CN109562328A - 扁平型中空纤维膜组件以及膜分离单元 - Google Patents

扁平型中空纤维膜组件以及膜分离单元 Download PDF

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Abstract

本发明提供扁平型中空纤维膜组件以及膜分离单元，该扁平型中空纤维膜组件具备：扁平型的框体，其具有供给口以及排出口；多个中空纤维膜，它们收容于框体的内部，框体在一方的主面具有多个供给口，在另一方的主面具有多个排出口，多个供给口的至少一个能够被堵塞，多个排出口的至少一个能够被堵塞，多个中空纤维膜分别在一方的端部具有第一开口，在另一方的端部具有第二开口，第一开口以及第二开口与框体的外部连通，且不与框体的内部连通。

Description

扁平型中空纤维膜组件以及膜分离单元
技术领域
本发明涉及一种扁平型中空纤维膜组件以及膜分离单元。
背景技术
正渗透(FO：forward osmosis)是指低浓度(低渗透压)的处理对象水(供料溶液)侧的水经由半透膜而朝向高浓度(高渗透压)的溶液(吸取溶液)移动的现象。另一方面，在水处理领域中，已知以往一种使用逆渗透(RO：reverse osmosis)工程的水处理方法。逆渗透工程是通过人为地施加较强压力，与正渗透相反地，使水从高浓度的处理对象水向低浓度的溶液侧移动的工程。
然而，由于逆渗透工程需要较强压力，因此能量消耗量极多，能量效率较低。对此，近年来，为了提高水处理的能量效率，从而提出了一种利用了无需人为地施加压力的正渗透现象的正渗透水处理系统。
例如，在国际公开第2013/118859号(专利文献1)中，公开有使用了中空纤维式半透膜的正渗透水处理系统。中空纤维膜的优点在于，与螺旋型半透膜等相比，能够增大每个组件的膜面积，能够提高膜渗透效率。另外，由于它本身具有分离功能并且是支承体，因此能够不需要流路材料，并且提高膜的集成度、容积效率。因此，具有能够增大膜元件的每单位体积的过滤流量的特点。
另一方面，作为用于正渗透水处理系统的吸取溶液已知有各种溶液，例如，日本特表2014-512951号公报(专利文献2)中，公开了作为吸取溶液而使用聚乙醇共聚物等的高粘度溶液。
需要说明的是，在专利文献3(美国专利申请公开第2014/0175011号说明书)中，公开了一种将具有多个平膜的组件多段连结而成的膜分离装置，但是不能如使用了中空纤维膜的情况那样提高膜渗透效率。
另外，在专利文献4(日本特开2000-51672号公报)中，公开了平行地排列有多个包括编织物在内的扁平型中空纤维膜组件的膜分离装置，该编织物在多根中空纤维平行配置的状态下由线形成为一体。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/118859号
专利文献2：日本特表2014-512951号公报
专利文献3：美国专利申请公开第2014/0175011号说明书
专利文献4：日本特开2000-51672号公报
发明内容
发明要解决的课题
如专利文献1所述那样的现有的圆筒型中空纤维膜元件例如将高粘度的吸取溶液流向中空纤维式半透膜的外侧的情况下，膜元件中央的分配管附近的流速大且压力损失也变大，有时不能确保为了在中空纤维式半透膜的内外维持足够有效渗透压差而所需的吸取溶液流量，导致正渗透水处理等的膜分离效率降低。需要说明的是，如专利文献4所述那样的平行地排列有多个扁平型中空纤维膜组件的膜分离装置中，由于相同的流体通过多个扁平型中空纤维膜组件，因此压力损失也较大。
本发明鉴于上述的课题，在使用了中空纤维膜的膜渗透效率高的膜分离装置中，其目的在于，降低压力损失，并且抑制膜分离效率的下降。
用于解决课题的技术方案
[1]一种扁平型中空纤维膜组件，具备：
扁平型的框体，其具有供给口以及排出口；以及
多个中空纤维膜，它们收容于所述框体的内部，
所述框体在一方的主面具有多个供给口，在另一方的主面具有多个排出口，
所述多个供给口中的至少一个供给口能够被堵塞，所述多个排出口中的至少一个排出口能够被堵塞，
所述多个中空纤维膜分别在一方的端部具有第一开口，且在另一方的端部具有第二开口，
所述第一开口以及所述第二开口与所述框体的外部连通，且不与所述框体的内部连通。
