JP2015009182A - Spiral type separation membrane element and spiral type separation membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスパイラル型分離膜エレメント及びスパイラル型分離膜モジュールに関する。 The present invention relates to a spiral separation membrane element and a spiral separation membrane module.
スパイラル型分離膜モジュールは、膜エレメントを圧力容器に収容したものである。膜エレメントとしては、原液流路材、袋状の分離膜、及びこの分離膜の内部に収容される透過液流路材を集液管に巻き付けるものが知られている。 The spiral separation membrane module is a membrane element housed in a pressure vessel. Known membrane elements include a stock solution channel material, a bag-shaped separation membrane, and a permeate channel material housed in the separation membrane wound around a collection tube.
原液流路材は、分離膜の間に原液のための流路を確保するものである。このような原液流路材としては、主に樹脂製のネットが使用されている。このネットは、膜エレメントに原液を供給したときの原液の流れの乱れに起因する不都合、例えば分離膜表面での濃度分極の発生、圧力損失の増加等による膜エレメントの性能低下を抑制するために種々の改良がなされている(特開2000−437号公報及び特開2007−29808号公報)。 The stock solution channel material secures a channel for the stock solution between the separation membranes. As such a stock solution channel material, a resin net is mainly used. This net is intended to suppress inconveniences caused by disturbances in the flow of the stock solution when the stock solution is supplied to the membrane element, for example, the occurrence of concentration polarization on the surface of the separation membrane, the decrease in performance of the membrane element due to an increase in pressure loss, etc. Various improvements have been made (Japanese Patent Laid-Open Nos. 2000-437 and 2007-29808).
ネットとしては、図8に示すようなメッシュスペーサ8として構成されたものが使用されている。このメッシュスペーサ8は、縦糸80と横糸81とを交差させたものである。メッシュスペーサ8は、例えば押出成形により縦糸80と横糸81とを押出してこれらの縦糸80と横糸81との交差部82で互いに融着させることで形成されている。
As the net, one configured as a
しかし、従来のメッシュスペーサ8を用いたスパイラル型分離膜モジュールでは、図9に示すようにメッシュスペーサ8が分離膜90,91の間に位置しているが、縦糸80及び横糸81が全長にわたって分離膜90,91に密着する。そのため、縦糸80及び横糸81と分離膜90,91との接触面積が大きく、原液供給時の原液流れの乱れを十分に抑制することができない。その結果、原液流れの乱れに起因する分離膜表面での濃度分極の発生、圧力損失の増加等による膜エレメントの性能低下を十分に抑制することができず、未だ改善の余地がある。
However, in the spiral type separation membrane module using the
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、原液を供給したときの原液流れの乱れに起因する不都合、例えば分離膜表面での濃度分極の発生、圧力損失の増加等による膜エレメントの性能低下を効果的に抑制できるスパイラル型分離膜エレメント及びスパイラル型分離膜モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the circumstances as described above, and is caused by inconveniences caused by disturbance of the flow of the stock solution when the stock solution is supplied, for example, generation of concentration polarization on the separation membrane surface, increase in pressure loss, etc. It is an object of the present invention to provide a spiral separation membrane element and a spiral separation membrane module that can effectively suppress the performance degradation of the membrane element.
上記課題を解決するためになされた本発明は、原液を分離する三方シール袋状の1又は複数の分離膜と、この分離膜内に収容される透過液流路材と、上記分離膜の開口部が連通され、上記分離膜内の透過液が集められる集液管と、この集液管に巻き付けられる1又は複数の分離膜間に積層される1又は複数の原液流路材とを備えたスパイラル型分離膜エレメントであって、上記原液流路材が複数の第1構成糸とこれらの第1構成糸に交差する複数の第2構成糸とを有し、これらが複数の交差部分で一体化されており、上記第1構成糸における上記交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みよりも小さく、上記第1構成糸の線状部分の軸芯の上記交差部分の厚み方向の中心に対する上記厚み方向の偏倚量が、上記交差部分の平均最大厚みと上記線状部分の平均最小径との差の半分以下である。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a three-side sealed bag-like separation membrane for separating a stock solution, a permeate flow path material accommodated in the separation membrane, and an opening of the separation membrane. And a collecting tube for collecting the permeate in the separation membrane, and one or a plurality of undiluted solution flow channel members stacked between one or a plurality of separation membranes wound around the collecting tube. A spiral type separation membrane element, wherein the stock solution channel material has a plurality of first constituent yarns and a plurality of second constituent yarns intersecting with the first constituent yarns, and these are integrated at a plurality of intersecting portions. The average minimum diameter of the linear portions located between the intersecting portions in the first constituent yarn is smaller than the average maximum thickness of the intersecting portions, and the axis of the linear portion of the first constituent yarn The amount of deviation in the thickness direction with respect to the center in the thickness direction of the intersecting portion of The average of the average maximum thickness and the linear portion of the serial intersection is less than half of the difference between the minimum diameter.
上記課題を解決するためになされたさらに別の本発明は、当該スパイラル型分離膜エレメントを備えるスパイラル型分離膜モジュールである。 Yet another aspect of the present invention made to solve the above problems is a spiral separation membrane module including the spiral separation membrane element.
