JP2015089536A - Separation membrane element and separation membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体中に存在している成分を分離するスパイラル型の分離膜エレメントおよびそれを用いた分離膜モジュールに関するものである。 The present invention relates to a spiral separation membrane element that separates components present in a fluid and a separation membrane module using the same.
近年、半導体分野における超純水用途や、一般かん水用途等をはじめとする膜の透過液を利用する様々な流体分離分野が急速に発展を遂げている。中でも、河川水や地下水などから超純水用途および一般かん水用途などに利用する水を得るために、分離膜エレメントの需要が高まりつつある。 In recent years, various fluid separation fields using membrane permeates such as ultrapure water applications and general irrigation applications in the semiconductor field have rapidly developed. In particular, the demand for separation membrane elements is increasing in order to obtain water used for ultrapure water use and general brine use from river water and groundwater.
分離膜エレメントは、逆浸透やろ過機構を用いて、海水、河川水および地下水などから溶液中に含まれる異物や塩分等を除去し、淡水、純水および超純水という元の溶液よりも低い塩濃度の溶液を得ることに利用される。 Separation membrane element uses reverse osmosis and filtration mechanism to remove foreign substances and salt contained in solution from seawater, river water, groundwater, etc., and lower than the original solution of fresh water, pure water and ultrapure water It is used to obtain a salt concentration solution.
従来、この種の分離膜エレメントの中でも、複数の孔を有する中心管の周りに、被処理媒体の成分を分離する分離膜を含む膜ユニットがスパイラル状に巻回され、その巻回された膜ユニットの外周が外装体で覆われて巻回体を形成される構造であるスパイラル型の分離膜エレメントを使用する流体処理システムでは、特許文献1にあるような、システムダウン時に透過側からのスパイラル型の分離膜エレメントへの逆流と背圧を防ぐように、分離膜モジュールよりも下流側の配管に、逆止弁を設けることが一般的である。逆流を防ぐ理由としては、上記構造のスパイラル型の分離膜エレメントに使用される分離膜は、機能層と支持層および基材で構成されており、この支持層と基材の剥離強度はあまり高くないため、透過側からの逆流や背圧を受けた際に分離膜の破損につながるからである。さらに、逆止弁を設けることにより、透過側からのコンタミネーションを防ぐ効果もあり、異物の混入による分離膜の品質悪化を防ぐためにも必要である。ここで、コンタミネーションとは、水処理装置等の配管内に残存する異物や不純物の混入を意味する。本発明者らの知見によれば、このとき、分離膜モジュールよりも下流に設けられた逆止弁が故障していた場合、分離膜エレメントへの逆流や背圧を防ぐことが出来ず、分離膜モジュール内に装填されている分離膜エレメントの全破損につながる恐れがあった。 Conventionally, among these types of separation membrane elements, a membrane unit including a separation membrane for separating components of a medium to be treated is spirally wound around a central tube having a plurality of holes, and the wound membrane In a fluid treatment system using a spiral type separation membrane element having a structure in which the outer periphery of a unit is covered with an exterior body to form a wound body, the spiral from the permeation side when the system is down as in Patent Document 1 In order to prevent backflow and back pressure to the separation membrane element of the mold, it is common to provide a check valve in the pipe downstream of the separation membrane module. The reason for preventing backflow is that the separation membrane used in the spiral type separation membrane element having the above structure is composed of a functional layer, a support layer, and a base material, and the peel strength between the support layer and the base material is too high. This is because the separation membrane is damaged when subjected to backflow or back pressure from the permeate side. Furthermore, by providing a check valve, there is also an effect of preventing contamination from the permeation side, and it is also necessary to prevent deterioration of the quality of the separation membrane due to contamination of foreign matters. Here, contamination means mixing of foreign matters and impurities remaining in a pipe of a water treatment device or the like. According to the knowledge of the present inventors, at this time, if the check valve provided downstream of the separation membrane module has failed, the backflow and back pressure to the separation membrane element cannot be prevented, and the separation valve There is a possibility that the separation membrane element loaded in the membrane module may be totally damaged.
また、スパイラル型の分離膜エレメントの中心管内に逆止弁を設けた例としては、特許文献2にあるような分離膜エレメントが存在するが、この分離膜エレメントでは逆止弁が中心管の中央部に設けられており、透過側からの逆流と背圧の防止にはなっておらず、さらに下流側のコンタミネーションも防ぐことができていなかった。 Further, as an example in which a check valve is provided in the central tube of the spiral type separation membrane element, there is a separation membrane element as disclosed in Patent Document 2, but in this separation membrane element, the check valve is located in the center of the central tube. This was not provided for preventing backflow and back pressure from the permeate side, and further preventing contamination on the downstream side.
