JP4454091B2 - スパイラル型膜モジュールおよびスパイラル型膜エレメントの装填方法 - Google Patents
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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モジュールおよびスパイラル型膜エレメントの装填方法に関する。
【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、膜分離に使用されるスパイラル型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スパイラル型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１５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１６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１５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（透過液流路材）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（原液流路材）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１６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１７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１７に示すように、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。なお、図１７では、図１６のパッキンホルダ２８の図示が省略されている。
【００１２】
スパイラル型膜エレメント２１の運転時には、原水５１を耐圧容器３０の原水入口３３から第１の液室３８内に導入する。図１７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１７の耐圧容器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、耐圧容器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】
スパイラル型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、逆流洗浄を行うと次のような問題が生じる。
【００１６】
図１８は従来のスパイラル型膜エレメントにおける逆流洗浄動作を示す一部切欠き斜視図である。図１８に示すように、透過水５２が集水管２２の端部から導入される。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、集水管２２の外周面から導出された透過水５２は、封筒状膜２３を透過して原水スペーサ２４に沿ってスパイラル型膜エレメント２１の内部を軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント２１の端部から排出される。そのため、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、スパイラル型膜エレメント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。
【００１７】
また、図１７の耐圧容器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、流体の滞溜（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溜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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、スパイラル型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。
【００２０】
ここで、上記の課題を解決するために、特開平１０−１６５７８０号には以下のようなスパイラル型膜エレメントが提案されている。
【００２１】
このスパイラル型膜エレメントは、独立または連続した前述の封筒状膜が原水スペーサを介して集水管の外周面に巻回されてなるスパイラル状膜要素を有し、スパイラル状膜要素の外周面がネット等の外周部流路材で全体的または部分的に覆われてなる。
【００２２】
上記のスパイラル型膜エレメントは、図１７に示すような耐圧容器内に装填される。この場合においても、図１７において前述したように、少なくとも一方の端板の中央に設けられた透過水出口にスパイラル型膜エレメントの集水管の少なくとも一端部が嵌合される。
【００２３】
なお、上記のスパイラル型膜エレメントが複数本耐圧容器内に装填される場合においては、各スパイラル型膜エレメントの集水管同士がコネクタにより連結されており、端部のスパイラル型膜エレメントの集水管の少なくとも一端部が耐圧容器の端板の透過水出口に嵌合される。
【００２４】
上記のスパイラル型膜エレメントの運転時には、耐圧容器の原水入口を通じてスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部側から原水を供給し、集水管の少なくとも一方の開口端から透過水を取り出す。この場合、原水中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部で捕捉される。
【００２５】
また、上記のスパイラル型膜エレメントの洗浄時には、集水管の少なくとも一方の開口端から洗浄水を導入し、集水管の外周面から導出される洗浄水をスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部から排出させる。このような逆流洗浄により、スパイラル型膜エレメントの膜面および少なくとも外周部に捕捉された汚染物質がスパイラル型膜エレメントから剥離し、洗浄水とともに外部へ排出される。このように、上記のスパイラル型膜エレメントにおいては、膜面および少なくとも外周部に捕捉された汚染物質を均一に除去することができ、運転時に常に一定した透過液量を維持することが可能となる。
【００２６】
また、この場合、スパイラル型膜エレメントと耐圧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、スパイラル型膜エレメントと耐圧容器との空隙部において液体の滞溜が生じない。したがって、有機物を含有する液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。
【００２７】
さらに、スパイラル型膜エレメントの少なくも外周部側から原水が供給され、スパイラル型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、集水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になるとともに外装材も不要となる。このため、部品コストおよび製造コストが低減される。また、原水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ため、システムコストが低減される。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のスパイラル型膜エレメントにおいては、スパイラル型膜エレメントの直径が耐圧容器の内径に比べて小さくかつ耐圧容器内においてスパイラル型膜エレメントを保持するパッキンホルダが設けられていない。このため、耐圧容器とスパイラル型膜エレメントとの間に大きな隙間が生じており、スパイラル型膜エレメントが保持されない。したがって、スパイラル型膜エレメントの集水管を耐圧容器内の中心部に位置決めすることが困難であり、耐圧容器内にスパイラル型膜エレメントを装填する際、耐圧容器の端板に設けられた透過水出口にスパイラル型膜エレメントの集水管の端部を嵌合させるのが困難である。このため、スパイラル型膜エレメントの装填に非常に時間および手間がかかる。
【００２９】
また、パッキンホルダを有さない上記のスパイラル型膜エレメントを、例えば直列に３本連結して耐圧容器内に装填した場合、中央のスパイラル型膜エレメントはコネクタによる連結のみにより耐圧容器内に保持される。このため、中央のスパイラル型膜エレメントは耐圧容器内において十分に保持されず、スパイラル型膜エレメントの外周部が耐圧容器の内周面に接触するおそれがある。スパイラル型膜エレメントの外周部が耐圧容器の内周面に接触すると、スパイラル型膜エレメントが流路を塞ぐため、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されない。したがって、運転時にスパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均一に原水を供給することが困難になるとともに、洗浄時にスパイラル型膜エレメントから剥離した汚染物質を洗浄水とともに外部に排出する際、汚染物質を確実かつ円滑に外部に排出することが困難となる。
【００３０】
本発明の目的は、スパイラル型膜エレメントを耐圧容器に容易に装填することが可能であるとともに、スパイラル型膜エレメントの外周部と耐圧容器の内周面との間に流路を確保でき、低コスト化が可能でかつ洗浄が容易であり信頼性の高いスパイラル型膜モジュールを提供することである。
【００３１】
本発明の他の目的は、低コスト化が可能でかつ洗浄が容易であり信頼性の高いスパイラル型膜エレメントを容易に装填することが可能であり、スパイラル型膜エレメントの外周部と耐圧容器の内周面との間に流路を確保することが可能なスパイラル型膜エレメントの装填方法を提供することである。
【００３２】
【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モジュールは、耐圧容器内にスパイラル型膜エレメントが装填されてなるスパイラル型膜モジュールであって、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なるスパイラル状膜要素を有し、スパイラル状膜要素の外周部が全体的または部分的に外周部流路材で覆われ、スパイラル状膜要素の少なくとも外周部側から原液が供給されて有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液が取り出されるように原液流路材が設けられ、スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端面に、空隙を有する保持板が取り付けられ、耐圧容器の内周面とスパイラル型膜エレメントの外周面との間に流路が形成されるとともに、保持板の一部分が耐圧容器の内周面に当接し、かつ耐圧容器の内周面と保持板の他の部分との間に流路に連通する空隙が形成されたものである。
【００３３】
本発明に係るスパイラル型膜モジュールにおいては、スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端面に耐圧容器の内周面に当接する保持板が取り付けられているので、スパイラル型膜エレメントを耐圧容器内に装填する際に、簡単な構造によりスパイラル型膜エレメントの有孔中空管を耐圧容器内の中心部に容易かつ確実に位置決めすることができる。したがって、耐圧容器内へのスパイラル型膜エレメントの装填時間が短くなり、かつ装填の作業性が向上する。
【００３４】
また、保持板が耐圧容器の内周面に当接することにより、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管が耐圧容器の中心部に保持されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部が耐圧容器の内周面に接触することなくスパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保される。
【００３５】
運転時には、原液が耐圧容器内のスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部側から外周部流路材を通してスパイラル状膜要素内に供給され、原液流路材に沿って流れ、複数の封筒状膜を透過した透過液が有孔中空管内に導かれ、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から取り出される。
【００３６】
この場合、耐圧容器の端部側から導入された原液が保持板の空隙を通してスパイラル型膜エレメントの一端面に容易に供給されるとともに、保持板と耐圧容器の内周面と間に形成される空隙を通してスパイラル型膜エレメントの外周部に容易に供給される。
