CN104379240A

CN104379240A - 分离膜元件

Info

Publication number: CN104379240A
Application number: CN201380034005.XA
Authority: CN
Inventors: 冈本宜记; 小岩雅和; 山田博之; 高木健太朗; 广泽洋帆; 浜田刚志; 木村将弘
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2015-02-25
Also published as: KR20150035772A; JP6179402B2; JPWO2014003170A1; US20150144550A1; KR101988694B1; WO2014003170A1; US9724646B2

Abstract

本发明提供了一种分离膜元件，其能够实现每单位膜面积的渗透物体积的增加和每个分离膜元件的新鲜水产生体积的增加。该分离膜元件提供有：水收集管、具有进料侧表面和渗透物侧表面的分离膜主体、进料侧流流路材料；和渗透物侧流流路材料。所述分离膜主体、所述进料侧流流路材料和所述渗透物侧流流路材料围绕所述水收集管呈螺旋状缠绕。渗透物侧流流路材料的多个块在第一方向不连续地提供在所述分离膜主体的渗透物侧表面上，所述第一方向是所述水收集管的纵向方向。所述进料侧流流路材料的厚度是0.15-0.5mm。

Description

分离膜元件

技术领域

本发明涉及用于分离流体（例如，液体或气体）中所含的组分的分离膜元件。

背景技术

存在多种用于分离流体（例如，液体或气体）中所含的组分的方法。例如，就除去海水、半咸水等中所含的离子物质的技术而言，通过分离膜元件实现的分离方法近年来逐渐被用作节省能源且节省资源的方法。按照孔径和分离功能，将用在通过分离膜元件实现的分离方法中的分离膜分类成微滤膜、超滤膜、纳米过滤膜、反渗透膜、正渗透膜等，并且将这些膜用于例如从海水、半咸水、含有有害物质的水等制备饮用水，用于制备工业超纯水，用于废水处理，或用于回收有价值的物质。

在膜分离元件中，将原料流体供应至分离膜的一个表面，并通过另一个表面得到透过流体。通过使大量分离膜成束并将该束合并成分离膜元件，可以增加每个分离膜元件的膜面积，并因此可以增加每个分离膜元件产生的透过流体的量。作为分离膜元件，到目前为止已经提出了多种形式诸如螺旋型、中空纤维型、板框型、旋转平膜型和平膜整合型。

例如，用于反渗透过滤的流体分离膜元件包括：进料侧流路材料，其用于将原料流体供应至分离膜表面；分离膜，其用于分离原料流体中所含的组分；和渗透物侧流路材料，其用于向中央管引入穿过分离膜并与进料流体分离的透过流体。使用聚合物制成的网等作为进料侧流路材料，并使用具有比进料侧流路材料的间隔更狭窄的间隔的编织物部件（被称作经编针织物）作为渗透物侧流路材料，用于防止分离膜沉陷和形成渗透物侧流动路径的目的。分离膜与渗透物侧流路材料交叠并与所述渗透物侧流路材料的两个表面粘合，由此形成信封形膜。所述信封形膜的内侧形成透过流体的流动路径。信封形膜与进料侧流路材料交替地堆叠，并且在将开放侧上的预定部分粘附至水收集管的周围表面以后，围绕所述管呈螺旋状缠绕。

为了提供高效分离膜元件，已经提出增加分离膜的负载效率。例如，在专利文献1中，已经提出了具有0.1-0.5 mm厚度的进料侧流路材料。另外，在专利文献2中，已经提出了部分地具有大厚度的原料水流路材料。

此外，已经提出通过减小渗透侧上的流阻来增加用分离膜元件产生的渗透物的量。在专利文献3中，已经提出粗糙片状材料作为渗透物侧流路材料。在专利文献4中，将不连续渗透物侧流路材料排列在膜的背表面侧上。

背景技术文件

专利文献

专利文献1：JP-A-10-230140

专利文献2：JP-A-2000-237554

专利文献3：JP-A-2006-247453

专利文献4：WO 2011/152484。

发明内容

本发明要解决的问题

使用薄进料侧流路材料可以增加分离膜的负载效率，但是由于狭窄的进料侧流动路径，进料侧流动路径的压力降会增加。因此，在专利文献1和2的技术中，即使可以增加分离膜的负载效率，但是分离膜元件中的压力降变大，且因此，每单位膜面积的渗透物的量下降。

另外，专利文献3的技术不足以有效地减小渗透物侧流路材料的流阻，并且增加每单位膜面积的渗透物的量的效应较低。根据专利文献4的方法，渗透物侧流路材料的流阻极大地减小，且因此，每单位膜面积的渗透物的量增加，但是由于进料侧流路材料的厚度较大，增加每个分离膜元件的水产生速率的效应是不足够的。

本发明的一个目的是，提供一种分离膜元件，其能够实现每单位膜面积的渗透物的量的增加和每个分离膜元件的水产生速率的增加。

解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明具有下述结构(1)至(11)。

(1) 一种分离膜元件，其包括：水收集管、具有进料侧面和渗透物侧面的分离膜主体、进料侧槽型材料和渗透物侧流路材料，其中所述分离膜主体、所述进料侧流路材料和所述渗透物侧流路材料围绕所述水收集管呈螺旋状缠绕，多个所述渗透物侧流路材料沿着第一方向不连续地提供在所述分离膜主体的渗透物侧面上，所述第一方向是所述水收集管的纵向方向，且所述进料侧流路材料具有0.15-0.5 mm的厚度。

(2) 根据(1)所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在所述第一方向上的长度是100-350 mm。

(3) 根据(1)或(2)所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在与所述第一方向垂直的第二方向上的长度是500-1,700 mm。

(4) 根据(1)至(3)中的任一项所述的分离膜元件，其中所述渗透物侧流路材料流路材料具有0.12-0.4 mm的厚度。

(5) 根据(1)至(4)中的任一项所述的分离膜元件，其中沿着所述第一方向彼此邻近的所述渗透物侧流路材料之间的间隔是0.2-1.5 mm。

(6) 根据(1)至(5)中的任一项所述的分离膜元件，其中所述进料侧流路材料的厚度和所述渗透物侧流路材料的厚度的总和是0.4-0.75 mm。

(7) 根据(1)至(6)中的任一项所述的分离膜元件，其中所述进料侧流路材料具有多个彼此交叉的纤维，且在所述第一方向上所述纤维的交点之间的间隔是1.5-8 mm。

(8) 根据(7)所述的分离膜元件，其中所述纤维相对于所述第一方向以20°至60°或以-60°至-20°倾斜。

(9) 根据(1)所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在所述第一方向上的长度是220-260 mm，所述分离膜主体在与所述第一方向垂直的第二方向上的长度是1,000-1,700 mm，且所述分离膜主体的块数是1。

(10) 根据(1)所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在所述第一方向上的长度是220-260 mm，所述分离膜主体在与所述第一方向垂直的第二方向上的长度是500-1,000 mm，且所述分离膜主体的块数是2。

(11) 根据(1)所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在所述第一方向上的长度是220-260 mm，所述分离膜主体在与所述第一方向垂直的第二方向上的长度是350-700 mm，且所述分离膜主体的块数是3。

本发明的优点

根据本发明的分离膜元件，所述分离膜元件中的压力降降低，使得即使在增加分离膜的负载效率时，也可以充分地发挥分离膜的性能，而不减小每单位膜面积的渗透物的量和每单位膜面积的渗透物的量，以及可以增加每个分离膜元件的水产生速率。