[2]根据[1]所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述多个供给口以及所述多个排出口在从与所述框体的主面垂直的方向观察时配置于所述多个中空纤维膜的外侧。
[3]根据[2]所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述多个供给口包括在从与所述框体的主面垂直的方向观察时配置于与所述多个中空纤维膜对置的位置的两个供给口，该两个供给口中的任一方均能够被堵塞，
所述多个排出口包括在从与所述框体的主面垂直的方向观察时配置于与所述多个中空纤维膜对置的位置的两个排出口，该两个供给口中的任一方均能够被堵塞。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
在从与所述框体的主面垂直的方向观察时，在所述框体的外侧还具备：
第一流路，其经由所述第一开口而与所述多个中空纤维膜的内部连通；以及
第二流路，其经由所述第二开口而与所述多个中空纤维膜的内部连通，
所述第一流路具有第一流入口以及第一流出口，
所述第二流路具有第二流入口以及第二流出口，
所述第一流入口以及所述第二流入口中的任一方均能够被堵塞，
所述第一流出口以及所述第二流出口中的任一方均能够被堵塞。
[5]根据[4]所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述第一流路和所述第二流路在从与所述框体的主面垂直的方向观察时配置于与所述多个中空纤维膜对置的位置。
[6]根据[1]～[5]中任一所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述多个中空纤维膜在与所述框体的主面平行的方向上彼此隔开规定的间隙而配置。
[7]根据[1]～[6]中任一所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述多个中空纤维膜包括通过多个中空纤维膜在平面地配置的状态下形成为一体而成的中空纤维膜束片。
[8]根据[7]所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
在所述中空纤维膜束片中，多个中空纤维膜通过彼此由横纱限制而形成为一体。
[9]根据[7]所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述中空纤维膜束片包括具有多个贯穿孔的整流片，
在所述中空纤维膜束片中，多个中空纤维膜通过固定于所述整流片的一方的面而形成为一体。
[10]根据[1]～[8]中任一所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
在所述框体内还包括具有多个贯穿孔的整流片。
[11]一种膜分离单元，其中，
所述膜分离单元具备多个[1]～[10]中任一所述的扁平型中空纤维膜组件。
发明效果
根据本发明，在使用了中空纤维膜的膜渗透效率高的膜分离装置中，能够降低压力损失，抑制膜分离效率的下降。
附图说明
图1是用于说明本发明的一实施方式中的扁平型中空纤维膜组件的一部分的结构的示意图。
图2是用于说明本发明的一实施方式中的扁平型中空纤维膜组件的一部分的结构的另一示意图。
图3的(a)和(b)是用于说明本发明的一实施方式中的扁平型中空纤维膜组件的一部分的结构的另一示意图。
图4的(a)和(b)是用于说明本发明的一实施方式中的扁平型中空纤维膜组件的一部分的结构的另一示意图。
图5是用于说明本发明的一实施方式中的扁平型中空纤维膜组件的一部分的结构的另一示意图。
图6是用于说明本发明的一实施方式中的扁平型中空纤维膜组件的一部分的结构的另一示意图。
图7的(a)和(b)是用于说明本发明的一实施方式中的扁平型中空纤维膜组件的结构的示意图。
图8是用于说明本发明的一实施方式中的膜分离单元的结构的示意图。
图9是示出图8的Y-Y’剖面(参照图6的Y-Y’剖面)的示意图。
图10是示出图8的Y-Y’剖面(参照图6的Y-Y’剖面)的其他示意图。
图11是示出图8的X-X’剖面(参照图6的X-X’剖面)的示意图。
