JP2003290632A

JP2003290632A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP2003290632A
Application number: JP2002101683A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Kumano; 淳夫熊野; Kazunari Marui; 一成丸井; Hideto Kodera; 秀人小寺; Koichi Baba; 幸一馬場; Mitsuru Marutani; 充丸谷
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2003-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】耐濁質性に優れ、モジュール圧力損失が小さ
く、モジュール内偏流を抑制することと、透過水の中空
部内流動圧損を抑制し高い分離効率、特に逆浸透膜の場
合は高いホウ素の除去性能を有するということを両立し
た中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】中空糸膜が交差状配置で、かつ、中空糸
膜の両端が開口している中空糸膜モジュールとすること
により中空糸膜の有効長Ｌと中空糸膜の内径IDの２乗値
との比Ｌ／（ID²）を特定範囲にすることで、供給流体
に対する高い耐濁質性と高い選択透過性、特に逆浸透膜
の場合は高いホウ素除去性能を両立した中空糸膜モジュ
ールを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は選択透過性を有する
中空糸膜からなる中空糸膜モジュールに関する。流体の
膜分離処理に用いられ、例えば、海水の淡水化、かん水
の脱塩、廃水の浄化、無菌水の製造、超純水の製造のよ
うな逆浸透法や、高度浄水処理や農薬、臭気物質、消毒
副生成物前駆物質などの低分子有害物質の除去、硬度成
分除去による軟水化処理などのナノろ過法や、電着塗装
廃水からの塗料の回収、食品関係の有用物の濃縮・回
収、凝集沈殿・砂ろ過代替の浄水処理などのような限外
ろ過法や、天然ガスからのヘリウムの回収、アンモニア
プラントのパージガスからの水素の分離・回収、石油の
３次回収での炭酸ガスの分離、酸素富化、窒素富化など
の気体分離などに用いることが可能な選択透過性を有す
る中空糸膜からなる中空糸膜モジュールに関するもので
ある。特に海水の淡水化などの水処理に有効な逆浸透中
空糸膜モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】選択透過性膜は分離する物質のサイズに
よって種類が分けられている。例えば、液体処理用の膜
の種類としては、コロイドや蛋白質等を分離する限外ろ
過膜や精密ろ過膜、農薬等の低分子有機物を分離するナ
ノろ過膜、及びイオン類を分離する逆浸透膜に大別され
る。逆浸透膜は処理すべき液体の浸透圧よりも高い圧力
下で使用されるものであり海水淡水化の場合は数ＭＰａ
の圧力で使用される。

【０００３】一方、選択透過性膜の膜形状としては、平
膜型、管状膜型、スパイラル膜型及び中空糸膜型が挙げ
られるが、中でも、中空糸膜型は膜モジュールの単位容
積当たりの膜面積を大きくできるため、膜分離操作に適
した形状であり、例えば、逆浸透膜による海水淡水化分
野では広く用いられている。

【０００４】このように、広く用いられている中空糸膜
モジュールの多くは、構造の簡略さ、製造の容易さなど
から、中空糸膜の片側のみ開口している、いわゆる片端
開口型である。また、その膜モジュールの構造は、目的
の性能や使用条件に応じて種々の検討がなされている。
例えば、特開昭５６−８７４０５号広報、特公昭６０−
３７０２９号広報では、逆浸透膜の場合について供給水
分配管の周りに中空糸膜を交差配置にして、中空糸膜と
中空糸膜の間の空間を保持することで、供給液の透過性
を均一にする、すなわち、供給液内の濁質が中空糸間に
詰まり難くする、いわゆる耐濁質性に優れる効果や、放
射状に均一に流れて偏流がなく濃度分極を抑制できる効
果が開示されている。また、供給水が中空糸膜層を流れ
る際に生じる圧力損失、いわゆるモジュール圧損の抑制
の効果が開示されている。

【０００５】しかしながら、上記中空糸膜を交差配置に
したモジュールは、中空糸膜が片端開口のため、中空部
を流れる距離が長い上に、中空糸膜モジュールの軸に平
行に配置した平行配置の場合に比べて、中空糸膜は長く
なり、透過液が中空部を流れる距離がさらに長くなるた
め、中空部内の流動圧損が大きくなるという問題があ
る。外圧式の中空部を透過水が流れる中空糸膜の場合な
どは、中空内部に流動圧損が生じる。中空糸膜の径が小
さい場合や、中空糸膜が長い場合には、この中空部内の
流動圧損が大きくなる。この圧損が大きいと、膜の有効
差圧が減少し、膜の分離効率が低下するため、透過流量
が低下して好ましくない。