附图简要说明

[图1] 图1是分离膜的平面图，所述分离膜具有在所述分离膜的宽度方向不连续地提供的渗透物侧流路材料。

[图2] 图2是在图1中描绘的分离膜的横截面视图。

[图3] 图3的放大透视图显示了分离膜元件的一个实施方案。

[图4] 图4的放大透视图显示了分离膜对的一个实施方案。

[图5] 图5是显示进料侧流路材料的一种形式(网)的平面图。

[图6] 图6是在图5的箭头A-A的方向的横截面视图。

具体实施方式

在下面详细描述了一个用于实现本发明的实施方案。

在该描述中，表述“X含有Y作为主要组分”是指，Y在X中的含量百分比是50重量%或更多，优选70重量%或更多，更优选80重量%或更多，仍更优选90重量%或更多，和最优选95重量%或更多。在存在多个来自Y的组分的情况下，如果所述多个组分的总量满足上述范围，则它可能是足够的。

[1. 分离膜]

(1-1)概要

分离膜是这样的膜：其能够分离供应至分离膜表面的流体中的组分，并得到穿过所述分离膜的透过流体。分离膜具有分离膜主体和排列在所述分离膜主体上的流路材料。

作为这样的分离膜的一个例子，在本发明的一个实施方案中，如在图1和2中所示，分离膜1具有分离膜主体2和渗透物侧流路材料(多个流路材料) 3。分离膜主体2具有进料侧面21和渗透物侧面22。

在本发明的描述中，分离膜主体的“进料侧面”是指，所述分离膜主体的2个面中，向其供应原料流体的侧面上的表面。“渗透物侧面”是指在其相对侧上的表面。在分离膜主体具有如后面所述的衬底和分离功能层的情况下，一般而言，在分离功能层侧上的面是进料侧面或前侧，且在衬底侧上的面是渗透物侧面或后侧。

流路材料3提供在分离膜主体2的渗透物侧面22上，以形成渗透物侧流动路径(流动路径) 5。在后面详细地描述分离膜1的各个部件。

在图中，描绘了x-轴、y-轴和z-轴的方向轴。x-轴有时被称作第一方向，y-轴有时被称作第二方向。如在图3和4中所示，分离膜主体2具有矩形的形状，且第一方向和第二方向与分离膜主体2的外边缘平行。第一方向有时被称作宽度方向，第二方向有时被称作纵向方向。

(1-2)分离膜主体

<概要>

作为分离膜主体，使用具有适合于使用方法、目的等的分离性能的膜。分离膜主体可以由单个层形成，或可以是具有分离功能层和衬底的复合膜。在复合膜中，可以在分离功能层和衬底之间提供多孔支持层。

<分离功能层>

分离功能层的厚度不限于特定数值，但是考虑到分离性能和渗透性能，优选地是5-3,000 nm。尤其是，在反渗透膜、正渗透膜和纳米过滤膜中，其厚度优选地是5-300 nm。

按照用于测量分离膜厚度的常规方法，可以测量分离功能层的厚度。例如，将分离膜包埋在树脂中，并切片以产生超薄切片，并对得到的切片进行处理诸如染色，然后用透射电子显微镜观察，由此可以测量厚度。在分离功能层具有隆凸结构的情况下，在位于多孔支持层上方的隆凸结构的横截面纵向方向以50 nm的间隔并通过在20个隆凸上测量来测量厚度，从其平均值可以确定厚度。

分离功能层可以是具有分离功能和支持功能的层，或者可以仅具有分离功能。“分离功能层”指示至少具有分离功能的层。

在分离功能层具有分离功能和支持功能的情况下，含有纤维素、聚偏氟乙烯、聚醚砜或聚砜作为主要组分的层优选地用作分离功能层。

另一方面，交联聚合物优选地用作分离功能层，因为孔径易于控制且耐久性优良。具体地，从原料流体中的组分的分离性能为优良的观点看，适当地使用通过多功能胺和多功能酰卤的缩聚作用形成的聚酰胺分离功能层、有机-无机杂化功能层等。这样的分离功能层可以通过多孔支持层上的单体的缩聚作用来得到。

例如，分离功能层可以含有聚酰胺作为主要组分。通过根据已知方法执行多功能胺和多功能酰卤的界面缩聚作用，可以形成这样的膜。例如，将水性多功能胺溶液施加于多孔支持层，用气刀等除去多余的水性胺溶液，此后，施加含有多功能酰卤的有机溶剂溶液，由此得到聚酰胺分离功能层。

另外，分离功能层可以具有含有Si元素等的有机-无机杂化结构。具有有机-无机杂化结构的分离功能层可以含有例如下述化合物(A)和(B)：

(A) 硅化合物，其中使含有烯属不饱和基团的反应基团和可水解基团与硅原子直接键合，和

(B) 一种化合物，其是除了化合物(A)以外的化合物，并且具有烯属不饱和基团。

具体地，分离功能层可以含有化合物(A)的可水解基团的缩合产物和化合物(A)和/或(B)的烯属不饱和基团的聚合产物。也就是说，分离功能层可以含有至少一种选自以下的聚合产物：

通过仅缩合和/或聚合化合物(A)而形成的聚合产物，

通过仅聚合化合物(B)而形成的聚合产物，和

化合物(A)和化合物(B)的共聚产物。

此外，所述聚合产物包括缩合物。在化合物(A)和化合物(B)的共聚物中，化合物(A)可以通过可水解基团进行缩合。

所述杂化结构可以通过已知方法形成。用于形成杂化结构的方法的一个例子如下。将含有化合物(A)和化合物(B)的反应溶液施加于多孔支持层上。除去多余的反应溶液，然后可以进行热处理，从而使可水解基团缩合。作为使化合物(A)和(B)的烯属不饱和基团聚合的方法，可以进行热处理、电磁波辐照、电子束辐照或等离子体辐照。为了增加聚合速率的目的，可以在形成分离功能层时加入聚合引发剂、聚合促进剂等。

在所有分离功能层中，可以在使用之前用例如含醇的水溶液或水性碱溶液使膜表面亲水化。

<多孔支持层>

多孔支持层是支持分离功能层的层，并且多孔树脂层是它的另一个名称。

用于多孔支持层的材料及其形状没有特别限制，但是该层可以形成在衬底上，例如，通过使用多孔树脂。将聚砜、醋酸纤维素、聚氯乙烯、环氧树脂及其混合物或层压材料用于多孔支持层，且优选的是使用聚砜，所述聚砜是化学上、机械学上和热学上非常稳定的，并促进孔径调节。

多孔支持层给分离膜赋予机械强度，并且与分离膜不同的是，对于具有小分子尺寸的组分（诸如离子）而言不具有分离性能。多孔支持层的孔在它的大小和分布方面没有特别限制，但是多孔支持层可以具有均匀的且细小的孔，或可以具有这样的孔尺寸分布：其中孔径从分离功能层形成侧上的表面至另一个表面逐渐增加。在任一种情况下，使用原子力显微镜、电子显微镜等在分离功能层形成侧表面上测得的细孔的投影面积等同圆直径优选地是1-100 nm。最重要的是，考虑到界面聚合反应性和分离功能层的保持，多孔支持层的分离功能层形成侧表面上的孔优选地具有3-50 nm的投影面积等同圆直径。

多孔支持层的厚度没有特别限制，但是由于某种原因（例如，给分离膜赋予强度），厚度优选地是20-500 μm，更优选地是30-300 μm。

通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜或原子力显微镜，可以观察多孔支持层的结构。例如，在通过扫描电子显微镜进行观察时，将多孔支持层从衬底剥离，然后通过冷冻-切割方法进行切割，以得到用于横截面观察的样品。给该样品薄薄地涂布铂、铂-钯或四氯化钌，优选四氯化钌，然后通过高分辨率场致发射扫描电子显微镜(UHR-FE-SEM)在3-6 kV的加速电压进行观察。关于高分辨率场致发射扫描电子显微镜，例如，可以使用由Hitachi, Ltd.制造的S-900型电子显微镜。基于得到的电子显微照片，可以测量多孔支持层的膜厚度和表面的投影面积等同圆直径。