图12是示出图8的X-X’剖面(参照图6的X-X’剖面)的其他示意图。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，参照附图并进行说明。需要说明的是，在附图中，相同的附图标记表示同一部分或者相当部分。
(扁平型中空纤维膜组件)
首先，关于本实施方式的扁平型中空纤维膜组件的结构，参照图1～图7并进行说明。
本实施方式的扁平型中空纤维膜组件由如图1所示的端板11(2片)、如图2所示的侧壁12、如图3所示的隔板131、132以及如图4的(a)所示的膜板14构成(参照图5～图7)。如此，本实施方式的扁平型中空纤维膜组件仅由4种部件构成。需要说明的是，隔板131和隔板132是相同形状的部件。
参照图1，端板11是在矩形的平板上设置槽114、螺栓孔114a以及孔111a、111b、112a、112b而成的部件。在端板11的槽114嵌入有侧壁12的端部。
如此，在构成扁平型中空纤维膜组件的各部件的表面制作凹凸，能够容易地进行部件的组合。例如，通过在被组合的一方的部件的表面形成槽或者榫眼，在另一方的部件的表面设置与该槽嵌合的凸部或者榫，从而能够容易地进行部件的组合。
参照图2，侧壁12是基本上呈方筒状的部件，在图的上下方向的两侧具有开口。另外，侧壁12在外周表面具有加强用的肋12a，此外，在内周表面具有用于在内部装填膜板14以及隔板131、132的引导件12b。
侧壁12的肋12a具有在长度方向上贯穿肋12a的贯穿孔12c。由此，在2片端板11的槽114嵌入有侧壁12的各个端部的状态(在2片端板11夹入侧壁12的状态)下，能够在端板11的螺栓孔114a以及端板11的贯穿孔12c穿过螺栓由螺母固定。
参照图3的(a)，隔板131是形成有开口131a以及开口131b的平板。另外，参照图3的(b)，隔板132是形成有开口132a以及开口132b的平板。需要说明的是，隔板132是与隔板131相同形状的部件，仅配置方向不同。
参照图4的(a)，膜板14具备彼此大致平行地排列且在两端具有开口141a的多个中空纤维膜141。各个中空纤维膜141的两端固定于框部件143，以贯穿方筒状的框部件143的(在图的左右方向上)对置的侧壁(以使中空纤维膜的两侧的开口141a分别与框部件143的外部连通)。
另外，在框部件143的(在附图的纵深方向上)对置的侧壁设有在该侧壁的高度方向上贯穿的流路143a、143b。
另外，在附图的上下方向上，以夹入多个中空纤维膜141的方式设置2片整流片142。需要说明的是，在图4中，仅描述了上侧的整流片142，但在下侧也设置有相同的整流片142。
图5示出在端板11组合有隔板131的状态。在该状态下，开口131a与端板11的孔112a连通，开口131b与端板11的孔112b连通。需要说明的是，在图5中省略了侧壁12，但实际上，在将侧壁12组合到端板11之后，隔板131沿着侧壁12的引导件12b而被装填。
在图5中，端板11的孔111b由插塞113堵塞。由此，如图6中箭头所示，从下侧的端板11的孔111a流入的流体(DS或者FS)穿过中空纤维膜141的内部，并从上侧的端板11的孔111d(图7的(a))流出。
图6示出在端板11以及隔板131上还组合有膜板14的状态。需要说明的是，在图6中省略了侧壁12，但实际上，在将侧壁12组合到端板11并装填有隔板131之后，膜板14沿着侧壁12的引导件12b而被装填。
在图6示出的状态中，流路143a与开口131a连通，流路143b与开口131b连通。由此，流体从下侧的端板11的孔112a经由下侧的隔板131的开口131a而流入，一部分穿过框部件143的内部的多个中空纤维膜141的外侧的部分，经由上侧的隔板132的开口132b而从上侧的端板11的孔112d(图7的(a))流出。流体的剩余的一部分穿过膜板14的流路143a，经由上侧的隔板132的开口132a而从上侧的端板11的孔112c(图7的(a))流出。
图7是组合2片端板11、侧壁12、隔板131、132以及膜板14而成的扁平型中空纤维膜组件的立体图。即，在图5示出的状态下，示出在膜板14上装填隔板132，并在其上将端板11以槽114在下侧的方式载置的状态。需要说明的是，图7的(a)是从斜上方观察时的图，图7的(b)是从斜下方观察时的图。
