JP2018034089A - 分離膜エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、高回収率運転下においても高い造水量と除去性能を有し、かつスケールが生じにくい分離膜エレメントを提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明の分離膜エレメントは、供給側の面と透過側の面とを有し、透過側の面同士が向かい合うように配置される分離膜と、前記分離膜の前記供給側の面の間に設けられる供給側流路材と、前記分離膜の前記透過側の面の間に設けられる透過側流路材と、を備え、
有孔中心管のまわりに前記分離膜、前記供給側流路材、前記透過側流路材が巻回されることで巻回体が形成され、前記有孔中心管の長手方向における前記巻回体の一端面から原水を供給し、前記巻回体の他端面から排出され、前記他端面の流路閉口率が３５〜９５％である。
【選択図】 図４

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。

海水およびかん水などに含まれるイオン性物質を除くための技術においては、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、正浸透膜に分類される。これらの膜は、例えば海水、かん水および有害物を含んだ水などからの飲料水の製造、工業用超純水の製造、並びに排水処理および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。

分離膜エレメントとしては様々な形態があるが、分離膜の一方の面に供給水を供給し、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、束ねられた多数の分離膜を備えることで、１個の分離膜エレメントあたりの膜面積が大きくなるように、つまり１個の分離膜エレメントあたりに得られる透過水の量が大きくなるように形成されている。分離膜エレメントとしては、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の形状が提案されている。

例えば、逆浸透ろ過には、スパイラル型分離膜エレメントが広く用いられる。スパイラル型分離膜エレメントは、中心管と、中心管の周囲に巻き付けられた積層体とを備える。積層体は、供給水（つまり被処理水）を分離膜表面へ供給する供給水側流路材、供給水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水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が積層されることで形成される。スパイラル型分離膜エレメントは、供給水に圧力を付与することができるので、透過水を多く取り出すことができる点で好ましく用いられている。

近年、造水コストの低減への要求の高まりから、分離膜エレメントの高性能化が求められている。例えば、分離膜エレメントの分離性能を向上させるために、膜面の乱流効果を高め、濃度分極を抑制できるような流路材部材および分離膜エレメント構造が提案されている。

具体的には、特許文献１および特許文献２では、分離膜の供給側表面に凸部および溝を設けることによって、膜面の乱流効果を増加させた分離膜エレメントが提案されている。

特開２０１０−１２５４１８号公報 特開２０１２−６６２３９号公報

特許文献１や特許文献２に記載の分離膜エレメントでは、膜面の乱流効果を高め、濃度分極を抑制することができるが、特に高回収率運転（回収率：エレメントに供給する供給水量に対する造水量の割合）を実施する場合には、供給水出口に近づくにつれて、供給水の流量が少なくなることで、膜面の乱流効果が低減し、濃度分極の抑制が不十分となり、造水性や除去性能の低下、およびスケールが発生しやすい問題がある。そこで、本発明では、高回収率運転下においても濃度分極を抑制することで、高い造水量と除去性能を有し、かつスケールが生じにくい分離膜エレメントを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の分離膜エレメントは、前記分離膜の前記供給側の面の間に設けられる供給側流路材と、前記分離膜の前記透過側の面の間に設けられる透過側流路材と、を備え、有孔中心管のまわりに前記分離膜、前記供給側流路材、前記透過側流路材が巻回されることで巻回体が形成され、前記有孔中心管の長手方向における前記巻回体の一端面から原水を供給し、前記巻回体の他端面から排出され、前記他端面の流路閉口率が３５〜９５％であることを特徴とする。

本発明によれば、高回収率運転を行った際にも、十分な膜面乱流効果が得られ、濃度分極を抑制し、高い造水量と除去性能を有し、かつスケールが生じにくく分離膜エレメントの寿命を向上させることができる。