多孔支持层的厚度和孔径是平均值。多孔支持层的厚度是如下得到的20个点的平均值：在横截面观察中，在与厚度方向垂直的方向以20 μm的间隔测量厚度。孔径是在200个孔上测量的各个投影面积等同圆直径的平均值。

下面描述用于形成多孔支持层的方法。可以如下制备多孔支持层：例如，将聚砜的N,N-二甲基甲酰胺(在下文中被称作DMF)溶液浇铸在后面描述的衬底（例如，稠密地织造的聚酯编织物或非织造编织物）上达到特定厚度，并在水中湿法凝固所述溶液。

根据在“Office of Saline Water Research and Development Progress Report”, 第359期(1968)中描述的方法，可以形成多孔支持层。在这里，可以调节聚合物浓度、溶剂温度和不良溶剂，从而得到期望的结构。

例如，将预定量的聚砜溶解在DMF中以制备具有预定浓度的聚砜树脂溶液。随后，将该聚砜树脂溶液在衬底（包括聚酯编织物或非织造编织物）上涂布至基本上恒定的厚度，并且在空气中除去表面上的溶剂一定时间以后，使聚砜在凝固溶液中凝固，由此可以得到多孔支持层。

<衬底>

考虑到分离膜主体的强度、尺寸稳定性等，分离膜主体可以具有衬底。作为衬底，优选地使用纤维衬底，这归因于它的强度、粗糙度形成能力和流体渗透性。

关于衬底，可以优选地使用长纤维非织造编织物和短纤维非织造编织物。尤其是，长纤维非织造编织物具有优良膜成形性，且因此使得以下目的成为可能：防止高分子聚合物的溶液在浇铸所述溶液时过度浸润以到达后表面，防止多孔支持层剥离，防止膜由于衬底的起毛而变得不均匀，和防止缺陷（诸如针孔）的产生。另外，当衬底包括从热塑性连续纤丝形成的长纤维非织造编织物（与短纤维非织造编织物相比）时，可以防止在浇铸聚合物溶液时由纤维起毛造成的膜歧化作用（disproportionation）和缺陷产生。此外，由于在连续制备分离膜时在机器方向施加张力，在尺寸稳定性方面优良的长纤维非织造编织物优选地用作衬底。

在长纤维非织造编织物中，从可成形性和强度的观点看，与在多孔支持层侧上的表面层中的纤维相比，在多孔支持层的相对表面层中的纤维优选地具有更高程度的纵向取向。该结构的优点在于，不仅实现了保持强度由此防止膜破裂等的高效应，而且在给分离膜赋予粗糙度时会增强作为层压材料（包括多孔支持层和衬底）的可成形性，并且稳定分离膜表面的粗糙特性。

更具体地，在长纤维非织造编织物中，在多孔支持层的相对表面层中的纤维取向度优选地是0°至25°，且与多孔支持层侧上的表面层的纤维取向度的取向度差异优选地是10°至90°。

分离膜的制备方法或元件的制备方法包括加热步骤，并且发生多孔支持层或分离功能层由于加热而收缩的现象。具体地，所述收缩在宽度方向是显著的，在该方向在连续膜形成时没有施加张力。由于所述收缩造成关于尺寸稳定性等的问题，具有低热性尺寸变化速率的衬底是优选的。在非织造编织物中，当多孔支持层的相对表面层中的纤维取向度和多孔支持层侧上的表面层中的纤维取向度之间的差异是10°至90°时，还可以有利地减少在宽度方向的热性变化。

纤维取向度是指示构成多孔支持层的非织造编织物衬底的纤维方向的指标。具体地，纤维取向度是，相对于连续膜形成时的机器方向（即，非织造编织物衬底的纵向方向），构成非织造编织物衬底的纤维的角度的平均值。换而言之，当纤维的纵向方向与机器方向平行时，纤维取向度为0°，且当纤维的纵向方向与机器方向正交（即，与非织造编织物衬底的宽度方向平行）时，纤维取向度为90°。因此，更接近0°的纤维取向度指示纵向取向，且更接近90°的纤维取向度指示横向取向。

如下测量纤维取向度。首先，从非织造编织物随机地收集10小块样品，并用扫描电子显微镜以100-1,000倍的放大率拍摄样品表面的照片。在拍照的图像中，从每个样品选择10根纤维，并通过将非织造编织物的纵向方向(纵向方向，机器方向)的角度作为0°来测量角度。也就是说，在每一个非织造编织物上测量共100根纤维的角度。计算在100根纤维上测量的角度的平均值。通过将得到的平均值四舍五入至最接近的整数而得到的值为纤维取向度。

衬底和多孔支持层的总厚度优选地设定至0.03-0.3 mm的范围，更优选0.05-0.25 mm。

在本发明中，根据使用的水收集管的尺寸或容纳分离膜元件的压力容器的尺寸，可以适当地选择分离膜主体的合适结构，但是考虑到水生产效率，优选地使用一个具有220-260 mm的第一方向长度和1,000-1,700 mm的第二方向长度的分离膜主体。还优选地使用2个具有220-260 mm的第一方向长度和500-1,000 mm的第二方向长度的分离膜主体，或使用3个具有220-260 mm的第一方向长度和350-700 mm的第二方向长度的分离膜主体。

(1-3)渗透物侧流路材料

如在图1和2中所示，在分离膜主体2的渗透物侧面22上提供多个渗透物侧流路材料(多个流路材料) 3，以形成渗透物侧流动路径5。表述“提供……以形成渗透物侧流动路径”是指，形成流路材料，使得当将所述分离膜并入后面描述的分离膜元件中时，穿过分离膜主体的透过流体可以到达水收集管。

从在分离膜主体2的渗透物侧面22上形成流动路径5的观点看，优选地至少沿着第一方向不连续地提供流路材料3。术语“不连续的”指示这样的结构：其中当从分离膜主体2剥离流路材料3时，所述多个流路材料3彼此分离。另一方面，即使当从分离膜主体2分离时，部件诸如网、经编针织物和膜作为一个整体具有连续形状，且因此不是不连续的。

在分离膜主体2上提供的流路材料3的计划形状具体地包括点形状、颗粒形状、直线形形状、半球形形状、柱形状(包括圆柱形柱、棱柱形柱等)、壁形状等。在一个分离膜主体2上提供的多个直线形或壁形流路材料可以是足够的，只要它们没有排列成彼此相交，且具体地，所述流路材料可以彼此基本上平行地排列。作为结构“基本上平行地排列”的一个例子，可以将流路材料排列成在分离膜上不相交，或邻近流路材料的纵向方向之间的角度可以是0°至30°。邻近流路材料的纵向方向之间的角度优选地是0°至15°，更优选0°至5°。

在分离膜主体2上提供的渗透物侧流路材料3由树脂形成，并且各个树脂体的形状没有特别限制，只要满足以下条件即可：可以减小透过流体流动路径的流阻，并且当将原料流体供应至或穿过分离膜元件时，可以稳定流动路径。当从与分离膜的渗透物侧面垂直的方向观察时，渗透物侧流路材料的一个单元的计划形状包括，例如，椭圆形、圆、长形圆、梯形、三角形、矩形、正方形、平行四边形、菱形和不规则形状。此外，在与分离膜的平面方向垂直的横截面中，渗透物侧流路材料可以具有其中宽度从上部至下部(即，从渗透物侧流路材料的厚度方向的峰至在其上面提供渗透物侧流路材料的分离膜主体)增加的任意形状，其中宽度减小的形状，和其中宽度恒定的形状。

用于形成在分离膜主体2上提供的渗透物侧流路材料3的方法没有特别限制，但是在连续形状的情况下，在分离膜主体的渗透物侧面上堆叠以前加工过的流路材料的方法是优选的。在不连续形状的情况下，使用通过印刷、喷雾、用施用器涂布、热熔化加工等将构成渗透物侧流路材料的材料直接排列在分离膜主体的渗透物侧面上的方法。

