JP2000015064A - 分離膜モジュールおよびその運転方法 - Google Patents

分離膜モジュールおよびその運転方法

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JP2000015064A
JP2000015064A JP10189309A JP18930998A JP2000015064A JP 2000015064 A JP2000015064 A JP 2000015064A JP 10189309 A JP10189309 A JP 10189309A JP 18930998 A JP18930998 A JP 18930998A JP 2000015064 A JP2000015064 A JP 2000015064A
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separation membrane
flow path
membrane module
side flow
membrane element
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Tetsuro Adachi
哲朗 安達
Ichiro Kawada
一郎 河田
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Nitto Denko Corp
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Nitto Denko Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力容器内で直列に連結された複数の分離膜
エレメントにおいて、各分離膜エレメントの運転条件を
できるだけ均一化することである。 【解決手段】 分離膜モジュールにおいて、圧力容器2
内の3本のスパイラル型分離膜エレメント1a、1bお
よび1cの集水管7内にオリフィス25a、25bおよ
び25cを装着する。オリフィス25a、25bおよび
25cの内径を調整することにより、各スパイラル型分
離膜エレメント1a、1bおよび1cにおける透過流束
が等しくなるように集水管7における圧力損失を設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の成分を分離
する分離膜モジュールおよびその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、純水や用水の造水プロセス、食品
や薬品などの製造プロセス、生活排水や産業排水などの
排水処理プロセスにおいて、原水から固形物質や溶解性
物質を分離するために分離膜モジュールが多く利用され
ている。分離膜モジュールは、圧力容器および分離膜エ
レメントからなり、圧力容器内に分離膜エレメントが装
填される。膜分離の処理容量を大きくするためには、圧
力容器内に複数の分離膜エレメントが装填される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図6は、従来の分離膜
モジュールの一例を示す一部切欠き斜視図である。図6
において、圧力容器2内に3本の分離膜エレメント1
a、1bおよび1cが装填され、集水管7の端部同士が
コネクタ12で直列に連結されている。これらの分離膜
エレメント1a、1bおよび1cはスパイラル型分離膜
エレメントであり、図6の分離膜モジュールはスパイラ
ル型分離膜モジュールである。
【0004】図6に示すように、原水9は、原水入口2
0から圧力容器2内に供給され、分離膜エレメント1a
の一方の端面から分離膜エレメント1a内に流入し、原
水流路を通って他方の端面から流出する。分離膜エレメ
ント1aから流出した原水は、同様にして分離膜エレメ
ント1bを通過し、さらに分離膜エレメント1cを通過
した後、濃縮水11として濃縮水出口22から排出され
る。この過程で、分離膜エレメント1a、1bおよび1
cの分離膜を透過した水は集水管7を通り透過水出口2
1から透過水10として排出される。
【0005】このように原水9が一方向から流入される
ので、各分離膜エレメント1a、1bおよび1cでは運
転条件が異なってくる。特に、図6の分離膜モジュール
を海水淡水化に用いた場合、各分離膜エレメント1a、
1bおよび1cにおける運転条件に顕著な違いが現れ
る。
【0006】分離膜モジュールを海水淡水化に用いた場
合、操作圧力P0 は次の関係式(1)で表すことができ
る。
【0007】 P0 =P1 +P2 +P3 +P4 ・・・(1) ここで、P1 は原水側流路の圧力損失、P2 は原水の浸
