JP2014193460A - 分離膜および分離膜エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】圧力をかけて分離膜エレメントを運転した時の分離除去性能向上、単位時間あたりの透過水量増加などの分離膜エレメント性能向上、安定性能に有効な分離膜エレメントを提供する。
【解決手段】本発明の分離膜は、供給側の面と透過側の面とを有する分離膜本体と、前記分離膜本体の供給側の面上に固着し、高さＨ１が０．４５ｍm以上２ｍm以下の複数の高流路材と、前記分離膜本体の供給側の面に固着し、高さＨ２が０．０３ｍm以上０．４ｍm以下であり、前記高流路材の間に配置される低流路材と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体、気体等の流体に含まれる成分を分離するために使用される分離膜エレメントに関する。

液体、気体等の流体に含まれる成分を分離する方法としては、様々なものがある。例えば海水、かん水などに含まれるイオン性物質を除くための技術を例にとると、近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして分離膜エレメントによる分離法の利用が拡大している。分離膜エレメントによる分離法に使用される分離膜には、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜などがあり、これらの膜は、例えば海水、かん水、有害物を含んだ水などから飲料水を得る場合や、工業用超純水の製造、排水処理、有価物の回収などに用いられており、目的とする分離成分及び分離性能によって使い分けられている。

分離膜エレメントは、分離膜の一方の面に原流体を供給し、他方の面から透過水を得る点では共通している。分離膜エレメントは、各種形状からなる分離膜素子を多数束ねて膜面積を大きくし、単位エレメントあたりで多くの透過水を得ることができるように構成されており、用途や目的にあわせて、スパイラル型、中空糸型、プレート・アンド・フレーム型、回転平膜型、平膜集積型などの各種エレメントが製造されている。

例えば、逆浸透ろ過に用いられる流体分離膜エレメントを例にとると、その分離膜エレメント部材は、原流体を分離膜表面へ供給する供給側流路材、原流体に含まれる成分を分離する分離膜、及び分離膜を透過し供給側流体から分離された透過側流体を中心管へと導くための透過側流路材からなる部材を中心管の周りに巻き付けたスパイラル型分離膜エレメントが、原流体に圧力を付与し、透過水を多く取り出す点で広く用いられている。

例えば、スパイラル型逆浸透分離膜エレメントの部材としては、供給側流路材では供給側流体の流路を形成させるために主に高分子製のネットが使用され、分離膜としては、ポリアミドなどの架橋高分子からなる分離機能層、ポリスルホンなどの高分子からなる多孔性樹脂層、およびポリエチレンテレフタレートなどの高分子からなる不織布がそれぞれ供給側から透過側にかけて積層された分離膜が使用され、透過側流路材では膜の落ち込みを防き、かつ透過側の流路を形成させる目的で、供給側流路材よりも間隔の細かいトリコットと呼ばれる編み物部材が使用されている。

近年、分離膜エレメントに造水コストの低減への高まりから、膜エレメントの高性能化のニーズが求められている。分離膜エレメントの分離性能、単位時間あたりの透過水量を増やす上では、各流路部材、分離膜エレメント部材の性能向上が提案されてきた。例えば、特許文献１では、平膜の表面または両面に一定方向に複数のドットを設けた平膜を積層し、集水管の外周にスパイラル状に巻回したスパイラル型膜エレメントを有するスパイラル型分離膜モジュールが開示されている。特許文献２では平膜の表面または両面に規則的な凹凸を設けられており、この凹凸が原水の流れを乱流化することが記載されている。

特開２０１２−４０４８７号 特表２０１２−５１８５３８号

しかし、上記した分離膜エレメントは、性能の安定性が十分に高いとは言えず、使用中に分離性能が低下することがある。

そこで、本発明は、特に高い圧力をかけて分離膜エレメントを運転した時の分離除去性能を安定化させることのできる分離膜および分離膜エレメントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成をとる。すなわち、本発明の分離膜は、供給側の面と透過側の面とを有する分離膜本体と、前記分離膜本体の供給側の面上に固着し、高さが０．４５ｍm以上２ｍm以下の複数の高流路材と、前記分離膜本体の供給側の面に固着し、高さが０．０３ｍm以上０．４ｍm以下であり、前記高流路材の間に配置される低流路材と、を備える。

また、この分離膜は、集水管と、上記集水管の周囲に巻囲された上記分離膜を含む分離膜エレメントに適用可能である。

本発明の構成によれば、高さの大きい流路材と高さの小さい流路材とが、１枚の分離膜の供給側の面に設けられる。高さの大きい流路材により、膜面方向における原水の乱流が起き、高さの小さい流路材により、膜面に垂直な方向における原水の乱流が生じる。その結果、濃度分極の発生が抑えられるので、安定した分離性能を保つことができる。

本発明の分離膜エレメントの一部を展開した斜視図である。 本発明の分離膜エレメントの展開斜視図である。 格子状粒状物パターンを模式的に示す平面図である。 千鳥状粒状物パターンを模式的に示す平面図である。 供給側流路材の一例を示す平面図である。 供給側流路材の他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 供給側流路材のさらに他の例を示す平面図である。 実施例１での供給側流路材配置を示す平面図である。 実施例１１での供給側流路材配置を示す平面図である。 分離膜の一例を示す横断面図である。

以下、本発明の実施の一形態について、詳細に説明する。

〔１．分離膜エレメント〕
次に、スパイラル型分離膜エレメントの形態の一例について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、分離膜エレメント１は、集水管２、分離膜３、供給側流路材４、透過側流路材５、上流側端板７および下流側端板８を備える。分離膜エレメント１は、原水１０１を透過水１０２と濃縮水１０３とに分離することができる。

集水管２は、一方向（図中のｘ軸方向）に長い円筒状の部材である。集水管２の側面には複数の孔が設けられている。

分離膜３は、上述したような所望の分離性能を有する膜であればよい。分離膜３は、原水１０１に接する供給側の面３１と透過水１０２に接する透過側の面３２を有する。

供給側流路材は、分離膜３の供給側の面３１に設けられる。供給側流路材には、後述するように、高流路材４１Ａ、低流路材４１Ｂおよび端部流路材４２が含まれる。

透過側流路材５としては、従来の流路材が適用可能であり、例えばトリコット等の編み物が用いられる。透過側流路材５は後述の封筒状膜６において、向かい合う２つの透過側の面３２の間に配置される。ただし、透過側流路材５は、分離膜３の間に透過側流路を形成できる他の部材に変更可能である。また、分離膜３として凹凸が形成された分離膜を用いることで、透過側流路材５を省略することもできる。透過側流路材の詳細および他の例については後述する。

封筒状膜６は、透過側の面３２が内側になるように重ね合わされた２枚の分離膜３により、または折り畳まれた１枚の分離膜３により形成される。封筒状膜６の平面形状は長方形であり、分離膜３は３辺において閉じ、１辺が開口している。封筒状膜６は、その開口部が集水管２を向くように配置され、さらに集水管２の周囲に巻き付けられる。分離膜エレメント１においては、複数の封筒状膜６が重なるように巻回されている。封筒状膜６の外側の面は供給側の面３１であり、隣り合う封筒状膜６は供給側の面３１が向かい合うように配置される。つまり、隣り合う封筒状膜６の間には供給側流路が形成され、封筒状膜６の内側には透過側流路が形成される。

上流側端板７および下流側端板８は、それぞれ、巻回体の上流側端部２１および下流側端部２２に取り付けられる。

なお、分離膜エレメント１は、上述した以外の部材を備えることができる。例えば、分離膜の巻回体の周囲は、フィルム等の他部材で覆われていてもよい。

原水１０１は、上流側端板７を介して分離膜３の供給側の面３１に供給される。分離膜３を透過した透過水１０２は、透過側流路材５により封筒状膜６内に形成された流路を通って、集水管２へと流れ込む。集水管２を流れた透過水は、端板８を通って分離膜エレメント１の外部に排出される。また、濃縮水１０３は、供給側の面３１間を通って端板８から外部に排出される。こうして、原水１０１は、透過水１０２と濃縮水１０３とに分離される。

