JPH06134210A

JPH06134210A - 脱気膜モジュール

Info

Publication number: JPH06134210A
Application number: JP28312892A
Authority: JP
Inventors: Masahide Taniguchi; 雅英谷口; Takeji Nakae; 武次中江; Hiroyuki Yamamura; 弘之山村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1994-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明においては、脱気膜モジュールの処理水
量を増加させることを目的とする。【構成】疎水性気体透過膜を使用し、膜の一方に原水を
流しつつ、他方を減圧することによって、原水中の溶存
気体を除去する脱気膜モジュールにおいて、複数脱気膜
エレメントを複数直列に連結した形態をとりながら、各
エレメント内部に原水および脱気水バイパス流路を設け
ることにより、原水が各脱気膜エレメント内を１回のみ
通過するようにした脱気膜モジュール。【効果】本発明において、脱気膜モジュールにおいて、
長さの短い脱気膜エレメントを複数直列に連結した形態
をとりながら、原水が各エレメントを並列に流れるよう
にすることで、圧力損失を低減できるため、処理水量を
大幅に改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、疎水性気体透過膜を使
用して、膜の一方に原水を流しつつ、他方を減圧するこ
とによって、原水中の溶存気体を除去する脱気膜モジュ
ールに関するものであり、詳しくは、スパイラル型もし
くは、中空糸型である脱気膜モジュールに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】最近、疎水性気体分離膜を使用して、水
中に溶存している酸素，窒素，二酸化炭素などの気体を
除去する、いわゆる脱気処理が最近実用化され始めてい
る。（実開昭57- 35795 ，特開昭62-273095 ）この方法
は、シリコーン等を素材とする、気体を透過機能を有
し、水を透過させない性質を持った膜の表面または裏面
に原水を流し、反対面を減圧状態にすることにより、原
水中の溶存気体のみを膜透過除去し、脱気するというも
のである。水中の溶存気体を除去することによって、例
えば、水の循環ラインにおける溶存酸素による配管接液
内面の腐食、二酸化炭素による超純水の水質低下を防ぐ
ことができる。本方式では、従来の薬品添加法にみられ
た薬品残存成分のような問題もなく、真空脱気法等と比
較しても装置が簡単となり、運転コストも軽減されると
いう長所が認められている。

【０００３】現在、一般的に用いられている逆浸透膜，
限外濾過膜モジュールのサイズは、約1mの長さのものを
主流とし、その他50cm長のハーフサイズ等が流通してい
る。そのため、脱気膜モジュールの長さを決定するにあ
たっても装置設計上，生産・流通上の観点より同サイズ
のモジュールが採用されているケースが多いのが現状で
ある。そのため、1mもしくは0.5m長のモジュールにおい
て、脱気処理量を増加させる必要がある場合、一般に、
溶存気体濃度を目的とするレベルまで下げるために、以
下のような方策をとることができる。

【０００４】１．透過側を高真空にする。

【０００５】２．膜面滞留時間を延長するため、 a-. 原水流速を遅くする。

【０００６】b-. モジュールを長くする。

【０００７】３．膜表面における濃度境膜による気体透
過抵抗を減少させるため、 a . 流速を上げる。

【０００８】b-1.平膜型，スパイラル型の場合：流路
幅，厚を小さくする。

【０００９】乱流促進用流路材を用いる。

【００１０】b-2.中空糸型の場合：中空糸
径を小さくする。

【００１１】

【発明が解決しようとする問題】しかしながら、これら
の因子は複雑に関連しており、また、２，３-aの内容は
相反している等、一概に１ないし３の方策をとればよい
というものではない。それぞれ、脱気処理量の増大は実
現し得るが、圧力損失，真空度等による所要動力の増
大，膜及びモジュールの必要耐圧性の増大等のマイナス
要因が存在し、特に、圧力損失の問題は、脱気能力向上
に際し、非常に大きな問題となっていた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、疎水性
気体透過膜を使用し、膜の一方に原水を流しつつ、他方
を減圧することによって、原水中の溶存気体を除去する
脱気膜モジュールにおいて、複数脱気膜エレメントを複
数直列に連結した形態をとりながら、各エレメント内部
に原水および脱気水バイパス流路を設けることにより、
原水の少なくとも一部が脱気膜エレメント内を該複数直
列された本数未満通過するようにした脱気膜モジュール
により基本的に達成される。