一般的な分離膜エレメントを示す分解斜視図である。 一般的な分離膜エレメントの展開図の一例である。 本発明の分離膜エレメントの展開図の一例である。 本発明の分離膜エレメントの展開図の一例である。 本発明の分離膜エレメントの展開図の一例である。 本発明の分離膜エレメントの展開図の一例である。 本発明の分離膜エレメントの展開図の一例である。 本発明の分離膜エレメントの展開図の一例である。 本発明の分離膜エレメントの展開図の一例である。 本発明の分離膜エレメントの展開図の一例である。 図１０に記載の分離膜エレメントの端面を示す断面図である。

次に、本発明の分離膜エレメントの実施形態について、詳細に説明する。

（１）概要
図１に分離膜エレメント１の分解斜視図を示す。図１に示すように、一般的な分離膜エレメント１は、集水管２、分離膜３、供給側流路材４、透過側流路材５、テレスコープ防止板７１および７２を備える。分離膜３と供給側流路材４と透過側流路材５とは、重ねられて膜ユニット６を形成している。供給側流路材４は、２枚の分離膜３の間で供給側流路を形成し、透過側流路５は、２枚の分離膜３の間で透過側流路を形成する。膜ユニット６は、集水管２の周囲にスパイラル状に巻回されて、巻回体６１を形成している。巻回体６１の外側には図示しないフィラメントまたはフィルムが巻き付けられている。

巻回体６１の両端には、巻回体６１がテレスコープ状に変形することを防止するために、テレスコープ防止板７１および７２が装着されているが、低圧で運転するような浄水器用途であれば、テレスコープ防止板７１および７２は備えていなくても構わない。

（２）分離膜
＜概要＞
分離膜３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３は、単一層であってもよいし、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、さらに多孔性支持層があってもよい。

＜分離機能層＞
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、およびポリスルホンから選ばれるポリマーを主成分として含有する層が好ましく適用される。

一方、分離機能層としては、孔径の制御が容易であり、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、供給流体１０１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得られるポリアミド分離機能層や、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できる。例えば、多孔性支持層上に多官能アミン水溶液を塗布し、余分な多官能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、重縮合がおきポリアミド分離機能層が得られる。

＜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、樹脂が素材の場合多孔性樹脂層とも言い換えることができる。

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、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という）溶液を、後述する基材（例えば密に織ったポリエステル不織布）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できる。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。

＜基材＞
分離膜３の強度、寸法安定性等の観点から、分離膜３は基材を有してもよい。基材としては、強度、流体透過性の点で繊維状の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それぞれを好ましく用いることができる。

（３）供給側流路材
供給側流路材４は、分離膜３の供給側の面に挟まれるように配置され、分離膜３に供給流体１０１および１０３を供給する流路（すなわち供給側流路）を形成する。さらに供給流体１０１および１０３の濃度分極を抑制するために、供給流体１０１および１０３の流れを乱すような形状になっていることが好ましい。

なお、１つの分離膜エレメント１に供給される流体と、その分離膜エレメント１の供給側流路から排出する流体とを、便宜上、それぞれ供給流体１０１と濃縮流体１０３と呼ぶ。

供給側流路材４は、フィルムやネットのような連続形状を有している部材であってもよいし、あるいは分離膜３に対して０より大きく１未満である投影面積比を示す不連続形状を有するものであってもよい。また、供給側流路材４は分離膜３と分離可能であってもよいし、分離膜３に固着していてもよい。

なお、供給側流路材４の素材は特に限定されず、分離膜３と同素材であっても異素材であっても良い。

供給側流路では、流路を安定に形成することも重要であるが、通過する流体が透過側流路よりも多量であるため圧力損失を低減することも重要である。そのため、供給側流路材４の投影面積比は０．０３〜０．８であることが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．５、さらに好ましくは、０．０８〜０．３５である。

供給側流路材４の分離膜３に対する投影面積比は、供給側流路材４を膜面に垂直な方向からマイクロスコープなどによって撮影した画像を解析することによって算出することができる。

