KR102326947B1

KR102326947B1 - 분리막 엘리먼트 및 그 운전 방법

Info

Publication number: KR102326947B1
Application number: KR1020197008027A
Authority: KR
Inventors: 다케시 곤다; 겐타로 다카기; 히로호 히로자와; 히로유키 야마다; 히로키 미네하라; 히로아키 다나카; 모나미 스즈키; 유타로 스즈키
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2021-11-15
Also published as: US20190282962A1; US11511233B2; JPWO2018056090A1; CN109715275A; KR20190049744A; WO2018056090A1; JP6973081B2; CN109715275B

Abstract

본 발명은, 장기간에 걸쳐 조수성(造水性)이나 제거성이 우수한 분리막 엘리먼트를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은, 집수관과, 공급측의 면과 투과측의 면을 구비하는 분리막과, 공급측 유로재와, 투과측 유로재를 구비하는 분리막 엘리먼트로서, 상기 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재는 상기 집수관의 주위에 스파이럴형으로 권취되고, 상기 공급측 유로재는, 서로 교차하는 복수의 섬유상물(纖維狀物)을 구비하고, 상기 공급측 유로재의 두께가 0.15mm 이상 0.50mm 이하이며, 상기 분리막은, 공급수를 농도 200ppm, pH 6.5의 NaCl 수용액으로 하고, 운전 압력 0.41MPa, 온도 25℃의 조건 하에서 여과할 때의 용액투과계수를 A(m/초/MPa), 용질투과계수를 B(m/초)로 했을 때, A³/B(m²/초²/MPa³)의 값이 8.0×10^-8 이상인, 분리막 엘리먼트를 제공한다.

Description

분리막 엘리먼트 및 그 운전 방법

본 발명은, 액체, 기체 등의 유체(流體)에 포함되는 성분을 분리하기 위해 사용되는 분리막 엘리먼트에 관한 것이다.

해수 및 함수(鹹水) 등에 포함되는 이온성 물질을 제거하기 위한 기술에 있어서는, 최근, 에너지 절약 및 자원 절약을 위한 프로세스로서, 분리막 엘리먼트에 의한 분리법의 이용이 확대되고 있다. 분리막 엘리먼트에 의한 분리법에 사용되는 분리막은, 그 공경(孔徑)이나 분리 기능의 점에서, 정밀여과막, 한외여과막, 나노 여과막, 역삼투막, 정삼투막으로 분류된다. 이들 막은, 예를 들면, 해수, 함수 및 유해물을 포함한 물 등으로부터의 음료수의 제조, 공업용 초순수(超純水)의 제조, 및 폐수 처리 및 유가물(有價物)의 회수 등에 사용되고 있으며, 목적으로 하는 분리 성분 및 분리 성능에 따라 구분하여 사용된다.

분리막 엘리먼트로서는 다양한 형태가 있지만, 분리 대상이 물인 경우에는, 분리막의 한쪽 면에 공급수를 공급하고, 다른쪽 면으로부터 투과수를 얻는 점에서는 공통되고 있다. 분리막 엘리먼트는, 다발로 된 다수의 분리막을 구비함으로써, 하나의 분리막 엘리먼트당의 막 면적이 커지도록, 즉 하나의 분리막 엘리먼트당 얻어지는 투과수의 양이 커지도록 형성되어 있다. 분리막 엘리먼트로서는, 용도나 목적에 맞추어, 스파이럴형, 중공사(中空絲)형, 플레이트·앤드·프레임형, 회전 평막형, 평막 집적형 등의 각종 형상이 제안되어 있다.

예를 들면, 역삼투 여과에는, 스파이럴형 분리막 엘리먼트가 널리 사용된다. 스파이럴형 분리막 엘리먼트는, 집수관(集水管)과, 집수관의 주위에 권취된 적층체를 구비한다. 적층체는, 공급수를 분리막 표면에 공급하는 공급측 유로재, 공급수에 포함되는 성분을 분리하는 분리막, 및 분리막을 투과하고 공급수로부터 분리된 투과수를 집수관으로 인도하기 위한 투과측 유로재가 적층됨으로써 형성된다. 스파이럴형 분리막 엘리먼트는, 공급수에 압력을 부여할 수 있으므로, 투과수를 보다 많이 취출할 수 있는 점에서 바람직하게 사용되고 있다.

스파이럴형 분리막 엘리먼트의 고성능화를 위해서, 스파이럴형 분리막 엘리먼트의 고조수(高造水)·고제거화, 또한 고수명화가 요구되고 있다. 최근, 스파이럴형 분리막 엘리먼트의 고조수화를 달성하는 수단으로서, 공급측 유로재나 분리막, 투과측 유로재와 같은 부재의 두께를 저감하고, 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 충전하는 분리막량을 증가시켜 조수량(造水量)을 증가시키는 방법이 제안되어 있다. 특히, 부재 중에서도 공급측 유로재는 두껍고, 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 운전했을 때 발생하는 유동 저항이 작고, 공급측 유로재를 더욱 얇게 해도 유동 저항의 증가가 경미하므로, 공급측 유로재를 박형화하고, 분리막량을 증가시키는 방법이 채용되어 왔다.

구체적으로는, 특허문헌 1에서는, 두께가 0.08mm 이상 2mm 이하의 공급측 유로재를 충전하고, 투과측에는 저항이 낮은 유로재가 배치된 스파이럴형 분리막 엘리먼트가 제안되어 있다.

한편, 스파이럴형 분리막 엘리먼트의 제거성을 향상시키기 위하여, 막면의 난류(亂流) 효과를 높이고, 농도 분극을 억제할 수 있도록 한 유로재 부재 및 스파이럴형 분리막 엘리먼트 구조가 제안되어 있다.

구체적으로는, 특허문헌 2에서는, 분리막의 공급측 표면에 볼록부 및 홈을 형성함으로써, 막면의 난류 효과를 증가시킨 스파이럴형 분리막 엘리먼트가 제안되어 있다.

일본공개특허 평 10-230140호 공보 일본공개특허 제2010-125418호 공보

전술한 다양한 제안에도 불구하고, 분리막 엘리먼트는, 조수성·제거성의 관점에서 충분하다고는 할 수 없으며, 또한, 분리막 엘리먼트 성능을 장기간 유지하는 점에 있어서도 개선의 여지가 있었다.

이에, 본 발명에서는, 장기간에 걸쳐 조수성이나 제거성이 우수한 분리막 엘리먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 하기 (1)∼ (10)의 구성으로 이루어진다.

(1) 집수관과, 공급측의 면과 투과측의 면을 구비하는 분리막과, 공급측 유로재와, 투과측 유로재를 구비하는 분리막 엘리먼트로서, 상기 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재는 상기 집수관의 주위에 스파이럴형으로 권취되고, 상기 공급측 유로재는, 서로 교차하는 복수의 섬유상물(纖維狀物)을 구비하고, 상기 공급측 유로재의 두께가 0.15mm 이상 0.50mm 이하이며, 상기 분리막은, 공급수를 농도 200ppm, pH 6.5의 NaCl 수용액으로 하고, 운전 압력 0.41MPa, 온도 25℃의 조건 하에서 여과할 때의 용액투과계수를 A(m/초/MPa), 용질투과계수를 B(m/초)로 했을 때, A³/B(m²/초²/MPa³)의 값이 8.0×10^-8 이상인, 분리막 엘리먼트.

(2) 상기 분리막은, 공급수를 농도 200ppm, pH 6.5의 NaCl 수용액으로 하고, 운전 압력 0.41MPa, 온도 25℃의 조건 하에서 여과할 때의 투과수량(透過水量)이 1.5m³/m²/일 이상인, 상기 (1)에 기재된 분리막 엘리먼트.

(3) 상기 공급측 유로재의 교점 밀도가 3개/100mm² 이하인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 분리막 엘리먼트.

(4) 상기 공급측 유로재의 교점 밀도가 15개/100mm² 이상 210개/100mm² 이하인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 분리막 엘리먼트.

(5) 상기 공급측 유로재에 의해 형성되는 공급측 유로가, 상기 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 형성되어 있는, 상기 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 분리막 엘리먼트.

(6) 상기 투과측 유로재는, 복수의 돌기물이 형성된 시트 또는 복수의 돌기물이 고착(固着)된 시트인, 상기 (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재된 분리막 엘리먼트.

(7) 상기 돌기물이, 상기 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 연속되어 있는, 상기 (6)에 기재된 분리막 엘리먼트.

(8) 상기 투과측 유로재의 횡단면이 복수의 투과측 유로를 형성하고, 또한, 상기 투과측 유로재의 횡단면적비(橫斷面績比)가 0.4 이상 0.75 이하인, 상기 (1)∼(7) 중 어느 하나에 기재된 분리막 엘리먼트.

(9) 상기 (1)∼(8) 중 어느 하나에 기재된 분리막 엘리먼트를 사용하여, 공급된 수량(水量)의 60% 이상을 조수하는, 분리막 엘리먼트의 운전 방법.

(10) 상기 (1)∼(8) 중 어느 하나에 기재된 분리막 엘리먼트를 사용하여, 공급된 수량의 40% 이하를 조수하는, 분리막 엘리먼트의 운전 방법.