以下、各部材の詳細について説明する。

〔２．分離膜〕
（２−１）概要
分離膜とは、分離膜表面に供給される流体中の成分を分離し、分離膜を透過した透過流体を得ることができる膜である。以下では、説明の便宜上、分離膜本体３０と、分離膜本体３０の供給側の面に固着した流路材との複合体を分離膜３と称する。

本書において、分離膜本体３０の「供給側の面」とは、分離膜本体の２つの面のうち、原流体が供給される側の表面を意味する。「透過側の面」とは、その逆側の面を意味する。分離膜本体が、基材及び分離機能層を備える場合は、一般的に、分離機能層側の面が供給側の面であり基材側の面が透過側の面である。

図中にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向軸を示す。ｘ軸を幅方向、ｙ軸を長さ方向と称することがある。図１等に示すように、分離膜本体３０は長方形であり、幅方向および長さ方向は、分離膜本体３０の外縁に平行である。また、高さ方向は幅方向および長さ方向に垂直である。

分離膜３は、エレメントにおいて、分離膜３は、集水管２の周囲に巻回されており、その幅方向が集水管２の長手方向に沿うように配置される。その結果、分離膜３は、その長さ方向が巻回方向に沿うように配置される。「巻回方向の内側」及び「巻回方向の外側」とはそれぞれ、分離膜において集水管に近い側及び遠い側と言い換えることもできる。

（２−２）分離膜本体
＜概要＞
分離膜本体３０としては、使用方法、目的等に応じた分離性能を有する膜が用いられる。分離膜本体３０は、単一層によって形成されていてもよいし、分離機能層と基材とを備える複合膜であってもよい。また、複合膜においては、分離機能層と基材との間に、多孔性支持層が形成されていてもよい。

＜分離機能層＞
分離機能層の厚みは具体的な数値に限定されないが、分離性能と透過性能の点で５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましい。特に逆浸透膜、正浸透膜、ナノろ過膜では、分離機能層の厚みが５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。

分離機能層の厚みは、これまでの分離膜の膜厚測定法に準ずることができる。例えば、分離膜を樹脂により包埋し、それを切断することで超薄切片を作製し、得られた切片に染色などの処理を行う。その後、透過型電子顕微鏡により観察することで、厚みの測定が可能である。また、分離機能層がひだ構造を有する場合、多孔性支持層より上に位置するひだ構造の断面長さ方向に５０ｎｍ間隔で測定し、ひだの数を２０個測定し、その平均から求めることができる。

分離機能層は、分離機能および支持機能の両方を有する層であってもよいし、分離機能のみを備えていてもよい。なお、「分離機能層」とは、少なくとも分離機能を備える層を指す。

分離機能層が分離機能および支持機能の両方を有する場合、分離機能層としては、セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルスルホン、またはポリスルホンを主成分として含有する層が好ましく適用される。

なお、本書において、「ＸがＹを主成分として含有する」とは、ＸにおけるＹの含有率が、５０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、又は９５質量％以上であることを意味する。また、Ｙに該当する複数の成分が存在する場合は、それら複数の成分の合計量が、上述の範囲を満たせばよい。

一方、多孔性支持層分離機能層としては、孔径制御が容易であり、かつ耐久性に優れるという点で架橋高分子が好ましく使用される。特に、原流体中の成分の分離性能に優れるという点で、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させてなるポリアミド分離機能層、有機無機ハイブリッド機能層などが好適に用いられる。これらの分離機能層は、多孔性支持層上でモノマーを重縮合することによって形成可能である。

例えば、分離機能層は、ポリアミドを主成分として含有することができる。このような膜は、公知の方法により、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを界面重縮合することで形成される。例えば、多孔性支持層に多官能アミン水溶液を塗布し、余分なアミン水溶液をエアーナイフなどで除去し、その後、多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒溶液を塗布することで、ポリアミド分離機能層が得られる。

また、分離機能層は、Ｓｉ元素などを有する有機−無機ハイブリッド構造を有してもよい。有機無機ハイブリッド構造を有する分離機能層は、例えば、以下の化合物（Ａ）、（Ｂ）：
（Ａ）エチレン性不飽和基を有する反応性基および加水分解性基がケイ素原子に直接結合したケイ素化合物、ならびに
（Ｂ）前記化合物（Ａ）以外の化合物であってエチレン性不飽和基を有する化合物
を含有することができる。具体的には、分離機能層は、化合物（Ａ）の加水分解性基の縮合物ならびに化合物（Ａ）および／または（Ｂ）のエチレン性不飽和基の重合物を含有してもよい。すなわち、分離機能層は、
・化合物（Ａ）のみが縮合および／または重合することで形成された重合物、
・化合物（Ｂ）のみが重合して形成された重合物、並びに
・化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）との共重合物
のうちの少なくとも１種の重合物を含有することができる。なお、重合物には縮合物が含まれる。また、化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）との共重合体中で、化合物（Ａ）は加水分解性基を介して縮合していてもよい。

ハイブリッド構造は、公知の方法で形成可能である。ハイブリッド構造の形成方法の一例は次のとおりである。化合物（Ａ）および化合物（Ｂ）を含有する反応液を多孔性支持層に塗布する。余分な反応液を除去した後、加水分解性基を縮合させるためには、加熱処理すればよい。化合物（Ａ）および化合物（Ｂ）のエチレン性不飽和基の重合方法としては、熱処理、電磁波照射、電子線照射、プラズマ照射を行えばよい。重合速度を速める目的で分離機能層形成の際に重合開始剤、重合促進剤等を添加することができる。

なお、いずれの分離機能層についても、使用前に、例えばアルコール含有水溶液、アルカリ水溶液によって膜の表面を親水化させてもよい。

＜多孔性支持層＞
多孔性支持層は、分離機能層を支持する層であり、多孔性樹脂層とも言い換えられる。

多孔性支持層に使用される材料やその形状は特に限定されないが、例えば、多孔性樹脂によって基板上に形成されてもよい。多孔性支持層としては、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂あるいはそれらを混合、積層したものが使用され、化学的、機械的、熱的に安定性が高く、孔径が制御しやすいポリスルホンを使用することが好ましい。

多孔性支持層は、分離膜に機械的強度を与え、かつイオン等の分子サイズの小さな成分に対して分離膜のような分離性能を有さない。多孔性支持層の有する孔のサイズおよび孔の分布は特に限定されないが、例えば、多孔性支持層は、均一で微細な孔を有してもよいし、あるいは分離機能層が形成される側の表面からもう一方の面にかけて径が徐々に大きくなるような孔径の分布を有してもよい。また、いずれの場合でも、分離機能層が形成される側の表面で原子間力顕微鏡または電子顕微鏡などを用いて測定された細孔の投影面積円相当径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。特に界面重合反応性および分離機能層の保持性の点で、多孔性支持層において分離機能層が形成される側の表面における孔は、３ｎｍ以上５０ｎｍの投影面積円相当径を有することが好ましい。

多孔性支持層の厚みは特に限定されないが、分離膜に強度を与えるため等の理由から、０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。

多孔性支持層の形態は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、原子間顕微鏡により観察できる。例えば走査型電子顕微鏡で観察するのであれば、基材から多孔性支持層を剥がした後、これを凍結割断法で切断して断面観察のサンプルとする。このサンプルに白金または白金−パラジウムまたは四塩化ルテニウム、好ましくは四塩化ルテニウムを薄くコーティングして３〜６ｋＶの加速電圧で、高分解能電界放射型走査電子顕微鏡（ＵＨＲ−ＦＥ−ＳＥＭ）で観察する。高分解能電界放射型走査電子顕微鏡は、日立製Ｓ−９００型電子顕微鏡などが使用できる。得られた電子顕微鏡写真に基づいて、多孔性支持層の膜厚、表面の投影面積円相当径を測定することができる。