供給側流路材４の厚みが大きいと圧力損失が小さくなるが、エレメント化した場合にベッセルに充填できる膜面積が小さくなる。厚みが小さいと流路の圧力損失が大きくなり、分離特性や水透過性能が低下してしまう。そのため、エレメントの造水能力が低下し、造水量を増加させるための運転コストが高くなる。従って、上述した各性能のバランスや運転コストを考慮すると、供給側流路材４の厚みは８０〜２０００μｍであってもよく、好ましくは２００〜１０００μｍである。

供給側流路材４の厚みは、市販の厚み測定器により直接測定することもできるし、あるいはマイクロスコープを用いて撮影した画像を解析することによって測定することもできる。

供給側流路材４がネットである場合、ネットは複数の糸により構成されている。複数の糸は、交点において互いに交差し、交点部分が最も厚みが大きくなる。

ネットを構成する糸の径は糸の長さ方向において一定であってもよく、長さ方向に一様に増加または減少してもよく、増加と減少を繰り返すような形態であっても良い。糸の径が長さ方向において増加と減少を繰り返すような形態である場合、糸径が最も大きくなる箇所で複数の糸が交差するような形態であることが好ましい。糸径が最も大きくなる箇所で複数の糸が交差することによって、供給側流路の圧力損失を低くすることができる。

また、交差する複数の糸の径は同じであっても異なっていても良い。交差する複数の糸の径が異なっている場合、厚みが一定であれば、径の小さい糸は圧力損失の低減効果が大きく、径の大きい糸は流れを乱す乱流効果が大きくなる。

上述の圧力損失と乱流効果のバランスから、ネットを構成する糸断面の径は、（最小部の径）／（最大部の径）が０．１以上０．７以下であることが好ましく、より好ましくは０．３以上０．６以下である。

ネットを構成する糸の傾斜角は、供給流体の流れる方向に対して、平行方向であれば、圧力損失を低くすることができるが、濃度分極低減効果は小さくなり、垂直方向であれば、圧力損失は高くなるが、濃度分極低減効果を大きくすることができる。本発明の分離膜エレメントを供給流体の排出端面および／または供給端面を部分的に閉口するため、分離膜エレメント内の供給流体の平均的な流れの向きは、端面の閉口部と閉口率によって異なる。
圧力損失と濃度分極低減効果のバランスから、糸の傾斜角度は供給流体の平均流れ角度に対して、−６０°以上６０°以下であることが好ましい。

複数の糸が交差する交点の間隔は、大きいほど圧力損失は小さくなり、小さいと圧力損失は大きくなる。それらのバランスから、交点間隔は、１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１．１ｍｍ以上８ｍｍ以下がより好ましく、１．２ｍｍ以上５ｍｍ以下がさらに好ましい。

ネットを構成する糸の断面形状は特に限定されず、楕円、円、三角形、四角形、不定形などを用いることができるが、ネットと分離膜表面が接する部分の面積が小さいと分離膜表面とネットの擦れによる分離膜性能の低下を抑制することができるうえ、流れのデッドゾーンを小さくすることができ、濃度分極を抑制することができるため、好ましい。ネットと分離膜表面が接する部分の分離膜に対する投影面積比は、０．０１以上０．２５以下であることが好ましく、０．０２以上０．２以下がより好ましい。

ネットを構成する糸の材質は、供給側流路材としての剛性を維持することができ、分離膜表面を傷つけないものであれば特に限定されず、分離膜と同素材であっても異素材であってもよく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエステル、ポリウレタン、熱硬化性エラストマーなどが好ましく用いられる。
（４）供給側流路端面
図２に分離膜エレメント１の展開図を示す。図２は、集水管２に巻回される前の集水管２と分離膜３の様子を示した図であり、一般的な分離膜エレメントでは、分離膜巻回体の一端面から供給水が供給され（１０１）、他端面から濃縮水が排出される（１０３）。