透圧、P3 は分離膜の透過に伴う圧力損失、P4 は透過
水側流路の圧力損失を示す。なお、海水淡水化の場合、
原水に相当するのが海水で、透過水に相当するのが淡水
である。
【0008】この分離膜モジュールでは、圧力容器2内
の原水入口20側の分離膜エレメント1aから濃縮水出
口22側の分離膜エレメント1cに向かって海水の濃縮
および淡水の生成が進む。海水の浸透圧は海水濃度が低
い程小さくなり、分離膜エレメント1aの方が分離膜エ
レメント1cよりも浸透圧が低くなるため、分離膜エレ
メント1aでの原水の浸透圧P2 の値は分離膜エレメン
ト1cでの原水の浸透圧P2 の値よりも小さくなる。
【0009】このように、圧力容器2内の分離膜エレメ
ント1a、1bおよび1cの位置により原水の浸透圧P
2 の値に大きな差が出る。各分離膜エレメント1a、1
bおよび1cにおいて操作圧力P0 の値はほぼ等しいた
め、透過水側流路の圧力損失P4 の値が一定である場
合、原水の浸透圧P2 が変化すると、分離膜の透過に伴
う圧力損失P3 が変化することにより圧力バランスが保
たれる。その結果、分離膜エレメント1aでは分離膜エ
レメント1cに比べて数倍も透過水量が多くなる。この
ため、分離膜エレメント1aではファウリング(膜面汚
れ)が生じやすく、また、分離膜への負担も大きくなる
ので分離膜エレメントの寿命低下を引き起こす。
【0010】以上のように、各分離膜エレメントにおい
て運転条件が異なると、分離膜エレメントによって分離
膜の汚染状態や寿命が異なってくるため、膜分離操作が
非常に効率の悪いものになるとともに、長期に渡る分離
膜モジュールの安定運転を行うことが非常に難しくなっ
てくる。
【0011】このため、分離膜モジュールを並列に多段
で並べ、できるだけ分離膜エレメントの運転条件を均一
にする方法や、あるいは、各分離膜エレメントの分離膜
の仕様を変える方法が提案されている。しかしながら、
前者の場合、大がかりな膜分離システムの変更が必要と
なるので非常にコストがかかり、また後者の場合、分離
膜エレメントの生産効率や取り扱いの面で問題があった
ため、これら以外の方法で圧力容器内の各分離膜エレメ
ントの運転条件をできるだけ均一にする方法が求められ
ていた。
【0012】本発明の目的は、圧力容器内で直列に連結
された複数の分離膜エレメントにおいて、各分離膜エレ
メントの運転条件をできるだけ均一化することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る分離膜モジュールは、圧力容器内に複数の分離膜
エレメントが装填され、この複数の分離膜エレメントの
透過流体側流路が直列に連結され、圧力容器の一端部に
原流体入口が設けられ、圧力容器の他端部に濃縮流体出
口が設けられた分離膜モジュールにおいて、各々の分離
膜エレメントにおける透過流束が所定の大きさになるよ
うに透過流体側流路の圧力損失が設定されたものであ
る。
【0014】圧力容器内で複数の分離膜エレメントが連
結されている場合、原流体入口側から濃縮流体出口側に
向けて原流体の濃縮が進むため、原流体入口側の分離膜
エレメントの方が濃縮流体出口側の分離膜エレメントに
比べ、分離膜の透過流量が多くなり、分離膜にかかる負
担が大きい。
【0015】本発明に係る分離膜モジュールによれば、
各分離膜エレメントにおける透過流束が所定の大きさに
なるように透過流体側流路の圧力損失を設定することに
より、各分離膜エレメントにおける分離膜の透過に伴う
圧力損失、すなわち分離膜にかかる負担を均一にするこ
とが可能となる。その結果、1本の圧力容器内に装填さ
れた複数の分離膜エレメントの位置に関係なく全ての分
離膜エレメントの運転条件の均一化を図ることができ、
各分離膜エレメントの汚染状態や寿命がより均一とな
る。
【0016】特に、各々の分離膜エレメントにおける透
過流束がほぼ等しくなるように、透過流体側流路の圧力
損失が設定されることが好ましい。
【0017】各分離膜エレメントにおける透過流束が等
しくなると、各分離膜エレメントの分離膜に係る負担が
均一となる。
【0018】透過流体側流路は、直列に連結された複数
の有孔中空管からなり、複数の有孔中空管内の一部また
は全部にオリフィスまたは絞り管が装着され、複数の有
孔中空管内のオリフィスまたは絞り管により、透過流体
側流路の圧力損失が設定されてもよい。
【0019】オリフィスまたは絞り管の内径を変えるこ
とにより、容易に透過流体側流路の圧力損失を設定する
ことができる。その結果、各分離膜エレメントにおける
透過流束を容易に調整することができる。