多孔性支持層の厚み、孔径は、平均値であり、多孔性支持層の厚みは、断面観察で厚み方向に垂直な方向に０．０２ｍｍ間隔で測定し、２０点測定の平均値である。また、孔径は、２００個の孔について測定された、各投影面積円相当径の平均値である。

次に、多孔性支持層の形成方法について説明する。多孔性支持層は、例えば、上記ポリスルホンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以降、ＤＭＦと記載）溶液を、後述する基材、例えば密に織ったポリエステル布あるいは不織布の上に一定の厚さに注型し、それを水中で湿式凝固させることによって、製造することができる。

多孔性支持層は、”オフィス・オブ・セイリーン・ウォーター・リサーチ・アンド・ディベロップメント・プログレス・レポート”Ｎｏ．３５９（１９６８）に記載された方法に従って形成される。なお、所望の形態を得るために、ポリマー濃度、溶媒の温度、貧溶媒は調整可能である。

例えば、所定量のポリスルホンをＤＭＦに溶解し、所定濃度のポリスルホン樹脂溶液を調製する。次いで、このポリスルホン樹脂溶液をポリエステル布あるいは不織布からなる基材上に略一定の厚さに塗布した後、一定時間空気中で表面の溶媒を除去した後、凝固液中でポリスルホンを凝固させることによって得ることができる。

＜基材＞
分離膜本体３０の強度、寸法安定性等の観点から、分離膜本体３０は基材を有してもよい。基材としては、強度、凹凸形成能および流体透過性の点で繊維状基材を用いることが好ましい。

基材としては、長繊維不織布及び短繊維不織布のいずれも好ましく用いることができる。特に、長繊維不織布は、優れた製膜性を有するので、高分子重合体の溶液を流延した際に、その溶液が過浸透により裏抜けすること、多孔性支持層が剥離すること、さらには基材の毛羽立ち等により膜が不均一化すること、及びピンホール等の欠点が生じることを抑制できる。また、基材が熱可塑性連続フィラメントより構成される長繊維不織布からなることにより、短繊維不織布と比べて、高分子溶液流延時に繊維の毛羽立ちによって起きる不均一化および膜欠点の発生を抑制することができる。さらに、分離膜は、連続製膜されるときに、製膜方向に対し張力がかけられるので、寸法安定性に優れる長繊維不織布を基材として用いることが好ましい。

長繊維不織布は、成形性、強度の点で、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維が、多孔性支持層側の表層の繊維よりもたて配向であることが好ましい。そのような構造によれば、強度を保つことで膜破れ等を防ぐ高い効果が実現されるだけでなく、分離膜に凹凸を付与する際の、多孔性支持層と基材とを含む積層体としての成形性も向上し、分離膜表面の凹凸形状が安定するので好ましい。

より具体的には、長繊維不織布の、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度は、０°以上２５°以下であることが好ましく、また、多孔性支持層側表層における繊維配向度との配向度差が１０°以上９０°以下であることが好ましい。

分離膜の製造工程やエレメントの製造工程においては加熱する工程が含まれるが、加熱により多孔性支持層または分離機能層が収縮する現象が起きる。特に連続製膜において張力が付与されていない幅方向において、収縮は顕著である。収縮することにより、寸法安定性等に問題が生じるため、基材としては熱寸法変化率が小さいものが望まれる。不織布において多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度と多孔性支持層側表層における繊維配向度との差が１０°以上９０°以下であると、熱による幅方向の変化を抑制することもでき、好ましい。

ここで、繊維配向度とは、多孔性支持層を構成する不織布基材の繊維の向きを示す指標である。具体的には、繊維配向度とは、連続製膜を行う際の製膜方向、つまり不織布基材の長手方向と、不織布基材を構成する繊維との間の角度の平均値である。つまり、繊維の長手方向が製膜方向と平行であれば、繊維配向度は０°である。また、繊維の長手方向が製膜方向に直角であれば、すなわち不織布基材の幅方向に平行であれば、その繊維の配向度は９０°である。よって、繊維配向度が０°に近いほどたて配向であり、９０°に近いほどよこ配向であることを示す。

繊維配向度は以下のように測定される。まず、不織布からランダムに小片サンプル１０個を採取する。次に、そのサンプルの表面を走査型電子顕微鏡で１００〜１０００倍で撮影する。撮影像の中で、各サンプルあたり１０本を選び、不織布の長手方向（たて方向、製膜方向）を０°としたときの角度を測定する。つまり１つの不織布あたり計１００本の繊維について、角度の測定が行われる。こうして測定された１００本の繊維についての角度から平均値を算出する。得られた平均値の小数点以下第一位を四捨五入して得られる値が、繊維配向度である。

基材の厚みは、０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲内、または０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下の範囲内となる程度に設定されることが好ましい。

（２−３）供給側流路材
分離膜の供給側の面に設けられる流路材について以下に説明する。図１に示すように、分離膜３が重ねられることで、分離膜間に、供給側流路材により流路が形成される。

＜高流路材４１Ａ＞
高流路材４１Ａは、１枚の分離膜に対して複数設けられる。高流路材４１Aは、主に分離膜間のスペーサとして機能することで、供給側の流路を形成する。また、高流路材４１Aは、原水の流れを水平方向（膜面方向）へ乱す役割を果たす。高流路材４１Ａは、向かい合う供給側の面の片方だけに形成されていてもよいし、両方に形成されていてもよい。

（高さ）
高流路材４１Ａの高さＨ１（図２１参照）は、流動抵抗と分離膜エレメントに充填する膜リーフ数とを考慮して決定される。高さが大きい方が流路における流動抵抗が小さくなり、分離特性および水透過性能を高めることができる。特に、高流路材４１Ａの高さは０．４５ｍｍ以上または０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、高さが小さい方が、１つのエレメント当たりの分離膜リーフ数を多くすることができるので、エレメントの造水能力が高まり、運転にかかるコストを低く抑えながら大きな造水量を得ることができる。特に、高流路材の高さは２ｍｍ以下または１ｍｍ以下であることが好ましい。

なお、分離膜リーフ（単にリーフと呼ぶこともある）とは、エレメントに組み込まれるのに適した長さに裁断された、２枚一組の分離膜である。分離膜リーフは、分離膜の折り畳みまたは貼り合わせなどによって形成される。

供給側供給側流路材の高さは、市販の形状測定システムなどを用いて計測できる。例えば、レーザー顕微鏡による断面からの厚み測定、キーエンス製高精度形状測定システムＫＳ−１１００などで測定することができる。測定は供給側供給側流路材が存在する任意の箇所について実施し、各高さの値を総和した値を測定総箇所の数で割って求めることができる。

（形状）
分離膜全体における高流路材４１Ａの形状は、ドットのような不連続状、網型のような連続状など特に限定されないが、流動抵抗を小さくするために不連続状が好ましい。

不連続状の場合、個々の高流路材４１Ａの形状は特に限定されず、流路の流動抵抗を少なくし、かつ分離膜に原流体を供給、透過させる際の流路を安定化させるように変更可能である。例えば、高流路材４１Ａの平面形状（分離膜の表面上部から観察した形状）は、楕円、円、長円、台形、三角形、長方形、正方形、平行四辺形、菱形、不定形であってもよい。また、高流路材４１Ａの立体的形状としては、高さ方向において、分離膜本体３０の表面に近付くほど幅が狭くなる形状、供給側流路材の幅が一定な形状、分離膜本体３０の表面に近付くほど幅が広がる形状のいずれも選択できるが、幅が広がるほど膜表面の流速が速くなるため、乱流強度が増すことにより濃度分極が抑制されるため特に好ましい。分離膜本体３０の表面から７０μｍ間の形状が特に重要であり、この範囲において、上述の形状であることが好ましい。