以下、巻回体に供給水が供給される一端面のことを、供給水流入端面と呼び、濃縮水が排出される巻回体の他端面のことを、供給水排出端面と呼ぶ。

本発明の分離膜エレメントは、供給側流路の供給水排出端面（濃縮水端面）の流路閉口率が３５〜９５％である。供給水排出端面の流路閉口率がこの範囲内であることによって、供給水の流路が排出端面に近づくにつれて狭くなることで、特に高回収率で運転した場合においても、供給水の膜面線速度を大きく保つことができ、濃度分極を抑制することができる。より好ましくは流路閉口率は６０％〜９５％、さらに好ましくは７５％〜９５％である。

供給側流路の供給水排出端面（濃縮水端面）の流路閉口部は、集水管の長手方向に垂直な方向を巻回方向とすると、図３や図４に示したように巻回方向の最外周部から内周にかけて連続的に閉口されていてもよく、図５に示したように最内周部から外周にかけて連続的に閉口されていてもよく、図６および図１０に示したように巻回方向に間欠的に閉口されていてもよい。巻回方向に間欠的に閉口される場合、閉口部一箇所の長さは、１〜１００ｍｍであることが好ましい。より好ましくは３〜１０ｍｍである。また、非閉口部（開口部）一箇所の長さは１〜１００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは３〜１０ｍｍである。

閉口部一箇所の長さは、巻回方向の内側から外側に向かって一定であっても変動してもよい。また、開口部一箇所の長さも巻回方向の内側から外側に向かって一定であってもよく、図１０および図１１に示したように徐々に広がるように変動してもよく、図示はしないが、徐々に狭まるように変動してもよい。

供給側流路の供給水流入端面の流路閉口率は５０〜９０％であってもよい。供給水流入端面の流路閉口率がこの範囲内であることによって、供給水の膜面線速度を大きくすることができ、濃度分極を抑制することができる。より好ましくは流路閉口率は６０％〜９０％、さらに好ましくは７５％〜９５％である。

供給側流路の供給水流入端面（供給水端面）の流路開口部は、図７に示したように巻回方向の最内周部から外周にかけて連続的に封止されていてもよく、図８に示したように最外周部から内周にかけて連続的に封止されていてもよく、図９に示したように巻回方向に間欠的に封止されていてもよい。

巻回方向に間欠的に閉口される場合、閉口部一箇所の長さは、１〜１００ｍｍであることが好ましい。より好ましくは３〜１０ｍｍである。また、非閉口部（開口）一箇所の長さは１〜１００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは３〜１０ｍｍである。

供給側流路の供給水排出端面（濃縮水端面）の流路閉口部が、巻回方向の最外周部から内周にかけて連続的に封止されている場合、図７に示したように供給側流路の供給水流入端面（供給水端面）の流路閉口部が、巻回方向の最内周部から外周にかけて連続的に封止されていることが好ましい。そのような閉口部とすることにより、流れのデッドゾーンを少なくすることができるため、好ましい。
また、供給側流路の供給水排出端面（濃縮水端面）の流路閉口部が、巻回方向の最内周部から外周にかけて連続的に封止されている場合、図８に示したように供給側流路の供給水流入端面（供給水端面）の流路閉口部が、巻回方向の最外周部から内周にかけて連続的に封止されていることが好ましい。そのような閉口部とすることにより、流れのデッドゾーンを少なくすることができるため、好ましい。

また、供給水排出端面の方が流量が少なくなるため、供給水流入端面と供給水排出端面の流路閉口率では、供給水流入端面よりも供給水排出端面の流路閉口率が高い方が好ましい。