【０００６】これに対して、例えば、特表平９−５１１
４４７号広報には中空糸膜の両端を開口させ、透過液が
中空部を流れる距離を短くすることで中空内部の流動圧
損を低減させる中空糸膜モジュール構造が提案されてい
る。

【０００７】しかしながら、上記両端開口型モジュール
は、中空糸膜の配置が交差配置ではないため、耐濁質性
が劣る、モジュール圧力損失が大きい、モジュール内の
偏流が生じやすいなどの問題が存在する。

【０００８】また、海水淡水化処理用の中空糸膜モジュ
ールの場合は、近年、海水中に含まれるホウ素の除去率
を高くすることが求められている。ホウ素には、摂取量
にもよるが、食欲不振、無力症の毒性があり、さらに、
急性毒性として、悪心、嘔吐、下痢、腹痛が知られてい
る。逆浸透膜においては、このホウ素の除去率が、その
他の塩類に比べて低く、特に飲料水として使用する場合
はホウ素の除去率を高めることが好ましい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐濁質性に
優れ、モジュール圧力損失が小さく、モジュール内偏流
が少なく、透過水の中空部内流動圧損が少なく、且つ高
い分離効率を有する中空糸膜モジュールを提供すること
を課題とする。更にホウ素の除去率も高い中空糸膜モジ
ュールを提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、中空糸膜を交差配置とした、両
端開口の中空糸膜モジュール構造が上記、目的を両立す
ることが可能であることを見出した。さらに、鋭意検討
を加えた結果、中空糸膜長を短くして、中空糸内流動圧
損を低減させることで、特に逆浸透膜においては、ホウ
素の除去率が大きく向上すること、ならびに、これらの
効果が有効に作用する中空糸膜の寸法と透水性能の適切
な範囲を見出し、本発明に至った。

【００１１】すなわち、本発明は、下記のものである。 (1)供給流体入口と連通する供給流体分配管の周りに選
択透過性を有する中空糸膜が交差状に配置されている中
空糸膜の集合体の両端部が別々に樹脂で固定され両端部
で該中空糸膜の中空孔が開口している中空糸膜エレメン
トが圧力容器に装着されたモジュールであって、該中空
糸膜の両端開口部は透過流体出口と流路で連通してお
り、該中空糸膜の外周側部分は濃縮流体出口と流路で連
通しており、中空糸膜の有効長Ｌ（mm）と中空糸膜の内
径ID（mm）の２乗値との比Ｌ／（ID²）が、３．５×１
０⁵（mm^-1）以上、７ｘ１０⁵（mm^-1）以下であることを
特徴とする中空糸膜モジュール。 (2)中空糸膜が逆浸透膜であって、中空糸膜の透水性能
が、食塩濃度３．５重量％、圧力５．４ＭＰａ、温度２
５℃において、０．０４ｍ³／（ｍ²・日）以上であるこ
とを特徴とする(1)の中空糸膜モジュール。 (3)中空糸膜の素材が酢酸セルロース系であることを特
徴とする(1)または(2)の中空糸膜モジュール。 (4)供給流体分配管の内部に、中空糸膜の両端の開口部
を連通する内部管を有することを特徴とする(1)〜(3)の
中空糸膜モジュール。 (5)供給流体入口と連通する供給流体分配管の周りに選
択透過性を有する中空糸膜が交差状に配置されている中
空糸膜の集合体の両端部が別々に樹脂で固定され両端部
で該中空糸膜の中空孔が開口している中空糸膜エレメン
トが複数個、圧力容器に装着されたモジュールであっ
て、該中空糸膜の両端開口部は透過流体出口と流路で連
通しており、該中空糸膜の外周側部分は濃縮流体出口と
流路で連通しており、中空糸膜の有効長Ｌ（mm）と中空
糸膜の内径ID（mm）の２乗値との比Ｌ／（ID²）が、
３．５ｘ１０⁵（mm^-1）以上、７ｘ１０⁵（mm^-1）以下で
あるいることを特徴とする中空糸膜モジュール。 (6)(5)の複数個の中空糸膜エレメントの接続において、
中空糸膜エレメントが供給流体分配管で連通されてい
て、供給流体が各中空糸膜エレメントに並列に供給され
る並列接続であることを特徴とする(5)の中空糸膜モジ
ュール。 (7)(5)の複数個の中空糸膜エレメントの接続において、
一方の中空糸膜エレメントの濃縮流体出口と他方の中空
糸膜エレメントの供給流体分配管の供給口とが連通され
た直列接続となっていることを特徴とする(5)の中空糸
膜モジュール。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではな
い。