（直径、アスペクト比およびピッチ）
高さと同様の理由から高流路材４１Ａの長さ（長さ方向つまりＭＤにおける大きさの最大値）および幅（幅方向つまりＣＤにおける大きさの最大値）は０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。膜表面上部から観察したときの高流路材４１Ａアスペクト比は１以上１５以下である。なお、アスペクト比は高流路材４１Ａの幅を長さで除した値である。長さ方向とは、Machine Direction（MD）を指し、幅方向とはCross Direction（CD）を指す。

また、高流路材４１Ａ間のピッチは樹脂直径の１０分の１から５０倍の間で適宜設計すると良い。ピッチとは、ある供給側流路材における最も高い点と、この供給側流路材に隣接する別の供給側流路材の最も高い点との水平距離のことである。

（パターン）
高流路材４１Ａのパターンは流路を確保し、かつ原水の水平方向の流れを乱すものであれば特に限定されず、目的に応じていわゆる格子状や千鳥状などにパターン化でき、あるいはその組み合わせでも良いが、千鳥状であると、分離膜に原流体を均一に供給できるため好ましい。分離膜に原流体を均一に供給できると、膜面での乱流効果（攪拌効果）が大きくなり、濃度分極等による分離性能の低下が生じ難くなる。なお、本発明の分離膜をエレメント巻囲する際には、折りや接着により分離膜の供給面が対になるようにしてリーフを作製する。この時、片方の面のみに供給側流路材が配置されていても良く、あるいは２枚の分離膜に固着された供給側流路材で所望の配置がなされていても良い。

格子状とは図３の分離膜３のように、直近の４個のドット４１１、４１２、４１３、４１４が略正方形を形成するように互いに略垂直な少なくとも二方向に一定のピッチで形成される態様を意味し、千鳥状とは図４の分離膜３ように直近の３個のドット４１５、４１６、４１７が略正三角形の頂点を形成するように少なくとも三方向に一定のピッチで形成される態様を意味する。

具体的には高流路材４１Ａと、その高流路材に原水の流れ方向で近接する２つの高流路材４１Ａとをそれぞれ結ぶ直線の間の角度（図５、図６中にαで示す）は、２０°以上１６０°以下であることが好ましく、３５°以上８０°以下であることがより好ましい。

高流路材４１Ａのピッチが行方向と列方向とで等しい場合、格子状であれば図５のようにこの角度αは４５°であり、図６のように千鳥状であればこの角度αは９０°となる。

なお、ある高流路材に対して「近接する２つの高流路材」としては、基準とする１つの高流路材４１Ａから、原水の流れ方向において離れており、かつ基準となる高流路材との距離が最も小さい２つの高流路材が選択される。このとき、２つの高流路材の両方が、基準となる高流路材の上流側から選択されるか、または下流側から選択される。

例えば、図５では、基準となる高流路材４１３に対して、それに近接する高流路材を２つ選択する場合、基準となる高流路材の下流側にある高流路材の中から、最も近い１つの高流路材４１１と、２番目に近い高流路材４１２とが選択される。また、図６の千鳥状の例では、基準となる高流路材４１７の下流側にある高流路材の中から、最も近く、同じ距離だけ離れた２つの高流路材４１５および４１６が選択される。すなわち、基準となる高流路材と、それに近接する２つの高流路材４１Ａとの距離は異なると等しい場合がある。

＜低流路材４１Ｂ＞
（高さ）
低流路材４１Ｂの高さＨ２（図２１）は、高流路材４１Ａの高さＨ１よりも小さいことが好ましい。このような低流路材４１Ｂが設けられることで、高流路材４１Ａの間に原水が流れる空隙を確保することができる。つまり、供給側流路の高さ（つまり深さ）を確保することで流動抵抗を抑えることができる。その結果、高い造水量が得られる。このような低流路材４１Ｂが設けられていると、原水が低流路材４１Ｂを越えるときに、原水の流れる方向が高さ方向（膜面に垂直な方向）において変動する。

こうして、原水の流れには、高流路材４１Ａによる膜面方向の乱れだけでなく、低流路材４１Ｂによる高さ方向の乱れも生じる。こうして、濃度分極が効果的に抑制される。

低流路材４１Ｂの高さＨ２が０．０３ｍm以上であることで、原水の流れを高さ方向に乱す効果が得られるので好ましく、高さＨ２が０．１ｍｍ以上であることがより好ましい。

また、低流路材の高さＨ２は、０．４ｍm以下であると、高流路材４１Ａの間の流路を確保して、流動抵抗の増加を抑えることができるので好ましい。高さＨ２は、０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。

特に、流動抵抗を抑えつつ膜面方向および高さ方向に乱流を発生させるためには、Ｈ１とＨ２の比が、
０．１≦（Ｈ２／Ｈ１）≦０．９
を満たすことが好ましく、特に
０．１≦（Ｈ２／Ｈ１）≦０．４
を満たすことが好ましい。

低流路材４１Ｂは、向かい合う分離膜の供給側の面の両方に設けられてもよいし、片方のみに設けられてもよい。

（形状）
分離膜全体における低流路材４１Ｂの形状は、ドットのような不連続状、網型のような連続状、高流路材４１Ａと連続する形状など特に限定されない。

低流路材４１Ｂの高さ方向の形状としては、分離膜本体３０の表面に近付くほど幅が狭くなる形状、供給側流路材の幅が一定な形状、分離膜本体３０の表面に近付くほど幅が広がる形状のいずれも選択できる。特に、分離膜本体３０の表面に近づくほど幅が広がる形状は、膜表面の流速が速くなるため、乱流強度が増すことにより濃度分極が抑制されるので、特に好ましい。特に、分離膜本体３０の表面から７０μｍ間の形状が重要であり、この範囲において上述の形状であることが好ましい。

不連続状の場合、個々の高流路材４１Ａの形状は特に限定されず、流路の流動抵抗を少なくし、かつ原水の流れを高さ方向に乱すように変更可能であり、高流路材４１Ａと同様の形状を適用できる。

また、低流路材４１Ｂは高流路材４１Ａと連続していても良い。この場合、図７のようにいずれの方向に連続していても良く、あるいは図８〜図１０のように一方の方向に連続していても良い。特にこれらの形態においては、高流路材の間をつなぐように、低流路材が連続して形成されている。

（寸法およびアスペクト比）
高さと同様の理由から低流路材４１Ｂの長さ（長さ方向つまりＭＤにおける大きさの最大値）０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。低流路材４１Ｂの幅（幅方向つまりＣＤにおけるの大きさの最大値）は特に限定されない。低流路材４１Ｂが高流路材４１Ａと連続していない場合の膜表面上部から観察したときのアスペクト比は１以上１５以下が好ましい。アスペクト比は低流路材４１Ｂの幅を長さで除した値である。

（パターン）
低流路材４１Ｂのパターンは原水の高さ方向の流れを乱すものであれば特に限定されず、例えば図１１のように複数の高流路材４１Ａの間に単独で介在してもよく、図１２のように複数介在してもよい。原水の流れ方向だけでなく高さ方向の流れを乱すことで濃度分極を効率よく抑制することができ、分離膜エレメントの造水性や溶質の除去性能を高めることができる。

高流路材４１Ａと連続している場合は、例えば千鳥状に配置された高流路材４１Ａの長さ方向へ連続しており、図１３のように高流路材４１Ａよりも径が大きい場合や図１４のように同等のパターン、図１５のように径が小さくても良い。

＜端部流路材＞
分離膜３の供給側の面において、端部に帯状領域３３および３４が設けられてもよい。図１および図２に示すような帯状領域が分離膜３の端部に存在することにより、分離膜エレメントの原水の流入が容易になり、加圧ろ過を長時間継続しても安定に運転できる。

