WO2004009222A1

WO2004009222A1 - スパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置

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Publication number: WO2004009222A1
Application number: PCT/JP2003/007393
Authority: WO
Inventors: Yuya Sato; Makio Tamura
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2004-01-29
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Abstract

透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントであって、該原水スペーサーは、原水の流入側から流出側に向かって緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する第１線材及び第２線材からなるものであって、該第１線材は分離膜の一方の膜面に沿って延在し、隣接する第１線材間で一方の原水流路を形成し、該第２線材は分離膜の他方の膜面に沿って延在し、隣接する第２線材間で他方の原水流路を形成し、該第１線材と該第２線材とは一部が重なり、該重なり箇所で結合されてなる。

Description

明細 ^ スパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置技術分野

本発明は、工業用水など濁度の高い原水であっても、前処理することなく、長期間に亘り安定な通水処理が可能なスパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置に関するものである。背景技術

従来、海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る方法として、逆浸透膜（R O膜）やナノ濾過膜（N F膜）を透過膜とするスパィラル型膜エレメントを用い、原水中からイオン成分や低分子成分を分離する方法が知られている。第 9図に例示されるように、従来から一般的に使用されているスパイラル型膜エレメントは、透過水スぺーサー 9 2の両面に逆浸透膜 9 1を重ね合わせて 3辺を接着することにより袋状膜 9 3を形成し、該袋状膜 9 3の開口部を透過水集水管 9 4に取り付け、網状の原水スぺーサー 9 5と共に、透過水集水管 9 4の外周面にスパイラル状に卷回することにより構成されている。そして、原水 9 6はスパイラル型膜エレメント 9 0の一方の端面側 9 aから供給され、原水スぺ —サー 9 5に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント 9 0の他方の端面側 9 bから濃縮水 9 8として排出される。原水 9 6は原水スぺ一サー 9 5に沿って流れる過程で、逆浸透膜 9 1を透過して透過水 9 7となり、この透過水 9 7は透過水スぺ一サー 9 2に沿って透過水集水管 9 4の内部に流れ込み、透過水集水管 9 4の端部から排出される。このように、巻回された袋状膜 9 3間に配設される原水スぺ一サー 9 5により原水経路が形成されることになる。

このようなスパイラル型膜エレメントを用いて海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る場合、通常、原水の濁質などを除去する目的で前処理が行われている。この前処理を行う理由は、スパイラル型膜エレメントの原水スぺ一サ一の厚みは、原水流路を確保しつつできる限り原水と逆浸透膜との接触面積を大きくとるため通常 1 mm以下と薄く、濁質が原水流路にある原水スぺーサ一に蓄積され、原水流路を閉塞し易い構造となっている。このため、予め原水中の濁質を除去して濁質蓄積による通水差圧の上昇や透過水量、透過水質の低下を回避し、長期間に亘り安定な運転を行うためである。このような除濁目的で用いられる前処理装置は、例えば、凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理などの各装置を含むものであり、これらの設置は、設置コストや運転コストを上昇させると共に、大きな設置面積を必要とするなどの問題を有していた。このため、従来例のような薄い原水スぺーサ一で原水流路を確保でき、従来と同等程度の脱塩率を維持できると共に、濁質が蓄積しない構造のスパイラル型膜エレメントが閧発されれば、工業用水や水道水が前処理なしで供給でき、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が可能となり、産業上の利用価値は極めて高いものとなる。

一方、スパイラル型膜エレメン卜の濁質による原水流路の閉塞を防止するため、従来の格子の網目状原水スぺーサ一の構造を改善した種々の提案がなされている。特開昭 6 4 - 4 7 4 0 4号公報には、波板形であつて該波形が蛇行する形状の原水スぺ一サーを用いるスパイラル型膜ェレメントが開示されている。この蛇行波形形状の原水スぺーサ一は成型が困難であると共に、スパイラル状に卷回する際、流路が潰れる可能性が大であり、実用的ではない。

特開平 9— 2 9 9 7 7 0号公報には、第 1の線材と第 2の線材が互いに交差するように格子状に形成されてなり、第 1の線材又は第 2の線材が透過水集水管の長手方向と平行になるように原水スぺーサーを配置する構造のものが開示されている。この構造の原水スぺ一サ一によれば、原水が透過水集水管の長手方向と平行な方向にほぼ直線状に流れるため、圧力損失が低く、且つ原水の線速が大きくなり、原水中の濁質が蓄積し難くなる反面、集水管の長手方向に直角な方向に存在する線材が原水の流路を遮るため、当該線材に濁質が蓄積してしまい、やはり原水流路の閉塞を起こしてしまう。

