JP2020138196A - Separation membrane element - Google Patents

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JP2020138196A JP2020011494A JP2020011494A JP2020138196A JP 2020138196 A JP2020138196 A JP 2020138196A JP 2020011494 A JP2020011494 A JP 2020011494A JP 2020011494 A JP2020011494 A JP 2020011494A JP 2020138196 A JP2020138196 A JP 2020138196A
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洋帆 広沢
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Abstract

To provide a separation membrane element allowing for materialization of a stable and highly reliable separation operation even in operation under high pressure.SOLUTION: The separation membrane element is provided that includes a water collection pipe and a separation membrane leaf. The separation membrane leaf is wound around the circumference of the water collection pipe, the separation membrane leaf is composed of a separation membrane pair in which a surface A1 of a separation membrane and a surface A2 of the separation membrane are arranged opposite to each other and a plurality of sheet-shaped materials arranged between the surface A1 of the separation membrane and the surface A2 of the separation membrane, the sheet-shaped material has smooth surface and/or a projection formation surface with projections formed thereon, the surface A1 and the surface A2 are in contact with the smooth surface, the projection formation surfaces are opposite to each other and, upon observation from a thickness direction of the separation membrane pair, the separation membrane element has such a portion that longitudinal directions of the projections intersect each other.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、分離膜エレメントに関する。 The present invention relates to a separation membrane element.

海水及びかん水等に含まれるイオン性物質を除くための技術においては、近年、省エネルギー及び省資源のためのプロセスとして、分離膜エレメントによる分離法の利用が拡大している。分離膜エレメントによる分離法に使用される分離膜は、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜に分類される。これらの分離膜は、例えば海水、かん水及び有害物を含んだ水等からの飲料水の製造、工業用超純水の製造、並びに、排水処理及び有価物の回収等に用いられており、目的とする分離成分及び分離性能によって使い分けられている。 In the technique for removing ionic substances contained in seawater and brackish water, the use of the separation method using a separation membrane element has been expanding in recent years as a process for energy saving and resource saving. Separation membranes used in the separation membrane element separation method are classified into microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, reverse osmosis membranes, and forward osmosis membranes in terms of their pore size and separation function. These separation membranes are used, for example, for the production of drinking water from seawater, brackish water, water containing harmful substances, etc., the production of industrial ultrapure water, wastewater treatment, and recovery of valuable resources. It is used properly according to the separation component and separation performance.

分離膜エレメントとしては様々な形態があるが、分離膜の一方の面に原水を供給し、他方の面から透過水を得る点では共通している。分離膜エレメントは、束ねられた多数の分離膜を備えることで、1個の分離膜エレメント当たりの膜面積が大きくなるように、つまり1個の分離膜エレメント当たりに得られる透過水の量が大きくなるように形成されている。分離膜エレメントとしては、用途や目的に合わせて、スパイラル型、中空糸型、プレート・アンド・フレーム型、回転平膜型又は平膜集積型等の各種の形状が提案されている。 There are various forms of the separation membrane element, but they are common in that raw water is supplied to one surface of the separation membrane and permeated water is obtained from the other surface. Since the separation membrane element includes a large number of bundled separation membranes, the membrane area per separation membrane element is large, that is, the amount of permeated water obtained per separation membrane element is large. It is formed to be. As the separation membrane element, various shapes such as a spiral type, a hollow fiber type, a plate and frame type, a rotary flat membrane type, and a flat membrane integrated type have been proposed according to the application and purpose.

例えば、逆浸透ろ過には、スパイラル型分離膜エレメントが広く用いられる。スパイラル型分離膜エレメントは、集水管と、集水管の周囲に巻囲された分離膜リーフとを備える。分離膜リーフは、原水を分離膜表面へ供給する供給側流路材、及び/又は、原水に含まれる成分を分離する分離膜及び分離膜を透過し原水から分離された透過水を集水管へと導くための透過側流路材が、積層されることで形成される。スパイラル型分離膜エレメントは、原水に高い圧力を付与することができるので、透過水を多く取り出すことができる点で好ましく用いられている。 For example, spiral separation membrane elements are widely used for reverse osmosis filtration. The spiral type separation membrane element includes a water collecting pipe and a separating membrane leaf surrounded by the water collecting pipe. The separation membrane leaf is a supply-side flow path material that supplies raw water to the surface of the separation membrane, and / or the separation membrane that separates the components contained in the raw water and the permeated water that permeates the separation membrane and is separated from the raw water to the water collection pipe. The permeation side flow path material for guiding the above is formed by laminating. The spiral type separation membrane element is preferably used because it can apply a high pressure to the raw water and can take out a large amount of permeated water.

しかし原水に高い圧力を付与すると、分離膜を支持する透過側流路材にも応力が負荷されるばかりでなく、透過側流路材の間に分離膜が落ち込み、分離膜が損傷する、あるいは、透過側流路が閉塞するといった問題が生じる。このような問題を抑制すべく、透過側流路材を複数配置して透過側流路を広げる(特許文献1)、又は、分離膜と透過側流路材との間に平滑シートを挟み込む(特許文献2)、といった技術が考案されている。 However, when a high pressure is applied to the raw water, not only stress is applied to the permeation side flow path material that supports the separation membrane, but also the separation membrane falls between the permeation side flow path materials, and the separation membrane is damaged or damaged. , The problem that the permeation side flow path is blocked occurs. In order to suppress such a problem, a plurality of permeation side flow path materials are arranged to widen the permeation side flow path (Patent Document 1), or a smooth sheet is sandwiched between the separation membrane and the permeation side flow path material (Patent Document 1). Techniques such as Patent Document 2) have been devised.