上記従来のスパイラル型の分離膜エレメントを用いたシステムでは、分離膜モジュールよりも下流に設けた逆止弁が破損した際、停電などの不慮のシステムダウン時には、逆流や背圧により分離膜モジュール内にあるスパイラル型分離膜エレメントの全破損につながる恐れがあり、分離膜へのコンタミネーションの懸念も残っていた。さらに、設計不備などにより逆止弁を設けていない場合には、配管接続の再構築が必要となっていた。 In the system using the conventional spiral separation membrane element described above, when the check valve provided downstream of the separation membrane module is damaged, or when the system is inadvertently down such as a power failure, the separation membrane module has a backflow or back pressure. The spiral-type separation membrane element in FIG. 1 may lead to total damage, and there is still concern about contamination of the separation membrane. Furthermore, if the check valve is not provided due to design deficiencies or the like, it is necessary to reconstruct the pipe connection.
そこで本発明の目的は、分離膜モジュールよりも下流に設けた逆止弁が破損した場合でも、透過側からの逆流、背圧およびコンタミネーションを防ぐことができ、分離膜モジュール内に装填された分離膜エレメントの分離膜の破損を最小限に抑えることができる分離膜エレメント、および分離膜モジュールよりも下流に逆止弁に設けなくても、透過側からの逆流、背圧およびコンタミネーションを防ぐことができる分離膜エレメントを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to prevent backflow, back pressure and contamination from the permeate side even when a check valve provided downstream of the separation membrane module is damaged, and is loaded into the separation membrane module. Separation membrane element that can minimize breakage of separation membrane element, and prevents reverse flow, back pressure and contamination from the permeate side without providing a check valve downstream from the separation membrane module It is to provide a separation membrane element that can be used.
本発明の他の目的は、上記の処理機能を可能にする分離膜モジュールを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a separation membrane module that enables the above processing functions.
本発明は、上記課題を解決せんとするものであり、本発明の分離膜エレメントは、複数の孔を有する中心管の周りに、被処理媒体の成分を分離する分離膜を含む膜ユニットがスパイラル状に巻回され、その巻回された膜ユニットの外周が外装体で覆われて巻回体が形成される構造であって、前記中心管として、中心管側面にある複数の孔の最下流部の孔よりも下流側に逆止弁を設けた中心管を用いてなるスパイラル型分離膜エレメントである。 The present invention has been made to solve the above problems, and in the separation membrane element of the present invention, a membrane unit including a separation membrane that separates components of a medium to be processed is spiraled around a central tube having a plurality of holes. The outer periphery of the wound membrane unit is covered with an exterior body to form a wound body, and the downstream end of a plurality of holes on the side surface of the central tube as the central tube This is a spiral separation membrane element using a central tube provided with a check valve on the downstream side of the hole of the part.
本発明の分離膜モジュールは、前記の分離膜エレメントを、1本以上圧力容器内に装填してなる分離膜モジュールである。 The separation membrane module of the present invention is a separation membrane module formed by loading one or more of the above separation membrane elements in a pressure vessel.
本発明の分離膜モジュールは、圧力容器内に流れ方向に対して直列に一本以上の分離膜エレメントを装填する分離膜モジュールにおいて、前記の分離膜エレメントを、圧力容器内の最下流に装填してなる分離膜モジュールである。 The separation membrane module of the present invention is a separation membrane module in which one or more separation membrane elements are loaded in series in the flow direction in the pressure vessel, and the separation membrane element is loaded in the most downstream in the pressure vessel. This is a separation membrane module.
本発明の流体処理方法は、前記の分離膜エレメントを用い、被処理流体を、ろ過、正浸透または逆浸透によって分離膜表面で処理する流体処理方法である。 The fluid treatment method of the present invention is a fluid treatment method in which the separation fluid is treated on the surface of the separation membrane by filtration, forward osmosis or reverse osmosis using the separation membrane element.
本発明のスパイラル型の分離膜エレメントによれば、中心管にある複数の孔の最下流部よりも下流側に逆止弁を設けているため、従来のスパイラル型の分離膜エレメントが装填された分離膜モジュールのように下流側に設けた逆止弁が破損した場合においても、透過側からの逆流や背圧、コンタミネーションを防ぎ、分離膜の破損や異物の混入による品質悪化を防ぐことができる。 According to the spiral type separation membrane element of the present invention, since the check valve is provided on the downstream side of the most downstream portion of the plurality of holes in the central tube, the conventional spiral type separation membrane element is loaded. Even when a check valve provided downstream such as a separation membrane module is damaged, backflow, back pressure, and contamination from the permeate side can be prevented, preventing deterioration of quality due to damage to the separation membrane and contamination with foreign matter. it can.
本発明の分離膜エレメントは、複数の孔を有する中心管の周りに、被処理媒体の成分を分離する分離膜を含む膜ユニットがスパイラル状に巻回され、その巻回された膜ユニットの外周が外装体で覆われて巻回体が形成されてなる構造であって、前記中心管として、中心管側面にある複数の孔の最下流部の孔よりも下流側に逆止弁を設けた中心管を用いてなるスパイラル型分離膜エレメントである。 In the separation membrane element of the present invention, a membrane unit including a separation membrane that separates components of a medium to be processed is spirally wound around a central tube having a plurality of holes, and the outer periphery of the wound membrane unit Is a structure in which a wound body is formed by covering with an exterior body, and as the central tube, a check valve is provided on the downstream side of the most downstream portion of the plurality of holes on the side surface of the central tube. A spiral separation membrane element using a central tube.