また、上記のように、保持板により有孔中空管が耐圧容器内の中心部に保持され、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されているので、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向からスパイラル状膜要素内に均一に原液が供給される。このとき、汚染物質がスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部で捕捉される。
【００３７】
洗浄時には、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液が導入されると、有孔中空管の外周面から封筒状膜内に導出される洗浄液が封筒状膜を透過して原液流路材に沿って流れ、スパイラル状膜要素の外周部から外周部流路材を通して排出される。スパイラル状膜要素から排出された洗浄液は外周部流路材に沿って流れる。それにより、スパイラル型膜エレメントの膜面および少なくとも外周部に捕捉された汚染物質がスパイラル型膜エレメントから剥離する。
【００３８】
この場合、スパイラル型膜エレメントの一端面から排出された洗浄液が汚染物質とともに保持板の空隙を通して耐圧容器の端部側から容易に排出されるとともに、スパイラル型膜エレメントの外周部から排出された洗浄液が汚染物質ととも保持板と耐圧容器の内周面との間に形成される空隙を通して耐圧容器の端部側から容易に排出される。
また、上記のように、保持板により有孔中空管が耐圧容器内の中心部に保持され、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されているので、剥離した汚染物質が洗浄液とともにスパイラル型膜エレメントの外周部流路材に沿って流れ、耐圧容器の外部に円滑に排出される。
【００３９】
また、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されているので、スパイラル型膜エレメントの外周部と耐圧容器との間にデッドスペースが形成されない。それにより、スパイラル型膜エレメントの外周部の流路において流体の滞溜が生じない。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。
【００４０】
さらに、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均一に原液が供給され、スパイラル型膜エレメントの全方向から均等に圧力が加わり、軸方向に変形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、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。
【００４１】
また、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均等に圧力が加わるので、原液の供給圧力を高くしてもスパイラル型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。
【００４３】
保持板の厚みは５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、保持板の変形を防止しつつ耐圧容器の軸方向における寸法の増大を抑制することができる。
【００４４】
保持板は多角形状を有してもよい。この場合、保持板の角部が耐圧容器の内周面に当接し、保持板の角部間と耐圧容器の内周面との間に隙間が形成される。したがって、運転時に耐圧容器の端部側から導入された原液が保持板と耐圧容器との間の隙間を通してスパイラル型膜エレメントの外周部に容易に供給されるとともに、洗浄時にスパイラル型膜エレメントの外周部から排出された洗浄液が汚染物質とともに保持板と耐圧容器との間の隙間を通して耐圧容器の端部側から容易に排出される。
【００４６】
耐圧容器の内部空間の断面積に対する保持板の空隙率が８０％以上であることが好ましい。これにより、保持板自体が原液または洗浄液の流れを妨げることが防止される。
【００４７】
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、液体透過性材料の外周面側が全体的または部分的に外周部流路材で覆われてもよい。
【００４８】
この場合、液体透過性材料および外周部流路材によりスパイラル状膜要素の外周部での封筒状膜間の広がりが防止されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に原液を供給するための流路および洗浄液とともに汚染物質を排出するための流路が十分に確保される。
【００４９】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの装填方法は、耐圧容器内にスパイラル型膜エレメントを装填する方法であって、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なるスパイラル状膜要素を有し、スパイラル状膜要素の外周部が全体的または部分的に外周部流路材で覆われ、スパイラル状膜要素の少なくとも外周部側から原液が供給されて有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液が取り出されるように原液流路材が配置され、スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端面に、空隙を有する保持板を取り付け、耐圧容器の内周面とスパイラル型膜エレメントの外周面との間に流路が形成されるとともに、保持板の一部分が耐圧容器の内周面に当接し、かつ耐圧容器の内周面と保持板の他の部分との間に流路に連通する空隙が形成されるように、スパイラル型膜エレメントを耐圧容器内に装填するものである。
【００５０】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの装填方法においては、スパイラル型膜エレメントを耐圧容器内に装填する際に、スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端部に取り付ける保持板によりスパイラル型膜エレメントの有孔中空管を耐圧容器内の中心部に容易に位置決めすることができる。したがって、耐圧容器内へのスパイラル型膜エレメントの装填時間が短くなり、かつ装填の作業性が向上する。
【００５１】
また、保持板が耐圧容器の内周面に当接することにより、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管が耐圧容器の中心部に保持されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部が耐圧容器の内周面に接触することなくスパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保される。
【００５２】
運転時には、原液が耐圧容器内のスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部側から外周部流路材を通してスパイラル状膜要素内に供給され、原液流路材に沿って流れ、複数の封筒状膜を透過した透過液が有孔中空管内に導かれ、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から取り出される。
【００５３】
この場合、耐圧容器の端部側から導入された原液が保持板の空隙を通してスパイラル型膜エレメントの一端面に容易に供給されるとともに、保持板と耐圧容器の内周面と間に形成される空隙を通してスパイラル型膜エレメントの外周部に容易に供給される。
また、上記のように、保持板により有孔中空管が耐圧容器内の中心部に保持され、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向からスパイラル状膜要素内に均一に原液が供給される。このとき、汚染物質がスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部で捕捉される。
【００５４】
洗浄時には、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液が導入されると、有孔中空管の外周面から封筒状膜内に導出される洗浄液が封筒状膜を透過して原液流路材に沿って流れ、スパイラル状膜要素の外周部から外周部流路材を通して排出される。スパイラル状膜要素から排出された洗浄液は外周部流路材に沿って流れる。それにより、スパイラル型膜エレメントの膜面および少なくとも外周部に捕捉された汚染物質がスパイラル型膜エレメントから剥離する。
【００５５】
この場合、スパイラル型膜エレメントの一端面から排出された洗浄液が汚染物質とともに保持板の空隙を通して耐圧容器の端部側から容易に排出されるとともに、スパイラル型膜エレメントの外周部から排出された洗浄液が汚染物質ととも保持板と耐圧容器の内周面との間に形成される空隙を通して耐圧容器の端部側から容易に排出される。
また、上記のように、保持板により有孔中空管が耐圧容器内の中心部に保持され、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されるので、剥離した汚染物質が洗浄液とともにスパイラル型膜エレメントの外周部流路材に沿って流れ、耐圧容器の外部に円滑に排出される。
【００５６】
また、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部と耐圧容器との間にデッドスペースが形成されない。それにより、スパイラル型膜エレメントの外周部の流路において流体の滞溜が生じない。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。
【００５７】
さらに、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均一に原液が供給され、スパイラル型膜エレメントの全方向から均等に圧力が加わり、軸方向に変形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、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。
【００５８】
また、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均等に圧力が加わるので、原液の供給圧力を高くしてもスパイラル型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。
【００５９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例におけるスパイラル型膜モジュールを示す模式的断面図である。
【００６０】
図１に示すように、本例におけるスパイラル型膜モジュールは、直列に連結された３本のスパイラル型膜エレメント１が耐圧容器１００内に装填されてなる。なお、スパイラル型膜エレメント１の詳細については後述する。
【００６１】
耐圧容器１００は、筒形ケース１１１および１対の端板１２０ａ，１２０ｂにより構成される。筒形ケース１１１の底部には原水入口１３０が形成され、上部には原水出口１３１が形成されている。原水出口１３１はエアー抜きにも用いられる。また、端板１２０ａ，１２０ｂの中央部には透過水出口１４０が設けられている。
【００６３】
図２（ａ）は保持板２００の正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の保持板２００のＡ−Ａ線における断面図である。なお、図１においては、図２（ｂ）の保持板２００の断面図を示している。
【００６４】
図１および図２（ａ），（ｂ）に示すように、保持板２００の中央に設けられた集水管貫通孔２１０にスパイラル型膜エレメント１の集水管２を通すことにより、保持板２００がスパイラル型膜エレメント１の両端部に取り付けられる。
【００６５】
保持板２００は四角形状を有し、各々の角部が耐圧容器１００（図１）の内周面に当接している。保持板２００の角部間と耐圧容器１００の内周面との間には隙間が形成されている。このような保持板２００が取り付けられたスパイラル型膜エレメント１においては、保持板２００により、集水管２が耐圧容器１００の中心部に保持される。
【００６６】
保持板２００は、中央に設けられた集水管貫通孔２１０の他に、分散配置された複数の孔部２２０を有する。この場合、孔部２２０の数、配置および孔径は特に限定されるものではない。
【００６７】
このように、保持板２００に複数の孔部２２０が設けられるとともに保持板２００の角部間と耐圧容器１００の内周面との間に隙間が形成されるため、スパイラル型膜モジュールの運転時には、これらの孔部２２０および隙間を通して容易に原水が供給される。また、スパイラル型膜モジュールの洗浄時には、これらの空隙部を通して、剥離した汚染物質を含む逆流洗浄排水が容易に排出される。したがって、保持板２００が流路の妨げになることはない。
【００６８】