特表2015−064752号公報Special Table 2015-064752 特開平09−141067号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-141067

しかしながら、従来の技術では、高圧下の運転における信頼性は未だ十分でなく、上記のような問題が顕在化するリスクが払拭されていないのが現状であった。 However, with the conventional technology, the reliability in operation under high pressure is still insufficient, and the risk of the above-mentioned problems becoming apparent has not been eliminated.

そこで本発明は、高圧下の運転においても安定的かつ信頼性の高い分離操作が実現可能な、分離膜エレメントを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a separation membrane element capable of realizing a stable and highly reliable separation operation even in operation under high pressure.

上記目的を達成するため、本発明は、集水管と、分離膜リーフと、を備え、上記集水管の周囲に、上記分離膜リーフが巻囲されており、上記分離膜リーフは、分離膜の面Aと、分離膜の面Aとが、互いに対向するように配置された、分離膜対と、上記面Aと上記面Aとの間に配置された、複数のシート状材料と、からなり、上記シート状材料は、平滑面及び/又は突起物が形成された突起物形成面、を有し、上記面A及び上記面Aは、上記平滑面と接しており、上記突起物形成面同士が対向し、かつ、上記分離膜対の厚み方向から観察した場合において、上記突起物の長手方向が交差する部位を有する、分離膜エレメントを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention includes a water collecting pipe and a separation membrane leaf, and the separation membrane leaf is surrounded around the water collecting pipe, and the separation membrane leaf is a separation membrane. the surface a 1, and the surface a 2 of the separation membrane, are arranged so as to face each other, and the separation membrane pair, disposed between the surface a 1 and the surface a 2, a plurality of sheet-like material If made, the sheet-like material, smooth surface and / or projections forming surface projections are formed, have, the surfaces a 1 and the surface a 2 is in contact with the smooth surface, Provided is a separation membrane element having a portion where the protrusion forming surfaces face each other and the longitudinal directions of the protrusions intersect when observed from the thickness direction of the separation membrane pair.

本発明によれば、高圧下の運転においても透過側流路の閉塞等が効果的に抑制可能であり、安定的かつ信頼性の高い分離操作を達成することができる。 According to the present invention, blockage of the permeation side flow path can be effectively suppressed even in operation under high pressure, and a stable and highly reliable separation operation can be achieved.

本発明の分離膜エレメントが備える、シート状材料の一態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one aspect of the sheet-like material provided in the separation membrane element of this invention. 本発明の分離膜エレメントが備える、シート状材料の他の態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another aspect of the sheet-like material provided in the separation membrane element of this invention. 本発明の分離膜エレメントの一態様を示す、展開斜視図である。It is a developed perspective view which shows one aspect of the separation membrane element of this invention.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

本発明の分離膜エレメントは、集水管と、分離膜リーフと、を備え、上記集水管の周囲に、上記分離膜リーフが巻囲されている。 The separation membrane element of the present invention includes a water collecting pipe and a separation membrane leaf, and the separation membrane leaf is surrounded by the water collecting pipe.

図3は、本発明の分離膜エレメントの一態様を示す、展開斜視図である。図1における分離膜エレメント5では、集水管4の周囲に、シート状材料である供給側流路材1、分離膜2及びシート状材料である透過側流路材3が積層された、分離膜リーフが巻囲されている。 FIG. 3 is a developed perspective view showing one aspect of the separation membrane element of the present invention. In the separation membrane element 5 in FIG. 1, a separation membrane in which a supply-side flow path material 1 and a separation membrane 2 which are sheet-like materials and a transmission-side flow path material 3 which is a sheet-like material are laminated around a water collecting pipe 4. The reef is surrounded.

本発明の分離膜エレメントが備える集水管は、中空の筒状部材であり、その側面に複数の孔を有している。集水管の素材としては、例えば、樹脂又は金属が挙げられるが、コストや耐久性に優れるため、ノリル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂又はABS樹脂等の樹脂が好ましい。 The water collecting pipe included in the separation membrane element of the present invention is a hollow tubular member and has a plurality of holes on its side surface. Examples of the material of the water collecting pipe include resin and metal, but resins such as noryl resin, modified polyphenylene ether resin, and ABS resin are preferable because of their excellent cost and durability.

本発明の分離膜エレメントが備える分離膜リーフは、分離膜の面Aと、分離膜の面Aとが、互いに対向するように配置された、分離膜対と、上記面Aと上記面Aとの間に配置された、複数のシート状材料と、からなる。 Separation membrane leaf separation membrane element of the present invention is provided has a surface A 1 of the separation membrane, and the surface A 2 of the separation membrane, are arranged so as to face each other, and the separation membrane pair, the surfaces A 1 and the It disposed between the surface a 2, a plurality of sheet-like material, consisting of.

本発明の分離膜エレメントが備える分離膜リーフを構成する分離膜は、分離対象に応じてその種類を適宜選択すればよく、例えば、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜又は精密ろ過膜が挙げられるが、例えば逆浸透膜としては、基材と、多孔性支持体と、分離機能層とを備える、複合半透膜が挙げられる。 The type of the separation membrane constituting the separation membrane leaf included in the separation membrane element of the present invention may be appropriately selected according to the separation target, for example, a reverse osmosis membrane, a nanofiltration membrane, an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane. Examples of the reverse osmosis membrane include a composite semipermeable membrane including a base material, a porous support, and a separation functional layer.