本発明によれば、原液供給時の原液流れの乱れを抑制することで、分離膜表面での濃度分極を抑制できると共に圧力損失を低減できる。従って、本発明により提供されるスパイラル型分離膜エレメント及びスパイラル型分離膜モジュールでは、膜エレメントの性能低下が効果的に抑制される。 According to the present invention, it is possible to suppress the concentration polarization on the surface of the separation membrane and reduce the pressure loss by suppressing the disturbance of the stock solution flow when the stock solution is supplied. Therefore, in the spiral separation membrane element and the spiral separation membrane module provided by the present invention, the performance degradation of the membrane element is effectively suppressed.
[本発明の実施形態の説明]
上記課題を解決するためになされた本発明は、原液を分離する三方シール袋状の1又は複数の分離膜と、この分離膜内に収容される透過液流路材と、上記分離膜の開口部が連通され、上記分離膜内の透過液が集められる集液管と、この集液管に巻き付けられる1又は複数の分離膜間に積層される1又は複数の原液流路材とを備えたスパイラル型分離膜エレメントであって、上記原液流路材が複数の第1構成糸とこれらの第1構成糸に交差する複数の第2構成糸とを有し、これらが交差部分で一体化されており、上記第1構成糸における上記交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みよりも小さく、上記第1構成糸の線状部分の軸芯の上記交差部分の厚み方向の中心に対する上記厚み方向の偏倚量が、上記交差部分の平均最大厚みと上記線状部分の平均最小径との差の半分以下である。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a three-side sealed bag-like separation membrane for separating a stock solution, a permeate flow path material accommodated in the separation membrane, and an opening of the separation membrane. And a collecting tube for collecting the permeate in the separation membrane, and one or a plurality of undiluted solution flow channel members stacked between one or a plurality of separation membranes wound around the collecting tube. A spiral separation membrane element, wherein the stock solution channel material has a plurality of first constituent yarns and a plurality of second constituent yarns intersecting with the first constituent yarns, and these are integrated at the intersecting portion. The average minimum diameter of the linear portions located between the intersecting portions in the first constituent yarn is smaller than the average maximum thickness of the intersecting portions, and the axis of the linear portion of the first constituent yarn is the above The amount of deviation in the thickness direction with respect to the center in the thickness direction of the intersection is The average of the average maximum thickness and the linear portion of the part is less than half of the difference between the minimum diameter.
当該スパイラル型分離膜エレメントによれば、原液流路材の第1構成糸と第2構成糸とが交差部分で一体化され、交差部分間の第1構成糸の線状部分の平均最小径が交差部分の平均最大厚みよりも小さく、厚み方向における第1構成糸の線状部分の軸芯の交差部分の中心に対する偏倚量が上記交差部分の平均最大厚みと上記線状部分の平均最小径との差の半分以下とされている。そのため、上記原液流路材は、交差部分において分離膜に接触し、第1構成糸の線状部分が分離膜とは接触しない構成とすることが可能となる。そのため、第1構成糸の線状部分と分離膜との接触面積を小さくすることで、原液供給時の原液流れの乱れに起因する分離膜表面での濃度分極を抑制し、圧力損失を低減できる。これにより、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、膜エレメントの性能低下を効果的に抑制できる。 According to the spiral type separation membrane element, the first constituent yarn and the second constituent yarn of the undiluted liquid flow path material are integrated at the intersection, and the average minimum diameter of the linear portion of the first constituent yarn between the intersections is The deviation amount with respect to the center of the intersection portion of the axial portion of the linear portion of the first constituent yarn in the thickness direction is smaller than the average maximum thickness of the intersection portion, and the average maximum thickness of the intersection portion and the average minimum diameter of the linear portion are Less than half of the difference. Therefore, the stock solution channel material can be configured to contact the separation membrane at the intersecting portion, and the linear portion of the first constituent yarn does not contact the separation membrane. Therefore, by reducing the contact area between the linear portion of the first constituent yarn and the separation membrane, concentration polarization on the surface of the separation membrane due to disturbance of the stock solution flow during stock solution supply can be suppressed, and pressure loss can be reduced. . Thereby, in the said spiral type separation membrane element, the performance fall of a membrane element can be suppressed effectively.
ここで、「厚み方向」とは、第1構成糸と第2構成糸との重ね方向をいう。「交点部分の平均最大厚み」とは、任意に選択された複数の交点部分における厚み方向の最大寸法の平均値であり、10点の平均値とする。「線状部分の平均最小径」とは、各構成糸の軸方向に隣接する2つの交点部分間に位置する部分の厚み方向の最小径を、任意に選択された複数の部分で測定した値の平均値であり、10点の平均値とする。「第1構成糸」及び「第2構成糸」は、これらの構成糸の線状部分の上記平均最小径が小さいほうが「第1構成糸」、上記平均最小径が大きいほうが「第2構成糸」として定義される。なお、2つの構成糸の平均最小径が同じである場合には、「第1構成糸」及び「第2構成糸」は任意に定義される。 Here, the “thickness direction” refers to the overlapping direction of the first constituent yarn and the second constituent yarn. The “average maximum thickness of intersection points” is an average value of the maximum dimensions in the thickness direction at a plurality of arbitrarily selected intersection points, and is an average value of 10 points. The “average minimum diameter of the linear portion” is a value obtained by measuring the minimum diameter in the thickness direction of a portion located between two intersection portions adjacent to each other in the axial direction of each constituent yarn at a plurality of arbitrarily selected portions. The average value of 10 points. The “first constituent yarn” and the “second constituent yarn” are “first constituent yarn” that has a smaller average minimum diameter of the linear portions of these constituent yarns, and “second constituent yarn” that has a larger average minimum diameter. Is defined as When the average minimum diameters of the two constituent yarns are the same, the “first constituent yarn” and the “second constituent yarn” are arbitrarily defined.