ここで、耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する保持板２００の空隙率は８０％以上であることが好ましい。耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する保持板２００の空隙率が８０％未満の場合、スパイラル型膜モジュールにおいて、保持板２００により、運転時における原水の流れおよび洗浄時における逆流洗浄排水の流れが妨げられる。
【００６９】
また、保持板２００の厚みＷ1 は５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。保持板２００の厚みＷ1 が５ｍｍ未満の場合、耐圧容器１００にスパイラル型膜エレメント１を装填する際に、保持板２００が変形するおそれがある。一方、保持板２００の厚みＷ1 が８０ｍｍより大きい場合、３本のスパイラル型膜エレメント１を装填してなる図１のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２００に要する分だけ耐圧容器１００の軸方向における長さを大きくする必要がある。このような長さの大きなスパイラル型膜モジュールは、設置に大きな面積を必要とするため好ましくない。
【００７０】
図１に示すように、隣接するスパイラル型膜エレメント１の集水管２の端部は、保持板２００を介してインターコネクタ１１６により直列に連結されている。このように連結された３本のスパイラル型膜エレメント１が筒形ケース１１１内に収納され、筒形ケース１１１の両方の開口端がそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂで封止される。両端部のスパイラル型膜エレメント１の集水管２の一端部は、保持板２００およびアダプタ１１５を介して、それぞれ端板１２０ａ，１２０ｂの透過水出口１４０に嵌合される。
【００７１】
この場合、各スパイラル型膜エレメント１が保持板２００により耐圧容器１００内において保持されているため、スパイラル型膜エレメント１の集水管２を耐圧容器１００内の中心部に容易に位置決めすることができる。したがって、両端部のスパイラル型膜エレメント１の集水管２の一端部を透過水出口１４０に容易に嵌合させることが可能であり、耐圧容器１００へのスパイラル型膜エレメント１の装填にかかる時間および手間が低減され、装填作業の効率が向上する。
【００７２】
また、上記のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２００により、スパイラル型膜エレメント１が耐圧容器１００内において保持されているため、各スパイラル型膜エレメント１、特に中央のスパイラル型膜エレメント１の外周部が耐圧容器１００の内周面に接触するおそれがない。したがって、スパイラル型膜エレメント１の外周部の全周にわたって耐圧容器１００の内周面との間に流路が確保される。
【００７３】
図３は本発明の他の実施例におけるスパイラル型膜モジュールを示す模式的断面図である。本例におけるスパイラル型膜モジュールは、以下の点を除いて、図１に示すスパイラル型膜モジュールと同様の構造を有する。
【００７４】
図３のスパイラル型膜モジュールにおいては、隣接するスパイラル型膜エレメント１の間に共通の保持板２０１が設けられている。この場合、保持板２０１はインターコネクタの機能も兼ね備えている。また、両端部のスパイラル型膜エレメント１においては、透過水出口１４０側の端部に保持板２０１が設けられておらず、集水管２の一端部がアダプタ１１５を介してそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂの透過水出口１４０に嵌合されている。
【００７５】
図４（ａ）は保持板２０１の正面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の保持板２０１のＢ−Ｂ線における断面図である。なお、図３においては、図４（ｂ）の保持板２０１の断面図を示している。
【００７６】
図３および図４（ａ），（ｂ）に示すように、保持板２０１の中央に設けられた集水管貫通孔２１１に、隣接するスパイラル型膜エレメント１の各々の集水管２の一端部を嵌合させる。この場合、保持板２０１の集水管貫通孔２１１周辺にはＯリング溝が設けられており、このＯリング溝にＯリング２１２が取り付けられている。このような保持板２０１により、隣接するスパイラル型膜エレメント１の各々の集水管２が連結される。このように、本例においては、各スパイラル型膜エレメント１が、図１のインターコネクタ１１６の代わりに、保持板２０１により連結される。
【００７７】
図４（ａ）に示すように、保持板２０１は八角形状を有し、各々の角部は耐圧容器１００（図３）の内周面に当接している。保持板２０１の角部間と耐圧容器１００の内周面との間には隙間が形成されている。このような保持板２０１により、各スパイラル型膜エレメント１の集水管２が耐圧容器１００の中心部に保持される。
【００７８】
保持板２０１は、図２の保持板２００と同様、中央に設けられた集水管貫通孔２１１の他に、分散配置された大きさの異なる複数の孔部２２１ａ，２２１ｂを有する。この場合、孔部２２１ａ，２２１ｂの数、配置および孔径は、特に限定されるものではない。
【００７９】
このように、保持板２０１に複数の孔部２２１ａ，２２１ｂが設けられるとともに保持板２０１の角部間と耐圧容器１００の内周面との間に隙間が形成されるため、スパイラル型膜モジュールの運転時には、これらの孔部２２１ａ，２２１ｂおよび隙間を通して容易に原水が供給される。また、スパイラル型膜モジュールの洗浄時には、これらの孔部２２１ａ，２２１ｂおよび隙間を通して、剥離した汚染物質を含む逆流洗浄排水が容易に排出される。したがって、保持板２０１が流路の妨げになることはない。
【００８０】
ここで、耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する保持板２０１の空隙率は、保持板２００の場合と同様、８０％以上であることが好ましい。耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する保持板２０１の空隙率が８０％未満の場合、スパイラル型膜モジュールにおいて、保持板２０１により、運転時における原水の流れおよび洗浄時における逆流洗浄排水の流れが妨げられる。
【００８１】
また、保持板２０１の厚みＷ2 は５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。保持板２０１の厚みＷ2 が５ｍｍ未満の場合、耐圧容器１００にスパイラル型膜エレメント１を装填する際に、保持板２０１が変形するおそれがある。一方、保持板２０１の厚みＷ2 が８０ｍｍより大きい場合、３本のスパイラル型膜エレメント１を装填してなる図３のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２０１に要する分だけ耐圧容器１００の軸方向における長さを大きくする必要がある。このような長さの大きなスパイラル型膜モジュールは、設置に大きな面積を必要とするため好ましくない。
【００８２】
上記のような保持板２０１を備えた図３のスパイラル型膜モジュールにおいては、各スパイラル型膜エレメント１が保持板２０１により耐圧容器１００内において保持されているため、スパイラル型膜エレメント１の集水管２を耐圧容器１００内の中心部に容易に位置決めすることができる。したがって、両端部のスパイラル型膜エレメント１の集水管２の一端部を透過水出口１４０に容易に嵌合させることが可能であり、耐圧容器１００へのスパイラル型膜エレメント１の装填にかかる時間および手間が低減され、装填作業の効率が向上する。
【００８３】
また、上記のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２０１によりスパイラル型膜エレメント１が耐圧容器１００内において保持されているため、各スパイラル型膜エレメント１、特に中央のスパイラル型膜エレメント１の外周部が耐圧容器１００の内周面に接触するおそれがない。したがって、スパイラル型膜エレメント１の外周部の全周にわたって耐圧容器１００の内周面との間に流路が確保される。
【００８４】
図５は、図１および図３のスパイラル型膜モジュールに用いられるスパイラル型膜エレメントの例を示す一部切欠き斜視図である。また、図６は図５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７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。
【００８５】
図５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同士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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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以上孔径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。
【００９０】
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。
【００９１】
図５に示すスパイラル型膜エレメント１においては、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。
【００９２】
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。
【００９３】
図６および図７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。
【００９４】
図６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７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。
【００９５】
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スパイラル型膜エレメント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同士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。
【００９６】
図５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。
【００９７】
また、図５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。
【００９８】
外周部流路材５の厚みｔが３０ｍｍよりも大きいと、スパイラル型膜エレメント１を収納する耐圧容器に対するスパイラル型膜エレメント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スパイラル型膜エレメント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。
【００９９】
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の外周面が耐圧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。
【０１００】
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。
【０１０１】
上記のようなスパイラル型膜エレメント１を備えた図１および図３に示すスパイラル型膜モジュールは、以下に示す運転方法により運転される。
【０１０２】
図１および図３に示すスパイラル型膜モジュールの運転時には、原水出口１３１を閉じ、耐圧容器１００の原水入口１３０から原水５１を耐圧容器１００の内部に導入する。図５に示すように、原水５１は、各スパイラル型膜エレメント１の外周部流路材５に沿って流れる。各スパイラル型膜エレメント１において、原水５１は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。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の内部に流れ込み、耐圧容器１００の両端部の透過水出口１４０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。この場合、各スパイラル型膜エレメント１において、汚染物質が少なくとも外周部で捕捉されるため、封筒状膜３を構成する分離膜７の負荷が減少する。
【０１０３】
一定時間濾過を行った後、透過側から透過水５２による逆流洗浄を行う。図１および図３に示すように、逆流洗浄には、耐圧容器１００の両端部の透過水出口１４０からスパイラル型膜エレメント１の集水管２内部に透過水５２を導入する。
【０１０４】