扁平型中空纤维膜组件的主面的一边的长度例如是0.5～1m左右。扁平型中空纤维膜组件的厚度例如是1～50cm左右。扁平型中空纤维膜组件的形状是上述厚度比其他边的长度短的长方体状(平板状)。
在图7的(b)中，下侧的端板11的孔111b以及孔112b由插塞113堵塞，下侧的端板11的其他的孔111a以及孔112a以及上侧的端板11的所有的孔(111c、111d、112c、112d)未被堵塞。这是与后述的图9的扁平型中空纤维膜组件1a以及图11的扁平型中空纤维膜组件1a相当的方式，但并不局限于上述方式。
需要说明的是，在图7的方式中(参照图7以及图6等)，由膜板14的框部件143、隔板131、132(在图6中省略)以及2片端板11来形成用于在内部收容多个中空纤维的“框体”。框体是与扁平型中空纤维膜组件的形状匹配的形状，与扁平型中空纤维膜组件相同地，扁平型即厚度比其他边的长度短的长方体状(平板状)。
在此，孔112a是向该框体内的流体的“供给口”，孔112c、112d是该框体内的流体的“排出口”。需要说明的是，能够成为供给口的孔112b能够被堵塞，在图7中由插塞113堵塞。
这些供给口(孔112a、112b)以及排出口(孔112c、112d)从与框体(端板11)的主面垂直的方向观察时，配置于多个中空纤维膜141的外侧。
多个供给口在从与框体的主面垂直的方向观察时，包括配置于与多个中空纤维膜141对置的位置的两个供给口(孔112a、112b)，该两个供给口均能够被堵塞。另外，多个排出口在从与框体的主面垂直的方向观察时，包括配置于与多个中空纤维膜141对置的位置的两个排出口(孔112c、112d)，该两个排出口均能够被堵塞。
通过上述供给口和排出口的配置，如后述的图11以及图12那样，在连结多个扁平型中空纤维膜组件而成的膜分离单元中，通过堵塞多个供给口以及多个排出口中的至少一个，从而能够自由地设计框体的内部(多个中空纤维膜141的外侧)的流路。而且，如后述的图11那样，通过并联地连结框体的内部(多个中空纤维膜141的外侧)的流路，从而能够大幅地降低膜分离单元的压力损失。因此，在本实施方式中，在使用了中空纤维膜的膜渗透效率高的膜分离装置中，能够降低压力损失，抑制膜分离效率的下降。
另外，能够适当地控制在框体的内部(多个中空纤维膜141的外侧)中流体穿过的位置，使流体向适当的范围以及方向流动，从而提高膜分离效率。
另外，在从与框体(端板11)的主面垂直的方向观察时，在框体的外侧具备经由第一开口141a1而与多个中空纤维膜的内部连通的第一流路121以及经由第二开口141a2而与多个中空纤维膜的内部连通的第二流路122(参照图9)。
第一流路121具有第一流入口(孔111a)以及第一流出口(孔111c)，第二流路122具有第二流入口(孔111b)以及第二流出口(孔111d)。在此，第一流入口(孔111a)以及第二流入口(孔111b)中的任一方均能够被堵塞，第一流出口(孔111c)以及第二流出口(孔111d)中的任一方均能够被堵塞。
由此，如后述的图9或者图10那样，在连结多个扁平型中空纤维膜组件而成的膜分离单元中，能够自由地设计穿过多个中空纤维膜141内的流路。而且，如后述的图9那样，通过并列地连结穿过多个中空纤维膜141内的流路，从而能够大幅地降低膜分离单元的压力损失。因此，在本实施方式中，在使用了中空纤维膜的膜渗透效率高的膜分离装置中，能够降低压力损失，抑制膜分离效率的下降。
以下，对膜板14的结构进行详细说明。在膜板14中，多个中空纤维膜141在与框体(端板11)的主面平行的方向上彼此隔开规定的间隙而配置。中空纤维膜141的内径例如是10～300μm左右。中空纤维膜141的外径例如是100～500μm左右。
作为构成中空纤维膜141的半透膜例如举出被称为逆渗透膜(RO膜：ReverseOsmosis Membrane)、正渗透膜(FO膜：Forward Osmosis Membrane)、纳滤膜(NF膜：Nanofiltration Membrane)、超滤膜(UF膜：Ultrafiltration Membrane)的半透膜。半透膜优选为逆渗透膜、正渗透膜或者纳滤膜。
通常，RO膜以及FO膜的孔径是大约2nm以下，UF膜的孔径是大约2～100nm。NF膜是RO膜中离子和盐类的截留率比较低的膜，通常，NF膜的孔径是大约1～2nm。在使用作为半透膜的RO膜、FO膜或者NF膜的情况下，RO膜、FO膜或者NF膜的除盐率优选是90％以上。
