JPH11179169A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 疎水性の分離膜であっても膜内部に気泡が残
留せず、高透過水量を得ることができる膜分離装置を提
供する。 【解決手段】 分離膜をスパイラル状に巻回してなり、
原水が巻回体の一端面から分離膜同士の間の原水流路に
流入し他端面から濃縮水及び透過水として流出するスパ
イラル型膜モジュール６２に対し原水を加圧ポンプ６１
で加圧供給する。運転初期にあっては膜モジュール６２
透過水側を減圧ポンプ６３で減圧し、膜モジュール６２
内の残存気体を吸引排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原水を加圧供給す
るタイプの精密濾過装置、限外濾過装置、逆浸透膜分離
装置などの膜分離装置に係り、特にスパイラル型膜モジ
ュールを用いた場合に好適な膜分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原水を加圧供給するタイプの膜分離装置
にあっては、周知の通り、耐圧ベッセル内の膜モジュー
ルの１次側に対し原水を加圧ポンプによって加圧供給
し、膜を透過した透過水と膜を透過しなかった濃縮水と
に分離して取り出す。

【０００３】なお、このような膜分離装置に用いられる
膜モジュールとして、図５に示すように、集水管の外周
に分離膜を巻回したスパイラル型膜モジュールがある。
図５は従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一
部分解斜視図であり、集水管１の外周に複数の袋状の分
離膜２がメッシュスペーサ３を介して巻回されている。

【０００４】集水管１には管内外を連通するスリット状
開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、
その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜
２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿
入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透
過水流路となっている。

【０００５】袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング
６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブライン
シール８が周設されている。

【０００６】原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同
士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方
向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出す
る。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過して
その内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後
端側からモジュール外に取り出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】膜分離装置の分離膜と
しては、ニトロセルロース、アセチルセルロース、セル
ロースエステル、ポリアクリロニトリル、ポリイオンコ
ンプレックス（高分子電解質混合物）、ポリビニルアル
コール、ポリ塩化ビニル、芳香族ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾイミダゾロ
ン、メタリルスルホン酸共重合体、ポリスルホン酸、ポ
リジメチルフェニレンオキシド、ポリカーボネート、ポ
リエステル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化
ビニリデン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチ
ル、ゼラチンなどがある。

【０００８】これらのうち、ポリプロピレン、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどは疎水
性が強く、膜モジュールの透過水側に気泡が残留し易
い。とくに膜分離装置の運転開始時、膜分離装置の休止
後の運転再起動時、気体又は気体含有水による逆洗後の
通水再開時などの運転初期には気泡が透過水側に多量に
残り、透過水量が低いものとなり易い。

【０００９】本発明は、かかる問題点を解決し、効率良
く膜分離処理することができる膜分離装置を提供するこ
とを第１の目的とする。

【００１０】また、上記従来のスパイラル型膜モジュー
ルには、次のような解決すべき課題があった。

【００１１】 集水管１内の透過水流量を多くするた
めには該集水管１を大径化する必要があるが、そのよう
にするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなって
しまう。 袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内
をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、
袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内か
ら集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵
抗も大きい。 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減
少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）
このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、
汚れが付着し易くなる。

【００１２】本発明は、上記従来の問題点を解決し、集
水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル
型膜モジュールを備えた膜分離装置を提供することを第
２の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の膜分離装置は、
膜モジュールと、該膜モジュールに対し原水を加圧供給
する加圧ポンプと、該膜モジュールの透過水側を減圧す
る減圧ポンプとを備えてなるものである。

【００１４】かかる膜分離装置にあっては、膜モジュー
ルの透過水側を減圧ポンプによって減圧することによ
り、該透過水側に残留する気泡を十分に除去し、高透過
水量を得ることが可能となる。

【００１５】なお、本発明において、加圧ポンプと減圧
ポンプの双方を作動させた場合、膜透過差圧を大きくと
り、透過水量を増大させることができる。

【００１６】本発明の膜分離装置は、スパイラル型膜モ
ジュールとして、分離膜をスパイラル状に巻回してな
り、原水が巻回体の一端面から分離膜同士の間の原水流
路に流入し他端面から濃縮水及び透過水が流出するスパ
イラル型膜モジュールを採用するのが好ましい。

【００１７】とくに、このスパイラル型膜モジュール
は、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同
士の間には原水流路材が配置されており、該袋状膜は第
１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、
該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部
は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、前記
第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋
状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体
の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部
を該巻回体の前端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水
流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４
の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉
鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇
所が開放部となっていることが好ましい。

【００１８】かかるスパイラル型膜モジュールにおいて
は、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入する。こ
の原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向に流
れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮水と
して流出する。

【００１９】袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体
軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開
放部から流出する。

【００２０】このように、透過水が袋状膜内を巻回体の
軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜
モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そし
て、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗が
無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。