본 발명에 의해, 고조수능 및 고제거능을 가지는 엘리먼트 구성이 되고, 또한 막면선속(線速) 향상에 의해 특히 고회수율 운전에 있어서 막면에 난용염(難溶鹽)(스케일)이나 유기물 파울링(fouling)이 쉽게 생기지 않아, 장기간에 걸쳐 조수성이나 제거성이 우수한 분리막 엘리먼트를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 분리막 엘리먼트의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 분리막 엘리먼트의 일례를 나타낸 그 외의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 분리막 엘리먼트의 일례를 나타낸 그 외의 모식도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 공급측 유로재의 평면도의 일례다.
도 5는 본 발명에 적용되는 투과측 유로재의 횡단면도의 일례다.
도 6은 본 발명에 적용되는 투과측 유로재의 횡단면도의 그 외의 일례다.
도 7은 본 발명에 적용되는 투과측 유로재의 형태를 나타내는 횡단면도의 일례다.
도 8은 본 발명에 적용되는 투과측 유로재의 일례다.
도 9는 본 발명에 적용되는 투과측 유로재의 그 외의 일례다.

다음으로, 본 발명의 분리막 엘리먼트의 실시형태에 대하여, 상세하게 설명한다.

<분리막 엘리먼트의 개요>

분리막 엘리먼트에서는, 공급측의 물의 유로를 형성시키기 위하여, 공급측 유로재로서, 주로 고분자제의 네트가 사용된다. 또한, 분리막으로서는 예를 들면, 적층형 분리막이 사용된다. 적층형 분리막은, 공급측으로부터 투과측으로 순서대로 적층된, 폴리아미드 등의 가교 고분자로 이루어지는 분리 기능층, 폴리술폰 등의 고분자로 이루어지는 다공성(多孔性) 수지층(다공성 지지층), 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 고분자로 이루어지는 부직포 등의 기재(基材)를 구비하고 있다. 또한, 투과측의 물의 유로를 형성시키기 위하여, 투과측 유로재가 사용된다. 분리막 엘리먼트는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 공급측 유로재(1)를 분리막(2)으로 협지하고, 투과측 유로재(3)를 적층시켜 1조(組)의 유닛으로 하고, 집수관(4)의 주위에 스파이럴형으로 권취하여 분리막 엘리먼트(5)로 하고 있다.

분리막 엘리먼트(5)는, 그 제1 단(端) 및 제2 단에 배치되고, 또한 구멍을 가지는 구멍이 있는 단판(端板)(92)을 구비한다. 즉, 분리막 엘리먼트(5)의 제1 단으로부터 공급되는 공급수(101)는, 분리막에 의해 투과수(102)과 농축수(103)로 나누어진다. 투과수(102)는, 집수관(4)을 통과하여, 분리막 엘리먼트(5)의 제2 단으로부터 취출된다. 농축수(103)는, 제2 단의 구멍이 있는 단판(92)의 구멍을 통과하여, 분리막 엘리먼트(5)의 밖으로 유출(流出)한다.

또한, 본 발명에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 공급수의 흐름이 상이한 분리막 엘리먼트(5B)의 구성을 가질 수 있다. 일반적인 분리막 엘리먼트(5)에서는, 공급측 유로재에 의해 형성되는 공급측 유로가, 집수관(4)의 길이 방향과 평행 방향에 설치되는 것에 비해, 분리막 엘리먼트(5B)에서는 적어도 집수관(4)의 길이 방향에 대하여 수직 방향에 설치된다.

분리막 엘리먼트(5B)의 제작 방법은, 하기와 같다. 구체적으로는 공급측 유로재(1)를 분리막(2)으로 협지하고, 투과측 유로재(3)를 적층시켜 1조의 유닛으로 하고, 집수관(4)의 주위에 스파이럴형으로 권취한다. 그 후, 양단의 에지 커팅을 행하고, 일단으로부터의 공급수 유입을 방지하기 위한 봉지판(封止板)(제1 단판(91)에 상당함)의 장착, 또한 제2 단판(93)에 상당하는 단판을 피복된 권취체의 타단에 장착하여, 분리막 엘리먼트를 얻을 수 있다.

다공성 부재(82)로서는, 공급수를 통과시킬 수 있는 복수의 구멍을 가지는 부재가 사용된다. 다공성 부재(82)에 설치된 이들 구멍(821)은, 공급수의 공급구로 바꿔 말할 수 있다. 다공성 부재(82)는, 복수의 구멍을 가지고 있으면, 그 재질, 크기, 두께, 강성(剛性) 등은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 다공성 부재(82)로서, 비교적 두께가 작은 부재를 채용함으로써, 분리막 엘리먼트의 단위체적당의 막 면적을 증대시킬 수 있다.

그리고 도 2에 있어서, 다공성 부재(82)에 형성된 구멍(821)은 슬릿형(직선형)으로 나타내고 있지만, 원형이나 사각형, 타원형이나 삼각형 등의 구멍이 복수배열되는 구조라도 된다.

다공성 부재(82)의 두께는, 예를 들면, 1mm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.2mm 이하이다. 또한, 다공성 부재(82)는, 권취체의 외주(外周) 형상을 따르도록 변형할 수 있는, 유연성 또는 가요성을 가지는 부재라도 된다. 보다 구체적으로는, 다공성 부재(82)로서, 네트, 다공성 필름 등이 적용 가능하다. 네트 및 다공성 필름은, 권취체를 내부에 수용할 수 있도록 통형(筒形)으로 형성되어 있어도 되고, 장척형(長尺形)이면서, 권취체의 주위에 권취되어 있어도 된다.

다공성 부재(82)는, 분리막 엘리먼트(5B)의 외주면(外周面)에 배치된다. 다공성 부재(82)가 이와 같이 설치됨으로써, 구멍이 분리막 엘리먼트(5B)의 외주면에 설치된다. 「외주면」이란, 특히, 분리막 엘리먼트(5B)의 외주면 전체 중, 전술한 제1 단의 면 및 제2 단의 면을 제외한 부분이라고도 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 다공성 부재(82)는, 권취체의 외주면의 거의 전체를 덮도록 배치된다.

분리막 엘리먼트(5B)는, 베셀에 장전하여 운전하는 경우, 제1 단의 단판이 구멍이 없는 단판(91)이므로, 제1 단의 면으로부터는, 분리막 엘리먼트(5B) 내로 공급수는 유입되지 않는다. 공급수(101)는 베셀과 분리막 엘리먼트(5B) 사이의 간극에 흘러든다. 그리고, 공급수(101)는, 분리막(2)에 대하여, 분리막 엘리먼트(5B)의 외주면으로부터, 다공성 부재(82)를 통하여 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향에 걸쳐서 공급된다. 이와 같이 하여 공급된 공급수(101)는, 분리막에 의해 투과수(102)와 농축수(103)로 나누어진다. 투과수(102)는, 집수관(4)을 통과하고, 분리막 엘리먼트(5B)의 제2 단으로부터 취출된다. 농축수(103)는, 제2 단의 구멍이 있는 단판(93)의 구멍을 통과하고, 분리막 엘리먼트(5B)의 밖으로 유출한다.

분리막 엘리먼트(5B)와 같이, 상기 공급측 유로재에 의해 형성되는 공급측 유로가, 적어도 상기 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향에 걸쳐서 설치되는 분리막 엘리먼트는, 분리막 엘리먼트의 폭에 대하여, 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향의 변의 길이가 긴 분리막쌍을 사용하여 제작되는 경우에 있어서, 공급측 유로가 상기 집수관의 길이 방향과 평행한 방향으로 설치되는 종래의 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 비해, 공급수의 유입 단면적이 좁아져, 분리막 엘리먼트를 통과하는 공급수의 선속이 빨라지므로, 분리막의 막면염 농도가 증가하는 고회수율 운전을 행하는 경우에 있어서, 농도 분극 현상을 억제할 수 있는 점에서 우위(優位)하게 된다.

또한, 본 발명에서는 도 3에 나타낸 바와 같이, 공급수의 흐름이 상이한 분리막 엘리먼트(5C)의 구성을 가질 수도 있다. 분리막 엘리먼트(5C)에서는, 분리막 엘리먼트(5B)의 제1 단에서의 구멍이 없는 단판(91)을 구멍이 있는 단판(94)으로 변경하고, 분리막 엘리먼트(5B)의 외주면과 제1 단의 양쪽으로부터 공급수(101)가 흐르는 구성을 가질 수 있다.

또한, 구멍이 있는 단판(93)의 구멍의 배치에 대해서는, 개공(開孔)이 지나치게 크면 공급수가 공급측 유로에 균일하게 흐르지 않고, 숏패스(short pass)와 같은 경우가 생기므로, 본 발명의 효과가 발현하도록 집수관의 주변에 설치할 수 있다. 그리고, 분리막 엘리먼트(5C)는, 구멍이 없는 단판(91)을 구멍이 있는 단판(94)으로 변경하는 점 이외에는, 분리막 엘리먼트(5B)와 동일한 수순으로 제작할 수 있다.

분리막 엘리먼트(5C)도 5B와 마찬가지로, 공급측 유로재에 의해 형성되는 공급측 유로가, 상기 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향에 걸쳐 설치되어 있으므로, 종래 분리막 엘리먼트과 비교하여 고회수율 운전에 적합한 구성으로 할 수 있다.

