スパイラル型分離膜モジュールおよびスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ
【課題】 スパイラル型分離膜エレメントの交換作業を容易にかつ迅速に行うことを可能とし、濃縮液の滞留部が存在せず、かつ中空糸膜分離装置への装着が容易であるスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダおよびそれを備えたスパイラル型分離膜モジュールを提供することにある。
【解決手段】 スパイラル型分離膜モジュール１００は、スパイラル型分離膜エレメント１の両端にスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０を装着してなる。スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０は、原液入口１２が設けられた第１のヘッダ部６１と、透過液出口１３および濃縮液出口１４が設けられた第２のヘッダ部６２とを含む。スパイラル型分離膜エレメント１の集液管５の一端部は、コネクタ５６により第２のヘッダ部６２の透過液出口１３に連結される。
【解決手段】 スパイラル型分離膜モジュール１００は、スパイラル型分離膜エレメント１の両端にスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０を装着してなる。スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０は、原液入口１２が設けられた第１のヘッダ部６１と、透過液出口１３および濃縮液出口１４が設けられた第２のヘッダ部６２とを含む。スパイラル型分離膜エレメント１の集液管５の一端部は、コネクタ５６により第２のヘッダ部６２の透過液出口１３に連結される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダおよびそれを備えたスパイラル型分離膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、純水または用水の造水プロセス、食品、薬品等の製造プロセス、生活排水、産業排水等の各種プロセスにおいて、原液から固形物質や融解性物質を分離するために、スパイラル型、中空糸、平膜等の分離膜モジュールが多く使用されている。
【０００３】例えば、スパイラル型分離膜モジュールは、圧力容器内にスパイラル型分離膜エレメントを装填した構造を有する。このスパイラル型分離膜エレメントは、膜面積を大きくとれ、かつ中空糸膜に比べて膜が破損しにくいという利点を有する。
【０００４】図３は、従来のスパイラル型分離膜モジュールの一例を示す一部切欠き斜視図である。図３のスパイラル型分離膜モジュール１０１において、圧力容器５０は筒形ケース５１およびその筒形ケース５１の両端の開口部を閉塞する一対の端板５２および５３により構成される。一方の端板５２には、原液入口１２が形成され、他方の端板５３には濃縮液出口１４が形成され、かつ端板５３の中央部に透過液出口１３が形成されている。透過液出口１３には短管５７が取り付けられている。
【０００５】圧力容器５０内の隣接するスパイラル型分離膜エレメント１は、集液管５の一端部同士がコネクタ５６で連結されており、また濃縮液出口１４側のスパイラル型分離膜エレメント１は集液管５の一端部が短管５７とコネクタ５６で連結されている。このようにして、３本のスパイラル型分離膜エレメント１が直列に並んで圧力容器５０内に装填されている。
【０００６】各スパイラル型分離膜エレメント１の外周面と圧力容器５０の内周面との間はＯリング５５により液密にシールされている。
【０００７】図３に示すように、原液９は原液入口１２から圧力容器５０内に供給され、原液入口１２側のスパイラル型分離膜エレメント１の一方の端面からスパイラル型分離膜エレメント１内に流入し、原液流路を通って他方の端面から流出する。原液入口１２側のスパイラル型分離膜エレメント１から流出した原液９は、同様にして、隣接するスパイラル型分離膜エレメント１を通過し、さらに濃縮液出口１４側のスパイラル型分離膜エレメント１を通過した後、濃縮液１１として濃縮液出口１４から排出される。この過程で、３つのスパイラル型分離膜エレメント１の分離膜２を透過した水が、集液管５を通り透過液出口１３から透過液１０として排出される。
【０００８】大規模な造水施設においては、図３に示すスパイラル型分離膜モジュール１０１のように複数のスパイラル型分離膜エレメント１を装填したスパイラル型分離膜モジュールを並列、かつ直列に並べてクリスマスツリー型に配置している。これにより、処理容量が大きくなっても高い操作効率をあげることができる。一方、小規模な造水ユニットでは、圧力容器５０内に１本のスパイラル型分離膜エレメント１を装填したスパイラル型分離膜モジュールを並列に配置して処理を行っている。
【０００９】図３のように複数のスパイラル型分離膜エレメント１を装填したスパイラル型分離膜モジュール１０１は横向きに設置されるが、スパイラル型分離膜エレメント１を１本装填したスパイラル型分離膜モジュールは縦向きに設置されることが多い。酵素やタンパクの濃縮および精製プロセスにおいては、スパイラル型分離膜エレメント１を１本装填したスパイラル型分離膜モジュールを数本から数十本規模で縦向きに並列に並べて設置し、処理を行っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】スパイラル型分離膜モジュール１０１は、長時間使用するとスパイラル型分離膜エレメント１の目詰まりや劣化を生じ、分離性能が低下する。このため、スパイラル型分離膜エレメント１を定期的に交換する必要がある。
【００１１】固定配管の膜分離装置では、スパイラル型分離膜エレメント１を交換する際の交換作業が煩雑になるという問題がある。図３に示すスパイラル型分離膜モジュール１０１では、原液配管が圧力容器５０の一方の端板５２の原液入口１２に接続され、透過液配管および濃縮液配管がそれぞれ他方の端板５３の透過液出口１３および濃縮液出口１４に接続されている。スパイラル型分離膜エレメント１を交換する際には、原液配管、透過液配管および濃縮液配管をそれぞれ端板５２，５３から取り外した後、端板５２，５３を筒形ケース５１から取り外し、内部に挿入されたスパイラル型分離膜エレメント１を交換する。交換後は、再び端板５２および５３を筒形ケース５１に固定し、配管を元の接続状態に復旧させる必要がある。このような解体および復旧作業は煩雑であり、膨大な時間や人手を要する。
【００１２】特に、圧力容器５０を縦向きに設置した場合、スパイラル型分離膜エレメント１を上方向に引き抜いて交換を行うので非常に作業性が悪い。また、スパイラル型分離膜エレメント１を上方向に引き抜いて交換を行うには、圧力容器５０上端からスパイラル型分離膜エレメント１の１本分の交換スペースを確保する必要があるため、スペースの限られた場所への設置は困難である。
【００１３】また、スパイラル型分離膜モジュール１０１は、圧力容器５０の内周面とスパイラル型分離膜エレメント１の外周面とで形成される空隙部に濃縮液１１が滞留するため、スパイラル型分離膜エレメント１の菌汚染やファウリング（膜面の汚れ）の要因となる。そこで、Ｕターンベッセルと呼ばれる圧力容器を用いるスパイラル型分離膜モジュールが提案されている。
【００１４】図４は、Ｕターンベッセルを用いた従来のスパイラル型分離膜モジュールの断面図である。
【００１５】図４のスパイラル型分離膜モジュール１０２は食品の製造プロセス等に用いられているもので、Ｕターンベッセル５４内にスパイラル型分離膜エレメント１が装填されている。Ｕターンベッセル５４は、以下の点を除いて図３の圧力容器５０と同様の構造を有する。
【００１６】図４のＵターンベッセル５４においては、濃縮液出口１４が、筒形ケース５１の原液入口１２近くに設けられている。また、スパイラル型分離膜エレメント１の外周面とＵターンベッセル５４の内周面との間はＵパッキン５８により液密にシールされている。
