特許 6973081 分離膜エレメント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6973081

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】分離膜エレメント

(51)【国際特許分類】

   B01D 63/10 20060101AFI20211111BHJP

   C02F 1/44 20060101ALI20211111BHJP

   B01D 63/00 20060101ALI20211111BHJP

   B01D 69/02 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   B01D63/10

   C02F1/44 D

   B01D63/00 510

   B01D69/02

【請求項の数】5

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2017-550775(P2017-550775)

(86)(22)【出願日】2017年9月11日

(86)【国際出願番号】JP2017032636

(87)【国際公開番号】WO2018056090

(87)【国際公開日】20180329

【審査請求日】2020年7月2日

(31)【優先権主張番号】特願2016-183742(P2016-183742)

(32)【優先日】2016年9月21日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-211467(P2016-211467)

(32)【優先日】2016年10月28日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-211468(P2016-211468)

(32)【優先日】2016年10月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003159

【氏名又は名称】東レ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】誉田 剛士

(72)【発明者】

【氏名】高木 健太朗

(72)【発明者】

【氏名】広沢 洋帆

(72)【発明者】

【氏名】山田 博之

(72)【発明者】

【氏名】峰原 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏明

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 萌菜美

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 祐太郎

【審査官】 高橋 成典

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２３０１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５９０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０６２２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０１６２５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１４２９０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ６１／００ − ７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

集水管と、供給側の面と透過側の面とを備える分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを備える分離膜エレメントであって、
前記分離膜、供給側流路材および透過側流路材は前記集水管の周りにスパイラル状に巻囲され、
前記供給側流路材は、互いに交差する複数の繊維状物を備え、
前記供給側流路材の厚みが０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、
前記分離膜は、供給水を濃度２００ｐｐｍの食塩水、ｐＨ６．５のＮａＣｌ水溶液とし、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下でろ過した際の溶液透過係数をＡ（ｍ／秒／ＭＰａ）、溶質透過係数をＢ（ｍ／秒）とした際に、Ａ^３／Ｂ（ｍ^２／秒^２／ＭＰａ^３）の値が８．０×１０^−８以上であり、かつ供給水を濃度２００ｐｐｍの食塩水、ｐＨ６．５のＮａＣｌ水溶液とし、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下でろ過した際のフラックスが１．１ｍ^３／ｍ^２／日以上３．０ｍ^３／ｍ^２／日以下であり、
前記供給側流路材の交点密度が１５個／１００ｍｍ^２以上２１０個／１００ｍｍ^２以下である、
分離膜エレメント。

【請求項2】

前記供給側流路材により形成される供給側流路が、前記集水管の長手方向に対して垂直方向に形成されている、請求項１に記載の分離膜エレメント。

【請求項3】

前記透過側流路材は、複数の突起物が形成されたシート又は複数の突起物が固着されたシートである、請求項１又は２に記載の分離膜エレメント。

【請求項4】

前記突起物が、前記集水管の長手方向に対して垂直方向に連続している、請求項３に記載の分離膜エレメント。

【請求項5】

前記透過側流路材の横断面が複数の透過側流路を形成し、かつ、前記透過側流路材の横断面積比が０．４以上０．７５以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の分離膜エレメント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体、気体などの流体に含まれる成分を分離するために使用される分離膜エレメントに関する。

【背景技術】

【0002】

海水およびかん水などに含まれるイオン性物質を除くための技術においては、近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして、分離膜エレメントによる分離法の利用が拡大している。分離膜エレメントによる分離法に使用される分離膜は、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜に分類される。これらの膜は、例えば海水、かん水および有害物を含んだ水などからの飲料水の製造、工業用超純水の製造、および、排水処理および有価物の回収などに用いられており、目的とする分離成分および分離性能によって使い分けられている。

【0003】

分離膜エレメントとしては様々な形態があるが、分離成分が水である場合には、分離膜の一方の面に供給水を供給し、他方の面から透過水を得る点では共通している。分離膜エレメントは、束ねられた多数の分離膜を備えることで、一の分離膜エレメント当たりの膜面積が大きくなるように、つまり一の分離膜エレメント当たりに得られる透過水の量が大きくなるように形成されている。分離膜エレメントとしては、用途や目的にあわせて、スパイラル型、中空糸型、プレート・アンド・フレーム型、回転平膜型、平膜集積型などの各種の形状が提案されている。

【0004】

例えば、逆浸透ろ過には、スパイラル型分離膜エレメントが広く用いられる。スパイラル型分離膜エレメントは、集水管と、集水管の周囲に巻き付けられた積層体とを備える。積層体は、供給水を分離膜表面へ供給する供給側流路材、供給水に含まれる成分を分離する分離膜、および、分離膜を透過し供給水側流体から分離された透過側水を集水管へと導くための透過側流路材が積層されることで形成される。スパイラル型分離膜エレメントは、供給水に圧力を付与することができるので、透過水をより多く取り出すことができる点で好ましく用いられている。

【0005】

スパイラル型分離膜エレメントの高性能化のために、スパイラル型分離膜エレメントの高造水・高除去化、かつ高寿命化が求められている。近年、スパイラル型分離膜エレメントの高造水化を達成する手段として、供給側流路材や分離膜、透過側流路材といった部材の厚みを低減し、スパイラル型分離膜エレメントに充填する分離膜量を増やして造水量を増やす手法が提案されている。特に、部材の中でも供給側流路材は厚く、スパイラル型分離膜エレメントを運転した際に発生する流動抵抗が小さく、供給側流路材を更に薄くしても流動抵抗の増加が軽微なため、供給側流路材を薄型し、分離膜量を増やす手法が採用されてきた。

【0006】

具体的には、特許文献１では、厚みが０．０８ｍｍ以上２ｍｍ以下の供給側流路材を充填し、透過側には抵抗が低い流路材が配置されたスパイラル型分離膜エレメントが提案されている。

【0007】

一方で、スパイラル型分離膜エレメントの除去性を向上させるために、膜面の乱流効果を高め、濃度分極を抑制できるような流路材部材およびスパイラル型分離膜エレメント構造が提案されている。

【0008】

具体的には、特許文献２では、分離膜の供給側表面に凸部および溝を設けることによって、膜面の乱流効果を増加させたスパイラル型分離膜エレメントが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１０−２３０１４０号公報

【特許文献2】特開２０１０−１２５４１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上述した種々の提案にもかかわらず、分離膜エレメントは、造水性・除去性の観点から十分とは言えず、また、分離膜エレメント性能を長期間維持する、という点においても改善の余地があった。