<분리막>

(개요)

분리막(2)으로서는, 사용 방법, 목적 등에 따른 분리 성능을 가지는 막이 사용된다. 분리막(2)은, 단일층이라도 되고, 분리 기능층과 기재를 구비하는 적층형의 복합막이라도 된다. 또한, 복합막에 있어서는, 분리 기능층과 기재 사이에, 다공성 지지층이 더 있어도 된다.

여기서, 분리 기능층을 가지는 면을 공급측의 면, 분리 기능층을 가지는 면과는 반대측의 면을 투과측의 면으로 칭하고, 공급측의 면이 서로 마주보도록 형성된 상태의 분리막을 분리막쌍으로 칭한다.

(분리 기능층)

분리 기능층은, 분리 기능 및 지지 기능의 양쪽을 가지는 층이라도 되고, 분리 기능만을 구비하고 있어도 된다. 그리고, 「분리 기능층」은, 적어도 분리 기능을 구비하는 층을 나타낸다.

분리 기능층이 분리 기능 및 지지 기능의 양쪽을 가지는 경우, 분리 기능층으로서는, 셀룰로오스, 폴리불화 비닐리덴, 폴리에테르술폰 및 폴리술폰으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 주성분으로서 함유하는 층이 바람직하게 적용된다.

한편, 분리 기능층의 성분으로서는, 공경의 제어가 용이하고, 또한 내구성이 우수한 점에서, 가교 고분자가 바람직하게 사용된다. 특히, 공급수 중의 성분의 분리 성능이 우수한 점에서, 다관능 아민과 다관능 산할로겐화물을 중축합시켜 얻어지는 폴리아미드 분리 기능층이나, 유기무기 하이브리드 기능층 등이 바람직하게 사용된다. 이들 분리 기능층은, 다공성 지지층 상에서 모노머를 중축합하는 것에 의해 형성 가능하다.

예를 들면, 폴리아미드를 주성분으로서 함유하는 분리 기능층은, 공지의 방법에 의해, 다관능 아민과 다관능 산할로겐화물을 계면 중축합함으로써 형성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 다공성 지지층 상에 다관능 아민 수용액을 도포하고, 여분의 다관능 아민 수용액을 에어 나이프 등으로 제거한 후, 다관능 산할로겐화물을 함유하는 유기 용매 용액을 도포함으로써, 중축합이 일어나 폴리아미드 분리 기능층이 형성된다.

상기 계면 중축합을, 직쇄 또는 분지쇄 알킬기로 이루어지며, 또한, 탄소수가 5 이상인 지방족 카르복시산의 존재 하에서 행함으로써, 말단 관능기의 분포를 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 되어, 투수성과 제거성을 양립할 수 있다. 이와 같은 지방족 카르복시산은, 상기 다관능 아민의 수용액이나 상기 다관능산 할로겐화물을 포함하는 물과 비혼화성의 유기 용매 용액에 가하거나, 다공성 지지체막에 미리 함침시킬 수 있다.

전술한 바와 같은 지방족 카르복시산으로서는, 예를 들면, 직쇄 포화 알킬 카르복시산으로서, 카프로산, 헵탄산, 카프릴산, 펠라르곤산, 노난산, 데칸산, 운데칸산, 도데칸산 또는 트리데칸산이 있고, 분지쇄 포화 알킬 카르복시산으로서는, 예를 들면, 카프릴산, 이소부티르산, 이소펜탄산, 부틸아세트산, 2-에틸헵탄산 또는 3-메틸노난산이 있으며, 또한 불포화 알킬 카르복시산으로서는, 예를 들면, 메타크릴산, trans-3-헥센산, cis-2-옥텐산 또는 trans-4-노넨산이 있다.

이들 지방족 카르복시산의 총탄소수는, 5∼20의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 8∼15의 범위 내이다. 총탄소수가 5 미만이면, 분리 기능막의 투수성을 향상시키는 효과가 작아지는 경향이 있고, 총탄소수가 20을 초과하면, 비점이 높아지고, 막으로부터 제거하기 어려워지므로, 고투수성을 발현시키는 것이 곤란하게 되기 쉽다.

또한, 이들 지방족 카르복시산을 상기 다관능산 할로겐화물을 포함하는, 물과 비혼화성의 유기 용매 용액에 첨가하는 경우에는, HLB값을 4 이상 12 이하로 함으로써, 막의 투수성 향상과 내오염성 향상이 동시에 발현하고, 또한 다공성 지지체막 상으로부터 제거하기 용이하게 되므로 바람직하다.

여기서 HLB값은, 물과 비혼화성의 유기 용매로의 친화성의 정도를 나타낸 값이다. HLB값은 계산에 의해 결정하는 방법이 몇 가지 제안되어 있다. 그리핀법에 의하면, HLB값은 하기 식으로 정의된다.

HLB값=20×친수부의 HLB값

=20×(친수부의 식량(式量)의 총계)/(분자량)

상기 유기 용매 용액에서의 지방족 카르복시산의 농도는, 첨가하는 지방족 카르복시산에 의해 적절하게 결정할 수 있지만, 구체적으로는, 0.03∼30 질량%의 범위 내에 있으면 바람직하고, 0.06∼10 질량%의 범위 내이면 더욱 바람직하다.

(다공성 지지층)

다공성 지지층은, 분리 기능층을 지지하는 층이며, 재료가 수지인 경우 다공성 수지층으로도 바꿔 말할 수 있다.

다공성 지지층에 사용되는 재료나, 그 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 다공성 수지에 의해 기판 상에 형성될 수도 있다. 다공성 지지층으로서는, 폴리술폰, 아세트산 셀룰로오스, 폴리염화비닐, 에폭시 수지 혹은 이들을 혼합, 적층한 것이 사용되며, 화학적, 기계적, 열적으로 안정성이 높고, 공경을 제어하기 쉬운 폴리술폰을 사용하는 것이 바람직하다.

다공성 지지층은, 예를 들면, 상기 폴리술폰의 N,N-디메틸포름아미드(DMF) 용액을, 후술하는 기재(예를 들면, 촘촘하게 짠 폴리에스테르 부직포) 위에 일정한 두께로 주형(注型)하고, 이것을 수중에서 습식 응고시킴으로써, 제조할 수 있다.

다공성 지지층은, "오피스·오브·세이린·워터·리서치·앤드·디벨로프먼트·프로그레스)·리포트" No.359(1968)에 기재된 방법을 따라 형성할 수 있다. 그리고, 원하는 형태를 얻기 위하여, 폴리머 농도, 용매의 온도, 부용매는 조정 가능하다.

(기재)

분리막의 강도, 형태 안정성 등의 관점에서, 분리막은 기재를 가질 수도 있다. 기재로서는, 강도, 유체 투과성의 점에서 섬유형 기재를 사용하는 것이 바람직하다.

기재로서는, 장섬유 부직포 및 단섬유 부직포를 각각 바람직하게 사용할 수 있다.

(분리막 성능)

본 발명의 분리막 엘리먼트에 충전되는 분리막은, 47cm²로 잘라내고, 공급수를 농도 200ppm, pH 6.5의 NaCl 수용액으로 하고, 운전 압력 0.41MPa, 온도 25℃, 회수율 1% 이하의 조건 하에서 15분간 운전한 후에 1분간의 샘플링을 행하였을 때, 순수투과계수를 A(m/초/MPa), 용질투과계수를 B(m/초)로 했을 때, A³/B(m²/초²/MPa³)의 값이 8.0×10^-8 이상을 나타내는 분리막이다. 이는, 분리막이 고성능(고투수 및 고제거)인 것을 나타내고, 분리막이 고성능일수록, 공급수량과 막면염 농도는 증가하고, 이에 따라 유로의 유동 저항과 막면 파울링 리스크가 증대하지만, 본 발명의 분리막 엘리먼트에서는, 고성능의 분리막을 탑재해도, 종래의 분리막 엘리먼트보다 높은 성능을 안정적으로 발현시키는 것이 가능하게 된다.

<공급측 유로재>

(개요)

분리막 엘리먼트는, 분리막의 공급측 면에 대향하도록 배치된 공급측 유로재를 구비하고 있다. 공급측 유로재는, 분리막(2)에 공급수를 공급하는 유로를 형성하도록 형성되어 있으면 되고, 공급수의 농도 분극을 억제하기 위하여, 공급수의 흐름을 흩뜨리도록 설치되어 있는 것이 바람직하다.

공급측 유로재는, 편물, 직물, 네트와 같은 연속 형상을 가지고 있는 부재가 사용된다. 그 중에서도, 공급수의 유로 확보, 농도 분극 억제의 점에서, 네트가 바람직하게 사용된다. 본원에서의 네트란, 서로 교차하는 복수의 섬유상물(구성 섬유)끼리 열융착된 그물눈 형상을 가지는 구조체이며, 압출 다이에 설치된 구멍으로부터 토출(吐出)되는 세로 방향의 섬유상물과 가로 방향의 섬유상물의 수지끼리를 용융 상태로 접착하고, 그 후 냉각 고화시키는 것에 의해 제조된다.

공급측 유로재는, 도 4에 나타낸 바와 같이 일방향으로 배열된 복수의 섬유상물(A11)로 구성되는 섬유상 열(A), 및 상기 섬유상 열(A)과는 상이한 방향으로 배열된 복수의 섬유상물(B12)로 구성되는 섬유상 열(B)로 구성되며, 상기 섬유상물(A)은 상기 섬유상물(B)과 복수의 지점에서 교차하고 있다.