本発明において、中心管とは、処理媒体が集められる管であり、処理媒体が中心管管内に侵入できるように中心管側面には上下(もしくは左右)に約180度あけるように複数の孔が設けられている。孔は、長さ方向におおよそ等間隔で複数個開けられており、個数は分離膜エレメントの直径や長さによって異なるが、長さ方向に対して4つ以上あいていることが一般的である。中心管の材質は、塩化ビニル等が用いられる。中心管は、他には集水管や中心パイプという用語で用いられることもある。 In the present invention, the central tube is a tube in which the processing medium is collected, and a plurality of holes are formed on the side surface of the central tube so that the processing medium can enter the central tube. Is provided. A plurality of holes are opened at approximately equal intervals in the length direction, and the number varies depending on the diameter and length of the separation membrane element, but generally four or more holes are provided in the length direction. . The material of the center tube is vinyl chloride or the like. The central pipe is sometimes used in the terms of a water collecting pipe and a central pipe.
本発明において、分離膜とは、被処理媒体中の含有物を、逆浸透やろ過または荷電除去のように物理的に分離する部材であり、分離膜エレメントにおいては前記の中心管の周りにスパイラル状に巻囲されている。分離膜の材質は、セルロースや芳香族ポリアミド等のポリマーが主要である。また、分離膜は、分離膜表面にある孔径や分離方法により、限外ろ過膜、精密ろ過膜、脱ガス膜および逆浸透膜などの種類に分類される。 In the present invention, the separation membrane is a member that physically separates the contents in the medium to be treated, such as reverse osmosis, filtration, or charge removal. In the separation membrane element, a spiral is formed around the central tube. It is wrapped in a shape. The material of the separation membrane is mainly a polymer such as cellulose or aromatic polyamide. Separation membranes are classified into types such as ultrafiltration membranes, microfiltration membranes, degassing membranes, and reverse osmosis membranes, depending on the pore size on the surface of the separation membrane and the separation method.
本発明において、被処理媒体とは、前記の分離膜によって処理される、化合物などの溶質が溶解した気体や液体であり、海水、水道水、ガス、NaCl溶液およびその他各種水溶液が好適に用いられる。更に、処理媒体とは、この被処理媒体を分離膜で処理し、被処理媒体に対して含有物質の濃度が低くなった媒体を示す。一方で、被処理媒体に対して含有物質の濃度が高くなって分離膜エレメントから排出される媒体を、本発明では濃縮媒体として記すことがある。 In the present invention, the medium to be treated is a gas or liquid in which a solute such as a compound is treated, which is treated by the separation membrane, and seawater, tap water, gas, NaCl solution, and various other aqueous solutions are preferably used. . Further, the processing medium refers to a medium in which the concentration of the contained substance is reduced with respect to the processing medium by processing the processing medium with a separation membrane. On the other hand, in the present invention, the medium discharged from the separation membrane element when the concentration of the contained substance is higher than the medium to be treated may be described as the concentration medium.
また本発明において、外装体とは、前記の中心管に分離膜をスパイラル状に巻回後、外部からの衝撃、圧力および汚れ等から分離膜を保護するために取り付けられるものであり、フィラメント等の繊維状のものやテープ状のシールなどが用いられている。この外装体は、水処理装置運転時に加えられる操作圧力に対して耐久性のあるものが選択して用いられる。 Further, in the present invention, the outer package is attached to protect the separation membrane from impact, pressure, dirt, etc. from the outside after spirally winding the separation membrane around the central tube, such as a filament. Fiber-like materials and tape-like seals are used. As this exterior body, one having durability against the operation pressure applied during operation of the water treatment apparatus is selected and used.
また本発明において、逆止弁とは、気体や液体をどちらか一方向にのみ通過させる部材であり、設置する方向によって、気体や液体の流れ方向を任意に変更することができる。様式としては、後述するボール式の他に、ポペット式、スイング式、ウエハー式、リフト式およびフット式等の様式のものが存在する。また、適用する圧力により適用できる逆止弁の大きさや様式は異なるため、それぞれの仕様にあったものを選択する必要がある。 In the present invention, the check valve is a member that allows gas or liquid to pass through only in one direction, and the flow direction of gas or liquid can be arbitrarily changed depending on the installation direction. In addition to the ball type described later, there are other types such as poppet type, swing type, wafer type, lift type and foot type. In addition, since the size and style of the check valve that can be applied differ depending on the applied pressure, it is necessary to select one that meets each specification.
次に、本発明の分離膜エレメントおよび分離膜モジュールについて、図面に基づき説明する。 Next, the separation membrane element and the separation membrane module of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明が適用されるスパイラル型の分離膜エレメントの一例を示す部分分解斜視図である。 FIG. 1 is a partially exploded perspective view showing an example of a spiral type separation membrane element to which the present invention is applied.
図1において、スパイラル型の分離膜エレメント101は、複数の孔を有する中心管105の周りに、被処理媒体の成分を分離する分離膜102を含む膜ユニットがスパイラル状に巻回され、その巻回された膜ユニットの外周が外装体(図示せず。)で覆われて巻回体が形成されてなる構造の分離膜エレメントである。 In FIG. 1, a spiral separation membrane element 101 is formed by winding a membrane unit including a separation membrane 102 that separates components of a medium to be processed around a central tube 105 having a plurality of holes. This is a separation membrane element having a structure in which a wound body is formed by covering the outer periphery of the rotated membrane unit with an exterior body (not shown).