【0011】

そこで、本発明では、長期にわたり造水性や除去性に優れた分離膜エレメントを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するため、本発明は、次の（１）〜（１０）の構成からなる。
（１） 集水管と、供給側の面と透過側の面とを備える分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを備える分離膜エレメントであって、上記分離膜、供給側流路材および透過側流路材は上記集水管の周りにスパイラル状に巻囲され、上記供給側流路材は、互いに交差する複数の繊維状物を備え、上記供給側流路材の厚みが０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、上記分離膜は、供給水を濃度２００ｐｐｍの食塩水、ｐＨ６．５のＮａＣｌ水溶液とし、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下でろ過した際の溶液透過係数をＡ（ｍ／秒／ＭＰａ）、溶質透過係数をＢ（ｍ／秒）とした際に、Ａ^３／Ｂ（ｍ^２／秒^２／ＭＰａ^３）の値が８．０×１０^−８以上である、分離膜エレメント。
（２） 上記分離膜は、供給水を濃度２００ｐｐｍの食塩水、ｐＨ６．５のＮａＣｌ水溶液とし、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下でろ過した際の透過水量が１．５ｍ^３／ｍ^２／日以上である、上記（１）に記載の分離膜エレメント。
（３） 上記供給側流路材の交点密度が３個／１００ｍｍ^２以下である、上記（１）又は（２）に記載の分離膜エレメント。
（４） 上記供給側流路材の交点密度が１５個／１００ｍｍ^２以上２１０個／１００ｍｍ^２以下である、上記（１）又は（２）に記載の分離膜エレメント。
（５） 上記供給側流路材により形成される供給側流路が、上記集水管の長手方向に対して垂直方向に形成されている、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（６） 上記透過側流路材は、複数の突起物が形成されたシート又は複数の突起物が固着されたシートである、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（７） 上記突起物が、上記集水管の長手方向に対して垂直方向に連続している、上記（６）に記載の分離膜エレメント。
（８） 上記透過側流路材の横断面が複数の透過側流路を形成し、かつ、上記透過側流路材の横断面積比が０．４以上０．７５以下である、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（９） 上記（１）〜（８）のいずれかに記載の分離膜エレメントを用いて、供給された水量の６０％以上を造水する、分離膜エレメントの運転方法。
（１０） 上記（１）〜（８）のいずれかに記載の分離膜エレメントを用いて、供給された水量の４０％以下を造水する、分離膜エレメントの運転方法。

【発明の効果】

【0013】

本発明によって、高造水能かつ高除去能を有するエレメント構成になり、更に、膜面線速向上により特に高回収率運転において膜面に難溶塩（スケール）や有機物ファウリングが生じ難く、長期にわたり造水性や除去性に優れた分離膜エレメントを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の分離膜エレメントの一例を示す模式図である。

【図2】本発明の分離膜エレメントの一例を示すその他の模式図である。

【図3】本発明の分離膜エレメントの一例を示すその他の模式図である。

【図4】本発明に適用される供給側流路材の平面図の一例である。

【図5】本発明に適用される透過側流路材の横断面図の一例である。

【図6】本発明に適用される透過側流路材の横断面図のその他の一例である。

【図7】本発明に適用される透過側流路材の形態を示す横断面図の一例である。

【図8】本発明に適用される透過側流路材の一例である。

【図9】本発明に適用される透過側流路材のその他の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本発明の分離膜エレメントの実施形態について、詳細に説明する。

【0016】

＜分離膜エレメントの概要＞
分離膜エレメントでは、供給側の水の流路を形成させるために、供給側流路材として、主に高分子製のネットが使用される。また、分離膜としては例えば、積層型の分離膜が用いられる。積層型の分離膜は、供給側から透過側に順に積層された、ポリアミドなどの架橋高分子からなる分離機能層、ポリスルホンなどの高分子からなる多孔性樹脂層（多孔性支持層）、ポリエチレンテレフタレートなどの高分子からなる不織布などの基材を備えている。また、透過側の水の流路を形成させるために、透過側流路材が用いられる。分離膜エレメントは、図１に示すように、供給側流路材１を分離膜２で挟み込み、透過側流路材３を積層させて一組のユニットとし、集水管４の周囲にスパイラル状に巻囲して分離膜エレメント５としている。

【0017】

分離膜エレメント５は、その第１端および第２端に配置され、かつ孔を有する孔付端板９２を備える。すなわち、分離膜エレメント５の第１端から供給される供給水１０１は、分離膜によって透過水１０２と濃縮水１０３とに分けられる。透過水１０２は、集水管４を通って、分離膜エレメント５の第２端から取り出される。濃縮水１０３は、第２端の孔付端板９２の孔を通って、分離膜エレメント５の外に流出する。

【0018】

また、本発明では、図２に示すように、供給水の流れが異なる分離膜エレメント５Ｂの構成をとることができる。一般的な分離膜エレメント５では、供給側流路材により形成される供給側流路が、集水管４の長手方向に平行方向に設けられるのに対し、分離膜エレメント５Ｂでは少なくとも集水管４の長手方向に対して垂直方向に設けられる。

【0019】

分離膜エレメント５Ｂの作製方法は、次の通りである。具体的には供給側流路材１を分離膜２で挟み込み、透過側流路材３を積層させて一組のユニットとし、集水管４の周囲にスパイラル状に巻囲する。その後、両端のエッジカットを行い、一端からの供給水流入を防ぐための封止板（第１端板９１に相当する）の取り付け、さらに、第２端板９３に相当する端板を被覆された巻囲体の他端に取り付け、分離膜エレメントを得ることができる。

【0020】

多孔性部材８２としては、供給水を通過させることができる複数の孔を有する部材が用いられる。多孔性部材８２に設けられたこれらの孔８２１は、供給水の供給口と言い換えられてもよい。多孔性部材８２は、複数の孔を有していれば、その材質、大きさ、厚み、剛性などは、特に限定されるものではない。多孔性部材８２として、比較的厚みの小さい部材を採用することで、分離膜エレメントの単位体積当たりの膜面積を増大させることができる。

【0021】

なお図２において、多孔性部材８２に設けられた孔８２１はスリット状（直線状）に示されているが、円形や四角形、楕円形や三角形などの孔が複数配列される構造でもよい。

【0022】

多孔性部材８２の厚みは、例えば、１ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２ｍｍ以下である。また、多孔性部材８２は、巻囲体の外周形状に沿うように変形することができる、柔軟性又は可撓性を有する部材であってもよい。より具体的には、多孔性部材８２として、ネット、多孔性フィルムなどが適用可能である。ネットおよび多孔性フィルムは、巻囲体を内部に収容できるように筒状に形成されていてもよいし、長尺状であって、巻囲体の周囲に巻き付けられていてもよい。

【0023】

多孔性部材８２は、分離膜エレメント５Ｂの外周面に配置される。多孔性部材８２がこのように設けられることで、孔が分離膜エレメント５Ｂの外周面に設けられる。「外周面」とは、特に、分離膜エレメント５Ｂの外周面全体のうち、上述の第１端の面および第２端の面を除く部分であるともいえる。本実施形態では、多孔性部材８２は、巻囲体の外周面のほぼ全体を覆うように配置される。