【００１３】図１は、本発明の脱気膜モジュール代表例
の概略図であり、図２は、その構造を示す断面図であ
る。図２に示されるように、原水供給口１より供給され
た原水の一部は、第１脱気膜エレメント３へと供給さ
れ、脱気される。すなわち、エレメント内は、真空ライ
ン１０により減圧され、膜を介して、原水中の溶存気体
は減圧側へ取り除かれる。ただし、ここに示す真空ライ
ン１０の位置及び数は特に限定されるものではなく、エ
レメントないが十分に減圧できれば良い。一方、残りの
原水は、第１脱気膜エレメント３内部に設けられた第２
脱気膜エレメント用原水バイパス流路６を通して第２脱
気膜エレメントに送液され、第２脱気膜エレメント４に
て脱気される。第１脱気膜エレメント３における脱気水
は、第２脱気膜エレメント４内部に設けられた第１脱気
膜エレメント用脱気水バイパス流路８を通して脱気水出
口２へ送られ、第２脱気膜エレメント４の脱気水と併せ
て脱気水出口２から取り出される。本モジュールは、特
にエレメントが図１２の中空糸膜型脱気膜エレメントの
場合に好適である。

【００１４】このモジュール形態により、従来の50cmな
いし1m長のモジュールと互換性をとりつつ、原水流路を
短くすることが可能となるため、脱気性能向上に際し、
大きな問題となっていた圧力損失の増大を防ぐことがで
きる。すなわち、既存の脱気膜装置をそのまま用い、モ
ジュールを替えるだけで飛躍的な脱気処理水量が得られ
る。

【００１５】我々が、脱気性能向上のために鋭意検討し
た結果、前記１項に示す真空度を上げる方法では脱気水
の溶存気体濃度を下げるためには効果的であるが、所定
濃度の脱気水を得る目的では、処理水量を増加させる効
果は小さい、つまり、処理水量の増加は、そのまま、圧
力損失の増大につながるため、脱気処理水量の向上を図
る方策として真空度の向上はあまり効果的ではないとい
う知見が得られた。

【００１６】また、前記２及び３の方策をとった場合、
いずれも脱気膜モジュール内における圧力損失の増大を
招き、脱気性能向上をはかるうえで問題となる。そこ
で、我々は、これら脱気性能と圧力損失の関係について
検討を行い、その結果、脱気水溶存気体濃度および所要
動力を既定した場合、脱気処理水量，処理水流路径（ス
パイラル型の場合は相当径），モジュール長さが一義的
に決定することが判明した。そこで、各種詳細な条件
で、最適化検討を行ったところ、膜の有効長が数cmまで
は長くするほど処理水量の増加は見られるものの、それ
以上長くしてもほとんど処理水量は変わらないことが判
明した。すなわち、最適なモジュールの長さは、現在主
流となっている50cmないし1mよりはるかに短いことが明
らかになった。とくに、モジュール体積を考慮した場
合、例えば、25cm長と50cm長のモジュールでは、モジュ
ール体積は２倍となる一方、処理水量は数％しかアップ
せず、50cm長モジュールのスペースに25cm長モジュール
が２本置けるため、25cm長モジュールを用いた方が２倍
近い処理水量を得られることになる。しかし、短いモジ
ュールを並列に接続，配置することは、既存の脱気膜装
置が使えない、配管が複雑化する、脱気膜モジュールが
寿命となった場合の交換も面倒である等の問題があるこ
とから、モジュールサイズが従来のものとほぼ同じで、
かつ、モジュール内では、エレメントが並列に接続され
た形式となっている脱気膜モジュールを発明するに至っ
た。

【００１７】この場合、全原水について、脱気膜エレメ
ント内を１回のみ通過する場合が最も理想的であるが、
これに何等限定されるものではない。すなわち、必要に
応じて、原水の一部が脱気膜エレメント内を１回のみ通
過して、他の一部が脱気膜エレメント内を２回以上通過
する場合、あるいは、３つ以上の脱気膜エレメントが直
列されていて、原水が２つ以上、直列された脱気膜エレ
メントの本数未満の回数を通過する場合、あるいは、前
記の場合を任意に組み合わせた場合に関しても、本発明
の効果が、十分得られる限り、許容され得る。なお、こ
れらの場合、原水の７０％以上が各脱気膜エレメント内
を１回のみ通過しているか、または、直列された脱気膜
エレメントの本数の２／３以下の回数を通過することが
好ましい態様である。