上記の基材としては、例えば、ポリエステル又は芳香族ポリアミドを主成分とする布帛が挙げられる。 Examples of the above-mentioned base material include fabrics containing polyester or aromatic polyamide as a main component.

上記の多孔性支持体としては、例えば、基材上に形成された、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエステル、セルロース系ポリマー、ビニルポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン又はポリフェニレンオキシド等の高分子層が挙げられる。 Examples of the porous support include polysulfones, polyether sulfones, polyamides, polyesters, cellulose-based polymers, vinyl polymers, polyphenylene sulfides, polyphenylene sulfide sulfones, polyphenylene sulfones, and polyphenylene oxides formed on a substrate. A polymer layer can be mentioned.

上記の分離機能層としては、例えば、イオン等の分離が十分行なえるほど緻密であり、かつ、水との親和性が高い、ポリアミドを主成分とする分離機能層が挙げられる。ポリアミドを主成分とする分離機能層は、例えば、多官能性アミンと多官能性酸ハロゲン化物との界面重縮合により形成することができる。 Examples of the above-mentioned separation function layer include a separation function layer containing polyamide as a main component, which is dense enough to sufficiently separate ions and the like and has a high affinity with water. The separation functional layer containing polyamide as a main component can be formed, for example, by interfacial polycondensation of a polyfunctional amine and a polyfunctional acid halide.

上記の分離膜対は、互いに独立した2枚の分離膜を組み合わせて形成しても構わないし、1枚の分離膜を折り畳んで形成しても構わないし、あるいは、1枚の分離膜を巻囲する際に、分離膜の面Aと、分離膜の面Aとを、互いに対向させながら巻囲して形成しても構わない。 The above-mentioned separation membrane pair may be formed by combining two separation membranes independent of each other, may be formed by folding one separation membrane, or may surround one separation membrane. when, the surface a 1 of the separation membrane, and a surface a 2 of the separation membrane, may be formed by Maki囲while facing each other.

本発明の分離膜エレメントが備える分離膜リーフを構成するシート状材料は、上記面Aと上記面Aとの間に、その複数枚が挟まれるように配置される。シート状材料を挟んだ分離膜の端部同士は、適宜封止される。その「封止」の方法としては、例えば、接着剤若しくはホットメルト等による接着、加熱若しくはレーザ等による融着、又は、ゴム製シートを挟みこむ方法が挙げられるが、簡便な接着による封止が好ましい。 Sheet material constituting the separation membrane leaf separation membrane element of the present invention is provided is between the surface A 1 and the surface A 2, the plurality are arranged so as to be sandwiched. The ends of the separation membrane sandwiching the sheet-like material are appropriately sealed. Examples of the "sealing" method include bonding with an adhesive or hot melt, fusion with heating or laser, or sandwiching a rubber sheet. Sealing by simple bonding is possible. preferable.

シート状材料は、上記面Aと上記面Aとの間隙に形成される流路における、いわゆる供給側流路材又は透過側流路材としての機能を果たすものであるが、その具体的な態様としては例えば、ネット、トリコット、不織布又はフィルムのような多孔性シートが挙げられる。 Sheet material in the flow path formed in the gap between the surface A 1 and the surface A 2, but is intended to function as a so-called feed-side passage material or permeation-side passage material, the specific Such embodiments include porous sheets such as nets, tricots, non-woven fabrics or films.

本発明の分離膜エレメントが備える分離膜リーフを構成するシート状材料は、平滑面及び/又は突起物が形成された突起物形成面、を有し、上記面A及び上記面Aは、上記平滑面と接している必要がある。すなわち、本発明の分離膜エレメントが備える分離膜リーフを構成する複数のシート状材料の内、少なくとも一枚は、平滑面を有していることが必要となる。 Sheet material constituting the separation membrane leaf separation membrane element of the present invention is provided, the smooth surface and / or projections are protrusions formed surface formed has, the surfaces A 1 and the surface A 2 is It needs to be in contact with the smooth surface. That is, it is necessary that at least one of the plurality of sheet-like materials constituting the separation membrane leaf included in the separation membrane element of the present invention has a smooth surface.

ここでシート状材料が有する「平滑面」とは、上記面Aと上記面Aとの対向方向におけるシート状材料の表面の平均高低差が、20μm以内である面をいう。シート状材料の表面の平均高低差は、上記面A及び上記面Aとの対向方向におけるシート状材料の断面(以下、「断面C」)をマイクロスコープで観察し、対象となる表面について無作為に選択した30箇所の高低差を測定し、それらを平均した値をいう。 Here sheet material has a "smooth surface" is the average height difference of the surface of the sheet material in the opposing direction of the said surface A 1 and the surface A 2 is refers to the surface is within 20 [mu] m. The average height difference between the surface of the sheet-like material, the cross section of the sheet material in the opposing direction of the said surface A 1 and the surface A 2 (hereinafter, "cross-sectional C") was observed with a microscope, the surface of interest The height difference of 30 randomly selected points is measured, and the average value is used.

一方で、シート状材料が有する「突起物形成面」とは、上記の「平滑面」以外の面であり、かつ、その表面に突起物が形成された面をいう。なおここでいう「突起物」とは、上記断面Cにおける最大高低差が、50μm以上である部位をいう。 On the other hand, the "projection-forming surface" of the sheet-like material means a surface other than the above-mentioned "smooth surface" and a surface on which protrusions are formed. The term "projection" as used herein refers to a portion where the maximum height difference in the cross section C is 50 μm or more.