关于分离膜中的渗透物侧流路材料的厚度，当所述厚度较大时，渗透物侧流动路径的流阻可能变小，但是能够缠绕在后面描述的水收集管周围的膜面积减小。当所述厚度较小时，能够被缠绕的膜面积可能增加，但是流阻变大。考虑到二者之间的平衡，所述渗透物侧流路材料的厚度优选地是0.12-0.4 mm，更优选0.16-0.35 mm，仍更优选0.2-0.3 mm。在这样的范围内，可以确保透过流体的稳定流动路径。

所述渗透物侧流路材料的厚度对应于分离膜主体的渗透物侧面和渗透物侧流路材料之间的高度差。

所述渗透物侧流路材料的厚度是如下得到的值：在流路材料3上的30个或更多个部分测量厚度，并将测量值平均化。当在一个横截面中包括的流路材料的数目是30或更多时，可以在一个横截面中得到厚度。当在一个横截面中包括的流路材料3的数目小于30时，可以在多个横截面中测量厚度。

如在图1和2中所示，沿着第一方向彼此邻近的渗透物侧流路材料3之间的间距b对应于流动路径5的宽度。大间距的优点是，压力降减小，而小间距的优点是，发生膜沉降的可能性更低。考虑到二者之间的平衡，所述间距优选地是0.2-1.5 mm。在该范围内，可以防止膜的沉降，且此外可以减小压力降。所述间距更优选地是0.22-1 mm，仍更优选0.25-0.6 mm。

在一个流动路径5的宽度在一个横截面中不恒定的情况下，也就是说，当2个邻近流路材料3的侧表面不平行时，在一个横截面测量一个流动路径5的最大和最小宽度值的平均值，并计算测量值的平均值。如在图2中所示，在与第二方向垂直的横截面中，当流路材料3具有上窄下宽的梯形横截面形状时，测量2个邻近流路材料3的顶部之间的距离及其底部之间的距离，并计算其平均值。在横截面中在任意30个或更多个部分处测量流路材料3的间距，计算测量值的平均值，并进一步计算其算术平均值，由此得到所述间距的值。

流路材料3的宽度d优选地是0.2 mm或更多，更优选0.3 mm或更多。对于0.2 mm或更多的宽度，甚至当在操作分离膜元件的过程中在流路材料3上施加压力时，所述流路材料可以维持它的形状并稳定地形成渗透物侧流动路径。宽度d优选地是2 mm或更小，更优选1.5 mm或更小。对于2 mm或更小的宽度，可以充分确保渗透物侧流动路径。

关于流路材料3的宽度d，计算在与第二方向垂直的一个横截面中一个流路材料3的最大宽度和最小宽度的平均值。更具体地，在其中顶部较窄且底部较宽（如在图2中所示）的流路材料3中，测量所述流路材料的底部宽度和顶部宽度，并计算测量值的平均值。在横截面中至少在30个部分处计算该平均值，并计算其算术平均值。

在排列渗透物侧流路材料（例如，通过热熔化加工）的情况下，通过改变处理温度和选择的热熔化树脂，可以自由地调节在渗透物侧面22上提供的渗透物侧流路材料3的厚度，以满足分离性能和渗透性能的要求条件。

使用商购可得的形状测量系统等，可以测量在渗透物侧面22上提供的渗透物侧流路材料3的厚度。例如，通过用激光显微镜从横截面测量厚度等，可以测量厚度。在有渗透物侧流路材料存在的任意部分处进行测量，并且将作为各个厚度值的总和的值除以测量部分的总数，由此可以确定厚度。

为了当将在渗透物侧面上提供的渗透物侧流路材料3并入分离膜元件中时得到透过流体的良好回收率，可以将渗透物侧流动路径5提供成从分离膜1的一端延续至另一端。作为该结构的一个例子，沿着第二方向连续地形成流动路径5。当沿着第一方向不连续地排列多个流路材料3时，形成这样的流动路径5。

更具体地，如在图3中所示，当将分离膜1并入分离膜元件100中时，将流路材料3排列成在缠绕方向从内侧末端部分延续至外侧末端部分。在分离膜1中，在缠绕方向的内侧是靠近水收集管8的侧，且在分离膜1中，在缠绕方向的外侧是远离水收集管8的侧。如在图3中所示，在一个流路材料3在缠绕方向连续地提供的情况下，在增压过滤时会抑制膜的沉降。膜的沉降是指，膜沉入流动路径中使流动路径变窄。

具体地，优选地将流路材料3排列成与水收集管8基本上垂直。术语“基本上垂直”具体地指示这样的状态：其中水收集管8和流路材料3之间的角度是75°至105°。

在渗透物侧面22上提供的流路材料3优选地由不同于分离膜主体2的材料形成。不同材料是指，所述材料的组成不同于分离膜主体2所用的材料的组成。尤其是，流路材料3的组成优选地不同于分离膜主体2的在其上面形成流路材料3的表面（即，渗透物侧面22）的组成，且优选地不同于形成分离膜主体2的任何层的组成。

构成在渗透物侧面22上提供的流路材料3的组分没有特别限制，但是考虑到化学抗性和压力抗性，优选地是乙烯醋酸乙烯酯共聚物树脂、聚烯烃诸如聚乙烯和聚丙烯、共聚的聚烯烃等，并且也可以选择聚合物诸如聚氨基甲酸酯树脂和环氧树脂。但是，当使用热塑性树脂时，模塑是容易的，且因此，可以使流路材料3的形状为均匀的。

在图1中，流路材料3的计划形状在纵向方向上是直线的。但是，该流路材料可以改变成其它形状，只要流路材料3相对于分离膜主体2的表面突出并且分离膜元件的期望作用不受损害即可。也就是说，流路材料的平面方向上的形状可以是弯曲线、波浪线等。另外，可以使在一个分离膜中包括的多个流路材料成形为至少在长度和宽度中的任一个上彼此不同。

在图2中，将梯形描绘为流路材料3的横截面形状(与第二方向垂直的横截面的形状)。但是，所述流路材料的横截面形状可以改变成矩形、半圆、圆、椭圆形或其它形状。例如，所述流路材料的形状可以是直柱、弯曲柱或它们的组合。

为了稳定地形成流动路径5，优选的是，当在分离膜元件100中增压分离膜主体2时，可以抑制分离膜主体2的沉降。为此目的，分离膜主体2和流路材料3之间的接触面积优选地是较大，即，与分离膜主体2的面积相对的流路材料3的面积(在分离膜主体的膜表面上的投影面积)优选地较大。另一方面，为了降低压力降，流动路径5的横截面面积优选地较大。另外，就与缠绕方向垂直的方向上的横截面形状而言，流路材料3的形状可以是在宽度上没有变化的直柱。此外，就与缠绕方向垂直的方向上的横截面形状而言，所述形状可以是具有宽度变化的形状，诸如梯形的壁形材料、椭圆形柱、椭圆形锥体、四角形角锥或半球。

常规流路材料诸如经编针织物是编织材料，因此，在高度上的所有差异不可用作槽(groove)，但是在流路材料3中，其高度上的所有差异可以用作流动路径5的槽，所以，即使当流路材料3的厚度与经编针织物的厚度相同时，也会实现厚度方向上的宽流动路径和小压力降，从而导致用膜分离元件产生的水的量的增加。

流路材料3可以用流路材料3的组分浸渍分离膜主体2，更具体地是，衬底。当将流路材料3排列在分离膜主体的衬底侧（即，渗透物侧面）上并通过热熔化方法等从衬底侧加热时，流路材料3的浸渍从分离膜的后侧进行至前侧。与浸渍过程一起，流路材料3和衬底之间的粘附被强化，且即使在进行增压过滤时，所述衬底也不太可能从流路材料3剥离。