作为构成半透膜的材料并未特别地限定，但可以举出例如纤维素系树脂、聚砜系树脂、聚酰胺系树脂等。半透膜优选由包含纤维素系树脂以及聚砜系树脂中的至少任一种的材料构成。
纤维素系树脂优选是醋酸纤维素系树脂。醋酸纤维素系树脂相对于作为杀菌剂的氯具有耐性，具有能够抑制微生物的增殖的特点。醋酸纤维素系树脂优选是醋酸纤维素，从耐久性这点出发，更优选为三乙酸纤维素。
聚砜系树脂优选是聚醚砜系树脂。聚醚砜系树脂优选是磺化聚醚砜。
作为具体的中空纤维膜(中空纤维式半透膜)的一例举出整体由纤维素系树脂构成的单层结构的膜。然而，在此单层结构是指不需要层整体为均匀的膜，例如，优选在外周表面附近具有致密层，该致密层是实质上规定中空纤维式半透膜的孔径的分离活性层。
作为具体的中空纤维式半透膜的另一例举出在支承层(例如，由聚苯醚构成的层)的外周表面具有由聚亚苯基系树脂(例如，磺化聚醚砜)构成的致密层的2层结构的膜。另外，作为另一例，举出在支承层(例如，由聚砜或聚醚砜构成的层)的外周表面具有由聚酰胺系树脂构成的致密层的2层结构的膜。
在现有的圆筒型中空纤维膜元件的制作中，例如，如在专利第4412486号公报、专利第4277147号公报、专利第3591618号公报、专利第3008886号公报等所公开地那样，汇集45～90根或者其以上的中空纤维膜而作为一个中空纤维膜集合体，进而将该中空纤维膜集合体横向排列有多个而形成扁平的中空纤维膜束。然后，使该中空纤维膜束一边向具有多个孔的芯管横动(在芯管的轴向上往复移动)一边缠绕。通过采用上述方法，能够提高中空纤维膜的充填率，并且在中空纤维膜间均等地设置适当的间隙，因此能够抑制流向中空纤维膜的外侧的流体的偏流。
然而，在扁平型中空纤维膜组件1(膜板14)中没有芯管，因此在该制作中不能够采用上述那样的制作方法。因此，例如，膜板14例如通过将中空纤维膜(中空纤维式半透膜)141捆扎有多个、并将两端由树脂等固定(灌封)而制作。
为了制作充填率较高且能够抑制偏流的扁平型中空纤维膜组件，如以下那样，优选预先制作通过多个中空纤维膜在平面地配置的状态下形成为一体而成的中空纤维膜束片，使用中空纤维膜束片来制作膜板14。
多个中空纤维膜几乎平行地配置，预先制作这些如帘那样由横纱一体化而成的编织物(中空纤维膜束片)，将规定长度的中空纤维膜束片(可以是层叠多个中空纤维膜束片而成的层叠体)固定到规定大小的框部件，从而能够制作膜板14(扁平型中空纤维膜元件)。由此，能够防止因流体(FS或者DS)的压力、自重导致中空纤维膜的弯曲、折断等。需要说明的是，尤其是，中空纤维膜的折断容易发生，因此与中空纤维膜的粘结部的界面部(吸湿部)通过预先由横纱限制该部分，从而能够更可靠地防止中空纤维膜的弯曲、折断等。
另外，在规定的框架(绞纱)等，一边使中空纤维膜按一定速度横动，一边以使间隔均匀的方式卷绕中空纤维膜，将得到的卷绕物的一部分裁断而制作中空纤维膜束片也是可以的。在该情况下，如图4的(b)所示的中空纤维膜的交叉配置、不同种类的中空纤维膜的组合等是可能的。通过形成为交叉配置，由于在中空纤维膜(束)的交叉部规则地形成空隙，因此流向中空纤维膜的外侧的流体中的非溶解成分、粒子成分等较少地被中空纤维膜间捕捉，难以发生压力损失的增大。另外，能够得到流向中空纤维膜的外侧的流体的偏流的抑制、自身形状保持性(中空纤维膜彼此支撑)的提高等效果。需要说明的是，交叉配置例如可以是从膜板的宽度方向观察时多个中空纤维膜交叉的配置(参照图4的(b))，也可以是从厚度方向(与膜板14的主面垂直的方向)观察时多个中空纤维膜交叉的配置。
另外，可以将中空纤维膜束片配置于具有多个贯穿孔的整流片(筛网、冲孔板等)上。即，在中空纤维膜束片中，多个中空纤维膜可以通过固定于整流片的一方的面而一体化。另外，可以在中空纤维膜束片的外侧、邻接的中空纤维膜束片间等配置整流片。如此一来，中空纤维膜束片由整流片保持，因此能够防止因流体(FS或者DS)的压力、自重导致中空纤维膜的弯曲、折断等。
需要说明的是，将具有多个贯穿孔的整流片设于膜板14(框体)内，从而能够使膜板14的内部(中空纤维膜141的外侧)的流体的流动均匀化，抑制偏流等。整流片的开口率并未特别地限定，但优选是30％以上。