【００１３】本発明における供給流体分配管の周りに選
択透過性を有する中空糸膜が交差状に配置されている中
空糸膜の集合体とは、中空糸膜が供給流体分配管の軸方
向に対して捲き角度をもって互いに交差している状態に
配置されることを意味する。例えば、供給流体分配管を
回転させ、中空糸膜または複数本の中空糸膜からなる束
を供給流体分配管の軸方向にトラバースさせながら、捲
き上げていくことで作製することができる。

【００１４】本発明における捲き角度とは、供給流体分
配管の軸方向に対する中空糸膜の角度である。中空糸膜
集合体の内層部と外層部では、角度が異なる場合があ
る。例えば、最外層部での角度の場合、５度から７０度
が好ましく、１５度から５０度がより好ましい。この角
度が小さくなりすぎると、巻上げ時に中空糸膜または、
中空糸膜束が崩れやすくなるし、また、中空糸膜間の空
間の確保が困難で、交差配置本来の効果が発現しにくい
という欠点がある。また、この角度が大きすぎると開口
間の中空糸膜の長さが長くなり、中空部内の流動圧損が
大きくなり、有効差圧の減少、透過性能、分離性能の低
下が生じる。

【００１５】本発明における供給流体分配管とは、供給
流体入り口から供給される流体を中空糸集合体に分配さ
せる機能を有する管状部材である。好適な一例として
は、多孔管があげられる。供給流体分配管は中空糸膜の
集合体の好ましくは中心部に位置させる。供給流体分配
管の径は大き過ぎると、モジュール内の中空糸膜が占め
る割合が減少し、結果としてモジュールの膜面積が減少
するため好ましくない。また、供給流体分配管の径が小
さすぎると、供給流体分配管内を供給流体が流動する際
に圧力損失が大きくなり、結果として中空糸膜にかかる
有効差圧が小さくなり好ましくない。また、強度が低下
して、場合によっては、供給流体が中空糸膜層を流れる
際に受ける中空糸膜の張力により供給流体分配管が破損
する場合がある。これらの影響を、総合的に考慮し、最
適な径を設定することが重要である。

【００１６】本発明における、中空糸膜の集合体の両端
部が別々に樹脂で固定され両端部で該中空糸膜の中空孔
が開口しているとは、中空糸膜の集合体の両端部を別々
に接着用樹脂でポッティングするなどして中空糸膜間が
流体が漏れない状態に密閉固定されていることである。
使用する接着樹脂としては、処理流体の特性、使用条件
によって、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン
系樹脂などから選ぶことができる。接着剤で固定された
両端部は、切断するなどして中空糸膜の中空孔が開口す
るように処理して中空糸エレメントとする。１つまたは
複数個の中空糸エレメントを供給流体入口、濃縮流体出
口、透過流体取出口を持った圧力容器に装着し、中空糸
膜モジュールとする。

【００１７】本発明における圧力容器は、中空糸膜エレ
メントを収納し、中空糸膜に有効な圧力差を与えること
ができ、中空糸膜による分離操作が可能であれば特に限
定されない。外部に対して流体が漏れたりしないこと
や、中空糸膜エレメントの供給側の空間と透過側の空間
や、透過側の空間と濃縮側の空間が流密に分離されて、
それぞれの流路を確保できることが必要である。また、
供給流体入口、濃縮流体出口、透過流体出口の位置は特
に限定されないが、圧力容器の端部付近にあることが操
作上、効率的活用の点から好ましい。また、中空糸膜エ
レメントが複数個装着する場合は、各エレメントの透過
流体が個別に取り出せるように透過流体出口が複数設け
られていることが、膜エレメントの運転管理の点から好
ましい。例えば、２本の膜エレメントが収納されている
場合は、供給流体入口が一方の端部の中央付近にあり、
透過流体出口が両端の中央部以外にそれぞれあり、濃縮
流体出口が他方の端部付近の側壁に設けられているもの
が一例としてあげられる。