上記第1構成糸と上記第2構成糸とが上記交差部分で融和されているとよい。このように第1構成糸と第2構成糸とが融和されていることで、交差部分の強度を高めることができる。 The first component yarn and the second component yarn may be united at the intersection. Thus, the intensity | strength of an intersection part can be raised because the 1st constituent yarn and the 2nd constituent yarn are united.
ここで、「融和」とは、第1構成糸と第2構成糸とが溶融して一体化した結果、第1構成糸と第2構成糸とを区別できる明確な界面が存在しない状態をいう。 Here, “fusion” means a state where there is no clear interface that can distinguish the first constituent yarn and the second constituent yarn as a result of the first constituent yarn and the second constituent yarn being melted and integrated. .
上記線状部分の平均最小径としては上記交差部分の平均最大厚みの10%以上70%以下が好ましい。このように線状部分の平均最小径を交差部分の平均最大厚みに対して上記範囲とすることで、上記線状部分の強度を確保しつつ線状部分と分離膜との間の隙間をより適切に確保できるため原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。そのため、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。 The average minimum diameter of the linear portion is preferably 10% to 70% of the average maximum thickness of the intersecting portion. Thus, by setting the average minimum diameter of the linear portion within the above range with respect to the average maximum thickness of the intersecting portion, the gap between the linear portion and the separation membrane is further increased while ensuring the strength of the linear portion. Since it can be appropriately secured, it is possible to suppress disturbance of the stock solution flow when the stock solution is supplied. Therefore, in the spiral type separation membrane element, concentration polarization on the surface of the separation membrane is suppressed, pressure loss is reduced, and performance degradation of the membrane element can be more effectively suppressed.
上記線状部分の平均最小径としては0.1mm以上0.4mm以下が好ましく、上記交差部分の平均最大厚みとしては0.2mm以上1.2mm以下が好ましい。このように線状部分の平均最小径及び交差部分の平均最大厚みを上記範囲とすることで、上記線状部分の強度を確保しつつ線状部分と分離膜との間の隙間をより適切に確保できるため原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。そのため、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。 The average minimum diameter of the linear portion is preferably from 0.1 mm to 0.4 mm, and the average maximum thickness of the intersecting portion is preferably from 0.2 mm to 1.2 mm. Thus, by setting the average minimum diameter of the linear portion and the average maximum thickness of the intersecting portion in the above range, the gap between the linear portion and the separation membrane is more appropriately secured while ensuring the strength of the linear portion. Since it can be secured, it is possible to suppress disturbance of the stock solution flow when the stock solution is supplied. Therefore, in the spiral type separation membrane element, concentration polarization on the surface of the separation membrane is suppressed, pressure loss is reduced, and performance degradation of the membrane element can be more effectively suppressed.
上記第1構成糸の線状部分が、上記第1構成糸の軸方向に延伸されているとよい。このように第1構成糸の線状部分が延伸されることで、線状部分の厚さを小さくすることができると共に第1構成糸の線状部分の軸芯を交差部分の厚み方向の中心に近づけることができる。そのため、上記線状部分を分離膜から離間させることができるため原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。その結果、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。 The linear portion of the first constituent yarn may be extended in the axial direction of the first constituent yarn. By extending the linear portion of the first constituent yarn in this way, the thickness of the linear portion can be reduced, and the axis of the linear portion of the first constituent yarn is centered in the thickness direction of the intersecting portion. Can be approached. Therefore, since the said linear part can be spaced apart from a separation membrane, disorder of the stock solution flow at the time of stock solution supply can be suppressed. As a result, in the spiral type separation membrane element, concentration polarization on the surface of the separation membrane is suppressed, pressure loss is reduced, and performance degradation of the membrane element can be more effectively suppressed.
上記第2構成糸における上記交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みよりも小さいとよい。このように第2構成糸の線状部分の平均最小径を上記交差部分の平均最大厚みよりも小さくすることで、第2構成糸の線状部分が分離膜と接触する可能性を低減し、第2構成糸の線状部分と分離膜との接触面積をより小さくすることが可能となる。そのため、原液供給時の原液流れの乱れに起因する分離膜表面での濃度分極を抑制し、圧力損失を低減できる。これにより、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。 The average minimum diameter of the linear portions located between the intersecting portions in the second constituent yarn may be smaller than the average maximum thickness of the intersecting portions. Thus, by reducing the average minimum diameter of the linear portion of the second constituent yarn to be smaller than the average maximum thickness of the intersecting portion, the possibility that the linear portion of the second constituent yarn contacts the separation membrane is reduced. It is possible to further reduce the contact area between the linear portion of the second constituent yarn and the separation membrane. Therefore, concentration polarization on the surface of the separation membrane due to disturbance of the stock solution flow during stock solution supply can be suppressed, and pressure loss can be reduced. Thereby, in the spiral separation membrane element, it is possible to more effectively suppress the performance degradation of the membrane element.