帯状領域３３および３４の縁は分離膜３の縁と一致する必要はなく、帯状領域が分離膜の縁から離れていてもよい。ただし、帯状領域３３と分離膜の上流側の縁との距離、および帯状領域３４と分離膜の下流側の縁との距離は、例えば、ｘ軸方向における分離膜３の幅Ｗ０の５％以下、または１％以下である。このように、供給側流路材４がｘ軸方向における分離膜の縁の近傍、特に上流側の縁の近傍に設けられていることで、供給側の面３１に対して原水１０１が効率よく供給される。

また、帯状領域が設けられる「端部」は、具体的には、分離膜３のｘ軸方向における縁からｘ軸方向における分離膜３の幅Ｗ０の２０％以内の領域を指す。つまり、端部流路材４２は、分離膜３のｘ軸方向における縁から、ｘ軸方向における分離膜３の幅Ｗ０の２０％の範囲内に配置されている。

また、帯状領域３３の幅Ｗ１および帯状領域３４の幅Ｗ２のそれぞれが、幅Ｗ０の１％以上であることで、原流体が供給側の面３１に安定的に供給される。

さらに、帯状領域の幅Ｗ１とＷ２との合計は、幅Ｗ０の１０％〜６０％程度に設定されてもよい。幅Ｗ０に対する幅Ｗ１とＷ２との合計の比率が６０％以下であることで、流動抵抗および圧力損失が低減される。また、この比率が１０％以上であることで、乱流効果によって濃度分極発生を抑制することができる。さらに、幅Ｗ１およびＷ２は、それぞれがＷ０の１０％以上であってもよい。

このような形態の例として、本実施形態において、帯状領域３３および３４の形状および大きさは同一である。つまり、図１７における幅Ｗ１とＷ２とは同一である。また、幅Ｗ１およびＷ２はそれぞれ一定である。

このように、供給側の面３１の端部に端部流路材４２が配置されていることで、向かい合う２つの供給側の面３１の間で原水１０１の流路が確保される。なお、本実施形態では、１つの供給側の面３１に２つの帯状領域３３および３４が設けられているが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、帯状領域は、ｘ軸方向における一方の端部、つまり上流側または下流側の一方の端部にのみ設けられていてもよい。

端部流路材４２の材料、形状等の構成としては、上述の高供給側流路材４１および低流路材４１Ｂと同様の構成が適用可能である。ただし、１枚の分離膜において、端部流路材４２と、高流路材４１Ａおよび低流路材４１Ｂとについて、適用される形状、材料は同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、端部流路材４２の寸法は、高流路材４１Ａまたは低流路材４１Ｂについて上述した高さ／幅の比を満たさなくてもよいが、満たすことが好ましい。

個々の端部流路材４２は、直線状であって、その長手方向は、集水管２の長手方向（ｘ軸方向）に対して斜めに配置される。特に、図２では端部流路材４２は互いに平行に配置されている。つまり、図１７において、端部流路材４２はストライプ形状を呈している。

「斜め」とは、平行な配置および垂直な配置から外れることを意味する。つまり、端部流路材４２の長手方向とｘ軸方向との間の角度θは、０°より大きく９０°未満である。なお、角度θは鋭角の絶対値を指す。つまり、ｘ軸に対して互いに線対称な２つの樹脂体は、同じ角度θを示す。

角度θが９０°未満であることで、原流体１０１の流れが乱されるので、濃度分極が起こりにくく、良好な分離性能が実現される。角度θが０°より大きいことで、濃度分極の抑制効果がより高まる。また、角度θが、６０°以下であることで、原流体の流動抵抗が比較的低く、かつ濃度分極に対して高い抑制効果を得ることができる。さらに、流動抵抗を低減しつつ、乱流効果を生むために、１５°より大きく４５°以下であることがより好ましい。

端部流路材４２は、向かい合う供給側の面の両方に、互いに交差するように配置されることで流路の高さをより大きく確保することができる。具体的には、上述のとおり斜めのストライプ状に配置された端部流路材４２は、折り畳みや貼り合わせによって分離膜リーフとしたときに図１８のようなクロス構造を形成するので、供給側流路の安定性を向上させることができる。

なお、ストライプ状の配置において、上流側の流路材と下流側の流路材とは、平行であってもよいし、非平行であってもよい。例えば、ストライプ状の配置において、上流側の流路材と下流側の流路材とは、ｙ軸に関して線対称であってもよいし、非対称であってもよい。

上述の高流路材および低流路材は、以上に述べた帯状端部３３および３４の間に配置される。

＜流路材の形成方法＞
高流路材、低流路材および端部流路材を分離膜の供給側の面に配置する方法は特に限定されないが、ノズル型のホットメルトアプリケーター、スプレー型のホットメルトアプリケーター、フラットノズル型のホットメルトアプリケーター、ロール型コーター、グラビア法、押出型コーター、印刷、噴霧などの方法が用いられる。

＜材料＞
流路材を構成する成分としては特に限定されないが、耐薬品性の点で、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンや共重合ポリオレフィンなどが好ましく、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などのポリマーも選択できる。ただし、熱可塑性樹脂であれば成形が容易であるため、流路材の形状を均一にできる。

〔３．透過側流路材〕
透過側流路材５は、透過水が有孔集水管に到達することができるように構成されていればよく、形状、大きさ、素材等は具体的な構成に限定されるものではない。

透過側流路材５は、分離膜と異なる組成を有することで、圧力に対して分離膜よりも高い耐性を示すことができる。具体的には、透過側流路材５は、特に分離膜の面方向に垂直な方向における圧力に対して、分離膜よりも高い形状保持力を有する材料で形成されることが好ましい。これによって、透過側流路材５は、繰り返しの通水又は高圧下での通水を経ても、透過側流路を確保することができる。

例えば、透過側流路材５として、トリコット、目の粗いネット状物、棒状、円柱状、ドット状物、発泡物、粉末状物、それらの組み合わせなどが使用することができる。組成としては特に限定されないが、耐薬品性の点で、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリエチレン、ポリポリプロピレンなどのポリオレフィンや共重合ポリオレフィン、ポリエステル、ウレタン、エポキシなどの樹脂などが好ましく、熱可塑性樹脂だけでなく、熱や光による硬化性樹脂を使用することもできる。これらを単独もしくは２種類以上からなる混合物として用いることができる。ただし、熱可塑性樹脂であれば成形が容易であるため、流路材の形状を均一にできる。

母材としてこれらの樹脂を含有し、さらに充てん材を含有する複合材も、適用可能である。流路材の圧縮弾性率は、母材に多孔質無機物などの充てん材を添加することで高められる。具体的にはケイ酸ナトリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等のアルカリ土類金属のケイ酸塩、シリカ、アルミナ、酸化チタン等の金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等のアルカリ土類金属の炭酸塩等を充てん材として用いることができる。なお、充てん材の添加量は、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に限定されない。

分離膜３中に、より具体的には基材中に、透過側流路材５の成分が含浸していてもよい。分離膜の基材側、すなわち透過側に流路材５を配置し、ホットメルト法などで基材側から加熱すると、分離膜の裏側から表側に向かって透過側流路材５の含浸が進行する。含浸が進行するにつれて流路材と基材との接着が強固になり、加圧ろ過しても流路材が基材から剥離しにくくなる。

ただし、透過側流路材５の成分が分離機能層（供給側の面３１）の近傍まで含浸していると、加圧ろ過した際に含浸した流路材が分離機能層を破壊してしまう。そのため、透過側流路材５の成分が基材に含浸している場合、基材の厚みに対する透過側流路材５の含浸厚みの割合（すなわち含浸率）は、５％以上９５％以下の範囲であることが好ましく、１０％以上８０％以下の範囲であることがより好ましく、２０％以上６０％以下の範囲であることがさらに好ましい。なお、含浸厚みとは流路材最大含浸厚みを指し、流路材最大含浸厚みとは、１つの断面において、その流路材に対応する含浸部の厚みの最大値を意味する。