【００１７】図４に示すスパイラル型分離膜モジュール１０２の運転時には、原液入口１２から導入された原液９はスパイラル型分離膜エレメント１内を通る過程において濃縮液１１と透過液１０に分離される。透過液１０は集液管５を通り透過液出口１３より外部へ排出される。一方、濃縮液１１は端板５３まで達した後、そこで反転してスパイラル型分離膜エレメント１の外周面とＵターンベッセル５４の内周面との間に形成されている空隙部を通って、濃縮液出口１４に達し、ここから外部へ排出される。
【００１８】このように、Ｕターンベセッル５４を用いたスパイラル型分離膜モジュール１０２では、圧力容器５０の内周面とスパイラル型分離膜エレメント１の外周面とで形成される空隙部に濃縮液１１が滞留することはない。
【００１９】しかしながら、スパイラル型分離膜モジュール１０２においてもスパイラル型分離膜エレメント１の交換の作業性が悪く、また、交換のためのスペースを必要とする。
【００２０】一方、膜分離には、上記のスパイラル型分離膜モジュールの他にも様々な種類の分離膜モジュールが用いられる。特に、中空糸膜エレメントを圧力容器内に装填してなる中空糸膜モジュールは、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から多く使用されている。しかしながら、中空糸膜エレメントは膜が折れやすく、また、コストも高い。これに対し、スパイラル型分離膜エレメントは、膜が破損しにくくコストも低いので、中空糸膜モジュールの代わりにスパイラル型分離膜モジュールを用いれば、低コストで長期にわたり信頼性の高い運転を行うことができる。
【００２１】しかしながら、スパイラル型分離膜モジュール１０１の原液入口１２、透過液出口１３および濃縮液出口１４の配置が中空糸膜モジュールとは異なるため、中空糸膜分離装置の全ての配管をスパイラル型分離膜モジュール１０１に合わせて新製しない限り、中空糸膜分離装置にスパイラル型分離膜モジュール１０１を装着することは不可能である。このため、中空糸膜モジュールをスパイラル型分離膜モジュールに取り換える作業は大がかりになり、非常にコストがかかる。
【００２２】本発明の目的は、スパイラル型分離膜エレメントの交換作業を容易にかつ迅速に行うことを可能とし、濃縮液の滞留部が存在せず、かつ中空糸膜分離装置への装着が容易であるスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダおよびそれを備えたスパイラル型分離膜モジュールを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の発明に係るスパイラル型分離膜モジュールは、原液入口が設けられた第１のヘッダ部をスパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着し、透過液出口および濃縮液出口が設けられた第２のヘッダ部をスパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着したものである。
【００２４】本発明に係るスパイラル型分離膜モジュールの運転時には、第１のヘッダ部に設けられた原液入口に原液配管が接続され、また、第２のヘッダ部に設けられた濃縮液出口および透過液出口に濃縮液配管および透過液配管が接続される。
【００２５】原液は、第１のヘッダ部の原液入口よりスパイラル型分離膜モジュール内に供給される。原液は、スパイラル型分離膜エレメントを通過する過程において透過液と濃縮液に分離され、透過液は第２のヘッダ部の透過液出口から排出され、濃縮液は第２のヘッダ部の濃縮液出口より排出される。
【００２６】この場合、スパイラル型分離膜エレメントの外周部に液が供給されないので、スパイラル型分離膜モジュール内における液の滞留を防ぐことができる。また、第１および第２のヘッダ部を取り外した後、スパイラル型分離膜エレメントを軸方向と垂直な方向に取り出すことにより、スパイラル型分離膜エレメントを交換することができるので、少ないスペースでスパイラル型分離膜エレメントの交換作業を効率良く行うことができる。
【００２７】また、スパイラル型分離膜エレメントの外周面が外装材で被覆されていることが好ましい。
【００２８】これにより、低圧で行う膜分離操作において、圧力容器なしでスパイラル型分離膜モジュールを運転することができる。
【００２９】また、圧力容器がないとスパイラル型分離膜モジュールが軽量となるため、スパイラル型分離膜エレメントに第１のヘッダ部および第２のヘッダ部を装着したまま、スパイラル型分離膜モジュールを配管から取り外して交換する際にも、交換作業を効率よく行うことができる。
【００３０】特に、第１のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、原液入口は第１のヘッダ部の底面部に設けられ、第２のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、透過液出口は第２のヘッダ部の側面部に設けられ、濃縮液出口は第２のヘッダ部の底面部に設けられ、第２のヘッダ部に透過液出口とスパイラル型分離膜エレメントの集液管とを連絡する管路が設けられてもよい。
【００３１】これにより、スパイラル型分離膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口の配置が中空糸膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口の配置と同様になる。このため、中空糸膜分離装置の原液配管、濃縮液配管および透過液配管の配置を変更することなく、スパイラル型分離膜モジュールを中空糸膜モジュールに代えて中空糸膜分離装置に容易に装着することができる。
【００３２】第２の発明に係るスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダは、スパイラル型分離膜エレメントに装着されるスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダであって、スパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着される第１のヘッダ部と、スパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着される第２のヘッダ部とを備え、第１のヘッダ部に原液入口が設けられ、第２のヘッダ部に透過液出口および濃縮液出口が設けられたものである。
【００３３】スパイラル型分離膜モジュールの運転時には、第１のヘッダ部の原液入口に原液配管が接続され、また、第２のヘッダ部の透過液出口および濃縮液出口に透過液配管および濃縮液配管がそれぞれ接続される。
【００３４】この場合、スパイラル型分離膜エレメントの外周部に液が供給されないので、スパイラル型分離膜モジュール内における液の滞留を防ぐことができる。また、第１および第２のヘッダ部を取り外した後、スパイラル型分離膜エレメントを軸方向と垂直な方向に取り出すことによりスパイラル型分離膜エレメントを交換することができるので、少ないスペースでスパイラル型分離膜エレメントの交換作業を効率良く行うことができる。
【００３５】また、第１のヘッダ部は、外周面が外装材で被覆されたスパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着され、第２のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着されることが好ましい。
【００３６】これにより、低圧で行う膜分離操作において、圧力容器なしでスパイラル型分離膜モジュールを運転することができる。
【００３７】特に、第１のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、原液入口は第１のヘッダ部の底面部に設けられ、第２のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの他端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、透過液出口は第２のヘッダ部の側面部に設けられ、濃縮液出口は第２のヘッダ部の底面部に設けられ、第２のヘッダ部に透過液出口とスパイラル型分離膜エレメントとの集液管とを連絡する管路が設けられてもよい。