供給水排出端面および供給水流入端面の流路閉口は、端面近傍が接着材等で封止されている、もしくは端面がキャップ等で封止されることによって閉口することができる。

接着剤等による封止は、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行うことができる。封止に用いられる接着剤は、粘度が４Ｐａ・ｓ以上１５Ｐａ・ｓ以下の範囲内であることが好ましく、さらに５Ｐａ・ｓ以上１２Ｐａ・ｓ以下がより好ましい。分離膜３にしわが発生すると、分離膜エレメント１の性能が低下することがあるが、接着剤粘度が、１５Ｐａ・ｓ以下であることで、分離膜３を集水管２に巻回するときに、しわが発生しにくくなる。また、接着剤粘度が４Ｐａ・ｓ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３が集水管２に巻回された後に、接着剤が塗布される部分の幅が５ｍｍ以上３０ｍｍ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、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く、粘度を４０Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下の範囲とするには、主剤のイソシアネートと硬化剤のポリオールとが、イソシアネート：ポリオール＝１：１〜１：５の割合で混合されたものが好ましい。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。

キャップによる封止は、あらかじめ所定の形状に形成したキャップを分離膜エレメントの巻回体の端部にはめ込むことによって行われる。この際、分離膜エレメントの巻回体端部とキャップの流路封止部の間に隙間が生じないようにする必要がある。分離膜エレメントの巻回体端部とキャップの流路封止部との間に隙間が生じないようにし、かつ供給側端部の封止を行うことができる構造であれば、テレスコープ防止板をキャップとして用いることができる。

キャップの材質は、所定の形状に形成可能であり、供給流体の封止が可能な強度を有していれば特に限定されないが、成型の容易性と強度、コストの面で樹脂が好ましく用いられる。それらの点において、樹脂の素材としては、ＡＢＳ、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましく用いられる。
（５）透過側流路材
透過側流路材５は、分離膜３の透過側の面に挟まれるように配置され、分離膜３を透過した流体を集水管２の孔まで導く透過側流路を形成する役割を担う。

透過側流路材５は、透過側流路の流動抵抗を低減し、かつ加圧ろ過下においても分離膜３の透過水流路への落ち込みを抑制し、流路を安定に形成させる点では、透過側流路材の横断面積比が０．３以上０．７５以下であることが好ましく、０．４以上０．６以下がより好ましい。本範囲の横断面積比を有する透過側流路材であればその種類は限定されず、従来のトリコットを流路が広がるように厚くした緯編物や繊維の目付量を低減した緯編物、不織布のような多孔性シートに突起物を配置したり、フィルムや不織布を凹凸加工した凹凸シートを用いることができる。

透過側流路材５の厚みは、厚ければ圧力損失を小さくすることができるものの、分離膜エレメント１の容器に充填できる膜面積が減少してしまう。薄ければ、分離膜エレメント１に充填可能な膜面積は大きくなるものの、圧力損失は大きくなってしまう。透過側流路材５の厚みは、好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、より好ましくは０．２ｍｍ〜０．４ｍｍである。

特定の横断面積比を有する透過側流路材を本発明の分離膜エレメントに配置することにより、透過側流路の流動抵抗を低減することができ、それに伴い、流動抵抗が大きい流路材を含む分離膜エレメントと、同じ回収率で運転した際、供給水の流速が速まり濃度分極を小さくでき、特に高回収率運転下における濃度分極の低減、スケール発生を抑制することができる。

一般的な分離膜エレメントは回収率３０％以下で運転するが、本発明の分離膜エレメントでは回収率３５％以上においても安定に作動することができ、回収率が高くなるほど従来の分離膜エレメントに対して優位性を発現することができる。

透過側流路材５の厚みは、厚ければ圧力損失を小さくすることができるものの、分離膜エレメント１の容器に充填できる膜面積が減少してしまう。薄ければ、分離膜エレメント１に充填可能な膜面積は大きくなるものの、圧力損失は大きくなってしまう。透過側流路材５の厚みは、好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、より好ましくは０．２ｍｍ〜０．４ｍｍである。

透過側流路材５の厚みは、市販の厚み測定器により直接測定することができる。

透過側流路材５の素材は、集水管２に容易に巻回できるものであればよく、分離膜３と異なることが好ましい。透過側流路材５の圧縮弾性率は、０．１ＧＰａ〜５ＧＰａであることが好ましい。弾性率がこの範囲内であれば、透過側流路材５を集水管２に容易に巻回することができる。具体的には、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが好ましく用いられる。