上記分離膜が不織布であるとよい。このように分離膜が不織布であることで、当該スパイラル型分離膜エレメントを油水分離の用途にも適用することが可能となる。そのため、油水分離時における分離膜表面での濃度分極を抑制すると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。 The separation membrane may be a nonwoven fabric. Thus, when the separation membrane is a non-woven fabric, the spiral separation membrane element can be applied to oil / water separation. Therefore, concentration polarization on the surface of the separation membrane during oil / water separation is suppressed, pressure loss is reduced, and performance degradation of the membrane element can be more effectively suppressed.
上記複数の交差部分のうちの上記第1構成糸又は上記第2構成糸の軸方向に隣接する2つの交差部分の平均中心間距離としては、2mm以上6mm以下が好ましい。このように平均中心間距離を上記範囲とすることで、分離膜間におけるメッシュスペーサの占有面積を適度に小さくできるため圧力損失を低減しつつ原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。そのため、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。 The average center-to-center distance between two intersecting portions adjacent in the axial direction of the first constituent yarn or the second constituent yarn among the plurality of intersecting portions is preferably 2 mm or more and 6 mm or less. Thus, by setting the average center distance within the above range, the area occupied by the mesh spacers between the separation membranes can be appropriately reduced, so that disturbance of the stock solution flow during stock solution supply can be suppressed while reducing pressure loss. Therefore, in the spiral type separation membrane element, concentration polarization on the surface of the separation membrane is suppressed, pressure loss is reduced, and performance degradation of the membrane element can be more effectively suppressed.
ここで、「交差部分の平均中心間距離」とは、任意に選択された10点の中心間距離の平均値である。この「中心間距離」における「中心」とは、厚み方向視における第1構成糸の軸芯と第2構成糸の軸芯との交点である。 Here, the “average center-to-center distance of intersection” is an average value of the center-to-center distances of 10 points arbitrarily selected. The “center” in the “center-to-center distance” is an intersection of the axis of the first constituent yarn and the axis of the second constituent yarn in the thickness direction view.
上記第1構成糸及び上記第2構成糸としては、ポリプロピレン、ポリエチレン又は架橋ポリエチレンを主成分とするものが好ましい。このような樹脂を主成分とする構成糸は比較的安価に入手可能であると共に融点も比較的に低く加工が容易であるため、原液流路材の製造コストを抑制することが可能となる。 As the first component yarn and the second component yarn, those having polypropylene, polyethylene or crosslinked polyethylene as a main component are preferable. Since the constituent yarns mainly composed of such resin are available at a relatively low cost and have a relatively low melting point and can be easily processed, it is possible to suppress the manufacturing cost of the raw liquid flow path material.
上記課題を解決するためになされた別の本発明は、当該スパイラル型分離膜エレメントを備えるスパイラル型分離膜モジュールである。 Another aspect of the present invention made to solve the above problems is a spiral-type separation membrane module including the spiral-type separation membrane element.
当該スパイラル型分離膜モジュールは、当該スパイラル型分離膜エレメントを備えているため、原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。そのため、当該スパイラル型分離膜モジュールでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。 Since the spiral-type separation membrane module includes the spiral-type separation membrane element, it is possible to suppress disturbance of the stock solution flow when the stock solution is supplied. Therefore, in the spiral-type separation membrane module, concentration polarization on the surface of the separation membrane is suppressed, pressure loss is reduced, and performance degradation of the membrane element can be more effectively suppressed.
当該スパイラル型分離膜エレメントへの上記原液の供給圧力としては1MPa以下が好ましい。このようなスパイラル型分離膜モジュールでは、原液の供給圧力が比較的に小さいため、ランニングコストを低減することができる。 The supply pressure of the stock solution to the spiral separation membrane element is preferably 1 MPa or less. In such a spiral separation membrane module, since the supply pressure of the stock solution is relatively small, the running cost can be reduced.
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明のスパイラル型分離膜エレメント(以下、「膜エレメント」ともいう)及びスパイラル型分離膜モジュールについて図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, a spiral separation membrane element (hereinafter also referred to as “membrane element”) and a spiral separation membrane module of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to the claim are included.
〔スパイラル型分離膜モジュール〕
図1のスパイラル型分離膜モジュール1は、圧力容器2内に膜エレメント3を収容したものである。
[Spiral type separation membrane module]
The spiral-type separation membrane module 1 of FIG. 1 has a membrane element 3 accommodated in a pressure vessel 2.