但是，如果流路材料3的组分渗入衬底并浸渍多孔支持层的分离功能层的邻域，那么在进行增压过滤时，浸渍流路材料3可能损坏分离功能层。由于该原因，在用流路材料3的组分浸渍衬底的情况下，流路材料的浸渍厚度与衬底的厚度的比率(即，浸渍比率)优选地是5-95%，更优选10-80%，仍更优选20-60%。在这里，浸渍厚度是指在一个横截面中与一个流路材料3对应的浸渍部分的厚度的最大值。

可以调节流路材料3的浸渍厚度，例如，通过改变构成流路材料3的材料的种类(更具体地，树脂的种类)和/或所述材料的量。在通过热熔化方法提供流路材料3的情况下，还可以通过改变处理温度等来调节浸渍厚度。

在这方面，当对包括流路材料3的浸渍部分的衬底进行热分析（诸如示差扫描量热法）并且从归因于衬底的峰单独地得到可归因于流路材料3的组分的峰时，可以证实，所述衬底被流路材料3浸渍。

关于流路材料3对衬底的浸渍比率，可以如下计算流路材料3的浸渍厚度和衬底厚度：用扫描电子显微镜、透射电子显微镜或原子力显微镜，观察在其中存在流路材料3的分离膜的横截面。例如，在用扫描电子显微镜观察的情况下，与流路材料3一起在深度方向切割分离膜主体，并通过用扫描电子显微镜观察横截面来测量浸渍厚度和衬底厚度。然后，可以从最大浸渍厚度（即，当衬底被流路材料最大程度地浸渍时的厚度）和衬底厚度之间的比率计算浸渍比率。此外，当计算浸渍深度时，“衬底厚度”是与测得最大浸渍厚度的部分对应的衬底的厚度。

[2. 分离膜元件]

(2-1)概要

如在图3中所示，分离膜元件100包括水收集管8和分离膜1，所述分离膜1具有上述结构中的任一种并且围绕水收集管8的外围缠绕。另外，分离膜元件100进一步包括没有显示的部件，诸如端板。分离膜元件100是所谓的螺旋型元件。

(2-2)分离膜

分离膜1围绕水收集管8的外围呈螺旋状缠绕，并且将它的宽度方向排列成沿着水收集管8的纵向方向延伸。所以，将分离膜1排列成使得它的纵向方向沿着缠绕方向延伸。

因此，在构成分离膜1的分离膜主体2的渗透物侧面22中，至少沿着水收集管8的纵向方向不连续地排列作为壁形部件的流路材料3。换而言之，形成流动路径5，以在缠绕方向从分离膜1的外侧末端部分持续至内侧末端部分。所以，渗透物容易地到达水收集管8的中央管，即，减小流阻，且因此，得到高水产生速率。

“在缠绕方向上的内侧”和“在缠绕方向上的外侧”如在图3中所示。也就是说，“在缠绕方向上的内侧”和“在缠绕方向上的外侧”分别对应于分离膜1中接近水收集管8的末端部分和远离所述水收集管的末端部分。

如上所述，流路材料不需要到达分离膜的边缘，且因此，例如，流路材料不需要提供在信封形膜在缠绕方向上的外侧末端部分以及信封形膜在水收集管的纵向方向上的末端部分。

如在图4中所示，分离膜形成分离膜对4。如下排列分离膜1：将进料侧面21排列成隔着进料侧流路材料6面向另一个分离膜7的进料侧面71。在分离膜元件100中，在彼此面向的分离膜的进料侧面之间形成进料侧流动路径，并在其渗透物侧面之间形成渗透物侧流动路径。

另外，将未显示的另一个分离膜进一步堆叠在分离膜1上，以与分离膜1一起形成信封形膜。所述信封形膜是通过使渗透物侧面排列成彼此面向而组合的2个分离膜的集合。信封形膜具有矩形的形状，其中渗透物侧面之间的空间仅在缠绕方向上的内侧一侧敞开，并在其它3个侧密封，使得渗透物可以流入水收集管8中。以此方式，分离膜与面向内的渗透物侧面一起形成信封形膜。信封形膜从进料水分离出渗透物。

密封的方式包括用粘合剂、热熔化等粘附，通过加热、激光等熔合，和橡胶制成的片的插入。尤其是，通过粘附进行的密封是最简单的和高效的，且因此是优选的。

在分离膜的进料侧面上，通过折叠或密封来封闭在缠绕方向上的内侧末端部分。当没有折叠而是密封分离膜的进料侧面时，在分离膜的末端部分处发生偏转的可能性更小。因为抑制偏转在折叠附近的发生，可以防止在缠绕时在分离膜之间形成空气隙和由于所述空气隙而产生的渗漏。

彼此面向的分离膜可以具有相同的结构，或可以具有不同的结构。更具体地，下述情况是足够的：将上述的渗透物侧流路材料提供在分离膜元件的2个相对的渗透物侧面中的至少一个表面上，且因此，可以交替地堆叠具有渗透物侧流路材料的分离膜和不具有流路材料的分离膜。但是，为了解释的方便，在分离膜元件和与其有关的部件的描述中，“分离膜”包括不具有渗透物侧流路材料的分离膜(例如，具有与分离膜主体相同结构的膜)。

在渗透物侧面或进料侧面上，彼此面向的分离膜可以是2个不同的分离膜，或可以是被折叠的一个膜。

根据使用的压力容器的尺寸，确定分离膜的宽度(第一方向长度)。随着分离膜的宽度变小，进料侧流路材料的长度变短，且因此，进料侧流路材料中的压力降减小。在本发明的实施方案中，分离膜的宽度优选地是350 mm或更小。分离膜的宽度的下限没有特别限制，但是分离膜的宽度是例如100 mm或更多。

关于分离膜的长度(第二方向长度)，根据使用的压力容器的直径适当地调节分离膜的数目和分离膜的长度。随着分离膜的长度变短，渗透物侧流路材料的长度变短，且因此，渗透物侧流动路径中的压力降减小。分离膜的长度优选地是1,500 mm或更小。并且，随着分离膜的数目增加，分离膜的长度可以变短。由于该原因，当分离膜元件的侧表面具有2英寸直径的尺寸时，在一个分离膜元件中的分离膜的数目优选地是1或更多。

另一方面，当分离膜的数目较大时，膜之间的粘附面积增加，且因此，实质上作为分离膜起作用的有效膜表面减小。因此，在本发明的实施方案中，分离膜的长度优选地是500 mm或更多。在分离膜的长度是500 mm或更多的情况下，当分离膜元件的侧表面具有2英寸直径的尺寸时，在一个分离膜元件中的分离膜的数目可以是3或更少。

此外，本文中使用的分离膜的宽度和长度包括在其上面施加粘合剂的部分的宽度和长度。

(2-3)水收集管

可以以任意方式构造水收集管8，只要渗透物在其中流动即可，并且其材料、形状、大小等没有特别限制。作为水收集管8，例如，使用具有侧表面的圆柱形部件，所述侧表面具有在其中提供的多个孔(未显示)，如在图3中所示。

(2-4)进料侧流路材料

分离膜元件可以具有排列成面向分离膜主体的进料侧面的进料侧流路材料(参见，图4)。在以下情况下，进料侧流路材料6可能是足够的：它被形成以建立用于将原料流体供应至分离膜主体2的流动路径，并且优选地提供该流路材料以扰乱原料流体的流动，从而抑制原料流体的浓差极化。