【００１８】本発明における、流路で連通していると
は、流路部材やＯリングなどのシール材などで外部と流
体の移動が無い状態を維持して、共通空間を有すること
を意味する。中空糸膜の両端の開口部は透過流体取出し
口と流路で連通している。中空糸膜の外周側部分は濃縮
流体出口と流路で連通している。処理対象の流体は、供
給流体入口から供給され供給流体分配管より中空糸膜の
外側である中空糸膜の集合体に供給され、供給流体一部
は中空糸膜の外側から中空孔に透過して透過流体として
両端の開口部から透過流体出口から取出され、一部は濃
縮されながら中空糸膜の外側を流れて濃縮流体出口から
取り出される。本発明における濃縮流体とは、中空糸膜
を透過せずに中空糸膜の外側を通過した流体であり、濃
縮流体、非透過成分が濃縮されており、例えば、海水淡
水化の場合では塩分やホウ素が濃縮された水である。

【００１９】本発明における中空糸膜の有効長Ｌ（mm）
とは、中空糸膜モジュール内の中空糸膜の分離操作に有
効に作用する部分の平均的な中空糸膜の開口間の長さで
ある。同様に中空糸膜の内径ID（mm）とは、分離操作に
有効に作用する部分の平均的な中空糸膜の内径である。
中空糸膜の有効長が長すぎると中空糸膜の中空部内の流
動圧損が大きくなりすぎて好ましくなく、短いと膜面積
が小さくなるとともに、両端開口型にする効果が小さく
なり好ましくない。中空糸膜の内径は大きすぎると、中
空糸膜の外径も大きくなるため、中空糸膜本数が減少
し、結果として膜面積が減少するとともに、両端開口型
にする効果が小さくなり好ましくない。逆に、内径が小
さすぎると、中空糸膜の中空部内の流動圧損が大きくな
りすぎて好ましくない。これらの値から算出される中空
糸膜の有効長Lと中空糸膜の内径IDの２乗値との比Ｌ／
（ID²）が３．５ｘ１０⁵（mm^-1）以上、７ｘ１０⁵（mm
^-1）以下の範囲が好ましく、両端開口にすることが非常
に有効であり、より好ましくは４．５ｘ１０⁵（mm^-1）
以上、６ｘ１０⁵（mm^-1）以下である。この比が小さす
ぎると、この比が小さすぎると、中空糸膜の長さが短か
すぎて目的の分離効率が得られなくなる。また、両端部
の樹脂により埋没して失われる中空糸膜の面積が大きく
なるので好ましくない。一方、この比が大きすぎると、
モジュールの膜面積に対する中空糸膜の長さが長くなり
すぎて、中空部内の流動圧損が大きくなりすぎて分離効
率が下がり好ましくない。更に、海水淡水化の場合に
は、ホウ素の除去率が低下するので好ましくなく、飲料
水として透過水を使用する場合は、Ｌ／（ID²）が６ｘ
１０⁵（mm^-1）以下であることが好ましい。

【００２０】本発明における中空糸膜の内径は、中空糸
膜の内径と外径とから算出される中空率も考慮して設定
することが好ましいが、３０μｍから９０μｍが好まし
く、４０μｍから８０μｍがより好ましい。内径が小さ
すぎると、中空部内の流動圧損が大きくなりすぎるため
好ましくない。一方、内径が大きすぎると、中空糸膜径
自体が大きくなるため、容積当たりの膜面積が大きく取
れなくなるため、好ましくない。

【００２１】本発明における中空糸膜の膜素材は特に限
定されないが、酢酸セルロース系が透水性能と塩除去率
のバランスの点や、耐塩素性に優れるという点から好ま
しい。特に、三酢酸セルロースが、性能面、化学的安定
性の面からより好ましい。

【００２２】本発明における内部管とは、中空糸膜の開
口部を流れる流体が流れる流路であり、中空糸膜の両端
部の透過流体を一方の端部側から取り出す際に使用され
る。圧力容器に複数の中空糸膜エレメントを装着して使
用する場合に特に有効である。材質、形状、寸法は特に
限定されないが、透過流体の流動圧損と、供給流体分配
管との間の空間を供給流体が流れる場合の流動圧損等を
考慮して設定する必要がある。また、外部と内部との圧
力差が大きくなる、例えば、逆浸透法などで使用する場
合は、圧力差で破損しないような構造、寸法、材質を選
定することが重要である。好ましい一例として、ＦＲ
Ｐ，金属等があげられる。られる。