(섬유상물의 경사각)

도 4에 나타낸 공급측 유로재의 섬유상물(구성 섬유)의 경사각 e 또는 f는, 0°또는 180°에 가까울수록, 막면으로의 공급수 유로가 좁아지므로, 60° 이상 120°이하인 것이 바람직하고, 75° 이상 105°이하인 것이 보다 바람직하다.

(두께)

공급측 유로재의 두께란, 도 4에 있어서는 실질적으로 섬유상물(A) 및 섬유상물(B)의 교점 두께에 상당한다. 공급측 유로재의 두께는, 얇게 하면, 공급수의 선속이 커져 막면의 흐름이 흐트러지므로, 농도 분극층이 얇게 되고, 분리막 엘리먼트의 분리 성능이 향상된다. 또한 유로재를 얇게 할수록 분리막 엘리먼트에 충전할 수 있는 분리막이 증가하므로, 분리막 엘리먼트의 조수량 향상으로 이어진다. 그러나, 공급측 유로재의 두께를 지나치게 과도하게 얇게 하면, 공급수 중의 불순물이나, 미생물 등의 파울란트가 공급측의 유로를 폐색(閉塞)하는 경향이 있다. 그 결과, 분리막 엘리먼트의 조수성이 저하되거나, 분리막 엘리먼트의 유동 저항이 커지고, 공급수를 공급하는 펌프의 필요 동력이 커지므로, 전력비가 높아지거나, 분리막 엘리먼트가 파손되는 문제가 생기므로 바람직하지 않다. 이에, 공급측 유로재의 두께는, 0.15mm 이상 0.50mm 이하일 필요가 있고, 바람직하게는 0.28mm 이상 0.35mm 이하이다.

공급측 유로재의 두께는, 무작위로 선택한 30군데의 섬유상물(A) 및 섬유상물(B)의 교점 두께에 대하여, 정밀 두께 게이지 등으로 측정한 값의 평균값으로 한다.

또한, 공급측 유로재의 두께의 편차가 큰 것은, 역삼투막의 성능을 균일하게 발휘시킬 수 없어 바람직하지 않으므로, 섬유상물(A) 및 섬유상물(B)의 교점 두께는, 모두 공급측 유로재의 평균 두께의 0.9배 이상 1.1배 이하인 것이 바람직하다.

(섬유상물의 구성 섬유 직경)

섬유상물의 구성 섬유 직경은, 시판하고 있는 마이크로스코프 등으로 관찰하여 측정할 수 있다. 도 4에 나타낸 섬유상물(A11)의 구성 섬유 직경과 섬유상물(B12)의 구성 섬유 직경은, 각각의 섬유상물을 분리막의 면방향과 평행한 평면에 투영한 상의 폭(c, d)을 각각, 무작위로 선택한 30군데에 대하여 측정을 행한 평균값으로 한다. 도 4에 나타낸 공급측 유로재의 구성 섬유 직경은, 작을수록 공급수가 정체하는 영역이 줄어들지만, 강성(剛性)은 낮아진다. 한편 구성 섬유 직경이 크면, 강성은 높아지지만, 공급수가 정체하는 영역이 증가한다. 이들의 밸런스를 고려하여, 공급측 유로재의 구성 섬유 직경은, 0.07mm 이상 0.25mm 이하인 것이 바람직하고, 0.14mm 이상 0.18mm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 그리고 섬유상물(A)의 구성 섬유 직경과 섬유상물(B)의 구성 섬유 직경은, 동일해도, 상이해도 상관없다.

(섬유상물의 교점 간격)

공급측 유로재의 교점 간격은, 전술한 섬유상물(A)과 섬유상물(B)의 구성 섬유 직경이 모두 동일한 조건으로 비교하면, 그 간격이 넓을수록 공급수의 유속(流速)은 늦어지고, 압력 손실은 작아진다. 한편, 교점 간격이 좁을수록 공급수의 유속은 빨라지고, 압력 손실은 커진다.

이들의 밸런스를 고려하여, 공급측 유로재의 교점 간격은, 0.5mm 이상 10mm 이하인 것이 바람직하다.

특히, 공급수의 TOC(전체 유기 탄소)이 높고, 분리막의 조수성이 높은 경우에는, 공급측 유로재의 섬유상물이 접촉하고 있지 않은 막면에 유기 파울링이 부착되기 쉽기 때문에, 공급측 유로재의 교점 간격이 1.5mm 이하인 것이, 막면으로의 유기 파울링 부착 억제에 효과적이다.

또한, 분리막 엘리먼트의 제작에 있어서, 공급측 유로재를 분리막으로 협지하고, 투과측 유로재를 적층시켜 1조의 유닛으로 하고, 집수관의 주위에 스파이럴형으로 가압하면서 권취할 때, 공급측 유로재의 교점 간격이 1.5mm 이하인 것에 의해, 네트의 교점 부분이 분리막에 가압하는 힘을 분산할 수 있어, 분리막이 받는 데미지를 저감할 수 있다.

한편, 공급수의 경도가 높고, 분리막의 조수성 및 제거성이 높은 경우에 있어서, 특히 고회수율 운전 시에는, 주로 공급측 유로재의 교점 위치에 공급수가 정체하는 영역이 발생하고, 국소적으로 염 농도가 상승하여 무기 스케일이 부착되므로, 공급측 유로재의 교점 간격이 8mm 이상인 것이, 막면으로의 무기 스케일 부착 억제에 효과적이다. 교점 간격의 상한값은, 엘리먼트의 권취 경도의 확보, 및 막으로의 과도한 하중을 저감하기 위하여, 10mm가 바람직하다.

도 4에 나타낸 바와 같이 공급측 유로재에 1개의 공극(空隙)에 대하여, 2종류의 교점 간격(a, b)이 존재하는 경우에 있어서, 그 중 짧은 쪽인 a를 선택하고, 무작위로 선택한 30군데에 대하여 시판하고 있는 마이크로스코프 등으로 관찰하여 측정을 행하고, 이들의 평균값을 섬유상물의 교점 간격으로 한다.

(교점 밀도)

교점 밀도란, 단위면적당에 존재하는 공급측 유로재를 구성하는 섬유상물(A) 및 섬유상물(B)의 교점수다. 예를 들면, 공급측 유로재를 평면 방향에 대하여 높이 방향으로부터 관찰하고, 무작위로 선택한 100mm²당에 존재하는 교점수를 측정함으로써 구할 수 있다.

예를 들면, 공급측 유로재의 메쉬 형상이 일정한 경우, 교점 밀도가 높을수록, 상기 섬유상물의 교점 간격은 좁아지고, 교점 밀도가 낮을수록, 상기 섬유상물의 교점 간격은 넓어진다.

교점 밀도가 15개/100mm² 이상 210개/100mm² 이하인 것에 의해, 공급수의 유속을 완만하게 할 수 있다. 그 결과, 분리막이 고조수능을 가지고, 분리막 엘리먼트에 공급되는 수량(水量)이 큰 경우라도, 공급측 유로의 저항을 저감할 수 있고, 조수성이 우수한 분리막 엘리먼트를 얻을 수 있다.

한편, 교점 밀도가 3개/100mm² 이하인 것에 의해, 특히 공급수의 경도가 높고, 또한 고회수율 운전을 행하는 경우에 있어서는, 공급측 유로재의 교점 위치에 공급수가 정체하는 영역이 감소하여, 막면으로의 무기 스케일 부착 억제에 효과적이다.

(섬유상물의 단면 형상)

공급측 유로에 있어서는, 분리막 표면 주변의 난류의 정도를 증가시키는 것이 중요하므로, 단면이 원형이나 타원형이 아닌, 이형(異形)의 섬유상물을 사용하는 것도 가능하다. 「이형」의 단면란, 비원형의 모든 형상을 포함하는 것이며, 예를 들면, 다각형의 이외에 Y자형, T자형, X시형, 별형, 기어형 등의 단면에 오목부을 포함하는 형상이 있다. 섬유상물에 오목부가 존재하는 것에 의해, 공급측 유재의 주변에서 공급수의 흐르기 쉬운 영역과 흐르기 어려운 영역이 혼재함으로써, 그 차이에 의해 흐름에 소용돌이가 발생하여 난류가 된다.

이형 단면을 가지는 섬유상물의 성형은 해당 기술에 있어서 주지의 기술이며, 예를 들면, 필요에 따라 압출용 다이의 형상을 바꾸는 것에 의해, 다양한 이형 단면을 가지는 섬유상물을 성형할 수 있다.

(재료)

공급측 유로재의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 성형성의 관점에서 열가소성 수지가 바람직하고, 특히 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 분리막의 표면을 손상시키기 어렵고, 또한 저렴하므로, 바람직하다.

<투과측 유로재>

(개요)

본 발명의 분리막 엘리먼트에는, 분리막의 투과측면에 투과측 유로재가 배치된다. 본 발명에서는, 투과측 유로재로서, 필름이나 부직포를 요철 가공하여 돌기물을 형성하고, 유로재 기능을 부여한 시트나, 부직포와 같은 다공성 시트 상에 돌기물을 배치하고 고착된 시트 등을 사용할 수 있다.