図1において、分離膜102は、中心管105側以外の三方を接着剤等のシール手段により封止された封筒状であり、開放された一方の端部が中心管105に接着されている。各分離膜102同士の間には、被処理媒体が通る被処理媒体透過流路材103が挟まれている。また、分離膜102内には処理媒体が通る処理媒体透過流路材104が挟まれている。スパイラル型の分離膜エレメント101上流部より、外部から圧力をかけられた被処理媒体は被処理媒体透過流路材103を通り、分離膜102の間を移動する。被処理媒体移動時、分離膜102表面でろ過もしくは正浸透、逆浸透により処理された、処理媒体が分離膜102内に設けられた処理媒体透過流路材104を通り、中心管105に集められる。中心管105に集められた処理媒体は、中心管105の下流もしくは上流で収集される。また、このとき、濃縮された被処理媒体(濃縮媒体)は、スパイラル型の分離膜エレメント101下流に送液される。このとき、処理媒体を任意の方向から収集するために、非透過側の中心管105には関止めやキャップ等の部材を設置し、非透過側からの透過を防ぐ必要がある。 In FIG. 1, the separation membrane 102 has an envelope shape in which three sides other than the central tube 105 side are sealed with a sealing means such as an adhesive, and one open end is bonded to the central tube 105. Between the separation membranes 102, a to-be-treated medium permeation flow path material 103 through which the to-be-treated medium passes is sandwiched. Further, in the separation membrane 102, a processing medium permeation channel material 104 through which the processing medium passes is sandwiched. The medium to be treated, which is pressurized from the outside from the upstream part of the spiral separation membrane element 101, moves between the separation membranes 102 through the medium to be treated permeate flow path material 103. When the medium to be processed is moved, the processing medium that has been processed by filtration, forward osmosis, or reverse osmosis on the surface of the separation membrane 102 passes through the treatment medium permeation flow path member 104 provided in the separation membrane 102 and is collected in the central tube 105. . The processing medium collected in the central tube 105 is collected downstream or upstream of the central tube 105. At this time, the concentrated medium to be processed (concentrated medium) is sent downstream of the spiral separation membrane element 101. At this time, in order to collect the processing medium from an arbitrary direction, it is necessary to install a stopper or a cap on the non-transparent side central tube 105 to prevent permeation from the non-transparent side.
次に、本発明のスパイラル型の分離膜エレメントを適用した例を説明する。 Next, an example in which the spiral separation membrane element of the present invention is applied will be described.
図2は、本発明におけるスパイラル型の分離膜エレメントを例示説明するための断面図であり、図3は、同様に、本発明におけるスパイラル型の他の分離膜エレメントを例示説明するための断面図である。これらの図2と3は、本発明における分離膜エレメントの外観と使用時の逆止弁の動きを示している。 FIG. 2 is a cross-sectional view for illustrating the spiral type separation membrane element in the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view for similarly explaining another spiral type separation membrane element in the present invention. It is. 2 and 3 show the appearance of the separation membrane element according to the present invention and the movement of the check valve during use.
図2において、分離膜エレメント201上流部より、外部から圧力をかけられた被処理媒体は分離膜同士の間にある被処理媒体透過流路材を通り、分離膜の間を移動する。被処理媒体移動時、分離膜表件で、ろ過、正浸透または逆浸透により処理された処理媒体が、分離膜内に設けられた処理媒体透過流路材を通り、中心管202に集められる。中心管202に集められた処理媒体は中心管202の下流へ流れる。図2中の(A)は、中心管202の下流部、すなわち逆止弁203が取り付けられた位置の断面図となっている。このとき、逆止弁203は、下流に向かって弁が開放する機構になっているため、処理媒体の圧力を受けて弁を開放する。逆止弁203を通った処理媒体は、中心管202下流部で収集される。流体処理システムのシステムダウン時には、分離膜エレメント201よりも下流の配管から、分離膜エレメント201に向かって流れてくる逆流の圧力によって逆止弁203が閉塞され、中心管202内への侵入を防ぐことができる。 In FIG. 2, the medium to be treated, which is pressurized from the outside from the upstream portion of the separation membrane element 201, moves between the separation membranes through the medium to be treated permeate flow path material between the separation membranes. When the medium to be processed is moved, the processing medium processed by filtration, forward osmosis or reverse osmosis on the surface of the separation membrane passes through the processing medium permeation flow path material provided in the separation membrane and is collected in the central tube 202. The processing medium collected in the central tube 202 flows downstream of the central tube 202. 2A is a cross-sectional view of the downstream portion of the central tube 202, that is, the position where the check valve 203 is attached. At this time, since the check valve 203 has a mechanism in which the valve opens toward the downstream, the check valve 203 receives the pressure of the processing medium and opens the valve. The processing medium that has passed through the check valve 203 is collected in the downstream portion of the central tube 202. When the fluid processing system is down, the check valve 203 is closed by the backflow pressure flowing from the pipe downstream of the separation membrane element 201 toward the separation membrane element 201 to prevent entry into the central tube 202. be able to.