例えば分離膜エレメントに巻囲された分離膜リーフに原水が供給され、高い圧力がかけられると、流路材同士、あるいは流路材の表面の高低差部分に分離膜が落ち込み、流路が閉塞される一因となる。これに対し本発明の分離膜エレメントでは、シート状材料が有する、高低差の極めて少ない平滑面が、上記面A及び上記面Aにそれぞれ接するように配置されることで、高圧下での分離膜の落ち込みを大幅に抑制することが可能となる。 For example, when raw water is supplied to the separation membrane leaf surrounded by the separation membrane element and a high pressure is applied, the separation membrane falls into the difference in height between the flow path materials or the surface of the flow path material, and the flow path is blocked. It contributes to being done. The separation membrane element of the present invention contrast, the sheet-like material has a very small smooth surface height difference, by being placed in contact respectively with the surfaces A 1 and the surface A 2, under high pressure It is possible to significantly suppress the depression of the separation membrane.

一方で、上記面A及び上記面Aの間に配置された複数のシート状材料は、それらの上記突起物形成面同士が対向し、かつ、上記分離膜対の厚み方向(すなわち、上記面Aと上記面Aとの対向方向)から観察した場合において、上記突起物同士が、それぞれの長手方向が交差するように接触する部位を有する必要がある。このような構成が採られることで、突起物同士の適度な接触によりシート状材料の変形が大幅に抑制されるばかりでなく、閉塞が生じづらい、より広い流路を確保することができる。なお、突起物同士が、それぞれの長手方向が交差するように接触する角度としては、80〜100°が好ましく、85〜95°がより好ましい。なお、突起物の長手方向が交差する角度とは、突起物の長手方向の交差により形成される鋭角及び鈍角の内、集水管の長手方向に対し垂直な方向を含む方の角度をいう。 On the other hand, a plurality of sheet-like material disposed between the surfaces A 1 and the surface A 2 are those of the projections formed faces face each other, and the separation membrane pairs in the thickness direction (i.e., the when viewed from the opposing direction) of the surface a 1 and the surface a 2, the projections each other, each longitudinal is required to have a portion in contact so as to intersect. By adopting such a configuration, not only the deformation of the sheet-like material is significantly suppressed by the appropriate contact between the protrusions, but also the blockage is less likely to occur, and a wider flow path can be secured. The angle at which the protrusions come into contact with each other so that their longitudinal directions intersect is preferably 80 to 100 °, more preferably 85 to 95 °. The angle at which the longitudinal directions of the protrusions intersect means the angle of the acute angle and the obtuse angle formed by the intersection of the longitudinal directions of the protrusions, including the direction perpendicular to the longitudinal direction of the water collecting pipe.

シート状材料の突起物形成面同士を対向させる態様としては、片面のみが突起物形成面(他方の面は平滑面)のシート状材料を二枚、上記面Aと上記面Aとの間に配置し、突起物形成面同士を対向させても構わないし、さらにそのような二枚のシート状材料の間に、両面又は片面が突起物形成面のシート状材料を一枚以上配置しても構わない。 As a mode for opposing the protrusions forming surfaces of the sheet material, one side only two sheet-like material projections forming surface (the other surface smooth surface), and the surface A 1 and the surface A 2 It may be arranged between them so that the projection forming surfaces face each other, and one or more sheet-like materials having protrusion forming surfaces on both sides or one side are arranged between such two sheet-like materials. It doesn't matter.

高圧下において流路材の間に分離膜が落ち込み、分離膜が損傷する、あるいは、透過側流路が閉塞するといった問題は、特に透過側流路において起こりやすいため、上記面A及び上記面Aが、透過側の面である場合において、本発明の分離膜エレメントはより好適にその効果を発揮することができる。 Separation membrane drop between the flow path member under high pressure, the separation membrane is damaged, or because the problem permeation-side passage is closed, tends to occur particularly in the permeation-side passage, the surfaces A 1 and the surface When A 2 is the surface on the transmission side, the separation membrane element of the present invention can more preferably exert its effect.

上記面A及び上記面Aが透過側の面である場合、供給側流路に配置される流路材としては、本発明の分離膜エレメントが備える分離膜リーフを構成するシート状材料以外の材料が用いられても構わない。そのような材料としては、例えば、ネット、凹凸シート、又は、分離膜の透過側の面に直接固着した突起物が挙げられる。またそのような材料の素材としては、成形が容易な熱可塑性樹脂が好ましく、安価でかつ分離膜の損傷を引き起こしづらい、ポリエチレン又はポリプロピレンがより好ましい。 If the surface A 1 and the surface A 2 is a surface of the permeate side, the feed-side passage to arranged the passage materials, other than the sheet-like material constituting the separation membrane leaf separation membrane element of the present invention comprises Materials may be used. Examples of such a material include a net, an uneven sheet, and a protrusion directly fixed to the surface of the separation membrane on the transmission side. Further, as the material of such a material, a thermoplastic resin that can be easily molded is preferable, and polyethylene or polypropylene is more preferable because it is inexpensive and does not easily cause damage to the separation membrane.