特開平 1 0— 1 5 6 1 5 2号公報には、第 8図に示すように、原水の流入側 Xから流出側 Yに向かってジグザグ状に延在する線材よりなり、線材は対面する分離膜のうち一方の分離膜 8 0の膜面に沿って延在する第 1の線材 8 1と、他方の分離膜の膜面に沿って延在する第 2の線材 8 2とからなり、隣り合う第 1の線材同士間、及び隣り合う第 2の線材同士間には、それそれ、原水の流入側から流出側までの分離膜の膜面に沿つて連続して延在する原水流路が形成されており、該第 1の線材と第 2 の線材とは一部 8 1 b、 8 2 aが重なると共に、この重なった箇所において結合する構造の原水スぺ一サ一が開示されている。この構造の原水スぺーサ—によれば、従来の格子の網目状の原水スぺーサ一に比べて濁質による原水流路の閉塞は抑制されるものの、第 8図における第 1の線材 8 1のコーナー部 C付近における原水の淀みは、例え第 2の線材 8 2 の突出部 Bにおける高流速の流れの影響を受けたとしても解消することはできない。このため、長期間の使用においては濁質の蓄積がやはり起つてしまう。

このように、従来提案されている原水スぺ一サ一のうち、第 1の線材と第 2の線材とで構成される網目状構造のものは、いずれも、原水流路内にコーナ一部あるいは屈曲点となる部分が存在し、これが原水の淀みを発生させることになり、長期間の使用においては濁質の蓄積が起ってしまい、通水差圧の上昇は避けられず、従来行われていた原水の前処理を省略するまでには至っていないのが現状である。原水流路を確保しつつ、屈曲点のない流路を形成するという観点から、原水の流入側から流出側に向かって直線状又は略直線状に延在する線材のみで形成される構造のものが最も好適なものであるが、線材同士を繋ぐ構造ではないため、工業的に製作することは困難である。

従って、本発明の目的は、工業用水など濁度の高い原水を前処理なしで供給しても、濁質が蓄積し難く、長期間に亘り安定な通水処理が可能なスパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置を提供することにある。

発明の開示

かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スぺーサ一と共に卷回してなるスパィラル型膜エレメントにおいて、原水中の濁質が蓄積するのは主に原水スぺーサ—の線材が交差する交点部分や屈曲部分であること、従って線材を交差させず、屈曲点を形成させないようにし、原水の流れを直線的にすれば、原水スぺーサ一への濁質の蓄積が大幅に抑制されることなどを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明（ 1 ) は、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スぺ一サ一と共に卷回してなるスパイラル型膜エレメントであって、該原水スぺーサ一は、原水の流入側から流出側に向かって緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する第 1線材及び第 2線材からなるものであって、該第 1線材は該分離膜のうちの対向する一方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第 1線材同士間で一方の原水流路を形成し、該第 2線材は該分離膜のうち対向する他方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第 2線材同士間で他方の原水流路を形成し、該第 1線材と該第 2線材とは一部が重なり、該重なり箇所で結合されてなるスパイラル型膜エレメントを提供するものである。かかる構成を採ることにより、原水は緩やかな曲線で蛇行する形状の線材同士間を膜面に沿って、緩やかに蛇行しながらあるいはほぼ直線状に流入側から流出側に向かって流れる。このため、原水流路における濁質の蓄積が大幅に抑制される。

また、本発明（ 2 ) は、前記緩やかな曲線で蛇行する形状は、屈曲点のない規則性を有する形状であって、振幅 Hと波長 Lの比（H / L ) が 0 . 0 2〜 2であり、且つ 1本の線材 1 m当たり 1〜 1 0 0波長であることを特徴とする前記スパイラル型膜エレメントを提供するものである ( かかる構成を採ることにより、用途あるいは使用条件に見合った好適な適宜の数値を選択して作製することができ、前記発明の効果を確実に得ることができる。また、本発明（ 3 ) は、前記スパイラル型膜エレメントを備えることを特徴とする逆浸透膜モジュールを提供するものである ( かかる構成を採ることにより、前記発明と同様の効果を奏する他、水処理施設内に搬入し易く、且つそのままの形態で処理ラインに装着できる。本発明（4 ) は、前記逆浸透膜モジュールを備えることを特徴とする逆浸透膜装置を提供するものである。本発明の逆浸透膜装置を用いて海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る場合、工業用水や水道水など濁度の高い原水を前処理なしで供給でき、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が可能となり、産業上の利用価値は極めて f¾J » 図面の簡単な説明

第 1図は本実施の形態例における原水スぺ一サーを示す図であり、第 2図は（A ) は図 1の A— A線に沿って見た図、（B ) は図 1の B— B 線に沿って見た図であり、第 3図は第 1図の一部を拡大して示す斜視図であり、第 4図は（A )は原氷スぺーサ一を構成する第 1線材を示す図、 ( B ) は原水スぺ一サ一を構成する第 2線材を示す図であり、第 5図は他の実施の形態例における原水スぺ一サ一を示す図であり、第 6図は本実施の形態例における逆浸透膜モジユールの構造の一例を示す図であり、第 7図は本発明の実施の形態における逆浸透膜装置の一例を示す図であり、第 8図は従来のジグザグ状原水スぺーサーを説明する図であり、第 9図は従来の逆浸透膜モジュールの概略図である。発明を実施するための最良の形態

本発明において、原水スぺーサ一は、原水の流入側から流出側に向かつて緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する複数の第 1線材及び複数の第 2線材から構成される。第 1線材及び第 2線材の断面形状としては、特に制限されないが、例えば円形、三角形、四角形などが挙げらる。また、第 1線材及び第 2線材は同一寸法、同一断面形状のものが使用される。

緩やかな曲線で蛇行する形状としては、例えば屈曲点がなく、変曲点を除き全て曲線部で構成される蛇行形状が例示される。屈曲点とは、直線と直線で構成され角度を持った角部分を言う。なお、この角部分は角が削られたような、あるいは角部分が少しの丸みを有するものも含まれる。従って、緩やかな曲線で蛇行する形状には、いわゆる第 8図に示されるようなジグザク形状は含まれない。また、曲線部としては、常に同じ曲率半径で構成される半円形状、円の一部の弧及び s i n曲線のように連続的に曲率半径が変化する形状などが挙げられる。常に同じ曲率半径で構成される半円形状、若しくは円の一部の弧の場合、この曲線の曲率半径は、 1 0 mi！〜 1 0 0 0 0腿、好ましくは 2 0腿〜 5 0 0 0腿がよい。曲率半径が 1 0腿未満では原水の流れに淀みが生じ易く、長期間の使用においては濁質の蓄積が起こるようになり、 1 0 0 0 0匪を越えると、成形性が悪くなり製作し難くなる。また、緩やかな曲線で蛇行する形状は、例えば所定寸法の波長と振幅を有する繰り返し形態を採る規則性形状のものや、波長又は振幅が集水管の長手方向又はそれに直角な方向に徐々に変化する不規則性形状であってもよいが、規則性形状が製作が容易な点で好適である。

緩やかな曲線で蛇行する形状の好ましい形態を第 1図〜第 4図を参照して説明する。第 1図は本形態例における原水スぺーサ一を示す図、第 2図（A ) は第 1図の A— A線に沿って見た図、（B ) は第 1図の B— B線に沿って見た図、第 3図は第 1図の一部を拡大して示す斜視図、第 4図（A ) は原水スぺーサ一を構成する第 1線材を示す図、（B ) は原水スぺーサーを構成する第 2線材を示す図である。図中、原水スぺーサ — 1の形状は、屈曲点のない規則性を有し、曲線部が連続的に曲率半径が変化する緩やかな蛇行形状であって、波長 Lは 1 0 〜 1 0 0 0匪、好ましくは 2 0 〜 5 0 0匪、振幅 Hは 2 〜 2 0 0 mm、好ましくは 1 0 〜 1 0 0腿であり、且つ振幅 Hと波長 Lの比（H/ L ) が 0 . 0 2 〜 2、好ましくは 0 . 0 5以上、 0 . 5未満の範囲である。この場合、 1本の線材 l m当たり 1〜： L 0 0波長である。振幅 Hと波長 Lの比（H / L ) 、振幅 H及び波長 Lが上記数値範囲にあれば、原水は原水流路内を緩やかに蛇行しながらあるいはほぼ直線状に流入側から流出側に向かって流れ、原水流路内に濁質が蓄積することが防止されると共に、原水スぺーサーの製作が可能となる。

本形態例における原水スぺーサー 1は、原水の流入側 Xから流出側 Y に向かって前述の形状で延在する複数の第 1線材 1 1及び複数の第 2線材 1 2からなるものであって、第 2図に示すように、第 1線材 1 1は分離膜 2 0のうちの対向する一方の膜面 2 1に沿って延在され、隣接する第 1線材 1 1、 1 1間に緩やかな曲線で蛇行する形状に流入側 Xから流出側 Yに向かって一方の原水流路 2 3が形成され、原水はこの一方の原水流路 2 3を膜 2 1の膜面に形成された流路に沿って流れる。第 2線材 1 2は分離膜 2 0のうち対向する他方の膜面 2 2に沿って延在され、隣接する第 2線材 1 2、 1 2間に緩やかな曲線で蛇行する形状に流入側 X から流出側 Yに向かって他方の原水流路 2 4が形成され、原水はこの他方の原水流路 2 4を膜 2 2の膜面に形成された流路に沿っても流れる。そして、この一方の原水流路 2 3と他方の原水流路 2 4とで形成される原水流路における流れは、流路方向に流れを妨げる屈曲点やコーナ一部が存在しないため、実際の流れは直線又は直線に近いものになる。第 3 図及び第 4図中、符号 2 3 1は一方の原水流路の流れを示し、符号 2 4 1は他方の原水流路の流れを示す。

また、第 1図及び第 3図に示すように、第 1線材 1 1の緩やかな曲線における一方の側の突出部 1 1 a、 1 1 a · ·は、第 2線材 1 2の緩やかな曲線における他方の側の突出部 1 2 a、 1 2 a - ' と重なり、この重なり箇所で接合されている。また、第 1線材 1 1の緩やかな曲線における他方の側の突出部 1 1 b、 l i b - 'は、第 2線材 1 2の緩やかな曲線における一方の側の突出部 1 2 b、 1 2 b - ' と重なり、この重なり箇所で接合されている。従って、第 4図に示すように、隣接する第 1 線材 1 1、 1 1間の距離、及び隣接する第 2線材 1 2、 1 2間の距離、すなわち、流路幅 Vは第 1図の形態においては、振幅 Hの 2倍に等しい。このため、振幅幅 Hが定まれば、流路幅 Vが決定される。

緩やかな曲線で蛇行する形状の好ましい他の形態を第 5図を参照して説明する。第 5図は他の形態例における原水スぺーサーを示す図である。第 5図において、第 1図の原水スぺーサ一と異なる点について主に説明する。すなわち、第 5図において、第 1図と異なる点は隣接する第 1線材 5 1、 5 1間の距離、及び隣接する第 2線材 5 2、 5 2間の距離、すなわち、流路幅 Vを振幅 Hと等しくした点にある。第 1線材 5 1、第 2 線材 5 2には第 5図において緩やかな曲線における下側の突出部 5 1 a、 5 2 aと、上側の 5 1 b、 5 2 bが設けられている。そして、第 1線材 5 1の緩やかな曲線における突出部 5 1 a、 5 1 bの中間部分と、第 2 線材 5 2の緩やかな曲線における突出部 5 2 a、 5 2 bの中間部分とが交差して重なっている。また、第 1線材 5 1の下側の突出部 5 1 aと第 2線材 5 2の上側の突出部 5 2 bとが重なり合つている。更に、第 1線材の上側の突出部 5 1 bと第 2線材 5 2の下側の突出部 5 2 aとが重なり合っている。そして、これらの重なり合い部分がお互いに接合され、これにより一体の原水スぺ一サ一 1 aが構成されている。この原水スぺ —サ一 1 aを用いたスパイラル型膜エレメントにおいても、流路幅 Vが第 1図のものと比較して半分の幅であるものの、同様に、隣接する第 1 線材 5 1、 5 1間に緩やかな曲線で蛇行する形状に流入側 Xから流出側 Yに向かって一方の原水流路が形成され、隣接する第 2線材 5 2、 5 2 間に緩やかな曲線で蛇行する形状に流入側 Xから流出側 Yに向かって他方の原水流路が形成される。 .そして、この一方の原水流路と他方の原水流路とで形成される原水流路における流れは、第 1図の原水スぺ一サー 1と比較すると蛇行する傾向にあるものの、濁質の蓄積に至るほどではない。

原水スぺーサ一の厚さは、第 1線材の径と第 2線材の径を合わせたもの、若しくはそれよりも若干薄いものであり、 0 . 4〜 3 . 0 mmの範囲である。厚さが 0 . 4腿未満では、通水差圧の上昇を招くと共に、濁質の蓄積が生じ易くなる。一方、厚さが 3 . O mniを越えると、スパイラル状にした場合、 1エレメント当たりの膜面積が小さくなり過ぎてしまい、実用的でない。また、原水スぺーサ一における流路幅 Vとしては、特に制限されなが、第 1図の形態を採る場合、振幅 Hの 2倍の寸法であり、第 5図の形態を採る場合、振幅 Hと同じ寸法である。原水スぺ一サ一の材質としては、特に制限されないが、ポリプロピレンやポリエチレンが、成形性やコスト面から好ましい。また、原水スぺーサ一の製造方法は、特に制限されず、公知の方法を適用できるが、金型による成型品が、コスト面及び精度面からも好ましい。

本発明のスパイラル型膜エレメントは、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を前記原水スぺ一サ一と共に卷回してなる。巻回しは、 1枚の袋状の分離膜を卷回したものであっても、複数の袋状の分離膜を卷回したもののいずれであってもよい。本発明のスパイラル型膜エレメントは精密濾過装置、限外濾過装置及び逆浸透膜分離装置などの膜分離装置に使用することができる。逆浸透膜としては、食塩水中の塩化ナトリウムに対する 9 0 %以上の高い除去率を有する通常の逆浸透膜、及び低脱塩率のナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜が挙げられる。ナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜は脱塩性能を有するものの、通常の逆浸透膜よりも脱塩性能が低いもので、特に C a、M g等の硬度成分の分離性能を有するものである。なお、ナノ濾過膜とルーズ逆浸透膜は N F膜と称されることがある。本発明の逆浸透膜モジュールは、前記スパイラル型膜エレメントを備えるものであれば特に制限されず、例えば第 6図に示す構造を有する逆浸透膜モジュールが挙げられる。第 6図に示したように、透過水集水管 6 0の外周面に袋状の逆浸透膜 6 1を原水スぺ一サーと共にスパイラル状に巻きつけ、その上部を外装体 6 2で被覆する。そしてスパイラル状に卷きつけた逆浸透膜 6 1がせり出すのを防止するために、数本の放射状のリブ 6 3を有するテレスコープ止め 6 4が両端に取り付けられている。これらの透過水集水管 6 0、逆浸透膜 6 1、外装体 6 2、テレスコープ止め 6 4でひとつのスパイラル型膜エレメント 6 5を形成し、夫々の透過水集水管 6 0をコネクタ（図示せず）で連通して、ハウジング 6 6内にスパイラル型膜エレメント 6 5を複数個装填する。なお、スパイラル型膜エレメント 6 5の外周とハンジング 6 6の内周の間に隙間 6 7 が形成されるが、この隙間 6 7をブラインシール 6 8で閉塞してある。なおハウジング 6 6の一端には原水をハウジング内部に流入するための原水流入管（図示せず）、また他端には透過水集水管 6 0に連通する処理水管.（図示せず）および非透過水管（図示せず）が付設され、ハウジング 6 6、その内部部品および配管（ノズル）等で逆浸透膜モジュール 6 9が構成される。

このような構造の逆浸透膜モジユール 6 9で原水を処理する場合は、ハウジング 6 6の一端からポンプを用いて原水を圧入するが、第 6図において矢線で示したように原水はテレスコープ 1¾め 6 4の各放射状のリブ 6 3の間を通って最初のスパイラル型膜エレメント 6 5内に侵入し、一部の原水はスパイラル型膜エレメント 6 5の膜間の原水スぺーサ一で区画される原水流路を通り抜けて次のスパイラル型膜エレメント 6 5に達し、他部の原水は逆浸透膜 6 1を透過して透過水となり当該透過水は透過水集水管 6 0に集水される。このようにしてスパイラル型膜エレメント 6 5に次々に原水が通り抜けて、逆浸透膜を透過しなかった原水は濁質及びイオン性不純物を高濃度で含む濃縮水としてハウジング 6 6の他端から取り出され、また逆浸透膜を透過した透過水は透過水として透過水集水管 6 0を介してハウジング 6 6外に取り出される。なお、本発明の逆浸透膜モジュールは第 6図のように複数のスパイラル型膜ェレメントを装着するものの他、例えばスパイラル型膜エレメント 1個装着するものであってもよい。本発明の逆浸透膜装置としては、特に制限されないが、例えば前記逆浸透膜モジュールの 1又は 2以上、ポンプ等の原水供給手段、原水流入配管、濃縮水流出配管及び透過水流出配管を少なくとも備えるものである。本発明の逆浸透膜装置に直接供給される原水としては、工業用水、水道水及び回収水が挙げられる。原水の濁度としては、特に制限されないが、濁度 2度程度の高い濁度のものであつても濁質の閉塞による通水差圧の上昇などを生じることがない。また、原水には原水中に砂粒などの粗大粒子を含む場合、予め目の粗いフィルタ一を通した処理水や、スケールゃファゥリングを防止するための分散剤を添加したものも含まれる。分散剤の添加により、原水スぺ一サーゃ膜面への濁質の蓄積を一層抑制することができる。分散剤としては、例えば市販品の「hyperspers e MSI300J、「hypersperse MDC200」（共に、 ARGO SCIENTIFIC社製）が挙げられる。本発明の逆浸透膜装置によれば、従来、原水中の濁質を除去する目的で用いられていた凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理などの前処理装置の設置を省略することができる。このため、システムの簡略ィ匕、設置面積の低減、低コスト化が図れる点で画期的な効果を奏する。本発明の実施の形態における逆浸透膜装置の一例を第 7図を参照して説明する。第 7図において、逆浸透膜装置 7 0は、原水供給装置 7 1、前段逆浸透膜モジュール 7 0 A及び後段逆浸透膜モジュール 7 0 Bをこの順序で配置したものであり、原水供給装置 7 1と前段逆浸透膜モジュール 7 O Aは原水供給配管 7 2で連結され、前段逆浸透膜モジュール 7 O Aと後段逆浸透膜モジュール 7 0 Bは前段逆浸透膜モジュール 7 O A の透過水を後段の装置の被処理水として供給する一次透過水流出配管 7 3で連結され、後段逆浸透膜モジュール 7 0 Bには透過水を排出する透過氷流出配管 7 4及び濃縮水を原水供給配管 7 2に戻す戻り配管 7 5を備える。また、前段逆浸透膜モジュール 7 0 Aには濃縮水流出配管 7 6 を備えている。前段逆浸透膜モジュール 7 O Aは本発明に係る濁質の蓄積を起こさない逆浸透膜装置であり、後段逆浸透膜モジュール 7 0 Bは従来の逆浸透膜装置である。

次に、本実施の形態例の逆浸透膜装置 7 0を用いて原水を処理する方法を説明する。先ず、原水は原水供給手段 7 1により前段逆浸透膜モジユール 7 O Aに供給される。原水は前段逆浸透膜モジュール 7 O Aで処理され、一次濃縮水を濃縮水流出配管 7 6から得ると共に一次透過水流出配管 7 3から一次透過水を得る。次いで、この一次透過水は後段逆浸透膜モジュール 7 0 Bで処理され、透過水流出配管 7 4から二次透過水を得ると共に、二次濃縮水は戻り配管 7 5 'から原水供給配管 7 2に戻される。この二次濃縮水は既に前段逆浸透膜モジュール 7 O Aで脱塩された透過水を後段逆浸透膜モジュール 7 0 Bで濃縮されたものであり、原水に比べて導電率が低い。このため、二次濃縮水の全量を循環させることが可能となり、水回収率を向上させることができる。また、逆浸透膜装置 7 0は、従来型の装置で使用されている濁質除去のみを目的とした前処理装置の代わりに、本発明における濁質の蓄積が大幅に抑制できる逆浸透膜モジュールを前段に使用しているので、実質的に逆浸透膜を 2 段使用することになる。従来型の装置における前処理装置は当然脱塩機能がないので、逆浸透膜装置 7 0は従来型の逆浸透膜装置と比較して透過水の水質も格段に優れる。

(実施例）

実施例 1

濁度 2度、導電率 2 0 mS/mの工業用水を下記仕様の逆浸透膜モジユール Aに通水し、下記運転条件下において、 2 0 0 0時間の耐久運転を行つた。逆浸透膜モジュール Aの性能評価は運転初期及び 2 0 0 0時間における通水差圧（MPa)、透過水量（ 1 /分）及び透過水の導電率（mS/m) を測定することで行った。また、 2 0 0 0時間後、逆浸透膜モジュールを解体して原水流路内の濁質の付着状況を観察した。測定値の結果を第 1表に、原水流路の目視観察結果を第 2表に示す。第 1表中、通水差圧及び透過水導電率は 2 5 °C換算値である。

(逆浸透膜モジュール A )

第 1図及び第 2図に示す構造のもので、振幅 H /波長 Lが 0 . 6 6、波長 Lが 1 5 醒、振幅 Hが 1 0廳、原水流路幅 Vが 2 0匪、厚さが 1 . 0 mmの原水スぺ一サ一 Aを作製した。次いで、この原水スぺ一サ一 Aを用いてスパイラル型膜エレメント Aを作製し、更に第 6図に示すような構造の逆浸透膜モジュール Aを作製した。但し、該逆浸透膜モジュール Aは 1個のスパイラル型膜エレメントを収納した 1個のモジュールとした o

(運転条件）

操作圧力が 0 . Ί 5 MPa、濃縮水流量が 2 . 7 m ³ /時間、水温が 2 5 °C で、 8時間毎に 1回、 6 0秒間のフラッシング（濃縮水流出管に付設されている弁を全開して、透過処理における原水供給流量の 3倍流量の原水を急速に逆浸透膜モジュール内に供給し、フラッシング排水を濃縮水流出管から流出させる操作）を行う。

実施例 2

逆浸透膜モジュール Aの代わりに、下記に示す仕様の逆浸透膜モジュール Bを用いた以外、実施例 1と同様の運転条件で 2 0 0 0時間の耐久運転を行った。逆浸透膜モジュール Bの性能評価結果を第 1表及び第 2 にす。

(逆浸透膜モジュール B )

原水スぺーサー Aに代えて、第 5図に示す構造のもので、振幅 H /波長 Lが 0 . 6 6、波長 Lが 1 5麵、振幅 Hが 1 0顧、原水流路幅 Vが 1 0 顧、厚さが 1 . 0醒の原水スぺ一サ一 Bを用いた以外、前記逆浸透膜モジュール Aと同様の方法で作製した。

実施例 3

濁度 2度、導電率 2 O mS/mの工業用水を下記仕様で且つ前述の第 7図に示すフローの逆浸透膜装置に通水し、下記運転条件下において 2 0 0 0時間の耐久運転を行った。逆浸透膜装置の性能評価結果を第 1表及び第 2表に示す。なお、第 1表の結果は、後段逆浸透膜装置の結果である。 (逆浸透膜装置）

前段逆浸透膜モジュールとして、実施例 2で使用した逆浸透膜モジュ —ル Bを用い、後段逆浸透膜モジュールとして、 8インチエレメント E S - 1 0 (日東電工社製） 1個を装着したモジュール 1個を用いた。この E S - 1 0に用いられている原水スぺ一サ一は格子の網目状のものである。

(運転条件）

前段逆浸透膜モジュール及び後段逆浸透膜モジュール共に、操作圧力が 0 . 7 5 MPa、濃縮水流量が 2 . 7 m ³ /時間、水温が 2 5 °Cで、前段逆浸透膜モジュールのみ 8時間毎に 1回、 6 0秒間のフラッシング（実施例 1と同様な操作）を行う。

実施例 4

逆浸透膜モジュール Aの代わりに、下記に示す仕様の逆浸透膜モジュ —ル Cを用いた以外、実施例 1と同様の運転条件で 2 0 0 0時間の耐久運転を行った。逆浸透膜モジュール Cの性能評価結果を第 1表及び第 2 表に示す。

(逆浸透膜モジュール C )

原水スぺーサー Aに代えて、第 1図に示す構造のもので、振幅 H Z波長 Lが 0 . 2、波長 Lが 1 0 0 顧、振幅 Hが 2 0 腿、原水流路幅 Vが 4 0 mm、厚さが 1 . 0 mmの原水スぺーサ一 Cを用いた以外、前記逆浸透膜モジュール Aと同様の方法で作製した。

比較例 1

膜処理からなる公知の前処理装置を前段に配置したこと、スパイラル型膜エレメント Aの代わりに、 8インチエレメント E S - 1 0 (日東電工社製）を用いたこと以外、実施例 1と同様の方法で行った。すなわち、濁度 2度、導電率 2 O mS/mの工業用水を、前処理装置で処理し、その処理水を従来の市販の逆浸透膜モジュールで更に処理した。その結果を第 1表及び第 2表に示す。

比較例 2

スパイラル型膜エレメント Aの代わりに、 8インチエレメント E S - 1 0 (日東電工社製）を用いた以外、実施例 1と同様の方法で行った。すなわち、濁度 2度、導電率 2 O mS/mの工業用水を、前処理装置で処理することなく直接従来の市販の逆浸透膜モジュールで処理した。その結果を第 1表及び第 2表に示す。なお、この比較例 2では 8 0 0時間頃に、通水差圧が極端に上昇し、透過水が得られなくなつたため、この時点で運転を停止した。

比較例 3

逆浸透膜モジユール Aに代えて、下記仕様の逆浸透膜モジユール Dを用いた以外、実施例 1と同様の運転条件で 2 0 0 0時間の耐久運転を行つた。その結果を第 1表に示す。なお、該逆浸透膜モジュール Dは 1個のスパイラル型膜エレメントを収納した 1個のモジュールとした。

(逆浸透膜モジュール D )

原水スぺ一サー Aの代わりに、特開平 1 0— 1 5 6 1 5 2号公報の図 1に示す構造、すなわち前述の第 8図に示す構造のもので、厚さが 1 . 0 mm、屈曲点部分の角度 έが 6 0度、屈曲点間の距離 5腿の原水スぺーサ一 Eを用いた以外、前記逆浸透膜モジュール Aと同様の方法で作製した

第 1表通水差圧〖MPa] 透過水量 [ 1/分] 透過水導電率 [mS/m] 運転初期 2000hr 運転初期 2000hr 運転初期 2000hr 実施例 1 0.015 0.021 18 15 0.40 0.55 実施例 2 0.015 0.022 18 15 0.40 0.55 実施例 3 0.020 0.020 20 20 0.03 0.03 実施例 4 0.013 0.018 18 15 0.40 0.55 比較例 1 0.020 0.022 20 20 0. 30 0.30 比較例 2 0.020 20 0.30

比較例 3 0.020 0.075 19 8 0.35 1.90 第 2表

2000hr後の原水流路の目視観察結果実施例 1. わずかながら濁質付着

実施例 2 わずかながら濁質付着

実施例 3 (前段 R0) ほとんど濁質付着なし

実施例 3 (後段 R0) 濁質付着全くなし

実施例 4 わずかながら濁質付着（実施例 1， 2よりは少ない）比較例 1 ほとんど濁質付着なし

比較例 2 原水流路が完全に閉塞するほど濁質付着

比較例 3 主に屈曲点部分に濁質蓄積実施例 1〜4において、 2 0 0 0時間後、通水差圧の上昇はほとんどなく、透過水量の低下もなく、透過水の水質も高いものであった。比較例 1は 2 0 0 0時間後の性能評価において、実施例と遜色ない結果を示しているが、これは前処理装置を設置しており、設置場所や設置コストなどが余分に必要となる。従って、実施例 1〜4の比較対象は比較例 2 及ぴ 3であるが、比較例 2は約 8 0 0時間で透過水量がゼロになるまで濁質の付着が激しいものであり、比較例 3は 2 0 0 0時間の段階で大幅な通水差圧の上昇、透過水量の低下が見られ、 3 0 0 0〜 4 0 0 0時間程度で使用不能になるものと推測された。産業上の利用可能性

本発明のスパイラル型膜エレメン卜によれば、原水は緩やかな曲線で蛇行する形状の線材同士間を膜面に沿って、緩やかに蛇行しながらあるいはほぼ直線状に流入側から流出側に向かって流れる。このため、原水流路における濁質の蓄積が大幅に抑制される。本発明の逆浸透膜モジュ —ル及び逆浸透膜装置によれば、従来、原水中の除濁目的で用いられていた前処理装置の設置を省略することができる。このため、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が図れる点で顕著な効果を奏する。更に工業用水など濁度の高い原水を前処理なしで供給しても、濁質が蓄積し難く、長期間に亘り安定な通水処理が可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スぺーサ一と共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントであって、該原水スぺ一サ一は、原水の流入側から流出側に向かって緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する第 1線材及ぴ第 2線材からなるものであって、該第 1線材は該分離膜のうちの対向する一方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第 1線材同士間で一方の原水流路を形成し、該第 2線材は該分離膜のうち対向する他方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第 2線材同士間で他方の原水流路を形成し、該第 1線材と該第 2線材とは一部が重なり、該重なり箇所で結合されてなることを特徴とするスパイラル型膜エレメン h o

2 . 前記緩やかな曲線で蛇行する形状は、屈曲点のない規則性を有する形状であって、振幅 Hと波長 Lの比（H / L ) が 0 . 0 2〜2であり、且つ 1本の線材 l m当たり 1〜 1 0 0波長であることを特徴とする請求項 1記載のスパイラル型膜エレメント。

3 . 請求項 1又は 2のスパイラル型膜エレメントを備えることを特徴とする逆浸透膜モジュール。

4 . 請求項 3の逆浸透膜モジュールを備えることを特徴とする逆浸透膜装置。