【0024】

分離膜エレメント５Ｂは、ベッセルに装填して運転する場合、第１端の端板が孔無し端板９１なので、第１端の面からは、分離膜エレメント５Ｂ内に供給水は流入しない。供給水１０１はベッセルと分離膜エレメント５Ｂとの隙間へ流れ込む。そして、供給水１０１は、分離膜２に対して、分離膜エレメント５Ｂの外周面から、多孔性部材８２を介して集水管の長手方向に対して垂直方向にかけて供給される。こうして供給された供給水１０１は、分離膜によって透過水１０２と濃縮水１０３に分けられる。透過水１０２は、集水管６を通って、分離膜エレメント５Ｂの第２端から取り出される。濃縮水１０３は、第２端の孔付端板９３の孔を通って、分離膜エレメント５Ｂ外に流出する。

【0025】

分離膜エレメント５Ｂのように、上記供給側流路材により形成される供給側流路が、少なくとも上記集水管の長手方向に対して垂直方向にかけて設けられる分離膜エレメントは、分離膜エレメントの幅に対して、集水管の長手方向に対して垂直方向の辺の長さが長い分離膜対を用いて作製される場合において、供給側流路が上記集水管の長手方向と平行な方向に設けられる従来のスパイラル型分離膜エレメントに比べて、供給水の流入断面積が狭くなり、分離膜エレメントを通過する供給水の線速が速まるため、分離膜の膜面塩濃度が増加する高回収率運転を行う場合において、濃度分極現象を抑制できる点で優位となる。

【0026】

さらに、本発明では図３に示すように、供給水の流れが異なる分離膜エレメント５Ｃの構成をとることもできる。分離膜エレメント５Ｃでは、分離膜エレメント５Ｂの第１端における孔無し端板９１を孔付端板９４に変更し、分離膜エレメント５Ｂの外周面と第１端の両方から供給水１０１が流れる構成をとることができる。

【0027】

さらに、孔付端板９３の孔の配置については、開孔が大きすぎると供給水が供給側流路に均一に流れず、ショートパスするといった場合があるため、本発明の効果が発現するように集水管の周辺に設けることができる。なお、分離膜エレメント５Ｃは、孔無し端板９１を孔付端板９４に変更する以外は、分離膜エレメント５Ｂと同様の手順で製作することができる。

【0028】

分離膜エレメント５Ｃも５Ｂと同様に、供給側流路材により形成される供給側流路が、上記集水管の長手方向に対して垂直方向にかけて設けられていることから、従来分離膜エレメントと比べて高回収率運転に適した構成とすることができる。

【0029】

＜分離膜＞
（概要）
分離膜２としては、使用方法、目的などに応じた分離性能を有する膜が用いられる。分離膜２は、単一層であってもよいし、分離機能層と基材とを備える積層型の複合膜であってもよい。また、複合膜においては、分離機能層と基材との間に、さらに多孔性支持層があってもよい。

【0030】

ここで、分離機能層を有する面を供給側の面、分離機能層を有する面とは反対側の面を透過側の面と呼び、供給側の面が互いに向かい合うように形成された状態の分離膜のことを分離膜対と呼ぶ。

【0031】

（分離機能層）
分離機能層は、分離機能および支持機能の両方を有する層であってもよいし、分離機能のみを備えていてもよい。なお、「分離機能層」とは、少なくとも分離機能を備える層を指す。

【0032】

分離機能層が分離機能および支持機能の両方を有する場合、分離機能層としては、セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルスルホンおよびポリスルホンからなる群から選ばれるポリマーを主成分として含有する層が好ましく適用される。

【0033】

一方、分離機能層の成分としては、孔径の制御が容易であり、かつ耐久性に優れるという点で、架橋高分子が好ましく使用される。特に、供給水中の成分の分離性能に優れるという点で、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させて得られるポリアミド分離機能層や、有機無機ハイブリッド機能層などが好適に用いられる。これらの分離機能層は、多孔性支持層上でモノマーを重縮合することによって形成可能である。

【0034】

例えば、ポリアミドを主成分として含有する分離機能層は、公知の方法により、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを界面重縮合することで形成できる。より具体的には、多孔性支持層上に多官能アミン水溶液を塗布し、余分な多官能アミン水溶液をエアーナイフなどで除去した後、多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒溶液を塗布することで、重縮合が起きてポリアミド分離機能層が形成される。

【0035】

上記界面重縮合を、直鎖又は分枝鎖アルキル基からなり、かつ、炭素数が５以上の脂肪族カルボン酸の存在下で行うことで、末端官能基の分布を精密に制御することが可能となり、透水性と除去性とを両立できることができる。このような脂肪族カルボン酸は、上記多官能アミンの水溶液や上記多官能酸ハロゲン化物を含む水と非混和性の有機溶媒溶液に加えたり、多孔性支持膜にあらかじめ含浸させたりすることができる。

【0036】

上記のような脂肪族カルボン酸としては、例えば、直鎖飽和アルキルカルボン酸として、カプロン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸又はトリデカン酸が、分岐鎖飽和アルキルカルボン酸としては、例えば、カプリル酸、イソ酪酸、イソペンタン酸、ブチル酢酸、２−エチルヘプタン酸又は３−メチルノナン酸が、さらに不飽和アルキルカルボン酸としては、例えば、メタクリル酸、ｔｒａｎｓ−３−ヘキセン酸、ｃｉｓ−２−オクテン酸又はｔｒａｎｓ−４−ノネン酸が挙げられる。

【0037】

これら脂肪族カルボン酸の総炭素数は、５〜２０の範囲内にあることが好ましく、さらに好ましくは８〜１５の範囲内である。総炭素数が５未満であると、分離機能膜の透水性を向上させる効果が小さくなる傾向があり、総炭素数が２０を超えると、沸点が高くなり、膜から除去しにくくなるため、高透水性を発現させることが困難となりやすい。

【0038】

さらに、これら脂肪族カルボン酸を上記多官能酸ハロゲン化物を含む、水と非混和性の有機溶媒溶液に添加する場合には、ＨＬＢ値を４以上１２以下にすることで、膜の透水性向上と耐汚れ性向上が同時に発現し、さらに、多孔性支持膜上から除去しやすくなることから好ましい。

【0039】

ここでＨＬＢ値は、水と非混和性の有機溶媒への親和性の程度を表す値である。ＨＬＢ値は計算によって決定する方法がいくつか提案されている。グリフィン法によると、ＨＬＢ値は下記式で定義される。

【0040】

ＨＬＢ値＝２０×親水部のＨＬＢ値
＝２０×（親水部の式量の総和）／（分子量）
上記有機溶媒溶液における脂肪族カルボン酸の濃度は、添加する脂肪族カルボン酸によって適宜決定することができるが、具体的には、０．０３〜３０質量％の範囲内にあると好ましく、０．０６〜１０質量％の範囲内であるとさらに好ましい。

【0041】

（多孔性支持層）
多孔性支持層は、分離機能層を支持する層であり、材料が樹脂の場合多孔性樹脂層とも言い換えることができる。

【0042】

多孔性支持層に使用される材料や、その形状は特に限定されないが、例えば、多孔性樹脂によって基板上に形成されてもよい。多孔性支持層としては、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂あるいはそれらを混合、積層したものが使用され、化学的、機械的、熱的に安定性が高く、孔径が制御しやすいポリスルホンを使用することが好ましい。