図８は各スパイラル型膜エレメント１の逆流洗浄動作を示す一部切欠き斜視図である。図８に示すように、各スパイラル型膜エレメント１において、透過水５２は集水管２から封筒状膜３を透過し、膜面の汚染物質を膜面から剥離させ原水スペーサ４に沿って少なくとも外周部に向かって流れる。また、この透過水５２により各スパイラル型膜エレメント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。
【０１０５】
その後、原水出口１３１を開くとともに原水入口１３０から原水５１を供給してフラッシングを行い、剥離した汚染物質を原水とともに原水出口１３１からスパイラル型膜モジュールの外部に排出する。なお、この場合、逆流洗浄の前に原水によるフラッシングを行ってもよく、あるいは、逆流洗浄と並行して原水によるフラッシングを行ってもよい。
【０１０６】
前述のように、上記のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２００，２０１により、各スパイラル型膜エレメント１の外周部の全周にわたって耐圧容器１００の内周面との間に流路が確保されている。この場合、保持板２００，２０１に複数の孔部２２０，２２１ａ，２２１ｂが設けられるとともに、保持板２００，２０１の角部間と耐圧容器１００の内周面との間に隙間が形成されているため、保持板２００，２０１が流路の妨げになることはない。
【０１０７】
このことから、スパイラル型膜モジュールの運転時においては、スパイラル型膜エレメント１の外周部側の全方向からスパイラル状膜要素１ａ内に均一に原水５１が供給される。
【０１０８】
また、スパイラル型膜モジュールの洗浄時においては、逆流洗浄により各スパイラル型膜エレメント１の膜面、原水スペーサ４、外周部等から剥離した汚染物質を含む逆流洗浄排水をスパイラル型膜エレメント１の外周部流路材５に沿って耐圧容器１００の外部に容易にかつ確実に排出することができる。それにより、安定した透過水量を維持することが可能となる。
【０１０９】
また、上記のスパイラル型膜モジュールにおいては、スパイラル型膜エレメント１の外周部の全周にわたって耐圧容器１００の内周面との間に流路が確保された状態で前述のような全量濾過が行われるため、各スパイラル型膜エレメント１と耐圧容器１００との間の空隙部にデッドスペースが形成されない。このため、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。
【０１１０】
また、各スパイラル型膜エレメント１の外周部の全方向から均一に原水５１が供給されるので、スパイラル型膜エレメント１の全方向から均等に圧力が加わる。このため、スパイラル型膜エレメント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。
【０１１１】
また、全量濾過が行われるので、原水５１を供給するポンプに大きな物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。
【０１１２】
さらに、スパイラル型膜エレメント１の外周部側の全方向から均等に圧力が加わるので、原水５１の供給圧力を高くしてもスパイラル型膜エレメント１の変形が生じない。したがって、高い耐圧性が得られる。
【０１１３】
なお、上記のスパイラル型膜モジュールの運転時において、原水出口１３１から一部原水を取り出し、各スパイラル型膜エレメント１の外周部において軸方向に原水の流れを形成してもよい。この場合、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耐圧容器１００の外部に排出することができるため、さらに安定した透過水量を維持することが可能となる。
【０１１４】
また、上記においては、複数の孔部２２０，２２１ａ，２２１ｂを有する四角形状および八角形状を有する保持板２００，２０１を用いた場合について説明したが、耐圧容器１００の内周面に当接しかつ耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する空隙率が８０％以上であれば、これ以外の多角形状または円形状を有する保持板を用いてもよい。
【０１１５】
さらに、上記においては、スパイラル型膜モジュールが図５のスパイラル型膜エレメント１を備えているが、これ以外の構造を有するスパイラル型膜エレメントを備えてもよい。この場合について、以下に説明する。
【０１１６】
図９はスパイラル型膜エレメントの他の例を示す正面図である。図９では、外周部流路材の図示が省略されている。
【０１１７】
図９（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４０で封止されている。図９（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４０で封止されている。
【０１１８】
図９（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、スパイラル型膜エレメント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、耐圧容器を小型化することができ、耐圧容器内にスパイラル型膜エレメント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。
【０１１９】
また、スパイラル型膜エレメント１の樹脂層４０で封止された端部を耐圧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スパイラル型膜エレメント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。
【０１２０】
図１０はスパイラル型膜エレメントのさらに他の例を示す一部切欠き斜視図である。また、図１１は図１０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１２は図１０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１３は図１０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。
【０１２１】
図１０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同士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。
【０１２２】
図１１および図１２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。
【０１２３】
図１１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１１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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
図１０に示すスパイラル型分離膜エレメント１においては、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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
図１３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３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３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依存するため特に限定しないが、樹脂８１の塗布箇所が３箇所よりも多くなると、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箇所程度を樹脂８１で固定することが好ましい。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
さらに、図１４に示すような透過水スペーサ６の一部をネットとして用いたスパイラル型膜エレメント１を用いてもよい。このようなスパイラル型膜エレメント１においては、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８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。
【０１３２】
この場合、ネット８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。
【０１３３】
図１または図３のスパイラル型膜モジュールに、図５のスパイラル型膜エレメント１の代わりに図９〜図１４のスパイラル型膜エレメント１を装填する場合においても、図２または図４の保持板２００，２０１を用いることにより、図１または図３の実施例と同様の効果が得られる。
【０１３４】
なお、図５〜図１４においては、スパイラル状膜要素１ａを分離膜等の液体透過性材料で被覆しさらにネット等の外周部流路材で被覆してなる２重構造のスパイラル型膜エレメント１について説明したが、本発明に係るスパイラル型膜モジュールに用いるスパイラル型膜エレメントは、スパイラル状膜要素１ａを直接、外周部流路材で被覆してなる１重構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるスパイラル型膜モジュールを示す模式的断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの保持板を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例におけるスパイラル型膜モジュールを示す模式的断面図である。
【図４】図３のスパイラル型膜モジュールの保持板を示す図である。
【図５】図１および図３のスパイラル型膜モジュール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６】図５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７】図５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８】図５のスパイラル型膜エレメントにおける逆流洗浄動作を示す一部切欠き斜視図である。
【図９】図１または図３のスパイラル型膜モジュールにおけるスパイラル型膜エレメントの他の例を示す正面図である。
【図１０】図１または図３のスパイラル型膜モジュールにおけるスパイラル型膜エレメントのさらに他の例を示す一部切欠き斜視図である。
【図１１】図１０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１２】図１０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１３】図１０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１４】透過水スペーサをネットとして用いた例を示す横断面図である。
【図１５】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１６】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１７】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１８】従来のスパイラル型膜エレメントにおける逆流洗浄動作を示す一部切欠き斜視図である。
【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
１０，１００ 耐圧容器
１３，１３０ 原水入口
１４，１４０ 透過水出口
５１ 原水
５２ 透過水
６１，６２ 線材
８１ 樹脂
２００，２０１ 保持板
２１０，２１１ 集水管貫通孔
２２０，２２１ａ，２２１ｂ 孔部
【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モジュールおよびスパイラル型膜エレメントの装填方法に関する。
【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、膜分離に使用されるスパイラル型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スパイラル型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１５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１６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１５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（透過液流路材）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（原液流路材）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１６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１７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１７に示すように、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。なお、図１７では、図１６のパッキンホルダ２８の図示が省略されている。
