列的延伸方向相连而构成的;和第2网状结构,其是由第1纱列及第2纱列沿第2纱列的延伸方向相连而构成的,且以第2纱列的间隔窄于构成第1网状结构的第2纱列的间隔的方式构成。
就本发明涉及的原水流路间隔件而言,可以以下述方式构成:构成第2网状结构的第1纱列相对于与集水管平行的方向而言的倾斜大于构成第1网状结构的第1纱列相对于与集水管平行的方向而言的倾斜。
就本发明涉及的原水流路间隔件而言,第1网状结构可以是交替地排列第1网格和网眼细于第1网格的中间网格而构成的,第2网状结构可以是交替地排列中间网格和网眼细于中间网格的第2网格而构成的。
本发明涉及的螺旋型元件具备:供透过水流动的集水管;片状的透过水间隔件;第1分离膜及第2分离膜,它们在叠合于透过水间隔件的两面的状态下形成三条边被密封、另一边为开口端的袋状,并以该开口端与集水管相连接的状态卷绕于集水管;和上述发明的任一者所涉及的原水流路间隔件。
发明的效果
根据本发明的原水流路间隔件,第1网状结构及第2网状结构交替地配置,各自在沿着相对于与集水管平行的方向而言倾斜的方向上延伸。此处,第2网状结构是以第2纱列的间隔窄于第1网状结构的方式形成的。因此,原水沿上述平行方向流动时,较之从第1网状结构流入下游侧相邻的第2网状结构的原水流量而言,从第2网状结构流入下游侧相邻的第1网状结构的原水流量更多。由此,从第1网状结构流过的原水流量增加,能够增强在该网状结构周边向第1分离膜或第2分离膜弯曲行进的同时向下游侧流动的原水流的流势。另一方面,第2网状结构的第2纱列的间隔窄于第1网状结构,因此,即使原水流量少,也仍然能够维持与第1网状结构同等程度的水势。结果,能够将残留于第1网状结构及第2网状结构周边的两个分离膜附近的离子、盐类冲至下游侧,抑制浓差极化层的形成。
根据本发明的螺旋型膜元件,在原水流路间隔件中,第2网状结构是以第2纱列的间隔窄于第1网状结构的方式形成的。而且,第1网状结构及第2网状结构沿着相对于与集水管平行的方向而言倾斜的方向延伸并且交替地配置。因此,原水沿上述平行方向流动时,较之从第1网状结构流入与下游侧相邻的第2网状结构的原水流量而言,从第2网状结构流入与下游侧相邻的第1网状结构的原水流量更多。由此,从第1网状结构流过的原水流量增加,能够加快在该网状结构周边向第1分离膜或第2分离膜弯曲行进的同时向下游侧流动的原水流的流速。另一方面,第2网状结构的第2纱列的间隔窄,因此,即使原水流量少,也仍然能够维持与第1网状结构同等程度的水势。结果,能够将残留于第1网状结构及第2网状结构周边的两个分离膜附近的离子、盐类冲至下游侧,抑制浓差极化层的形成。
附图说明
[图1]图1为应用了作为本发明的一个实施方式的螺旋型膜元件的过滤装置的结构简图。
[图2]图2为以展开状态示出图1所示的螺旋型膜元件的一部分、并且包含示出该部分所包含的原水流路间隔件的结构的部分放大图的立体图。
[图3]图3为将图2所示的被夹入于第1及第2分离膜之间的原水流路间隔件的结构示出、并且一部分中包含其截面图的立体图。
[图4]图4为示出由图2所示的被夹入于第1及第2分离膜之间的原水流路间隔件形成的原水流、和流体分析模拟的对象区域的立体图。
[图5]图5(a)为示出作用于图3所示的第1分离膜的剪切应力的分布状态的等值线图。图5(b)为示出作用于图3所示的第2分离膜的剪切应力的分布状态的等值线图。
[图6]图6(a)为示出作为比较例的原水流路间隔件的结构的图。图6(b)为示出利用流体分析模拟算出图6(a)所示的沿X方向流动的原水作用于第1分离膜的剪切应力而得到的结果的等值线图。与图6(b)同样地,图6(c)为示出利用流体分析模拟算出作用于图6(a)所示的第2分离膜的剪切应力而得到的结果的等值线图。
[图7]图7为示出在变形例1~变形例4的原水流路间隔件中、利用流体分析模拟求出易极化区域占两个分离膜的面积比例而得到的结果的图。
[图8]图8(a)为示出变形例1的原水流路间隔件中的第1网状结构及第2网状结构的结构的图。图8(b)为示出变形例2的原水流路间隔件中的第1网状结构及第2网状结构的结构的图。图8(c)为示出变形例3的原水流路间隔件中的第1网状结构及第2网状结构的结构的图。图8(d)为示出变形例4的原水流路间隔件中的第1网状结构及第2网状结构的结构的图。
[图9]图9为示出在变形例5~变形例9的原水流路间隔件中、利用流体分析模拟求出易极化区域占两个分离膜的面积比例而得到的结果的图。
[图10]图10(a)为示出变形例5的原水流路间隔件中的第1网状结构及第2网状结构的结构的图。图10(b)为示出变形例6的原水流路间隔件中的第1网状结构及第2网状结构的结构的图。图10(c)为示出变形例7的原水流路间隔件中的第1网状结构及第2网状结构的结构的图。图10(d)为示出变形例8的原水流路间隔件中的第1网状结构及第2网状结构的结构的图。图10(e)为示出变形例9的原水流路间隔件中的第1网状结构及第2网状结构的结构的图。
[图11]图11为示出变形例10的原水流路间隔件的结构的图。
[图12]图12为将图11所示的被夹入于第1分离膜及第2分离膜之间的原水流路间隔件的结构示出的立体图。
[图13]图13为示出变形例11的原水流路间隔件的结构的图。
[图14]图14为示出变形例12的原水流路间隔件的结构的图。
[图15]图15(a)为将浓差极化的评价中使用的评价用室的一部分结构省略而示出内部结构的立体图。图15(b)为示出设置于评价用室内部的原水流路间隔件的试验体的结构的图。图15(c)是为了示出在评价用室内部形成的流路结构而以虚线表示外形并且以实线表示流路结构部分的图。
[图16]图16(a)为示出使用了各分离膜的试验体的评价试验中的浓度比、与测定该浓度比时的纯水体积通量的测定值的关系的图表。图16(b)为示出该图(a)所示的使用了各分离膜的试验体的评价试验中的浓度比及纯水体积通量的测定值的表。
具体实施方式
以下,参照附图,对具备作为本发明的一个实施方式的螺旋型膜元件的过滤装置进行说明。以下的说明中,“X”方向表示与集水管的轴向平行的方向,“Y”方向及“Z”方向表示彼此正交的集水管的径向。
如图1所示,过滤装置10具备储存自来水等原水的原水槽12、和对原水进行过滤处理的螺旋型膜元件20。经由例如供给管L1向原水槽12供给原水。而且,原水槽12与将原水送出至螺旋型膜元件20的送水管L2相连接。在该送水管L2上设置有用于从原水槽12汲取原水的泵14、和除去原水中包含的浊质成分的前处理单元16。经前处理单元16处理后的原水经由送水管L2被送出至螺旋型膜元件20。另外,在送水管L2上的泵14的下游侧连接有支路配管L2-B。该支路配管L2-B具有下述作用:通过使从送水管L2流过的原水的一部返回至原水槽12,从而调节被送出至前处理单元16的原水流量。
该螺旋型膜元件20具有生成从原水中除去了离子和盐类的透过水、和包含所除去的离子和盐类的浓缩水的功能。由螺旋型膜元件20生成的透过水经由透过水配管L3而储存于透过水槽18中,浓缩水经由浓缩水配管L4而被排出至外部。
图2为以展开状态示出螺旋型膜元件20的一部分的立体图、和示出被夹入于该元件所包含的第1分离膜及第2分离膜中的原水流路间隔件的结构的图。
如图2所示,螺旋型膜元件20具备:供透过水流动的集水管22;和以叠合状态卷绕于集水管22的周围的第1分离膜24及第2分离膜28。另外,螺旋型膜元件20具备被夹入于两个分离膜24、28之间、并在两个分离膜24、28之间形成原水流路的原水流路间隔件40。由于第1分离膜24及第2分离膜28具备相同的结构,因此以下仅对第1分离膜24的结构进行说明。
对于第1分离膜24而言,其将透过水间隔件26夹在中间,并在透过水间隔件26的两面上分别叠合有由例如反渗透膜、超滤膜或微滤膜形成的分离膜24a、24b而构成为袋状,开口端与集水管22相连接。该透过水间隔件26形成与集水管22相连通的流路,从分离膜24a、24b透过的透过水沿着该流路流入至集水管22。
