JPH11207157A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動力消費が少なく、しかも透過水量が多い膜
分離装置を提供する。 【解決手段】 膜モジュール５３を有する膜分離装置に
おいて、該膜よりも高位に配置され水頭圧により該膜モ
ジュール５３に原水を供給する原水タンク５０と、該膜
モジュールの透過水側を吸引する吸引手段とを備える。
吸引手段としては、吸引ポンプ５６や、管内が水で満た
された配管５７などを用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、特に膜モジュールがスパイラル型膜モジュールであ
る場合に好適な膜分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】膜モジュールを有する膜分離装置に原水
を通水する場合、原水ポンプによって原水を加圧供給す
るのが一般的であるが、動力消費が多い。

【０００３】浸漬型膜分離装置においては、原水槽内に
浸漬配置された膜モジュールの透過水側を吸引すること
により膜濾過を行うが、膜透過動力が吸引だけになるた
め、透過水量が低いものとなる。

【０００４】ところで、本発明は膜モジュールとして改
良されたスパイラル型膜モジュールを採用するのが好適
であるので、次に従来のスパイラル型膜モジュールにつ
いて図面を参照して説明する。

【０００５】図６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る。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】このような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】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、原水通水の
ための動力消費が少なく、しかも透過水量を多くするこ
ともできる膜分離装置を提供することを第１の目的とす
る。

【００１３】また、本発明は上記〜の従来のスパイ
ラル型膜モジュールの問題点を解決し、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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の膜分離装置は、
膜モジュールを有する膜分離装置において、該膜よりも
高位に配置され水頭圧により該膜モジュールに原水を供
給する原水タンクと、該膜モジュールの透過水側を吸引
する吸引手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００１５】かかる膜分離装置にあっては、原水ポンプ
の代わりに水頭圧を利用して膜モジュールに原水を供給
するため、原水供給のための動力消費が無く、しかも水
頭差を大きくとることにより十分に高い原水供給圧とす
ることもできる。そして、膜モジュールの透過水側を吸
引することも相俟って、透過水量を十分に多くすること
ができる。

【００１６】本発明では、膜モジュールとして、膜をシ
ャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面から原
水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出され
るスパイラル型膜モジュールが好適である。

【００１７】本発明で用いる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いるスパイラル型膜
モジュールにおいて、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
いることが特に好ましい。

【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】また、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】

【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。

【００２４】図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ実施の形態
に係る膜分離装置の系統図であり、原水タンク５０が膜
モジュール５３に対し水頭圧によってのみ原水を供給し
うるように膜モジュール５３よりも所定高さ高位置に設
置されている。この原水タンク５０内の原水は、弁５２
を有する配管５１を介して膜モジュール５３の原水流入
側へ供給され、分離膜５３ａによって膜透過処理され
る。濃縮水は濃縮水取出用配管５４から取り出される。

【００２５】（ａ）図の膜分離装置にあっては、膜モジ
ュール５３の透過水取出口には吸引ポンプ５６を有する
透過水取出配管５５が接続されており、該吸引ポンプ５
６によって膜モジュール５３内を吸引することにより多
量の透過水が取り出される。

【００２６】（ｂ）図にあっては、膜モジュール５３の
透過水取出口に弁５８を有する配管５７が接続されてい
る。この配管５７は下方に延在され、その下端は透過水
タンク５９内に浸漬されている。この透過水タンク５９
は膜モジュール５３よりも所定高さだけ低位置に設置さ
れている。

【００２７】この配管５７内が水で満たされることによ
り、透過水タンク５９と膜モジュール５３との高低差に
相当する水頭圧によって膜モジュール５３の透過水側が
吸引される。従って、この高低差を所要のものとするこ
とにより、所要吸引圧によって膜モジュール５３の透過
水側を吸引し、十分な量の透過水を得ることができる。

【００２８】次に、本発明で採用するのに好適なスパイ
ラル型膜モジュールの構成について説明する。

【００２９】図１（ａ）はこのスパイラル型膜モジュー
ルの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。

【００３０】図１に示すように、この袋状膜１０は、正
方形又は長方形状のものであり、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を有し
ている。第１の辺部１１、第２の辺部１２及び第３の辺
部１３において分離膜フィルム同士が接着剤等によって
接着され、第４の辺部１４については一部だけを接着し
ている。

【００３１】第４の辺部１４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。

【００３２】この袋状膜１０内に透過水流路材（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。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィルム
を第２の辺部１２部分で二つに折り返し、第１の辺部１
１、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っても良い。

【００３３】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１１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。

【００３４】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。

【００３５】第４の辺部１４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。

【００３６】袋状膜１０をシャフト２０の周りに図２の
如く原水流路材（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１
９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１
９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。

【００３７】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。

【００３８】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
同士の間に原水流路材（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。

【００３９】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。

【００４０】このように構成された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。

【００４１】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。

【００４２】なお、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。

【００４３】このスパイラル型膜モジュールにあって
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。

【００４４】また、このスパイラル型膜モジュールにあ
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。

【００４５】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。

【００４６】

【発明の効果】以上の通り、本発明の膜分離装置による
と、動力消費をきわめて少なくして十分な量の透過水量
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は本発明で用いるのに好適なスパイラ
ル型膜モジュールの袋状膜の斜視図、（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】図１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】図１の膜モジュールの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】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図であ
る。

【図５】実施の形態に係る膜分離装置の構成図である。

【図６】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。

【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 ５０ 原水タンク ５３ 膜モジュール ５６ 吸引ポンプ ５９ 透過水タンク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜モジュールを有する膜分離装置におい
   て、該膜よりも高位に配置され水頭圧により該膜モジュ
   ールに原水を供給する原水タンクと、該膜モジュールの
   透過水側を吸引する吸引手段とを備えたことを特徴とす
   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、膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一
   端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から
   取り出され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、膜が第１、第２、第３及び第４の辺部を
   有した略方形の袋状膜であり、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を
   特徴と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。