【００３８】これにより、スパイラル型分離膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口の配置が中空糸膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口の配置と同様になる。このため、中空糸膜分離装置の原液配管、濃縮液配管および透過液配管の配置を変更することなく、スパイラル型分離膜モジュールを中空糸膜モジュールに代えて中空糸膜分離装置に容易に装着するこができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るスパイラル型分離膜モジュールの一例を示す断面図である。
【００４０】図１に示すスパイラル型分離膜モジュール１００は、スパイラル型分離膜エレメント１およびスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０からなる。
【００４１】スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０は、原液取り込み用の第１のヘッダ部６１と、透過液および濃縮液取り出し用の第２のヘッダ部６２とを含む。第１のヘッダ部６１の底面中央部には、原液入口１２が設けられ、第２のヘッダ部６２の底面中央部には、濃縮液出口１４が設けられ、また、第２のヘッダ部６２の側面部には、透過液出口１３が設けられている。このように、原液入口１２と濃縮液出口１４は同一方向に配置され、透過液出口１３は、原液入口１２および濃縮液入口１４と垂直に配置されている。
【００４２】スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０は、スパイラル型分離膜エレメント１の両端部に装着される。第１のヘッダ部６１側の集液管５端部は閉塞されており、一方、第２のヘッダ部６２側の集液管５端部は、コネクタ５６により第２のヘッダ部６２の透過液出口１３に連結されている。
【００４３】図２は、スパイラル型分離膜エレメントの一部切欠き斜視図である。図２に示すスパイラル型分離膜エレメント１は、透過液流路材３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜４を形成し、その封筒状膜４の開口部を有孔中空管からなる集液管５に取り付け、ネット状の原液流路材６とともに集液管５の外周面にスパイラル状に巻回してなる。封筒状膜４の外周面は、ガラス繊維強化プラスチックからなる外装材７で被覆され、また、両端部にはパッキンホルダ８が取り付けられている。
【００４４】スパイラル型分離膜エレメント１の一方の端面側から供給された原液９は、原液流路材６に沿って流れ、スパイラル型分離膜エレメント１の他方の端面側から濃縮液１１として排出される。原液９が原液流路材６に沿って流れる過程で分離膜２を透過した透過液が透過液流路材３に沿って集液管５の内部に流れ込み、集液管５の端部から排出される。
【００４５】図１のスパイラル型分離膜モジュール１００は、縦向きに設置される。運転時には、第１のヘッダ部６１の原液入口１２に原液配管が接続され、また、第２のヘッダ部６２の透過液出口１３および濃縮液出口１４には、透過液配管および濃縮液配管がそれぞれ接続される。
【００４６】原液配管より供給された原液９は、第１のヘッダ部６１の原液入口１２を通りスパイラル型分離膜エレメント１内に流入し、図２の原液流路材６に沿って流れた後、スパイラル型分離膜エレメント１の他方の端面から濃縮液１１として流出する。この濃縮液１１は、第２のヘッダ部６２の濃縮液出口１４から排出される。上述した過程で、図２に示したようにスパイラル型分離膜エレメント１の分離膜２を透過した透過液１０は、スパイラル型分離膜エレメントの集液管５を通り第２のヘッダ部６２の透過液出口１３から外部に排出される。
【００４７】スパイラル型分離膜モジュール１００のスパイラル型分離膜エレメント１を交換する際には、第１のヘッダ部６１の原液入口１２に原液配管が接続され、第２のヘッダ部６２の透過液出口１３および濃縮液出口１４に透過液配管および濃縮液配管がそれぞれ接続された状態で、第１のヘッダ部６１をスパイラル型分離膜エレメント１から取り外すとともに、第２のヘッダ部６２をスパイラル型分離膜エレメント１から取り外した後、スパイラル型分離膜エレメント１を横方向に取り外す。そして、新たなスパイラル型分離膜エレメント１を、第１のヘッダ部６１および第２のヘッダ部６２に取り付ける。
【００４８】また、図１に示すように、スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０を用いると圧力容器５０が不要となる。このため、圧力容器５０内からスパイラル型分離膜エレメント１を上方へ引き抜く作業が不要となるので、交換の作業性も向上する。また、スパイラル型分離膜エレメント１の上方に交換のためのスペースを用意する必要がないので、スペースの限られた場所に膜分離装置を設置することができる。
【００４９】また、スパイラル型分離膜モジュール１００を原液配管、透過液配管および濃縮液配管から取り外し、スパイラル型分離膜エレメント１にスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０を装着したまま、スパイラル型分離膜モジュール１００を横方向に取り出して交換する際、圧力容器５０をもたないスパイラル型分離膜モジュール１００は軽量であるため、効率よく交換作業を行うことができる。
【００５０】さらに、図１に示すスパイラル型分離膜モジュール１００には、図３に示したスパイラル型分離膜モジュール１０１のような圧力容器５０の内周面とスパイラル型分離膜エレメント１の外周面との間の空隙部は存在しない。このため、スパイラル型分離膜エレメント１の外周部が濃縮液１１と接することがなく、スパイラル型分離膜モジュール１００内に濃縮液１１が滞留することもない。これにより、濃縮液１１の滞留が要因となり生じる分離膜２の菌汚染やファウリングを防ぐことができる。
【００５１】また、スパイラル型分離膜モジュール１００では、上述したように空隙部が存在しないことから、洗浄の際に原液入口１２から供給された洗浄液はスパイラル型分離膜エレメント１内を通過した後、滞留することなく、透過液出口１３および濃縮液出口１４から外部に排出される。このため、運転再開時にスパイラル型分離膜モジュール１００内に残った洗浄液が原液に容易に置換される。したがって洗浄後、短時間で膜分離操作を再開することができる。また、スパイラル型分離膜エレメント１の交換のためにスパイラル型モジュール１００内の液を抜く際にも、容易に、かつ短時間で液抜きを行うことができる。
【００５２】さらに、スパイラル型分離膜モジュール１００では、原液入口１２、濃縮液出口１４および透過液出口１３が中空糸膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口とそれぞれ同じ配置で設けられている。このため、中空糸膜モジュールを用いた膜分離装置の原液配管、濃縮液配管および透過液配管の配置を変更することなく、膜分離装置に装着された中空糸膜モジュールに代えてスパイラル型分離膜モジュールを低コストで装着することができる。
【００５３】以上のように、本発明に係るスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０を用いれば、スパイラル型分離膜エレメント１を容易にかつ迅速に交換することができ、また、交換のためのスペースをとる必要もない。また、スパイラル型分離膜モジュール１００内に濃縮液の滞留部が存在しないため、分離膜２の菌汚染やファウリングを防ぐことができる。その結果、スパイラル型分離膜モジュール１００の長期安定運転が可能となる。さらに、このスパイラル型分離膜モジュール１００は、中空糸膜モジュールを用いた膜分離装置の配管の配置を変更することなく、容易に装着することができるので、低コストで中空糸膜モジュールをスパイラル型分離膜モジュールに取りかえることができる。特に、このスパイラル型分離膜モジュールを低圧で行う逆浸透膜分離操作や低圧で行う限外濾過膜分離操作に用いた場合、分離性能の高い運転を長期にわたって行うことが可能となる。