侵入しないように圧力容器302内に収容されている。図3の実施態様では、分離膜エレメント301を圧力容器302内に1本以上装填したものを分離膜モジュールとして扱う。このとき、被処理媒体が分離膜エレメント301と圧力容器302の間にある隙間を通って分離膜エレメント301の下流側に流れないように、浸入を抑制するブラインシール303が、分離膜エレメント301の上流側に取り付けられている。 It is accommodated in the pressure vessel 302 so as not to enter. In the embodiment of FIG. 3, one or more separation membrane elements 301 loaded in a pressure vessel 302 are handled as a separation membrane module. At this time, a brine seal 303 that suppresses intrusion is disposed on the separation membrane element 301 so that the medium to be treated does not flow downstream of the separation membrane element 301 through a gap between the separation membrane element 301 and the pressure vessel 302. Installed upstream.
図1のスパイラル型の分離膜エレメントによる流体処理形態と同様にして、処理媒体は中心管304に集められる。その後、下流側に処理媒体を提供するものである。 The processing medium is collected in the central tube 304 in the same manner as the fluid processing mode by the spiral separation membrane element of FIG. Thereafter, the processing medium is provided downstream.
次に、図3において、流体処理中の逆止弁305の動きについて説明する。図3中の(B)は、圧力容器302内に装填された分離膜エレメント301における中心管304の下流部、すなわち逆止弁305が取り付けられた位置の断面図となっている。処理媒体が逆止弁305を通過する際、逆止弁305は処理媒体の圧力によって弁を開放する。中心管内の圧力(処理媒体圧力)の方が、配管内の圧力(背圧)よりも高いため問題なく弁は開放する。システムダウン時には、配管からの逆流による圧力によって逆止弁305が閉じ、逆流、背圧およびコンタミネーションを防ぐ構造となっている。 Next, referring to FIG. 3, the movement of the check valve 305 during fluid processing will be described. 3B is a cross-sectional view of the downstream portion of the central tube 304 in the separation membrane element 301 loaded in the pressure vessel 302, that is, the position where the check valve 305 is attached. When the processing medium passes through the check valve 305, the check valve 305 opens the valve by the pressure of the processing medium. Since the pressure in the central pipe (processing medium pressure) is higher than the pressure in the pipe (back pressure), the valve opens without any problem. When the system is down, the check valve 305 is closed by the pressure due to the backflow from the piping, and the backflow, back pressure and contamination are prevented.
上記の実施形態例では、図3にある方向での処理方法のみであったが、スパイラル型の分離膜エレメント301の向きを変更することにより、上流側にキャップなどのコネクタを設けなくても、上流からのコンタミネーションを防ぐことが可能である。 In the above embodiment example, only the processing method in the direction shown in FIG. 3 was used, but by changing the orientation of the spiral separation membrane element 301, it is possible to provide a connector such as a cap on the upstream side. It is possible to prevent contamination from upstream.
また、上記の実施形態例では、スパイラル型の分離膜エレメント1本による単独の処理方法であったが、処理媒体の量や回収率を増やすために、2本以上を同時に使用する場合、分離膜モジュール内の最下流部に本発明のスパイラル型の分離膜エレメントを装填することにより、上記同様に逆流・背圧・コンタミネーションを防ぐことができる。 Further, in the above embodiment, the single processing method using one spiral type separation membrane element is used. However, when two or more are used at the same time in order to increase the amount and recovery rate of the processing medium, the separation membrane is used. By loading the spiral-type separation membrane element of the present invention in the most downstream part in the module, backflow, back pressure and contamination can be prevented as described above.
図4は、本発明におけるスパイラル型の他の分離膜エレメントにおいて、分離膜エレメントを連接した場合の態様を例示説明するための断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view for exemplifying a mode in which the separation membrane elements are connected in another spiral type separation membrane element of the present invention.
図4において、分離膜エレメント401は複数本、圧力容器402内へ収容されている。すべて分離膜エレメント401上流には被処理媒体の下流への侵入を抑制するために、図3の実施形態と同様に、ブラインシール404が備え付けられている。 In FIG. 4, a plurality of separation membrane elements 401 are accommodated in the pressure vessel 402. A brine seal 404 is provided upstream of the separation membrane element 401 in the same manner as in the embodiment of FIG.
図4中におけるIは、分離膜エレメント401を1本で使用する場合の上流を示しており、IIは分離膜エレメント401を1本で使用する場合の下流を示している。 In FIG. 4, I indicates the upstream when the single separation membrane element 401 is used, and II indicates the downstream when the single separation membrane element 401 is used.