(膜分离单元)
接下来，参照图8～图12，对本实施方式的膜分离单元的结构进行说明。
参照图8，本实施方式的膜分离单元通过多个扁平型中空纤维膜组件1a、1b、1c在上下方向上(在与扁平型中空纤维膜组件的主面垂直的方向上)连结而成。需要说明的是，在图8中，省略各个扁平型中空纤维膜组件的详细情况。
图9以及图10是示出图8的Y-Y’剖面(参照图6的Y-Y’剖面)的图。图9示出穿过扁平型中空纤维膜组件1a、1b、1c的中空纤维膜141的内部的流体的流路并联地连接的方式。图10示出穿过扁平型中空纤维膜组件1a、1b、1c的中空纤维膜141的内部的流体的流路串联地连接的方式。
在图9中，扁平型中空纤维膜组件1a的孔111b由插塞113堵塞，扁平型中空纤维膜组件1c的孔111c由插塞113堵塞。除此以外，端板11的孔111a、111b、111c、111d未被堵塞。由此，在从扁平型中空纤维膜组件1a的下侧的端板11的孔111a向第一流路121流入流体时，一部分的流体经由第一开口141a1流入到中空纤维膜141的内部，依次穿过第二开口141a2、第二流路122、孔111d以及扁平型中空纤维膜组件1b的孔111b，并向扁平型中空纤维膜组件1b的第二流路122流出。第一流路121内的另一部分的流体依次穿过孔111c以及扁平型中空纤维膜组件1b的孔111a，并向扁平型中空纤维膜组件1b的第一流路121流出。
以下，在图9示出的结构中，如箭头所示，流体在扁平型中空纤维膜组件1a、1b、1c的中空纤维膜141的内部并联地流动，最终从扁平型中空纤维膜组件1c的孔111d流出。
另一方面，在图10中，如箭头所示，流体在扁平型中空纤维膜组件1a、1b、1c的中空纤维膜141的内部串联地流动。各个端板11的孔由插塞113堵塞，以形成上述那样的串联的流路。
需要说明的是，如图9所示流体并联地流动时，相比于如图10所示流体串联地流动时，在压力损失较小这点上是优选的。尤其是，在向中空纤维膜141的内部(中空部)流入比较高粘度(例如，粘度是10cp以上)的DS等的情况下，优选如图9示出那样将多个扁平型中空纤维膜组件连接。
然而，在中空纤维膜的内部流动的流体的粘度较低的情况下，或者流量较小压力损失本身足够小的情况下，如图10所示在中空纤维式半透膜的内部流动的流体串联地流动时，相比于如图9所示在中空纤维式半透膜的内部流动的流体并联地流动时，由于能够增大流速且减小浓度极化，因此有时能够提高膜渗透效率。因此，可以结合使用目的、期待的效果等而适当地选定是使流路并联还是串联。需要说明的是，可以组合并联的流路和串联的流路。
图11以及图12是示出图8的X-X’剖面(参照图6的X-X’剖面)的图。图11示出穿过扁平型中空纤维膜组件1a、1b、1c的中空纤维膜141的外侧的流体的流路并联地连接的方式。图12示出穿过扁平型中空纤维膜组件1a、1b、1c的中空纤维膜141的外侧的流体的流路串联地连接的方式。
在图11中，扁平型中空纤维膜组件1a的孔112b由插塞113堵塞，扁平型中空纤维膜组件1c的孔112c由插塞113堵塞。除此以外，端板11的孔112a、112b、112c、112d未被堵塞。
由此，在使流体从扁平型中空纤维膜组件1a的下侧的端板11的孔112a流入时，一部分的流体依次穿过隔板131的开口131a、框部件143(膜板14)的内部的多个中空纤维膜141的外侧、隔板132的开口132b、孔112d以及扁平型中空纤维膜组件1b的孔112b，并向扁平型中空纤维膜组件1b的流路143b流出。流体的另一部分依次穿过隔板131的开口131a、流路143a、隔板132的开口132a、孔112c以及扁平型中空纤维膜组件1b的孔112a，并向扁平型中空纤维膜组件1b的流路143a流出。
以下，在图11示出的结构中，如箭头所示，流体在扁平型中空纤维膜组件1a、1b、1c的中空纤维膜141的外侧并联地流动，最终从扁平型中空纤维膜组件1c的孔112d流出。
另一方面，在图12中，如箭头所示，流体在扁平型中空纤维膜组件1a、1b、1c的中空纤维膜141的外侧串联地流动。各个端板11的孔由插塞113堵塞，以形成上述那样的串联的流路。
需要说明的是，如图11所示流体并联地流动时，相比于如图12所示流体串联地流动时，由于压力损失较小因而是优选的。尤其是，在使比较高粘度的DS等流向中空纤维膜141的外侧的情况下，优选如图11示出那样将多个扁平型中空纤维膜组件连接。