【0020】また、透過流体側流路は、直列に連結され
た複数の有孔中空管からなり、複数の有孔中空管の内径
を調整することにより、透過流体側流路の圧力損失が設
定されてもよい。
【0021】有孔中空管の内径を変えることにより、容
易に透過流体側流路の圧力損失を設定することができ
る。その結果、各分離膜エレメントにおける透過流束を
容易に調整することができる。
【0022】また、透過流体側流路は、コネクタで連結
された複数の有孔中空管からなり、コネクタにより透過
流体側流路の圧力損失が設定されてもよい。
【0023】コネクタの内径を変えることにより、容易
に透過流体側流路の圧力損失を設定することができる。
その結果、各分離膜エレメントにおける透過流束を容易
に調整することができる。
【0024】本発明に係る分離膜モジュールの運転方法
は、圧力容器内に複数の分膜エレメントが装填され、複
数の分離膜エレメントの透過流体側流路が直列に連結さ
れ、圧力容器の一端部に原流体入口が設けられ、圧力容
器の他端部に濃縮流体出口が設けられた分離膜モジュー
ルの運転方法において、各々の分離膜エレメントにおけ
る透過流束が所定の大きさになるように、透過流体側流
路の圧力損失を設定するものである。
【0025】圧力容器内で複数の分離膜エレメントが連
結されている場合、原流体入口側から濃縮流体出口側に
向けて原流体の濃縮がすすむため、原流体入口側の分離
膜エレメントの方が濃縮流体出口側の分離膜エレメント
に比べ、分離膜の透過流量が多くなり、分離膜に係る負
担が大きい。
【0026】本発明に係る分離膜モジュールの運転方法
によれば、各分離膜エレメントにおける透過流束が所定
の大きさになるように透過流体側流路の圧力損失を設定
することにより、各分離膜エレメントにおける分離膜の
透過に伴う圧力損失、すなわち分離膜に係る負担を均一
にすることが可能となる。その結果、1本の圧力容器内
に装填された複数の分離膜エレメントの位置に関係なく
全ての分離膜エレメントの運転条件の均一化を図ること
ができ、各分離膜エレメントの汚染状態や寿命がより均
一となる。
【0027】特に、各々の分離膜エレメントにおける透
過流束がほぼ等しくなるように、透過流体側流路の圧力
損失が設定することが好ましい。
【0028】各分離膜エレメントにおける透過流束が等
しくなると、各分離膜エレメントの分離膜に係る負担が
均一となる。
【0029】
【発明の実施の形態】図1(a)は本発明に係る分離膜
モジュールの第1の例を示す断面図、図1(b)、
(c)および(d)は、図1(a)のそれぞれB−B線
拡大断面図、C−C線拡大断面図およびD−D線拡大断
面図である。図1(a)の分離膜モジュールは、3本の
スパイラル型分離膜エレメント1a、1bおよび1cが
圧力容器2内に装填されたスパイラル型分離膜モジュー
ルである。
【0030】図1(a)の分離膜モジュールにおいて、
圧力容器2は、筒形ケース3およびその筒形ケース3の
両端の開口部を閉塞する1対の端板17および18によ
り構成される。一方の端板17には、原水入口20が形
成され、他方の端板18には濃縮水出口22が形成さ
れ、かつ端板18の中央部に透過水出口21が形成され
ている。透過水出口21には短管19が取り付けられて
いる。圧力容器2内の隣接するスパイラル型分離膜エレ
メント1aおよび1bの集水管7の一端部同士がコネク
タ12で連結され、スパイラル型分離膜エレメント1b
および1cの集水管7の一端部同士がコネクタ12で連
結され、スパイラル型分離膜エレメント1cの集水管7
の他端部と短管19とがコネクタ12で連結されてい
る。なお、コネクタ12と集水管7、またはコネクタ1
2と短管19とは、Oリング24により液密にシールさ
れている。
【0031】各スパイラル型分離膜エレメント1a、1
bおよび1cの外周面と圧力容器2の内周面との間はO
リング24により液密にシールされている。
【0032】スパイラル型分離膜エレメント1a、1b
および1cの集水管7には、それぞれオリフィス25
a、25bおよび25cがねじ込まれている。図1
(b)、図1(c)および図1(d)に示すように、原
水入口20側のスパイラル型分離膜エレメント1a、中
央部のスパイラル型分離膜エレメント1bおよび透過水
出口21側のスパイラル型分離膜エレメント1cの順に
オリフィス25a、25bおよび25cの内径が大きく
なっている。
【0033】図2は、図1(a)に示すスパイラル型分
離膜エレメント1aの一部切欠き斜視図である。図3
(a)は図2に示すスパイラル型分離膜エレメント1a
の外観の正面図である。また、図3(b)は、図3
(a)のE−E線拡大断面図、図3(c)は、集水管7