外部より圧力がかけられた被処理媒体は圧力容器402内へ浸入し、最上流部にある分離膜エレメント401の上流部から被処理媒体透過流路材を通り分離膜内を下流に向けて移動する。被処理媒体移動時、分離膜表面で、ろ過、正浸透または逆浸透により処理された処理媒体が、分離膜内に設けられた処理媒体透過流路材を通り、中心管403に集められる。濃縮媒体は分離膜エレメント401の下流へ排出され、一つ下流側にある分離膜エレメント401の被処理媒体となり、さらに下流へと処理を繰り返されながら移動する。最下流部の分離膜エレメント401で処理された濃縮媒体は、圧力容器402外へ排出される。中心管403に集められた処理媒体は中心管403の下流へ流れ、一つ下流側にある分離膜エレメント401の中心管403内へ侵入する。一つ下流側の分離膜エレメント401の中心管403でも同様に処理媒体が収集され、一つ下流側へと送液される。最終的には、圧力容器402内にあるすべての分離膜エレメント401にて処理された処理媒体が収集され、圧力容器402下流へ送液される。図4中の(B)は、圧力容器402内の最下流部に装填された分離膜エレメント401における中心管403の下流部、すなわち逆止弁405が取り付けられた位置の断面図となっている。このとき、逆止弁405は下流に向かって弁が開放する機構になっているため、処理媒体の圧力を受けて弁が開放される。流体処理システムのシステムダウン時には、最下流部の分離膜エレメント401よりも下流の配管から、分離膜エレメント401に向かって流れてくる逆流の圧力によって逆止弁405が閉塞され、中心管403内への侵入を防ぐことができる。 The processing medium to which pressure is applied from the outside enters the pressure vessel 402 and moves from the upstream part of the separation membrane element 401 at the most upstream part through the processing medium permeation channel material and downstream in the separation film. To do. When the medium to be treated is moved, the treatment medium treated by filtration, forward osmosis or reverse osmosis on the surface of the separation membrane passes through the treatment medium permeation flow path material provided in the separation membrane and is collected in the central tube 403. The concentrated medium is discharged downstream of the separation membrane element 401, becomes a medium to be processed of the separation membrane element 401 on the one downstream side, and further moves downstream while being repeatedly processed. The concentrated medium processed in the most downstream separation membrane element 401 is discharged out of the pressure vessel 402. The processing medium collected in the central tube 403 flows downstream of the central tube 403 and enters the central tube 403 of the separation membrane element 401 on the downstream side. Similarly, the processing medium is collected in the central tube 403 of the separation membrane element 401 on the downstream side, and is sent to the downstream side. Eventually, the processing medium processed in all the separation membrane elements 401 in the pressure vessel 402 is collected and sent to the pressure vessel 402 downstream. 4B is a cross-sectional view of the downstream portion of the central tube 403 in the separation membrane element 401 loaded in the most downstream portion in the pressure vessel 402, that is, the position where the check valve 405 is attached. . At this time, since the check valve 405 has a mechanism in which the valve opens toward the downstream, the valve is opened by receiving the pressure of the processing medium. When the fluid processing system is down, the check valve 405 is closed by the backflow pressure flowing toward the separation membrane element 401 from the pipe downstream of the most downstream separation membrane element 401 and into the central tube 403. Can prevent intrusion.
このとき、最下流部から2本目よりも上流の分離膜エレメント401にかけては、本発明のスパイラル型の分離膜エレメントではなく、従来の中心管が貫通している分離膜エレメントを使用しても問題なく連接が可能であり、従来分離膜エレメントには逆止弁405を設ける必要がないため、その分、コストを抑えることができ、さらに処理媒体を生成するために必要な圧力は最低限に抑えることができる。 At this time, there is a problem even if a conventional separation membrane element penetrating the central tube is used from the most downstream portion to the separation membrane element 401 upstream of the second one instead of the spiral separation membrane element of the present invention. Since it is not necessary to provide a check valve 405 in the conventional separation membrane element, the cost can be reduced by that amount, and the pressure required for generating the processing medium is minimized. be able to.