【0043】

多孔性支持層は、例えば、上記ポリスルホンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶液を、後述する基材（例えば密に織ったポリエステル不織布）の上に一定の厚みに注型し、それを水中で湿式凝固させることによって、製造することができる。

【0044】

多孔性支持層は、“オフィス・オブ・セイリーン・ウォーター・リサーチ・アンド・ディベロップメント・プログレス・レポート”Ｎｏ．３５９（１９６８）に記載された方法に従って形成できる。なお、所望の形態を得るために、ポリマー濃度、溶媒の温度、貧溶媒は調整可能である。

【0045】

（基材）
分離膜の強度、寸法安定性などの観点から、分離膜は基材を有してもよい。基材としては、強度、流体透過性の点で繊維状の基材を用いることが好ましい。

【0046】

基材としては、長繊維不織布および短繊維不織布それぞれを好ましく用いることができる。

【0047】

（分離膜性能）
本発明の分離膜エレメントに充填される分離膜は、４７ｃｍ^２に切り出し、供給水を濃度２００ｐｐｍの食塩水、ｐＨ６．５のＮａＣｌ水溶液とし、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃、回収率１％以下の条件下で１５分間運転した後に１分間のサンプリングを行った時に、純水透過係数をＡ（ｍ／秒／ＭＰａ）、溶質透過係数をＢ（ｍ／秒）とした際に、Ａ^３／Ｂ（ｍ^２／秒^２／ＭＰａ^３）の値が８．０×１０^−８以上を示す分離膜である。これは、分離膜が高性能（高透水かつ高除去）であることを示しており、分離膜が高性能であるほど、供給水量と膜面塩濃度は増加し、それに伴い流路の流動抵抗と膜面ファウリングリスクが増大するが、本発明の分離膜エレメントでは、高性能の分離膜を搭載しても、従来の分離膜エレメントよりも高い性能を安定して発現させることが可能となる。

【0048】

＜供給側流路材＞
（概要）
分離膜エレメントは、分離膜の供給側の面に対向するように配置された供給側流路材を備えている。供給側流路材は、分離膜２に供給水を供給する流路を形成するように形成されていればよく、供給水の濃度分極を抑制するために、供給水の流れを乱すように設けられていることが好ましい。

【0049】

供給側流路材は、編物、織物、ネットといった連続形状を有している部材が用いられる。中でも、供給水の流路確保、濃度分極抑制の点から、ネットが好ましく用いられる。本願におけるネットとは、互いに交差する複数の繊維状物（構成繊維）同士が熱融着された網目形状を有する構造体であり、押出ダイに設けられた孔から吐出される縦方向の繊維状物と横方向の繊維状物の樹脂同士を溶融状態で接着し、その後冷却固化させることにより製造される。

【0050】

供給側流路材は、図４に示すように一方向に並んだ複数の繊維状物Ａ１１から構成される繊維状列Ａ、および上記繊維状列Ａとは異なる方向に並んだ複数の繊維状物Ｂ１２から構成される繊維状列Ｂから構成され、上記繊維状物Ａは上記繊維状物Ｂと複数の地点で交差している。

【0051】

（繊維状物の傾斜角）
図４に示した供給側流路材の繊維状物（構成繊維）の傾斜角ｅ又はｆは、０°又は１８０°に近いほど、膜面への供給水流路が狭まるため、６０°以上１２０°以下であることが好ましく、７５°以上１０５°以下がより好ましい。
（厚み）
供給側流路材の厚みとは、図４においては実質的に繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの交点厚みに相当する。供給側流路材の厚みは、薄くすれば、供給水の線速が大きくなり膜面の流れが乱れるので、濃度分極層が薄くなり、分離膜エレメントの分離性能が向上する。また流路材を薄くするほど分離膜エレメントに充填できる分離膜が増えるため、分離膜エレメントの造水量向上につながる。しかし、あまり供給側流路材の厚みを過度に薄くすると、供給水中の不純物や、微生物などのファウラントが供給側の流路を閉塞する傾向がある。その結果、分離膜エレメントの造水性が低下したり、分離膜エレメントの流動抵抗が大きくなり、供給水を供給するポンプの必要動力が大きくなるため電力費が高くなったり、分離膜エレメントが破損するといった問題が生じるため好ましくない。そこで、供給側流路材の厚みは、０．１５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下である必要があり、好ましくは０．２８ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である。

【0052】

供給側流路材の厚みは、無作為に選択した３０箇所の繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの交点厚みについて、精密厚みゲージなどで測定した値の平均値とする。

【0053】

また、供給側流路材の厚みのばらつきが大きいことは、逆浸透膜の性能を均一に発揮させることができず好ましくないので、繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの交点厚みは、いずれも供給側流路材の平均厚みの０．９倍以上１．１倍以下であることが好ましい。
（繊維状物の構成繊維径）
繊維状物の構成繊維径は、市販のマイクロスコープなどで観察して測定することができる。図４に示した繊維状物Ａ１１の構成繊維径と繊維状物Ｂ１２の構成繊維径は、それぞれの繊維状物を分離膜の面方向に平行な平面に投影した像の幅ｃ、ｄをそれぞれ、無作為に選択した３０箇所に関して測定を行なった平均値とする。図４に示した供給側流路材の構成繊維径は、小さいほど供給水が澱む領域が減るが、剛性は低くなる。一方で構成繊維径が大きいと、剛性は高くなるが、供給水が澱む領域が増える。それらのバランスから、供給側流路材の構成繊維径は、０．０７ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１４ｍｍ以上０．１８ｍｍ以下がより好ましい。なお繊維状物Ａの構成繊維径と繊維状物Ｂの構成繊維径とは、同じであっても、異なっていても構わない。
（繊維状物の交点間隔）
供給側流路材の交点間隔は、前述した繊維状物Ａと繊維状物Ｂとの構成繊維径がいずれも同一の条件で比較すると、その間隔が広いほど供給水の流速は遅くなり、圧力損失は小さくなる。一方で、交点間隔が狭いほど供給水の流速は速くなり、圧力損失は大きくなる。

【0054】

それらのバランスから、供給側流路材の交点間隔は、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。

【0055】

特に、供給水のＴＯＣ（全有機炭素）が高く、分離膜の造水性が高い場合には、供給側流路材の繊維状物が接触していない膜面に有機ファウリングが付着し易いため、供給側流路材の交点間隔が１．５ｍｍ以下であることが、膜面への有機ファウリング付着抑制に効果的である。

【0056】

また、分離膜エレメントの作製において、供給側流路材を分離膜で挟み込み、透過側流路材を積層させて一組のユニットとし、集水管の周囲にスパイラル状に加圧しながら巻囲する際に、供給側流路材の交点間隔が１．５ｍｍ以下であることで、ネットの交点部分が分離膜に押しつけられる力を分散でき、分離膜が受けるダメージを低減することができる。

【0057】

一方で、供給水の硬度が高く、分離膜の造水性および除去性が高い場合において、特に高回収率運転時には、主として供給側流路材の交点位置に供給水が澱む領域が発生し、局所的に塩濃度が上昇して無機スケールが付着するため、供給側流路材の交点間隔が８ｍｍ以上であることが、膜面への無機スケール付着抑制に効果的である。交点間隔の上限値は、エレメントの巻き硬度の確保、および膜への過度な荷重を低減するため、１０ｍｍが好ましい。