【００２３】本発明における選択透過性を有する中空糸
膜としては、精密ろ過膜、ナノろ過膜、及び逆浸透膜な
どが挙げられるが、本発明は、特に海水の淡水化などに
使用される逆浸透中空糸膜モジュールに有効である。逆
浸透膜とは、数十ダルトンの分子量の分離特性を有する
領域の分離膜であり、具体的には、０．５ＭＰａ以上の
操作圧力で、食塩を９０％以上、除去可能であるもので
ある。海水淡水化に使用される中空糸型逆浸透膜は、操
作圧力が大きいため、一般に中空糸膜径が小さく、中空
部内の流動圧損が大きくなりやすい。また、被処理流体
である海水は濁質が高く、中空糸膜間に詰まらないよう
な構造が好適であり、本発明の効果が得られやすい一例
である。

【００２４】本発明における透水性能とは、食塩濃度
３．５重量％、温度２５℃の供給水を圧力５．４ＭＰ
ａ、有効長が約１ｍの中空糸膜に供給した際に単位時
間、単位膜面積当たりに透過する透過水量である。この
場合の回収率、すなわち、透過水量と供給水量の比は５
％以下と小さい場合である。その透水性能が、０．０４
ｍ³／（ｍ²・日）以上が好ましく、より好ましくは、
０．０５ｍ³／（ｍ²・日）以上である。この透水性能が
低いと中空糸膜の中空部内の流動圧損が小さく、両端開
口の効果が小さく好ましくない。

【００２５】本発明においては、複数個の中空糸膜エレ
メントを１つの圧力容器に装着することができる。これ
により、中空糸膜エレメント１本当たりの圧力容器のコ
ストが下げられるとともに、膜モジュール間を接続する
配管が少なくなり、中空糸膜エレメント１本当りのスペ
ースも小さくできる。中空糸膜モジュールへの供給流量
に対する中空糸膜モジュールの透過流量の割合である回
収率が低い場合や、膜モジュールの圧力損失を小さくし
たい場合は、複数個の中空糸膜エレメントを並列接続に
する。並列接続とは、供給流体が各中空糸膜エレメント
に並列に供給されること意味し、各中空糸膜エレメント
へ供給される供給流体の組成、濃度は、各中空糸膜エレ
メントで基本的には同じとなる。このため、各中空糸膜
エレメントが受ける負荷が一様に分散され、特定の中空
糸膜エレメントへ負荷が集中することがない。また、各
中空糸膜エレメントへの供給流量が小さいため、モジュ
ール圧力損失が小さくなり、有効差圧が確保できる。

【００２６】一方、回収率が高い場合や、各中空糸膜エ
レメントの透過流体の濃度を変えたい場合は、複数個の
中空糸膜エレメントを直列接続にする。直列接続とは、
１つの圧力容器の中に、供給流体が各中空糸膜エレメン
トに、供給側、濃縮側、下流の中空糸膜エレメントの供
給側、濃縮側の順に順次供給されること意味し、中空糸
膜エレメントへ供給される供給流体の組成、流量は、各
中空糸膜エレメントで基本的には異なり、下流の中空糸
膜エレメントへの供給流体ほど、非透過成分、すなわち
除去対象成分の濃度が高くなり、流量も小さくなる。そ
のため、中空糸膜モジュールの操作条件、特に回収率に
もよるが、中空糸膜エレメントから得られる透過流体の
流量、濃度は中空糸膜エレメント毎に異なるのが一般的
である。濃縮側の中空糸膜エレメントほど、透過流体の
流量が少なく、非透過成分、すなわち除去対象成分の濃
度が高くなる。したがって、各中空糸膜エレメントから
得られる透過流体の濃度は異なり、後処理と組み合わせ
る場合には、透過流体の濃度が高い中空糸膜エレメント
の透過流体のみ後処理するなど、トータルとしての最適
化が可能となる。さらに、このように直列接続の場合
は、中空糸膜エレメントに供給される供給流体の流量が
大きいため、回収率が高い場合でも中空糸膜表面の流速
が大きくなり、膜表面の濃度分極の抑制や、汚れ成分の
付着抑制に効果的である。

【００２７】本発明の実施の形態を図１に基づいて説明
する。図１は本発明の一例で、圧力容器に１つの中空糸
膜エレメントを装着した場合の簡単な構成図である。

【００２８】本実施の形態にかかる中空糸膜エレメント
１は、選択透過性を有する中空糸膜２を供給流体分配管
３の周りに交差状に配置したものであり、両端部は樹脂
４ａ、４ｂで固定されており、両端部に中空糸膜開口部
５ａ、５ｂを有する。この中空糸膜開口部５ａ、５ｂに
は、それぞれ透過流体収集部材６ａ、６ｂが設けられ透
過流体はここで集約され、一方の端の透過流体は内部管
７を通じてもう一方の透過流体収集部材６ａに集められ
る構造となっている。