(횡단면적비)

투과측 유로재는, 투과측 유로의 유동 저항을 저감하고, 또한 가압 여과 하에 있어서도 유로를 안정적으로 형성시키는 점에서는, 그 횡단면적비가 0.4 이상 0.75 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 투과측 유로재의 횡단면적비에 대하여 설명한다. 도 5에서는 일례로서, 시트형의 투과측 유로재에 대하여 나타내고 있지만, 투과측 유로재를 분리막 엘리먼트에 충전했을 때, 집수관의 길이 방향과 평행한 방향을 따라 투과측 유로재의 볼록부를 지나도록 절단하고, 그 단면에 대하여, 하나의 볼록부의 중심과 인접하는 볼록부의 중심 거리 P(피치라고도 함)와 투과측 유로재의 높이(H0)의 곱에 대한, 하나의 볼록부의 중심과 인접하는 볼록부의 중심 사이에서 차지하는 투과측 유로재의 횡단면적(S)의 비가 횡단면적비다.

또한, 도 6과 같이 투과측 유로재가 분리막의 투과측면에 직접 고착하고 있는 경우에도, 동일한 방법으로 계산할 수 있다. 다만, 이 경우에는 투과측 유로재가 복수 존재하게 되어, 볼록부의 중심과 인접하는 볼록부의 중심 사이에서 차지하는 투과측 유로재의 횡단면적은 2개(S1 및 S2) 존재하게 되어, 횡단면적(S)은 S1과 S2의 합에 상당한다.

구체적인 측정 방법으로서는, 무작위로 선택한 30군데에 대하여 전술한 바와 같이 투과측 유로재를 절단하고, 현미경 화상 해석 장치를 사용하여 각각 측정을 행하고, 그 평균값으로서 산출할 수 있다.

횡단면적비가 0.4 이상 0.75 이하인 투과측 유로재를 본 발명의 분리막 엘리먼트에 배치함으로써, 투과측 유로의 유동 저항을 저감할 수 있고, 그 결과, 단위막면적당의 투수성을 향상시킬 수 있다. 단위막면적당의 투수성이 향상되는 것은, 즉 분리막 엘리먼트 전체의 조수성이 향상되는 것이며, 일정한 회수율로 운전하는 경우에, 투과측 유동 저항이 큰 유로재를 포함하는 분리막 엘리먼트에 비해 공급수의 유량 및 선속이 빨라지는 효과가 생기며, 막면 난류 효과를 증가시킴으로써 농도 분극을 억제하는 동시에, 장기간 운전 시에 분리막이나 공급측 유로재로의 오염물 부착을 억제하는 것이 가능하게 되어, 분리막 엘리먼트의 조수성과 제거성을 장기간 유지할 수 있다.

(두께)

도 7에서의 투과측 유로재의 두께(H0)는, 0.1mm 이상 1mm 이하인 것이 바람직하다. 두께의 측정은, 전자식(電磁式), 초음파식, 자력식, 광투과식 등 다양한 방식의 필름 막 두께 측정기가 시판되고 있지만, 비접촉인 것이라면 어느 방식이라도 상관없다. 무작위로 10군데에서 측정을 행하고 그 평균값을 투과측 유로재의 두께로 한다. 투과측 유로재의 두께가 0.1mm 이상인 것에 의해, 투과측 유로재로서의 강도를 구비하고, 응력이 부하되어도 투과측 유로재의 붕괴나 찢어짐을 일으키지 않고 취급할 수 있다. 또한, 투과측 유로재의 두께가 1mm 이하인 것에 의해, 집수관으로의 권취성을 손상시키지 않고, 분리막 엘리먼트 내에 충전할 수 있는 분리막이나 투과측 유로재의 수를 증가시킬 수 있다.

그리고, 도 6과 같이 투과측 유로재가 분리막의 투과측면에 직접 고착하고 있는 경우에는, 투과측 유로재의 두께(H0)는, 후술하는 투과측 유로재의 볼록부의 높이(H1)와 동일하다.

(투과측 유로재의 볼록부의 높이, 홈 폭 및 홈 길이)

도 7에서의 투과측 유로재의 볼록부 높이(H1)는, 0.05mm 이상 0.8mm 이하인 것이 바람직하고, 홈 폭(D)은 0.02mm 이상 0.8mm 이하인 것이 바람직하다. 볼록부의 높이(H1)이나 홈 폭(D)은, 무작위로 선택한 30군데에 대하여 투과측 유로재의 횡단면을 시판하고 있는 마이크로스코프 등으로 관찰함으로써 측정하고, 그 평균값으로서 산출할 수 있다.

볼록부의 높이(H1), 홈 폭(D) 및 적층된 분리막으로 형성되는 공간이 투과측 유로가 되고, 볼록부의 높이(H1)나 홈 폭(D)이 전술한 범위인 것에 의해, 가압 여과 시의 막 감소를 억제하면서, 유동 저항을 저감하고, 내압성(耐壓性)과 조수성이 우수한 분리막 엘리먼트를 얻을 수 있다.

또한, 볼록부가 도트형과 같이, 어느 방향으로도 볼록부가 이격되어 배치되는 경우(도 8 참조)는, 홈 길이(E)는 홈 폭(D)과 동일하게 설정할 수 있다.

(볼록부의 폭 및 길이)

도 7에서의 투과측 유로재의 볼록부의 폭(W)은, 바람직하게는 0.1mm 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.3mm 이상이다. 폭 W가 0.1mm 이상인 것에 의해, 분리막 엘리먼트의 운전 시 투과측 유로재에 압력이 가해져도, 볼록부의 형상을 유지할 수 있어 투과측 유로가 안정적으로 형성된다. 폭 W는, 바람직하게는 1mm 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.7mm 이하이다. 폭 W가 1mm 이하인 것에 의해, 투과측 유로를 충분히 확보할 수 있다.

볼록부(6)의 폭(W)은, 다음과 같이 측정된다. 먼저, 제1 방향과 수직인 1개의 단면에 있어서, 1개의 볼록부(6)의 최대 폭과 최소 폭의 평균값을 산출한다. 즉, 도 9에 나타낸 바와 같은 상부가 가늘고 하부가 굵은 볼록부(6)에 있어서는, 유로재 하부의 폭과 상부의 폭을 측정하고, 그 평균값을 산출한다. 이와 같은 평균값을 적어도 30군데의 단면에 있어서 산출하고, 그 산술 평균을 산출함으로써, 1장의 막당의 폭(W)을 산출할 수 있다.

그리고, 볼록부가 도트형과 같이, 어느 방향으로도 볼록부가 이격되어 배치되는 경우(도 8 참조)는, 투과측 유로재의 볼록부 길이(X)는 폭(W)과 동일하게 설정할 수 있다.

(재료)

투과측 유로재를 구성하는 시트로서는, 다공성 필름이나 부직포 등을 사용할 수 있고, 특히 부직포인 경우에는, 부직포를 구성하는 섬유끼리 형성된 유로가 되는 공간이 넓어지므로, 물이 유동하기 쉽고, 그 결과, 분리막 엘리먼트의 조수성이 향상되므로, 바람직하다.

또한, 투과측 유로재의 재료인 폴리머에 대해서는, 투과측 유로재로서의 형상을 유지하고, 투과수 중으로의 성분의 용출(溶出)이 적은 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 나일론 등의 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계, 폴리염화비닐계, 폴리염화비닐리덴계, 폴리플루오로에틸렌계 등의 폴리머가 있지만, 특히 고압화에 견딜 수 있는 강도나 친수성을 고려하면, 폴리올레핀계나 폴리에스테르계의 폴리머가 바람직하다.

시트물이 복수의 섬유로 구성되는 경우에는, 섬유로서, 예를 들면, 폴리프로필렌/폴리에틸렌 코어 쉬스(core sheath) 구조를 가지는 것을 사용해도 상관없다.

(투과측 유로재에 의한 유로)

투과측 유로재의 양면에 분리막이 배치되었을 때, 볼록부와 인접하는 볼록부 사이의 공간은, 투과수의 유로가 된다. 유로는, 투과측 유로재 자체가 파판형, 직사각 파형, 삼각 파형 등으로 부형 가공되어 있거나, 투과측 유로재의 일면이 평탄하며 다른 표면이 요철형으로 가공되어 있거나, 투과측 유로재 표면에 다른 부재가 요철 형상으로 적층되는 것에 의해 형성된 것이라도 된다.

(형상)

본 발명의 분리막 엘리먼트에 적용하는 투과측 유로재는, 유로를 형성하는 볼록부가, 도 8에 나타낸 바와 같은 도트형이라도 된다. 도트의 배열은 지그재그형으로 배치된 경우에는, 공급수를 수압(受壓)할 때의 응력이 분산되어, 함몰의 억제에 유리하다. 그리고, 도 8에는 단면(시트 평면에 대하여 평행면)이 원인 원기둥형의 돌기물을 기재하였으나, 다각형이나 타원 등, 단면 형상에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상이한 단면의 볼록부가 혼재하고 있어도 된다. 또한, 도 9에 나타낸 바와 같은 홈이 일방향으로 나란히 연속된 홈을 가지는 요철 형상이라도 된다. 상기 홈은, 투과수를 최단 거리로 집수관에 도입하기 위하여, 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 연속되어 있는 것이 바람직하다.

권취 방향과 수직인 방향에서의 단면 형상에 있어서, 폭에 변화가 있는 사다리꼴형의 벽상물, 타원 기둥, 타원뿔, 사각뿔 혹은 반구(半球)와 같은 형상이라도 된다.