透過側流路材５の含浸厚みは、例えば、透過側流路材５を構成する材料の種類（より具体的には樹脂の種類）及び／又は材料の量を変更することで、調整可能である。また、透過側流路材５をホットメルト法によって設ける場合には、処理温度等を変更することによっても、含浸厚みを調整することができる。

なお、透過側流路材５の含浸部を含む基材を示差走査熱量測定といった熱分析に供することにより、基材とは別に透過側流路材５の成分に起因するピークが得られれば、流路材５が基材に含浸していることを確認することができる。

流路材５の基材への含浸率は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、原子間顕微鏡により、流路材５が存在する分離膜の断面を観察して流路材含浸厚みと基材厚みを算出することができる。例えば走査型電子顕微鏡で観察するのであれば分離膜を流路材５と共に深さ方向に切断し、断面を走査型電子顕微鏡で観察して、流路材含浸厚みと基材厚みを測定する。そして、基材中の流路材５が最も含浸している流路材最大含浸厚みと基材厚みの比から算出できる。なお、含浸深さを算出する場合の「基材厚み」とは、最大含浸厚みを測定した部分と同一箇所における基材の厚みである。

透過側流路材５は、連続形状であってもよいし、不連続形状であってもよい。

透過側流路材５として、連続形状を有する部材の例として、トリコットについては既に挙げた。連続の定義についてはすでに述べた。連続形状を有する部材としては、他に、織物、編み物（ネット等）、不織布、多孔性材料（多孔性フィルム等）などが挙げられる。

また、不連続の定義についても既に述べたとおりである。不連続な流路材の形状としては、具体的には、ドット状、粒状、線状、半球状、柱状（円柱状、角柱状等を含む）、又は壁状等が挙げられる。１枚の分離膜上に設けられた、線状又は壁状の複数の流路材は、互いに交差しないように配置されていればよく、具体的には、互いに平行に配置されてもよい。

不連続形状の透過側流路材を構成する個々の樹脂体の形状は、特に限定されないが、透過水流路の流動抵抗を少なくし、かつ分離膜エレメントに原流体を供給、透過させた際の流路を安定化させることが好ましい。不連続形状の透過側流路材の一単位を分離膜の透過側の面に垂直な方向から観察した平面視形状としては、例えば、楕円、円、長円、台形、三角形、長方形、正方形、平行四辺形、菱形、不定形が挙げられる。また、分離膜の面方向に垂直な断面において、透過側流路材は、上部から下部に向かって（つまり、厚み方向における透過側流路材の頂点から、透過側流路材が設けられた分離膜に向かって）、幅が広がる形状、狭まる形状、一定の幅を示す形状のいずれであってもよい。

分離膜エレメントにおける透過側流路材の厚みは０．０３ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、これらの範囲であれば安定した透過水の流路を確保することができる。

透過側流路材の厚みは、例えばホットメルト加工法で不連続形状の透過側流路材を配置させる場合では処理温度や選択するホットメルト用の樹脂を変更することで、要求される分離特性や透過性能の条件を満足できるように自由に調整することができる。

〔４．集水管〕
集水管２は、その中を透過水が流れるように構成されていればよく、材質、形状、大きさ等は特に限定されない。集水管２としては、例えば、複数の孔が設けられた側面を有する円筒状の部材が用いられる。

〔５．分離膜エレメントの製造方法〕
（５−１）分離膜本体の製造
分離膜本体の製造方法については上述したが、簡単にまとめると以下のとおりである。

良溶媒に樹脂を溶解し、得られた樹脂溶液を基材にキャストして純水中に浸漬して多孔性支持層と基材を複合させる。その後、上述したように、多孔性支持層上に分離機能層を形成する。さらに、必要に応じて分離性能、透過性能を高めるべく、塩素、酸、アルカリ、亜硝酸などの化学処理を施し、さらにモノマー等を洗浄し分離膜本体の連続シートを作製する。

（５−２）供給側流路材の配置
分離膜の製造方法は、分離膜本体の供給側の面に、供給側流路材を固着する工程を備える。この工程は、分離膜製造のどの時点で行われてもよい。例えば、供給側流路材は、基材上に多孔性支持層が形成される前に設けられてもよいし、多孔性支持層が設けられた後であって分離機能層が形成される前に設けられてもよいし、分離機能層が形成された後、上述の化学処理が施される前または後に行われてもよい。

流路材を配置する方法は上述したとおりである。

（５−３）透過側流路の形成
透過側流路材の形成には、供給側流路材の形成と同じ方法およびタイミングを適用することができる。

透過側流路がトリコット等の連続的に形成された部材である場合は、分離膜本体に透過側流路材が配置されることで分離膜が製造された後、この分離膜と透過側流路材とを重ね合わせればよい。

（５−４）分離膜の積層および巻回
分離膜エレメントの製造には、従来のエレメント製作装置を用いることができる。また、エレメント作製方法としては、参考文献（特公昭４４−１４２１６、特公平４−１１９２８、特開平１１−２２６３６６）に記載される方法を用いることができる。詳細には以下の通りである。

１枚の分離膜を透過側面が内側を向くように折り畳んで貼り合わせることで、または２枚の分離膜を透過側面が内側を向くように重ねて貼り合わせることで、封筒状膜が形成される。上述したように、封筒状膜は三辺が封止される。封止は、接着剤またはホットメルト等による接着、熱またはレーザによる融着等により実行できる。

封筒状膜の形成に用いられる接着剤は、粘度が４０Ｐｏｉｓｅ以上１５０Ｐｏｉｓｅ以下の範囲内であることが好ましく、さらに５０Ｐｏｉｓｅ以上１２０Ｐｏｉｓｅ以下がより好ましい。分離膜にしわが発生すると、分離膜エレメントの性能が低下することがあるが、接着剤粘度が、１５０Ｐｏｉｓｅ以下であることで、分離膜を集水管に巻囲するときに、しわが発生しにくくなる。また、接着剤粘度が４０Ｐｏｉｓｅ以上である場合、分離膜間からの接着剤の流出が抑制され、不要な部分に接着剤が付着する危険性が低下する。

接着剤の塗布量は、分離膜が集水管に巻囲された後に、接着剤が塗布される部分の幅が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるような量であることが好ましい。これによって、分離膜が確実に接着されるので、原流体の透過側への流入が抑制される。また、有効膜面積も比較的大きく確保することができる。

接着剤としてはウレタン系接着剤が好ましい。特に、粘度を４０Ｐｏｉｓｅ以上１５０Ｐｏｉｓｅ以下の範囲とするには、接着剤が、主剤としてのイソシアネートと硬化剤としてのポリオールとを、ポリオール／イソシアネートの重量比が１以上５以下になるように含有することが好ましい。接着剤の粘度は、予め主剤、硬化剤単体、及び配合割合を規定した混合物の粘度をＢ型粘度計（ＪＩＳ Ｋ ６８３３）で測定される。

こうして接着剤が塗布された分離膜は、封筒状膜の閉口部分が巻回方向内側に位置するように配置され、集水管の周囲に分離膜を巻きつけられる。こうして、分離膜がスパイラル状に巻回される。

（５−５）その他の工程
分離膜エレメントの製造方法は、上述のように形成された分離膜の巻回体の外側に、フィルムおよびフィラメント等をさらに巻きつけることを含んでいてもよいし、集水管の長手方向における分離膜の端を切りそろえるエッジカット、端板の取り付け等のさらなる工程を含んでいてもよい。