また上記面A及び上記面Aが透過側の面である場合、透過側流路の抵抗を大幅に抑制可能であることから、供給側流路の厚み(供給側流路材の厚み)を薄くしても、分離膜エレメントの造水量を高い水準に維持可能であり、分離膜に充填可能な分離膜リーフの数、すなわち、1個の分離膜エレメント当たりの膜面積を大きくすることができる。 In the case the surface A 1 and the surface A 2 is a surface of the permeate side, the resistance of the permeation-side passage since it is possible considerably suppressed, the thickness of the supply-side flow path (the thickness of the supply-side passage material) Even if the thickness is reduced, the amount of water produced by the separation membrane element can be maintained at a high level, and the number of separation membrane leaves that can be filled in the separation membrane, that is, the membrane area per separation membrane element can be increased. it can.

本発明の分離膜エレメントが備える分離膜リーフを構成するシート状材料に形成される突起物の態様としては、例えば、図1に示すようなドット状、又は、図2に示すようなストライプ状が挙げられる。図1又は図2に例示されるシート状材料の厚みH0は、シート状材料をマイクロスコープで観察して測定することができる。なお上記のシート状材料の厚みH0は、上記面Aと上記面Aとの対向方向における厚みである。特にストライプ状であれば、突起物形成面同士が対向した際に、突起物が流路を広く確保することができるため好ましい。 As the mode of the protrusions formed on the sheet-like material constituting the separation membrane leaf included in the separation membrane element of the present invention, for example, a dot shape as shown in FIG. 1 or a stripe shape as shown in FIG. 2 is used. Can be mentioned. The thickness H0 of the sheet-like material exemplified in FIG. 1 or FIG. 2 can be measured by observing the sheet-like material with a microscope. Note thickness H0 of the sheet-like material is a thickness in the opposing direction between the surface A 1 and the surface A 2. In particular, the striped shape is preferable because the protrusions can secure a wide flow path when the protrusion forming surfaces face each other.

図1又は図2に例示されるシート状材料に形成された突起物の最大高低差、すなわち高さH1は、上記のように50μm以上である必要があるが、透過側流路の厚み(透過側流路材の厚み)を薄くして1個の分離膜エレメント当たりの膜面積を大きくするため、800μm以下であることが好ましい。また図1又は図2に例示されるシート状材料に形成された複数の突起物同士の間隔、すなわち溝幅Dは、流路として適度な空間を保持するため、0.02〜0.80mmであることが好ましい。なお突起物についての高さH1、溝幅D、溝長さE、及び、突起物の長手方向の長さ、すなわち突起物の長さXは、シート状材料をマイクロスコープで観察して測定することができる。なお上記の突起物の高さH1は、上記面Aと上記面Aとの対向方向における長さであり、上記の溝幅D、溝長さE及び突起物の長さXは、上記面Aと上記面Aとの対向方向に対し垂直な方向における長さである。 The maximum height difference of the protrusions formed on the sheet-like material exemplified in FIG. 1 or FIG. 2, that is, the height H1, needs to be 50 μm or more as described above, but the thickness of the permeation side flow path (permeation). In order to reduce the thickness of the side flow path material and increase the membrane area per separation membrane element, it is preferably 800 μm or less. Further, the distance between the plurality of protrusions formed on the sheet-like material exemplified in FIG. 1 or FIG. 2, that is, the groove width D is 0.02 to 0.80 mm in order to maintain an appropriate space as a flow path. It is preferable to have. The height H1, the groove width D, the groove length E, and the length of the protrusion in the longitudinal direction, that is, the length X of the protrusion are measured by observing the sheet-like material with a microscope. be able to. Note the height H1 of the projections is the length in the opposing direction between the surface A 1 and the surface A 2, said groove width D, the length X of the groove length E and projections, said It is the length in the direction perpendicular to the facing direction between the surface A 1 and the surface A 2 .

図1又は図2に例示されるシート状材料に形成された突起物の長手方向に対し垂直な方向における最大長さ、すなわち突起物の幅Wは、流路として適度な空間を保持しつつ、高圧下でも突起物の形状を維持するため、0.1〜1.0mmが好ましく、0.3〜0.7mmがより好ましい。なお上記の突起物の幅Wも、シート状材料をマイクロスコープで観察して測定することができる。 The maximum length in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the protrusions formed on the sheet-like material exemplified in FIG. 1 or FIG. 2, that is, the width W of the protrusions, keeps an appropriate space as a flow path. In order to maintain the shape of the protrusion even under high pressure, 0.1 to 1.0 mm is preferable, and 0.3 to 0.7 mm is more preferable. The width W of the protrusions can also be measured by observing the sheet-like material with a microscope.

本発明の分離膜エレメントが備えるシート状材料に突起物を形成する方法としては、例えば、溶融した樹脂をシート状の不織布の表面に所定形状に吐出して凝固させる方法が挙げられる。また、不織布やフィルム等の表面を、エンボス加工又はインプリント加工により凹凸成形して、突起物を形成しても構わない。 Examples of the method of forming the protrusions on the sheet-like material included in the separation membrane element of the present invention include a method of discharging the molten resin onto the surface of the sheet-like non-woven fabric into a predetermined shape to solidify the resin. Further, the surface of the non-woven fabric, film or the like may be unevenly molded by embossing or imprinting to form protrusions.