<圧力容器>
圧力容器2は、両端が開口した円筒体20と、この円筒体20の開口を塞ぐ閉塞部材21,22を備えている。
<Pressure vessel>
The pressure vessel 2 includes a
(円筒体)
円筒体20の直径及び長さとしては、膜エレメント3を適切に収容できる限りは特に制限はなく、用途等に応じて適宜選択すればよい。円筒体20は、耐圧性の高い材料により形成することが好ましい。耐圧性の高い材料としては、例えばポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン、ABS樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリイミド、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂等の樹脂材料、繊維強化プラスチック、ステンレス、真鍮、銅、鉄等の金属材料、セラミック材料などが挙げられる。
(Cylinder)
The diameter and length of the
(閉塞部材)
閉塞部材21は、ヘッダ部23及び原液ポート24を有している。ヘッダ部23は、端板21A及び側壁21Bにより形成されている。原液ポート24の内部は、ヘッダ部23に連通している。一方、閉塞部材22は、ヘッダ部25及び濃縮液ポート26を有している。ヘッダ部25は、端板22A及び側壁22Bにより形成されている。濃縮液ポート26の内部は、ヘッダ部25に連通している。これらの閉塞部材21,22の材質としては、円筒体20と同様なものが挙げられる。
(Occlusion member)
The closing
<膜エレメント>
図2及び図3に示すように、膜エレメント3は、膜リーフ4、原液流路材5、集液管6及びテレスコープ防止板7A,7Bを備えている。この膜エレメント3は、膜リーフ4の間に原液流路材5に挟み込まれるように集液管6に巻き付けられた巻回体30の端面31,32にテレスコープ防止板7A,7Bを固定したものである。
<Membrane element>
As shown in FIGS. 2 and 3, the membrane element 3 includes a
(膜リーフ)
膜リーフ4は、原液流路材5と共に集液管6に巻き付けられるものである。この膜リーフ4は、分離膜40及び透過液流路材41を有している。
(Membrane leaf)
The
(分離膜)
分離膜40は、原液中の不要成分を分離するものである。この分離膜40は、図4に示すように一対の分離膜要素42,43によって開口部44が形成された三方シール袋状である。このような分離膜40は、例えばシート状の分離膜を折り返し、折り返し縁に連続する両側縁部を接着することで袋状に形成される。分離膜40は、一対の分離膜を重ね合せ、3つの側縁部を接着することで三方シール袋状に形成してもよい。
(Separation membrane)
The
分離膜40は、スパイラル型分離膜モジュール1の用途等に応じて、公知のものから選択すればよい。分離膜40としては、例えば逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が挙げられる。分離膜40としては、不織布を使用することもできる。
The
この場合の不織布としては、樹脂繊維から形成されたウェブを機械的操作、接着剤あるいは樹脂繊維相互の熱融着によって樹脂繊維を互いに接合させ、加工させて得られる布を使用することができる。 As the nonwoven fabric in this case, it is possible to use a cloth obtained by bonding and processing resin fibers to each other by mechanical operation, adhesive or heat fusion between resin fibers.
樹脂繊維としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィンの繊維、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂の繊維、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、セルロースなどが挙げられる。樹脂繊維としては、異なる2種以上の樹脂材料からなる繊維を用いてもよい。樹脂繊維の幅としては、通常、1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは1μm以下、最も好ましくは0.3μm以下である。樹脂繊維の長さとしては、繊維幅の10倍以上が好ましい。 Examples of the resin fibers include polyolefin fibers such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, and ethylene-propylene copolymer, and fluororesin fibers such as polytetrafluoroethylene, polytrifluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, and polyvinylidene fluoride. Examples thereof include polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyacrylonitrile, and cellulose. As the resin fibers, fibers made of two or more different resin materials may be used. The width of the resin fiber is usually 1 mm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 5 μm or less, further preferably 1 μm or less, and most preferably 0.3 μm or less. The length of the resin fiber is preferably 10 times or more the fiber width.
上記不織布は、空隙率としては90%〜96%が好ましく、厚みとしては基礎質量30g/m2において0.10mm〜0.50mmが好ましく、引張度としては0.7〜1.3(kg/25mm)が好ましく、伸長度としては25%〜50%が好ましく、空気透過度としては23〜135(cc/cm2/sec)が好ましく、最大細孔径としては1μm〜35μmが好ましい。このような特性を有する不織布を用いることで、適切に油水分離を行うことができる。 The nonwoven fabric preferably has a porosity of 90% to 96%, a thickness of 0.10 mm to 0.50 mm at a basic mass of 30 g / m 2 , and a tensile strength of 0.7 to 1.3 (kg / m). 25 mm), the elongation is preferably 25% to 50%, the air permeability is preferably 23 to 135 (cc / cm 2 / sec), and the maximum pore diameter is preferably 1 μm to 35 μm. Oil-water separation can be appropriately performed by using a nonwoven fabric having such characteristics.
ここで、「空隙率」は、体積及び密度から計算される理論値である。「空気透過度(通気度)」は、JIS L 1096 A法(フラジール形法):2010「織物及び編物の生地試験方法」に準じて測定した値である。「最大細孔径」は、JIS K 3832:2011「精密ろ過膜エレメント及びモジュールのバブルポイント試験方法」に準じて測定した値である。 Here, the “porosity” is a theoretical value calculated from the volume and density. “Air permeability (air permeability)” is a value measured according to JIS L 1096 A method (fragile type method): 2010 “Fabric and knitted fabric test method”. The “maximum pore diameter” is a value measured according to JIS K 3832: 2011 “Bubble point test method for microfiltration membrane elements and modules”.