作为进料侧流路材料，使用具有连续形状的部件，诸如薄膜和网。尤其是，从确保原料流体的流动路径和抑制浓差极化的观点看，优选地使用网。

在进料侧流动路径中，穿过的流体的量大于渗透物侧流动路径中的量且因此，最重要的是降低压力降，尽管流动路径的稳定形成也是重要的。由于该原因，进料侧流路材料的投影面积比优选地是0.03-0.5，更优选0.1-0.4，仍更优选0.15-0.35。

图5和6显示了网作为进料侧流路材料6的一个例子。网的进料侧流路材料6由多个纤维61构成。所述多个纤维61在交点62处彼此相交。

由于进料侧流路材料中的纤维的交点间隔较宽，可以减小压力降，但是进料侧流路材料的刚度变低。当交点间隔变窄时，可以增加进料侧流路材料的刚度，但是压力降变大。考虑到二者之间的平衡，在进料流体(原料流体)流动方向(第一方向)上的纤维的交点间隔优选地是1.5-8 mm，更优选1.8-5 mm。

在图5所示的进料侧流路材料6中，由于纤维61相对于进料流体流动方向(对应于图5中的第一方向)的倾斜角较低，可以减小压力降，但是刚度变低。当倾斜角较高时，可以增加刚度，但是压力降变大。考虑到二者之间的平衡，纤维61相对于进料侧流路材料的进料流体流动方向的倾斜角优选地是20°至60°或-60°至-20°，更优选30°至55°或-55°至-30°。相对于进料流体流动方向在正方向倾斜的纤维的倾斜角和在负方向倾斜的纤维的倾斜角可以是相同的或不同的，只要它是20°至60°或-60°至-20°即可。

纤维61是构成网的纤维的一个例子，并且可以是绞合的或未绞合的纤维，并且如果它具有长、薄形状则可以是足够的。只要可以形成呈预定形状的进料侧流路材料并且可以维持刚度，纤维的横截面形状没有特别限制，且可以是椭圆形、圆或多边形诸如三角形或四角形。

所述进料侧流路材料的厚度是最大厚度，并且在网中指示纤维的交点部分的厚度T，如在图6中所示。进料侧流路材料的大厚度可以导致小压力降，但是当形成元件时，即，当形成分离膜元件时，能够装入容器(压榨机容器)中的膜面积变小。小厚度可以导致当形成元件时能够装入容器中的大膜面积，但是进料侧流动路径的压力降变大。在本发明的一个实施方案的分离膜元件中，所述进料侧流路材料的厚度优选地是0.15-0.5 mm，更优选0.25-0.45 mm。

所述渗透物侧流路材料的厚度和所述进料侧流路材料的厚度的总和优选地是0.4-0.75 mm，更优选0.5-0.7 mm，从而增加装入膜面积和减小分离膜元件中的压力降。

进料侧流路材料的材料没有特别限制，只要可以维持作为进料侧流路材料的刚度即可，并且当形成膜叶或分离膜元件时，膜表面没有刮痕，并且所述材料可以与分离膜的材料相同或不同。例如，优选地使用聚乙烯和聚丙烯。膜叶(有时被简称作“叶”)是2个分离膜的集合，所述分离膜被切成适合于并入元件中的长度并且通过使进料侧面排列成彼此面向而配对(或将一个分离膜折叠成进料侧面在内部)。在膜叶中，将进料侧流路材料夹在分离膜之间。

(2-5)渗透物侧流动路径

如上所述，通过在分离膜主体上提供渗透物侧流路材料，形成渗透物侧流动路径。

[3. 分离膜元件的制备方法]

在分离膜元件的制备中，可以使用常规元件制备设备。关于元件制备方法，可以使用在参考文献(JP-B-44-14216、JP-B-4-11928和JP-A-11-226366)中描述的方法。细节如下。

(3-1)分离膜主体的制备

分离膜主体的制备方法如上所述，但是简介如下。

将树脂溶解在良好溶剂中，将得到的树脂溶液浇铸在衬底上并浸入纯水中，以使多孔支持层与衬底结合。此后，如上所述，在多孔支持层上形成分离功能层。此外，如果需要的话，用氯、酸、碱、亚硝酸等进行化学处理，从而增强分离性能和渗透性能，然后，洗掉单体等以产生分离膜主体的连续片。

(3-2)渗透物侧流动路径的形成

如上所述，通过在分离膜主体上提供的渗透物侧流路材料，形成渗透物侧流动路径。用于排列流路材料的方法没有特别限制，但是可以使用滚筒型涂布器、喷嘴型热熔化施用器、喷雾型热熔化施用器、平喷嘴型热熔化施用器、凹版印刷方法、挤出涂布器、印刷、喷雾等。

(3-3)进料侧流路材料的排列

在进料侧流路材料是连续形成的部件诸如网的情况下，通过在分离膜上叠加进料侧流路材料可以形成进料侧流动路径。

另外，通过将树脂直接施加于分离膜，可以形成具有不连续或连续形状的进料侧流路材料。在通过附着于分离膜主体的进料侧流路材料而形成流动路径的情况下，也可以将进料侧流路材料的排列视作分离膜的制备方法的一部分。

通过加工分离膜主体以提供粗糙度，也可以形成流动路径。用于加工以提供粗糙度的方法包括浮雕、液压成形和压延。根据分离膜元件所需的性能等，可以适当地改变浮雕条件、浮雕形状等。这样的加工以提供粗糙度可以视作分离膜的制备方法的一部分。

(3-4)分离膜的堆叠和缠绕

通过使渗透物侧面排列成面向内，将一个分离膜折叠并粘合到一起，或通过使渗透物侧面排列成面向内而使2个分离膜彼此叠加并粘合到一起，由此形成信封形膜。如上所述，在3个侧面密封信封形膜。所述密封可以如下实现：例如，通过用粘合剂、热熔化等粘附，或通过热或激光熔合。

用于形成信封形膜的粘合剂优选地具有40-150 ps(泊)，更优选50-120 ps的粘度。起皱在分离膜中的发生可以造成分离膜元件的性能的下降，但是当粘合剂的粘度是150 ps或更小时，在围绕水收集管缠绕分离膜时发生起皱的可能性更小。另外，当粘合剂的粘度是40 ps或更大时，阻止粘合剂在分离膜之间流出，并且减小粘合剂附着于非必要部分的风险。在这里，1 ps等于0.1 Pa·s。

粘合剂的涂布量优选地是这样的量：在围绕水收集管缠绕分离膜以后，用粘合剂涂布的部分的宽度是10-100 mm。通过满足该条件，分离膜可靠地粘附，且因此，阻止原料流体流入渗透物侧。另外，可以确保相对大的有效膜面积。

所述粘合剂优选地是基于氨基甲酸酯的粘合剂，并且为了将粘度调至40-150 ps的范围，通过以1:1至1:5的异氰酸酯:多元醇比率混合异氰酸酯（作为主要成分）和多元醇（作为固化剂）得到的粘合剂是优选的。关于粘合剂的粘度，预先用Brookfield粘度计(JIS K 6833)测量单独的主要成分、单独的固化剂和具有指定掺合比的混合物中的每一种的粘度。

排列如此涂布粘合剂的分离膜，使得信封形膜的闭合部分可以位于在缠绕方向上的内侧上，且围绕水收集管的外围缠绕分离膜。以此方式，呈螺旋状缠绕分离膜。

(3-5)其它步骤

分离膜元件的制备方法可以包括，在如上形成的分离膜卷的外侧上进一步缠绕薄膜、纤丝等，或可以包括其它步骤，诸如用于在水收集管的纵向方向上修整分离膜边缘的边缘切割，和端板的附接。

[4. 分离膜元件的使用]

将供应至分离膜元件100的原料流体供应至分离膜1的进料侧面21。原料流体的一部分穿过分离膜1，由此使原料流体分离成透过流体和浓缩流体。透过流体在信封形膜内部（即，2个相对的渗透物侧面22之间）流动，并到达水收集管8。在水收集管8中流动的透过流体从水收集管8的末端部分排出分离膜元件100。浓缩流体在2个相对的进料侧面21之间流动，并从分离膜元件100的末端部分流出。