【００２１】なお、集水管を無くしているため、その分
だけ袋状膜の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を拡張できる。そして、このように袋状膜の巻回
方向長さを大きくしても透過水の流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００２２】このスパイラル型膜モジュールでは、巻回
体の後端面の一部においてのみ原水流路を開放させるよ
うにしているため、原水流路の下流側での原水（濃縮
水）流速を従来よりも高めることができ、原水流路下流
域における汚れの付着を防止できる。

【００２３】本発明では、袋状膜の開放部は巻回体の後
端面の外周側又は内周側に配置され、原水流路は巻回体
の後端面の内周側又は外周側に配置されており、袋状膜
の開放部から流出する透過水と原水流路の開放部から流
出する濃縮水とを離隔させるための環状部材が該巻回体
の後端面に接続されていることが好ましい。この環状部
材によって原水の流出側と濃縮水の流出側とが区画され
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して発明の実施の
形態について説明する。

【００２５】図６は本発明の膜分離装置の概略的なブロ
ック図であり、原水槽６０内の原水は加圧ポンプ６１に
よって膜モジュール６２に供給される。膜モジュール６
２の分離膜の透過水側は減圧ポンプ６３によって減圧可
能とされている。

【００２６】この膜分離装置を運転する場合、運転初期
（膜分離装置の運転を開始する時、膜分離装置の休止後
の再起動時、気体又は気体含有水による逆洗後の通水再
開時など）には減圧ポンプ６３によって分離膜の透過水
側を減圧する。これにより、膜モジュール６２内に残存
している気体が殆ど又はすべて吸引排出され、膜面の全
面が透過処理作用を働くようになる。このため、その後
加圧ポンプ６１を作動させることにより、効率の良い膜
分離処理を行うことが可能となる。

【００２７】なお、この運転初期にあっては加圧ポンプ
６１は停止状態としておくのが好ましいが、加圧ポンプ
６１も作動させても良い。

【００２８】膜モジュール６２内の気体が十分に排出さ
れた後は、減圧ポンプ６３は停止しても良く、そのまま
作動させておいても良い。減圧ポンプ６３を作動させて
おけば、分離膜の原水側と透過水側との差圧を大きくと
り、透過水量を多くすることができる。

【００２９】本発明は、上記の分離膜が疎水膜であると
きに適用するのに好適であるが、分離膜は親水膜であっ
ても良い。

【００３０】図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る膜
分離装置に用いられるスパイラル型膜モジュールを構成
する袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜
視図である。図１（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）
のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャ
フトの周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図
３は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図４
はスパイラル型膜モジュールの側面図である。

【００３１】この実施の形態に用いられている袋状膜１
０は、正方形又は長方形状のものであり、第１の辺部１
１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１
４を有している。この袋状膜１０は、二枚の分離膜フィ
ルムを重ね合わせ、第１の辺部１１、第２の辺部１２、
第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を接着するよ
うにしたものである。ただし、袋状膜としては、長い一
枚の分離膜フィルムを第２の辺部１２の部分で二つに折
り返し、第１の辺部１１及び第３の辺部１３において折
り重なった分離膜フィルム同士を接着剤等によって接着
し、第４の辺部１４の一部については接着を行うことな
く開放部とした袋状のものであっても良い。

【００３２】この実施の形態においては、第４の辺部１
４の途中から第３の辺部１３にかけて袋状膜１０の分離
膜フィルム同士が接着されておらず、透過水流出用の開
放部３０となっている。また、この第４の辺部１４の該
途中から第１の辺部１１にかけては、袋状膜１０の分離
膜フィルム同士が接着されており、透過水の流出を阻止
する閉鎖部３１となっている。

【００３３】この袋状の膜１０内に流路材（例えばメッ
シュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されてい
る。

【００３４】この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１
６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が
付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き
付けられる。接着剤１６は第１の辺部１６に沿って付着
され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されて
いる。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途
中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開
放部３０に沿って付着されている。

【００３５】複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲
に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士
は接着剤１６，１７，１８の部分において水密的に接合
される。これにより、袋状膜１０，１０……同士の間に
は原水（及び濃縮水）が流れる原水流路が構成される。
接着剤１８が硬化することにより、巻回体の後端面に
は、内周側に原水（濃縮水）の流出用の開放部が形成さ
れ、外周側に原水流出阻止用の閉鎖部が形成される。

【００３６】この実施の形態にあっては、第４の辺部１
４のうち透過水流出用の開放部３０と透過水流出阻止用
の閉鎖部３１との境界部分から、巻回体の後方に向って
フィン１９が延設されている。このフィン１９は、例え
ば合成樹脂フィルム又はシートよりなり、袋状膜１０に
対し接着等により接合されるのが好ましい。