该集水管22中,沿轴向以规定间距设置有多个连通孔22a、22b、22c,从两个分离膜24、28透过的透过水从连通孔22a~22c流入至集水管22。另外,为了防止透过水与浓缩水混合,利用粘接剂等将第1分离膜24的除开口端外的其他三条边进行密封。
如图2所示,从原水流路流过的原水的一部分从两个分离膜24、28中的任一者透过,由此成为离子、盐类等浊质成分被除去的透过水,并沿着透过水间隔件26导入至集水管22。另外,剩余的原水随着沿着原水流路流动而成为包含大量从透过水中被除去的浊质成分的浓缩水,并被排出至下游侧的浓缩水配管L4(参见图1)。
就螺旋型膜元件20而言,可以将上游侧封盖构件32和下游侧封盖构件34分别安装于轴向两端面。上游侧封盖构件32中设置有用于使原水流入螺旋型膜元件20内部的间隙。另外,在下游侧封盖构件34中,以使从集水管22流过的透过水和从原水流路排出的浓缩水不相混合的方式设置有两个流路。
接着,使用图2及图3,对原水流路间隔件40的结构进行说明。图3为示出被夹入于第1分离膜24及第2分离膜28之间的原水流路间隔件40的结构的立体图。
如图2及图3所示,原水流路间隔件40为使第1纱列M及第2纱列N彼此叠合而得到的两层结构的原水流路间隔件,其是将各纱列M、N以层叠状态进行固定粘着而形成的。需要说明的是,原水流路间隔件也可以为将各纱列M、N彼此编入的状态。原水流路间隔件40交替地具备第1网状结构51、52、53及第2网状结构61、62、63。由于第1网状结构51~53具备相同的结构,因此在以下的说明中仅对第1网状结构52进行说明。
如图3所示,第1网状结构52是第1四边形网格52a、52b、52c沿第2纱N2、N3的延伸方向相连而形成的。由于第1四边形网格52a~52c的结构相同,因此以下仅对第1四边形网格52a进行说明。
第1四边形网格52a中的第1边部52a-1及第2边部52a-2分别由第1纱M1、M2形成,第3边部52a-3及第4边部52a-4由第2纱N2、N3形成。对于第1四边形网格52a而言,作为一例,具有以各边部52a-1~52a-4的尺寸成为3mm的方式构成的正方形的外观形状。各纱列M、N以相对于X方向而言沿相反的方向各自倾斜例如45°的方式进行配置。另外,各纱列M、N由聚酯、聚乙烯或聚丙烯等树脂材料形成为例如直径D为0.4mm的圆柱状。而且,作为一例,由原水流路间隔件40形成的原水流路的宽度E为0.8mm。另外,各纱列M、N的形状并不限定于圆柱状,也可以形成为例如平板状等。
由于第2网状结构61~63具备相同的结构,因此仅对第2网状结构61进行说明,关于第2网状结构62、63,适当地省略说明。第2网状结构61是具有相同结构的第2四边形网格61a、61b、61c沿第2纱N1、N2的延伸方向相连而形成的。
第2四边形网格61a的第1边部61a-1及第2边部61a-2分别由第1纱M1、M2形成,第2四边形网格61a中的第3边部61a-3由第2纱N1形成。另外,第2四边形网格61a的第4边部由上述第1四边形网格52a中的第3边部52a-3构成。对于第2四边形网格61a而言,例如,可以使各边部61a-1、61a-2、61a-3的尺寸为3mm,形成平行四边形。
此处,以第1边部61a-1及第2边部61a-2相对于X方向而言的倾斜角α1大于第1四边形网格52a的第1边部52a-1及第2边部52a-2相对于X方向而言的倾斜角α2的方式,使第1纱M1、M2弯曲而构成。作为一例,可使倾斜角α1为90°、倾斜角α2为45°。而且,第2四边形网格61a中的两边部61a-1、61a-2的间隔R1以窄于第1四边形网格52a中的两边部52a-1、52a-2的间隔(即,第3边部52a-3的长度)的方式形成。
同样地,第2四边形网格61a中的两边部52a-3、61a-3的间隔R2以窄于第1四边形网格52a中的两边部52a-3、52a-4的间隔(即,第1边部52a-1的长度)的方式形成。
由此,与第1四边形网格52a相比,第2四边形网格61a以网眼更细(即,围绕面积小)的方式构成,以沿X方向流动的原水所受到的来自流路的阻力(以下,表述为流路阻力)更大的方式被设置。因此,较之与第1四边形网格52a为相同结构的网格相连而构成的第1网状结构52而言,与第2四边形网格61a为相同结构的网格相连而构成的第2网状结构61的流路阻力更大。
此处,使用图4对各网状结构52、61、62中的原水流进行说明。图4是与图3同样地示出由原水流路间隔件40形成的原水流、及模拟区域T的图。该模拟区域T为由虚线T1~T4围成的区域,虚线T1为将第2四边形网格61a的中心点与第2四边形网格61b的中心点之间连接的、第2纱N1与第2纱N2的中间线。虚线T3为将第2四边形网格62a的中心点与第2四边形网格62b的中心点之间连接的、第2纱N3与第2纱N4的中间线。另外,虚线T2为将第2四边形网格61b的中心点与第2四边形网格62b的中心点连接的、第1纱M2与第1纱M3的中间线。虚线T4为将第2四边形网格61a的中心点与第2四边形网格62a的中心点连接的、第1纱M1与第1纱M2的中间线。
如图4所示,各网状结构52、61、62的延伸方向相对于X方向而倾斜。因此,原水一边依次从第2网状结构61、第1网状结构52、第2网状结构62通过,一边向下游侧流动。关于这一点,举出构成各网状结构52、61、62的一部分的各四边形网格52a、61a、62a中的原水流为例来进行说明。
对于各四边形网格52a、61a、62a而言,从X方向上的上游侧开始以第2四边形网格61a、第1四边形网格52a、第2四边形网格62a的顺序相邻地配置。在该第2四边形网格61a中,原水的一部分一边沿着流C1向第2分离膜28弯曲行进,一边流入第1四边形网格52a。由此,能够提高与第2分离膜28接近的区域中的原水的流速,将留滞在与第2分离膜28接近的区域中的残留离子、盐类冲至下游侧。
另外,同样地,在第1四边形网格52a中,原水的一部分一边沿着流C2向第2分离膜28弯曲行进,一边流入第2四边形网格62a。由此,能够将留滞在与第2分离膜28接近的区域中的残留离子、盐类冲至下游侧。
另外,如上所述,与构成第1网状结构52的一部分的第1四边形网格52a相比,分别构成第2网状结构61、62的一部分的第2四边形网格61a、62a的流路阻力更大。因此,如图4所示,沿着流C1从第2四边形网格61a流入第1四边形网格52a的流量Q1多于沿着流C2从第1四边形网格52a向第2四边形网格62a流出的流量Q2。而且,从第1四边形网格52a流向下游侧的第1四边形网格52b的原水的流量仅增加了作为流量Q1与流量Q2之差的流量Q3的量。通过这样的方式,第1网状结构52中的原水流量增加,同时第2网状结构61、62中的原水流量减少。
因此,在各四边形网格52a、61a、62a的各边部52a-2、61a-2、62a-2(参见图3)周边分别沿着流S1、S2、S3向第1分离膜24弯曲行进的同时流动的原水流中,能够使第1网状结构52中的原水流S1的水势增大。由此,能够提高由第1网状结构52围绕的与第1分离膜24接近的区域中的原水的流速,将留滞于该区域中的残留离子、盐类冲至下游侧。
另一方面,第2四边形网格61a、62a中的原水流S2、S3的流量较之流S1的流量而言分别减少。然而,第2四边形网格61a、62a中的第1纱M1、M2的间隔R1(参见图3)以窄于第1四边形网格52a中的第1纱M1、M2的间隔、即第3边部52a-3的长度(参见图3)的方式构成。因此,即使如上文所述那样原水流S2、S3中的原水流量较之原水流S1而言分别减少,但该流S2、S3仍可维持流速快的状态,可保持与第1四边形网格52a同等程度的水势。因此,能够提高由第2网状结构61、62围绕的与第1分离膜24接近的区域中的原水的流速,将留滞于该区域中的残留离子、盐类冲至下游侧。