透過側流路材５の弾性率は、例えば、精密万能試験機を用いて圧縮試験を行い、応力ひずみ線図を作成することにより、測定することができる。
（６）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。
（７）水処理システム
上記の分離膜エレメントは、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、例えばＲＯ浄水器などの水処理システムに適用することができる。

上記の分離膜エレメントは、原水のＴＤＳ濃度が１０ｍｇ／Ｌ〜２０，０００ｍｇ／Ｌの範囲で好ましく用いることができる。上述の範囲以上の高ＴＤＳ濃度域の原水を用いると、高回収率運転した際の分離膜エレメント後半での浸透圧の増加が著しく、分離膜エレメント性能が低下してしまう。さらに好ましくは１０ｍｇ／Ｌ〜５，０００ｍｇ／Ｌ、より好ましくは１０ｍｇ／Ｌ〜２，０００ｍｇ／Ｌである。

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。
（供給水排出側端面および供給水供給側端面の閉口率）
供給水の排出側端面の閉口率は、評価後の原水として、メチルバイオレット５００ｐｐｍ水溶液を用いて流し、巻回体の端面から撮影を行い、膜が染色された割合を画像解析によって算出した。
（ネットの傾斜角度）
ネットの傾斜角度は、分離膜エレメントを解体し、ネットが分離膜表面に設置された状態のまま上から撮影し、ネット構成糸と中心管の長手方向とのなす角度を画像解析になり算出した。
（透過側流路材と分離膜表面接触部の投影面積比）
透過側流路材と分離膜表面の接触部は、運転後の分離膜エレメントを解体し、分離膜表面に形成されている跡をマイクロスコープを用いて撮影し跡が形成されている箇所を透過側流路材と分離膜表面の接触部とした。画像解析により面積を算出し、ネットの単位格子面積に対する分離膜表面の跡の面積の比率を透過側流路材と分離膜表面接触部の投影面積比とした。
（ネット構成糸断面径最大値と最小値の比率）
ネット構成糸断面径最大値と最小値の比率は、ネットの構成糸を平面に置いたときに、上からマイクロスコープで撮影し、糸径を１０μｍごとに画像解析から測定し、最大値と最小値の比率を測定した。
（透過側流路材の横断面積比）
透過側流路材を分離膜エレメントの装填した際、集水管の長手方向と平行な方向に沿って透過側流路材の凸部を通るように切断した。その断面について、キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用いて、測定した凸部の中心と隣接する凸部の中心の距離と透過側流路材の高さの積に対する、凸部の中心と隣接する凸部の中心との間に占める透過側流路材の横断面積との比を算出し、任意の３０カ所の平均値を横断面積比とした。
（造水量）
分離膜エレメントについて、供給水として、濃度２００ｐｐｍ、ｐＨ７．０のＮａＣｌ水溶液を用い、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下で６０分間運転した後に１分間のサンプリングを行い、透水量をＬ／ｍｉｎとして表した。
（回収率）
造水量の測定において、所定の時間に供給した供給水流量と透過水量の比率を回収率とした。
（除去率（ＴＤＳ除去率））
造水量の測定における１分間の運転で用いた供給水およびサンプリングした透過水について、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／供給水中のＴＤＳ濃度）｝
（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、密度０．８０ｇ／ｃｍ^３）上にポリスルホンの１５．２質量％のＤＭＦ溶液を１８０μｍの厚みで室温（２５℃）にキャストし、ただちに純粋中に浸漬して５分間放置し、８０℃の温水で１分間浸漬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）を作製した。

その後、多孔性支持層ロールを巻き出し、ｍ−ＰＤＡの３．８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、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０．１７５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。次に、膜から余分な溶液を除去するために膜を１分間垂直に保持して液切りした。その後、９０℃の熱水で２分間洗浄した分離膜ロールを得た。