【0058】

図４に示すように供給側流路材の１つの空隙に対して、２種類の交点間隔ａ、ｂが存在する場合において、そのうち短い方であるａを選択し、無作為に選択した３０箇所に対して市販のマイクロスコープなどで観察して測定を行ない、それらの平均値を繊維状物の交点間隔とする。
（交点密度）
交点密度とは、単位面積当たりに存在する供給側流路材を構成する繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの交点数のことである。例えば、供給側流路材を平面方向に対して高さ方向から観察し、無作為に選択した１００ｍｍ^２当たりに存在する交点数を測定することで求めることができる。

【0059】

例えば、供給側流路材のメッシュ形状が一定である場合、交点密度が高いほど、上記繊維状物の交点間隔は狭くなり、交点密度が低いほど、上記繊維状物の交点間隔は広くなる。

【0060】

交点密度が１５個／１００ｍｍ^２以上２１０個／１００ｍｍ^２以下であることで、供給水の流速を緩やかにできる。その結果、分離膜が高造水能を有し、分離膜エレメントに供給される水量が大きい場合でも、供給側流路の抵抗を低減でき、造水性に優れた分離膜エレメントを得ることができる。

【0061】

一方、交点密度が３個／１００ｍｍ^２以下であることで、特に供給水の硬度が高く、かつ高回収率運転を行う場合においては、供給側流路材の交点位置に供給水が澱む領域が減少し、膜面への無機スケール付着抑制に効果的である。
（繊維状物の断面形状）
供給側流路においては、分離膜表面周辺の乱流の程度を増すことが重要であるため、断面が円形や楕円形でなく、異形の繊維状物を用いることも可能である。「異形」の断面とは、非円形の全ての形状を包含するものであり、例えば多角形の他にＹ字型、Ｔ字型、Ｘ時型、星型、歯車型などの断面に凹部を含む形状が挙げられる。繊維状物に凹部が存在することで、供給側流材の周辺で供給水の流れやすい領域と流れにくい領域が混在することになり、その差により流れに渦が発生して乱流へとなる。

【0062】

異形断面を有する繊維状物の成形は当該技術において周知の技術であり、例えば、必要に応じて押出ダイの形状を変えることによって、様々な異形断面を有する繊維状物を成形することが可能である。
（材料）
供給側流路材の材料は特に限定されないが、成形性の観点から熱可塑性樹脂が好ましく、特にポリエチレンおよびポリプロピレンは分離膜の表面を傷つけにくく、また安価であるので好適である。

【0063】

＜透過側流路材＞
（概要）
本発明の分離膜エレメントには、分離膜の透過側面に透過側流路材が配置される。本発明では、透過側流路材として、フィルムや不織布を凹凸加工して突起物を形成し、流路材機能を付与したシートや、不織布のような多孔性シート上に突起物を配置し固着したシートなどを用いることができる。

【0064】

（横断面積比）
透過側流路材は、透過側流路の流動抵抗を低減し、かつ加圧ろ過下においても流路を安定に形成させる点では、その横断面積比が０．４以上０．７５以下であることが好ましい。ここで、透過側流路材の横断面積比について説明する。図５では一例として、シート状の透過側流路材について示しているが、透過側流路材を分離膜エレメントに充填した際、集水管の長手方向と平行な方向に沿って透過側流路材の凸部を通るように切断し、その断面について、一の凸部の中心と隣接する凸部の中心の距離Ｐ（ピッチともいう）と透過側流路材の高さＨ０の積に対する、一の凸部の中心と隣接する凸部の中心との間に占める透過側流路材の横断面積Ｓとの比が横断面積比である。

【0065】

また、図６のように透過側流路材が分離膜の透過側の面に直接固着している場合においても、同様の手法で計算できる。ただし、この場合は透過側流路材が複数存在することになり、凸部の中心と隣接する凸部の中心との間に占める透過側流路材の横断面積は２つ（Ｓ１およびＳ２）存在することになり、横断面積ＳはＳ１とＳ２との和に相当する。

【0066】

具体的な測定方法としては、無作為に選択した３０箇所について上述のように透過側流路材を切断し、顕微鏡画像解析装置を用いてそれぞれ測定を行ない、その平均値として算出することができる。

【0067】

横断面積比が０．４以上０．７５以下の透過側流路材を本発明の分離膜エレメントに配置することにより、透過側流路の流動抵抗を低減することができ、その結果、単位膜面積当たりの透水性を向上させることができる。単位膜面積当たりの透水性が向上するということは、すなわち分離膜エレメント全体の造水性が向上するということであり、回収率一定で運転する場合に、透過側流動抵抗が大きい流路材を含む分離膜エレメントに比べて供給水の流量および線速が速まる効果が生まれ、膜面乱流効果を増加させることで濃度分極を抑制すると共に、長期間運転時に分離膜や供給側流路材への汚染物付着を抑制することが可能となり、分離膜エレメントの造水性と除去性を長期間維持することができる。

【0068】

（厚み）
図７における透過側流路材の厚みＨ０は、０．１ｍｍ以上１ｍｍであることが好ましい。厚みの測定は、電磁式、超音波式、磁力式、光透過式など様々な方式のフィルム膜厚測定器が市販されているが、非接触のものであればいずれの方式でも構わない。ランダムに１０箇所で測定を行いその平均値を透過側流路材の厚みとする。透過側流路材の厚みが０．１ｍｍ以上であることで、透過側流路材としての強度を備え、応力が負荷されても透過側流路材の潰れや破れを引き起こすこと無く取り扱うことができる。また、透過側流路材の厚みが１ｍｍ以下であることで、集水管への巻囲性を損なうことなく、分離膜エレメント内に充填できる分離膜や透過側流路材の数を増加させることができる。

【0069】

なお、図６のように透過側流路材が分離膜の透過側の面に直接固着している場合は、透過側流路材の厚みＨ０は、後述する透過側流路材の凸部の高さＨ１と同じである。

【0070】

（透過側流路材の凸部の高さ、溝幅および溝長さ）
図７における透過側流路材の凸部の高さＨ１は、０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましく、溝幅Ｄは０．０２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。凸部の高さＨ１や溝幅Ｄは、無作為に選択した３０箇所について透過側流路材の横断面を市販のマイクロスコープなどで観察することで測定し、その平均値として算出することができる。

【0071】

凸部の高さＨ１、溝幅Ｄおよび積層された分離膜とで形成される空間が透過側流路となり、凸部の高さＨ１や溝幅Ｄが上記範囲であることで、加圧ろ過時の膜落込みを抑制しつつ、流動抵抗を低減し、耐圧性と造水性に優れた分離膜エレメントを得ることができる。