(分離膜の透過側面への突起物の固着)
溶融した樹脂を、分離膜の透過側面に所定形状に吐出して凝固させてもよい。この場合、シート状材料が不要であるため、シート状材料厚みの分だけ突起物を高くすることができ、透過側流路を広げてエレメントの造水性を更に向上させることができる。つまり、分離膜の面A及び分離膜の面Aに突起物が形成されていれば、上記面A及び上記面Aの間には複数のシート状材料を配さずとも流路が安定に確保され、造水性を高めることができる。
(Adhesion of protrusions to the permeable side surface of the separation membrane)
The molten resin may be discharged into a predetermined shape on the permeable side surface of the separation membrane to be solidified. In this case, since the sheet-like material is not required, the protrusions can be increased by the thickness of the sheet-like material, and the permeation-side flow path can be widened to further improve the water-forming property of the element. That is, if the projections are formed on the surface A 2 of surface A 1 and the separation membrane of the separation membrane, without arranged a plurality of sheet-like material between the surfaces A 1 and the surface A 2 passage Can be stably secured and water production can be enhanced.

以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(シート状材料の形状)
シート状材料の厚みH0、並びに、シート状材料に形成された突起物の高さH1、幅W、長さX、溝幅D、溝長さEは、シート状材料をマイクロスコープ(キーエンス社;製高精度形状測定システムKS−1100)で観察して測定した。
(Shape of sheet material)
The thickness H0 of the sheet-like material and the height H1, width W, length X, groove width D, and groove length E of the protrusions formed on the sheet-like material make the sheet-like material a microscope (Keyence). It was observed and measured with a high-precision shape measuring system KS-1100) manufactured by Mfg. Co., Ltd.

(平滑面/突起物形成面の判定)
シート状材料について上記の断面Cを露出させ、その断面Cをマイクロスコープ(キーエンス社製;ワンショット3D測定マクロスコープ(VR−3000))を用いて下記条件で観察し、平滑面/突起物形成面の判定をした。
(Judgment of smooth surface / protrusion forming surface)
The cross section C of the sheet-like material is exposed, and the cross section C is observed with a microscope (manufactured by KEYENCE; one-shot 3D measurement macroscope (VR-3000)) under the following conditions to form a smooth surface / protrusion. The surface was judged.

測定倍率 : 40倍
測定範囲 : 5mm×5mm
フィルター : ガウシアン
終端効果の補正 : 有効
Sフィルター : なし
Lフィルター : 0.8mm
(造水量)
分離膜エレメントについて、原水として10.6質量%、pH6.5のNaCl水溶液を用い、運転圧力12.5MPa、温度25℃の条件下で15分間運転した後に1分間の透過水のサンプリングを行い、そのサンプリング量を1日当たりの透過水量(ガロン)に換算して、造水量(GPD(ガロン/日))として表した。
Measurement magnification: 40 times Measurement range: 5 mm x 5 mm
Filter: Gaussian termination effect correction: Effective S filter: None L filter: 0.8 mm
(Amount of water production)
For the separation membrane element, a NaCl aqueous solution having a pH of 6.5 and 10.6% by mass was used as raw water, and after operating for 15 minutes under the conditions of an operating pressure of 12.5 MPa and a temperature of 25 ° C., permeated water was sampled for 1 minute. The sampling amount was converted into the permeated water amount (gallon) per day and expressed as the water production amount (GPD (gallon / day)).

(回収率)
造水量の測定において、所定の時間に供給した原水量Vとし、同時間での透過水量をVとして、V/V×100の値を算出して回収率とした。
(Recovery rate)
In the measurement of the fresh water amount, the raw water volume V F supplied to the predetermined time, the transmission amount of water at the same time as the V P, and the recovery rate is calculated the value of V P / V F × 100.

(TDS除去率)
造水量の測定における1分間のサンプリングに供した原水及びサンプリングした透過水について、総溶解固形分(以下、「TDS」)の濃度を伝導率測定によりそれぞれ測定し、下記式からTDS除去率を算出した。
(TDS removal rate)
For raw water used for 1-minute sampling and sampled permeated water in the measurement of water production, the concentration of total dissolved solids (hereinafter, "TDS") was measured by conductivity measurement, and the TDS removal rate was calculated from the following formula. did.

TDS除去率(%)=100×{1−(透過水中のTDS濃度/原水中のTDS濃度)}
(シート状材料Aの作製)
スリット幅0.4mm、ピッチ0.8mmの櫛形シムを装填したアプリケーターを用いて、バックアップロールを20℃に温度調節しながら、厚み0.06mm、目付量32g/mの不織布の表面に、高結晶性ポリプロピレン(MFR1000g/10分、融点161℃)60質量%と低立体規則性ポリプロピレン(出光興産株式会社製;L−MODU・S400)40質量%とからなる組成物ペレットを、樹脂温度205℃、走行速度10m/分の条件で、複数の直線からなるストライプ状に塗布し、シート状材料Aを作製した。
TDS removal rate (%) = 100 × {1- (TDS concentration in permeated water / TDS concentration in raw water)}
(Preparation of sheet-shaped material A)
Using an applicator loaded with a comb-shaped shim with a slit width of 0.4 mm and a pitch of 0.8 mm, while adjusting the temperature of the backup roll to 20 ° C., the surface of the non-woven fabric having a thickness of 0.06 mm and a grain size of 32 g / m 2 is high. A composition pellet composed of 60% by mass of crystalline polypropylene (MFR 1000 g / 10 minutes, melting point 161 ° C.) and 40% by mass of low stereoregular polypropylene (manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd .; L-MODU · S400) at a resin temperature of 205 ° C. A sheet-like material A was prepared by applying in a striped shape composed of a plurality of straight lines under the condition of a traveling speed of 10 m / min.