<수처리(水處理) 시스템>

본 발명의 분리막 엘리먼트는, 예를 들면, RO 정수기 등의 수처리 시스템에 적용할 수 있다. 특히, 조수능·탈염능이 우수한 분리막을 탑재하고, 또한 회수율(공급수량에 대한 투과수량의 비율)을 높게 설정하여 운전하는 경우, 막면에 공급되는 유기 파울란트량이나 무기 스케일량이 상승하고, 그에 따른 파울링의 발생, 삼투압 증가에 의한 분리막 엘리먼트 유효압의 저하가 일어나고, 분리막 엘리먼트의 탈염율과 조수성이 저하되는 경향이 된다. 그러나, 본 발명의 분리막 엘리먼트에서는, 막면 선속이 향상됨으로써 농도 분극이 저감하고, 난류 효과가 증가하므로, 파울링의 발생을 억제할 수 있으므로, 회수율을 60% 이상으로 설정하여 운전해도 장기간에 걸쳐, 조수능·탈염능이 우수하다.

실시예

이하에 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 아무런 한정을 받지 않는다.

(공급측 유로재의 교점 간격)

공급측 유로재의 1개의 공극에 대하여, 공급측 유로재를 구성하는 섬유상물(A)와, 섬유상물(B)의 교점과 그것과 인접하지 않는 상기 교점과의 거리를 키엔스에서 제조한 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여 측정하고, 얻어진 2종류의 거리 중, 짧은 쪽을 측정했다. 동일한 측정을 30군데의 공극에 대하여 실시하고, 그 거리의 평균값을 섬유상물의 교점 간격으로 했다.

(공급측 유로재의 교점 밀도)

공급측 유로재의 무작위로 선택한 부분에 대하여 평면에서 100mm² 잘라내고, 평면 상부에서 관찰하여 섬유상물(A)과 섬유상물(B)이 교차하는 점의 수를 카운트하였다. 다음으로, 동일한 공급측 유로재가 다른 평면에 대하여 동일한 조작을 합계 30회 실시하고, 그 평균값을 교점 밀도(개/100mm²)로 했다.

(섬유상물(A) 및 섬유상물(B)의 구성 섬유 직경)

가부시키가이샤 미쓰도요에서 제조한 두께 측정기(thickness gauge)(품번 547-315)를 사용하여 섬유상물(A) 및 섬유상물(B)의 두께를 30군데 측정하고, 그 평균값을 섬유상물(A) 및 섬유상물(B)의 구성 섬유 직경으로 하였다.

(공급측 유로재의 두께)

섬유상물(A) 및 섬유상물(B)로 이루어지는 그물눈형의 공급측 유로재(네트)의 교점의 두께를, 가부시키가이샤 미쓰도요에서 제조한 두께 측정기(품번 547-315)를 사용하여 30군데 측정하고, 그 평균값을 공급측 유로재의 두께로 하였다.

(섬유상물(A) 사이의 거리 및 섬유상물(B) 사이의 거리)

그물눈형의 공급측 유로재를 구성하는, 무작위로 선택한 30개의 섬유상물(A)과, 그 인접하는 섬유상물(A) 사이의 거리를 키엔스제 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여 측정하고, 그 평균값을 섬유상물(A) 사이의 거리로 했다.

동일한 측정을 섬유상물(B)에 대해서도 실제로 행하고, 섬유상물(B) 사이의 거리를 산출했다. 그리고, 본 실시예에서의, 섬유상물(A)과 섬유상물(B)이 구성하는 격자(格子) 형상(표 중에는 메쉬 형상으로 기재)은, 모두 정사각형이므로, 섬유상물(A) 사이의 거리와 섬유상물(B) 사이의 거리는 동일하므로, 표 중에는 섬유상물 사이의 거리로서 한쪽만을 나타낸다.

(분리막(a)의 제작)

폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유로 이루어지는 부직포(섬도(纖度): 1디텍스(dtex), 두께: 약 90㎛, 통기도: 1cc/cm²/sec, 밀도 0.80g/cm³) 상에 폴리술폰의 17.0질량%의 DMF 용액을 180㎛의 두께로 실온(25℃)에서 캐스팅하고, 즉시 순수 중에 침지하여 5분간 방치하고, 80℃의 온수에서 1분간 침지함으로써 섬유 보강 폴리술폰 지지체막으로 이루어지는, 다공성 지지층(두께 130㎛) 롤을 제작했다.

그 후, 다공성 지지체막의 폴리술폰으로 이루어지는 층의 표면을 m-PDA의 2.2질량% 수용액 중에 2분간 침지한 후, 수직 방향으로 천천히 끌어 올렸다. 또한, 에어 노즐로부터 질소를 분출함으로써, 지지체막 표면으로부터 여분의 수용액을 제거했다.

그 후, 트리메스산 클로라이드 0.08질량%를 포함하는 n-데칸 용액을, 막의 표면이 완전히 젖도록 도포한 후, 1분간 정치했다. 그 후, 막으로부터 여분의 용액을 에어 블로우로 제거하고, 80℃의 열수로 1분간 세정하여, 복합 분리막 롤을 얻었다. 이 분리막을 분리막(a)으로 했다.

(분리막(b)의 제작)

폴리에스테르 부직포(통기도 0.5∼1cc/cm²/sec) 상에 폴리술폰의 15.7질량% DMF 용액을 200㎛의 두께로, 실온(25℃)에서 캐스팅하고, 즉시 순수 중에 침지하여 5분간 방치함으로써 미다공성(微多孔性) 지지체막(두께 210∼215 ㎛)을 제작했다. 얻어진 미다공성 지지체막을, m-PDA의 1.8질량% 수용액 중에 2분간 침지하고, 상기 지지체막을 수직 방향으로 천천히 끌어 올리고, 에어 노즐로부터 질소를 분출하여 지지체막 표면으로부터 여분의 수용액을 제거한 후, TMC 0.065질량%, 및 운데칸산 0.1질량%를 포함하는 25℃의 n-데칸 용액을 표면이 완전히 젖도록 도포한 후 1분간 정치했다. 다음으로, 막으로부터 여분의 용액을 제거하기 위해 막을 1분간 수직으로 유지하여 액을 제거하였다. 그 후, 80℃의 열수로 2분간 세정하여 복합 분리막 롤을 얻었다. 이 분리막을 분리막(b)으로 했다.

(분리막(c)의 제작)

폴리에스테르 부직포(통기도 0.5∼1 cc/cm²/sec) 상에 폴리술폰의 15.7질량% DMF 용액을 200㎛의 두께로, 실온(25℃)으로 캐스팅하고, 즉시 순수 중에 침지하여 5분간 방치함으로써 미다공성 지지체막(두께 210∼215 ㎛)을 제작했다. 얻어진 미다공성 지지체막을, m-PDA의 1.8질량% 수용액 중에 2분간 침지하고, 상기 지지체막을 수직 방향으로 천천히 끌어 올리고, 에어 노즐로부터 질소를 분출하여 지지체막 표면으로부터 여분의 수용액을 제거한 후, TMC 0.065질량%, 및 운데칸산 0.1질량%를 포함하는 25℃의 n-데칸 용액을 표면이 완전히 젖도록 도포하고 또한 10초 후에, 디에틸렌글리콜디메틸에테르 1질량% n-데칸 용액을 표면이 완전히 젖도록 도포하여 1분간 정치했다. 다음으로, 막으로부터 여분의 용액을 제거하기 위해 막을 1분간 수직으로 유지하여 액을 제거하였다. 그 후, 80℃의 열수로 2분간 세정하여 복합 분리막 롤을 얻었다. 이 분리막을 분리막(c)으로 했다.

(분리막(d)의 제작)

폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유로 이루어지는 부직포(섬도: 1디텍스, 두께: 약 90㎛, 통기도: 1cc/cm²/sec, 밀도 0.80g/cm³) 상에 폴리술폰의 17.0질량%의 DMF용액을 180㎛의 두께로 실온(25℃)에서 캐스팅하고, 즉시 순수 중에 침지하여 5분간 방치하고, 80℃의 온수로 1분간 침지함으로써 섬유 보강 폴리술폰 지지체막으로 이루어지는, 다공성 지지층(두께 130㎛) 롤을 제작했다.

그 후, 다공성 지지체막의 폴리술폰으로 이루어지는 층의 표면을 m-PDA의 3.0질량% 수용액 중에 2분간 침지한 후, 수직 방향으로 천천히 끌어 올렸다. 또한, 에어 노즐로부터 질소를 분출함으로써, 지지체막 표면으로부터 여분의 수용액을 제거했다.

그 후, 트리메스산 클로라이드 0.1질량%를 포함하는 n-데칸 용액을, 막의 표면이 완전히 젖도록 도포한 후, 1분간 정치했다. 그 후, 막으로부터 여분의 용액을 에어 블로우로 제거하고, 80℃의 열수로 1분간 세정하여, 복합 분리막 롤을 얻었다. 이 분리막을 분리막(d)으로 했다.

(분리막(e, f, g, h)의 제작)

초지법(抄紙法)으로 제조된 폴리에스테르 섬유로 이루어지는 부직포(통기도 1.0cc/cm²/sec) 상에, 폴리술폰의 15질량% DMF 용액을 실온(25℃)에서, 또한 도포 두께 180㎛로 캐스팅한 후, 즉시 순수 중에 5분간 침지함으로써 기재 상에 다공성 지지층을 형성하고, 다공성 지지체막을 제작했다.