〔６．分離膜エレメントの利用〕
分離膜エレメントは、さらに、直列または並列に接続して圧力容器に収納されることで、分離膜モジュールとして使用されてもよい。

また、上記の分離膜エレメント、モジュールは、それらに流体を供給するポンプや、その流体を前処理する装置などと組み合わせて、流体分離装置を構成することができる。この分離装置を用いることにより、例えば原水を飲料水などの透過水と膜を透過しなかった濃縮水とに分離して、目的にあった水を得ることができる。

流体分離装置の操作圧力は高い方が除去率は向上するが、運転に必要なエネルギーも増加すること、また、分離膜エレメントの供給流路、透過流路の保持性を考慮すると、膜モジュールに被処理水を透過する際の操作圧力は、０．２〜５ＭＰａが好ましい。供給される原水の温度は、高くなると塩除去率が低下するが、低くなるにしたがい膜透過流束も減少するので、５〜４５℃が好ましい。また、原水のｐＨが中性領域にある場合、原水が海水などの高塩濃度の液体であっても、マグネシウムなどのスケールの発生が抑制され、また、膜の劣化も抑制される。

分離膜エレメントによって処理される流体は特に限定されないが、水処理に使用する場合、原水としては、５００ｍｇ／Ｌ以上１００ｇ／Ｌ以下のＴＤＳ（Ｔｏｔａｌ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ：総溶解固形分）を含有する海水、かん水、排水等の液状混合物が挙げられる。一般に、ＴＤＳは総溶解固形分量を指し、「質量÷体積」あるいは「重量比」で表される。定義によれば、０．４５μｍのフィルターで濾過した溶液を３９．５〜４０．５℃の温度で蒸発させ残留物の重さから算出できるが、より簡便には実用塩分（Ｓ）から換算する。

以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。

（透過側の高さ）
キーエンス製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、５ｃｍ×５ｃｍの透過側の測定結果から平均の高さを解析した。０．０１ｍｍ以上の高さのある３０箇所を測定し、各高さの値を総和した値を測定総箇所の数で割って求めた。

（供給側流路材のピッチおよび間隔）
走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００）（日立製作所製）を用いて３０個の任意の流路材断面を５００倍で写真撮影した。分離膜の供給側における高い箇所の最も高いところから近接する高い箇所の最も高い箇所までの水平距離を２００箇所について測定し、その平均値をピッチとした。また、直近の流路材間の間隔は、最短距離を２００箇所について測定し、その平均値を算出することで求めた。

（流路材の投影面積比）
流路材と共に分離膜を５ｃｍ×５ｃｍで切り出し、レーザ顕微鏡（倍率１０〜５００倍の中から選択）を用い、ステージを移動させて、該流路材の全投影面積を測定した。該流路材を分離膜透過側または供給側から投影した時に得られる投影面積を切り出し面積で割った値を投影面積比とした。

（流路材のアスペクト比）
１つの流路材について、レーザ顕微鏡（倍率１０〜５００倍の中から選択）を用い、ステージを移動させて流路材上部を撮影し、長さ（長さ方向つまりＭＤにおける大きさの最大値）および幅（幅方向つまりＣＤにおける大きさの最大値）を測定し、幅を長さで除した値をアスペクト比とした。

（造水量）
分離膜または分離膜エレメントを用いて、原水として濃度２，０００ｍｇ／ＬかつｐＨ６．５の食塩水を用いて、運転圧力１．５ＭＰａ、運転温度２５℃として１００時間運転した後に１０分間のサンプリングを行い、膜の単位面積あたり、かつ１日あたりの透水量（立方メートル）を造水量（ｍ３／日）として表した。

（脱塩率（ＴＤＳ除去率））
造水量測定でサンプリングした透過水と原水のＴＤＳ濃度を伝導率測定により求め、下記式からＴＤＳ除去率を算出した。
ＴＤＳ除去率（％）＝１００×｛１−（透過水中のＴＤＳ濃度／原水中のＴＤＳ濃度）｝
なお、１時間後の測定値と２時間後の測定値で０．１％以上の変化をした場合に、その結果を付記した。

（実施例１）
ポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布（糸径：１デシテックス、厚み：約０．０９ｍｍ、通気度：１ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ）上にポリスルホンの１５．０重量％のＤＭＦ溶液を０．１８ｍｍの厚みで室温（２５℃）にてキャストし、ただちに純水中に浸漬して５分間放置することによって繊維補強ポリスルホン支持膜からなる多孔性支持層（厚さ０．１３ｍｍ）ロールを作製した。

その後、多孔性支持層ロールを巻き出し、ポリスルホン表面に、ｍ−ＰＤＡの２．２重量％水溶液中に２分間浸漬し、該支持膜を垂直方向にゆっくりと引き上げた。エアーノズルから窒素を吹き付け支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド０．１９６重量％を含むｎ−デカン溶液を表面が完全に濡れるように塗布して１分間静置した。その後、膜から余分な溶液をエアブロー除去し、８５℃の熱水で洗浄し、エアブローで液切りして、ロール状に巻かれた分離膜本体を得た。

次いで、分離膜本体の供給側の面（つまりｎ−デカン溶液が塗布された面）に、図１９に示す形態の供給側流路材を形成した。具体的には、グラビアロールを用い、かつバックアップロールを２０℃に温度調節しながらポリオレフィン系ホットメルト接着剤（商品名：ＰＨＣ−９２７５、積水フーラー社製）を樹脂温度１４０℃、走行速度５．０ｍ／ｍｉｎで分離膜本体に塗布した。

高流路材４１Ａの平面形状は楕円であり、高流路材４１Ａの高さは０．７ｍｍであり、長さは０．５ｍｍであり、アスペクト比は２であり、長さ方向のピッチは３ｍｍであった。原水の流れ方向に近接する２つの高流路材４１Ａとで形成する角度は９０°（表中には形成角と記載））であり、膜表面から７０μｍの間での領域において、供給側流路材の幅は膜表面に近づくにつれて広がっていた。

また、低流路材４１Ｂの平面形状は円であり、高さは０．２５ｍｍであり、長さは０．４ｍｍであり、アスペクト比は１であった。低流路材は、２つの高流路材４１Ａの間に、長さ方向において中間に位置するように、１つずつ配置された。膜表面から７０μｍの間での幅は、高さ方向に広がっていた。

なお、高流路材および低流路材は、分離膜リーフにおいて向かい合う２つの供給側の面のうち、片方にのみ配置されるように、形成された。

該ドットを配置した分離膜を４３ｃｍ２に切り取り、圧力容器に入れて、上述の条件で運転したところ、造水量および脱塩率は０．９９ｍ３／ｍ２／ｄａｙおよび９９．０％であった。

以下、実施例および比較例の結果を表１〜表３に示す。

（実施例２）
実施例１で得た分離膜ロールを、分離膜エレメントでの有効面積が３７．０ｍ２となるように折り畳み、さらに断裁することで、幅１，０００ｍｍの分離膜リーフを得た。上述のとおり、高流路材および低流路材は、分離膜リーフにおいて互いに対向する供給側の面の片方のみに配置された。

透過側流路材としてトリコット（厚み：０．３ｍｍ、溝幅：０．２ｍｍ、畦幅：０．３ｍｍ、溝深さ：０．１０５ｍｍ）を間に挟んで、２６枚の分離膜リーフを重ねた。

透過側流路材としてトリコット（厚み：０．３ｍｍ、溝幅：０．２ｍｍ、畦幅：０．３ｍｍ、溝深さ：０．１０５ｍｍ）を間に挟んで、２６枚の分離膜リーフを重ねた。得られた積層対を、ＡＢＳ製集水管（幅：１，０２０ｍｍ、径：３０ｍｍ、孔数４０個×直線状１列）にスパイラル状に巻き付けた。さらに外周にフィルムを巻き付け、テープで固定した後に、エッジカット、端板取りつけ、およびフィラメントワインディングを行い、８インチエレメントを作製した。分離膜エレメントにおける有効膜面積は３７．０ｍ２であった。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３１．２ｍ３／ｄａｙおよび９８．７％だった。