また、最下流部以外のスパイラル型の分離膜エレメント401に関しても、本発明の分離膜エレメント401を使用することもできる。この場合は、2つ以上の逆止弁405でスパイラル型の分離膜エレメント401への逆流、背圧およびコンタミネーションを防ぐこととなるため、もし仮にどれかの逆止弁が故障していた場合でも、より安全な設計となる。さらに、逆止弁405の耐圧を超えるほどの、予想以上の背圧がかかった際に逆止弁が破損するが、圧力損失により上流に行くほど逆止弁にかかる圧力は減っていくため、スパイラル型の分離膜エレメント401の破損を最小限でとどめることができる。図4中の(A)は、圧力容器402内の最上流部に装填された分離膜エレメント401における中心管403の上流部、すなわち逆止弁406が取り付けられた位置の断面図となっている。このように、最上流部のスパイラル型の分離膜エレメント401自体の上流と下流の向きを変えて配置する、すなわちIIからIへ流れる方向に装填することで、被処理媒体の圧力によって分離膜エレメント401の上流側に位置する逆止弁406が閉塞される機構となるため、中心管上流部にキャップなどの部材を取り付けなくとも被処理媒体の中心管403への混入を防ぐことができ、上流側でのコンタミネーションの抑止を行うことが可能である。ただし、海水淡水化のように被処理媒体に5.5MPaのような高圧がかかる場合は、集水管上流部にキャップ等のコネクタを設けるほうが好ましい。そのため、この使用方法はかん水淡水化や超純水用途への適用が望ましい。 Further, the separation membrane element 401 of the present invention can also be used for the spiral type separation membrane element 401 other than the most downstream portion. In this case, since two or more check valves 405 prevent backflow, back pressure and contamination to the spiral separation membrane element 401, if any one of the check valves breaks down But it will be a safer design. Furthermore, the check valve is damaged when the back pressure exceeding the pressure resistance of the check valve 405 is exceeded, but the pressure applied to the check valve decreases as it goes upstream due to pressure loss. Damage to the spiral separation membrane element 401 can be minimized. 4A is a cross-sectional view of the upstream portion of the central tube 403 in the separation membrane element 401 loaded in the most upstream portion in the pressure vessel 402, that is, the position where the check valve 406 is attached. . In this manner, the upstream and downstream orientations of the spiral-type separation membrane element 401 itself at the most upstream portion are arranged in different directions, that is, loaded in the direction of flow from II to I, so that the separation membrane element is controlled by the pressure of the medium to be treated. Since the check valve 406 located on the upstream side of the 401 is closed, the medium to be processed can be prevented from being mixed into the central tube 403 without attaching a cap or the like to the upstream portion of the central tube. It is possible to suppress contamination on the side. However, when a high pressure such as 5.5 MPa is applied to the medium to be treated, such as seawater desalination, it is preferable to provide a connector such as a cap in the upstream portion of the water collection pipe. Therefore, it is desirable to apply this method of use to brine desalination and ultrapure water applications.
図5は、分離膜エレメント同士を連接した場合のコネクタによる接続の態様を例示説明するための断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view for illustrating the mode of connection by the connector when the separation membrane elements are connected to each other.
図5に、アウタータイプおよびインナータイプの接続用コネクタを用いた簡易的な接続方法を示す。図5(a)に示すような、アウタータイプや一部のインナータイプに見られる分離膜501端部よりも中心管502が外側に出ている、すなわち分離膜501の長さよりも中心管502の長さの方が長い場合、中心管502同士をアウタータイプもしくはインナータイプの接続用コネクタ503で接続することになり、中心管502が被処理媒体に対して剥き出しの状態となるため、操作中は中心管502のみで操作圧力を耐える必要があるため、海水淡水化処理にかかるような5MPa程度の高圧には耐えることができない。そのため、かん水淡水化処理のような1.5MPa以下の条件を選んで使用することが好ましい。図5(b)に示すような、インナータイプの接続の中でも、分離膜501端部から中心管502が出ていない、すなわち分離膜501の長さよりも中心管502の長さの方が短い、もしくは同じ場合では、接続の際、インナータイプの接続用コネクタ504で接続された中心管502だけではなく、分離膜エレメントの端部同士で支える形となるため、海水淡水化処理のような5MPa以上の高圧にも耐えることができる。ここで、インナータイプのコネクタとは、中心管の内径に合わせた接続用コネクタのことであり、中心管の外形に合わせたものがアウタータイプである。 FIG. 5 shows a simple connection method using an outer type and an inner type connector. As shown in FIG. 5A, the central tube 502 protrudes outside the end of the separation membrane 501 found in the outer type and some inner types, that is, the central tube 502 is longer than the length of the separation membrane 501. When the length is longer, the center tubes 502 are connected to each other by the outer type or inner type connector 503, and the center tube 502 is exposed to the processing medium. Since it is necessary to endure the operating pressure with only the central tube 502, it cannot withstand a high pressure of about 5 MPa that is required for seawater desalination. Therefore, it is preferable to select and use a condition of 1.5 MPa or less as in the brine desalination treatment. Among the inner-type connections as shown in FIG. 5B, the central tube 502 does not protrude from the end of the separation membrane 501, that is, the length of the central tube 502 is shorter than the length of the separation membrane 501. Or, in the same case, when connecting, not only the central tube 502 connected by the inner-type connection connector 504 but also the shape supported by the ends of the separation membrane element, it is 5 MPa or more like seawater desalination treatment. Can withstand high pressures of Here, the inner type connector is a connector for connection that matches the inner diameter of the center tube, and the outer type that matches the outer shape of the center tube.
図6は、分離膜エレメント同士をインナータイプのコネクタで接続した場合の他の態様を例示説明するための断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view for illustrating another embodiment when the separation membrane elements are connected by an inner type connector.
図6中(a)は、長いインナータイプコネクタで接続した際の態様を示している。連接する際にインナータイプのコネクタ601を使用する場合は、図6にあるように中心管内602の広い面積に溝が彫られた中心管を用いると、シール部が増え、どの位置においても接続用コネクタを取り付けることができる。また、図6(b)にあるような多少短いコネクタへの対応が可能であるため、効果的に連接が可能である。 (A) in FIG. 6 shows an aspect when connected by a long inner type connector. When the inner type connector 601 is used when connecting, if a central tube with a groove engraved in a large area of the central tube 602 is used as shown in FIG. A connector can be attached. Further, since it is possible to cope with a slightly short connector as shown in FIG. 6B, it is possible to effectively connect.