【００１８】なお、本発明における脱気膜エレメントの
有効長は、特に限定されるものではない。しかしなが
ら、前記したように、モジュール長さが短い方が効率が
高い一方、短くしても接着に要する端部長さはあまり変
わらず、その結果、使用膜面積に対する有効膜面積が減
少するため、コストアップにつながりかねない。また、
長さを短くした場合、それに適する中空糸の内径も小さ
くなるため、中空糸のハンドリング，中空糸の紡糸性等
の問題も生じることになる。以上を鑑み、鋭意検討した
結果、中空糸型の場合においては、膜の有効長が5cm 以
上50cm以下で、それに対応して中空糸内径が50μm 以上
300 μm 以下であることが望ましいことが判明した。と
くに、有効長10cm以上20cm以下，中空糸内径100 μm 以
上150 μm以下である場合が、最も高い効率を得ること
ができる。しかし、濃度境膜発達防止や膜面積増大を目
的とし、中空糸の形状が円管状でなかったり、表面状態
が特殊な場合や、乱流促進材が存在するなど、流路状態
が複雑である平膜型やスパイラル型の場合は、最適な条
件は、大きく異なり、また、必要とされる脱気レベル，
水温，真空度等によっても変化するため、既存のモジュ
ールとの互換性を考慮しなければ、必ずしも0.5mや1mと
する必要はなく、長さに制限はない。

【００１９】ところで、本発明におけるモジュールの有
する真空ラインの配設口１０の位置は各流路を確保でき
る限りにおいて特に限定されないが、図１のような形式
の場合は、図３に示すように、バイパス流路６，７，
８，９と中心軸線上よりずれている、つまりθが 0^。、
または 180^。以外の角度をなすことが望ましい。これに
より各脱気膜エレメントの形状を同じとする事ができ
る。図１に示す代表例以外に、特に図１３のスパイラル
型脱気膜エレメントの場合に好適である、例えば、図
４，図５に示すような真空ラインの配設口１０に連結す
る多孔質中心管１１を脱気膜エレメント３，４の中心に
配置したようなものでもよい。また、脱気膜モジュール
に設けられた原水および脱気水バイパス流路は特に限定
されず、供給原水を複数に分枝して各脱気膜エレメント
に送り、また、各脱気膜エレメントからの脱気水を集合
させるようになっているもので有れば良く、例えば、図
６，図７に示されるように、エレメント外表面にバイパ
ス流路６，８を有するものでもかまわない。この際、２
つのバイパス流路の位置関係は特に限定されないが、モ
ジュール設置の便宜上、図８に上断面図に示すように、
同一位置に２つのバイパスを設けることが好ましい。さ
らに、図９に示すように封止部１８とバイパス流路６，
８を有したケーシングを用いることも可能である。

【００２０】また、本発明におけるモジュールにおける
膜エレメントの連結数は特に限定されない。モジュール
の製作の容易さ、コスト、性能に対する効果等を考慮す
ると、一般に２基の脱気膜エレメントを連結した形式が
適当であるが、図１０にしめすように、場合によって
は、３基ないしはそれ以上の脱気膜エレメントを連結す
ることも可能である。これは、とくに、性能を発揮する
のに必要とされる脱気膜エレメント長さが短い場合に有
効である。

【００２１】本発明に用いる脱気膜エレメントは、平膜
型，中空糸膜型，スパイラル型等、特にその形式は限定
しないが、透過側が結露しにくいかまたは、結露しても
取り除きやすい構造であるものがより好ましい。特に好
ましいのは、スパイラル型エレメント、または、中空糸
膜型エレメントである。スパイラル型エレメントは、例
えば、図１１に示すような封筒状の膜をネット状流路材
とともに多孔質中心管のまわりに巻囲した基本構造を有
しており、膜分離エレメントとして広く知られているも
のである。また、中空糸膜エレメントは、形式は特に限
定しないが、供給水が偏流を起こしにくく、気体透過側
が十分に減圧でき得る構造のものが望ましい。例えば、
図１２に示すような中空糸状の膜２４の両端部を接着固
定した形状のものが一般的であり、この場合、原水が中
空糸膜２４の内部を通り、外部を真空状態にすることに
より、原水中の溶存気体を除去することにより、原水中
の溶存気体を除去する方式が主流となっている。さら
に、本発明による脱気膜モジュールは、必要に応じて、
形式や膜の特性が異なる脱気膜エレメントを１モジュー
ル内に装填する事も可能である。例えば、中空糸膜型で
中空糸径の異なる３種類の脱気膜エレメントを２基連結
のモジュールとして用いる場合、脱気特性の異なる計６
種類のモジュールが得られることになるため、要求に応
じたバラエティに富むモジュール作成が容易となる。