（実施例３）
高流路材４１Ａの、原水の流れ方向に近接する２つの高流路材４１Ａとで形成する角度を２５°としたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は２８．５ｍ３／ｄａｙおよび９９．１％だった。

（実施例４）
高流路材４１Ａの、原水の流れ方向に近接する２つの高流路材４１Ａとで形成する角度を１５０°としたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３２．６ｍ３／ｄａｙおよび９８．０％だった。

（実施例５）
高流路材４１Ａのアスペクト比を１としたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３０．９ｍ３／ｄａｙおよび９９．０％だった。

（実施例６）
高流路材４１Ａのアスペクト比を１０としたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３１．７ｍ３／ｄａｙおよび９８．４％だった。

（実施例７）
高流路材４１Ａの高さを０．４５ｍｍとしたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は２７．０ｍ３／ｄａｙおよび９９．０％だった。

（実施例８）
高流路材４１Ａの高さを１．６ｍｍとしたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３２．９ｍ３／ｄａｙおよび９８．１％だった。

（実施例９）
低流路材４１Ｂの高さを０．０５ｍｍとしたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３２．０ｍ３／ｄａｙおよび９８．０％だった。

（実施例１０）
低流路材４１Ｂの高さを０．４ｍｍとしたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３１．０ｍ３／ｄａｙおよび９８．７％だった。

（実施例１１）
低流路材４１Ｂを、図２０のように長さ方向に連続させたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３０．０ｍ３／ｄａｙおよび９９．２％だった。

（実施例１２）
分離膜本体の供給側の両端部に、端部流路材を設けたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜ロールを作製した。端部流路材として、斜行角４０°、線幅１ｍｍ、高さ０．４１５ｍｍ、ピッチ３ｍｍのストライプ状に、ホットメルトを塗布した。端部流路材が形成された領域は、図２に示すように帯状であり、この帯状領域の幅は４０ｍｍであった。また、帯状領域は、供給側の面で向かい合う２枚の分離膜の両方に、互いに重なるように形成された。重なる端部流路材の高さの合計値は０．８３ｍｍであった。

なお、ドットは、エレメントに組み込んだときに向かい合う供給側の面の一方のみに設け、端部流路材は、向かい合う供給側の面の両方に設けた。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３０．６ｍ３／ｄａｙおよび９９．０％だった。

（実施例１３）
トリコットの代わりに分離膜透過側にスリット幅０．５ｍｍ、ピッチ１．０ｍｍの櫛形シムを装填したアプリケーターを用いて、分離膜エレメントとした場合に集水管の長手方向に対して垂直かつ封筒状膜とした場合に巻回方向の内側端部から外側端部まで集水管の長手方向に対して垂直になるよう直線状にかつ、バックアップロールを２０℃に温度調節しながらエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（商品名：７０１Ａ）を樹脂温度１３０℃、走行速度５．５ｍ／ｍｉｎで直線状に塗布して、高さ０．３、流路材幅０．９ｍｍ、集水管の長手方向における流路材間隔０．５ｍｍ、ピッチ１．０ｍｍ、投影面積比０．５０の流路材を分離膜の全体に固着させた。

こうして得られた分離膜ロールを用いて、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３４．２ｍ３／ｄａｙおよび９８．５％だった。

（実施例１４）
基材を長繊維不織布に変更したこと以外は、全て実施例１と同様の方法で分離膜ロールを作製した。基材の繊維配向度は、多孔性支持層側表層で２０°、多孔性支持層とは反対側の表層で４０°であった。なお、ドットは、エレメントに組み込んだときに向かい合う供給側の面の一方のみに設け、帯状領域は、向かい合う供給側の面の両方に設けた。

こうして得られた分離膜ロールを用いて、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３１．５ｍ３／ｄａｙおよび９８．７％だった。

（実施例１５）
バックアップロール温度を５℃に変更し、さらに高流路材４１Ａおよび低流路材４１Ｂにおいて膜表面から７０μｍの領域において、供給側流路材の幅は膜表面に近づくにつれて狭める形状にしたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は２８．２ｍ３／ｄａｙおよび９８．０％だった。

（実施例１６）
バックアップロール温度を１２℃に変更し、高流路材４１Ａおよび低流路材４１Ｂにおいて膜表面から７０μｍの間で幅を高さ方向に一定にしたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３０．０ｍ３／ｄａｙおよび９８．３％だった。

（実施例１７〜２０）
グラビアロールを変更し、低流路材４１Ｂの形状を表３および４の通りにしたこと以外は全て実施例１と同様に分離膜を作製した。

その後、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は表３および表４の通りだった。

（比較例１）
供給側に不連続な流路材を配置せず、ネット（厚み：０．７ｍｍ、ピッチ：４ｍｍ×４ｍｍ、繊維径：０．３５ｍｍ、投影面積比：０．２０）を使用したこと以外は全て実施例２と同様に分離膜ロールを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は２７．５ｍ３／ｄａｙおよび９９．０％であった。

（比較例２）
低流路材４１Ｂを配置しなかったこと以外は全て実施例２と同様に分離膜ロールを作製した。

こうして得られた分離膜ロールを用いて、実施例２と同様にして、８インチエレメントを作製した。

該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行ったところ、造水量および脱塩率は３１．３ｍ３／ｄａｙおよび９４．９％だった。

結果から明らかなように、実施例の分離膜および分離膜エレメントは、高造水性能、安定運転性能、優れた除去性能を有している。

本発明の膜エレメントは、特に、かん水や海水の脱塩に好適に用いることができる。

１ 分離膜エレメント
２ 集水管
２１ 分離膜エレメントの上流側の端部
２２ 分離膜エレメントの下流側の端部
３ 分離膜
３０ 分離膜本体
３１ 分離膜の供給側の面
３２ 分離膜の透過側の面
３３，３４ 帯状領域
４１Ａ、 高流路材
４１Ｂ 低流路材
４２ 端部流路材
５ 透過側流路材
６ 封筒状膜
７ 上流側の端板
８ 下流側の端板
１０１ 原水
１０２ 透過水
１０３ 濃縮水
Ｈ１ 高流路材の高さ
Ｈ２ 低流路材の高さ
Ｗ０ 集水管長手方向（幅方向）における分離膜の幅
Ｗ１、Ｗ２ 同方向における帯状領域の幅

Claims (7)

1. 供給側の面と透過側の面とを有する分離膜本体と、
   前記分離膜本体の供給側の面上に固着し、高さＨ１が０．４５ｍm以上２ｍm以下の複数の高流路材と、
   前記分離膜本体の供給側の面に固着し、高さＨ２が０．０３ｍm以上０．４ｍm以下であり、前記高流路材の間に配置される低流路材と、
   を備える分離膜。
2. 前記高流路材の高さＨ１と低流路材の高さＨ２とが、０．１≦（Ｈ２／Ｈ１）≦０．９を満たす
   請求項１に記載の分離膜。
3. 平面視において、前記高流路材および低流路材の少なくとも一方のアスペクト比が１以上１５以下である
   請求項１または２に記載の分離膜。
4. 前記高流路材と、原水の流れ方向でその高流路材に近接する２つの高流路材とを結ぶ直線が形成する角度が、２０°以上１６０°以下である
   請求項１〜３のいずれかに記載の分離膜。
5. 前記低流路材が２つの前記高流路材の間で連続するように配置されている
   請求項１〜４のいずれかに記載の分離膜。
6. 前記分離膜の少なくとも一部は、前記分離膜本体の供給側の面で、前記集水管の長手方向における少なくとも一方の端部に、端部流路材が固着した帯状領域を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の分離膜。
7. 集水管と、
   前記集水管の周囲に巻囲された請求項１〜６のいずれかに記載の分離膜を含む分離膜エレメント。