【００５４】
【実施例】図１に示すスパイラル型分離膜モジュールを中空糸限外濾過膜分離装置に装着し、運転を行った。実施例におけるスパイラル型分離膜エレメントとしては、日東電工株式会社製ＮＴＵ−３１５０−Ｓ４を用い、中空糸限外濾過膜分離装置としては、日東電工株式会社製ＵＦ−１を用いた。中空糸限外濾過膜分離装置の運転条件は下表の通りである。
【００５５】
【表１】
【００５６】この結果、得られた透過液の濁度は０．１度以下であった。また、透過流束は０．５ｍ3 ／ｈで、供給液（原液）流量に対する透過液の回収率は７５％であった。
【００５７】その後、このスパイラル型分離膜モジュールの次亜塩素酸ナトリウムによる洗浄を行った。スパイラル型分離膜モジュールの原液入口から、洗浄液として、有効塩素濃度５０ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウムを供給し、この洗浄液を用いて、スパイラル型分離膜モジュールの循環運転を３０分間行った後、２時間放置した。洗浄後、再び表１と同条件で中空糸限外濾過膜分離装置の運転を再開した。
【００５８】このスパイラル型分離膜モジュール内の洗浄液が原液で置換されるのにかかった時間は、中空糸膜モジュールと同等の短かい時間であった。このため、再び膜分離操作を再開できる状態になるのにかかった時間は、従来の圧力容器を用いたスパイラル型分離膜モジュールよりも短かった。
【００５９】図１に示すスパイラル型分離膜モジュールにおいて、スパイラル型分離膜エレメントの交換を行った。
【００６０】中空糸限外濾過膜分離装置の配管とスパイラル型分離膜モジュール用ヘッダは接続したままで、スパイラル型分離膜モジュール用ヘッダからスパイラル型分離膜エレメントのみを外して取り出した。新しく交換したスパイラル型分離膜エレメントは、取り外し時と逆の手順によりスパイラル型分離膜モジュール用ヘッダに取り付けた。この際、交換に要した時間は４分であった。
【００６１】［比較例］比較例として、図３に示すような圧力容器内に実施例と同じスパイラル型分離膜エレメント（ＮＴＵ−３１５０−Ｓ４）を１本装填したスパイラル型分離膜モジュールを用いた。このスパイラル型分離膜モジュールを縦向きにしてスパイラル型限外濾過膜分離装置ＲＵＷ−５に装着し、運転を行った。スパイラル型限外濾過膜分離装置の運転条件は下表の通りである。
【００６２】
【表２】
【００６３】この結果、得られた透過液の濁度は１度以下であった。また、透過流束は０．５ｍ3／ｈで、供給液（原液）流量に対する透過液の回収率は７５％であった。
【００６４】さらに、上記のスパイラル型分離膜モジュールにおいて、スパイラル型分離膜エレメントの交換を行った。
【００６５】スパイラル型限外濾過膜分離装置の配管を圧力容器の端板から取り外した後、端板を筒形ケースから取り外し、内部に挿入されたスパイラル型分離膜エレメントを上方向に引き抜いて取り出した。スパイラル型分離膜エレメントの交換後は、再び端板を筒形ケースに固定し、配管を元の接続状態に戻した。この際、交換に要した時間は７分であった。
【００６６】以上のように、実施例においては、スパイラル型分離膜モジュールを中空糸限外濾過膜分離装置に容易に装着することができるとともに、長期安定運転を行うことができる。また、スパイラル型分離膜モジュールの洗浄後、中空糸膜モジュールと同様に短時間で膜分離操作を再開することができる。さらに、少ないスペースでスパイラル型分離膜エレメントの交換作業を容易にかつ迅速に行うことができる。
【００６７】これに対し、比較例においては、中空糸限外濾過膜分離装置の配管を変更しない限りスパイラル型分離膜モジュールを装着することができない。また、スパイラル型分離膜モジュール内に滞留した濃縮液が、スパイラル型分離膜エレメントの性能の低下および寿命の低下を引き起こす。さらに、スパイラル型分離膜モジュールの解体および復旧作業が煩雑であり、スパイラル型分離膜エレメントを交換するためのスペースが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダおよびスパイラル型分離膜モジュールの例を示す断面図である。
【図２】スパイラル型分離膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図３】従来のスパイラル型分離膜モジュールの一部切欠き斜視図である。
【図４】Ｕターンベッセルを用いたスパイラル型分離膜モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１ スパイラル型分離膜エレメント
２ 分離膜
５ 集液管
７ 外装材
９ 原液
１０ 透過液
１１ 濃縮液
１２ 原液入口
１３ 透過液出口
１４ 濃縮液出口
５０ 圧力容器
５４ Ｕターンベッセル
６０ スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ
６１ 第１のヘッダ部
６２ 第２のヘッダ部
１００，１０１，１０２ スパイラル型分離膜モジュール
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダおよびそれを備えたスパイラル型分離膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、純水または用水の造水プロセス、食品、薬品等の製造プロセス、生活排水、産業排水等の各種プロセスにおいて、原液から固形物質や融解性物質を分離するために、スパイラル型、中空糸、平膜等の分離膜モジュールが多く使用されている。
【０００３】例えば、スパイラル型分離膜モジュールは、圧力容器内にスパイラル型分離膜エレメントを装填した構造を有する。このスパイラル型分離膜エレメントは、膜面積を大きくとれ、かつ中空糸膜に比べて膜が破損しにくいという利点を有する。
【０００４】図３は、従来のスパイラル型分離膜モジュールの一例を示す一部切欠き斜視図である。図３のスパイラル型分離膜モジュール１０１において、圧力容器５０は筒形ケース５１およびその筒形ケース５１の両端の開口部を閉塞する一対の端板５２および５３により構成される。一方の端板５２には、原液入口１２が形成され、他方の端板５３には濃縮液出口１４が形成され、かつ端板５３の中央部に透過液出口１３が形成されている。透過液出口１３には短管５７が取り付けられている。
【０００５】圧力容器５０内の隣接するスパイラル型分離膜エレメント１は、集液管５の一端部同士がコネクタ５６で連結されており、また濃縮液出口１４側のスパイラル型分離膜エレメント１は集液管５の一端部が短管５７とコネクタ５６で連結されている。このようにして、３本のスパイラル型分離膜エレメント１が直列に並んで圧力容器５０内に装填されている。
【０００６】各スパイラル型分離膜エレメント１の外周面と圧力容器５０の内周面との間はＯリング５５により液密にシールされている。
【０００７】図３に示すように、原液９は原液入口１２から圧力容器５０内に供給され、原液入口１２側のスパイラル型分離膜エレメント１の一方の端面からスパイラル型分離膜エレメント１内に流入し、原液流路を通って他方の端面から流出する。原液入口１２側のスパイラル型分離膜エレメント１から流出した原液９は、同様にして、隣接するスパイラル型分離膜エレメント１を通過し、さらに濃縮液出口１４側のスパイラル型分離膜エレメント１を通過した後、濃縮液１１として濃縮液出口１４から排出される。この過程で、３つのスパイラル型分離膜エレメント１の分離膜２を透過した水が、集液管５を通り透過液出口１３から透過液１０として排出される。
【０００８】大規模な造水施設においては、図３に示すスパイラル型分離膜モジュール１０１のように複数のスパイラル型分離膜エレメント１を装填したスパイラル型分離膜モジュールを並列、かつ直列に並べてクリスマスツリー型に配置している。これにより、処理容量が大きくなっても高い操作効率をあげることができる。一方、小規模な造水ユニットでは、圧力容器５０内に１本のスパイラル型分離膜エレメント１を装填したスパイラル型分離膜モジュールを並列に配置して処理を行っている。
【０００９】図３のように複数のスパイラル型分離膜エレメント１を装填したスパイラル型分離膜モジュール１０１は横向きに設置されるが、スパイラル型分離膜エレメント１を１本装填したスパイラル型分離膜モジュールは縦向きに設置されることが多い。酵素やタンパクの濃縮および精製プロセスにおいては、スパイラル型分離膜エレメント１を１本装填したスパイラル型分離膜モジュールを数本から数十本規模で縦向きに並列に並べて設置し、処理を行っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】スパイラル型分離膜モジュール１０１は、長時間使用するとスパイラル型分離膜エレメント１の目詰まりや劣化を生じ、分離性能が低下する。このため、スパイラル型分離膜エレメント１を定期的に交換する必要がある。
【００１１】固定配管の膜分離装置では、スパイラル型分離膜エレメント１を交換する際の交換作業が煩雑になるという問題がある。図３に示すスパイラル型分離膜モジュール１０１では、原液配管が圧力容器５０の一方の端板５２の原液入口１２に接続され、透過液配管および濃縮液配管がそれぞれ他方の端板５３の透過液出口１３および濃縮液出口１４に接続されている。スパイラル型分離膜エレメント１を交換する際には、原液配管、透過液配管および濃縮液配管をそれぞれ端板５２，５３から取り外した後、端板５２，５３を筒形ケース５１から取り外し、内部に挿入されたスパイラル型分離膜エレメント１を交換する。交換後は、再び端板５２および５３を筒形ケース５１に固定し、配管を元の接続状態に復旧させる必要がある。このような解体および復旧作業は煩雑であり、膨大な時間や人手を要する。
【００１２】特に、圧力容器５０を縦向きに設置した場合、スパイラル型分離膜エレメント１を上方向に引き抜いて交換を行うので非常に作業性が悪い。また、スパイラル型分離膜エレメント１を上方向に引き抜いて交換を行うには、圧力容器５０上端からスパイラル型分離膜エレメント１の１本分の交換スペースを確保する必要があるため、スペースの限られた場所への設置は困難である。
【００１３】また、スパイラル型分離膜モジュール１０１は、圧力容器５０の内周面とスパイラル型分離膜エレメント１の外周面とで形成される空隙部に濃縮液１１が滞留するため、スパイラル型分離膜エレメント１の菌汚染やファウリング（膜面の汚れ）の要因となる。そこで、Ｕターンベッセルと呼ばれる圧力容器を用いるスパイラル型分離膜モジュールが提案されている。
【００１４】図４は、Ｕターンベッセルを用いた従来のスパイラル型分離膜モジュールの断面図である。
【００１５】図４のスパイラル型分離膜モジュール１０２は食品の製造プロセス等に用いられているもので、Ｕターンベッセル５４内にスパイラル型分離膜エレメント１が装填されている。Ｕターンベッセル５４は、以下の点を除いて図３の圧力容器５０と同様の構造を有する。
【００１６】図４のＵターンベッセル５４においては、濃縮液出口１４が、筒形ケース５１の原液入口１２近くに設けられている。また、スパイラル型分離膜エレメント１の外周面とＵターンベッセル５４の内周面との間はＵパッキン５８により液密にシールされている。
【００１７】図４に示すスパイラル型分離膜モジュール１０２の運転時には、原液入口１２から導入された原液９はスパイラル型分離膜エレメント１内を通る過程において濃縮液１１と透過液１０に分離される。透過液１０は集液管５を通り透過液出口１３より外部へ排出される。一方、濃縮液１１は端板５３まで達した後、そこで反転してスパイラル型分離膜エレメント１の外周面とＵターンベッセル５４の内周面との間に形成されている空隙部を通って、濃縮液出口１４に達し、ここから外部へ排出される。
【００１８】このように、Ｕターンベセッル５４を用いたスパイラル型分離膜モジュール１０２では、圧力容器５０の内周面とスパイラル型分離膜エレメント１の外周面とで形成される空隙部に濃縮液１１が滞留することはない。
【００１９】しかしながら、スパイラル型分離膜モジュール１０２においてもスパイラル型分離膜エレメント１の交換の作業性が悪く、また、交換のためのスペースを必要とする。
【００２０】一方、膜分離には、上記のスパイラル型分離膜モジュールの他にも様々な種類の分離膜モジュールが用いられる。特に、中空糸膜エレメントを圧力容器内に装填してなる中空糸膜モジュールは、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の点から多く使用されている。しかしながら、中空糸膜エレメントは膜が折れやすく、また、コストも高い。これに対し、スパイラル型分離膜エレメントは、膜が破損しにくくコストも低いので、中空糸膜モジュールの代わりにスパイラル型分離膜モジュールを用いれば、低コストで長期にわたり信頼性の高い運転を行うことができる。
【００２１】しかしながら、スパイラル型分離膜モジュール１０１の原液入口１２、透過液出口１３および濃縮液出口１４の配置が中空糸膜モジュールとは異なるため、中空糸膜分離装置の全ての配管をスパイラル型分離膜モジュール１０１に合わせて新製しない限り、中空糸膜分離装置にスパイラル型分離膜モジュール１０１を装着することは不可能である。このため、中空糸膜モジュールをスパイラル型分離膜モジュールに取り換える作業は大がかりになり、非常にコストがかかる。
【００２２】本発明の目的は、スパイラル型分離膜エレメントの交換作業を容易にかつ迅速に行うことを可能とし、濃縮液の滞留部が存在せず、かつ中空糸膜分離装置への装着が容易であるスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダおよびそれを備えたスパイラル型分離膜モジュールを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の発明に係るスパイラル型分離膜モジュールは、原液入口が設けられた第１のヘッダ部をスパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着し、透過液出口および濃縮液出口が設けられた第２のヘッダ部をスパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着したものである。
【００２４】本発明に係るスパイラル型分離膜モジュールの運転時には、第１のヘッダ部に設けられた原液入口に原液配管が接続され、また、第２のヘッダ部に設けられた濃縮液出口および透過液出口に濃縮液配管および透過液配管が接続される。
【００２５】原液は、第１のヘッダ部の原液入口よりスパイラル型分離膜モジュール内に供給される。原液は、スパイラル型分離膜エレメントを通過する過程において透過液と濃縮液に分離され、透過液は第２のヘッダ部の透過液出口から排出され、濃縮液は第２のヘッダ部の濃縮液出口より排出される。
【００２６】この場合、スパイラル型分離膜エレメントの外周部に液が供給されないので、スパイラル型分離膜モジュール内における液の滞留を防ぐことができる。また、第１および第２のヘッダ部を取り外した後、スパイラル型分離膜エレメントを軸方向と垂直な方向に取り出すことにより、スパイラル型分離膜エレメントを交換することができるので、少ないスペースでスパイラル型分離膜エレメントの交換作業を効率良く行うことができる。
【００２７】また、スパイラル型分離膜エレメントの外周面が外装材で被覆されていることが好ましい。
【００２８】これにより、低圧で行う膜分離操作において、圧力容器なしでスパイラル型分離膜モジュールを運転することができる。
【００２９】また、圧力容器がないとスパイラル型分離膜モジュールが軽量となるため、スパイラル型分離膜エレメントに第１のヘッダ部および第２のヘッダ部を装着したまま、スパイラル型分離膜モジュールを配管から取り外して交換する際にも、交換作業を効率よく行うことができる。
【００３０】特に、第１のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、原液入口は第１のヘッダ部の底面部に設けられ、第２のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、透過液出口は第２のヘッダ部の側面部に設けられ、濃縮液出口は第２のヘッダ部の底面部に設けられ、第２のヘッダ部に透過液出口とスパイラル型分離膜エレメントの集液管とを連絡する管路が設けられてもよい。
【００３１】これにより、スパイラル型分離膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口の配置が中空糸膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口の配置と同様になる。このため、中空糸膜分離装置の原液配管、濃縮液配管および透過液配管の配置を変更することなく、スパイラル型分離膜モジュールを中空糸膜モジュールに代えて中空糸膜分離装置に容易に装着することができる。
【００３２】第２の発明に係るスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダは、スパイラル型分離膜エレメントに装着されるスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダであって、スパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着される第１のヘッダ部と、スパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着される第２のヘッダ部とを備え、第１のヘッダ部に原液入口が設けられ、第２のヘッダ部に透過液出口および濃縮液出口が設けられたものである。
【００３３】スパイラル型分離膜モジュールの運転時には、第１のヘッダ部の原液入口に原液配管が接続され、また、第２のヘッダ部の透過液出口および濃縮液出口に透過液配管および濃縮液配管がそれぞれ接続される。
【００３４】この場合、スパイラル型分離膜エレメントの外周部に液が供給されないので、スパイラル型分離膜モジュール内における液の滞留を防ぐことができる。また、第１および第２のヘッダ部を取り外した後、スパイラル型分離膜エレメントを軸方向と垂直な方向に取り出すことによりスパイラル型分離膜エレメントを交換することができるので、少ないスペースでスパイラル型分離膜エレメントの交換作業を効率良く行うことができる。
【００３５】また、第１のヘッダ部は、外周面が外装材で被覆されたスパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着され、第２のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着されることが好ましい。
【００３６】これにより、低圧で行う膜分離操作において、圧力容器なしでスパイラル型分離膜モジュールを運転することができる。
【００３７】特に、第１のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、原液入口は第１のヘッダ部の底面部に設けられ、第２のヘッダ部はスパイラル型分離膜エレメントの他端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、透過液出口は第２のヘッダ部の側面部に設けられ、濃縮液出口は第２のヘッダ部の底面部に設けられ、第２のヘッダ部に透過液出口とスパイラル型分離膜エレメントとの集液管とを連絡する管路が設けられてもよい。
【００３８】これにより、スパイラル型分離膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口の配置が中空糸膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口の配置と同様になる。このため、中空糸膜分離装置の原液配管、濃縮液配管および透過液配管の配置を変更することなく、スパイラル型分離膜モジュールを中空糸膜モジュールに代えて中空糸膜分離装置に容易に装着するこができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るスパイラル型分離膜モジュールの一例を示す断面図である。
【００４０】図１に示すスパイラル型分離膜モジュール１００は、スパイラル型分離膜エレメント１およびスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０からなる。
【００４１】スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０は、原液取り込み用の第１のヘッダ部６１と、透過液および濃縮液取り出し用の第２のヘッダ部６２とを含む。第１のヘッダ部６１の底面中央部には、原液入口１２が設けられ、第２のヘッダ部６２の底面中央部には、濃縮液出口１４が設けられ、また、第２のヘッダ部６２の側面部には、透過液出口１３が設けられている。このように、原液入口１２と濃縮液出口１４は同一方向に配置され、透過液出口１３は、原液入口１２および濃縮液入口１４と垂直に配置されている。
【００４２】スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０は、スパイラル型分離膜エレメント１の両端部に装着される。第１のヘッダ部６１側の集液管５端部は閉塞されており、一方、第２のヘッダ部６２側の集液管５端部は、コネクタ５６により第２のヘッダ部６２の透過液出口１３に連結されている。
【００４３】図２は、スパイラル型分離膜エレメントの一部切欠き斜視図である。図２に示すスパイラル型分離膜エレメント１は、透過液流路材３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜４を形成し、その封筒状膜４の開口部を有孔中空管からなる集液管５に取り付け、ネット状の原液流路材６とともに集液管５の外周面にスパイラル状に巻回してなる。封筒状膜４の外周面は、ガラス繊維強化プラスチックからなる外装材７で被覆され、また、両端部にはパッキンホルダ８が取り付けられている。
【００４４】スパイラル型分離膜エレメント１の一方の端面側から供給された原液９は、原液流路材６に沿って流れ、スパイラル型分離膜エレメント１の他方の端面側から濃縮液１１として排出される。原液９が原液流路材６に沿って流れる過程で分離膜２を透過した透過液が透過液流路材３に沿って集液管５の内部に流れ込み、集液管５の端部から排出される。
【００４５】図１のスパイラル型分離膜モジュール１００は、縦向きに設置される。運転時には、第１のヘッダ部６１の原液入口１２に原液配管が接続され、また、第２のヘッダ部６２の透過液出口１３および濃縮液出口１４には、透過液配管および濃縮液配管がそれぞれ接続される。
【００４６】原液配管より供給された原液９は、第１のヘッダ部６１の原液入口１２を通りスパイラル型分離膜エレメント１内に流入し、図２の原液流路材６に沿って流れた後、スパイラル型分離膜エレメント１の他方の端面から濃縮液１１として流出する。この濃縮液１１は、第２のヘッダ部６２の濃縮液出口１４から排出される。上述した過程で、図２に示したようにスパイラル型分離膜エレメント１の分離膜２を透過した透過液１０は、スパイラル型分離膜エレメントの集液管５を通り第２のヘッダ部６２の透過液出口１３から外部に排出される。
【００４７】スパイラル型分離膜モジュール１００のスパイラル型分離膜エレメント１を交換する際には、第１のヘッダ部６１の原液入口１２に原液配管が接続され、第２のヘッダ部６２の透過液出口１３および濃縮液出口１４に透過液配管および濃縮液配管がそれぞれ接続された状態で、第１のヘッダ部６１をスパイラル型分離膜エレメント１から取り外すとともに、第２のヘッダ部６２をスパイラル型分離膜エレメント１から取り外した後、スパイラル型分離膜エレメント１を横方向に取り外す。そして、新たなスパイラル型分離膜エレメント１を、第１のヘッダ部６１および第２のヘッダ部６２に取り付ける。
【００４８】また、図１に示すように、スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０を用いると圧力容器５０が不要となる。このため、圧力容器５０内からスパイラル型分離膜エレメント１を上方へ引き抜く作業が不要となるので、交換の作業性も向上する。また、スパイラル型分離膜エレメント１の上方に交換のためのスペースを用意する必要がないので、スペースの限られた場所に膜分離装置を設置することができる。
【００４９】また、スパイラル型分離膜モジュール１００を原液配管、透過液配管および濃縮液配管から取り外し、スパイラル型分離膜エレメント１にスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０を装着したまま、スパイラル型分離膜モジュール１００を横方向に取り出して交換する際、圧力容器５０をもたないスパイラル型分離膜モジュール１００は軽量であるため、効率よく交換作業を行うことができる。
【００５０】さらに、図１に示すスパイラル型分離膜モジュール１００には、図３に示したスパイラル型分離膜モジュール１０１のような圧力容器５０の内周面とスパイラル型分離膜エレメント１の外周面との間の空隙部は存在しない。このため、スパイラル型分離膜エレメント１の外周部が濃縮液１１と接することがなく、スパイラル型分離膜モジュール１００内に濃縮液１１が滞留することもない。これにより、濃縮液１１の滞留が要因となり生じる分離膜２の菌汚染やファウリングを防ぐことができる。
【００５１】また、スパイラル型分離膜モジュール１００では、上述したように空隙部が存在しないことから、洗浄の際に原液入口１２から供給された洗浄液はスパイラル型分離膜エレメント１内を通過した後、滞留することなく、透過液出口１３および濃縮液出口１４から外部に排出される。このため、運転再開時にスパイラル型分離膜モジュール１００内に残った洗浄液が原液に容易に置換される。したがって洗浄後、短時間で膜分離操作を再開することができる。また、スパイラル型分離膜エレメント１の交換のためにスパイラル型モジュール１００内の液を抜く際にも、容易に、かつ短時間で液抜きを行うことができる。
【００５２】さらに、スパイラル型分離膜モジュール１００では、原液入口１２、濃縮液出口１４および透過液出口１３が中空糸膜モジュールの原液入口、濃縮液出口および透過液出口とそれぞれ同じ配置で設けられている。このため、中空糸膜モジュールを用いた膜分離装置の原液配管、濃縮液配管および透過液配管の配置を変更することなく、膜分離装置に装着された中空糸膜モジュールに代えてスパイラル型分離膜モジュールを低コストで装着することができる。
【００５３】以上のように、本発明に係るスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ６０を用いれば、スパイラル型分離膜エレメント１を容易にかつ迅速に交換することができ、また、交換のためのスペースをとる必要もない。また、スパイラル型分離膜モジュール１００内に濃縮液の滞留部が存在しないため、分離膜２の菌汚染やファウリングを防ぐことができる。その結果、スパイラル型分離膜モジュール１００の長期安定運転が可能となる。さらに、このスパイラル型分離膜モジュール１００は、中空糸膜モジュールを用いた膜分離装置の配管の配置を変更することなく、容易に装着することができるので、低コストで中空糸膜モジュールをスパイラル型分離膜モジュールに取りかえることができる。特に、このスパイラル型分離膜モジュールを低圧で行う逆浸透膜分離操作や低圧で行う限外濾過膜分離操作に用いた場合、分離性能の高い運転を長期にわたって行うことが可能となる。
【００５４】
【実施例】図１に示すスパイラル型分離膜モジュールを中空糸限外濾過膜分離装置に装着し、運転を行った。実施例におけるスパイラル型分離膜エレメントとしては、日東電工株式会社製ＮＴＵ−３１５０−Ｓ４を用い、中空糸限外濾過膜分離装置としては、日東電工株式会社製ＵＦ−１を用いた。中空糸限外濾過膜分離装置の運転条件は下表の通りである。
【００５５】
【表１】
【００５６】この結果、得られた透過液の濁度は０．１度以下であった。また、透過流束は０．５ｍ3 ／ｈで、供給液（原液）流量に対する透過液の回収率は７５％であった。
【００５７】その後、このスパイラル型分離膜モジュールの次亜塩素酸ナトリウムによる洗浄を行った。スパイラル型分離膜モジュールの原液入口から、洗浄液として、有効塩素濃度５０ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウムを供給し、この洗浄液を用いて、スパイラル型分離膜モジュールの循環運転を３０分間行った後、２時間放置した。洗浄後、再び表１と同条件で中空糸限外濾過膜分離装置の運転を再開した。
【００５８】このスパイラル型分離膜モジュール内の洗浄液が原液で置換されるのにかかった時間は、中空糸膜モジュールと同等の短かい時間であった。このため、再び膜分離操作を再開できる状態になるのにかかった時間は、従来の圧力容器を用いたスパイラル型分離膜モジュールよりも短かった。
【００５９】図１に示すスパイラル型分離膜モジュールにおいて、スパイラル型分離膜エレメントの交換を行った。
【００６０】中空糸限外濾過膜分離装置の配管とスパイラル型分離膜モジュール用ヘッダは接続したままで、スパイラル型分離膜モジュール用ヘッダからスパイラル型分離膜エレメントのみを外して取り出した。新しく交換したスパイラル型分離膜エレメントは、取り外し時と逆の手順によりスパイラル型分離膜モジュール用ヘッダに取り付けた。この際、交換に要した時間は４分であった。
【００６１】［比較例］比較例として、図３に示すような圧力容器内に実施例と同じスパイラル型分離膜エレメント（ＮＴＵ−３１５０−Ｓ４）を１本装填したスパイラル型分離膜モジュールを用いた。このスパイラル型分離膜モジュールを縦向きにしてスパイラル型限外濾過膜分離装置ＲＵＷ−５に装着し、運転を行った。スパイラル型限外濾過膜分離装置の運転条件は下表の通りである。
【００６２】
【表２】
【００６３】この結果、得られた透過液の濁度は１度以下であった。また、透過流束は０．５ｍ3／ｈで、供給液（原液）流量に対する透過液の回収率は７５％であった。
【００６４】さらに、上記のスパイラル型分離膜モジュールにおいて、スパイラル型分離膜エレメントの交換を行った。
【００６５】スパイラル型限外濾過膜分離装置の配管を圧力容器の端板から取り外した後、端板を筒形ケースから取り外し、内部に挿入されたスパイラル型分離膜エレメントを上方向に引き抜いて取り出した。スパイラル型分離膜エレメントの交換後は、再び端板を筒形ケースに固定し、配管を元の接続状態に戻した。この際、交換に要した時間は７分であった。
【００６６】以上のように、実施例においては、スパイラル型分離膜モジュールを中空糸限外濾過膜分離装置に容易に装着することができるとともに、長期安定運転を行うことができる。また、スパイラル型分離膜モジュールの洗浄後、中空糸膜モジュールと同様に短時間で膜分離操作を再開することができる。さらに、少ないスペースでスパイラル型分離膜エレメントの交換作業を容易にかつ迅速に行うことができる。
【００６７】これに対し、比較例においては、中空糸限外濾過膜分離装置の配管を変更しない限りスパイラル型分離膜モジュールを装着することができない。また、スパイラル型分離膜モジュール内に滞留した濃縮液が、スパイラル型分離膜エレメントの性能の低下および寿命の低下を引き起こす。さらに、スパイラル型分離膜モジュールの解体および復旧作業が煩雑であり、スパイラル型分離膜エレメントを交換するためのスペースが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダおよびスパイラル型分離膜モジュールの例を示す断面図である。
【図２】スパイラル型分離膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【図３】従来のスパイラル型分離膜モジュールの一部切欠き斜視図である。
【図４】Ｕターンベッセルを用いたスパイラル型分離膜モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１ スパイラル型分離膜エレメント
２ 分離膜
５ 集液管
７ 外装材
９ 原液
１０ 透過液
１１ 濃縮液
１２ 原液入口
１３ 透過液出口
１４ 濃縮液出口
５０ 圧力容器
５４ Ｕターンベッセル
６０ スパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ
６１ 第１のヘッダ部
６２ 第２のヘッダ部
１００，１０１，１０２ スパイラル型分離膜モジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】 原液入口が設けられた第１のヘッダ部をスパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着し、透過液出口および濃縮液出口が設けられた第２のヘッダ部を前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着したことを特徴とするスパイラル型分離膜モジュール。
【請求項２】 前記スパイラル型分離膜エレメントの外周面が外装材で被覆されたことを特徴とする請求項１記載のスパイラル型分離膜モジュール。
【請求項３】 前記第１のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、前記原液入口は前記第１のヘッダ部の前記底面部に設けられ、前記第２のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、前記透過液出口は前記第２のヘッダ部の前記側面部に設けられ、前記濃縮液出口は前記第２のヘッダ部の前記底面部に設けられ、前記第２のヘッダ部に前記透過液出口と前記スパイラル型分離膜エレメントの集液管とを連結する管路が設けられたことを特徴とする請求項１または２記載のスパイラル型分離膜モジュール。
【請求項４】 スパイラル型分離膜エレメントに装着されるスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダであって、前記スパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着される第１のヘッダ部と、前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着される第２のヘッダ部とを備え、前記第１のヘッダ部に原液入口が設けられ、前記第２のヘッダ部に透過液出口および濃縮液出口が設けられたことを特徴とするスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ。
【請求項５】 前記第１のヘッダ部は、外周面が外装材で被覆されたスパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着され、前記第２のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着されることを特徴とする請求項４記載のスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ。
【請求項６】 前記第１のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、前記原液入口は前記第１のヘッダ部の前記底面部に設けられ、前記第２のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、前記透過液出口は前記第２のヘッダ部の前記側面部に設けられ、前記濃縮液出口は前記第２のヘッダ部の前記底面部に設けられ、前記第２のヘッダ部に前記透過液出口と前記スパイラル型分離膜エレメントの集液管とを連結する管路が設けられたことを特徴とする請求項４または５記載のスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ。
【請求項１】 原液入口が設けられた第１のヘッダ部をスパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着し、透過液出口および濃縮液出口が設けられた第２のヘッダ部を前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着したことを特徴とするスパイラル型分離膜モジュール。
【請求項２】 前記スパイラル型分離膜エレメントの外周面が外装材で被覆されたことを特徴とする請求項１記載のスパイラル型分離膜モジュール。
【請求項３】 前記第１のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、前記原液入口は前記第１のヘッダ部の前記底面部に設けられ、前記第２のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、前記透過液出口は前記第２のヘッダ部の前記側面部に設けられ、前記濃縮液出口は前記第２のヘッダ部の前記底面部に設けられ、前記第２のヘッダ部に前記透過液出口と前記スパイラル型分離膜エレメントの集液管とを連結する管路が設けられたことを特徴とする請求項１または２記載のスパイラル型分離膜モジュール。
【請求項４】 スパイラル型分離膜エレメントに装着されるスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダであって、前記スパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着される第１のヘッダ部と、前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着される第２のヘッダ部とを備え、前記第１のヘッダ部に原液入口が設けられ、前記第２のヘッダ部に透過液出口および濃縮液出口が設けられたことを特徴とするスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ。
【請求項５】 前記第１のヘッダ部は、外周面が外装材で被覆されたスパイラル型分離膜エレメントの一端部に装着され、前記第２のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に装着されることを特徴とする請求項４記載のスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ。
【請求項６】 前記第１のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの一端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、前記原液入口は前記第１のヘッダ部の前記底面部に設けられ、前記第２のヘッダ部は前記スパイラル型分離膜エレメントの他端部に嵌合する円筒状の側面部と底面部とを有し、前記透過液出口は前記第２のヘッダ部の前記側面部に設けられ、前記濃縮液出口は前記第２のヘッダ部の前記底面部に設けられ、前記第２のヘッダ部に前記透過液出口と前記スパイラル型分離膜エレメントの集液管とを連結する管路が設けられたことを特徴とする請求項４または５記載のスパイラル型分離膜エレメント用ヘッダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０００−４４２（Ｐ２０００−４４２Ａ）
【公開日】平成１２年１月７日（２０００．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−１６８４１６
【出願日】平成１０年６月１６日（１９９８．６．１６）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年１月７日（２０００．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年６月１６日（１９９８．６．１６）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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