然而，在中空纤维膜的外部流动的流体的粘度较低的情况下，或者流量较小压力损失本身足够小的情况下，如图12所示在中空纤维式半透膜的外部流动的流体串联地流动时，相比于如图11所示在中空纤维式半透膜的外部流动的流体并联地流动时，由于能够增大流速且减小浓度极化，因此有时能够提高膜渗透效率。因此，可以结合使用目的、期待的效果等而适当地选定是使流路并联还是串联。需要说明的是，可以组合并联的流路和串联的流路。
(膜分离装置)
本实施方式的膜分离装置具备上述的膜分离单元，还具备用于使DS以及FS循环的流路、泵等其他设备。作为膜分离单元以外的设备，能够使用用于膜分离装置的各种公知的设备。
(正渗透处理)
在将本实施方式的扁平型中空纤维膜组件或者膜分离单元用于正渗透处理的情况下，通过使包含水的供料溶液(FS)与包含吸取溶质且具有比供料溶液高的渗透压的吸取溶液(DS)经由中空纤维膜而接触，从而利用正渗透现象使FS中所包含的水向DS中移动(渗透、透过)。
供料溶液(FS、处理对象水)是包含水的液体即可，例如，是海水、汽水、瓶装水、井水、湖泊水、河水、工厂废水等。尤其是得到淡水困难的沿海地区等得到淡水是有用的，因此FS优选是在上述地方容易得到的海水、汽水、瓶装水、井水等。
井只要是排出伴随水的井即可，并未特别地制限，但可以例如是采掘石油、页岩气、油砂、CBM(煤层甲烷)等的井等。伴随水是伴随着来自井的采掘目的物而排出的水，包含盐分、有机物、悬浮液等。
本实施方式的扁平型中空纤维膜组件尤其在吸取溶液的粘度比较高的情况下有用。作为用于比较高粘度的吸取溶液的吸取溶质，例如举出糖类、蛋白质、合成高分子等。从容易回收以及再利用这点出发，优选刺激响应性高分子。作为刺激响应性高分子，举出温度响应性高分子、pH响应性高分子、光响应性高分子、磁响应性高分子等。
温度响应性高分子是指具有将规定的温度作为临界点而亲水性变化的特性(温度响应性)的高分子。换言之，温度响应性是指根据温度而成为亲水性或成为疏水性的特性。在此，亲水性的变化优选是可逆的。在该情况下，温度响应性高分子通过调节温度而能够在水中溶解或与水相分离。需要说明的是，温度响应性高分子例如在日本特开2015-47541号公报中公开。
温度响应性高分子优选是由衍生自单体的多个结构单位构成的聚合物，在侧链中具有亲水性基团。
温度响应性高分子存在下限临界共溶温度(LCST)类型和上限临界共溶温度(UCST)类型。在LCST类型中，溶解于低温的水的高分子在成为高分子所固有的温度(LCST)以上的温度时与水相分离。相反地，在UCST类型中，溶解于高温的水的高分子在成为高分子所固有的温度(UCST)以下时与水相分离(参照杉原等，“向环境响应性高分子的组织体的展开”，SEN’|GAKKAISHI(纺织和工业)，Vol.62，No.8，2006)。在半透膜使用容易因高温而劣化的材料的情况下，更希望溶解于低温的水的温度响应性高分子与半透膜接触，因此优选用于本发明的温度响应性高分子是LCST类型。另外，在使用由难以因高温而劣化的材料构成的半透膜的情况下，除了LCST类型之外，还能够使用UCST类型。
作为亲水性基，例如举出羟基、羧基、乙酰基、醛基、醚键、酯键。亲水性基优选是从上述这些选择出的至少一种。
温度响应性高分子优选在至少一部分或者全部的结构单位中具有至少一个亲水性基。另外，温度响应性高分子也可以具有亲水性基且在一部分的结构单位中具有疏水性基。需要说明的是，为了使温度响应性高分子具有温度响应性，重要的是分子中所包含的亲水性基与疏水性基的平衡。
作为具体的温度响应性高分子，例如举出聚乙烯醚系聚合物、聚乙酸乙烯酯系聚合物、(甲基)丙烯酸系聚合物等。
吸取溶液的粘度优选是0.05Pa·S以上，更优选为0.10Pa·S以上。作为吸取溶液，在使用上述高粘度的溶液的情况下，尤其正渗透处理的效率容易下降，因此本发明的扁平型中空纤维膜组件以及膜分离单元是有用的。
吸取溶液的渗透压取决于溶质的分子量等，但优选为0.5～10MPa，更优选为1～9MPa，进一步优选是2～8MPa。
本次公开的实施方式所有的点均是例示，并不局限于此。本发明的范围不是由以上描述而是由技术方案表示，并且旨在包括与技术方案等同的含义以及在该范围内的所有变更。