また、上記の図3の実施形態例では、逆止弁305を中心管304内に据え置く機構となっているが、既存の貫通式中心管を用いたスパイラル型の分離膜エレメントの中心管304の内径に合う逆止弁305を取り付けて使用することもできる。加えて、逆止弁305には図3に示したようなボール式が一般的であるが、その他、ポペット式、スイング式、ウエハー式、リフト式およびフット式等、どの逆止弁を用いても良いが、操作圧力によって任意に選択する必要がある。また、逆止弁を構成部材については、プラスチックや樹脂類、金属等どのような材質のものを用いても良いが、処理媒体の含有物質によって任意に選択する必要がある。たとえば、海水淡水化用途の分離膜エレメントにおいては、処理媒体中にもNaClが含まれるため、金属を使用する場合にはSUS製のものが好ましい。さらに、逆止弁は栓をする部材、(たとえばボール)と栓を受ける部材(たとえば金属)があるが、これらの材質は、どちらか一方の部材が弾性を有する材質を選ぶことで、金属と金属のような場合よりもより密に閉塞することが可能である。 In the above-described embodiment shown in FIG. 3, the check valve 305 is installed in the central tube 304. However, the central tube 304 of the spiral separation membrane element using the existing through-type central tube is used. A check valve 305 that matches the inner diameter can also be used. In addition, a ball type as shown in FIG. 3 is generally used for the check valve 305, but other check valves such as a poppet type, a swing type, a wafer type, a lift type and a foot type are used. However, it is necessary to select arbitrarily according to the operating pressure. In addition, the check valve may be made of any material such as plastic, resin, metal, etc., but it is necessary to select it arbitrarily depending on the substance contained in the processing medium. For example, in a separation membrane element for use in seawater desalination, NaCl is also contained in the processing medium, and therefore a SUS product is preferable when using a metal. Further, the check valve has a member that plugs (for example, a ball) and a member that receives the plug (for example, metal). These materials can be selected by selecting a material that has elasticity for either member. It is possible to close more densely than in the case of metal.
図7は、逆止弁の取り付け方法を例示説明するための断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view for illustrating the check valve mounting method.
図7において、逆止弁の取り付けに関しては、中心管内に接着剤701による接着をしても良いが、逆止弁の外周に洩れ防止用のOリング702を取り付け、中心管内に設けた溝に設置するように取り付けることもできる。また、Oリング702装着後、堰703に押し当てて固定する方法もあるが、この場合は流れ方向に対して逆止弁がしっかりと固定されるように取り付ける必要がある。また図7(c)における固定方法では、取り付け後、堰がない側に接着剤等で固定することが望ましい。 In FIG. 7, the check valve may be attached with an adhesive 701 in the central tube, but an O-ring 702 for preventing leakage is attached to the outer periphery of the check valve, and the groove is provided in the central tube. It can also be installed to install. In addition, there is a method of pressing and fixing the weir 703 after mounting the O-ring 702, but in this case, it is necessary to mount the check valve so that the check valve is firmly fixed in the flow direction. Moreover, in the fixing method in FIG.7 (c), it is desirable to fix with an adhesive etc. on the side without a weir after attachment.
しかしながら、本発明の分離膜エレメントは、逆止弁を取り付けた際にできる中心管と逆止弁の間の角や逆止弁の大きさを鑑みると、かん水淡水化や超純水用途のように処理媒体の量が少ない用途においての使用が望ましい。 However, the separation membrane element of the present invention is used for brine desalination and ultrapure water applications in view of the angle between the central tube and the check valve formed when the check valve is installed and the size of the check valve. In particular, it is desirable to use in applications where the amount of processing medium is small.
101:スパイラル型の分離膜エレメント
102:分離膜
103:被処理媒体透過流路材
104:処理媒体透過流路材
105:中心管
201:スパイラル型の分離膜エレメント
202:中心管
203:逆止弁
301:スパイラル型の分離膜エレメント
302:圧力容器(ベッセル)
303:ブラインシール
304:中心管
305:逆止弁
401:分離膜エレメント
402:圧力容器
403:中心管
404:ブラインシール
405:逆止弁
I :分離膜エレメントにおける上流
II :分離膜エレメントにおける下流
501:分離膜
502:中心管
503:アウタータイプの接続用コネクタ
504:Oリング
505:インナータイプの接続用コネクタ
601:インナータイプの接続用コネクタ
602:中心管
701:接着剤
702:Oリング
703:堰
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101: Spiral type separation membrane element 102: Separation membrane 103: To-be-processed medium permeation flow path material 104: Processing medium permeation flow path material 105: Center pipe 201: Spiral type separation membrane element 202: Center pipe 203: Check valve 301: Spiral type separation membrane element 302: Pressure vessel (vessel)
303: Brine seal 304: Central pipe 305: Check valve 401: Separation membrane element 402: Pressure vessel 403: Central pipe 404: Brine seal 405: Check valve I: Upstream in the separation membrane element II: Downstream in the separation membrane element 501 : Separation membrane 502: Center pipe 503: Outer type connection connector 504: O-ring 505: Inner type connection connector 601: Inner type connection connector 602: Center pipe 701: Adhesive 702: O-ring 703: Weir
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