다음으로, 2-에틸피페라진이 2.0질량%, 도데실디페닐에테르디술폰산 나트륨이 100ppm, 인산 3나트륨 1.0질량%로 되도록 용해한 수용액에 10초간 침지한 후, 에어 노즐로부터 질소를 분출하여 여분의 수용액을 제거했다. 이 때의 아민 수용액의 pH는, 12.0이었다. 계속하여 70℃로 가온한 0.2질량%의 트리메스산 클로라이드를 포함하는 n-데칸 용액을 다공성 지지층의 표면에 균일 도포하고, 60℃의 막면 온도로 3초간 유지한 후에, 막면 온도를 10℃까지 냉각시키고, 이 온도를 유지한 채 공기 분위기 하에서 1분간 방치하고, 분리 기능층을 형성한 후, 막을 수직으로 유지하여 액을 제거하였다. 얻어진 막을 60℃의 순수로 2분간 세정하여 분리막 롤을 얻었다. 이 분리막을 분리막(e)으로 했다. 분리막 제작 시의 아민과 트리메스산 클로라이드의 접촉 시의 막면 온도를 40℃, 계면 중합 시의 막면 온도를 10℃로 변경한 분리막을 분리막(f), 분리막 제작 시의 아민과 트리메스산 클로라이드의 접촉시의 막면 온도를 70℃, 계면 중합 시의 막면 온도를 10℃로 변경한 분리막을 분리막(g), 분리막 제작 시의 아민과 트리메스산 클로라이드의 접촉시의 막면 온도를 60℃, 계면 중합 시의 막면 온도를 10℃로 변경한 분리막을 분리막(h)으로서 제작했다.

(분리막의 플럭스)

분리막을 47cm²로 잘라내고, 막평가 셀에서, 공급수로서, 농도 200ppm, pH 6.5의 NaCl 수용액을 사용하고, 운전 압력 0.41MPa, 온도 25℃, 회수율 1% 이하의 조건 하에서 15분간 운전한 후에 1분간의 샘플링을 행하고, 1일당의 투수량을, 분리막 플럭스(m³/m²/일)로 했다.

(분리막의 순수투과계수 및 용질투과계수)

순수투과계수는 이하의 방법에 의해 계산했다.

순수투과계수(m³/m²/sec/Pa)= (용액의 막투과 유속)/ (막 양측의 압력차-막 양측의 삼투압차×용질 반사 계수) …(a)

그리고, 용질 반사 계수는 이하의 방법으로 구할 수 있다. 먼저, 비평형열역학에 기초한 역삼투법의 수송방정식으로서, 하기 식이 알려져 있다.

Jv=Lp(ΔP-σ·Δπ) …(b)

Js=P(Cm-Cp)+(1-σ)C·Jv …(c)

여기서, Jv는 용액의 막투과 유속(m³/m²/s), Lp는 순수투과계수(m³/m²/s/Pa), ΔP는 막 양측의 압력차(Pa), σ은 용질 반사 계수, Δπ은 막 양측의 삼투압차(Pa), Js는 용질의 막투과 유속(mol/m²/s), P는 용질 투과 계수(m/s), Cm은 용질의 막면 농도(mol/m³), Cp는 투과액 농도(mol/m³), C는 막 양측의 농도(mol/m³)이다. 막 양측의 평균 농도(C)는, 역삼투막과 같이 양측의 농도차가 매우 큰 경우에는 실질적인 의미를 가지지 않는다. 이에, 식(a)을 막 두께에 대하여 적분한 하기 식이 바람직하게 사용된다.

R=σ(1-F)/(1-σF) …(d)

다만,

F=exp{-(1-σ)Jv/P} …(e)

이며, R은 참된 저지율이며,

R=1-Cp/Cm …(f)

으로 정의된다. ΔP를 다양하게 변화시킴으로써 (b) 식으로부터 Lp를 산출할 수 있고, 또한 Jv를 다양하게 변화시켜 R을 측정하고, R과 1/Jv를 플롯한 것에 대하여 (d), (e) 식을 커브 피팅함으로써, P와 σ를 동시에 구할 수 있다.

그리고, P와 분리막의 탈염율(R)에 대하여, 하기 식(g)의 관계가 성립한다.

R=100×Jv/(Jv+P) …(g)

(분리막 엘리먼트의 조수량)

이하에 나타내는 3종의 평가 조건에 기초하여, 분리막 엘리먼트의 평가를 실시했다.

(조건 1) 공급수로서, 농도 200ppm, pH 6.5의 NaCl 수용액을 사용하고, 운전 압력 0.41MPa, 온도 25℃의 조건 하에서 15분간 운전한 후에 1분간의 샘플링을 행하고, 1일당의 투수량을 조수량(GPD(갤런(gallon)/일)로서 나타낸다.

(조건 2) 공급수로서, NaCl, CaCl₂, Na₂SO₄가 포함되는 염 농도 200ppm, pH 6.5의 수용액을 사용하고, 운전 압력 0.41MPa, 온도 25℃의 조건 하에서 30분간 운전한 후에 1분간의 샘플링을 행하고, 1일당의 투수량을 조수량(m³/일)으로서 나타내었다. 또한, 분리막 엘리먼트의 총조수량이 3000L에 도달했을 때도 1분간의 샘플링을 행하고, 1일당의 투수량을 조수량(m³/일)으로서 나타내었다.

(조건 3) 공급수로서, 전체 탄소(TC) 35ppm, 총유기탄소(TOC) 3.8ppm, TDS 농도 350ppm, pH 7.3의 중국 상해시 수도수(水道水)를 사용하고, 운전 압력 0.41MPa, 온도 25℃의 조건 하에서 30분간 운전한 후에 1분간의 샘플링을 행하고, 1일당의 투수량을 조수량(m³/일)으로서 나타내었다. 또한, 분리막 엘리먼트의 총조수량이 3000L에 도달했을 때도 1분간의 샘플링을 행하고, 1일당의 투수량을 조수량(m³/일)으로서 나타내었다.

(회수율)

조수량의 측정에 있어서, 소정 시간에 공급한 공급수 유량(V_F)과, 동시간에서의 투과수량(V_P)의 비율을 회수율로 하고, V_P/V_F×100으로부터 산출했다.

(탈염율(TDS 제거율))

분리막 엘리먼트의 조수량의 측정에 있어서의 1분간의 운전으로 사용한 공급수 및 샘플링한 투과수에 대하여, TDS 농도를 전도율 측정에 의해 구하고, 하기 식으로부터 탈염율을 산출했다.

탈염율(%)=100× {1-(투과수 중의 TDS 농도/공급수 중의 TDS 농도)}

(씨실편물에 의한 투과측 유로재 트리코(tricot)의 제작)

씨실편물은, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트(융점: 255℃)에 폴리에틸렌테레프탈레이트계 저융점 폴리에스테르 필라멘트(융점: 235℃)를 혼직(混纖)하여 이루어지는 멀티필라멘트계(48필라멘트, 110디텍스)를 편사(編絲)로 하여, 플레인 스티치(plain stitch)의 위편조직(緯編組織)(게이지(편직기의 단위 길이 사이에 있는 니들의 개수))을 편성(編成)하고, 이것을 245℃에서 열세트 처리한 후에 캘린더 가공을 실시하여 투과측 유로재 트리코 제작했다.

그리고, 표 2 중에는 본 투과측 유로재를, 투과측 유로재(A)로 나타내었다.

(부직포 상에 돌기물을 가지는 투과측 유로재의 제작)

슬릿(slit) 폭 0.5mm, 피치 0.9mm의 빗형 심을 장전한 애플리케이터를 사용하고, 백업 롤을 20℃로 온도 조절하면서, 분리막 엘리먼트로 한 경우에 집수관의 길이 방향에 대하여 수직이면서 봉투형 막으로 한 경우에 권취 방향의 내측단부로부터 외측단부까지 집수관의 길이 방향에 대하여 수직이 되도록 직선형 혹은 불연속형으로, 고결정성 PP(MFR 1000g/10분, 융점 161℃) 60질량%와 저결정성 α-올레핀계 폴리머(이데미쓰코산(出光興産) 가부시키가이샤 제조; 저입체규칙성 폴리프로필렌 「L-MODU·S400」(상품명)) 40질량%로 이루어지는 조성물 펠릿을 수지 온도 205℃, 주행 속도 10m/분으로 부직포 상에 도포했다. 부직포는 두께 0.07mm, 단위면적당중량 35g/m², 엠보스(emboss) 무늬(φ1mm의 원형, 피치 5mm의 격자형)였다.

그리고, 표 2 중에는 본 투과측 유로재를, 투과측 유로재(B)로 나타내었다.

(관통공을 가지는 필름에 의한 투과측 유로재의 제작)

무연신(無延伸) 폴리프로필렌 필름(도레이에서 제조한 도레판(등록상표))에 임프린트 가공 및 CO₂ 레이저 가공을 행하여, 관통공을 가지는 투과측 유로재를 얻었다. 구체적으로는 절삭 가공에 의해 홈을 형성한 금속 금형으로 무연신 폴리프로필렌 필름을 협지하고, 140℃/2분간/15MPa로 압력을 유지하고, 40℃로 냉각 후에 금형으로부터 취출하였다.