【００２９】この中空糸膜エレメント１は円筒状の圧力
容器８に収納されており、圧力容器８には供給流体入口
９、濃縮流体出口10、透過流体出口11が設けられてい
る。

【００３０】供給流体12が、供給流体入口９から入り、
供給流体分配管３を通りながら中空糸膜２へ円周方向の
外側へ向けて供給され、一部の流体は中空糸膜２を透過
し中空糸膜開口部５ａ、５ｂから、透過流体収集部材６
ａ、６ｂと、内部管７を経て、透過流体出口11より透過
流体14として取り出される。一方、中空糸膜２を透過し
なかった濃縮流体は中空糸膜エレメント１と圧力容器８
との間の流路を通じて濃縮流体出口10から濃縮流体13と
して取り出される。濃縮流体はＯリング15によりシール
されているため、透過流体と混合することはない。

【００３１】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を説明する
が、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるもの
ではない。なお、実施例は、海水淡水化用の逆浸透膜の
場合を示す。

【００３２】（実施例１）（中空糸膜の作製）：三酢酸セルロース膜からなる中
空糸型逆浸透膜を乾湿式紡糸法により作製した。得られ
た中空糸径は外径が１２０μｍ、内径が４７μｍであっ
た。この中空糸膜の脱塩性能を約１ｍの有効長さで測定
したところ、透水量５６Ｌ／ｍ²日、食塩除去率９９．
８％、ホウ素除去率６２％であった。測定条件は、供給
圧力５．４ＭＰａ、温度２５℃、食塩濃度３．５％、回
収率２％以下であった。なお、食塩およびホウ素の除去
率は下式で定義される。除去率＝（１−（透過水中の溶
質濃度／供給水中の溶質濃度））ｘ１００（％）

【００３３】（中空糸膜エレメントの作製）：これら
の中空糸膜を多孔管からなる供給流体分配管の周りに交
差状に配置させ、中空糸膜の集合体を形成させた。供給
流体分配管をその軸を中心に回転させながら、中空糸膜
の束をトラバースさせ、供給流体分配管の周りに捲きつ
けることにより中空糸膜が交差状に配置される。最外層
における中空糸膜は軸方向に対して約４７度であった。
この中空糸膜の集合体の両端部をエポキシ樹脂でポッテ
ィングさせて固定させた後、両端切断して中空糸膜の中
空孔を開口させた。その後、供給流体分配管の内部に内
部管を通し、両端部に設置される透過流体収集部材で固
定して、中空糸膜エレメントを作製した。この中空糸膜
エレメントの中空糸膜集合体の外径は２６０ｍｍ、開口
端部間の軸方向の長さは１３１０ｍｍであった。また、
中空糸膜の平均長さは１３８０ｍｍであった。また、中
空糸膜の有効長の平均長さは１３８０ｍｍであった。Ｌ
／ID²は６．２ｘ１０⁵（mm^-1）であった。

【００３４】（中空糸膜モジュールの性能評価）この中
空糸膜エレメントを圧力容器に１本装着してシングルタ
イプのモジュールとした。このモジュールに温度２５
℃、ホウ素５ｍｇ／Ｌを含む食塩３．５重量％の食塩水
溶液を供給流体入口に操作圧力５．４ＭＰａで供給し
て、逆浸透処理を行い、２時間経過後の透過水流量、透
過水濃度等を測定した。この場合の回収率、すなわち、
膜モジュールへの供給水流量に対する透過水流量の割合
は３０％であった。透過水流量は４０ｍ³／日で、食塩
除去率は９９．５％、ホウ素除去率は５５％であった。
また、この中空糸膜モジュールを実際の砂ろ過後の海水
で連続運転を実施したが、中空糸膜間の目詰りによって
生じるモジュール圧損の上昇は認められなかった。

【００３５】実施例２（実施例２）実施例１と同様にし
て三酢酸セルロース膜からなる中空糸型逆浸透膜を乾湿
式紡糸法により作製した。得られた中空糸径は外径が１
３７μｍ、内径が５３μｍであった。この中空糸膜の脱
塩性能を約１ｍの有効長さで測定したところ、透水量６
１Ｌ／ｍ²日、食塩除去率９９．８％、ホウ素除去率６
５％であった。測定条件は、実施例１と同様である。