【００２２】ところで、スパイラル型膜モジュールに用
いられる膜は、非対称膜，複合膜が一般的であるが、複
合膜が特に一般的である。複合膜という膜構造は、膜の
形状は平膜形状であり、かつ多孔質支持体層とその上に
設けた高分子均質層または緻密層からなる。多孔質支持
体層は、疎水性気体透過膜の性能に最も影響する高分子
均質層の支持層として高分子均質層の機械的変形を防止
する役目を持っており、かつ、十分な気体透過性能を有
していることが必要である。また、該支持体層の強度を
さらに上げるために、該支持体層の下にポリエステル織
物または不織布などの補強層を有していることが好まし
い。多孔質支持体層の好ましい高分子としては、ポリエ
ステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリアクリレー
ト、ポリメタクリレート、ポリ４フッ化エチレン、ポリ
スルホン、ポリカーボネート等が例示されるが、特に好
ましくは、ポリスルホン、またはポリプロピレンであ
る。

【００２３】多孔質支持体層の上に形成される高分子均
質層の具体例としては、ポリオルガノシロキサン、架橋
型ポリオルガノシロキサン、ポリオルガノシロキサン／
ポリカーボネート共重合体、ポリオルガノシロキサン／
ポリフェニレン共重合体、ポリオルガノシロキサン／ポ
リスチレン共重合体、ポリトリメチルシリルプロピン、
ポリ４メチルペンテン、などが挙げられる。この中で
も、機械的強度が高く、酸素透過係数が大きいという点
で、架橋型ポリジメチルシロキサンが最も好ましい。こ
の架橋型ポリジメチルシロキサンは、製法によって得ら
れる薄膜の性能が異なり、特開昭60- 257803，特開昭62
-216624 ，特開昭62-216623 に記載されている製法に従
って、得られた架橋型ポリジメチルシロキサンの薄膜が
気体透過性に優れ、ピンホールが少ないため好ましい。
また、複合膜において、高分子均質膜の材質が、上記架
橋型ポリジメチルシロキサンを主成分とするものを、架
橋型シリコーン系複合膜と呼んでいる。架橋型シリコー
ン系複合膜は、基材膜の表面に架橋型シリコーン系の薄
膜を形成させたことを特徴とする膜で、表面の状態が一
般に非多孔膜と呼ばれるほど緻密な状態を形成している
ものが多い。このため、シリコーン自体が持つ疎水性に
加えて、汚れ成分の吸着を抑えることができるというす
ばらしい特性を有している。また、このシリコーン膜の
表面にフッ素樹脂系の超薄膜を形成させて、疎水性をさ
らに向上させることも可能である。

【００２４】中空糸膜モジュールに用いられる膜は、疎
水性で中空糸の形状にすることができればよく、ポリエ
チレン，ポリプロピレン，ポリテトラフルオロエチレ
ン，ポリフッ化ビニリデン，ポリ４メチルペンテン等が
好ましいが、特に好ましいのは、ポリフッ化ビニリデ
ン，もしくは４メチルペンテンからなる重合体である。
また、さらに疎水性を高めるために、中空糸の内外表面
の一方もしくは両方にシリコーン系，フッ素樹脂系の薄
膜を形成させることも可能である。

【００２５】

【実施例】以下実施例をもってもって本発明をさらに具
体的に説明する。ただし、本発明はこれにより限定され
るものではない。

【００２６】実施例１本発明の例である図１に示した形式の脱気膜モジュール
を作製した。このモジュールは、内径100 μm ，外径12
5 μm のポリフッ化ビニリデン中空糸膜が20万本装填さ
れた径10cm，長さ25cmの脱気膜エレメントを２基連結し
たものである。このモジュールを用いて、真空ラインを
35Torrとし、原水として、水温25℃，溶存酸素濃度8.0p
pmの純水を圧力損失0.5kgf/cm2となる条件で流したとこ
ろ、処理水量は約15リットル／分となり、モジュール出
口における溶存酸素濃度は、0.30ppm であった。