【００１２】
スパイラル型膜エレメント２１の運転時には、原水５１を耐圧容器３０の原水入口３３から第１の液室３８内に導入する。図１７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１７の耐圧容器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、耐圧容器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】
スパイラル型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、逆流洗浄を行うと次のような問題が生じる。
【００１６】
図１８は従来のスパイラル型膜エレメントにおける逆流洗浄動作を示す一部切欠き斜視図である。図１８に示すように、透過水５２が集水管２２の端部から導入される。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、集水管２２の外周面から導出された透過水５２は、封筒状膜２３を透過して原水スペーサ２４に沿ってスパイラル型膜エレメント２１の内部を軸方向に流れ、スパイラル型膜エレメント２１の端部から排出される。そのため、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、スパイラル型膜エレメント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。
【００１７】
また、図１７の耐圧容器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、流体の滞溜（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溜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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、スパイラル型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。
【００２０】
ここで、上記の課題を解決するために、特開平１０−１６５７８０号には以下のようなスパイラル型膜エレメントが提案されている。
【００２１】
このスパイラル型膜エレメントは、独立または連続した前述の封筒状膜が原水スペーサを介して集水管の外周面に巻回されてなるスパイラル状膜要素を有し、スパイラル状膜要素の外周面がネット等の外周部流路材で全体的または部分的に覆われてなる。
【００２２】
上記のスパイラル型膜エレメントは、図１７に示すような耐圧容器内に装填される。この場合においても、図１７において前述したように、少なくとも一方の端板の中央に設けられた透過水出口にスパイラル型膜エレメントの集水管の少なくとも一端部が嵌合される。
【００２３】
なお、上記のスパイラル型膜エレメントが複数本耐圧容器内に装填される場合においては、各スパイラル型膜エレメントの集水管同士がコネクタにより連結されており、端部のスパイラル型膜エレメントの集水管の少なくとも一端部が耐圧容器の端板の透過水出口に嵌合される。
【００２４】
上記のスパイラル型膜エレメントの運転時には、耐圧容器の原水入口を通じてスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部側から原水を供給し、集水管の少なくとも一方の開口端から透過水を取り出す。この場合、原水中の汚染物質がスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部で捕捉される。
【００２５】
また、上記のスパイラル型膜エレメントの洗浄時には、集水管の少なくとも一方の開口端から洗浄水を導入し、集水管の外周面から導出される洗浄水をスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部から排出させる。このような逆流洗浄により、スパイラル型膜エレメントの膜面および少なくとも外周部に捕捉された汚染物質がスパイラル型膜エレメントから剥離し、洗浄水とともに外部へ排出される。このように、上記のスパイラル型膜エレメントにおいては、膜面および少なくとも外周部に捕捉された汚染物質を均一に除去することができ、運転時に常に一定した透過液量を維持することが可能となる。
【００２６】
また、この場合、スパイラル型膜エレメントと耐圧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、スパイラル型膜エレメントと耐圧容器との空隙部において液体の滞溜が生じない。したがって、有機物を含有する液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。
【００２７】
さらに、スパイラル型膜エレメントの少なくも外周部側から原水が供給され、スパイラル型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、集水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になるとともに外装材も不要となる。このため、部品コストおよび製造コストが低減される。また、原水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ため、システムコストが低減される。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のスパイラル型膜エレメントにおいては、スパイラル型膜エレメントの直径が耐圧容器の内径に比べて小さくかつ耐圧容器内においてスパイラル型膜エレメントを保持するパッキンホルダが設けられていない。このため、耐圧容器とスパイラル型膜エレメントとの間に大きな隙間が生じており、スパイラル型膜エレメントが保持されない。したがって、スパイラル型膜エレメントの集水管を耐圧容器内の中心部に位置決めすることが困難であり、耐圧容器内にスパイラル型膜エレメントを装填する際、耐圧容器の端板に設けられた透過水出口にスパイラル型膜エレメントの集水管の端部を嵌合させるのが困難である。このため、スパイラル型膜エレメントの装填に非常に時間および手間がかかる。
【００２９】
また、パッキンホルダを有さない上記のスパイラル型膜エレメントを、例えば直列に３本連結して耐圧容器内に装填した場合、中央のスパイラル型膜エレメントはコネクタによる連結のみにより耐圧容器内に保持される。このため、中央のスパイラル型膜エレメントは耐圧容器内において十分に保持されず、スパイラル型膜エレメントの外周部が耐圧容器の内周面に接触するおそれがある。スパイラル型膜エレメントの外周部が耐圧容器の内周面に接触すると、スパイラル型膜エレメントが流路を塞ぐため、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されない。したがって、運転時にスパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均一に原水を供給することが困難になるとともに、洗浄時にスパイラル型膜エレメントから剥離した汚染物質を洗浄水とともに外部に排出する際、汚染物質を確実かつ円滑に外部に排出することが困難となる。
【００３０】
本発明の目的は、スパイラル型膜エレメントを耐圧容器に容易に装填することが可能であるとともに、スパイラル型膜エレメントの外周部と耐圧容器の内周面との間に流路を確保でき、低コスト化が可能でかつ洗浄が容易であり信頼性の高いスパイラル型膜モジュールを提供することである。
【００３１】
本発明の他の目的は、低コスト化が可能でかつ洗浄が容易であり信頼性の高いスパイラル型膜エレメントを容易に装填することが可能であり、スパイラル型膜エレメントの外周部と耐圧容器の内周面との間に流路を確保することが可能なスパイラル型膜エレメントの装填方法を提供することである。
【００３２】
【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モジュールは、耐圧容器内にスパイラル型膜エレメントが装填されてなるスパイラル型膜モジュールであって、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なるスパイラル状膜要素を有し、スパイラル状膜要素の外周部が全体的または部分的に外周部流路材で覆われ、スパイラル状膜要素の少なくとも外周部側から原液が供給されて有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液が取り出されるように原液流路材が設けられ、スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端面に、空隙を有する保持板が取り付けられ、耐圧容器の内周面とスパイラル型膜エレメントの外周面との間に流路が形成されるとともに、保持板の一部分が耐圧容器の内周面に当接し、かつ耐圧容器の内周面と保持板の他の部分との間に流路に連通する空隙が形成されたものである。
【００３３】
本発明に係るスパイラル型膜モジュールにおいては、スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端面に耐圧容器の内周面に当接する保持板が取り付けられているので、スパイラル型膜エレメントを耐圧容器内に装填する際に、簡単な構造によりスパイラル型膜エレメントの有孔中空管を耐圧容器内の中心部に容易かつ確実に位置決めすることができる。したがって、耐圧容器内へのスパイラル型膜エレメントの装填時間が短くなり、かつ装填の作業性が向上する。
【００３４】
また、保持板が耐圧容器の内周面に当接することにより、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管が耐圧容器の中心部に保持されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部が耐圧容器の内周面に接触することなくスパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保される。
【００３５】
運転時には、原液が耐圧容器内のスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部側から外周部流路材を通してスパイラル状膜要素内に供給され、原液流路材に沿って流れ、複数の封筒状膜を透過した透過液が有孔中空管内に導かれ、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から取り出される。
【００３６】
この場合、耐圧容器の端部側から導入された原液が保持板の空隙を通してスパイラル型膜エレメントの一端面に容易に供給されるとともに、保持板と耐圧容器の内周面と間に形成される空隙を通してスパイラル型膜エレメントの外周部に容易に供給される。
また、上記のように、保持板により有孔中空管が耐圧容器内の中心部に保持され、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されているので、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向からスパイラル状膜要素内に均一に原液が供給される。このとき、汚染物質がスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部で捕捉される。
【００３７】
洗浄時には、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液が導入されると、有孔中空管の外周面から封筒状膜内に導出される洗浄液が封筒状膜を透過して原液流路材に沿って流れ、スパイラル状膜要素の外周部から外周部流路材を通して排出される。スパイラル状膜要素から排出された洗浄液は外周部流路材に沿って流れる。それにより、スパイラル型膜エレメントの膜面および少なくとも外周部に捕捉された汚染物質がスパイラル型膜エレメントから剥離する。
【００３８】
この場合、スパイラル型膜エレメントの一端面から排出された洗浄液が汚染物質とともに保持板の空隙を通して耐圧容器の端部側から容易に排出されるとともに、スパイラル型膜エレメントの外周部から排出された洗浄液が汚染物質ととも保持板と耐圧容器の内周面との間に形成される空隙を通して耐圧容器の端部側から容易に排出される。