图5(a)为示出利用流体分析模拟求出图3所示的区域T中原水作用于第1分离膜24的剪切应力的大小而得到的结果的等值线图。与图5(a)同样地,图5(b)为示出利用流体分析模拟求出区域T中作用于第2分离膜28的剪切应力的大小而得到的结果的等值线图。此处,作用于各分离膜24、28的剪切应力的大小越大,意味着原水将残留离子、盐类从与各分离膜24、28接近的区域冲走的作用越大。另外,相反地,作用于各分离膜24、28的剪切应力越小,意味着原水将残留离子、盐类从与各分离膜24、28接近的区域冲走的作用越小。上述流体分析模拟中,沿X方向流入区域T的原水的流速为0.162m/s。
如图5(a)所示,可知在由第1四边形网格52a、52b围成的第1分离膜24的区域中,通过在第2边部52a-2(参见图3)的周边弯曲行进的原水,从而使得与由第2四边形网格61a、61b、62a、62b围成的第1分离膜24的区域同等程度的强剪切应力以广泛的范围进行作用。
另外,作用于各分离膜24、28的剪切应力的大小为0.75Pa以下的区域(即,与各分离膜24、28接近的区域中的原水的流动平缓、原水对残留离子、盐类的冲走作用小的区域)占两个分离膜24、28的表面的面积比例为16%。在以下的说明中,将上述的剪切应力的大小为0.75Pa以下的区域称为易极化区域。此外,作用于图5(a)及图5(b)所示的两个分离膜24、28的剪切应力的平均值为3.3Pa。
图6(a)为示出作为比较例的原水流路间隔件300的结构的图。图6(b)为示出利用流体分析模拟求出该图(a)所示的区域U中作用于第1分离膜24的剪切应力的大小而得到的结果的等值线图。图6(c)为示出该图(a)所示的区域U中的作用于第2分离膜28的剪切应力的分布状态的等值线图。图6(b)及图6(c)中,沿X方向流入区域U的原水的流速为0.162m/s。
如图6(a)所示,原水流路间隔件300具有使包含纱V1、V2、V3的纱列V和包含纱W1、W2、W3的纱列W以彼此正交的方式层叠而成的网状结构310。该网状结构310包含具有与第1四边形网格52a相同的结构的四边形网格310a、310b、310c、310d。需要说明的是,区域U是由连接四边形网格310a~310d中的中心点的虚线围成的区域。
如图6(b)及图6(c)所示,作用于两个分离膜24、28的由区域U围成的区域的剪切应力最大约为8Pa左右。另外,在两个分离膜24、28形成的易极化区域占两个分离膜24、28的表面的面积比例为20%。
如上所述,对于比较例的原水流路间隔件300而言,并未如本实施方式的原水流路间隔件40那样在两个分离膜24、28上作用大的剪切应力,两个分离膜24、28中形成的易极化区域的面积比例也较高,为20%。因此,无法充分地将残留于与两个分离膜24、28接近的区域中的离子、盐类冲走。
另外,还考虑了使用仅由第2网状结构61、62、63构成的原水流路间隔件,但在该情况下,由原水流路间隔件产生的压力损失过大。因此,还存在下述问题:原水流路间隔件被冲至下游侧,产生伸缩现象。
与此相对,本实施方式的原水流路间隔件40中交替地配置有第1网状结构51、52、53、和较之第1网状结构51~53而言沿X方向流动的原水不易通过的第2网状结构61、62、63。因此,例如,能够使从第2网状结构61中的第2四边形网格61a流入第1网状结构52中的第1四边形网格52a的原水的流量增加。由此,能够使与由第2四边形网格61a围成的区域的两个分离膜24、28同等程度的剪切应力作用于由第1四边形网格52a围成的区域的两个分离膜24、28。
结果,通过原水流路间隔件40,不仅能够防止压力损失的增大,而且能够将残留于两个分离膜24、28的附近区域的离子、盐类冲走,从而抑制浓差极化层的形成。
另外,通过原水流路间隔件40,能够使大的剪切应力作用于两个分离膜24、28,因此还能够抑制生物结垢(由于来自生物膜等的菌体的物质,而使得两个分离膜24、28处于堵塞的状态)的发生。
接着,使用图7~图14对本实施方式中的原水流路间隔件的变形例进行说明。以下的说明中,对于结构与上述实施方式中的原水流路间隔件40共通的部分标注与上述实施方式相同的标记,适当地省略说明,仅对结构不同的部分进行说明。
图7所示的表1中,示出了在使第1网状结构中的倾斜角α1的大小变化的变形例1~4的原水流路间隔件中、利用流体分析模拟求出易极化区域占两个分离膜24、28的面积比例而得到的结果。图8(a)~图8(d)为示意性地示出在变形例1~变形例4的各原水流路间隔件中、第1网状结构中的第1四边形网格及第2网状结构中的第2四边形网格的形状的图。需要说明的是,图8(a)~图8(d)中,将沿X方向流入区域T(参见图3)的原水的流速设定为0.162m/s。对于图8(a)~图8(d)所示的各原水流路间隔件70、80、90、100而言,除了第2四边形网格的结构不同这一方面以外,具备与上述实施方式的原水流路间隔件40相同的结构。
如图8(a)所示,变形例1的原水流路间隔件70与上述实施方式中的原水流路间隔件40的结构的不同之处在于,以构成第2网状结构71的第2四边形网格71a的倾斜角α1成为50°的方式进行了设置。另外,如图7所示,通过原水流路间隔件70,从而使得易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为19%。
如图8(b)所示,变形例2的原水流路间隔件80与上述实施方式中的原水流路间隔件40的结构的不同之处在于,以构成第2网状结构81的第2四边形网格81a的倾斜角α1成为85°的方式进行了设置。另外,如图7所示,通过原水流路间隔件80,从而使得易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为17%。
如图8(c)所示,变形例3的原水流路间隔件90与上述原水流路间隔件40的结构的不同之处在于,以构成第2网状结构91的第2四边形网格91a的倾斜角α1成为95°的方式进行了设置。另外,如图7所示,通过原水流路间隔件90,从而使得易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为15%。
如图8(d)所示,变形例4的原水流路间隔件100与上述原水流路间隔件40的结构的不同之处在于,以构成第2网状结构101的第2四边形网格101a的倾斜角α1成为120°的方式进行了设置。另外,如图7所示,通过原水流路间隔件100,从而使得易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为10%。
另外,若使倾斜角大于变形例4所示的原水流路间隔件的倾斜角α1,则第1网状结构与第2网状结构彼此干扰,由此导致制作困难。因此,优选将倾斜角α1设定为120°以下的大小。
如上所述,就变形例1~4的结构而言,也能够与上述实施方式中的原水流路间隔件40同样地抑制浓差极化层的形成。
图9所示的表2中,示出了在变更第1网状结构51及第2网状结构61的结构比率的变形例5~变形例9的原水流路间隔件中、与上述实施方式的原水流路间隔件40同样地利用流体分析模拟求出易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例而得到的结果。在该图所示的流体分析模拟中,将沿X方向流动的原水的流速设定为0.162m/s。图10(a)~图10(e)为示意性地示出变形例5~9的情况下的原水流路间隔件的结构的图。