端部の軸方向の拡大断面図である。
【0034】図2に示すように、スパイラル型分離膜エ
レメント1aは、透過水流路材5の両面に分離膜4を重
ね合わせて3辺を接着することにより封筒状膜6を形成
し、その封筒状膜6の開口部を有孔中空管からなる集水
管7に取り付け、ネット状の原水流路材8とともに集水
管7の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成
されている。
【0035】また、図3(a)に示すように、スパイラ
ル型分離膜エレメント1aの外周面はガラス繊維強化プ
ラスチックからなる外装材15で被覆され、両端面には
パッキンホルダ16が取り付けられている。
【0036】図3(b)および図3(c)に示すよう
に、集水管7の一端部にはオリフィス25aが装着され
ている。なお、図1(a)のスパイラル型分離膜エレメ
ント1bおよび1cの構成は、オリフィスの内径を除い
て、図2および図3に示したスパイラル型分離膜エレメ
ント1aの構成と同じである。
【0037】図2および図3に示すように、原水9はス
パイラル型分離膜エレメント1aの一方の端面側から供
給される。供給された原水9は原水流路材8に沿って流
れ、スパイラル型分離膜エレメントの他方の端面側から
濃縮水11として排出される。原水9が原水流路材8に
沿って流れる過程で分離膜4を透過した透過水10が透
過水流路材5に沿って集水管7の内部に流れ込み、集水
管7の端部から排出される。
【0038】図1(a)に示す分離膜モジュールを用い
て膜分離操作を行う場合、一方の端板17の原水入口2
0に原水配管が接続され、他方の端板18の透過水出口
21に透過水配管が接続され、また、濃縮水出口22に
濃縮水配管が接続される。
【0039】原水配管から供給された原水9は、原水入
口20から圧力容器2内に供給され、スパイラル型分離
膜エレメント1aの一方の端面からスパイラル型分離膜
エレメント1a内に流入し、原水流路材8に沿って流
れ、他方の端面から流出する。スパイラル型分離膜エレ
メント1aから流出した原水は、同様にしてスパイラル
型分離膜エレメント1bを通過し、さらにスパイラル型
分離膜エレメント1cを通過した後、濃縮水11として
濃縮水出口22から排出される。この過程で各スパイラ
ル型分離膜エレメント1a、1bおよび1cの分離膜4
を透過した水は、オリフィス25a、25bおよび25
cがそれぞれ装着された集水管7を通り、透過水出口2
1から透過水10として排出される。
【0040】図1(b)、(c)および(d)に示すよ
うに、スパイラル型分離膜エレメント1a、1bおよび
1cの集水管7に装着されるオリフィス25a、25b
および25cの内径は、スパイラル型分離膜エレメント
1aからスパイラル型分離膜エレメント1cに向かって
大きくなっている。
【0041】本実施例においては、各オリフィス25
a、25bおよび25cの内径を上記のように調整する
ことにより、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1
bおよび1cにおける透過流束が等しくなるように、集
水管7の透過に伴う圧力損失を容易に設定することがで
きる。
【0042】ここで、スパイラル型分離膜エレメント1
aにおいて、操作圧力をP0a、原水側流路の圧力損失を
1a、原水の浸透圧をP2a、分離膜の透過に伴う圧力損
失をP3a、透過水側流路の圧力損失をP4aとし、同様に
して、スパイラル型分離膜エレメント1bにおける操作
圧力をP0b、原水側流路の圧力損失をP1b、原水の浸透
圧をP2b、分離膜の透過に伴う圧力損失をP3b、透過水
側流路の圧力損失をP 4bとする。さらに、スパイラル型
分離膜エレメント1cにおける操作圧力をP0C、原水側
流路の圧力損失をP1C、原水の浸透圧をP2C、分離膜の
透過に伴う圧力損失をP3c、透過水側流路の圧力損失を
4cとすると、以下の関係式(2)〜(4)が成り立
つ。
【0043】 P0a=P1a+P2a+P3a+P4a+P4b+P4C ・・・(2) P0b=P1b+P2b+P3b+P4b+P4C ・・・(3) P0c=P1c+P2c+P3c+P4c ・・・(4) さらにここでは、各スパイラル型分離膜エレメント1
a、1bおよび1cにおける操作圧力について、
【0044】P0a≒P0b≒P0c ・・・(5) が成り立ち、また、各スパイラル型分離膜エレメント1
a、1bおよび1cにおける原水側流路の圧力損失につ
いて
【0045】P1a=P1b=P1c ・・・(6) が成り立つとする。
【0046】また、各スパイラル型分離膜エレメント1
a、1bおよび1cにおける原水の浸透圧P2a、P2b