(透過液流路材)
図5に示すように、透過液流路材41は、分離膜40の内部に収容されることで、分離膜要素42,43の間のスペーサとして機能するものである。すなわち、透過液流路材41は、膜リーフ4において分離膜要素42,43の間に透過液流路を規定する。この透過液流路材41としては、多孔質体を使用することができる。多孔質体としては、例えばトリコット等の編地が挙げられる。
(Permeate channel material)
As shown in FIG. 5, the
<原液流路材>
原液流路材5は、膜リーフ4と共に集液管6に巻き付けたときに、2つの膜リーフ4の間に位置し、これらの膜リーフ4(分離膜要素42,43)の間のスペーサとして機能するものである。すなわち、原液流路材5は、膜リーフ4に積層されることで膜リーフ4(分離膜要素42,43)の間に原液流路を規定する。
<Material flow channel material>
The undiluted
図6及び図7に示すように、原液流路材5は、複数の第1構成糸51とこれらの第1構成糸51に交差する複数の第2構成糸52とを有し、これらが複数の交差部分53で一体化されている。この原液流路材5(メッシュスペーサ)は、第1構成糸51及び第2構成糸52において交差部分53の間に位置する線状部分54,55を有している。
As shown in FIG. 6 and FIG. 7, the stock solution
交差部分53は、線状部分54,55に対して厚み方向に膨出しており、その頂点部分において膜リーフ4(分離膜要素42,43)に接触している。この交差部分53は、第1構成糸51と第2構成糸52とが融和されることで一体化されていることが好ましい。交差部分53が融和されていることで、交差部分53の強度を高めることができる。
The intersecting
線状部分54,55は、膜リーフ4(分離膜要素42,43)とは接触せずに膜リーフ4(分離膜要素42,43)から離間している。これらの線状部分54,55の断面形状としては、円形、楕円形、半円形、多角形等が挙げられる。
The
上記第1構成糸51及び第2構成糸52の線状部分54,55の各平均最小径T1は、それぞれ交差部分53の平均最大厚みT2よりも小さくされている。第1構成糸51及び第2構成糸52の線状部分54,55の軸芯L1,L2の交差部分53の厚み方向の中心O1に対する厚み方向の偏倚量dTは、それぞれ上記交差部分53の平均最大厚みT2と上記線状部分54,55の平均最小径T1との差の半分以下である。上記第1構成糸51及び第2構成糸52のそれぞれの偏倚量dTの上限としては、30%が好ましく、10%がより好ましい。上記偏倚量dTが上記上限を超えると、線状部分54,55と分離膜40との距離が小さくなり、原液供給時に原液流れに乱れが生じやすくなり、分離膜40の表面での濃度分極や圧力損失の増大等による膜エレメント3の性能低下を十分に抑制できないおそれがある。
The average minimum diameters T1 of the
上記第1構成糸51及び第2構成糸52の線状部分54,55の平均最小径T1の下限としては、それぞれ交差部分53の平均最大厚みT2の20%が好ましく、30%がより好ましい。一方、平均最小径T1の上限としては、それぞれ平均最大厚みT2の60%が好ましく、50%がより好ましい。上記線状部分54,55の各平均最小径T1が交差部分53の平均最大厚みT2に対して上記下限未満であると、線状部分54,55の強度を十分に確保できないおそれがある。一方、上記線状部分54,55の各平均最小径T1が交差部分53の平均最大厚みT2に対して上記上限を超えると、線状部分54,55と分離膜40との距離が小さくなり、原液の乱れが生じやすくなり、分離膜40の表面での濃度分極や圧力損失の増大等による膜エレメント3の性能低下を十分に抑制できないおそれがある。
As a minimum of average minimum diameter T1 of
膜エレメント3の性能低下を十分に抑制するためには、線状部分54,55の平均最小径T1及び交差部分53の平均最大厚みT2は、下記の範囲とすることが好ましい。すなわち、線状部分54,55の平均最小径T1の下限としては、0.1mmが好ましく、0.2mmがより好ましい。上記平均最小径T1の上限としては、0.4mmが好ましく、0.3mmがより好ましい。交差部分53の平均最大厚みT2の下限としては0.2mmが好ましく、0.5mmがより好ましい。平均最大厚みT2の上限としては1.2mmが好ましく、1.0mmがより好ましい。
In order to sufficiently suppress the performance degradation of the membrane element 3, the average minimum diameter T1 of the
複数の交差部分53のうちの第1構成糸51又は第2構成糸52の軸方向A1,A2に隣接する2つの交差部分53の平均中心間距離Dの下限としては、2mmが好ましく、3mmがより好ましい。一方、平均中心間距離Dの上限としては、6mmが好ましく、5mmがより好ましい。交差部分53の平均中心間距離Dが上記下限未満であると、分離膜要素42,43の間における交差部分53が占める容積が大きくなって原液流れに乱れが生じやすく、圧力損失が大きくなるおそれがある。一方、交差部分53の平均中心間距離Dが上記上限を超えると、原液流路材5がスペーサとして十分に機能しないおそれがある。
The lower limit of the average center distance D between the two intersecting
第1構成糸51又は第2構成糸52の線状部分54,55は、第1構成糸51又は第2構成糸52の軸方向A1,A2に延伸されているとよい。線状部分54,55が延伸されることで、各構成糸51,52の線状部分54,55の軸芯L1,L2を交差部分53の厚み方向の中心O1に近づけることができると共に線状部分54,55の厚さを小さくすることができる。そのため、当該膜エレメント3によれば、線状部分54,55を分離膜40から離間させることができるため原液流れの乱れを抑制し、濃度分極、圧力損失等による膜エレメント3の性能低下をより効果的に抑制できる。
The
第1構成糸51及び第2構成糸52としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン又は架橋ポリエチレンを主成分とするものが挙げられる。このような樹脂を主成分とする構成糸は比較的安価に入手可能であると共に融点も比較的に低く加工が容易であるため、原液流路材5の材料コストを抑制することが可能となる。
As the 1st