变形例5的原水流路间隔件110交替地具备图10(a)所示的第1网状结构112及第2网状结构114。第1网状结构112是将两个第1四边形网格112a、112b沿构成第1纱列M10的第1纱M11、M12的延伸方向进行排列而构成的。第1四边形网格112a、112b具有与第1四边形网格52a相同的结构。另外,第2网状结构114具有与第2网状结构61相同的结构。如图9所示,在原水流路间隔件110中,易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为18%。
变形例6的原水流路间隔件120交替地具备图10(b)所示的第1网状结构122及第2网状结构124。第1网状结构122是将三个第1四边形网格122a、122b、122c沿构成第1纱列M20的第1纱M21、M22的延伸方向进行排列而构成的。第1四边形网格122a~122c具有与第1四边形网格52a相同的结构。第2网状结构124具有与第2网状结构61相同的结构。如图9所示,在原水流路间隔件120中,易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为19%。
变形例7的原水流路间隔件130交替地具备图10(c)所示的第1网状结构132及第2网状结构134。第1网状结构132是将两个第1四边形网格132a、132b沿构成第1纱列M30的纱M31、M32的延伸方向进行排列而构成的。第1四边形网格132a、132b具有与第1四边形网格52a相同的结构。另外,第2网状结构134是将两个第2四边形网格134a、134b沿构成第1纱列M30的第1纱M31、M32的延伸方向进行排列而构成的。如图9所示,在原水流路间隔件130中,易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为16%。
变形例8的原水流路间隔件140交替地具备图10(d)所示的第1网状结构142及第2网状结构144。第1网状结构142具有与第1网状结构51相同的结构。第2网状结构144是将两个第2四边形网格144a、144b沿构成第1纱列M40的第1纱M41、M42的延伸方向进行排列而构成的。第2四边形网格144a、144b的结构具有与第2四边形网格61a相同的结构。如图9所示,在原水流路间隔件140中,易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为15%。
变形例9的原水流路间隔件150交替地具备图10(e)所示的第1网状结构152及第2网状结构154。第1网状结构152具有与第1网状结构51相同的结构。第2网状结构154是将三个第2四边形网格154a、154b、154c沿构成第1纱列M50的第1纱M51、M52的延伸方向进行排列而构成的。在该原水流路间隔件150中,易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为14%。
如上所述,在变形例5~9的结构中,也能够与上述实施方式中的原水流路间隔件40同样地抑制浓差极化层的形成。
图11为示出变形例10的原水流路间隔件160的结构的图。图12为示出图11所示的原水流路间隔件160中所含的第1网状结构及第2网状结构的结构的放大图。
如图11及图12所示,原水流路间隔件160为使第1纱列A及第2纱列B彼此叠合而得到的两层结构的原水流路间隔件,其是将各纱列A、B以层叠状态进行固定粘着而形成的。与上述实施方式中的各纱列M、N同样地,各纱列A、B相对于X方向而言沿彼此相反的方向各自倾斜例如45°。另外,以构成第1纱列A的第1纱A1、A2的间隔与第1纱A2、A3的间隔成为相同大小的方式进行设置,作为一例,设定为4mm。而且,以第1纱A3、A4的间隔及第1纱A4、A5的间隔各自成为第1纱A1、A2的间隔的一半大小的方式进行设置。同样地,以构成第2纱列B的第2纱B1、B2的间隔及第2纱B2、B3的间隔成为相同大小的方式进行设置,作为一例,设定为4mm。而且,以第2纱B3、B4的间隔与第2纱B4、B5的间隔各自成为第2纱B1、B2的间隔的一半大小的方式进行设置。各纱A1~A5、B1~B5形成为例如圆柱状,其直径为0.4mm。
如图11所示,原水流路间隔件160交替地具备利用上述第1纱列A及第2纱列B沿第2纱列B的延伸方向相连而构成的第1网状结构171、172、173、和第2网状结构181、182、183。第1网状结构171~173具备相同的结构,第2网状结构181~183也具备相同的结构,因此,在以下的说明中,举出第1网状结构172、第2网状结构182为例进行说明。
第1网状结构172是将第1网格172a-1(由第1纱A1~A3及第2纱B1~B3形成)与中间网格172a-2(由第1纱A3~A5及第2纱B3~B5形成)沿第2纱列B的延伸方向交替地配置而构成的。该第1网格172a-1具有例如正方形的外观形状。另一方面,中间网格172a-2具有例如长方形的外观形状,以网眼细于第1网格172a-1的方式构成。因此,将第1网格172a-1与中间网格172a-2进行比较时,第1网格172a-1的流路阻力小于中间网格172a-2。
第2网状结构182是将中间网格182a-1(由第1纱A1~A3及第2纱B3~B5形成)与第2网格182a-2(由第1纱A3~A5及第2纱B3~B5形成)沿第2纱列B的延伸方向交替地配置而构成的。与中间网格172a-2同样地,中间网格182a-1具有例如长方形的外观形状,以成为与该网格172a-2相同的网眼粗细度的方式构成。另外,第2网格182a-2具有例如正方形的外观形状,以网眼细于中间网格182a-1的方式形成。因此,将第2网格182a-2与中间网格182a-1进行比较时,第2网格182a-2的流路阻力大于中间网格182a-1。
如图12所示,在第2网状结构182中,原水的一部分沿着流C11、C12从中间网格182a-1流入下游侧的第1网状结构172中的第1网格172a-1。而且,在第1网格172a-1中,原水的一部分沿着流C21、C22从第1网格172a-1流入下游侧的第2网状结构183的中间网格183a-1。
此处,在中间网格182a-1的原水流的下游侧与第2网格182a-2以及第1网格172a-1相邻。而且,第2网格182a-2的流路阻力大于第1网格172a-1,因此沿着流C11、C12从中间网格182a-1流入第1网格172a-1的原水的流量Q11大于流入第2网格182a-2的原水的流量Q12。
另一方面,在第1网格172a-1的下游侧分别与中间网格172a-2、183a-1相邻。两个网格172a-2、183a-1的网眼粗细度为同等程度,因此流路阻力的大小也为同等程度的大小。因此,沿着流C21、C22流出至中间网格183a-1的原水的流量Q12、与沿着流S11、12流出至中间网格172a-2的原水的流量Q13成为同等程度的流量。
因此,沿着流S11、12从第1网状结构172中的第1网格172a-1流入下游侧的中间网格172a-2的原水的流量Q13仅增大了流量Q11(其为沿着流C11、C12从第2网状结构182流入第1网状结构172中的第1网格172a-1的流量)与流量Q12(其为沿着流C21、22从该网格172a-1流出至第2网状结构183的流量)的流量差ΔQ11-12的量。通过这样的方式,在原水流路间隔件160中也能够增大从第1网状结构172流过的原水的水势,能够获得与上述实施方式中的原水流路间隔件40同样的效果。
另外,关于原水流路间隔件160,在与上述原水流路间隔件40相同的条件下实施流体分析模拟的情况下,易极化区域占两个分离膜24、28表面的面积比例为17%。
另外,在上述流体分析模拟中,使用原水流路间隔件160时,原水流作用于两个分离膜24、28的剪切应力的平均值为2.6Pa,与此相对,上述原水流路间隔件40的剪切应力的平均值为3.3Pa。