よびP2cは、P2a<P2b<P2cの関係が成り立つ。
【0047】各スパイラル型分離膜エレメント1a、1
bおよび1cに装着したオリフィス25a、25bおよ
び25cの内径をそれぞれ調整することにより、次の関
係式が成り立つように集水管7における圧力損失を設定
する。
【0048】 P2a+P4a+P4b+P4C=P2b+P4b+P4C=P2c+P4c ・・・(7) この結果、上記関係式(2)〜(7)により、各スパイ
ラル型分離膜エレメント1a、1bおよび1cにおける
分離膜の透過に伴う圧力損失P3a、P3bおよびP3c
は、P3a=P3b=P3cの関係が成り立ち、各スパイラル
型分離膜エレメント1a,1bおよび1cにおける透過
流束が等しくなる。
【0049】それにより、各スパイラル型分離膜エレメ
ント1a、1bおよび1cの分離膜4にかかる負担が均
一に保たれ、3本の分離膜エレメント1a、1bおよび
1cの運転条件の均一化が図られる。これにより、各ス
パイラル型分離膜エレメント1a、1bおよび1cの汚
染状態や寿命がより均一化され、分離膜モジュールの安
定運転および膜分離操作の効率向上が図られる。
【0050】なお、図1(a)では、スパイラル型分離
膜エレメント1a、1bおよび1cの順にオリフィス2
5a、25bおよび25cの内径が大きくなっている
が、これは、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1
bおよび1cにおける透過流束を等しくするための一例
である。
【0051】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト1a、1bおよび1cにおける透過流束が等しくなる
ように、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1bお
よび1cのオリフィス25a、25bおよび25cの内
径が設定してあれば、オリフィス25a、25bおよび
25cの内径の大小関係は、図1(a)の例に限定され
ない。
【0052】例えば、オリフィス25b、25aおよび
25cの順に内径が大きくなってもよく、オリフィス2
5a、25cおよび25bの順に内径が大きくなっても
よい。あるいは、いずれか2つの集水管7に同じ内径の
オリフィスを装着したり、いずれかの集水管7にオリフ
ィスを装着しなくてもよい。例えば、図1(a)におい
て、スパイラル型分離膜エレメント1aおよび1bにそ
れぞれオリフィス25aを装着するが、スパイラル型分
離膜エレメント1cには、オリフィスを装着しなくても
よい。
【0053】オリフィス25a、25bおよび25c
は、集水管7にねじこんで装着してあるため、容易に脱
着することができる。
【0054】なお、オリフィス25の代わりに、絞り管
を集水管7内に装着してもよい。各スパイラル型分離膜
エレメント1a、1bおよび1cにおける透過流束が等
しくなるように絞り管の内径を設定すれば、オリフィス
25を用いた場合と同様、各スパイラル型分離膜エレメ
ントの運転条件の均一化を図ることができる。
【0055】図4(a)は本発明に係る分離膜モジュー
ルの第2の例を示す断面図、図4(b)、(c)および
(d)は、図4(a)のそれぞれX−X線拡大断面図、
Y−Y線拡大断面図およびZ−Z線拡大断面図である。
【0056】図4(a)の分離膜モジュールは、以下の
点を除いて図1(a)の分離膜モジュールと同様の構造
を有する。図4(a)の分離膜モジュールにはオリフィ
ス25a、25bおよび25cが装着されていないが、
図4(b)、(c)および(d)に示すように、各スパ
イラル型分離膜エレメント1a、1bおよび1cのそれ
ぞれの集水管7a、7bおよび7cの内径が、スパイラ
ル型分離膜エレメント1aからスパイラル型分離膜エレ
メント1cに向かって大きくなっている。
【0057】本実施例においては、各集水管7a、7b
および7cの内径を上記のように調整することにより、
各スパイラル型分離膜エレメント1a、1bおよび1c
における透過流束が等しくなるように、集水管7a、7
bおよび7cにおける圧力損失を容易に設定することが
できる。
【0058】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト1a、1bおよび1cにおける原水の浸透圧P2 と透
過水側流路の圧力損失P4 について、P2a+P4a+P4b
+P 4c=P2b+P4b+P4c=P2c+P4cの関係式(7)
が成り立つように、各集水管7a、7bおよび7cの内
径を調整すると、図1(a)の分離膜モジュールの場合