附图标记说明：
1、1a、1b、1c：膜组件，11：端板，111a、111b、111c、111d、112a、112b、112c、112d：孔，113：插塞，114：槽，114a：螺栓孔，12：侧壁，121：第一流路，122：第二流路，12a：肋，12b：引导件，131、132：隔板，131a、131b、132a、132b：开口，14：膜板，141：中空纤维膜，141a：开口，142：整流片，143：框部件，143a、143b：流路。

Claims (11)

1.一种扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述扁平型中空纤维膜组件具备：
扁平型的框体，其具有供给口以及排出口；以及
多个中空纤维膜，它们收容于所述框体的内部，
所述框体在一方的主面具有多个供给口，在另一方的主面具有多个排出口，
所述多个供给口中的至少一个供给口能够被堵塞，所述多个排出口中的至少一个排出口能够被堵塞，
所述多个中空纤维膜分别在一方的端部具有第一开口，且在另一方的端部具有第二开口，
所述第一开口以及所述第二开口与所述框体的外部连通，且不与所述框体的内部连通。
2.根据权利要求1所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述多个供给口以及所述多个排出口在从与所述框体的主面垂直的方向观察时配置于所述多个中空纤维膜的外侧。
3.根据权利要求2所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述多个供给口包括在从与所述框体的主面垂直的方向观察时配置于与所述多个中空纤维膜对置的位置的两个供给口，该两个供给口中的任一方均能够被堵塞，
所述多个排出口包括在从与所述框体的主面垂直的方向观察时配置于与所述多个中空纤维膜对置的位置的两个排出口，该两个供给口中的任一方均能够被堵塞。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
在从与所述框体的主面垂直的方向观察时，在所述框体的外侧还具备：
第一流路，其经由所述第一开口而与所述多个中空纤维膜的内部连通；以及
第二流路，其经由所述第二开口而与所述多个中空纤维膜的内部连通，
所述第一流路具有第一流入口以及第一流出口，
所述第二流路具有第二流入口以及第二流出口，
所述第一流入口以及所述第二流入口中的任一方均能够被堵塞，
所述第一流出口以及所述第二流出口中的任一方均能够被堵塞。
5.根据权利要求4所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述第一流路和所述第二流路在从与所述框体的主面垂直的方向观察时配置于与所述多个中空纤维膜对置的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述多个中空纤维膜在与所述框体的主面平行的方向上彼此隔开规定的间隙而配置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述多个中空纤维膜包括通过多个中空纤维膜在平面地配置的状态下形成为一体而成的中空纤维膜束片。
8.根据权利要求7所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
在所述中空纤维膜束片中，多个中空纤维膜通过彼此由横纱限制而形成为一体。
9.根据权利要求7所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
所述中空纤维膜束片包括具有多个贯穿孔的整流片，
在所述中空纤维膜束片中，多个中空纤维膜通过固定于所述整流片的一方的面而形成为一体。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的扁平型中空纤维膜组件，其中，
在所述框体内还包括具有多个贯穿孔的整流片。
11.一种膜分离单元，其中，
所述膜分离单元具备多个权利要求1至10中任一项所述的扁平型中空纤维膜组件。
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