因此,使用原水流路间隔件160时,作用于两个分离膜24、28的平均剪切应力比上述原水流路间隔件40低约20%。因此,与原水流路间隔件40相比,也能够获得可抑制压力损失这样的效果。
图13为示出变形例11的原水流路间隔件200的结构的图。如图13所示,原水流路间隔件200为上述原水流路间隔件160的变形例。在以下的说明中,仅对结构与原水流路间隔件160不同的部分进行说明,对于结构共通的部分适当地省略说明。
如图13所示,原水流路间隔件200为使第1纱列A10与第2纱列B10彼此叠合而得到的两层结构的原水流路间隔件,其是将各纱列A10、B10以层叠状态进行固定粘着而形成的。原水流路间隔件200与上述原水流路间隔件160的结构的不同之处在于,构成第1纱列A10的各纱A11、A12、A13被等间隔地配置。另一方面,构成第2纱列B10的第2纱B11~B15的结构与上述原水流路间隔件160中的第2纱B1~B5相同。
如图13所示,原水流路间隔件200交替地具备由上述第1纱列A10及第2纱列B10沿着第2纱列B10构成的第1网状结构201、202、203、和第2网状结构211、212、213。第1网状结构201~203具备相同的结构,第2网状结构211~213也具备相同的结构。因此,在以下的说明中,举出第1网状结构202及第2网状结构212为例进行说明。
第1网状结构202包含由第1纱A11、A12及第2纱B11~B13形成的第1网格202a,其是由与该第1网格202a相同的结构形成的多个网格沿第2纱列B10的延伸方向相连而构成的。
第2网状结构212包含由第1纱A11、A12及第2纱B13~B15形成的第2网格212a,其是由与该第2网格212a相同的结构形成的多个网格沿第2纱列B10的延伸方向相连而构成的。该第2网格212a以网眼细于第1网格202a的方式形成。因此,流路阻力大于第1网格202a。
关于原水流路间隔件200,在与上述实施方式中的原水流路间隔件40相同的条件下进行流体分析模拟,结果易极化区域占各分离膜24、28表面的面积比例为17%。就该变形例11的原水流路间隔件200而言,也能够获得与上述原水流路间隔件160同样的效果。
图14为示出变形例12的原水流路间隔件230的结构的图。原水流路间隔件230交替地具备使纱列M、N叠合而形成的第1网状结构231、232、233和第2网状结构241、242、243。此处,第1网状结构231、232、233各自具有相同的结构,第2网状结构241、242,243也各自具有相同的结构,因此,在以下的说明中,举出第1网状结构232及第2网状结构241为例,对原水流路间隔件230进行说明。
原水流路间隔件230与上述原水流路间隔件40的结构的不同之处在于,纱列N的间隔为等间隔。另一方面,对于纱列M的间隔而言,以构成第2网状结构241的纱M1、M2的间隔R4窄于构成第1网状结构232的纱M1、M2的间隔R3的方式进行设置。如此也可以仅通过纱列M而以第2网状结构241中的间隔窄于第1网状结构231的方式构成。其中,在该情况下,纱列M相当于第2纱列,纱列N相当于第1纱列。
接着,使用图15(a)~图15(c),对由上述原水流路间隔件40带来的浓差极化抑制效果的评价试验中使用的评价用室(cell)400的使用方法、及使用该室400的评价试验进行说明。图15(a)为将评价用室400以省略该室的一部分结构的方式而示出、并且局部地包含截面图的立体图。图15(b)为示出设置于评价用室400的内部中的原水流路间隔件40的试验体的结构的图。图15(c)是为了示出评价用室400内部的流路结构而以虚线表示外形并且以实线表示流路结构部分的图。图15(a)中,方便起见,对原水流路间隔件40的试验体40-T的截面标注符号“×”的阴影线而示出。
如图15(a)~图15(c)所示,评价用室400是使公模410及母模420嵌合而成的近长方体状的浓度测定单元。该评价用室400可替换图1所示的过滤装置10中包含的螺旋型膜元件20来使用。如图15(a)所示,公模410是在中央部设置有凸部412的金属或树脂制部件。该凸部412的突出表面412a形成为圆角长方形。所谓圆角长方形是指呈下述外形的形状:构成长方形的短边和长边中,短边被替换为以半圆状朝向外侧突出的曲线。另外,对突出表面412a的周缘部施以倒角加工,形成倾斜面412b。
母模420是在中央部设置有凹部422(其与上述公模410的凸部412嵌合)的金属或树脂制部件。而且,对于评价用室400而言,通过使两个模410、420嵌合,从而在凸部412及凹部422之间形成评价用流路430。如图15(c)所示,该评价用流路430具有圆角长方形的外形,作为一例,总长D1为167mm,在两端形成的半圆部的直径、即宽度D2为35mm,流路的厚度约为1mm。
另外,如图15(a)及图15(c)所示,公模410中设置有构成原水入口的管端414、和构成浓缩水出口的管端416。该构成原水入口的管端414与供给原水的送水管L2(参见图1)连接,构成浓缩水出口的管端416与浓缩水配管L4(参见图1)连接。而且,两管端414、416分别通过设置于公模410内部的连接流路414a、416a与评价用流路430相连通。在母模420中,在与公模410的管端414、416相对的位置也分别安装有构成透过水出口的管端424、426。而且,两管端424、426与评价用流路430通过形成于母模420内部的连接流路424a、426a相连通。另外,构成透过水出口的管端424、426各自连接于透过水配管L3(参见图1)。
接着,对评价用室400的使用方法进行说明。在形成于评价用室400的内部的评价用流路430中,以层叠状态容纳有透过水间隔件26的试验体26-T、分离膜24a的试验体24-T、及原水流路间隔件40的试验体40-T。各试验体26-T、24-T、40-T被预先加工成圆角长方形,以便无间隙地收纳于母模420的凹部422。此时,如图15(a)所示,从母模420侧观察,按照透过水间隔件的试验体26-T、分离膜的试验体24-T、原水流路间隔件的试验体40-T的顺序设置于凹部422中。通过以上述方式设置各试验体26-T、24-T、40-T,从而使得从作为分离膜的试验体24-T透过的透过水从试验体26-T的内部通过,并从连接流路424a、426a中的任一者流出至透过水配管L3(参见图1)。另一方面,未从作为分离膜的试验体24-T透过的原水作为浓缩水经由连接流路416a排出至浓缩水配管L4(参见图1)。
而且,如图15(a)所示,在将试验体40-T设置于凹部422后,以沿着凹部422的侧壁422a的方式安装O形环432。该O形环432为外周呈圆角长方形的环状部件,并且是其截面构成为圆形的橡胶制衬垫。该O形环432被推压至形成于公模410的凸部412的倾斜面412b,从而具有作为密封件(可堵住公模410的凸部412与母模420的凹部422的间隙,防止从评价用流路430漏水)的功能。另外,针对变形例的原水流路间隔件160、及比较例的原水流路间隔件300,也与上述原水流路间隔件40的试验体40-T同样地制作试验体160-T、300-T并进行评价。
如上所述,在将各试验体24-T、26-T、40-T和O形环432设置于母模420的凹部422之后,将公模410的凸部412嵌入凹部422,并利用多个螺栓BL1~BL4(参见图15(a))等将两个模410、420固定。此时,在公模410的凸部412与O形环432之间残留有间隙的情况下,以下述方式进行调节:重叠多片透过水间隔件26-T,由此使得O形环432在凸部412的倾斜面412b与凹部422的侧壁之间被压接。由此,完成了将原水流路间隔件40的试验体40-T安装于评价用室400的操作。
本评价试验中,对于试验体300-T而言,以纱列V(参见图6(a))的间隔及纱列W(参见图6(b))的间隔各自成为2mm的方式进行制作。构成各纱列V、W的各纱V1~V3、W1~W3的直径为0.2mm。