また、上記のように、保持板により有孔中空管が耐圧容器内の中心部に保持され、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されているので、剥離した汚染物質が洗浄液とともにスパイラル型膜エレメントの外周部流路材に沿って流れ、耐圧容器の外部に円滑に排出される。
【００３９】
また、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されているので、スパイラル型膜エレメントの外周部と耐圧容器との間にデッドスペースが形成されない。それにより、スパイラル型膜エレメントの外周部の流路において流体の滞溜が生じない。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。
【００４０】
さらに、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均一に原液が供給され、スパイラル型膜エレメントの全方向から均等に圧力が加わり、軸方向に変形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、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。
【００４１】
また、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均等に圧力が加わるので、原液の供給圧力を高くしてもスパイラル型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。
【００４３】
保持板の厚みは５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、保持板の変形を防止しつつ耐圧容器の軸方向における寸法の増大を抑制することができる。
【００４４】
保持板は多角形状を有してもよい。この場合、保持板の角部が耐圧容器の内周面に当接し、保持板の角部間と耐圧容器の内周面との間に隙間が形成される。したがって、運転時に耐圧容器の端部側から導入された原液が保持板と耐圧容器との間の隙間を通してスパイラル型膜エレメントの外周部に容易に供給されるとともに、洗浄時にスパイラル型膜エレメントの外周部から排出された洗浄液が汚染物質とともに保持板と耐圧容器との間の隙間を通して耐圧容器の端部側から容易に排出される。
【００４６】
耐圧容器の内部空間の断面積に対する保持板の空隙率が８０％以上であることが好ましい。これにより、保持板自体が原液または洗浄液の流れを妨げることが防止される。
【００４７】
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、液体透過性材料の外周面側が全体的または部分的に外周部流路材で覆われてもよい。
【００４８】
この場合、液体透過性材料および外周部流路材によりスパイラル状膜要素の外周部での封筒状膜間の広がりが防止されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に原液を供給するための流路および洗浄液とともに汚染物質を排出するための流路が十分に確保される。
【００４９】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの装填方法は、耐圧容器内にスパイラル型膜エレメントを装填する方法であって、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なるスパイラル状膜要素を有し、スパイラル状膜要素の外周部が全体的または部分的に外周部流路材で覆われ、スパイラル状膜要素の少なくとも外周部側から原液が供給されて有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液が取り出されるように原液流路材が配置され、スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端面に、空隙を有する保持板を取り付け、耐圧容器の内周面とスパイラル型膜エレメントの外周面との間に流路が形成されるとともに、保持板の一部分が耐圧容器の内周面に当接し、かつ耐圧容器の内周面と保持板の他の部分との間に流路に連通する空隙が形成されるように、スパイラル型膜エレメントを耐圧容器内に装填するものである。
【００５０】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントの装填方法においては、スパイラル型膜エレメントを耐圧容器内に装填する際に、スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端部に取り付ける保持板によりスパイラル型膜エレメントの有孔中空管を耐圧容器内の中心部に容易に位置決めすることができる。したがって、耐圧容器内へのスパイラル型膜エレメントの装填時間が短くなり、かつ装填の作業性が向上する。
【００５１】
また、保持板が耐圧容器の内周面に当接することにより、スパイラル型膜エレメントの有孔中空管が耐圧容器の中心部に保持されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部が耐圧容器の内周面に接触することなくスパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保される。
【００５２】
運転時には、原液が耐圧容器内のスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部側から外周部流路材を通してスパイラル状膜要素内に供給され、原液流路材に沿って流れ、複数の封筒状膜を透過した透過液が有孔中空管内に導かれ、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から取り出される。
【００５３】
この場合、耐圧容器の端部側から導入された原液が保持板の空隙を通してスパイラル型膜エレメントの一端面に容易に供給されるとともに、保持板と耐圧容器の内周面と間に形成される空隙を通してスパイラル型膜エレメントの外周部に容易に供給される。
また、上記のように、保持板により有孔中空管が耐圧容器内の中心部に保持され、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向からスパイラル状膜要素内に均一に原液が供給される。このとき、汚染物質がスパイラル型膜エレメントの少なくとも外周部で捕捉される。
【００５４】
洗浄時には、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から洗浄液が導入されると、有孔中空管の外周面から封筒状膜内に導出される洗浄液が封筒状膜を透過して原液流路材に沿って流れ、スパイラル状膜要素の外周部から外周部流路材を通して排出される。スパイラル状膜要素から排出された洗浄液は外周部流路材に沿って流れる。それにより、スパイラル型膜エレメントの膜面および少なくとも外周部に捕捉された汚染物質がスパイラル型膜エレメントから剥離する。
【００５５】
この場合、スパイラル型膜エレメントの一端面から排出された洗浄液が汚染物質とともに保持板の空隙を通して耐圧容器の端部側から容易に排出されるとともに、スパイラル型膜エレメントの外周部から排出された洗浄液が汚染物質ととも保持板と耐圧容器の内周面との間に形成される空隙を通して耐圧容器の端部側から容易に排出される。
また、上記のように、保持板により有孔中空管が耐圧容器内の中心部に保持され、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されるので、剥離した汚染物質が洗浄液とともにスパイラル型膜エレメントの外周部流路材に沿って流れ、耐圧容器の外部に円滑に排出される。
【００５６】
また、スパイラル型膜エレメントの外周部の全周にわたって耐圧容器の内周面との間に流路が確保されるので、スパイラル型膜エレメントの外周部と耐圧容器との間にデッドスペースが形成されない。それにより、スパイラル型膜エレメントの外周部の流路において流体の滞溜が生じない。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。
【００５７】
さらに、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均一に原液が供給され、スパイラル型膜エレメントの全方向から均等に圧力が加わり、軸方向に変形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、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。
【００５８】
また、スパイラル型膜エレメントの外周部側の全方向から均等に圧力が加わるので、原液の供給圧力を高くしてもスパイラル型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。
【００５９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例におけるスパイラル型膜モジュールを示す模式的断面図である。
【００６０】
図１に示すように、本例におけるスパイラル型膜モジュールは、直列に連結された３本のスパイラル型膜エレメント１が耐圧容器１００内に装填されてなる。なお、スパイラル型膜エレメント１の詳細については後述する。
【００６１】
耐圧容器１００は、筒形ケース１１１および１対の端板１２０ａ，１２０ｂにより構成される。筒形ケース１１１の底部には原水入口１３０が形成され、上部には原水出口１３１が形成されている。原水出口１３１はエアー抜きにも用いられる。また、端板１２０ａ，１２０ｂの中央部には透過水出口１４０が設けられている。
【００６３】
図２（ａ）は保持板２００の正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の保持板２００のＡ−Ａ線における断面図である。なお、図１においては、図２（ｂ）の保持板２００の断面図を示している。
【００６４】
図１および図２（ａ），（ｂ）に示すように、保持板２００の中央に設けられた集水管貫通孔２１０にスパイラル型膜エレメント１の集水管２を通すことにより、保持板２００がスパイラル型膜エレメント１の両端部に取り付けられる。
【００６５】
保持板２００は四角形状を有し、各々の角部が耐圧容器１００（図１）の内周面に当接している。保持板２００の角部間と耐圧容器１００の内周面との間には隙間が形成されている。このような保持板２００が取り付けられたスパイラル型膜エレメント１においては、保持板２００により、集水管２が耐圧容器１００の中心部に保持される。
【００６６】
保持板２００は、中央に設けられた集水管貫通孔２１０の他に、分散配置された複数の孔部２２０を有する。この場合、孔部２２０の数、配置および孔径は特に限定されるものではない。
【００６７】
このように、保持板２００に複数の孔部２２０が設けられるとともに保持板２００の角部間と耐圧容器１００の内周面との間に隙間が形成されるため、スパイラル型膜モジュールの運転時には、これらの孔部２２０および隙間を通して容易に原水が供給される。また、スパイラル型膜モジュールの洗浄時には、これらの空隙部を通して、剥離した汚染物質を含む逆流洗浄排水が容易に排出される。したがって、保持板２００が流路の妨げになることはない。
【００６８】
ここで、耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する保持板２００の空隙率は８０％以上であることが好ましい。耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する保持板２００の空隙率が８０％未満の場合、スパイラル型膜モジュールにおいて、保持板２００により、運転時における原水の流れおよび洗浄時における逆流洗浄排水の流れが妨げられる。
【００６９】
また、保持板２００の厚みＷ1 は５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。保持板２００の厚みＷ1 が５ｍｍ未満の場合、耐圧容器１００にスパイラル型膜エレメント１を装填する際に、保持板２００が変形するおそれがある。一方、保持板２００の厚みＷ1 が８０ｍｍより大きい場合、３本のスパイラル型膜エレメント１を装填してなる図１のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２００に要する分だけ耐圧容器１００の軸方向における長さを大きくする必要がある。このような長さの大きなスパイラル型膜モジュールは、設置に大きな面積を必要とするため好ましくない。
【００７０】
図１に示すように、隣接するスパイラル型膜エレメント１の集水管２の端部は、保持板２００を介してインターコネクタ１１６により直列に連結されている。このように連結された３本のスパイラル型膜エレメント１が筒形ケース１１１内に収納され、筒形ケース１１１の両方の開口端がそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂで封止される。両端部のスパイラル型膜エレメント１の集水管２の一端部は、保持板２００およびアダプタ１１５を介して、それぞれ端板１２０ａ，１２０ｂの透過水出口１４０に嵌合される。