通过将分离膜元件以串联或并联方式连接并将所述元件容纳在压力容器中，也可以使用分离膜元件作为分离膜模块。

另外，上面的分离膜元件或模块可以与用于给其供应流体的泵、用于预处理流体的装置等组合，以构成流体分离设备。通过使用该设备，例如，可以将原料水分离成渗透物（诸如饮用水）和没有穿过所述膜的浓缩物，由此可以得到适合于该目的的水。

由于流体分离设备的较高操作压力可以导致增强的盐排斥，但是操作所需的能量增加的原因，并且考虑到复合半透膜的耐久性，当使要处理的水穿过复合半透膜时，操作压力优选地是0.2-10 MPa。在这方面，所述操作压力是所谓的跨膜压力。进料水温度优选地是5-45℃，因为高温会导致盐排斥的下降，并且与温度的下降一起，膜渗透物通量也下降。此外，如果进料水的pH较高，在具有高盐浓度的进料水（诸如海水）的情况下可能产生镁等的碎屑，且另外，高pH操作可能造成膜损耗。因此，在中性范围的操作是优选的。

要用分离膜元件处理的原料水包括含有500 mg/L至100 g/L的TDS (溶解固体总量)的液体混合物，诸如海水、半咸水和废水。一般而言，TDS指示溶解固体总量的含量，并且通过将1 L视作1 kg而用“质量/体积”或“重量比”表示。根据该定义，可以从在39.5-40.5℃的温度蒸发穿过0.45-微米过滤器过滤的溶液以后的残余物重量来计算该含量，但是更简单地，从实用盐度转换该含量。

实施例

通过参考实施例在下面更详细地描述本发明，但是本发明不限于这些实施例。

(进料侧流路材料的厚度)

在从其平面方向观察进料侧流路材料的横截面，并分析拍摄的图像，由此测量在10个交点部分处的厚度后，用10个点的平均值显示进料侧流路材料的厚度。

(进料侧流路材料的交点的数目)

如下针对交点数目、交点间隔和纤维倾斜角来测量进料侧流路材料。用数字显微镜(VHX-900)从与进料侧流路材料面垂直的方向观察进料侧流路材料，通过分析拍摄的图像来计数在1 cm×1 cm的正方形中的交点的数目，并将10个部分的平均值取作交点的数目。

(进料侧流路材料的交点间隔)

如下测量在进料侧流路材料的第一方向上的交点间隔。用数字显微镜(VHX-900)从与进料侧流路材料面垂直的方向观察进料侧流路材料，并通过分析拍摄的图像来计算交点间隔。以此方式，在10个部分处测量间隔，并将测量值的平均值计算为交点间隔。

(进料侧流路材料的纤维的倾斜角)

关于从进料侧流路材料的组分纤维(纤维)的第一方向的倾斜角，用数字显微镜(VHX-900)从与进料侧流路材料面垂直的方向观察进料侧流路材料，并通过分析拍摄的图像计算进料侧流路材料的纤维(纤维)的倾斜角。在10个部分处进行测量，并用平均值显示倾斜角。

(渗透物侧流路材料的间距和高度差)

使用扫描电子显微镜(S-800) (由Hitachi, Ltd.制造)以500倍放大率拍摄渗透物侧流路材料的任意30个横截面，并在拍摄的图像中测量渗透物侧流路材料的厚度和邻近渗透物侧流路材料之间的间距。

(水产生速率和膜渗透物通量)

使用具有500 mg/L的浓度和6.5的pH的盐溶液作为进料水，并通过在0.45 MPa的操作压力和25℃的操作温度的条件下操作分离，测量和计算用一个分离膜元件得到的每天的水产生速率(L/天)以及通过将水产生速率除以分离膜元件的有效膜面积得到的膜渗透物通量(m³/(m²·天))。

(盐排斥(TDS排斥))

测量通过与上述水产生速率的测量相同的操作得到的渗透物的电导率，并计算TDS浓度。将渗透物的该TDS浓度和进料水的TDS浓度应用于下式以计算TDS排斥：

TDS排斥(%) = 100×{1-(渗透物中的TDS浓度/进料水中的TDS浓度)}

(实施例1)

在室温(25℃)，将15.0重量%的聚砜的DMF溶液在非织造编织物（其通过造纸方法从聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维得到）(纤维直径：1分特克斯，厚度：98 μm，透气性：0.9 cc/cm²/sec，纤维取向度：在多孔支持层侧上的表面层：40°，和多孔支持物侧的相对表面层：20°)上浇铸至180 μm的厚度，立即将所述编织物浸入纯水中，并静置5分钟以产生具有130 μm的厚度的纤维补强的聚砜支持膜卷。

此后，将支持膜卷展开，并将含有1.8重量%的m-PDA和4.5重量%的ε-己内酰胺的水溶液施加于聚砜表面。通过空气喷嘴用氮气吹扫以从支持膜表面除去多余的水溶液以后，将25℃的含有0.06重量%的均苯三甲酰氯的正癸烷溶液施加于完全润湿的表面。此后，通过空气吹扫从膜除去多余的溶液，并将膜用50℃的热水洗涤，在3.5%甘油水溶液中浸渍1分钟，并在热空气烤箱中在100℃处理1分钟，以得到半干状态的分离膜卷。

随后，如下得到具有0.25 mm的厚度且具有梯形横截面形状（当从水收集管的纵向方向观察时）的壁形材料(渗透物侧流路材料)：呈直线地施加所述树脂以产生与水收集管的纵向方向垂直并且在缠绕方向从内侧末端部分延伸至外侧末端部分的线。具体地，使用配有篦齿形填隙片（其中槽宽度和线宽度中的每一个是0.5 mm）的施用器，以125℃的树脂温度和3 m/min的行进速度将乙烯醋酸乙烯酯共聚物树脂(703A)施加于分离膜卷的渗透物侧面。

通过使进料侧面排列成彼此面向来折叠得到的分离膜，并插入网(厚度：0.5 mm，交点间隔：4 mm，纤维的倾斜角：45°)作为进料侧面之间的进料侧流路材料以得到膜叶。

从渗透物侧流路材料的末端部分，围绕ABS制成的水收集管(宽度：300 mm，直径: 17 mm，12的孔数×一个直线行)呈螺旋状缠绕2片如此得到的膜叶，并将薄膜进一步缠绕在外围上，并用带子固定。此后，进行边缘切割、端板附接和纤丝缠绕，以制备其中分离膜部分的直径为2英寸的螺旋型元件。

在如此得到的螺旋型分离膜元件中，有效膜面积为0.44 m²，膜叶的长度(第二方向长度)为550 mm，膜叶的宽度(第一方向长度)为237 mm，且分离膜的数目为2。

将该分离膜元件容纳在压力容器中，并在上述的条件下操作，结果，水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。此外，上述操作中的回收比率为15%。

(实施例2)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.35 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成660 mm，有效膜面积变成0.53 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。

(实施例3)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.2 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成830 mm，有效膜面积变成0.66 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。

(实施例4)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.18 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成910 mm，有效膜面积变成0.73 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。

(实施例5)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.2 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成830 mm，将膜叶的宽度改成0.4 m，有效膜面积变成1.16 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。

(实施例6)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.2 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成1,690 mm，膜叶的数目变成1，有效膜面积变成0.70 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。

(实施例7)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.2 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成370 mm，膜叶的数目变成3，有效膜面积变成0.44 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。

(实施例8)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是通过调节排出的树脂的量而将壁形材料的厚度变成0.15 mm，并将膜叶的长度改成620 mm，有效膜面积变成0.5 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。