【００３６】この中空糸膜を用い実施例１と同様の方法
で中空糸膜エレメントを作製した。この中空糸膜エレメ
ントの中空糸層部の外径は２６０ｍｍ、開口端部間の軸
方向の長さは１３１０ｍｍであった。また、中空糸膜の
有効長の平均長さは１３８０ｍｍであった。Ｌ／ID²は
４．９ｘ１０⁵（mm^-1）であった。この中空糸膜エレメ
ントを実施例１と同様に性能を測定した。透過水流量は
３７ｍ³／日で、食塩除去率は９９．５％、ホウ素除去
率は５８％であった。また、この中空糸膜モジュールを
実際の砂ろ過後の海水で連続運転を実施したが、中空糸
膜間の目詰りによって生じるモジュール圧損の上昇は認
められなかった。

【００３７】（実施例３）実施例１と同様に中空糸膜、
および、中空糸膜エレメントを作製した。中空糸膜エレ
メント２本を中間コネクターとともに圧力容器に装着し
て、図２に示すような並列配置のダブルタイプモジュー
ルを作製した。実施例１と同様の条件で逆浸透処理を実
施した。その結果、透過水流量は８０ｍ³／日で、食塩
除去率は９９．５％、ホウ素除去率は５５％であった。
また、実施例１と同様に、この中空糸膜モジュールを実
際の砂ろ過後の海水で連続運転を実施したが、中空糸膜
間の目詰りによって生じるモジュール圧損の上昇は認め
られなかった。

【００３８】（実施例４）実施例１と同様に中空糸膜、
および、中空糸膜エレメントを作製した。中空糸膜エレ
メント２本を中間隔壁とともに圧力容器に装着して、図
３に示すような直列配置のダブルタイプモジュールを作
製した。実施例１と同様の条件で逆浸透処理を実施し
た。その結果、透過水流量は８０ｍ³／日で、食塩除去
率は９９．５％、ホウ素除去率は５５％であった。ま
た、実施例１と同様に、この中空糸膜モジュールを実際
の砂ろ過後の海水で連続運転を実施したが、中空糸膜間
の目詰りによって生じるモジュール圧損の上昇は認めら
れなかった。

【００３９】（比較例１）実施例１と同様にして三酢酸
セルロース膜からなる中空糸型逆浸透膜を乾湿式紡糸法
により作製した。得られた中空糸径は外径が２６０μ
ｍ、内径が１００μｍであった。この中空糸膜の脱塩性
能を約１ｍの有効長さで測定したところ、透水量７４Ｌ
／ｍ²日、食塩除去率９９．８％、ホウ素除去率６６％
であった。測定条件は、実施例１と同様である。

【００４０】この中空糸膜を用い実施例１と同様の方法
で中空糸膜エレメントを作製した。この中空糸膜エレメ
ントの中空糸層部の外径は２６０ｍｍ、開口端部間の軸
方向の長さは１３１０ｍｍであった。また、中空糸膜の
有効長の平均長さは１３８０ｍｍであった。Ｌ／ID²は
１．４ｘ１０⁵（mm^-1）であった。この中空糸膜エレメ
ントを実施例１と同様に性能を測定した。透過水流量は
２２ｍ³／日で、食塩除去率は９９．５％、ホウ素除去
率は５８％であった。除去率は高いものの、モジュール
の透過水量は小さいものであった。

【００４１】（比較例２）実施例１と同様にして得られ
た三酢酸セルロース膜を用いて、モジュールの寸法が異
なる以外は、実施例１と同様にして、両端開口型の中空
糸膜エレメントを作製した。この中空糸膜エレメントの
中空糸層部の外径は２２０ｍｍ、開口端部間の軸方向の
長さは１９００ｍｍであった。また、中空糸膜の有効長
の平均長さは２０００ｍｍであった。Ｌ／ID²は９ｘ１
０⁵（mm^-1）であった。圧力容器に１本を装着して、実
施例１と同様の条件で逆浸透処理を実施した。その結
果、透過水流量は３３ｍ³／日で、食塩除去率は９９．
３％、ホウ素除去率は４７％であった。実施例に比べ
て、透過水量、食塩除去率、ホウ素除去率ともに低い結
果であった。

【００４２】本実施例における中空糸型膜モジュール性
能の結果のまとめを表１に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【発明の効果】中空糸膜が交差状に配置されており、中
空糸膜間の空間を保持しているため、供給流体の濁質に
対して詰まり難く、中空糸膜層を通過する際の圧力損失
を低く抑えられ、中空糸膜層内の偏流を抑制し、中空糸
膜表面の濃度分極を抑えることができるのみならず、中
空糸膜の両端が開口しているため、従来の片端開口型に
比べて、中空糸膜内の流動圧損を小さくでき、高い透過
性能を発現可能で、特に、逆浸透膜の場合は一般的に除
去し難いとされているホウ素の除去性能を大きく向上さ
せることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸膜モジュールの一例で、圧力容
器に１つの中空糸膜エレメントを装着した場合の簡単な
構成図を示す。