【0072】

また、凸部がドット状のように、いずれの方向にも凸部が離れて配置されるような場合（図８参照）は、溝長さＥは溝幅Ｄと同様に設定することができる。

【0073】

（凸部の幅および長さ）
図７における透過側流路材の凸部の幅Ｗは、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、より好ましくは０．３ｍｍ以上である。幅Ｗが０．１ｍｍ以上であることで、分離膜エレメントの運転時透過側流路材に圧力がかかっても、凸部の形状を保持することができ透過側流路が安定的に形成される。幅Ｗは、好ましくは１ｍｍ以下であり、より好ましくは０．７ｍｍ以下である。幅Ｗが１ｍｍ以下であることで、透過側流路を十分確保することができる。

【0074】

凸部６の幅Ｗは、次のように測定される。まず、第１方向に垂直な１つの断面において、１つの凸部６の最大幅と最小幅の平均値を算出する。つまり、図９に示すような上部が細く下部が太い凸部６においては、流路材下部の幅と上部の幅を測定し、その平均値を算出する。このような平均値を少なくとも３０箇所の断面において算出し、その相加平均を算出することで、１枚の膜当たりの幅Ｗを算出することができる。

【0075】

なお、凸部がドット状のように、いずれの方向にも凸部が離れて配置されるような場合（図８参照）は、透過側流路材の凸部の長さＸは幅Ｗと同様に設定することができる。

【0076】

（材料）
透過側流路材を構成するシートとしては、多孔性フィルムや不織布などを用いることができ、特に不織布の場合では、不織布を構成する繊維同士で形成された流路となる空間が広くなるため、水が流動しやすく、その結果、分離膜エレメントの造水性が向上するため好ましい。

【0077】

また、透過側流路材の材料であるポリマーについては、透過側流路材としての形状を保持し、透過水中への成分の溶出が少ないものであるならば特に限定されず、例えば、ナイロンなどのポリアミド系、ポリエステル系、ポリアクリロニトリル系、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリフルオロエチレン系などのポリマーが挙げられるが、特に高圧化に耐えうる強度や親水性を考慮すると、ポリオレフィン系やポリエステル系のポリマーが好ましい。

【0078】

シート物が複数の繊維から構成される場合では、繊維として例えば、ポリプロピレン／ポリエチレン芯鞘構造を有するものを用いても構わない。

【0079】

（透過側流路材による流路）
透過側流路材の両面に分離膜が配置された際、凸部と隣接する凸部の空間は、透過水の流路となる。流路は、透過側流路材自体が波板状、矩形波状、三角波状などに賦形加工されていたり、透過側流路材の一面が平坦で他の表面が凹凸状に加工されていたり、透過側流路材表面に他の部材が凹凸形状に積層されることによって形成されたものであってもよい。

【0080】

（形状）
本発明の分離膜エレメントに適用する透過側流路材は、流路を形成する凸部が、図８に示すようなドット状でも良い。ドットの配列は千鳥型に配置された場合は、供給水を受圧する時の応力が分散され、陥没の抑制に有利である。なお、図８には断面（シート平面に対して平行面）が円である円柱状の突起物を記載したが、多角形や楕円など、特に断面形状については限定しない。また、異なる断面の凸部が混在していてもよい。また、図９に示すような溝が一方向に並んで連続した溝を有する凹凸形状であってもよい。上記溝は、透過水を最短距離で集水管へと導入するために、集水管の長手方向に対して垂直方向に連続していることが好ましい。

【0081】

巻回方向に垂直な方向での断面形状において、幅に変化があるような台形状の壁状物、楕円柱、楕円錐、四角錐あるいは半球のような形状であってもよい。

【0082】

＜水処理システム＞
本発明の分離膜エレメントは、例えばＲＯ浄水器などの水処理システムに適用することができる。特に、造水能・脱塩能に優れる分離膜を搭載し、かつ回収率（供給水量に対する透過水量の割合）を高く設定して運転する場合、膜面に供給される有機ファウラント量や無機スケール量が上昇し、それに伴うファウリングの発生、浸透圧増加による分離膜エレメント有効圧の低下が起こり、分離膜エレメントの脱塩率と造水性が低下する傾向になる。しかしながら、本発明の分離膜エレメントでは、膜面線速が向上することで濃度分極が低減し、乱流効果が増すため、ファウリングの発生を抑制できるため、回収率を６０％以上に設定して運転しても長期にわたり、造水能・脱塩能に優れる。

【実施例】

【0083】

以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。

【0084】

（供給側流路材の交点間隔）
供給側流路材の１つの空隙に対して、供給側流路材を構成する繊維状物Ａと、繊維状物Ｂの交点とそれと隣り合わない上記交点との距離をキーエンス製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用いて測定し、得られた２種類の距離のうち、短い方を測定した。同様の測定を３０箇所の空隙に関して実施し、その距離の平均値を繊維状物の交点間隔とした。

【0085】

（供給側流路材の交点密度）
供給側流路材の無作為に選択した部分について平面で１００ｍｍ^２切り出し、平面上部から観察して繊維状物Ａと繊維状物Ｂが交わる点数を数えた。次に、同じ供給側流路材の別の平面について同様の操作を合計３０回実施し、その平均値を交点密度（個／１００ｍｍ^２）とした。
（繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの構成繊維径）
株式会社ミツトヨ製シックネスゲージ（品番５４７−３１５）を用いて繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの厚みを３０箇所測定し、その平均値を繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの構成繊維径とした。

【0086】

（供給側流路材の厚み）
繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂからなる網目状の供給側流路材（ネット）の交点の厚みを、株式会社ミツトヨ製シックネスゲージ（品番５４７−３１５）を用いて３０箇所測定し、その平均値を供給側流路材の厚みとした。

【0087】

（繊維状物Ａ間の距離および繊維状物Ｂの間の距離）
網目状の供給側流路材を構成する、無作為に選択した３０本の繊維状物Ａと、その隣接する繊維状物Ａ間の距離をキーエンス製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用いて測定し、その平均値を繊維状物Ａ間の距離とした。

【0088】

同様の測定を繊維状物Ｂについても実施し、繊維状物Ｂ間距離を算出した。なお、本実施例における、繊維状物Ａと繊維状物Ｂが構成する格子形状（表中にはメッシュ形状と記載）は、いずれも正方形であるため、繊維状物Ａ間距離と繊維状物Ｂ間距離は同じであるため、表中には繊維状物間の距離として片方のみを示した。
（分離膜ａの作製）
ポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布（繊度：１デシテックス、厚み：約９０μｍ、通気度：１ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ、密度０．８０ｇ／ｃｍ^３）上にポリスルホンの１７．０質量％のＤＭＦ溶液を１８０μｍの厚みで室温（２５℃）にてキャストし、ただちに純水中に浸漬して５分間放置し、８０℃の温水で１分間浸漬することによって繊維補強ポリスルホン支持膜からなる、多孔性支持層（厚み１３０μｍ）ロールを作製した。

【0089】

その後、多孔性支持膜のポリスルホンからなる層の表面をｍ−ＰＤＡの２．２質量％水溶液中に２分間浸漬してから、垂直方向にゆっくりと引き上げた。さらに、エアーノズルから窒素を吹き付けることで、支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた。