(实施例9)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.35 mm的厚度的网，通过调节排出的树脂的量而将壁形材料的厚度变成0.38 mm，并将膜叶的长度改成570 mm，有效膜面积变成0.46 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。

(实施例10)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是通过调节排出的树脂的量而将壁形材料的厚度变成0.11 mm，并将膜叶的长度改成660 mm，有效膜面积变成0.53 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表1中所示。

(实施例11)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.34 mm的厚度的网，并通过调节排出的树脂的量而将壁形材料的厚度变成0.41 mm。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(实施例12)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.2 mm的厚度的网，通过调节排出的树脂的量而将壁形材料的厚度变成0.2 mm，将膜叶的长度改成610 mm，膜叶的数目变成3，有效膜面积变成0.71 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(实施例13)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是分离膜的宽度变成254 mm，有效膜面积变成0.47 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(实施例14)

以与实施例2相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是在进料侧流路材料的第一方向上的交点间隔变成2.5 mm。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(实施例15)

以与实施例2相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是在进料侧流路材料的第一方向上的交点间隔变成6.0 mm。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(实施例16)

以与实施例2相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是从进料侧流路材料的第一方向的纤维倾斜角变成25°。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(实施例17)

以与实施例2相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是从进料侧流路材料的第一方向的纤维倾斜角变成55°。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(实施例18)

以与实施例2相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用配有篦齿形填隙片（其中槽宽度和线宽度中的每一个是0.3 mm）的热熔化施用器形成渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(实施例19)

以与实施例2相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用配有篦齿形填隙片（其中槽宽度和线宽度中的每一个是0.7 mm）的热熔化施用器形成渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(实施例20)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是膜叶的长度变成1,100 mm，膜叶的数目变成1，有效膜面积变成0.45 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表2中所示。

(对比实施例1)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.7 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成450 mm，有效膜面积变成0.36 m²，并且使用经编针织物(厚度：0.25 mm，槽宽度：0.2 mm，脊宽度：0.3 mm，槽深度：0.105 mm)作为渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

(对比实施例2)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用经编针织物(厚度：0.25 mm，槽宽度：0.2 mm，脊宽度：0.3 mm，槽深度：0.105 mm)作为渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

(对比实施例3)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.35 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成660 mm，有效膜面积变成0.53 m²，并且使用经编针织物(厚度：0.25 mm，槽宽度：0.2 mm，脊宽度：0.3 mm，槽深度：0.105 mm)作为渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

(对比实施例4)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.2 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成830 mm，有效膜面积变成0.66 m²，并且使用经编针织物(厚度：0.25 mm，槽宽度：0.2 mm，脊宽度：0.3 mm，槽深度：0.105 mm)作为渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

(对比实施例5)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.12 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成910 mm，有效膜面积变成0.73 m²，并且使用经编针织物(厚度：0.25 mm，槽宽度：0.2 mm，脊宽度：0.3 mm，槽深度：0.105 mm)作为渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

(对比实施例6)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.2 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成830 mm，将膜叶的宽度改成400 mm，有效膜面积变成1.16 m²，并且使用经编针织物(厚度：0.25 mm，槽宽度：0.2 mm，脊宽度：0.3 mm，槽深度：0.105 mm)作为渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

(对比实施例7)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.7 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成450 mm，有效膜面积变成0.36 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

(对比实施例8)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.12 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成910 mm，有效膜面积变成0.73 m²。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

(对比实施例9)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.42 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成370 mm，膜叶的数目变成3，有效膜面积变成0.42 m²，并且使用经编针织物(厚度：0.25 mm，槽宽度：0.2 mm，脊宽度：0.3 mm，槽深度：0.105 mm)作为渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

(对比实施例10)

以与实施例1相同的方式进行分离膜元件的制备和操作，但是使用具有0.2 mm的厚度的网，并将膜叶的长度改成1,690 mm，膜叶的数目变成1，有效膜面积变成0.70 m²，并且使用经编针织物(厚度：0.25 mm，槽宽度：0.2 mm，脊宽度：0.3 mm，槽深度：0.105 mm)作为渗透物侧流路材料。水产生速率、膜渗透物通量和盐排斥如在表3中所示。

实施例和对比实施例的元件结构和元件性能一起显示在表1-3中。

表1

表2

表3

从表1-3看出，使用通过围绕水收集管的外围呈螺旋状缠绕分离膜主体（其具有进料侧面和渗透物侧面、进料侧流路材料和渗透物侧流路材料）而得到的分离膜元件，其中所述渗透物侧流路材料在第一方向不连续地提供，所述第一方向是分离膜主体的宽度方向，且进料侧流路材料的厚度是0.15-0.5 mm，可以增强分离膜的负载效率，此外，可以减小渗透物侧上的流阻，使得实现每单位膜面积的渗透物的量的增加和每个分离膜元件的渗透物的量的增加成为可能。

尽管已经参考其具体实施方案详细地描述了本发明，本领域技术人员显而易见，在其中可以做出多种变化和修改，而不脱离本发明的精神和范围。本申请是基于2012年6月28日提交的日本专利申请(专利申请号2012-145160)，其内容通过引用并入本文。

参考数字和符号的描述

1 分离膜

2 分离膜主体

21 进料侧面

22 渗透物侧面

3 渗透物侧流路材料

5 渗透物侧流动路径

6 进料侧流路材料

61 纤维

62 交点

7 分离膜

71 进料侧面

72 渗透物侧面

8 水收集管

100 分离膜元件

T 进料侧流路材料的厚度

Claims

1. 一种分离膜元件，其包括：水收集管、具有进料侧面和渗透物侧面的分离膜主体、进料侧流路材料和渗透物侧流路材料，

其中所述分离膜主体、所述进料侧流路材料和所述渗透物侧流路材料围绕所述水收集管呈螺旋状缠绕，

多个所述渗透物侧流路材料沿着第一方向不连续地提供在所述分离膜主体的渗透物侧面上，所述第一方向是所述水收集管的纵向方向，且

所述进料侧流路材料具有0.15-0.5 mm的厚度。

2. 根据权利要求1所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在所述第一方向上的长度是100-350 mm。

3. 根据权利要求1或2所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在与所述第一方向垂直的第二方向上的长度是500-1,700 mm。

4. 根据权利要求1-3中的任一项所述的分离膜元件，其中所述渗透物侧流路材料具有0.12-0.4 mm的厚度。

5. 根据权利要求1-4中的任一项所述的分离膜元件，其中沿着所述第一方向彼此邻近的所述渗透物侧流路材料之间的间隔是0.2-1.5 mm。

6. 根据权利要求1-5中的任一项所述的分离膜元件，其中所述进料侧流路材料的厚度和所述渗透物侧流路材料的厚度的总和是0.4-0.75 mm。

7. 根据权利要求1-6中的任一项所述的分离膜元件，其中所述进料侧流路材料具有多个彼此交叉的纤维，且在所述第一方向上所述纤维的交点之间的间隔是1.5-8 mm。

8. 根据权利要求7所述的分离膜元件，其中所述纤维相对于所述第一方向以20°至60°或以-60°至-20°倾斜。

9. 根据权利要求1所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在所述第一方向上的长度是220-260 mm，所述分离膜主体在与所述第一方向垂直的第二方向上的长度是1,000-1,700 mm，且所述分离膜主体的块数是1。

10. 根据权利要求1所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在所述第一方向上的长度是220-260 mm，所述分离膜主体在与所述第一方向垂直的第二方向上的长度是500-1,000 mm，且所述分离膜主体的块数是2。

11. 根据权利要求1所述的分离膜元件，其中所述分离膜主体在所述第一方向上的长度是220-260 mm，所述分离膜主体在与所述第一方向垂直的第二方向上的长度是350-700 mm，且所述分离膜主体的块数是3。