【００７１】
この場合、各スパイラル型膜エレメント１が保持板２００により耐圧容器１００内において保持されているため、スパイラル型膜エレメント１の集水管２を耐圧容器１００内の中心部に容易に位置決めすることができる。したがって、両端部のスパイラル型膜エレメント１の集水管２の一端部を透過水出口１４０に容易に嵌合させることが可能であり、耐圧容器１００へのスパイラル型膜エレメント１の装填にかかる時間および手間が低減され、装填作業の効率が向上する。
【００７２】
また、上記のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２００により、スパイラル型膜エレメント１が耐圧容器１００内において保持されているため、各スパイラル型膜エレメント１、特に中央のスパイラル型膜エレメント１の外周部が耐圧容器１００の内周面に接触するおそれがない。したがって、スパイラル型膜エレメント１の外周部の全周にわたって耐圧容器１００の内周面との間に流路が確保される。
【００７３】
図３は本発明の他の実施例におけるスパイラル型膜モジュールを示す模式的断面図である。本例におけるスパイラル型膜モジュールは、以下の点を除いて、図１に示すスパイラル型膜モジュールと同様の構造を有する。
【００７４】
図３のスパイラル型膜モジュールにおいては、隣接するスパイラル型膜エレメント１の間に共通の保持板２０１が設けられている。この場合、保持板２０１はインターコネクタの機能も兼ね備えている。また、両端部のスパイラル型膜エレメント１においては、透過水出口１４０側の端部に保持板２０１が設けられておらず、集水管２の一端部がアダプタ１１５を介してそれぞれ端板１２０ａ，１２０ｂの透過水出口１４０に嵌合されている。
【００７５】
図４（ａ）は保持板２０１の正面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の保持板２０１のＢ−Ｂ線における断面図である。なお、図３においては、図４（ｂ）の保持板２０１の断面図を示している。
【００７６】
図３および図４（ａ），（ｂ）に示すように、保持板２０１の中央に設けられた集水管貫通孔２１１に、隣接するスパイラル型膜エレメント１の各々の集水管２の一端部を嵌合させる。この場合、保持板２０１の集水管貫通孔２１１周辺にはＯリング溝が設けられており、このＯリング溝にＯリング２１２が取り付けられている。このような保持板２０１により、隣接するスパイラル型膜エレメント１の各々の集水管２が連結される。このように、本例においては、各スパイラル型膜エレメント１が、図１のインターコネクタ１１６の代わりに、保持板２０１により連結される。
【００７７】
図４（ａ）に示すように、保持板２０１は八角形状を有し、各々の角部は耐圧容器１００（図３）の内周面に当接している。保持板２０１の角部間と耐圧容器１００の内周面との間には隙間が形成されている。このような保持板２０１により、各スパイラル型膜エレメント１の集水管２が耐圧容器１００の中心部に保持される。
【００７８】
保持板２０１は、図２の保持板２００と同様、中央に設けられた集水管貫通孔２１１の他に、分散配置された大きさの異なる複数の孔部２２１ａ，２２１ｂを有する。この場合、孔部２２１ａ，２２１ｂの数、配置および孔径は、特に限定されるものではない。
【００７９】
このように、保持板２０１に複数の孔部２２１ａ，２２１ｂが設けられるとともに保持板２０１の角部間と耐圧容器１００の内周面との間に隙間が形成されるため、スパイラル型膜モジュールの運転時には、これらの孔部２２１ａ，２２１ｂおよび隙間を通して容易に原水が供給される。また、スパイラル型膜モジュールの洗浄時には、これらの孔部２２１ａ，２２１ｂおよび隙間を通して、剥離した汚染物質を含む逆流洗浄排水が容易に排出される。したがって、保持板２０１が流路の妨げになることはない。
【００８０】
ここで、耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する保持板２０１の空隙率は、保持板２００の場合と同様、８０％以上であることが好ましい。耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する保持板２０１の空隙率が８０％未満の場合、スパイラル型膜モジュールにおいて、保持板２０１により、運転時における原水の流れおよび洗浄時における逆流洗浄排水の流れが妨げられる。
【００８１】
また、保持板２０１の厚みＷ2 は５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。保持板２０１の厚みＷ2 が５ｍｍ未満の場合、耐圧容器１００にスパイラル型膜エレメント１を装填する際に、保持板２０１が変形するおそれがある。一方、保持板２０１の厚みＷ2 が８０ｍｍより大きい場合、３本のスパイラル型膜エレメント１を装填してなる図３のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２０１に要する分だけ耐圧容器１００の軸方向における長さを大きくする必要がある。このような長さの大きなスパイラル型膜モジュールは、設置に大きな面積を必要とするため好ましくない。
【００８２】
上記のような保持板２０１を備えた図３のスパイラル型膜モジュールにおいては、各スパイラル型膜エレメント１が保持板２０１により耐圧容器１００内において保持されているため、スパイラル型膜エレメント１の集水管２を耐圧容器１００内の中心部に容易に位置決めすることができる。したがって、両端部のスパイラル型膜エレメント１の集水管２の一端部を透過水出口１４０に容易に嵌合させることが可能であり、耐圧容器１００へのスパイラル型膜エレメント１の装填にかかる時間および手間が低減され、装填作業の効率が向上する。
【００８３】
また、上記のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２０１によりスパイラル型膜エレメント１が耐圧容器１００内において保持されているため、各スパイラル型膜エレメント１、特に中央のスパイラル型膜エレメント１の外周部が耐圧容器１００の内周面に接触するおそれがない。したがって、スパイラル型膜エレメント１の外周部の全周にわたって耐圧容器１００の内周面との間に流路が確保される。
【００８４】
図５は、図１および図３のスパイラル型膜モジュールに用いられるスパイラル型膜エレメントの例を示す一部切欠き斜視図である。また、図６は図５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７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。
【００８５】
図５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同士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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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以上孔径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。
【００９０】
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。
【００９１】
図５に示すスパイラル型膜エレメント１においては、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。
【００９２】
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。
【００９３】
図６および図７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。
【００９４】
図６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７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。
【００９５】
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スパイラル型膜エレメント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同士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。
【００９６】
図５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。
【００９７】
また、図５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。
【００９８】
外周部流路材５の厚みｔが３０ｍｍよりも大きいと、スパイラル型膜エレメント１を収納する耐圧容器に対するスパイラル型膜エレメント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スパイラル型膜エレメント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。
【００９９】
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の外周面が耐圧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。
【０１００】
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。
【０１０１】
上記のようなスパイラル型膜エレメント１を備えた図１および図３に示すスパイラル型膜モジュールは、以下に示す運転方法により運転される。
【０１０２】
図１および図３に示すスパイラル型膜モジュールの運転時には、原水出口１３１を閉じ、耐圧容器１００の原水入口１３０から原水５１を耐圧容器１００の内部に導入する。図５に示すように、原水５１は、各スパイラル型膜エレメント１の外周部流路材５に沿って流れる。各スパイラル型膜エレメント１において、原水５１は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。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の内部に流れ込み、耐圧容器１００の両端部の透過水出口１４０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。この場合、各スパイラル型膜エレメント１において、汚染物質が少なくとも外周部で捕捉されるため、封筒状膜３を構成する分離膜７の負荷が減少する。
【０１０３】
一定時間濾過を行った後、透過側から透過水５２による逆流洗浄を行う。図１および図３に示すように、逆流洗浄には、耐圧容器１００の両端部の透過水出口１４０からスパイラル型膜エレメント１の集水管２内部に透過水５２を導入する。
【０１０４】
図８は各スパイラル型膜エレメント１の逆流洗浄動作を示す一部切欠き斜視図である。図８に示すように、各スパイラル型膜エレメント１において、透過水５２は集水管２から封筒状膜３を透過し、膜面の汚染物質を膜面から剥離させ原水スペーサ４に沿って少なくとも外周部に向かって流れる。また、この透過水５２により各スパイラル型膜エレメント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。
【０１０５】
その後、原水出口１３１を開くとともに原水入口１３０から原水５１を供給してフラッシングを行い、剥離した汚染物質を原水とともに原水出口１３１からスパイラル型膜モジュールの外部に排出する。なお、この場合、逆流洗浄の前に原水によるフラッシングを行ってもよく、あるいは、逆流洗浄と並行して原水によるフラッシングを行ってもよい。
【０１０６】
前述のように、上記のスパイラル型膜モジュールにおいては、保持板２００，２０１により、各スパイラル型膜エレメント１の外周部の全周にわたって耐圧容器１００の内周面との間に流路が確保されている。この場合、保持板２００，２０１に複数の孔部２２０，２２１ａ，２２１ｂが設けられるとともに、保持板２００，２０１の角部間と耐圧容器１００の内周面との間に隙間が形成されているため、保持板２００，２０１が流路の妨げになることはない。
【０１０７】
このことから、スパイラル型膜モジュールの運転時においては、スパイラル型膜エレメント１の外周部側の全方向からスパイラル状膜要素１ａ内に均一に原水５１が供給される。
【０１０８】
また、スパイラル型膜モジュールの洗浄時においては、逆流洗浄により各スパイラル型膜エレメント１の膜面、原水スペーサ４、外周部等から剥離した汚染物質を含む逆流洗浄排水をスパイラル型膜エレメント１の外周部流路材５に沿って耐圧容器１００の外部に容易にかつ確実に排出することができる。それにより、安定した透過水量を維持することが可能となる。