【0090】

その後、トリメシン酸クロリド０．０８質量％を含むｎ−デカン溶液を、膜の表面が完全に濡れるように塗布してから、１分間静置した。その後、膜から余分な溶液をエアブローで除去し、８０℃の熱水で１分間洗浄して、複合分離膜ロールを得た。この分離膜を分離膜ａとした。
（分離膜ｂの作製）
ポリエステル不織布（通気度０．５〜１ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ）上にポリスルホンの１５．７質量％ＤＭＦ溶液を２００μｍの厚みで、室温（２５℃）でキャストし、ただちに純水中に浸漬して５分間放置することによって微多孔性支持膜（厚さ２１０〜２１５μｍ）を作製した。
得られた微多孔性支持膜を、ｍ−ＰＤＡの１．８質量％水溶液中に２分間浸漬し、該支持膜を垂直方向にゆっくりと引き上げ、エアーノズルから窒素を吹き付け支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた後、ＴＭＣ０．０６５質量％、およびウンデカン酸０．１質量％を含む２５℃のｎ−デカン溶液を表面が完全に濡れるように塗布してから１分間静置した。次に、膜から余分な溶液を除去するために膜を１分間垂直に保持して液切りした。その後、８０℃の熱水で２分間洗浄して複合分離膜ロールを得た。この分離膜を分離膜ｂとした。
（分離膜ｃの作製）
ポリエステル不織布（通気度０．５〜１ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ）上にポリスルホンの１５．７質量％ＤＭＦ溶液を２００μｍの厚みで、室温（２５℃）でキャストし、ただちに純水中に浸漬して５分間放置することによって微多孔性支持膜（厚み２１０〜２１５μｍ）を作製した。
得られた微多孔性支持膜を、ｍ−ＰＤＡの１．８質量％水溶液中に２分間浸漬し、該支持膜を垂直方向にゆっくりと引き上げ、エアーノズルから窒素を吹き付け支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた後、ＴＭＣ０．０６５質量％、およびウンデカン酸０．１質量％を含む２５℃のｎ−デカン溶液を表面が完全に濡れるように塗布してさらに１０秒後に、ジエチレングリコールジメチルエーテル１質量％ｎ−デカン溶液を表面が完全に濡れるように塗布して１分間静置した。次に、膜から余分な溶液を除去するために膜を１分間垂直に保持して液切りした。その後、８０℃の熱水で２分間洗浄して複合分離膜ロールを得た。この分離膜を分離膜ｃとした。
（分離膜ｄの作製）
ポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布（繊度：１デシテックス、厚み：約９０μｍ、通気度：１ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ、密度０．８０ｇ／ｃｍ^３）上にポリスルホンの１７．０質量％のＤＭＦ溶液を１８０μｍの厚みで室温（２５℃）にてキャストし、ただちに純水中に浸漬して５分間放置し、８０℃の温水で１分間浸漬することによって繊維補強ポリスルホン支持膜からなる、多孔性支持層（厚み１３０μｍ）ロールを作製した。

【0091】

その後、多孔性支持膜のポリスルホンからなる層の表面をｍ−ＰＤＡの３．０質量％水溶液中に２分間浸漬してから、垂直方向にゆっくりと引き上げた。さらに、エアーノズルから窒素を吹き付けることで、支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた。

【0092】

その後、トリメシン酸クロリド０．１質量％を含むｎ−デカン溶液を、膜の表面が完全に濡れるように塗布してから、１分間静置した。その後、膜から余分な溶液をエアブローで除去し、８０℃の熱水で１分間洗浄して、複合分離膜ロールを得た。この分離膜を分離膜ｄとした。
（分離膜ｅ、ｆ、ｇ、ｈの作製）
抄紙法で製造されたポリエステル繊維からなる不織布（通気度１．０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ）上に、ポリスルホンの１５質量％ＤＭＦ溶液を室温（２５℃）で、かつ塗布厚み１８０μｍでキャストした後、ただちに純水中に５分間浸漬することによって基材上に多孔性支持層を形成し、多孔性支持膜を作製した。

【0093】

次に、２−エチルピペラジンが２．０質量％、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムが１００ｐｐｍ、リン酸３ナトリウム１．０質量％になるように溶解した水溶液に１０秒間浸漬した後、エアーノズルから窒素を吹き付けて余分な水溶液を除去した。このときのアミン水溶液のｐＨは、１２．０であった。続いて７０℃に加温した０．２質量％のトリメシン酸クロリドを含むｎ−デカン溶液を多孔性支持層の表面に均一塗布し、６０℃の膜面温度で３秒間保持した後に、膜面温度を１０℃まで冷却し、この温度を維持したまま空気雰囲気下で１分間放置し、分離機能層を形成した後、膜を垂直に保持して液切りした。得られた膜を６０℃の純水で２分間洗浄して分離膜ロールを得た。この分離膜を分離膜ｅとした。
分離膜作製時のアミンとトリメシン酸クロリドとの接触時の膜面温度を４０℃、界面重合時の膜面温度を１０℃と変更した分離膜を分離膜ｆ、分離膜作製時のアミンとトリメシン酸クロリドとの接触時の膜面温度を７０℃、界面重合時の膜面温度を１０℃と変更した分離膜を分離膜ｇ、分離膜作製時のアミンとトリメシン酸クロリドとの接触時の膜面温度を６０℃、界面重合時の膜面温度を１０℃と変更した分離膜を分離膜ｈとして作製した。
（分離膜のフラックス）
分離膜を４７ｃｍ^２に切り出し、膜評価セルにて、供給水として、濃度２００ｐｐｍの食塩水、ｐＨ６．５のＮａＣｌ水溶液を用い、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃、回収率１％以下の条件下で１５分間運転した後に１分間のサンプリングを行い、１日当たりの透水量を、分離膜フラックス（ｍ^３／ｍ^２／日）とした。