【図２】本発明の中空糸膜モジュールの一例で、圧力容
器に２つの中空糸膜エレメントを並列接続した場合の簡
単な構成図を示す。

【図３】本発明の中空糸膜モジュールの一例で、圧力容
器に２つの中空糸膜エレメントを直列接続した場合の簡
単な構成図を示す。

【符号の説明】【符号の説明】

１、１’：中空糸膜エレメント２、２’：中空糸膜３、３’：供給流体分配管４ａ、４ｂ、４ａ’、４ｂ’：樹脂５ａ、５ｂ、５ａ’、５ｂ’：中空糸膜開口部６ａ、６ｂ、６ａ’、６ｂ’：透過流体収集部材７、７’：内部管８：圧力容器９：供給流体入口 10：濃縮流体出口 11、11’：透過流体出口 12：供給流体 13：濃縮流体 14、14’：透過流体 15：Ｏ−リング 16：中間コネクター 17：中間隔壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者馬場幸一山口県岩国市灘町一丁目１番東洋紡績株式会社岩国事業所内 (72)発明者丸谷充愛知県犬山市大字木津字前畑344番地東洋紡績株式会社犬山工場内Ｆターム(参考） 4D006 GA03 HA02 JA13A JA13C JA17A JA19A JA24A JB03 JB06 KA67 KA68 MA01 MA31 MA33 MB02 MC18 MC18X PA01 PB03 PB28 PC02 PC51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供給流体入口と連通する供給流体分配管
の周りに選択透過性を有する中空糸膜が交差状に配置さ
れている中空糸膜の集合体の両端部が別々に樹脂で固定
され両端部で該中空糸膜の中空孔が開口している中空糸
膜エレメントが圧力容器に装着されたモジュールであっ
て、該中空糸膜の両端開口部は透過流体出口と流路で連
通しており、該中空糸膜の外周側部分は濃縮流体出口と
流路で連通しており、中空糸膜の有効長Ｌ（mm）と中空
糸膜の内径ID（mm）の２乗値との比Ｌ／（ID²）が、
３．５×１０⁵（mm^-1）以上、７ｘ１０⁵（mm^-1）以下で
あることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】中空糸膜が逆浸透膜であって、中空糸膜
の透水性能が、食塩濃度３．５重量％、圧力５．４ＭＰ
ａ、温度２５℃において、０．０４ｍ³／（ｍ²・日）以
上であることを特徴とする請求項第１項記載の中空糸膜
モジュール。
【請求項３】中空糸膜の素材が酢酸セルロース系であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の中空糸膜モ
ジュール。
【請求項４】供給流体分配管の内部に、中空糸膜の両
端の開口部を連通する内部管を有することを特徴とする
請求項第１項から第３項のいずれかに記載の中空糸膜モ
ジュール。
【請求項５】供給流体入口と連通する供給流体分配管
の周りに選択透過性を有する中空糸膜が交差状に配置さ
れている中空糸膜の集合体の両端部が別々に樹脂で固定
され両端部で該中空糸膜の中空孔が開口している中空糸
膜エレメントが複数個、圧力容器に装着されたモジュー
ルであって、該中空糸膜の両端開口部は透過流体出口と
流路で連通しており、該中空糸膜の外周側部分は濃縮流
体出口と流路で連通しており、中空糸膜の有効長Ｌと中
空糸膜の内径IDの２乗値との比Ｌ／（ID²）が、３．５
ｘ１０⁵（mm^-1）以上、７ｘ１０⁵（mm^-1）以下であるい
ることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項６】請求項５記載の複数個の中空糸膜エレメ
ントの接続において、中空糸膜エレメントが供給流体分
配管で連通されていて、供給流体が各中空糸膜エレメン
トに並列に供給される並列接続であることを特徴とする
請求項５に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項７】請求項５記載の複数個の中空糸膜エレメ
ントの接続において、一方の中空糸膜エレメントの濃縮
流体出口と他方の中空糸膜エレメントの供給流体分配管
の供給口とが連通された直列接続となっていることを特
徴とする請求項第５項に記載の中空糸膜モジュール。