另外,对于试验体40-T而言,以第1纱列M(参见图3)的间隔及第2纱列N(参见图3)的间隔各自成为2mm的方式进行制作。(因此,在试验体40-T中,上述第1四边形网格52a呈每条边为2mm的正方形的外观形状,第2四边形网格61a呈每条边为2mm的菱形的外观形状)构成各纱列M、N的各纱M1~M3、N1~N4的直径D为0.2mm。
对于试验体160-T而言,以构成第1纱列A(参见图11)的第1纱A1、A2的间隔和第1纱A2、A3的间隔各自为3mm、第1纱A3、A4的间隔和第1纱A4、A5的间隔各自为1.5mm的方式进行制作。另外,对于第2纱列B(参见图11)而言,以第2纱B1、B2的间隔和第2纱B2、B3的间隔各自为3mm、且第2纱B3、B4的间隔和第2纱B4、B5的间隔各自为1.5mm的方式进行制作。构成各纱列A、B的各纱A1~A5、B1~B5的直径为0.2mm。
接着,对使用了上述评价用室400的原水流路间隔件的评价试验进行说明。需要说明的是,该评价试验是在气温为25℃的条件下实施的。
首先,算出纯水透过系数A。该“纯水”透过系数是在从管端414向评价用室400供给的原水为不包含盐等杂质的纯水的情况下,由以下的式(1)的关系求出的透过系数。
JW=A×Pout······(1)
上述式(1)中,JW为纯水体积通量[m3/(m2s)],Pout为设置于浓缩水配管L4上的水压计(未图示)的测定值。作为纯水透过系数A的计算方法,通过调节浓缩水配管L4的流量调节阀(未图示)及支路配管L2-B的流量调节泵而使得Pout=0.5MPa、浓缩水配管L4中的浓缩水流量QL4为14.5cc/min.,对该情况下的透过水配管L3的透过水流量QL3[m3/s]进行测定。然后,将该透过水流量QL3除以分离膜24a的试验体24-T的面积,由此求出纯水体积通量JW1
同样地,在使Pout=2.0MPa且浓缩水流量QL4为14.5cc/min.情况下,测定透过水流量QL3[m3/s],将该测定值除以上述试验体24-T的面积,由此测得纯水体积通量JW2
然后,使用Pout=0.5MPa、纯水体积通量JW1、和Pout=2.0MPa、纯水体积通量JW2,利用基于最小二乘法的直线拟合而求出上述式(1)中的纯水透过系数A。
接着,将从管端414向评价用室400供给的原水变更为例如已将盐浓度调节为250ppm左右的氯化钠(NaCl)溶液,使Pout=0.5MPa、浓缩水流量QL4为14.5±0.5[cc/min],测定该情况下的透过水的流量QL3[m3/s]。然后,将透过水的流量QL3除以试验体24-T的面积,由此算出溶液体积通量JV,将算出的溶液体积通量JV代入以下的式(2)中,算出试验体24-T的膜面处的渗透压Pf。在以下的式(2)中,Pout=0.5MPa。
Pf=Pout-(JV/A)······(2)
然后,利用以下所示的式(3),算出膜面浓度Cm,所述膜面浓度Cm是指作为分离膜的试验体24-T的膜面附近处原水的盐浓度。
Cm=B×Pf······(3)
上述式(3)中,换算系数B为利用原水中含有的NaCl、MgSO4、CaCl2等的盐浓度与渗透压的关系而确定的常数,在如本实施方式这样原水中含有的盐为氯化钠的情况下,换算系数B=1.2294。
接着,由式(4)的关系算出本体(bulk)浓度Cb
Cb=(Cin+Cout)/2······(4)
上述式(4)中的Cin为从送水管L2流过的原水的盐浓度,Cout为从浓缩水配管L4流过的浓缩水的盐浓度。本实施方式中,原水中含有的氯化钠的盐浓度已如上文所述那样预先调节为250ppm左右,因此仅对从浓缩水配管L4流过的浓缩水的盐浓度Cout进行测定即可。另外,对于浓缩水、原水中的盐浓度的测定而言,作为一例,可以通过测定导电度(电导率)来进行。
然后,算出由式(4)算出的Cb与由式(3)算出的Cm之比即式(5)所示的浓度比Cr
Cr=Cm/Cb······(5)
此处,图16(a)是将上述浓度比Cr作为纵坐标、并将纯水体积通量JW的测定值作为横坐标而示出各分离膜的测定结果的图表。该图(a)中,符号“△”表示作为比较例的原水流路间隔件300的试验体300-T的测定值,“◇”表示原水流路间隔件40的试验体40-T的测定值,“+”表示变形例10的原水流路间隔件160的试验体160-T的测定值。图16(b)是将该图(a)所示的各试验体40-T、160-T、300-T的浓度比Cr的测定值与测定时的纯水体积通量Jw一同示出的表。
另外,如图3所示,原水流路间隔件40的第1纱列M及第2纱列N非对称地构成。因此,将原水流路间隔件40夹在中间而相对的分离膜24a与分离膜28a中的膜面附近的原水流大不相同。因此,两个分离膜24a、28a附近处的盐浓度的分布状态也大不相同。因此,在使用了原水流路间隔件40的试验体40-T的评价试验中,需要分别对以第1纱列M与分离膜24的试验体24-T相接触的方式进行设置的情况、和以第2纱列N与该试验体24-T相接触的方式进行设置的情况下的浓度比Cr进行测定,并基于其平均值来评价浓差极化的大小。
因此,在图16(b)中,将以第1纱列M与试验体24-T相接触的方式进行设置的情况作为“B”、将以第2纱列N与试验体24-T相接触的方式进行设置的情况作为“A”而分别示出。
另外,在以下的说明中,将上述“A”的设置状态下的原水流路间隔件40的试验体40-T记为试验体40-TA,将表示上述“B”的设置状态的情况下的试验体40-T适当记为试验体40-TB。
如图16(a)所示,在使用了试验体40-TA的评价试验中,纯水体积通量Jw=0.91×10-5[m3/(m2s)]时,浓度比Cr=2.1。另外,在使用了试验体40-TB的评价试验中,纯水体积通量Jw=1.13×10-5[m3/(m2s)]时,浓度比Cr=3.1。因此,试验体40-TA、40-TB的浓度比Cr的平均值为2.6,是比作为比较例的试验体300-T的浓度比Cr的最小值2.7更低的值。因此可确认,通过原水流路间隔件40,能够较之以往的原水流路间隔件300而言减小浓差极化。
如图16(a)所示,在使用了原水流路间隔件160的试验体160-T的评价试验中,纯水体积通量Jw=1.03×10-5[m3/(m2s)]时的浓度比Cr为1.6,纯水体积通量Jw=1.51×10-5[m3/(m2s)]时的浓度比Cr为2.4。如此,可知在使用了试验体160-T的评价试验中,在任一情况下均大幅低于作为比较例的试验体300-T的浓度比Cr的最小值2.7。因此可确认,通过原水流路间隔件160,能够较之以往的原水流路间隔件300而言减小浓差极化。
另外,在使用了试验体160-T的上述评价试验中,对将浓缩水配管L4中的浓缩水流量QL4设定为14.5cc/min.时的压力损失PL进行了测定,结果为6.4kPa。该压力损失PL为从管端414供给至评价用室400的评价用流路430的原水的水压Pin、与上述Pout的差压。
同样地,在使用了试验体300-T的上述评价试验中,对将上述浓缩水流量QL4设定为14.5cc/min.时的压力损失PL进行了测定,结果测定值为8.6kPa。
如上所述,可确认,在使用了试验体160-T的情况下,能够较之以往的试验体300-T而言减小压力损失。因此,通过原水流路间隔件160,能够实现浓差极化及压力损失这两者的降低。
本发明可以在不超出其主旨的范围内,基于本领域技术人员的知识,以施加各种改进、修正或变形的方式来实施。另外,也可以在产生同一作用或效果的范围内以将任一发明特定技术特征替换为其他技术的方式来实施。

Claims (4)

1.原水流路间隔件,其特征在于,被夹入于卷绕在螺旋型膜元件的集水管上的第1分离膜和第2分离膜之间,且为包含第1纱列及第2纱列的两层结构,所述第1纱列及第2纱列相对于与所述集水管平行的方向倾斜,且所述第1纱列及第2纱列相对于与所述集水管平行的方向倾斜的方向为彼此相反的方向,