このような原液流路材5は、例えば第1構成糸51と第2構成糸52とを交差状態で融着することで形成することができる。第1構成糸51と第2構成糸52との融着は、公知の方法、例えば押出成形機を用いて第1構成糸51及び第2構成糸52をこれらの構成糸51,52が交差するように同時に押出形成することで行うことができる。融着後は、必要に応じて、加熱により交差部分53を融和させてもよく、また必要に応じて第1構成糸又は第2構成糸を延伸してもよい。原液流路材5はまた、第1構成糸51及び第2構成糸52を平織、綾織等した後に加熱することで交差部分53を融着させてもよい。このような融着方法は、第1構成糸51及び第2構成糸52として低融点樹脂を主成分とするものを用いる場合に有用である。
Such a raw material
(集液管)
図2及び図3に示すように、集液管6は、分離膜40を透過した膜リーフ4の内部の透過液を集めるためのものである。この集液管6は、一端部が閉じた中空状である。集液管6には、集液管6の軸方向に列状に並ぶと共に複数の貫通孔60からなる貫通孔群が形成されている。膜リーフ4は、分離膜40の開口部44が貫通孔群に位置合わせされた状態で集液管6に固定され、開口部44と貫通孔60とが連通している。そのため、貫通孔群の貫通孔60には、分離膜40を透過した透過液のみが供給される。
(Collection tube)
As shown in FIGS. 2 and 3, the
(テレスコープ防止板)
図1及び図2に示すように、テレスコープ防止板7A,7Bは、スポーク型として構成されたものである。このテレスコープ防止板7A,7Bは、内周環部70A,70B、外周環部71A,71B、及びスポーク部72A,72Bを備えている。内周環部70A,70Bは、集液管6が嵌合される部分である。外周環部71A,71Bの外周面には、溝73A,73Bが設けられる。この溝73A,73Bは、ブラインシール74A,74Bが嵌め込まれる部分である。ブラインシール74A,74Bは、円筒体20と膜エレメント3との隙間に原液が流入することを防ぐためのものである。スポーク部72A,72Bは、内周環部70A,70Bと外周環部71A,71Bとを繋ぐものである。内周環部70A,70B、外周環部71A,71B及びスポーク部72A,72Bによって囲まれる空間は、原液の通過を許容するものである。
(Telescope prevention plate)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
テレスコープ防止板7A,7Bの材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、超高分子量ポリエチレン、ポリアセタール、ポリイミド、硬質ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、アクリル樹脂、ABS樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルケトン等の樹脂材料、ステンレススチール等の金属材料などが挙げられる。
Examples of the material of the
<原液の分離方法>
次に、当該スパイラル型分離膜モジュール1による原液の分離方法を説明する。なお、図1における矢印は、液体の移動方向を示している。
<Method for separating stock solution>
Next, a method for separating a stock solution using the spiral separation membrane module 1 will be described. In addition, the arrow in FIG. 1 has shown the moving direction of the liquid.
図1に示すように、当該スパイラル型分離膜モジュール1には、原液ポート24から原液Aが供給される。当該スパイラル型分離膜モジュール1への原液供給圧力は、膜リーフ4の分離膜40の種類に応じて決定すればよい。例えば、分離膜40として不織布等の油水分離膜を使用する場合には、原液供給圧力としては1MPa以下が好ましい。
As shown in FIG. 1, the stock solution A is supplied from the
原液ポート24から供給された原液Aは、閉塞部材21のヘッダ部23及びテレスコープ防止板7Aを通過し、巻回体30の端面31から巻回体30に供給される。巻回体30に供給された原液Aは、原液流路材5によって膜リーフ4(分離膜要素42,43)の間に規定される原液流路を巻回体30の端面32に向けて移動する。
The stock solution A supplied from the
原液流路を移動する原液Aは、その移動過程において分離膜40により分離される。分離膜40を透過した透過液Bは、分離膜40(膜エレメント3)の内部に移動する。分離膜40の内部の透過液Bは、透過液流路材41によって規定される透過液流路に移動し、貫通孔60を通過して集液管6の内部に移動する。集液管6の透過液Bは、集液管6の内部を移動して集液管6の端部から回収される。
The stock solution A moving through the stock solution flow path is separated by the
一方、分離膜40を透過しなかった原液Aは、膜エレメント3の端面32から排出され、最終的にテレスコープ防止板7B及び閉塞部材22のヘッダ部25を通過して濃縮液ポート26を介して当該スパイラル型分離膜モジュール1の外部に濃縮液Cとして排出される。
On the other hand, the stock solution A that has not permeated through the
<利点>
当該膜エレメント3によれば、原液流路材(メッシュスペーサ)5の第1構成糸51と第2構成糸52とが交差部分53で一体化され、隣接する交差部分53の間の線状部分54,55の平均最小径T1が交差部分53の平均最大厚みT2よりも小さく、厚み方向における第1構成糸51及び第2構成糸52の線状部分54,55の軸芯L1,L2の交差部分53の中心に対する偏倚量dTが交差部分53の平均最大厚みT2と線状部分54,55の平均最小径T1との差の半分以下とされている。そのため、原液流路材5は、交差部分53において分離膜40に接触し、第1構成糸51及び第2構成糸52の線状部分54,55が分離膜40とは接触しない構成とすることが可能となる。そのため、第1構成糸51及び第2構成糸52の線状部分54,55と分離膜40との接触面積を小さくすることで、原液供給時の原液流れの乱れに起因する分離膜40の表面での濃度分極を抑制し、圧力損失を低減できる。これにより、当該スパイラル型分離膜モジュール1では、性能低下を効果的に抑制できる。
<Advantages>
According to the membrane element 3, the first
<他の実施形態>
本発明は、上述の実施の形態には限定されず、種々に変更可能である。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously changed.