と同様に、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1b
および1cにおける分離膜の透過に伴う圧力損失P3a
3bおよびP3cには、P3a=P3b=P3cの関係が成り立
つ。
【0059】その結果、各スパイラル型分離膜エレメン
ト1a、1bおよび1cの分離膜4にかかる負担が均一
に保たれ、3本のスパイラル型分離膜エレメント1a、
1bおよび1cの運転条件の均一化が図られる。これに
より、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1bおよ
び1cの汚染状態や寿命がより均一化され、分離膜モジ
ュールの安定運転および膜分離操作の効率向上が図られ
る。
【0060】なお、図4(a)では、スパイラル型分離
膜エレメント1a、1bおよび1cの順に、集水管7
a、7bおよび7cの内径が大きくなっているが、これ
は、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1bおよび
1cにおける透過流束を等しくするための一例である。
【0061】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト1a、1bおよび1cにおける透過流束が等しくなる
ように、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1bお
よび1cの集水管7a、7bおよび7cの内径が設定し
てあれば、集水管7a、7bおよび7cの内径の大小関
係は、図4(a)の例に限定されない。
【0062】例えば、集水管7b、7aおよび7cの順
に内径が大きくなってもよく、集水管7a、7cおよび
7bの順に内径が大きくなってもよい。あるいは、いず
れか2つの集水管の内径を同じにしてもよい。例えば、
図4(a)において、スパイラル型分離膜エレメント1
aおよび1bに集水管7aを用い、スパイラル型分離膜
エレメント1cに集水管7cを用いてもよい。
【0063】図5(a)は本発明に係る分離膜モジュー
ルの第3の例を示す断面図、図5(b)、(c)および
(d)は、図5(a)のそれぞれL−L線拡大断面図、
M−M線拡大断面図およびN−N線拡大断面図であり、
図(e)、(f)および(g)はそれぞれコネクタ12
a、12bおよび12cの軸方向の拡大断面図である。
【0064】図5(a)の分離膜モジュールは、以下の
点を除いて図1(a)の分離膜モジュールと同様の構造
を有する。図5(a)の分離膜モジュールにはオリフィ
ス25a、25bおよび25cが装着されていないが、
図5(b)〜(g)に示すように、各スパイラル型分離
膜エレメント1a、1bおよび1cのそれぞれの集水管
7を連結するコネクタ12a、12bおよび12cの内
径が、スパイラル型分離膜エレメント1aからスパイラ
ル型分離膜エレメント1cに向かって大きくなってい
る。
【0065】本実施例においては、各コネクタ12a、
12bおよび12cの内径を上記のように調整すること
により、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1bお
よび1cにおける透過流束が等しくなるように、集水管
7における圧力損失を容易に設定することができる。
【0066】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト1a、1bおよび1cにおける原水の浸透圧P2 と透
過水側流路の圧力損失P4 について、P2a+P4a+P4b
+P 4c=P2b+P4b+P4c=P2c+P4cの関係式(7)
が成り立つように、各コネクタ12a,12bおよび1
2cの内径を調整すると、図1(a)の分離膜モジュー
ルの場合と同様に、各スパイラル型分離膜エレメント1
a、1bおよび1cにおける分離膜の透過に伴う圧力損
失P3a、P3bおよびP3cには、P3a=P3b=P 3cの関係
が成り立つ。
【0067】その結果、各スパイラル型分離膜エレメン
ト1a、1bおよび1cの分離膜4にかかる負担が均一
に保たれ、3本のスパイラル型分離膜エレメント1a、
1bおよび1cの運転条件の均一化が図られる。これに
より、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1bおよ
び1cの汚染状態や寿命がより均一化され、分離膜モジ
ュールの安定運転および膜分離操作の効率向上が図られ
る。
【0068】なお、図5(a)では、スパイラル型分離
膜エレメント1a、1bおよび1cの順に、コネクタ1
2a、12bおよび12cの内径が大きくなっている