所述原水流路间隔件交替地具备:
第1网状结构,其是由所述第1纱列及所述第2纱列沿所述第2纱列的延伸方向相连而构成的;和
第2网状结构,其是由所述第1纱列及所述第2纱列沿所述第2纱列的延伸方向相连而构成的,且以所述第2纱列的间隔窄于构成所述第1网状结构的所述第2纱列的间隔的方式构成。
2.如权利要求1所述的原水流路间隔件,其以下述方式构成:构成所述第2网状结构的所述第1纱列相对于与所述集水管平行的方向而言的倾斜大于构成所述第1网状结构的所述第1纱列相对于与所述集水管平行的方向而言的倾斜。
3.如权利要求1或2所述的原水流路间隔件,其中,
所述第1网状结构是交替地排列第1网格、和网眼细于所述第1网格的中间网格而构成的,
所述第2网状结构是交替地排列所述中间网格、和网眼细于所述中间网格的第2网格而构成的。
4.螺旋型膜元件,其具备:
供透过水流动的集水管;
片状的透过水间隔件;
第1分离膜及第2分离膜,它们在叠合于所述透过水间隔件的两面的状态下形成三条边被密封、另一边为开口端的袋状,并以所述开口端与所述集水管相连接的状态卷绕于所述集水管;和
权利要求1至3中任一项所述的原水流路间隔件。
CN201780007655.3A 2016-11-18 2017-06-21 原水流路间隔件、及具备其的螺旋型膜元件 Active CN108495701B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-225396 2016-11-18
JP2016225396 2016-11-18
JP2017101262A JP6353957B2 (ja) 2016-11-18 2017-05-22 原水流路スペーサ、および、これを備えたスパイラル型膜エレメント
JP2017-101262 2017-05-22
PCT/JP2017/022819 WO2018092343A1 (ja) 2016-11-18 2017-06-21 原水流路スペーサ、および、これを備えたスパイラル型膜エレメント

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108495701A CN108495701A (zh) 2018-09-04
CN108495701B true CN108495701B (zh) 2019-10-11

Family

ID=62494059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780007655.3A Active CN108495701B (zh) 2016-11-18 2017-06-21 原水流路间隔件、及具备其的螺旋型膜元件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11484840B2 (zh)
EP (1) EP3542890B1 (zh)
JP (1) JP6353957B2 (zh)
KR (1) KR101916648B1 (zh)
CN (1) CN108495701B (zh)
RU (1) RU2703622C1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7133356B2 (ja) * 2018-05-18 2022-09-08 日東電工株式会社 流路スペーサ及びスパイラル型膜エレメント
JP7133357B2 (ja) * 2018-05-18 2022-09-08 日東電工株式会社 流路スペーサ及びスパイラル型膜エレメント
US11458437B2 (en) * 2019-09-05 2022-10-04 Molecule Works Inc. Universal planar membrane device for mass transfer
KR102436315B1 (ko) * 2019-10-02 2022-08-25 주식회사 엘지화학 공급측 유로재 및 분리막 엘리먼트

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000153270A (ja) * 1998-11-19 2000-06-06 Nitto Denko Corp スパイラル型分離膜エレメントおよびその運転方法
JP2000237554A (ja) * 1999-02-18 2000-09-05 Nitto Denko Corp スパイラル型膜エレメント
CN1137763C (zh) * 1998-06-18 2004-02-11 东丽株式会社 螺旋型逆渗透膜组件、逆渗透膜模型及其分离装置和方法
JP2004089763A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Japan Organo Co Ltd スパイラル型膜エレメント、分離膜モジュール、分離膜装置及びこれを用いる水処理方法
CN1655863A (zh) * 2002-05-02 2005-08-17 膜技术公司 具有改进的进料隔离装置的螺旋缠绕元件
JP2009195870A (ja) * 2008-02-25 2009-09-03 Nitto Denko Corp スパイラル型膜エレメント
CN104411385A (zh) * 2012-06-26 2015-03-11 康韦德塑料制品有限公司 使用低能量进料间隔件的膜过滤
JP2015066488A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 富士フイルム株式会社 酸性ガス分離用スパイラル型モジュール
JP2015205269A (ja) * 2014-04-08 2015-11-19 東レ株式会社 分離膜構造体および分離膜エレメント

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4186781A (en) * 1973-01-16 1980-02-05 Hercules Incorporated Network structures and methods of making same
SE430852B (sv) * 1977-11-18 1983-12-19 Gambro Lundia Ab Anordning for separation medelst semipermeabla membran
GB2124965B (en) * 1982-07-06 1986-05-29 Plg Res Mesh structure and laminate made therewith
US5137600A (en) * 1990-11-01 1992-08-11 Kimberley-Clark Corporation Hydraulically needled nonwoven pulp fiber web
RU2050177C1 (ru) * 1991-09-13 1995-12-20 Кемеровский технологический институт пищевой промышленности Мембранный элемент для разделения жидких сред методом ультрафильтрации
JP3098600B2 (ja) * 1991-12-18 2000-10-16 日東電工株式会社 スパイラル型分離膜モジュール