(シート状材料Bの作製)
無延伸ポリプロピレンフィルム(東レ製;トレファン(登録商標))の表面に、インプリント加工及びCOレーザ加工を施し、複数の直線からなるストライプ状の突起物と貫通孔とを有するシート状材料Bを作製した。
(Preparation of sheet-shaped material B)
A sheet-like material B having imprint processing and CO 2 laser processing on the surface of an unstretched polypropylene film (manufactured by Toray Industries, Inc .; Trefan (registered trademark)) and having striped protrusions and through holes consisting of a plurality of straight lines. Was produced.

上記のインプリント加工としては、切削加工により溝を形成した金属金型で無延伸ポリプロピレンフィルムを挟み込み、140℃/15MPaの条件で2分間保圧し、40℃まで冷却した後に金型から取り出した。 In the above imprinting process, an unstretched polypropylene film was sandwiched between metal dies having grooves formed by cutting, held at 140 ° C./15 MPa for 2 minutes, cooled to 40 ° C., and then taken out of the die.

また上記のCOレーザ加工としては、3D−Axis COレーザマーカ(MLZ9500)を用いて、シート状材料の平滑面から、突起物形成面のストライプ状の突起物間の凹部に対してレーザ加工をして、貫通孔を設けた。 Further, as the above-mentioned CO 2 laser processing, a 3D-Axis CO 2 laser marker (MLZ9500) is used to perform laser processing from the smooth surface of the sheet-like material to the recesses between the striped protrusions on the protrusion forming surface. Then, a through hole was provided.

(実施例1)
抄紙法で製造されたポリエステル繊維からなる不織布(通気度1.0cc/cm/sec)上に、ポリスルホンの15質量%ジメチルホルムアミド溶液を180μmの厚みで室温(25℃)にてキャストし、直ちに純水中に浸漬して5分間放置し、基材上に多孔性支持層が形成された多孔性支持体を作製した。
(Example 1)
A 15% by mass dimethylformamide solution of polysulfone was cast at room temperature (25 ° C.) to a thickness of 180 μm on a non-woven fabric (porosity 1.0 cc / cm 2 / sec) made of polyester fibers manufactured by the papermaking method, and immediately. It was immersed in pure water and left to stand for 5 minutes to prepare a porous support having a porous support layer formed on a substrate.

多孔性支持体を、2−エチルピペラジンが2.0質量%、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムが100ppm、リン酸3ナトリウムが1.0質量%になるようにそれぞれ溶解した水溶液に10秒間浸漬した後、エアーノズルから窒素を吹き付けて多孔性支持体の表面から余分な水溶液を除去した。続いて、70℃に加温した、トリメシン酸クロリドの0.2質量%n−デカン溶液を多孔性支持体の表面に均一に塗布し、60℃の膜面温度で3秒間保持した後に、膜面温度を10℃まで冷却し、そのまま空気雰囲気下で1分間放置して分離機能層を形成した後、これを垂直に保持して液切りした。得られた分離膜は、60℃の純水で2分間洗浄した。 The porous support was immersed in an aqueous solution in which 2-ethylpiperazine was 2.0% by mass, sodium dodecyldiphenyl ether disulfonate was 100 ppm, and trisodium phosphate was 1.0% by mass for 10 seconds. Nitrogen was blown from the air nozzle to remove excess aqueous solution from the surface of the porous support. Subsequently, a 0.2% by mass n-decane solution of trimesic acid chloride heated to 70 ° C. was uniformly applied to the surface of the porous support, held at a film surface temperature of 60 ° C. for 3 seconds, and then the film. The surface temperature was cooled to 10 ° C. and left as it was in an air atmosphere for 1 minute to form a separation functional layer, which was then held vertically and drained. The obtained separation membrane was washed with pure water at 60 ° C. for 2 minutes.

このように得られた分離膜を裁断して、供給側の面同士が内側になるように折り畳み、その間へネット(厚み0.52mm、ピッチ2.2mm×2.2.mm)を供給側流路材として配置した。この分離膜の表面(透過側の面)に、透過側流路材として表1に示すシート状材料I及びIIを、それぞれの突起物形成面同士が対向するようにして配置した。 The separation membrane thus obtained is cut and folded so that the surfaces on the supply side are on the inside, and a net (thickness 0.52 mm, pitch 2.2 mm × 2.2 mm) is passed between them. It was placed as a road material. Sheet-like materials I and II shown in Table 1 were arranged on the surface (transmission side surface) of the separation membrane so that the protrusion forming surfaces face each other as the permeation side flow path material.

これをステンレス製集水管(幅:1000mm、径:18mm、孔数40個×直線状1列)に、スパイラル状に巻囲し、最後に両端のエッジカットを行って、分離膜エレメントを作製した。 This was wound around a stainless steel water collecting pipe (width: 1000 mm, diameter: 18 mm, number of holes 40 x linear 1 row) in a spiral shape, and finally edge cuts at both ends were performed to prepare a separation membrane element. ..

作製した分離膜エレメントを圧力容器に入れて、回収率5%の条件で造水量及びTDS除去率をそれぞれ評価したところ、結果は表1のとおりであった。 The prepared separation membrane element was placed in a pressure vessel, and the amount of water produced and the TDS removal rate were evaluated under the condition of a recovery rate of 5%. The results were shown in Table 1.

(実施例2〜7)
シート状材料を表1のとおりにした以外は全て実施例1と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
(Examples 2 to 7)
The separation membrane element was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sheet-like material was as shown in Table 1.

作製した分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例1と同条件で評価したところ、結果は表1のとおりであった。 When the prepared separation membrane element was placed in a pressure vessel and evaluated under the same conditions as in Example 1, the results were as shown in Table 1.

(実施例8)
透過側流路材としてシート状材料を用いず、分離膜の透過側の面に設け、突起物の高さを0.3mmにしたこと以外は全て実施例1と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
(Example 8)
The separation membrane element was provided in the same manner as in Example 1 except that a sheet-like material was not used as the transmission side flow path material but was provided on the transmission side surface of the separation membrane and the height of the protrusion was 0.3 mm. Made.

作製した分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例1と同条件で評価したところ、結果は表1のとおりであった。 When the prepared separation membrane element was placed in a pressure vessel and evaluated under the same conditions as in Example 1, the results were as shown in Table 1.

(比較例1〜3)
シート状材料を表1のとおりにした以外は全て実施例1と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
(Comparative Examples 1 to 3)
The separation membrane element was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sheet-like material was as shown in Table 1.

作製した分離膜エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で評価したところ、結果は表1のとおりであった。 When the prepared separation membrane element was placed in a pressure vessel and evaluated under the above conditions, the results were as shown in Table 1.

比較例1〜3では、分離膜対の透過側の面のいずれかがシート状材料の平滑面と接していないことから、高圧下において流路材の間に分離膜が落ち込み、透過側流路が閉塞して造水量が大幅に低下した。 In Comparative Examples 1 to 3, since any of the permeation-side surfaces of the separation membrane pair was not in contact with the smooth surface of the sheet-like material, the separation membrane fell between the flow path materials under high pressure, and the permeation-side flow path was formed. Clogged and the amount of water produced decreased significantly.

本発明の分離膜エレメントは、海水、かん水及び水道水の脱塩の他に、工業用水の処理等に好適に用いることができる。 The separation membrane element of the present invention can be suitably used for the treatment of industrial water, etc., in addition to desalting seawater, brackish water and tap water.

1 供給側流路材
2 分離膜
3 透過側流路材
4 集水管
5 分離膜エレメント
6 突起物
7 凹部
8 シート状材料
D 溝幅
E 溝長さ
H0 シート状材料の厚み
H1 シート状材料の突起物の高さ
W シート状材料の突起物の幅
X シート状材料の突起物の長さ
1 Supply side flow path material 2 Separation film 3 Permeation side flow path material 4 Water collecting pipe 5 Separation film element 6 Protrusions 7 Recesses 8 Sheet-like material D Groove width E Groove length H0 Sheet-like material thickness H1 Sheet-like material protrusions Height of object W Width of protrusion of sheet-like material X Length of protrusion of sheet-like material

Claims (3)

集水管と、分離膜リーフと、を備え、
前記集水管の周囲に、前記分離膜リーフが巻囲されており、
前記分離膜リーフは、分離膜の面Aと、分離膜の面Aとが、互いに対向するように配置された、分離膜対と、前記面Aと前記面Aとの間に配置された、複数のシート状材料と、からなり、
前記シート状材料は、平滑面及び/又は突起物が形成された突起物形成面、を有し、
前記面A及び前記面Aは、前記平滑面と接しており、
前記突起物形成面同士が対向し、かつ、
前記分離膜対の厚み方向から観察した場合において、前記突起物同士が、それぞれの長手方向が交差するように接触する部位を有する、分離膜エレメント。
Equipped with a water collection pipe and a separation membrane leaf,
The separation membrane leaf is surrounded around the water collecting pipe.
The separation membrane leaf, the surface A 1 of the separation membrane, and the surface A 2 of the separation membrane, are arranged so as to face each other, and the separation membrane pair, between the surface A 1 and the surface A 2 Consists of multiple sheet-like materials arranged,
The sheet-like material has a smooth surface and / or a protrusion-forming surface on which protrusions are formed.
The surface A 1 and the surface A 2 are in contact with the smooth surface.
The protrusion forming surfaces face each other and
A separation membrane element having a portion where the protrusions come into contact with each other so that their longitudinal directions intersect when observed from the thickness direction of the separation membrane pair.
前記面A及び面Aは、透過側の面である、請求項1記載の分離膜エレメント。 The separation membrane element according to claim 1, wherein the surface A 1 and the surface A 2 are surfaces on the transmission side. 集水管と、分離膜リーフと、を備え、
前記集水管の周囲に、前記分離膜リーフが巻囲されており、
前記分離膜リーフは、突起物が形成された分離膜の面Aと、同じく突起物が形成された分離膜の面Aとが、互いに対向するように配置された、分離膜対からなり、
前記分離膜対の厚み方向から観察した場合において、前記突起物同士が、それぞれの長手方向が交差するように接触する部位を有する、分離膜エレメント。

Equipped with a water collection pipe and a separation membrane leaf,
The separation membrane leaf is surrounded around the water collecting pipe.
The separation membrane leaf, the surface A 1 of the separation membrane protrusion is formed, likewise the surface A 2 of the separation membrane protrusion is formed is disposed so as to face each other, made from the separation membrane pairs ,
A separation membrane element having a portion where the protrusions come into contact with each other so that their longitudinal directions intersect when observed from the thickness direction of the separation membrane pair.

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