【００２７】比較例１図１３に示したような従来の脱気膜モジュールを作製し
た。このモジュールは、内径180 μm ，外径220 μm の
ポリフッ化ビニリデン中空糸膜が65000 本装填された径
10cm，長さ55cmのモジュールである。このモジュールを
用いて実施例と同条件で脱気試験を行ったところ、処理
水量は約9 リットル／分となり、モジュール出口におけ
る溶存酸素濃度は、0.33ppm であった。

【００２８】

【発明の効果】本発明において、疎水性気体透過膜を使
用し、膜の一方に原水を流しつつ、他方を減圧すること
によって、原水中の溶存気体を除去する脱気膜モジュー
ルにおいて、脱気膜エレメントを複数直列に連結した形
態をとりながら、各エレメント内部に原水および脱気水
バイパス流路を設けることにより、原水が各脱気膜エレ
メント内を１回のみ通過するようにした脱気膜モジュー
ルにより脱気水の処理水量を大幅に改善することがで
き、装置の小型化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る、脱気膜モジュールの一例であ
る。

【図２】本発明に係る、脱気膜モジュールの一例の断面
図である。

【図３】本発明に係る、脱気膜エレメントの一例の横断
面図である。

【図４】本発明に係る、減圧用中心管を有する脱気膜モ
ジュールの一例である。

【図５】本発明に係る、減圧用中心管を有する脱気膜モ
ジュールの一例の断面図である。

【図６】本発明に係る、外側面に流路を有する脱気膜モ
ジュールの一例である。

【図７】本発明に係る、外側面に流路を有する脱気膜モ
ジュールの一例の断面図である。

【図８】本発明に係る、外側面に流路を有する脱気膜モ
ジュールの他の一例の上断面図である。

【図９】本発明に係る、ケース装填式の脱気膜モジュー
ルの一例の断面図である。

【図１０】本発明に係る、多数連結式の脱気膜モジュー
ルの一例の断面図である。

【図１１】代表的なスパイラル型脱気膜エレメントの一
例である。

【図１２】代表的な中空糸膜型脱気膜エレメントの一例
の断面図である。

【図１３】従来の脱気膜モジュールの一例の断面図であ
る。

【符号の説明】

１：原水供給口２：脱気水出口３：第１脱気膜エレメント４：第２脱気膜エレメント５：第３脱気膜エレメント６：第２脱気膜エレメント用原水バイパス流路７：第３脱気膜エレメント用原水バイパス流路８：第１脱気膜エレメント用脱気水パイパス流路９：第２脱気膜エレメント用脱気水バイパス流路１０：真空ラインの配設口１１：多孔質中心管１２：キャップ１３：多孔質中心管連接部１４：モジュール端板１５：モジュールケース１６：エレメント連結部品１７：エレメントキャップ１８：封止部１９：脱気膜２０：供給側流路材２１：透過側流路材２２：供給原水２３：透過気体２４：中空糸膜２５：接着部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｄ 71/34 9153−4Ｄ 71/70 ５００ 9153−4ＤＣ０２Ｆ 1/20 ＺＡＢＡ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】疎水性気体透過膜を使用し、膜の一方に原
水を流しつつ、他方を減圧することによって、原水中の
溶存気体を除去する脱気膜モジュールにおいて、複数脱
気膜エレメントを複数直列に連結した形態をとりなが
ら、各エレメント内部に原水および脱気水バイパス流路
を設けることにより、原水の少なくとも一部が脱気膜エ
レメント内を該複数直列された本数未満通過するように
した脱気膜モジュール。
【請求項２】全原水が脱気膜エレメント内を１回のみ通
過するようにしたことを特徴とする請求項１記載の脱気
膜モジュール。
【請求項３】脱気膜エレメントがスパイラル型エレメン
トであり、モジュールを構成する膜素材がシリコーン系
疎水性気体透過膜であることを特徴とする請求項１記載
の脱気膜モジュール。
【請求項４】脱気膜エレメントが中空糸型エレメントで
あり、中空糸膜素材がポリフッ化ビニリデン，もしくは
４−メチルペンテンからなる重合体であることを特徴と
する請求項１記載の脱気膜モジュール。
【請求項５】脱気膜エレメントの有効長が 5cm以上50cm
以下で、中空糸内径が50μm 以上300 μm 以下である請
求項４記載の脱気膜モジュール。