このように得られた分離膜を分離膜エレメントの有効面積が０．４ｍ２となるように折り畳み裁断加工し、ネット（厚み０．５ｍｍ、ピッチ：２．２ｍｍ×２．２ｍｍ）を供給側流路材として、１枚のリーフを作製した。

透過側流路材は、スリット幅０．５ｍｍ、ピッチ０．９ｍｍの櫛形シムを装填したアプリケーターを用いて、バックアップロールを２０℃に温度調節しながら、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、高結晶性ＰＰ（ＭＦＲ１０００ｇ／１０分、融点１６１℃）６０質量％と低結晶性α−オレフィン系ポリマー（出光興産株式会社製；低立体規則性ポリプロピレン「Ｌ−ＭＯＤＵ・Ｓ４００」（商品名））４０質量％からなる組成物ペレットを樹脂温度２０５℃、走行速度１０ｍ／ｍｉｎで直線状に不織布上に塗布することで作製した。不織布は厚み０．０７ｍｍ、目付量が３５ｇ／ｍ２、エンボス柄（φ１ｍｍの円形、ピッチ５ｍｍの格子状）であった。

得られたリーフの透過側面に透過側流路材を配置し、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）製集水管（幅：３５０ｍｍ、径：１８ｍｍ、孔数１０個×直線状１列）にスパイラル状に巻き付けた。巻回体の両端のエッジカットを行った後、供給水排出端面に外周部５０％を閉口したキャップの取り付けを行い、直径が２インチの分離膜エレメントを作製した。

分離膜エレメントを圧力容器に入れて、回収率８０％にて上述の条件で各性能を評価したところ、結果は表１の通りであった。

（実施例２〜１２）
供給水排出端面の閉口部および閉口率を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表１の通りであった。
（実施例１３）
供給水供給端面にも内周部５０％を閉口したキャップの取り付けを行った以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表２の通りであった。

（実施例１４〜２４）
供給水供給端面の閉口部および閉口率と供給水排出端面の閉口部および閉口率を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表２の通りであった。
（実施例２５）
供給水供給端面にも内周部３０％を閉口したキャップの取り付けを行った以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表３の通りであった。

（実施例２６〜３６）
供給水供給端面の閉口部および閉口率と供給水排出端面の閉口部および閉口率を表３に示すように変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表３の通りであった。
（実施例３７）
供給側流路材であるネットの傾斜角度を表４に示すように変更した以外は、実施例１例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表４の通りであった。

（実施例３８）
供給側流路材であるネットの断面形状がより楕円状の物を用いることで、分離膜接触部分の投影面積比を表４に示すように変更された以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表４の通りであった。
（実施例３９、４０）
供給側流路材であるネット構成との長さ方向における径の変化率が異なるネットを用い、
ネット構成糸断面径最大値と最小値の比率を表４に示すように変更された以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表４の通りであった。
（実施例４１、４２）
透過側流路材の横断面積比が表４に示すように変更された以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表４の通りであった。
（比較例１）
供給水排出端面にキャップを設けなかった以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表５の通りであった。

（比較例２〜７）
供給水排出端面の閉口部および閉口率を表５に示すように変更した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表５の通りであった。
表１〜表５に示す結果から明らかなように、本発明の実施例１〜４２の分離膜エレメントは、高い回収率で運転しても、高い除去性能を有する充分な量の透過水を得ることができると言える。
（比較例８）
透過側流路材が横断面積比を表５に示すように変更された以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製し、性能を評価した。結果は表４の通りであった。

１ 分離膜エレメント
２ 集水管
２１ 集水孔
３ 分離膜
４ 供給側流路材
５ 透過側流路材
６ 膜ユニット
６１ 巻回体
７１、７２ テレスコープ防止板
８ 供給水流路閉口部
１０１ 供給流体
１０２ 透過流体
１０３ 濃縮流体

Claims (20)