【００３７】袋状膜１０，１０……をシャフト２０の周
りに図２の如くメッシュスペーサ２９を介して巻き付け
ることにより、図３に示すように巻回体２４が形成され
る。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が延出
する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一箇所
にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９は巻
回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１９が
重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出部を
形成することになる。このリング状の突出部内に円筒状
のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５とフィ
ン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット２５
をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１９に
沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付け、該
溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても良い。

【００３８】このようにソケット２５とフィン１９とを
接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透
過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域
とが区画される。

【００３９】なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに
巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０
同士の間にメッシュスペーサ２９を介在させておく。こ
れらのメッシュスペーサ２９を介在させることにより、
原水流路が構成される。

【００４０】図４に示すように、巻回体２４の前縁及び
後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７
を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６
の外周にブラインシール２８を周設する。

【００４１】このスパイラル型膜モジュールにおいて
は、図４に示すように、巻回体２４の前端面から原水が
袋状膜１０，１０……同士の間の原水流路に流入する。
この原水は、巻回体２４の軸心線と略平行方向に原水流
路を流れ、巻回体２４の後端のソケット２５の内側の端
面から取り出される。そして、このように原水が原水流
路を流れる間に、水が袋状膜１０内に透過し、透過水は
巻回体２４の後端面のうちソケット２５の外周側から流
出する。

【００４２】なお、このスパイラル型膜モジュールにあ
っては、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と
平行方向に流れて後端面から取り出されるため、従来の
スパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不
要である。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際
の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さく
なる。

【００４３】また、集水管を省略しており、その分だけ
袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方
向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００４４】この実施の形態にあっては、原水流路の出
口部分をソケット２５の内側だけに設けており、原水流
路の出口（最下流部）を絞った構成としているため、原
水流路の下流側においても原水（濃縮水）の流速が十分
に大きなものとなり、原水流路下流域における汚れの付
着を防止することができる。なお、ソケット２５の内側
の面積と外側の面積（接着剤１８の辺部１４方向の長
さ）は、このスパイラル型膜モジュールの水回収率に応
じて決めるのが好ましい。

【００４５】また、この実施の形態にあっては、ソケッ
ト２５をフィン１９を用いて巻回体２４に接続してお
り、ソケット２５と巻回体２４との接続強度が高い。そ
して、このソケット２５によって原水の流入側と濃縮水
の流出側とが水密的に区画分離される。

【００４６】なお、上記実施の形態においては、ソケッ
ト２５の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５
の内側に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット
２５の内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側
を濃縮水流出部とするように構成しても良い。

【００４７】

【発明の効果】以上の通り、本発明によると、膜が疎水
性の膜であっても効率良く膜分離処理し、高透過水量を
安定して得ることが可能となる。本発明（請求項２，
３）の膜分離装置で採用したスパイラル型膜モジュール
においては、集水管が不要であり、透過水の流通抵抗が
小さい。また、膜面積を大きくとることができ、しかも
膜面積を大きくしても透過水流通抵抗が増大しない。さ
らに、原水流路の下流域における原水（濃縮水）の流速
を大きくし、原水流路下流域における汚れの付着を防止
することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は実施の形態に係る膜分離装置に用い
られる袋状膜の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断
面図である。

【図２】実施の形態に係る膜分離装置のスパイラル型膜
モジュールの袋状膜の巻き付け方法を示す断面図であ
る。

【図３】巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図で
ある。

【図４】実施の形態に係るスパイラル型膜モジュールの
側面図である。

【図５】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す
一部分解斜視図である。

【図６】本発明の膜分離装置の一例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１０ 袋状膜 １１ 第１の辺部 １２ 第２の辺部 １３ 第３の辺部 １４ 第４の辺部 １５ 流路材 １６，１７，１８ 接着剤 １９ フィン ２０ シャフト ２４ 巻回体 ２５ ソケット ２９ メッシュスペーサ ３０ 透過水流出用の開放部 ３１ 透過水流出阻止用の閉鎖部 ６０ 原水槽 ６１ 加圧ポンプ ６２ 膜モジュール ６３ 減圧ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜モジュールと、該膜モジュールに対し
   原水を加圧供給する加圧ポンプと、該膜モジュールの透
   過水側を減圧する減圧ポンプとを備えてなる膜分離装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記膜モジュール
   は、分離膜をスパイラル状に巻回してなり、原水が巻回
   体の一端面から分離膜同士の間の原水流路に流入し他端
   面から濃縮水及び透過水が流出するスパイラル型膜モジ
   ュールであることを特徴とする膜分離装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記スパイラル型膜
   モジュールは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置さ
   れ、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されており、
   該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略
   方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、
   該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっ
   ており、 前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当て
   て袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻
   回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の
   辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、 該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が
   封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の
   開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋
   状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているスパイ
   ラル型膜モジュールであることを特徴とする膜分離装
   置。