が、これは、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1
bおよび1cにおける透過流束を等しくするための一例
である。
【0069】すなわち、各スパイラル型分離膜エレメン
ト1a、1bおよび1cにおける透過流束が等しくなる
ように、各スパイラル型分離膜エレメント1a、1bお
よび1cを連結するコネクタ12a、12bおよび12
cの内径が設定してあれば、コネクタ12a、12bお
よび12cの内径の大小関係は、図5(a)の例に限定
されない。
【0070】例えば、コネクタ12b、12aおよび1
2cの順に内径が大きくなってもよく、コネクタ12
a、12cおよび12bの順に内径が大きくなってもよ
い。あるいは、いずれか2つのコネクタの内径を同じに
してもよい。例えば、図5(a)において、スパイラル
型分離膜エレメント1aおよび1bを連結するのにコネ
クタ12aを用い、スパイラル型分離膜エレメント1b
および1cを連結するのにコネクタ12aを用い、スパ
イラル型分離膜エレメント1cおよび短管19を連結す
るのにコネクタ12cを用いてもよい。
【0071】
【実施例】[実施例1]図1(a)に示すような分離膜
モジュールで、分離膜エレメント1aおよび1bの集水
管内にオリフィスを装着した分離膜モジュールを用い
て、海水の淡水化処理を行った。分離膜モジュールの諸
条件は下表の通りである。
【0072】
【表1】
【0073】また、オリフィスの内径は全て5mmと
し、オリフィスの長さは全て30mmとした。
【0074】オリフィスは、図3(c)で示すように、
コネクタの部分の集水管内にねじ込み装着した。
【0075】前処理を行った海水を、85MPaに昇圧
し、1日70m3 づつ100時間連続してスパイラル型
分離膜モジュールに供給した。海水はスパイラル型分離
膜エレメント1aからスパイラル型分離膜エレメント1
bを通過し、さらにスパイラル型分離膜エレメント1c
を通過した後、濃縮水として外部へ排出した。一方、3
本のスパイラル型分離膜エレメント1a、1bおよび1
cを透過した透過水は、オリフィスを装着した集水管を
通過した後、外部へ排出した。
【0076】この結果、運転開始から1時間経過後にス
パイラル型分離膜モジュールから得られた透過水の食塩
濃度は160ppmで、その透過水の透過水量は0.5
3-1、供給海水量に対する透過水の回収率は60%
であった。また、運転開始から100時間経過後も、初
期状態と同等の分離性能および透過水量を示した。
【0077】[実施例2]図5(a)に示すような分離
膜モジュールを用いて、海水の淡水化処理を行った。分
離膜モジュールの諸条件は実施例1と同一である。
【0078】また、コネクタの内径は、原水入口側か
ら、それぞれ5mm、5mmおよび38mmとした。
【0079】前処理を行った海水を85MPaに昇圧
し、1日70m3 づつ100時間連続してスパイラル型
分離膜モジュールに供給した。海水はスパイラル型分離
膜エレメント1aからスパイラル型分離膜エレメント1
bを通過し、さらにスパイラル型分離膜1cを通過した
後、濃縮水として外部へ排出した。一方、3本のスパイ
ラル型分離膜エレメント1a、1bおよび1cを透過し
た透過水は、集水管およびコネクタを通過した後、外部
へ排出した。
【0080】この結果、運転開始から1時間経過後にス
パイラル型分離膜モジュールから得られた透過水の食塩
濃度は160ppmで、その透過水の透過水量は0.5
3-1、供給海水量に対する透過水の回収率は60%
であった。また、運転開始から100時間経過後も、初
期状態と同等の分離性能および透過水量を示した。
【0081】[比較例]比較のために、図6に示すスパ
イラル型分離膜モジュールを用いて海水の淡水化処理を
行った。スパイラル型分離膜モジュールの諸条件は実施
例1と同一である。ただし今回は、集水管にオリフィス
を装着せず、また、コネクタの内径も変えなかった。
【0082】前処理を行った海水を83MPaに昇圧
し、その後、序々に昇圧して一定の透過水量を得た。1
日70m3 づつ100時間連続してスパイラル型分離膜
モジュールに供給した。運転開始から1時間経過後に得
られた透過水の食塩濃度は150ppmで、透過水の透
過水量は0.5m3 -1で、供給海水に対する透過水の
回収率は60%であった。なお、比較例では、海水濃度
の低いところでの処理量が多いため、少し透過水の水質
が良くなる。また、運転開始から100時間経過後の透
過水量は、初期状態に比べ10%低下した。
【0083】以上のように、実施例1および実施例2で
は、オリフィスの装着やコネクタの内径を変えることに