【０１０９】
また、上記のスパイラル型膜モジュールにおいては、スパイラル型膜エレメント１の外周部の全周にわたって耐圧容器１００の内周面との間に流路が確保された状態で前述のような全量濾過が行われるため、各スパイラル型膜エレメント１と耐圧容器１００との間の空隙部にデッドスペースが形成されない。このため、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。
【０１１０】
また、各スパイラル型膜エレメント１の外周部の全方向から均一に原水５１が供給されるので、スパイラル型膜エレメント１の全方向から均等に圧力が加わる。このため、スパイラル型膜エレメント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。
【０１１１】
また、全量濾過が行われるので、原水５１を供給するポンプに大きな物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。
【０１１２】
さらに、スパイラル型膜エレメント１の外周部側の全方向から均等に圧力が加わるので、原水５１の供給圧力を高くしてもスパイラル型膜エレメント１の変形が生じない。したがって、高い耐圧性が得られる。
【０１１３】
なお、上記のスパイラル型膜モジュールの運転時において、原水出口１３１から一部原水を取り出し、各スパイラル型膜エレメント１の外周部において軸方向に原水の流れを形成してもよい。この場合、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耐圧容器１００の外部に排出することができるため、さらに安定した透過水量を維持することが可能となる。
【０１１４】
また、上記においては、複数の孔部２２０，２２１ａ，２２１ｂを有する四角形状および八角形状を有する保持板２００，２０１を用いた場合について説明したが、耐圧容器１００の内周面に当接しかつ耐圧容器１００の内部空間の断面積に対する空隙率が８０％以上であれば、これ以外の多角形状または円形状を有する保持板を用いてもよい。
【０１１５】
さらに、上記においては、スパイラル型膜モジュールが図５のスパイラル型膜エレメント１を備えているが、これ以外の構造を有するスパイラル型膜エレメントを備えてもよい。この場合について、以下に説明する。
【０１１６】
図９はスパイラル型膜エレメントの他の例を示す正面図である。図９では、外周部流路材の図示が省略されている。
【０１１７】
図９（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４０で封止されている。図９（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４０で封止されている。
【０１１８】
図９（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、スパイラル型膜エレメント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、耐圧容器を小型化することができ、耐圧容器内にスパイラル型膜エレメント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。
【０１１９】
また、スパイラル型膜エレメント１の樹脂層４０で封止された端部を耐圧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スパイラル型膜エレメント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。
【０１２０】
図１０はスパイラル型膜エレメントのさらに他の例を示す一部切欠き斜視図である。また、図１１は図１０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１２は図１０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１３は図１０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。
【０１２１】
図１０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同士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。
【０１２２】
図１１および図１２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。
【０１２３】
図１１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１１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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
図１０に示すスパイラル型分離膜エレメント１においては、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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
図１３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３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３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依存するため特に限定しないが、樹脂８１の塗布箇所が３箇所よりも多くなると、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箇所程度を樹脂８１で固定することが好ましい。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
さらに、図１４に示すような透過水スペーサ６の一部をネットとして用いたスパイラル型膜エレメント１を用いてもよい。このようなスパイラル型膜エレメント１においては、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８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。
【０１３２】
この場合、ネット８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。
【０１３３】
図１または図３のスパイラル型膜モジュールに、図５のスパイラル型膜エレメント１の代わりに図９〜図１４のスパイラル型膜エレメント１を装填する場合においても、図２または図４の保持板２００，２０１を用いることにより、図１または図３の実施例と同様の効果が得られる。
【０１３４】
なお、図５〜図１４においては、スパイラル状膜要素１ａを分離膜等の液体透過性材料で被覆しさらにネット等の外周部流路材で被覆してなる２重構造のスパイラル型膜エレメント１について説明したが、本発明に係るスパイラル型膜モジュールに用いるスパイラル型膜エレメントは、スパイラル状膜要素１ａを直接、外周部流路材で被覆してなる１重構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるスパイラル型膜モジュールを示す模式的断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの保持板を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例におけるスパイラル型膜モジュールを示す模式的断面図である。
【図４】図３のスパイラル型膜モジュールの保持板を示す図である。
【図５】図１および図３のスパイラル型膜モジュール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６】図５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７】図５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８】図５のスパイラル型膜エレメントにおける逆流洗浄動作を示す一部切欠き斜視図である。
【図９】図１または図３のスパイラル型膜モジュールにおけるスパイラル型膜エレメントの他の例を示す正面図である。
【図１０】図１または図３のスパイラル型膜モジュールにおけるスパイラル型膜エレメントのさらに他の例を示す一部切欠き斜視図である。
【図１１】図１０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１２】図１０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１３】図１０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１４】透過水スペーサをネットとして用いた例を示す横断面図である。
【図１５】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１６】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１７】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１８】従来のスパイラル型膜エレメントにおける逆流洗浄動作を示す一部切欠き斜視図である。
【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
１０，１００ 耐圧容器
１３，１３０ 原水入口
１４，１４０ 透過水出口
５１ 原水
５２ 透過水
６１，６２ 線材
８１ 樹脂
２００，２０１ 保持板
２１０，２１１ 集水管貫通孔
２２０，２２１ａ，２２１ｂ 孔部
Claims (6)
- 耐圧容器内にスパイラル型膜エレメントが装填されてなるスパイラル型膜モジュールであって、前記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なるスパイラル状膜要素を有し、前記スパイラル状膜要素の外周部が全体的または部分的に外周部流路材で覆われ、前記スパイラル状膜要素の少なくとも外周部側から原液が供給されて前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液が取り出されるように前記原液流路材が設けられ、前記スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端面に、空隙を有する保持板が取り付けられ、前記耐圧容器の内周面と前記スパイラル型膜エレメントの外周面との間に流路が形成されるとともに、前記保持板の一部分が前記耐圧容器の内周面に当接し、かつ前記耐圧容器の内周面と前記保持板の他の部分との間に前記流路に連通する空隙が形成されることを特徴とするスパイラル型膜モジュール。
- 前記所定の厚みが５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜モジュール。
- 前記保持板は多角形状を有することを特徴とする請求項２記載のスパイラル型膜モジュール。
- 前記耐圧容器の内部空間の断面積に対する前記保持板の空隙率が８０％以上であることを特徴とする請求項２または３記載のスパイラル型膜モジュール。
- 前記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、前記液体透過性材料の外周面側が全体的または部分的に前記外周部流路材で覆われたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスパイラル型膜モジュール。
- 耐圧容器内にスパイラル型膜エレメントを装填する方法であって、前記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なるスパイラル状膜要素を有し、前記スパイラル状膜要素の外周部が全体的または部分的に外周部流路材で覆われ、前記スパイラル状膜要素の少なくとも外周部側から原液が供給されて前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液が取り出されるように前記原液流路材が配置され、
前記スパイラル型膜エレメントの少なくとも一端面に、空隙を有する保持板を取り付け、
前記耐圧容器の内周面と前記スパイラル型膜エレメントの外周面との間に流路が形成されるとともに、前記保持板の一部分が前記耐圧容器の内周面に当接し、かつ前記耐圧容器の内周面と前記保持板の他の部分との間に前記流路に連通する空隙が形成されるように、前記スパイラル型膜エレメントを前記耐圧容器内に装填することを特徴とするスパイラル型膜エレメントの装填方法。
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