1. 供給側の面と透過側の面とを有し、透過側の面同士が向かい合うように配置される分離膜と、
   前記分離膜の前記供給側の面の間に設けられる供給側流路材と、
   前記分離膜の前記透過側の面の間に設けられる透過側流路材と、を備え、
   有孔中心管のまわりに前記分離膜、前記供給側流路材、前記透過側流路材が巻回されることで巻回体が形成され、
   前記有孔中心管の長手方向における前記巻回体の一端面から原水が供給され、
   前記巻回体の他端面から排出されるものであり、
   前記他端面の供給側流路の流路閉口率が３５〜９５％である、
   分離膜エレメント。
2. 前記他端面において、前記供給側流路の流路が巻回方向の最も外側から内側にかけて連続的に閉口されている、
   請求項１に記載の分離膜エレメント。
3. 前記他端面において、前記供給側流路の流路が巻回方向の最も内側から外側にかけて連続的に閉口されている、
   請求項１に記載の分離膜エレメント。
4. 前記他端面において、前記供給側流路の流路が巻回方向に間欠的に閉口されている、
   請求項１に記載の分離膜エレメント。
5. 前記閉口されている部分（閉口部）一箇所の長さが、１〜１００ｍｍである、
   請求項４に記載の分離膜エレメント。
6. 前記他端面における前記閉口されている部分（閉口部）以外の部分（非閉口部）一箇所の長さが、１〜１００ｍｍである、
   請求項４に記載の分離膜エレメント。
7. 前記一端面の流路閉口率が５０〜９０％である、
   請求項１〜６のいずれかに記載の分離膜エレメント。
8. 前記一端面において、巻回方向の最も外側から内側にかけて連続的に閉口されている、
   請求項７に記載の分離膜エレメント。
9. 前記一端面において、巻回方向の最も内側から外側にかけて連続的に閉口されている、
   請求項７に記載の分離膜エレメント。
10. 前記一端面において、巻回方向に間欠的に閉口されている、
    請求項７に記載の分離膜エレメント。
11. 前記端面の流路が接着剤によって閉口されている、
    請求項１〜１０のいずれかに記載の分離膜エレメント。
12. 前記端面の流路が巻回体の端面に設けられるキャップによって閉口されている、
    請求項１〜１０のいずれかに記載の分離膜エレメント。
13. 前記透過側流路材の横断面は複数の流路を有し、かつ横断面積比が０．４以上０．７５以下である、
    請求項１〜１２のいずれかに記載の分離膜エレメント。
14. 前記供給側流路材が複数の糸で構成されるネットであり、前記糸の傾斜角度が供給流体の平均流れ角度に対して、−６０°以上６０°以下である、
    請求項１〜１３のいずれかに記載の分離膜エレメント。
15. 前記供給側流路材と分離膜の接触面積が分離膜の面積に対して０．０１以上０．２５以下である、
    請求項１〜１４のいずれかに記載の分離膜エレメント。
16. 前記供給側流路材が複数の糸で構成されるネットであり、前記糸の長手方向に垂直な断面の径において、最小部の径／最大部の径が０．１以上０．７以下である、
    請求項１〜１５のいずれかに記載の分離膜エレメント。
17. 前記分離膜の前記有孔中心管の長手方向の長さが５０ｃｍ以下である、
    請求項１〜１６のいずれかに記載の分離膜エレメント。
18. 前記分離膜の前記有孔中心管の長手方向とは垂直な方向の長さが、前記有孔中心管の長手方向の長さよりも長い、
    請求項１〜１６のいずれかに記載の分離膜エレメント。
19. 請求項１〜１８のいずれかに記載の分離膜エレメントを用い、前記分離膜エレメントに供給された水量に対し、造水される水量の割合を３５％以上とする分離膜エレメントの運転方法。
20. 原水のＴＤＳ濃度が１０〜２０，０００ｍｇ／Ｌ以下である、請求項１９に記載の分離膜エレメントの運転方法。

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