より、各スパイラル型分離膜エレメントにおける運転条
件が均一となるため、長時間にわたり効率よく膜分離操
作を行うことができる。これに対し、比較例では各スパ
イラル型分離膜エレメントにおける運転条件が均一でな
いため、分離膜の汚染状態や寿命に差が生じる。その結
果、長時間にわたる安定運転が行えなくなり、分離性能
も低下する。
【0084】このように、本発明に係る分離膜モジュー
ルおよびその運転方法を用いると圧力容器内の複数の分
離膜エレメントにおける運転条件が連結位置に関係なく
均一となるため、分離膜モジュールの長期安定運転およ
び膜分離操作の効率向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る分離膜モジュールの第1の例を示
す断面図および部分拡大断面図である。
【図2】スパイラル型分離膜エレメントの一部切欠き斜
視図である。
【図3】図1の分離膜モジュールに用いられるスパイラ
ル型分離膜エレメントの外観の正面図および部分拡大断
面図である。
【図4】本発明に係る分離膜モジュールの第2の例を示
す断面図および部分拡大断面図である。
【図5】本発明に係る分離膜モジュールの第3の例を示
す断面図および部分拡大断面図である。
【図6】従来の分離膜モジュールの一部切欠き斜視図で
ある。
【符号の説明】
1 スパイラル型分離膜エレメント 2 圧力容器 3 筒型ケース 7 集水管 9 原水 10 透過水 11 濃縮水 12 コネクタ 20 原水入口 21 透過水出口 22 濃縮水出口 25 オリフィス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D006 GA02 HA62 HA65 JA19A JA23A JA25C JA55A JA62A JA70A JA70B KA53 KA54 KE06Q MA04 MB02 PB03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力容器内に複数の分離膜エレメントが
    装填され、前記複数の分離膜エレメントの透過流体側流
    路が直列に連結され、前記圧力容器の一端部に原流体入
    口が設けられ、前記圧力容器の他端部に濃縮流体出口が
    設けられた分離膜モジュールにおいて、各々の前記分離
    膜エレメントにおける透過流束が所定の大きさになるよ
    うに前記透過流体側流路の圧力損失が設定されたことを
    特徴とする分離膜モジュール。
  2. 【請求項2】 各々の前記分離膜エレメントにおける前
    記透過流束がほぼ等しくなるように、前記透過流体側流
    路の圧力損失が設定されたことを特徴とする請求項1記
    載の分離膜モジュール。
  3. 【請求項3】 前記透過流体側流路は、直列に連結され
    た複数の有孔中空管からなり、前記複数の有孔中空管内
    の一部または全部にオリフィスまたは絞り管が装着さ
    れ、前記複数の有孔中空管内の前記オリフィスまたは絞
    り管により、前記透過流体側流路の圧力損失が設定され
    たことを特徴とする請求項1または2記載の分離膜モジ
    ュール。
  4. 【請求項4】 前記透過流体側流路は、直列に連結され
    た複数の有孔中空管からなり、前記複数の有孔中空管の
    内径を調整することにより、前記透過流体側流路の圧力
    損失が設定されたことを特徴とする請求項1または2記
    載の分離膜モジュール。
  5. 【請求項5】 前記透過流体側流路は、コネクタで連結
    された複数の有孔中空管からなり、コネクタにより、前
    記透過流体側流路の圧力損失が設定されたことを特徴と
    する請求項1または2記載の分離膜モジュール。
  6. 【請求項6】 圧力容器内に複数の分離膜エレメントが
    装填され、前記複数の分離膜エレメントの透過流体側流
    路が直列に連結され、前記圧力容器の一端部に原流体入
    口が設けられ、前記圧力容器の他端部に濃縮流体出口が
    設けられた分離膜モジュールの運転方法において、各々
    の前記分離膜エレメントにおける透過流束が所定の大き
    さになるように、前記透過流体側流路の圧力損失を設定
    することを特徴とする分離膜モジュールの運転方法。
  7. 【請求項7】 各々の前記分離膜エレメントにおける前
    記透過流束がほぼ等しくなるように、前記透過流体側流
    路の圧力損失を設定することを特徴とする請求項6記載
    の分離膜モジュールの運転方法。
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