例えば、集液管6に巻き付けられる膜リーフ4の数は、図3に示すような4つには限定されず、4つ以外であってよく、もちろん1つであってよい。
For example, the number of the membrane leaves 4 wound around the
膜リーフ4及び原液流路材5は、集液管6の一箇所に巻き付ける場合に限定されず、集液管6の軸方向に並ぶように複数箇所に巻き付けてもよい。
The
上記実施の形態では、原液流路材5が一方の構成糸51(52)が集液管6の周方向に沿い、他方の構成糸52(51)が集液管6の軸方向に沿うように集液管6に巻き付けられていたが、第1構成糸及び第2構成糸のそれぞれが集液管6の周方向及び軸方向の双方に斜めに交差するように原液流路材5を集液管6に巻き付けてもよい。
In the above embodiment, the raw material
本発明によれば、原液供給時の原液流れの乱れを抑制することで、分離膜表面での濃度分極を抑制できると共に圧力損失を低減できる。従って、本発明により提供されるスパイラル型分離膜エレメント及びスパイラル型分離膜モジュールでは、膜エレメントの性能低下が効果的に抑制される。 According to the present invention, it is possible to suppress the concentration polarization on the surface of the separation membrane and reduce the pressure loss by suppressing the disturbance of the stock solution flow when the stock solution is supplied. Therefore, in the spiral separation membrane element and the spiral separation membrane module provided by the present invention, the performance degradation of the membrane element is effectively suppressed.
1 スパイラル型分離膜モジュール
2 圧力容器
20 円筒体
21,22 閉塞部材
21A,22A 端板
21B,22B 側壁
23,25 ヘッダ部
24 原液ポート
26 濃縮液ポート
3 膜エレメント
30 巻回体
31,32 端面
4 膜リーフ
40 分離膜
41 透過液流路材
42,43 分離膜要素
44 開口部
5 原液流路材
51 第1構成糸
52 第2構成糸
53 交差部分
54,55 線状部分
6 集液管
60 貫通孔
7A,7B テレスコープ防止板
70A,70B 内周環部
71A,71B 外周環部
72A,72B スポーク部
73A,73B 溝
74A,74B ブラインシール
8 メッシュスペーサ
80 縦糸
81 横糸
82 交差部
90,91 分離膜
A1,A2 構成糸の軸方向
T1 線状部分の平均最小径
T2 交差部分の平均最大厚み
L1,L2 線状部分の軸芯
O1 交差部分の厚み方向の中心
dT 偏倚量
D 交差部分の平均中心間距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spiral type separation membrane module 2
Claims (11)
上記原液流路材が複数の第1構成糸とこれらの第1構成糸に交差する複数の第2構成糸とを有し、これらが複数の交差部分で一体化されており、
上記第1構成糸における上記交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みよりも小さく、
上記第1構成糸の線状部分の軸芯の上記交差部分の厚み方向の中心に対する上記厚み方向の偏倚量が、上記交差部分の平均最大厚みと上記線状部分の平均最小径との差の半分以下であるスパイラル型分離膜エレメント。 One or a plurality of separation membranes in the form of a three-side seal bag for separating the stock solution, a permeate flow path material accommodated in the separation membrane, and an opening of the separation membrane are communicated, and the permeate in the separation membrane is A spiral type separation membrane element comprising a collected liquid collection tube and one or a plurality of stock solution flow path members stacked between one or a plurality of separation membranes wound around the collection tube,
The stock solution flow path material has a plurality of first constituent yarns and a plurality of second constituent yarns that intersect these first constituent yarns, and these are integrated at a plurality of intersecting portions,
The average minimum diameter of the linear portion located between the intersecting portions in the first constituent yarn is smaller than the average maximum thickness of the intersecting portions,
The deviation in the thickness direction with respect to the center in the thickness direction of the intersecting portion of the axis of the linear portion of the first constituent yarn is the difference between the average maximum thickness of the intersecting portion and the average minimum diameter of the linear portion. Spiral type separation membrane element that is less than half.
上記交差部分の平均最大厚みが0.2mm以上1.2mm以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載のスパイラル型分離膜エレメント。 The average minimum diameter of the linear portion is 0.1 mm or more and 0.4 mm or less,
The spiral separation membrane element according to claim 1, 2 or 3, wherein an average maximum thickness of the intersecting portion is 0.2 mm or more and 1.2 mm or less.
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