JP4154557B2 (ja) 2000-06-20 2008-09-24 ミツミ電機株式会社 アンテナ装置
JP2004050005A (ja) * 2002-07-18 2004-02-19 Japan Organo Co Ltd 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
JP2004283708A (ja) 2003-03-20 2004-10-14 Nitto Denko Corp スパイラル型分離膜エレメント
JP4688140B2 (ja) 2004-03-26 2011-05-25 日東電工株式会社 スパイラル型分離膜エレメント
WO2005092483A1 (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Nitto Denko Corporation スパイラル型分離膜エレメント
EP2259864A4 (en) * 2008-03-20 2012-11-07 Univ Yale SPIRAL WOUND MEMBRANE MODULE FOR OSMOTIC PROMOTION
WO2015153116A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 Dow Global Technologies Llc Spiral wound membrane module with defined flow resistance sections within feed spacer
US9452383B2 (en) * 2014-04-30 2016-09-27 Uop Llc Membrane separation element and process relating thereto
US20180169589A1 (en) * 2015-06-15 2018-06-21 Dmac Ip Pty Ltd Water treatment system and method
US10166513B2 (en) * 2015-12-18 2019-01-01 Nanyang Technological University Spacer for a membrane module

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1137763C (zh) * 1998-06-18 2004-02-11 东丽株式会社 螺旋型逆渗透膜组件、逆渗透膜模型及其分离装置和方法
JP2000153270A (ja) * 1998-11-19 2000-06-06 Nitto Denko Corp スパイラル型分離膜エレメントおよびその運転方法
JP2000237554A (ja) * 1999-02-18 2000-09-05 Nitto Denko Corp スパイラル型膜エレメント
CN1655863A (zh) * 2002-05-02 2005-08-17 膜技术公司 具有改进的进料隔离装置的螺旋缠绕元件
JP2004089763A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Japan Organo Co Ltd スパイラル型膜エレメント、分離膜モジュール、分離膜装置及びこれを用いる水処理方法
JP2009195870A (ja) * 2008-02-25 2009-09-03 Nitto Denko Corp スパイラル型膜エレメント
CN104411385A (zh) * 2012-06-26 2015-03-11 康韦德塑料制品有限公司 使用低能量进料间隔件的膜过滤
JP2015066488A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 富士フイルム株式会社 酸性ガス分離用スパイラル型モジュール
JP2015205269A (ja) * 2014-04-08 2015-11-19 東レ株式会社 分離膜構造体および分離膜エレメント

Also Published As

Publication number Publication date
RU2703622C1 (ru) 2019-10-21
KR20180090896A (ko) 2018-08-13
US11484840B2 (en) 2022-11-01
JP2018086642A (ja) 2018-06-07
US20200164315A1 (en) 2020-05-28
EP3542890B1 (en) 2022-09-28
JP6353957B2 (ja) 2018-07-04
CN108495701A (zh) 2018-09-04
EP3542890A1 (en) 2019-09-25
KR101916648B1 (ko) 2018-11-07
EP3542890A4 (en) 2019-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108495701B (zh) 原水流路间隔件、及具备其的螺旋型膜元件
CN102186567B (zh) 螺旋缠绕薄膜式分离器组件
CN104941448A (zh) 反渗透膜元件
US11786868B2 (en) Three-dimensional feed spacers with TPMS architectures for membrane-based systems
CN109999671A (zh) 一种提高反渗透膜元件通量的卷膜结构及其制备方法
CN103394287B (zh) 螺旋卷式反渗透膜、清洗该膜的方法和使用该膜的净水机
JP7172987B2 (ja) 膜分離システム及び膜分離システムの運転方法
WO2015063975A1 (ja) 流路部材及び正浸透膜エレメント
WO2013085755A2 (en) Feed spacers for spiral wound membrane element
CN103316590A (zh) 一种螺旋膜组件用原水隔离件、含该隔离件的膜组件及反渗透膜装置
CN204799110U (zh) 反渗透膜元件
CN217526669U (zh) 一种流道可调式过滤膜包及过滤系统
JP6593542B2 (ja) 平型中空糸膜モジュールおよび膜分離ユニット
CN202460486U (zh) 一种微管膜组件
JP7133357B2 (ja) 流路スペーサ及びスパイラル型膜エレメント
JP2015107483A (ja) 螺旋流水処理装置
US20120318736A1 (en) Spiral-type filtration module, and liquid treatment method and device employing the same
JP6087948B2 (ja) 接線流装置用の供給スクリーン
JP2001300271A (ja) 流体分離素子
JP7133356B2 (ja) 流路スペーサ及びスパイラル型膜エレメント
WO2018092343A1 (ja) 原水流路スペーサ、および、これを備えたスパイラル型膜エレメント
CN105579117A (zh) 适合家用的超滤系统
CN205461828U (zh) 电渗析装置
JP7109991B2 (ja) 流路スペーサ及びスパイラル型膜エレメント
JP7226689B2 (ja) 逆浸透エレメント差圧減少フィードスペーサおよび形成ノズル

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant