JP4107724B2

JP4107724B2 - Spiral membrane element

Info

Publication number: JP4107724B2
Application number: JP21156498A
Authority: JP
Inventors: 肇久田; 祐二西田; 眞一地蔵
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2018-07-27
Also published as: JPH11188245A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧逆浸透膜分離装置、限外濾過装置、精密濾過装置等の膜分離装置に用いられるスパイラル型膜エレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、浄水技術へ膜分離技術が適用されるとともに、海水淡水化等で用いられる逆浸透膜分離システムの前処理として膜分離技術が適用されつつある。このような膜分離に使用される膜の種類としては、高透過水量が得られる精密濾過膜や限外濾過膜が多く使用されているが、最近、１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の超低圧力で高透過水量が得られる逆浸透膜も開発されてきた。
【０００３】
また、前記膜分離に使用される膜エレメントの形態としては、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から中空糸膜エレメントが多く使用されている。しかしながら、中空糸膜エレメントは、膜が折れやすく、膜が折れると、原水が透過水に混ざり、分離性能が低下するという欠点を有している。
【０００４】
一方、膜面積を多くとれる膜エレメントの形態としてスパイラル型膜エレメントがある。このスパイラル型膜エレメントは、中空糸膜エレメントと比較すると、分離性能を維持でき、信頼性が高いという利点を有している。
【０００５】
図１１は従来のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図であり、図１２は従来のスパイラル型膜エレメントの外観斜視図である。
【０００６】
図１１に示すように、スパイラル型膜エレメント２１は、透過水スペーサ２５の両面に分離膜２６を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜（袋状膜）２３を形成し、その封筒状膜２３の開口部を有孔中空管からなる集水管２２に取り付け、ネット状（網状）の原水スペーサ２４とともに集水管２２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る。
【０００７】
原水スペーサ２４は、封筒状膜２３間に原水が通る流路を形成するために設けられる。原水スペーサ２４の厚みが小さいと、分離膜２６の充填効率は高くなるが、懸濁物質による詰まりが生じる。そのため、通常、原水スペーサ２４の厚みは約０．７ｍｍ〜３．０ｍｍに設定される。
【０００８】
なお、河川水のように懸濁物質を多く含む原水を処理するためにジグザグ状の波板状原水スペーサ（いわゆるコルゲートスペーサ）を用いたスパイラル型膜エレメントがすでに公知となっている。
【０００９】
図１２に示すように、スパイラル型膜エレメント２１の外周面は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、収縮チューブ等からなる外装材２７で被覆され、両端部にはアンチテレスコープと呼ばれるパッキンホルダ２８がそれぞれ取り付けられている。
【００１０】
図１３は従来のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。図１３に示すように、圧力容器（耐圧容器）３０は、筒形ケース３１および１対の端板３２ａ，３２ｂにより構成される。一方の端板３２ａには原水入口３３が形成され、他方の端板３２ｂには濃縮水出口３５が形成されている。また、他方の端板３２ｂの中央部には透過水出口３４が設けられている。
【００１１】
外周面の一端部近傍にパッキン３７が取り付けられたスパイラル型膜エレメント２１を筒形ケース３１内に装着し、筒形ケース３１の両方の開口端をそれぞれ端板３２ａ，３２ｂで封止する。集水管２２の一方の開口端は端板３２ｂの透過水出口３４に嵌合され、他方の開口端にはエンドキャップ３６が装着される。
【００１２】
スパイラル型膜エレメント２１の運転時には、原水５１を圧力容器３０の原水入口３３から第１の液室３８内に導入する。図６に示すように、原水５１は、スパイラル型膜エレメント２１の一方の端面側から供給される。この原水５１は原水スペーサ２４に沿って軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント２１の他方の端面側から濃縮水５３として排出される。原水５１が原水スペーサ２４に沿って流れる過程で分離膜２６を透過した透過水５２が透過水スペーサ２５に沿って集水管２２の内部に流れ込み、集水管２２の端部から排出される。
【００１３】
その透過水５２は、図１３の圧力容器３０の透過水出口３４から外部へ取り出される。また、濃縮水５３は、圧力容器３０内の第２の液室３９から濃縮水出口３５を通して外部へ取り出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
膜エレメントを運転すると、原水中の濁質物質により膜の目詰まりが生じ、膜流束が低下する。そのため、薬品洗浄等を行って目詰まりを取り除き、膜流束を回復させるが、薬品洗浄に要する手間およびコストが問題となる。そこで、目詰まりが生じないように、例えば中空糸膜エレメントでは、透過水または空気による逆流洗浄が定期的に行われる。
【００１５】
しかし、従来のスパイラル型膜エレメント２１では、集水管２２に巻回された封筒状膜２３の外周面が外装材２７で被覆されているので、逆流洗浄を行っても、膜の目詰まりの原因となっている濁質物質等の汚染物質が、膜エレメント２１の端部から排出されるまでに原水スペーサ２４に捕捉されやすく、十分に除去されないという問題がある。
【００１６】
また、圧力容器３０の筒形ケース３１の内周面とスパイラル型膜エレメント２１との間に存在する空隙がデッドスペースＳとなり、流体の滞留（液溜まり）が生じる。スパイラル型膜エレメント２１を長期間使用すると、デッドスペースに滞留している流体が変成を起こす。特に、流体が有機物を含有する液体である場合には、微生物等の雑菌が繁殖し、この雑菌が有機物を分解して悪臭を発生したり、分離膜を分解してしまうことがあり、信頼性の低下につながる。
【００１７】
さらに、従来のスパイラル型膜エレメント２１では、原水がスパイラル型膜エレメント２１の一端部から供給され、他端部から排出されるので、集水管２２に巻回された封筒状膜２３が竹の子状に変形することを防止するために、パッキンホルダ２８が必要となる。また、原水スペーサ２４による圧力損失および目詰まりによる圧力損失によって原水流入側と濃縮水出口側との間に圧力差が生じ、スパイラル型膜エレメント２１に変形が生じる。この変形を防止するために、集水管２２に巻回された封筒状膜２３の外周面をＦＲＰ、収縮チューブ等の外装材２７で被覆している。これらにより、部品コストおよび製造コストが高くなる。
【００１８】
また、原水中の汚染物質によるケークの形成を防ぐために十分な膜面線速を得ることが必要であり、そのためには十分な濃縮側流量が必要となる。濃縮側流量を大きくすると、膜エレメント当たりの回収率が低くなる上、原水を供給するポンプが大きいものとなり、システムコストも非常に大きくなる。
【００１９】
本発明の目的は、低コスト化が可能でかつ洗浄が容易で信頼性の高いスパイラル型膜エレメントを提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、有孔中空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜が原液流路材を介して巻回されてスパイラル状膜要素が形成され、スパイラル状膜要素の外周部がネットからなる液体透過性材料で覆われ、液体透過性材料の外周面側が全体的にまたは部分的に外周部流路材で覆われ、封筒状膜内に挿入された透過液流路材が封筒状膜の外周部側の側部から外部へ延長され、透過液流路材の延長された部分がネットとしてスパイラル状膜要素の外周面に巻回されたものである。
【００２１】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントにおいては、スパイラル状膜要素の外周面が外装材で被覆されずに液体透過性材料および外周部流路材で覆われているので、原液を膜エレメントの少なくとも外周部側から供給し、全量濾過を行うことができる。
【００２２】
このように、原液が膜エレメントの少なくとも外周部側から供給され、かつスパイラル状膜要素の外周部が液体透過性材料で覆われているので、汚染物質が膜エレメントの少なくとも外周部で捕捉される。したがって、例えば透過水等による逆流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。
【００２３】
また、外周部流路材により圧力容器と膜エレメントの外周部との間に流路が確保される。したがって、膜エレメントの逆流洗浄時に、外周部流路材に沿って原液を流すことにより膜エレメントの外周部に付着した汚染物質を容易に系外に排出することができる。
【００２４】
さらに、膜エレメントの外周部が外周部流路材で保護されるので、ハンドリング（取扱い）性が向上する。しかも、液体透過性材料および外周部流路材により外周部での封筒状間の拡がりが防止されるので、逆流洗浄時に膜エレメントの少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出するための流路を確保することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の構造によれば、全量濾過により膜エレメントと圧力容器との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、膜エレメントと圧力容器との間の空隙部において流体の滞留が生じない。したがって、有機物を含有する流体の分離に使用した場合でも、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られる。
【００２６】
さらに、膜エレメントの少なくとも外周部側から原液が供給され、膜エレメントに全方向から圧力が加わり、軸方向に変位を起こさせるような圧力が加わらないので、有孔中空管に巻回された封筒状膜が竹の子状に変形することがない。それにより、パッキンホルダが不要となり、外装材も不要であるので、部品コストおよび製造コストが低減される。また、全量濾過が行われるので、原液を供給するポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得られる。それにより、システムコストが低減される。
【００２７】
また、膜エレメントに全方向から圧力が加わるので、原液の供給圧力を高くしても膜エレメントの変形が生じない。したがって、高い耐圧性が得られる。
【００２８】
また、液体透過性材料がネットからなるので、スパイラル状膜要素の外周部に捕捉された汚染物質により逆流洗浄時に生じる逆圧が大きくなっても、外周部のネットによりスパイラル状膜要素の膨らみが防止され、封筒状膜間の間隔が大きくならない。したがって、封筒状膜の膨らみによる膜の破損が防止され、原液中の汚染物質が透過液中に漏れ出ることがなくなる。
【００２９】
さらに、封筒状膜内に挿入された透過液流路材が封筒状膜の外周部側の側部から外部へ延長され、透過液流路材の延長された部分がネットとしてスパイラル状膜要素の外周面に巻回されているので、追加の部品コストを抑えつつ逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素の膨らみを防止することができる。
【００３３】
ネットは合成樹脂からなってもよく、あるいは、ネットが金属からなってもよい。
【００３４】
ネットは３メッシュ以上２００メッシュ以下であることが好ましい。それにより、逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素の膨らみを確実に抑えることができるとともに、運転時に外周部側からスパイラル状膜要素内の封筒状膜間に原液を十分に供給することができる。
【００３５】
スパイラル状膜要素の外周部のネットの所定箇所が円周方向に沿って樹脂で補強されてもよい。それにより、逆流洗浄時に高い逆圧が生じても、外周部のネットによりスパイラル状膜要素の膨らみが確実に防止される。
【００３８】
特に、外周部流路材の厚みは０．６ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、圧力容器に対する膜エレメントの容積効率を大きく保ちつつ、逆流洗浄時に膜エレメントの少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出することが可能となる。
【００３９】
外周部流路材は、原液が有孔中空管の軸方向とほぼ平行な方向にほぼ直線状に流れるように配設されることが好ましい。これにより、膜エレメントの逆流洗浄時に、膜エレメントの外周部に付着した汚染物質を原液により小さな圧力損失で有孔中空管の軸方向とほぼ平行な方向にほぼ直線状に押し流すことができる。したがって、膜エレメントの外周部に付着した汚染物質を容易にかつ確実に系外に排出することが可能となる。
【００４０】
外周部流路材はネット状流路材からなってもよい。この場合、ネット状流路材により膜エレメントの外周部が十分に保護されるとともに膜エレメントの外周部での封筒状膜間の拡がりが防止される。しかも、原液が膜エレメントの外周部からネット状流路材を通過して封筒状膜の間に容易に浸入することができる。したがって、膜エレメントのハンドリング性がより向上するとともに、原液を封筒状膜間に効率良く供給し、かつ汚染物質を膜エレメントの外周部で確実に捕捉することが可能となる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。また、図２は図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図であり、図３は図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【００４２】
図１に示すスパイラル型膜エレメント１は、有孔中空管からなる集水管２の外周面にそれぞれ独立した複数の封筒状膜３または連続した複数の封筒状膜３を巻回することにより構成されるスパイラル状膜要素１ａを含む。封筒状膜３の間には、封筒状膜３どうしが密着して膜面積が狭くなることを防止するため、および原水の流路を形成するために原水スペーサ（原液流路材）４が挿入されている。
【００４３】
また、スパイラル状膜要素１ａの外周面は、液体透過性材料である分離膜９で覆われている。この分離膜９としては、精密濾過膜または限外濾過膜が用いられる。
【００４４】
精密濾過膜としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等の高分子有機膜を用いることができる。また、限外濾過膜としては、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリエチレン等の高分子有機膜を用いることができる。
【００４５】
分離膜９の外周面側は、ネットからなる外周部流路材５で覆われている。ネットの材質としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等の高分子材料、セラミック等の無機材料、金属、合成ゴムまたは繊維等を用いることができる。
【００４６】
精密濾過膜の孔径は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。限外濾過膜の孔径は、分画分子量２００００以上０．０１μｍ以下であることが好ましい。さらに、外周部流路材５として用いるネットは、４メッシュ以上１００メッシュ以下であることが好ましい。
【００４７】
分離膜９として用いる精密濾過膜または限外濾過膜の孔径および外周部流路材５として用いるネットの網目の数は原水の水質に応じて選択する。
【００４８】
本参考例では、分離膜９として、エチレンビニルアルコール等のポリオレフィンからなる孔径０．４μｍの精密濾過膜を用いる。また、分離膜９として、ポリスルホンからなる限外濾過膜を用いてもよい。さらに、外周部流路材５として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる５０メッシュのネットを用いる。
【００４９】
なお、スパイラル状膜要素１ａの外周面に加えてスパイラル状膜要素１ａの端面も分離膜９で覆ってもよい。
【００５０】
図２および図３に示すように、封筒状膜３は、透過水スペーサ（透過液流路材）６の両面に２枚の分離膜７を重ね合わせて３辺を接着することにより形成され、その封筒状膜３の開口部が集水管２の外周面に取り付けられている。分離膜７としては、１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下で運転される低圧逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が用いられる。
【００５１】
図２の例では、複数の封筒状膜３がそれぞれ独立した分離膜７により形成される。図３の例では、複数の封筒状膜３が連続した分離膜７を折り畳むことにより形成される。
【００５２】
原水スペーサ４の厚みが０．５ｍｍよりも大きいと、原水中の汚染物質を膜エレメント１の少なくとも外周部で捕捉しにくくなる。一方、原水スペーサ４の厚みが０．１ｍｍよりも小さいと、封筒状膜３どうしが接触しやすくなり、膜面積が小さくなる。したがって、原水スペーサ４の厚みは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
図１に示すように、外周部流路材５は、複数の線材６１，６２が互いに直角に交差するように格子状に形成されている。線材６１の厚さは線材６２の厚さよりも大きく設定されている。それにより、原水５１が線材６１間において線材６１と平行な方向にほぼ直線状に流れやすくなる。
【００５４】
また、図１に示すように、外周部流路材５は線材６１が集水管２の軸方向と平行になるように配置されている。したがって、原水がスパイラル状膜要素１ａの外周部で軸方向に流れやすくなる。
【００５５】
外周部流路材５の厚みｔが３０ｍｍよりも大きいと、膜エレメント１を収納する圧力容器に対する膜エレメント１の容積効率が小さくなる。一方、外周部流路材５の厚みｔが０．６ｍｍよりも小さいと、透過水の逆流洗浄時に膜エレメント１の少なくとも外周部に付着した汚染物質を系外に排出するための原水の流速が小さくなる。したがって、外周部流路材５の厚みは０．６ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５６】
また、外周部流路材５の厚み方向における空隙率は例えば２０％以上６０％以下と設定する。これにより、逆流洗浄時に汚染物質を軸方向に動かす原水の抵抗を低減しつつ外周部流路材５の十分な強度を確保することができる。また、外周部流路材５の網目の縦および横のピッチは例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下とする。これにより、スパイラル状膜要素１ａの外周面が圧力容器に接触して原水の流路が狭くなることを防止しつつ封筒状膜３間に原水を十分に供給することができる。
【００５７】
なお、外周部の分離膜９の全体を外周部流路材５で覆ってもよく、あるいは一部の領域を外周部流路材５で覆ってもよい。
【００５８】
図４は本参考例のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。図４に示すように、圧力容器（耐圧容器）１０は、筒形ケース１１および１対の端板１２ａ，１２ｂにより構成される。一方の端板１２ａには原水入口１３が形成され、他方の端板１２ｂには原水出口１５が形成されている。また、他方の端板１２ｂの中央部には透過水出口１４が設けられている。
【００５９】
スパイラル型膜エレメント１が筒型ケース１１内に収納され、筒状ケース１１の両方の開口端がそれぞれ端板１２ａ，１２ｂで封止される。集水管２の一方の端部は端板１２ｂの透過水出口１４に嵌合され、他方の端部にはエンドキャップ１６が装着される。端板１２ｂの原水出口１５には、配管１７およびバルブ１８が接続される。
【００６０】
スパイラル型膜エレメント１の運転時には、原水５１を圧力容器１０の原水入口１３から圧力容器１０の内部に導入する。原水５１は、外周部流路材５に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント１の少なくとも外周部側から分離膜９を透過し、原水スペーサ４に沿って封筒状膜３間に浸入する。図４の例では、原水５１がスパイラル型膜エレメント１の外周部側および両端部側から封筒状膜３間に浸入する。分離膜７を透過した透過水が透過水スペーサ６に沿って集水管２の内部に流れ込む。それにより、圧力容器１０の透過水出口１４から透過水５２が取り出される。このようにして、全量濾過が行われる。
【００６１】
この場合、スパイラル状膜要素１ａの外周部面が分離膜９で覆われているので、分離膜９の孔径よりも大きな濁質物質等の汚染物質は膜エレメント１の少なくとも外周部で捕捉される。すなわち、分離膜９の孔径よりも小さな汚染物質のみが封筒状膜３間に侵入する。したがって、封筒状膜３を構成する分離膜７の負荷が減少し、長期間安定した運転が可能となる。
【００６２】
なお、バルブ１８を開いて原水出口１５から一部原水を取り出してもよい。この場合、膜エレメント１の外周部で原水の流れを形成することができる。それにより、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ汚染物質の一部を圧力容器１０の外部に排出することができる。
【００６３】
一定時間濾過を行った後、透過側から透過水による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時の透過水は、集水管２から原水スペーサ４に沿って少なくとも外周部に向かって流れる。それにより、膜エレメント１の少なくとも外周部に捕捉された汚染物質が容易に剥離する。このとき、原水入口１３から原水を供給しつつバルブ１８を開放すると、原水が外周部流路材５に沿って軸方向に直線状に流れ、剥離した汚染物質が系外に排出される。その結果、膜流束が逆流洗浄前と比較して格段に回復する。
【００６４】
このように、本参考例のスパイラル型膜エレメント１においては、逆流洗浄時に外周部に付着した汚染物質を外周部流路材５に沿って系外に容易に排出することができる。また、膜エレメント１の外周部が外周部流路材５で被覆されているので、ハンドリング（取扱い）性が向上する。
【００６５】
さらに、前述のような濾過形態により膜エレメント１と圧力容器１０との間の空隙部に図１３に示したデッドスペースＳのようなデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が発生せず、高い信頼性が得られる。
【００６６】
また、膜エレメント１に全方向から圧力が加わるので、膜エレメント１の変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、部品コストおよび製造コストが低減される。
【００６７】
また、全量濾過が行われるので、原水を供給するポンプに大きなものを用いる必要がない。それにより、システムコストが低減される。
【００６８】
図５は本発明の他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの正面図である。図５では、外周部流路材の図示が省略されている。
【００６９】
図５（ａ）のスパイラル型膜エレメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの両端部が樹脂層１９で封止されている。図１１（ｂ）のスパイラル型膜エレメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの一端部が樹脂層１９で封止されている。
【００７０】
図５（ａ），（ｂ）のスパイラル型膜エレメント１では、製造時の作業工程が増加するが、膜エレメント１の両端部または一端部に原水を供給するスペースが不要となる。したがって、圧力容器を小型化することができ、圧力容器内に膜エレメント１を収納してなるスパイラル型膜モジュールを小型化することができる。
【００７１】
また、膜エレメント１の樹脂層１９で封止された端部を圧力容器の原水入口側に配置することにより、原水導入時に原水の動圧により膜エレメント１の端面に汚れが付着することを防止することができる。
【００７２】
図６は本発明のさらに他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。また、図７は図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図であり、図８は図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。さらに、図９は図６のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き正面図である。
【００７３】
図６に示すスパイラル型膜エレメント１は、有孔中空管からなる集水管２の外周面にそれぞれ独立した複数の封筒状膜３または連続した複数の封筒状膜３を巻回することにより構成されるスパイラル状膜要素１ａを含む。封筒状膜３の間には、封筒状膜３どうしが密着して膜面積が狭くなることを防止するため、および原水の流路を形成するために原水スペーサ（原液流路材）４が挿入されている。
【００７４】
図７および図８に示すように、封筒状膜３は、透過水スペーサ（透過液流路材）６の両面に２枚の分離膜７を重ね合わせて３辺を接着することにより形成され、その封筒状膜３の開口部が集水管２の外周面に取り付けられている。分離膜７としては、１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下で運転される低圧逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が用いられる。
【００７５】
図７の例では、複数の封筒状膜３がそれぞれ独立した分離膜７により形成される。図８の例では、複数の封筒状膜３が連続した分離膜７を折り畳むことにより形成される。
【００７６】
また、スパイラル状膜要素１ａの外周面は液体透過性材料であるネット８で覆われている。このネット８の材質としては、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド等の合成樹脂、またはステンレス、鉄等の金属を用いることができる。
【００７７】
ネット８は、３メッシュ以上２００メッシュ以下であることが好ましい。それにより、逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素１ａの膨らみを確実に抑えることができるとともに、運転時に外周部側からスパイラル状膜要素１ａ内に原水を十分に供給することができる。
【００７８】
本参考例では、ネット８の材質として、トリコット布にエポキシ樹脂を含浸させたものを使用する。このネット８は、５０メッシュであり、縦糸および横糸のピッチは０．５ｍｍ、縦糸および横糸の径は０．１５ｍｍである。
【００７９】
なお、スパイラル状膜要素１ａの外周面に加えてスパイラル状膜要素１ａの端面もネット８で覆ってもよい。
【００８０】
図９に示すように、スパイラル状膜要素１ａの外周面を覆うネット８の複数箇所に等間隔で円周方向に沿って樹脂８１が塗布され、それによりネット８がスパイラル状膜要素１ａの外周面に複数箇所で固定されている。樹脂８１の塗布箇所の数は、逆流洗浄時に生じる逆圧に応じて決定するが、樹脂８１の塗布箇所の数が多くなると、逆流洗浄時にスパイラル状膜要素１ａの外周部の汚染物質が除去されにくくなる。したがって、例えば長さ９４４ｃｍのスパイラル状膜要素１ａでは、３ヵ所程度を樹脂５ａで固定することが好ましい。
【００８１】
ネット８の外周面側は、外周部流路材５で覆われている。外周部流路材５の材質および寸法は、図１に示した外周部流路材５の材質および寸法と同様である。
【００８２】
なお、外周部のネット８の全体を外周部流路材５で覆ってもよく、あるいは一部の領域を外周部流路材５で覆ってもよい。
【００８３】
本参考例のスパイラル型膜エレメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの外周面がネット８で覆われているので、スパイラル状膜要素１ａの外周部に捕捉された汚染物質により逆流洗浄時に生じる逆圧が大きくなっても、外周部のネット８によりスパイラル状膜要素１ａの膨らみが防止され、封筒状膜３間の間隔が大きくならない。したがって、封筒状膜３の膨らみによる膜の破損が防止され、原水中の汚染物質が透過水中に漏れ出ることがなくなる。
【００８４】
特に、ネット８が複数箇所でスパイラル状膜要素１ａの外周部に固定されているので、逆流洗浄時の逆圧が高い場合でも、スパイラル状膜要素１ａの膨らみが確実に防止される。
【００８５】
また、図１のスパイラル型膜エレメント１と同様に、逆流洗浄時に外周部に付着した汚染物質を外周部流路材５に沿って系外に容易に排出することができる。しかも、膜エレメント１の外周部が外周部流路材５で被覆されているので、ハンドリング（取り扱い）性が向上する。
【００８６】
さらに、膜エレメント１と圧力容器との間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が発生せず、高い信頼性が得られる。
【００８７】
また、膜エレメント１に全方向から圧力が加わるので、膜エレメント１の変形の問題が生じず、パッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、部品コストおよび製造コストが低減される。
【００８８】
また、全量濾過が行われるので、原水を供給するポンプに大きなものを用いる必要がない。それにより、システムコストが低減される。
【００８９】
図１０は透過水スペーサ６の一部をネットとして用いた本発明の一実施例を示す横断面図である。図１０の例では、１つの封筒状膜３内に挿入された透過水スペーサ６が封筒状膜３の外周部側の側部から外部へ突出するように延長され、透過水スペーサ６の延長された部分がネットとしてスパイラル状膜要素１ａの外周面に巻回されている。封筒状膜３の外周部側の側部から外部へ突出する透過水スペーサ６と封筒状膜３との間は樹脂６ａでシールされている。
【００９０】
この場合、ネットを別個に設けることによる追加の部品コストを抑えつつ逆流洗浄時の逆圧によるスパイラル状膜要素１ａの膨らみを延長された透過水スペーサ６により防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図２】図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図である。
【図３】図１のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【図４】図１のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの正面図である。
【図６】本発明のさらに他の参考例におけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図７】図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の一例を示す横断面図である。
【図８】図６のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の他の例を示す横断面図である。
【図９】図６のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き正面図である。
【図１０】透過水スペーサをネットとして用いた本発明の一実施例を示す横断面図である。
【図１１】従来のスパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図１２】従来のスパイラル型膜エレメントの外観斜視図である。
【図１３】従来のスパイラル型膜エレメントの運転方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１スパイラル型膜エレメント
１ａスパイラル状膜要素
２集水管
３封筒状膜
４原水スペーサ
５外周部流路材
６透過水スペーサ
７分離膜
８ネット
９分離膜
１０圧力容器
１３原水入口
１４透過水出口
５１原水
５２透過水
６１，６２線材
６３棒状部材
８１樹脂[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spiral membrane element used in a membrane separator such as a low-pressure reverse osmosis membrane separator, an ultrafiltration device, or a microfiltration device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, membrane separation technology has been applied to water purification technology, and membrane separation technology is being applied as a pretreatment for reverse osmosis membrane separation systems used in seawater desalination and the like. As a kind of membrane used for such membrane separation, a microfiltration membrane and an ultrafiltration membrane that can obtain a high permeate flow rate are often used, but recently, 10 kgf / cm.² Reverse osmosis membranes that can obtain a high permeated water amount at the following ultra-low pressures have also been developed.
[0003]
As the form of the membrane element used for the membrane separation, hollow fiber membrane elements are often used from the viewpoint of membrane area (volume efficiency) per unit volume. However, the hollow fiber membrane element has a drawback that the membrane is easily broken, and when the membrane is broken, the raw water is mixed with the permeated water and the separation performance is lowered.
[0004]
On the other hand, there is a spiral type membrane element as a form of the membrane element that can take a large membrane area. This spiral membrane element has the advantages that it can maintain separation performance and has high reliability as compared with the hollow fiber membrane element.
[0005]
FIG. 11 is a partially cutaway perspective view of a conventional spiral membrane element, and FIG. 12 is an external perspective view of the conventional spiral membrane element.
[0006]
As shown in FIG. 11, the spiral membrane element 21 forms an envelope membrane (bag-like membrane) 23 by superposing separation membranes 26 on both sides of a permeated water spacer 25 and adhering three sides. The opening of the film-like membrane 23 is attached to a water collecting pipe 22 composed of a perforated hollow tube, and is wound together with a net-like (net-like) raw water spacer 24 around the outer peripheral surface of the water collecting pipe 22 in a spiral shape.
[0007]
The raw water spacer 24 is provided to form a flow path through which raw water passes between the envelope-like membranes 23. When the thickness of the raw water spacer 24 is small, the filling efficiency of the separation membrane 26 is increased, but clogging with suspended substances occurs. Therefore, the thickness of the raw water spacer 24 is normally set to about 0.7 mm to 3.0 mm.
[0008]
A spiral membrane element using a zigzag corrugated raw water spacer (so-called corrugated spacer) for treating raw water containing a large amount of suspended solids such as river water has been already known.
[0009]
As shown in FIG. 12, the outer peripheral surface of the spiral membrane element 21 is covered with an exterior material 27 made of FRP (fiber reinforced plastic), a shrinkable tube or the like, and packing holders 28 called anti-telescopes are respectively provided at both ends. It is attached.
[0010]
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of a method for operating a conventional spiral membrane element. As shown in FIG. 13, the pressure vessel (pressure vessel) 30 includes a cylindrical case 31 and a pair of end plates 32a and 32b. A raw water inlet 33 is formed on one end plate 32a, and a concentrated water outlet 35 is formed on the other end plate 32b. A permeated water outlet 34 is provided at the center of the other end plate 32b.
[0011]
A spiral membrane element 21 having a packing 37 attached in the vicinity of one end of the outer peripheral surface is mounted in a cylindrical case 31, and both open ends of the cylindrical case 31 are sealed with end plates 32a and 32b, respectively. One open end of the water collecting pipe 22 is fitted to the permeate outlet 34 of the end plate 32b, and an end cap 36 is attached to the other open end.
[0012]
During the operation of the spiral membrane element 21, the raw water 51 is introduced into the first liquid chamber 38 from the raw water inlet 33 of the pressure vessel 30. As shown in FIG. 6, the raw water 51 is supplied from one end face side of the spiral membrane element 21. The raw water 51 flows in the axial direction along the raw water spacer 24, and is discharged as concentrated water 53 from the other end face side of the spiral membrane element 21. In the process in which the raw water 51 flows along the raw water spacer 24, the permeated water 52 that has passed through the separation membrane 26 flows along the permeated water spacer 25 into the water collecting pipe 22 and is discharged from the end of the water collecting pipe 22.
[0013]
The permeate 52 is taken out from the permeate outlet 34 of the pressure vessel 30 in FIG. The concentrated water 53 is taken out from the second liquid chamber 39 in the pressure vessel 30 through the concentrated water outlet 35.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
When the membrane element is operated, the membrane is clogged by turbid substances in the raw water, and the membrane flux decreases. For this reason, chemical cleaning or the like is performed to remove clogging and the membrane flux is recovered. However, labor and cost required for chemical cleaning are problematic. Therefore, in order to prevent clogging, for example, in the hollow fiber membrane element, backflow cleaning with permeated water or air is periodically performed.
[0015]
However, in the conventional spiral membrane element 21, the outer peripheral surface of the envelope-like membrane 23 wound around the water collecting pipe 22 is covered with the exterior material 27. There is a problem that contaminants such as turbid substances are easily captured by the raw water spacer 24 before being discharged from the end of the membrane element 21 and are not sufficiently removed.
[0016]
Moreover, the space | gap which exists between the internal peripheral surface of the cylindrical case 31 of the pressure vessel 30 and the spiral type | mold membrane element 21 becomes the dead space S, and a stagnation (liquid accumulation) arises. When the spiral membrane element 21 is used for a long time, the fluid staying in the dead space is transformed. In particular, when the fluid is a liquid containing organic matter, various germs such as microorganisms propagate, and this germ may decompose the organic matter to generate a bad odor or decompose the separation membrane. Leading to a decline.
[0017]
Further, in the conventional spiral membrane element 21, the raw water is supplied from one end of the spiral membrane element 21 and discharged from the other end, so that the envelope membrane 23 wound around the water collecting pipe 22 is shaped like a bamboo child. In order to prevent the deformation, the packing holder 28 is necessary. Further, a pressure difference is generated between the raw water inflow side and the concentrated water outlet side due to the pressure loss due to the raw water spacer 24 and the pressure loss due to clogging, and the spiral membrane element 21 is deformed. In order to prevent this deformation, the outer peripheral surface of the envelope-like film 23 wound around the water collecting pipe 22 is covered with an exterior material 27 such as FRP or a shrinkable tube. These increase the component cost and the manufacturing cost.
[0018]
Moreover, it is necessary to obtain a sufficient film surface linear velocity in order to prevent the formation of cake due to contaminants in the raw water, and for this purpose, a sufficient concentration side flow rate is required. When the flow rate on the concentration side is increased, the recovery rate per membrane element is lowered, and the pump for supplying the raw water is increased, resulting in a very high system cost.
[0019]
An object of the present invention is to provide a spiral membrane element that can be reduced in cost, easy to clean and highly reliable.
[0020]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
  In the spiral membrane element according to the present invention, a spiral membrane element is formed by winding a plurality of independent or continuous envelope-like membranes on the outer peripheral surface of a perforated hollow tube via a stock solution channel material. The outer periphery of the membrane elementConsist of the netIt is covered with a liquid permeable material, and the outer peripheral surface side of the liquid permeable material is entirely or partially covered with an outer peripheral channel material.The permeate channel material inserted into the envelope membrane is extended from the outer peripheral side of the envelope membrane to the outside, and the extended portion of the permeate channel material is used as a net for the outer periphery of the spiral membrane element. Wound around the surfaceIt is a thing.
[0021]
In the spiral membrane element according to the present invention, the outer peripheral surface of the spiral membrane element is not covered with the exterior material, but is covered with the liquid permeable material and the outer peripheral channel material, so that the stock solution is at least the outer periphery of the membrane element. It can supply from a part side and can filter whole quantity.
[0022]
Thus, since the stock solution is supplied from at least the outer peripheral side of the membrane element and the outer peripheral portion of the spiral membrane element is covered with the liquid permeable material, the contaminant is captured at least at the outer peripheral portion of the membrane element. . Therefore, it is possible to remove contaminants uniformly by backwashing with permeated water, for example.
[0023]
Moreover, a flow path is ensured between the pressure vessel and the outer peripheral part of the membrane element by the outer peripheral part flow path material. Therefore, when the membrane element is backwashed, the contaminants attached to the outer peripheral portion of the membrane element can be easily discharged out of the system by flowing the stock solution along the outer peripheral passage material.
[0024]
Furthermore, since the outer peripheral part of the membrane element is protected by the outer peripheral part flow path material, handling (handling) property is improved. In addition, since the liquid-permeable material and the outer peripheral flow passage material prevent the expansion between the envelope shapes at the outer peripheral portion, the contaminants attached to at least the outer peripheral portion of the membrane element during backwashing are discharged out of the system. It is possible to secure the flow path.
[0025]
In addition, according to the structure of the present invention, no dead space is formed in the gap between the membrane element and the pressure vessel by total filtration, so that no fluid stays in the gap between the membrane element and the pressure vessel. . Therefore, even when used for separation of a fluid containing organic matter, problems such as propagation of various germs such as microorganisms, generation of malodor due to decomposition of organic matter, decomposition of separation membrane do not occur, and high reliability is obtained.
[0026]
Furthermore, since the undiluted solution was supplied from at least the outer peripheral side of the membrane element, pressure was applied to the membrane element from all directions, and no pressure was applied to cause displacement in the axial direction. The envelope film is not deformed into a bamboo shoot. This eliminates the need for a packing holder and eliminates the need for an exterior material, thereby reducing component costs and manufacturing costs. Further, since the entire amount is filtered, a high recovery rate can be obtained without using a large pump for supplying the stock solution. Thereby, the system cost is reduced.
[0027]
Further, since pressure is applied to the membrane element from all directions, the membrane element does not deform even if the supply pressure of the stock solution is increased. Therefore, high pressure resistance can be obtained.
[0028]
In addition, since the liquid permeable material is made of a net, even if the back pressure generated during backwashing is increased due to contaminants trapped on the outer periphery of the spiral membrane element, the spiral membrane element bulges due to the outer periphery net. This prevents the distance between the envelope films from increasing. Therefore, the membrane is prevented from being damaged due to the bulge of the envelope-like membrane, and the contaminant in the stock solution does not leak into the permeate.
[0029]
Further, the permeate channel material inserted in the envelope membrane is extended from the outer peripheral side of the envelope membrane to the outside, and the extended portion of the permeate channel material is used as a net of the spiral membrane element. Since it is wound around the outer peripheral surface, it is possible to prevent swelling of the spiral membrane element due to the back pressure during backwashing while suppressing additional component costs.
[0033]
The net may be made of synthetic resin, or the net may be made of metal.
[0034]
The net is preferably 3 mesh or more and 200 mesh or less. Thereby, the swelling of the spiral membrane element due to the back pressure during backwashing can be reliably suppressed, and the stock solution can be sufficiently supplied from the outer peripheral side to the envelope membrane in the spiral membrane element during operation. it can.
[0035]
A predetermined portion of the net on the outer peripheral portion of the spiral membrane element may be reinforced with resin along the circumferential direction. Thereby, even if a high back pressure is generated during backwashing, the swelling of the spiral membrane element is surely prevented by the net on the outer peripheral portion.
[0038]
In particular, the thickness of the outer peripheral channel material is preferably 0.6 mm or more and 30 mm or less. Accordingly, it is possible to discharge the contaminants attached to at least the outer peripheral portion of the membrane element during the backwashing out of the system while keeping the volumetric efficiency of the membrane element with respect to the pressure vessel large.
[0039]
The outer peripheral channel material is preferably arranged so that the stock solution flows substantially linearly in a direction substantially parallel to the axial direction of the perforated hollow tube. Thereby, at the time of backwashing of the membrane element, the contaminant adhered to the outer peripheral portion of the membrane element can be pushed almost linearly in a direction substantially parallel to the axial direction of the perforated hollow tube with a small pressure loss by the stock solution. Therefore, it is possible to easily and reliably discharge contaminants attached to the outer peripheral portion of the membrane element.
[0040]
The outer peripheral channel material may be a net-shaped channel material. In this case, the outer peripheral portion of the membrane element is sufficiently protected by the net-like channel material, and the spread between the envelope-like membranes at the outer peripheral portion of the membrane element is prevented. Moreover, the undiluted solution can easily enter the envelope-like membrane through the net-like channel material from the outer periphery of the membrane element. Therefore, the handling property of the membrane element is further improved, the stock solution can be efficiently supplied between the envelope-like membranes, and the contaminant can be reliably captured at the outer peripheral portion of the membrane element.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  FIG. 1 illustrates the present invention.One reference exampleFIG. 3 is a partially cutaway perspective view of the spiral membrane element in FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the envelope membrane of the spiral membrane element of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the envelope membrane of the spiral membrane element of FIG. is there.
[0042]
A spiral-type membrane element 1 shown in FIG. 1 is configured by winding a plurality of independent envelope-like membranes 3 or a plurality of continuous envelope-like membranes 3 around an outer peripheral surface of a water collecting tube 2 made of a perforated hollow tube. A spiral membrane element 1a. A raw water spacer (raw liquid channel material) 4 is inserted between the envelope-shaped membranes 3 to prevent the envelope membranes 3 from coming into close contact with each other and to reduce the membrane area, and to form a raw water flow channel. Has been.
[0043]
Further, the outer peripheral surface of the spiral membrane element 1a is covered with a separation membrane 9 which is a liquid permeable material. As the separation membrane 9, a microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane is used.
[0044]
As the microfiltration membrane, a polymer organic membrane such as polyolefin, polysulfone, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyacrylonitrile, cellulose acetate or the like can be used. In addition, as the ultrafiltration membrane, a polymer organic membrane such as polysulfone, polypropylene, polystyrene, polyacrylonitrile, cellulose acetate, and polyethylene can be used.
[0045]
The outer peripheral surface side of the separation membrane 9 is covered with an outer peripheral channel material 5 made of a net. As the material of the net, polymer materials such as polyolefin, polysulfone, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyacrylonitrile, and cellulose acetate, inorganic materials such as ceramic, metal, synthetic rubber, fiber, and the like can be used.
[0046]
The pore diameter of the microfiltration membrane is preferably 0.01 μm or more and 10 μm or less. The pore size of the ultrafiltration membrane is preferably a fractional molecular weight of 20,000 or more and 0.01 μm or less. Furthermore, it is preferable that the net | network used as the outer peripheral part flow-path material 5 is 4 meshes or more and 100 meshes or less.
[0047]
The pore diameter of the microfiltration membrane or ultrafiltration membrane used as the separation membrane 9 and the number of meshes of the net used as the outer peripheral channel material 5 are selected according to the quality of raw water.
[0048]
  BookReference exampleThen, as the separation membrane 9, a microfiltration membrane made of polyolefin such as ethylene vinyl alcohol and having a pore diameter of 0.4 μm is used. Further, as the separation membrane 9, an ultrafiltration membrane made of polysulfone may be used. Furthermore, a 50 mesh net made of PET (polyethylene terephthalate) is used as the outer peripheral channel material 5.
[0049]
In addition to the outer peripheral surface of the spiral membrane element 1a, the end surface of the spiral membrane element 1a may be covered with the separation membrane 9.
[0050]
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the envelope-like membrane 3 is formed by superposing two separation membranes 7 on both surfaces of a permeate spacer (permeate channel material) 6 and adhering three sides. The opening of the envelope membrane 3 is attached to the outer peripheral surface of the water collecting pipe 2. As the separation membrane 7, 10 kgf / cm² A low-pressure reverse osmosis membrane, an ultrafiltration membrane, a microfiltration membrane or the like operated in the following is used.
[0051]
In the example of FIG. 2, a plurality of envelope-like membranes 3 are formed by independent separation membranes 7. In the example of FIG. 3, a plurality of envelope-like membranes 3 are formed by folding a continuous separation membrane 7.
[0052]
When the thickness of the raw water spacer 4 is larger than 0.5 mm, it becomes difficult to capture contaminants in the raw water at least at the outer periphery of the membrane element 1. On the other hand, when the thickness of the raw water spacer 4 is smaller than 0.1 mm, the envelope-like films 3 are easily brought into contact with each other, and the film area is reduced. Therefore, the thickness of the raw water spacer 4 is preferably 0.1 mm or more and 0.5 mm or less.
[0053]
As shown in FIG. 1, the outer peripheral channel material 5 is formed in a lattice shape so that a plurality of wires 61 and 62 intersect at right angles. The thickness of the wire 61 is set larger than the thickness of the wire 62. As a result, the raw water 51 is likely to flow almost linearly between the wires 61 in a direction parallel to the wires 61.
[0054]
Further, as shown in FIG. 1, the outer peripheral flow path member 5 is arranged such that the wire 61 is parallel to the axial direction of the water collecting pipe 2. Therefore, the raw water easily flows in the axial direction on the outer peripheral portion of the spiral membrane element 1a.
[0055]
If the thickness t of the outer peripheral flow path member 5 is larger than 30 mm, the volumetric efficiency of the membrane element 1 with respect to the pressure vessel that houses the membrane element 1 is reduced. On the other hand, when the thickness t of the outer peripheral channel material 5 is smaller than 0.6 mm, the flow rate of raw water for discharging contaminants attached to at least the outer peripheral part of the membrane element 1 during backwashing of permeated water out of the system is high. Get smaller. Therefore, it is preferable that the thickness of the outer peripheral channel material 5 is 0.6 mm or more and 30 mm or less.
[0056]
Moreover, the porosity in the thickness direction of the outer peripheral portion channel material 5 is set to 20% or more and 60% or less, for example. Thereby, sufficient intensity | strength of the outer peripheral part flow-path material 5 can be ensured, reducing the resistance of the raw | natural water which moves a contaminant to an axial direction at the time of backwashing. In addition, the vertical and horizontal pitches of the mesh of the outer peripheral flow path member 5 are, for example, 3 mm or more and 30 mm or less. Thus, the raw water can be sufficiently supplied between the envelope-like membranes 3 while preventing the outer peripheral surface of the spiral membrane element 1a from contacting the pressure vessel and narrowing the flow path of the raw water.
[0057]
The entire separation membrane 9 at the outer peripheral portion may be covered with the outer peripheral flow passage material 5, or a part of the region may be covered with the outer peripheral flow passage material 5.
[0058]
  Figure 4 shows the bookReference exampleIt is sectional drawing which shows an example of the operating method of this spiral type membrane element. As shown in FIG. 4, the pressure vessel (pressure vessel) 10 includes a cylindrical case 11 and a pair of end plates 12a and 12b. A raw water inlet 13 is formed on one end plate 12a, and a raw water outlet 15 is formed on the other end plate 12b. A permeated water outlet 14 is provided at the center of the other end plate 12b.
[0059]
The spiral membrane element 1 is accommodated in a cylindrical case 11, and both open ends of the cylindrical case 11 are sealed with end plates 12a and 12b, respectively. One end of the water collecting pipe 2 is fitted into the permeate outlet 14 of the end plate 12b, and an end cap 16 is attached to the other end. A pipe 17 and a valve 18 are connected to the raw water outlet 15 of the end plate 12b.
[0060]
During operation of the spiral membrane element 1, raw water 51 is introduced into the pressure vessel 10 from the raw water inlet 13 of the pressure vessel 10. The raw water 51 flows along the outer peripheral channel material 5, passes through the separation membrane 9 from at least the outer peripheral portion side of the spiral membrane element 1, and enters the envelope-shaped membrane 3 along the raw water spacer 4. In the example of FIG. 4, the raw water 51 enters between the envelope-like membrane 3 from the outer peripheral side and both end sides of the spiral membrane element 1. The permeated water that has passed through the separation membrane 7 flows into the water collecting pipe 2 along the permeated water spacer 6. Thereby, the permeated water 52 is taken out from the permeated water outlet 14 of the pressure vessel 10. In this way, the entire amount is filtered.
[0061]
In this case, since the outer peripheral surface of the spiral membrane element 1a is covered with the separation membrane 9, contaminants such as turbid substances larger than the pore diameter of the separation membrane 9 are captured at least at the outer peripheral portion of the membrane element 1. . That is, only contaminants smaller than the pore diameter of the separation membrane 9 enter between the envelope-like membranes 3. Accordingly, the load on the separation membrane 7 constituting the envelope membrane 3 is reduced, and stable operation for a long period of time is possible.
[0062]
Note that the raw water may be partially removed from the raw water outlet 15 by opening the valve 18. In this case, the flow of raw water can be formed at the outer periphery of the membrane element 1. Thereby, a part of the contaminant can be discharged to the outside of the pressure vessel 10 while suppressing the sedimentation of the contaminant in the raw water.
[0063]
After filtration for a certain period of time, reverse flow washing with permeate is performed from the permeate side. Permeated water at the time of backwashing flows from the water collection pipe 2 along the raw water spacer 4 toward at least the outer peripheral portion. Thereby, the contaminant trapped on at least the outer periphery of the membrane element 1 is easily peeled off. At this time, when the valve 18 is opened while supplying raw water from the raw water inlet 13, the raw water flows linearly in the axial direction along the outer peripheral channel material 5, and the separated contaminants are discharged out of the system. As a result, the membrane flux is significantly recovered as compared with that before the backwashing.
[0064]
  Like thisReference exampleIn the spiral type membrane element 1, the contaminants adhering to the outer peripheral portion during backwashing can be easily discharged out of the system along the outer peripheral portion flow path member 5. Moreover, since the outer peripheral part of the membrane element 1 is covered with the outer peripheral channel material 5, the handling (handling) property is improved.
[0065]
Furthermore, since the dead space such as the dead space S shown in FIG. 13 is not formed in the gap between the membrane element 1 and the pressure vessel 10 by the filtration form as described above, the propagation of various microorganisms such as microorganisms, High reliability is obtained without problems such as generation of malodor due to decomposition and decomposition of the separation membrane.
[0066]
In addition, since pressure is applied to the membrane element 1 from all directions, the problem of deformation of the membrane element 1 does not occur, and a packing holder and an exterior material are not necessary. Thereby, parts cost and manufacturing cost are reduced.
[0067]
Further, since the entire amount is filtered, it is not necessary to use a large pump for supplying raw water. Thereby, the system cost is reduced.
[0068]
  FIG. 5 shows another embodiment of the present invention.Reference exampleIt is a front view of the spiral type membrane element in. In FIG. 5, illustration of the outer peripheral channel material is omitted.
[0069]
In the spiral membrane element 1 of FIG. 5A, both ends of the spiral membrane element 1 a are sealed with a resin layer 19. In the spiral membrane element 1 of FIG. 11 (b), one end of the spiral membrane element 1 a is sealed with a resin layer 19.
[0070]
In the spiral membrane element 1 of FIGS. 5A and 5B, the number of work steps during manufacturing increases, but a space for supplying raw water to both ends or one end of the membrane element 1 becomes unnecessary. Therefore, the pressure vessel can be reduced in size, and the spiral membrane module in which the membrane element 1 is accommodated in the pressure vessel can be reduced in size.
[0071]
Further, by disposing the end sealed with the resin layer 19 of the membrane element 1 on the raw water inlet side of the pressure vessel, it is possible to prevent dirt from adhering to the end surface of the membrane element 1 due to the dynamic pressure of the raw water when the raw water is introduced. can do.
[0072]
  FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention.Reference exampleFIG. 3 is a partially cutaway perspective view of the spiral membrane element in FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of an envelope-like membrane of the spiral membrane element of FIG. 6, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of the envelope-like membrane of the spiral membrane element of FIG. is there. FIG. 9 is a partially cutaway front view of the spiral membrane element of FIG.
[0073]
A spiral membrane element 1 shown in FIG. 6 is configured by winding a plurality of independent envelope-like membranes 3 or a plurality of continuous envelope-like membranes 3 around the outer peripheral surface of a water collecting tube 2 made of a perforated hollow tube. A spiral membrane element 1a. A raw water spacer (raw liquid channel material) 4 is inserted between the envelope-shaped membranes 3 to prevent the envelope membranes 3 from coming into close contact with each other and to reduce the membrane area, and to form a raw water flow channel. Has been.
[0074]
As shown in FIGS. 7 and 8, the envelope-like membrane 3 is formed by superposing two separation membranes 7 on both sides of a permeate spacer (permeate channel material) 6 and adhering three sides, The opening of the envelope membrane 3 is attached to the outer peripheral surface of the water collecting pipe 2. As the separation membrane 7, 10 kgf / cm² A low-pressure reverse osmosis membrane, an ultrafiltration membrane, a microfiltration membrane or the like operated in the following is used.
[0075]
In the example of FIG. 7, a plurality of envelope-like membranes 3 are formed by independent separation membranes 7. In the example of FIG. 8, a plurality of envelope-like membranes 3 are formed by folding a continuous separation membrane 7.
[0076]
The outer peripheral surface of the spiral membrane element 1a is covered with a net 8 that is a liquid permeable material. As the material of the net 8, a synthetic resin such as polyolefin, polysulfone, polypropylene, polyester, polyethylene, polystyrene, polyacrylonitrile, polyamide, or a metal such as stainless steel or iron can be used.
[0077]
The net 8 is preferably 3 mesh or more and 200 mesh or less. Thereby, the swelling of the spiral membrane element 1a due to the back pressure during backwashing can be reliably suppressed, and raw water can be sufficiently supplied into the spiral membrane element 1a from the outer peripheral side during operation.
[0078]
  BookReference exampleThen, as a material for the net 8, a tricot cloth impregnated with an epoxy resin is used. The net 8 is 50 mesh, the pitch of warp and weft is 0.5 mm, and the diameter of warp and weft is 0.15 mm.
[0079]
In addition to the outer peripheral surface of the spiral membrane element 1a, the end surface of the spiral membrane element 1a may be covered with the net 8.
[0080]
As shown in FIG. 9, resin 81 is applied along the circumferential direction at equal intervals to a plurality of locations of the net 8 that covers the outer peripheral surface of the spiral membrane element 1a, whereby the net 8 becomes the outer periphery of the spiral membrane element 1a. It is fixed to the surface at multiple locations. The number of application portions of the resin 81 is determined according to the back pressure generated during backflow cleaning. However, if the number of application portions of the resin 81 increases, contaminants on the outer peripheral portion of the spiral membrane element 1a are removed during backflow cleaning. It becomes difficult. Therefore, for example, in the spiral membrane element 1a having a length of 944 cm, it is preferable to fix about three places with the resin 5a.
[0081]
The outer peripheral surface side of the net 8 is covered with the outer peripheral channel material 5. The material and dimensions of the outer peripheral channel material 5 are the same as those of the outer peripheral channel material 5 shown in FIG.
[0082]
In addition, the entire outer peripheral net 8 may be covered with the outer peripheral channel material 5, or a part of the area 8 may be covered with the outer peripheral channel material 5.
[0083]
  BookReference exampleIn the spiral membrane element 1, the outer peripheral surface of the spiral membrane element 1 a is covered with the net 8, so that the back pressure generated during back-flow cleaning due to the contaminant trapped on the outer periphery of the spiral membrane element 1 a is large. Even if it becomes, the expansion | swelling of the spiral film | membrane element 1a is prevented by the net | network 8 of an outer peripheral part, and the space | interval between the envelope-shaped films | membranes 3 does not become large. Therefore, the membrane is prevented from being damaged by the swelling of the envelope-like membrane 3, and the pollutants in the raw water are not leaked into the permeated water.
[0084]
In particular, since the net 8 is fixed to the outer peripheral portion of the spiral membrane element 1a at a plurality of locations, the swelling of the spiral membrane element 1a is reliably prevented even when the back pressure during backflow cleaning is high.
[0085]
Further, similarly to the spiral membrane element 1 of FIG. 1, contaminants adhering to the outer periphery during back-flow cleaning can be easily discharged out of the system along the outer periphery channel material 5. And since the outer peripheral part of the membrane element 1 is coat | covered with the outer peripheral part flow-path material 5, handling (handling) property improves.
[0086]
Furthermore, since no dead space is formed in the gap between the membrane element 1 and the pressure vessel, there are no problems such as propagation of various germs such as microorganisms, generation of malodor due to decomposition of organic matter, decomposition of the separation membrane, etc. Reliability is obtained.
[0087]
Further, since pressure is applied to the membrane element 1 from all directions, the problem of deformation of the membrane element 1 does not occur, and a packing holder and an exterior material are not necessary. Thereby, parts cost and manufacturing cost are reduced.
[0088]
Further, since the entire amount is filtered, it is not necessary to use a large pump for supplying raw water. Thereby, the system cost is reduced.
[0089]
  FIG. 10 uses a part of the permeated water spacer 6 as a net.One embodiment of the present inventionFIG. In the example of FIG. 10, the permeated water spacer 6 inserted into one envelope-like membrane 3 is extended so as to protrude outward from the outer peripheral side of the envelope-like membrane 3, and the permeated water spacer 6 is extended. This part is wound around the outer peripheral surface of the spiral membrane element 1a as a net. A gap between the permeated water spacer 6 projecting outward from the outer peripheral side of the envelope membrane 3 and the envelope membrane 3 is sealed with a resin 6a.
[0090]
In this case, it is possible to prevent the swelling of the spiral membrane element 1a due to the back pressure at the time of backwashing by the extended permeated water spacer 6 while suppressing the additional component cost due to providing the net separately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionOne reference exampleFIG. 3 is a partially cutaway perspective view of the spiral membrane element in FIG.
2 is a cross-sectional view showing an example of an envelope membrane of the spiral membrane element of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the envelope membrane of the spiral membrane element of FIG.
4 is a cross-sectional view showing an example of a method for operating the spiral membrane element of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention.Reference exampleIt is a front view of the spiral type membrane element in.
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention.Reference exampleFIG. 3 is a partially cutaway perspective view of the spiral membrane element in FIG.
7 is a cross-sectional view showing an example of an envelope membrane of the spiral membrane element of FIG.
8 is a cross-sectional view showing another example of an envelope-like membrane of the spiral membrane element of FIG.
FIG. 9 is a partially cutaway front view of the spiral-type membrane element of FIG.
[Figure 10] Permeated water spacer was used as a netOne embodiment of the present inventionFIG.
FIG. 11 is a partially cutaway perspective view of a conventional spiral membrane element.
FIG. 12 is an external perspective view of a conventional spiral membrane element.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of a method for operating a conventional spiral membrane element.
[Explanation of symbols]
  1 Spiral membrane element
  1a Spiral membrane element
  2 Water collecting pipe
  3 Envelope-like membrane
  4 Raw water spacer
  5 Outer channel material
  6 Permeated water spacer
  7 Separation membrane
  8 Net
  9 Separation membrane
  10 Pressure vessel
  13 Raw water entrance
  14 Permeate outlet
  51 Raw water
  52 Permeated water
  61,62 Wire
  63 Bar-shaped member
  81 resin

Claims

A plurality of independent or continuous envelope-like membranes are wound on the outer peripheral surface of the perforated hollow tube via a raw liquid flow path material to form a spiral membrane element, and the outer peripheral portion of the spiral membrane element consists of a net Covered with a liquid permeable material, the outer peripheral surface side of the liquid permeable material is wholly or partially covered with an outer peripheral channel material, and the permeate channel material inserted into the envelope-shaped membrane is the envelope Spiral type, characterized in that it extends from the outer peripheral side of the membrane to the outside, and the extended portion of the permeate channel material is wound around the outer circumferential surface of the spiral membrane element as the net Membrane element.

Spiral membrane element according to claim 1, wherein said net is characterized in that it consists of synthetic resin.

Spiral element of claim 1 wherein said net is characterized in that it consists of metal.

The spiral type membrane element according to any one of claims 1 to 3, wherein the net is 3 mesh or more and 200 mesh or less.

The spiral membrane element according to any one of claims 1 to 4 , wherein a predetermined portion of the net on the outer peripheral portion of the spiral membrane element is reinforced with a resin along a circumferential direction.

Spiral membrane element according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of said outer peripheral portion passage material is 0.6mm or more 30mm or less.

The outer periphery passage material is according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the stock is arranged to flow substantially linearly in a direction substantially parallel to the axial direction of the perforated hollow tube Spiral membrane element.