계속하여, 3D-Axis CO₂ 레이저 마커 MLZ9500을 사용하여, 요철 임프린트 시트의 비요철면으로부터, 요철에서의 오목부에 대하여 레이저 가공하여 관통공을 얻었다. 그리고, 관통공은, 각 홈에 피치 2mm로 설치하였다.

그리고, 표 2 중에는 본 투과측 유로재를, 투과측 유로재(C)로 나타내었다.

(무기 스케일 부착량)

(조건 3)에서 평가를 실시한, 총조수량 3000L에 도달한 분리막 엘리먼트를 해체하고, 막면 부착물을 1wt%의 질산 수용액으로 추출하고, 히타치 가부시키가이샤에서 제조한 P-4010형 ICP(고주파 유도 결합 플라즈마 발광 분석) 장치를 사용하여, 무기 성분(칼슘, 마그네슘, 바륨)의 합계 흡착량(g)을 측정하고, 분리막 엘리먼트의 막 면적으로부터 무기 스케일 부착량(g/m²)을 산출했다.

(총부착물량)

(조건 3)에서 평가를 실시한, 총조수량 3000L에 도달한 분리막 엘리먼트를 해체하고, 막면에 부착된 부착물을 고무제의 스크레이퍼(scraper)로 수집한 후, 120℃에서 2시간 건조시켜 질량을 측정하고 분리막 엘리먼트의 막 면적으로부터 총부착물량(g/m²)을 산출했다.

(유기 파울링 부착량)

상기 총부착물량과 상기 무기 스케일 부착량의 차이를, 유기 파울링 부착량(g/m²)으로서 산출했다.

(투과측 유로재의 두께 및 볼록부의 높이)

투과측 유로재의 두께와 볼록부의 높이는 키엔스사에서 제조한 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100로 측정했다. 구체적으로는, 키엔스사에서 제조한 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여, 5cm×5cm의 측정 결과로부터 평균의 고저차를 해석했다. 10㎛ 이상의 고저차가 있는 30군데를 측정하고, 그 평균값을 볼록부의 높이로 했다.

(투과측 유로재의 볼록부 폭 및 길이, 오목부의 홈 폭 및 홈 길이)

키엔스사에서 제조한 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여, 상기 한 투과측 유로재의 두께 및 볼록부의 높이와 동일한 방법으로 측정했다.

(투과측 유로재의 볼록부의 피치)

키엔스사에서 제조한 고정밀도 형상 측정 시스템 KS-1100을 사용하여, 분리막의 투과측에서의 유로재의 정상점(頂点)으로부터, 인접한 유로재의 정상점까지의 수평 간격을 200군데에 대하여 측정하고, 그 평균값을 볼록부의 피치로 했다.

(투과측 유로재의 횡단면적비)

투과측 유로재를 분리막 엘리먼트에 충전했을 때, 집수관의 길이 방향과 평행한 방향을 따라 투과측 유로재의 볼록부를 지나도록 절단하고, 그 단면에 대하여, 현미경 화상 해석 장치를 사용하여 볼록부의 중심과 인접하는 볼록부의 중심 거리(피치라고도 함)과 투과측 유로재의 높이를 측정하고, 이들의 곱에 대한, 볼록부의 중심과 인접하는 볼록부의 중심 사이에서 차지하는 투과측 유로재의 횡단면적 비율(횡단면적비)을 산출했다. 동일한 측정을 30군데에 대하여서 실시하고, 그 거리의 평균값을 표 2 중에 나타내었다.

(실시예 1)

전술한 제조법에 의해 얻어진 분리막(a)을 재단 가공하고, 표 2에 나타낸 폴리프로필렌제 네트(두께: 300㎛, 교점 간격: 8mm, 섬유 직경: 0.15mm, 경사각: 90°)를 공급측 유로재로 하여 협지하고 접어서, 리프를 제작했다.

얻어진 리프의 투과측면에 투과측 유로재로서 표 2에 나타낸 투과측 유로재(B)(횡단면적비: 0.43)를 적층하고, 리프 접착제를 도포했다. 분리막 엘리먼트의 폭에 대하여, 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향의 변의 길이가 길어지도록, 분리막쌍을 배치하고, ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌제 집수관(폭: 298mm, 직경: 17mm, 구멍수 8개×직선형 2열)에 스파이럴형으로 권취하고, 권취체의 외주면을, 통형으로 연속 압출 성형된 네트(두께: 0.7mm, 피치: 5mm×5mm, 섬유 직경: 350㎛, 투영 면적비: 0.13)로 피복했다. 피복된 권취체의 양단을 길이가 254mm로 되도록 커팅한 후, 일단으로부터의 공급수 유입을 방지하기 위한 봉지판(제1 단판(91)에 상당함)의 장착을 행하였다. 이와 같이 하여, 공급수 공급구를 분리막 엘리먼트의 외주면에만 설치했다. 또한, 제2 단판(92)에 상당하는 단판을 피복된 권취체의 타단에 장착하고, 농축 유체 출구를 분리막 엘리먼트의 타단에 설치한 직경이 1.8인치인 분리막 엘리먼트를 제작했다. 얻어진 분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 전술한 각 조건에 의해 성능을 평가했다. (조건 3)에서 평가 후의 분리막 엘리먼트를 해체하고, 무기 스케일 부착량, 총부착물량, 유기 파울링 부착량을 측정한 바, 결과는 표 3에 나타낸 바와 같다. 그리고, 표 1 중의 유효막면적이란, 분리막 리프에 있어서, 리프 접착제에 의해 분리 기능이 실활하고 있지 않은 영역이다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2-1]

[표 2-2]

[표 3-1]

[표 3-2]

(실시예 2∼55)

표 1∼3에 나타낸 바와 같이 분리막 엘리먼트 직경, 분리막, 공급측 유로재, 투과측 유로재, 원수(原水) 공급부의 위치, 회수율을 변경하여, 분리막 엘리먼트를 제작했다.

분리막 엘리먼트를 압력 용기에 넣고, 실시예 1과 동일 조건으로 각 성능을 평가한 바, 결과는 표 3에 나타낸 바와 같다.

(비교예 1∼13)

표 1∼3에 나타낸 바와 같이 분리막 엘리먼트 직경, 분리막, 공급측 유로재, 투과측 유로재, 원수 공급부의 위치, 회수율을 변경하여, 분리막 엘리먼트를 제작했다.

1: 공급측 유로재
11: 섬유상물(A)
12: 섬유상물(B)
101: 공급수
102: 투과수
103: 농축수
2: 분리막
3: 투과측 유로재
4: 집수관
5, 5B, 5C: 분리막 엘리먼트
6: 볼록부
7: 오목부
82: 다공성 부재
821: 구멍
91: 구멍이 없는 단판
92, 93, 94: 구멍이 있는 단판
a, b: 섬유상물의 교점 간격
c, d: 섬유상물의 구성 섬유 직경
e, f: 공급측 유로재의 섬유상물의 경사각
D: 홈 폭
E: 홈 길이
H0: 투과측 유로재의 두께
H1: 투과측 유로재의 볼록부의 높이
S, S1, S2: 투과측 유로재의 볼록부의 횡단면적
P: 투과측 유로재의 볼록부의 중심과 인접하는 볼록부의 중심의 거리
W: 투과측 유로재의 볼록부의 폭
X: 투과측 유로재의 볼록부의 길이

Claims

집수관(集水管),
공급측의 면과 투과측의 면을 구비하는 분리막,
공급측 유로재(流路) 및
투과측 유로재를 구비하는 분리막 엘리먼트로서,
상기 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재는 상기 집수관의 주위에 스파이럴형으로 권취되고,
상기 공급측 유로재는 서로 교차하는 복수의 섬유상물(纖維狀物)을 구비하고,
상기 공급측 유로재의 두께가 0.15mm 이상 0.50mm 이하이며,
상기 분리막은, 공급수를 농도 200ppm, pH 6.5의 NaCl 수용액으로 하고, 운전 압력 0.41MPa, 온도 25℃의 조건 하에서 여과할 때의 용액투과계수를 A(m/초/MPa), 용질투과계수를 B(m/초)로 했을 때, A³/B(m²/초²/MPa³)의 값이 8.0×10^-8 이상이고, 플럭스가 1.1m³/m²/일 이상, 3.0m³/m²/일 이하이며,
상기 공급측 유로재의 교점 밀도가 15개/100mm² 이상 210개/100mm² 이하인, 분리막 엘리먼트.
제1항에 있어서,
상기 공급측 유로재에 의해 형성되는 공급측 유로가 상기 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 형성되어 있는, 분리막 엘리먼트.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 투과측 유로재는, 복수의 돌기물이 형성된 시트 또는 복수의 돌기물이 고착(固着)된 시트인, 분리막 엘리먼트.
제3항에 있어서,
상기 돌기물이 상기 집수관의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로 연속되어 있는, 분리막 엘리먼트.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 투과측 유로재의 횡단면이 복수의 투과측 유로를 형성하고, 또한, 상기 투과측 유로재의 횡단면적비(橫斷面績比)가 0.4 이상 0.75 이하인, 분리막 엘리먼트.
제1항 또는 제2항에 기재된 분리막 엘리먼트를 사용하여, 공급된 수량(水量)의 60% 이상을 조수(造水)하는, 분리막 엘리먼트의 운전 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 분리막 엘리먼트를 사용하여, 공급된 수량의 40% 이하를 조수하는, 분리막 엘리먼트의 운전 방법.
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