【0094】

（分離膜の純水透過係数および溶質透過係数）
純水透過係数は以下の方法によって計算した。

【0095】

純水透過係数（ｍ^３／ｍ^２／ｓｅｃ／Ｐａ）＝（溶液の膜透過流束）／（膜両側の圧力差−膜両側の浸透圧差×溶質反射係数）・・・（ａ）
尚、溶質反射係数は以下の方法で求めることができる。まず、非平衡熱力学に基づいた逆浸透法の輸送方程式として、以下の式が知られている。
Ｊｖ＝Ｌｐ（ΔＰ−σ・Δπ） ・・・（ｂ）
Ｊｓ＝Ｐ（Ｃｍ−Ｃｐ）＋（１−σ）Ｃ・Ｊｖ ・・・（ｃ）
ここで、Ｊｖは溶液の膜透過流束（ｍ^３／ｍ^２／ｓ）、Ｌｐは純水透過係数（ｍ^３／ｍ^２／ｓ／Ｐａ）、ΔＰは膜両側の圧力差（Ｐａ）、σは溶質反射係数、Δπは膜両側の浸透圧差（Ｐａ）、Ｊｓは溶質の膜透過流束（ｍｏｌ／ｍ^２／ｓ）、Ｐは溶質透過係数（ｍ／ｓ）、Ｃｍは溶質の膜面濃度（ｍｏｌ／ｍ^３）、Ｃｐは透過液濃度（ｍｏｌ／ｍ^３）、Ｃは膜両側の濃度（ｍｏｌ／ｍ^３）、である。膜両側の平均濃度Ｃは、逆浸透膜のように両側の濃度差が非常に大きな場合には実質的な意味を持たない。そこで、式（ａ）を膜厚について積分した次式がよく用いられる。
Ｒ＝σ（１−Ｆ）／（１−σＦ） ・・・（ｄ）
ただし、
Ｆ＝ｅｘｐ｛−（１−σ）Ｊｖ／Ｐ｝ ・・・（ｅ）
であり、Ｒは真の阻止率で、
Ｒ＝１−Ｃｐ／Ｃｍ ・・・（ｆ）
で定義される。ΔＰを種々変化させることにより（ｂ）式からＬｐを算出でき、またＪｖを種々変化させてＲを測定し、Ｒと１／Ｊｖをプロットしたものに対して（ｄ）、（ｅ）式をカーブフィッティングすることにより、Ｐとσとを同時に求めることができる。

【0096】

なお、Ｐと分離膜の脱塩率Ｒについて、以下の式（ｇ）の関係が成り立つ。
Ｒ＝１００×Ｊｖ／（Ｊｖ＋Ｐ）・・・（ｇ）
（分離膜エレメントの造水量）
以下に示す３種の評価条件に基づき、分離膜エレメントの評価を実施した。
（条件１）供給水として、濃度２００ｐｐｍの食塩水、ｐＨ６．５のＮａＣｌ水溶液を用い、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下で１５分間運転した後に１分間のサンプリングを行い、１日当たりの透水量を造水量（ＧＰＤ（ガロン／日））として表した。
（条件２）供給水として、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ_２、Ｎａ_２ＳＯ_４が含まれる塩濃度２００ｐｐｍ、ｐＨ６．５の水溶液を用い、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下で３０分間運転した後に１分間のサンプリングを行い、１日当たりの透水量を造水量（ｍ^３／日）として示した。また、分離膜エレメントの総造水量が３０００Ｌに達したときにも１分間のサンプリングを行い、１日当たりの透水量を造水量（ｍ^３／日）として示した。
（条件３）供給水として、全炭素（ＴＣ）３５ｐｐｍ、全有機炭素（ＴＯＣ）３．８ｐｐｍ、ＴＤＳ濃度３５０ｐｐｍ、ｐＨ７．３の中国上海市水道水を用い、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下で３０分間運転した後に１分間のサンプリングを行い、１日当たりの透水量を造水量（ｍ^３／日）として示した。また、分離膜エレメントの総造水量が３０００Ｌに達したときにも１分間のサンプリングを行い、１日当たりの透水量を造水量（ｍ^３／日）として示した。また、分離膜エレメントの総造水量が３０００Ｌに達したときにも１分間のサンプリングを行い、１日当たりの透水量を造水量（ｍ^３／日）として示した。
（回収率）
造水量の測定において、所定の時間に供給した供給水流量Ｖ_Ｆと、同時間での透過水量Ｖ_Ｐの比率を回収率とし、Ｖ_Ｐ／Ｖ_Ｆ×１００から算出した。
（脱塩率（ＴＤＳ除去率））
分離膜エレメントの造水量の測定における１分間の運転で用いた供給水およびサンプリングした透過水について、ＴＤＳ濃度を伝導率測定により求め、下記式から脱塩率を算出した。

【0097】

脱塩率（％）＝１００×｛１−（透過水中のＴＤＳ濃度／供給水中のＴＤＳ濃度）｝
（緯編物による透過側流路材トリコットの作製）
緯編物は、ポリエチレンテレフタレートフィラメント（融点：２５５℃）にポリエチレンテレフタレート系低融点ポリエステルフィラメント（融点：２３５℃）を混繊してなるマルチフィラメント糸（４８フィラメント、１１０デシテックス）を編糸として、天竺編の緯編組織（ゲージ（編機の単位長間にあるニードルの本数））を編成し、それを２４５℃で熱セット処理した後にカレンダ加工を施して透過側流路材トリコット作製した。

【0098】

なお、表２中には本透過側流路材を、透過側流路材Ａと示した。
（不織布上に突起物を有する透過側流路材の作製）
スリット幅０．５ｍｍ、ピッチ０．９ｍｍの櫛形シムを装填したアプリケーターを用いて、バックアップロールを２０℃に温度調節しながら、分離膜エレメントとした場合に集水管の長手方向に対して垂直かつ封筒状膜とした場合に巻回方向の内側端部から外側端部まで集水管の長手方向に対して垂直になるよう直線状もしくは不連続状に、高結晶性ＰＰ（ＭＦＲ１０００ｇ／１０分、融点１６１℃）６０質量％と低結晶性α−オレフィン系ポリマー（出光興産株式会社製；低立体規則性ポリプロピレン「Ｌ−ＭＯＤＵ・Ｓ４００」（商品名））４０質量％からなる組成物ペレットを樹脂温度２０５℃、走行速度１０ｍ／分で直線状に不織布上に塗布した。不織布は厚み０．０７ｍｍ、目付量が３５ｇ／ｍ^２、エンボス柄（φ１ｍｍの円形、ピッチ５ｍｍの格子状）であった。

【0099】

なお、表２中には本透過側流路材を、透過側流路材Ｂと示した。
（貫通孔を有するフィルムによる透過側流路材の作製）
無延伸ポリプロピレンフィルム（東レ製 トレファン（登録商標））にインプリント加工およびＣＯ２レーザ加工を施し、貫通孔を有する透過側流路材を得た。具体的には切削加工により溝を形成した金属金型で無延伸ポリプロピレンフィルムを挟み込み、１４０℃／２分間／１５ＭＰａで保圧し、４０℃で冷却後に金型から取り出した。

【0100】

続いて、３Ｄ−Ａｘｉｓ ＣＯ２レーザマーカ ＭＬＺ９５００を用いて、凹凸インプリントシートの非凹凸面から、凹凸における凹部対してレーザ加工し貫通孔を得た。なお、貫通孔は、各溝にピッチ２ｍｍで設けた。

【0101】

なお、表２中には本透過側流路材を、透過側流路材Ｃと示した。
（無機スケール付着量）
（条件３）にて評価を実施した、総造水量３０００Ｌに達した分離膜エレメントを解体し、膜面付着物を１ｗｔ％の硝酸水溶液で抽出し、日立株式会社製Ｐ−４０１０型ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ発光分析）装置を用いて、無機成分（カルシウム、マグネシウム、バリウム）の合計吸着量（ｇ）を測定し、分離膜エレメントの膜面積から無機スケール付着量（ｇ／ｍ^２）を算出した。
（総付着物量）
（条件３）にて評価を実施した、総造水量３０００Ｌに達した分離膜エレメントを解体し、膜面に付着した付着物をゴム製のスクレーパーで収集した後、１２０℃で２時間乾燥させて質量を測定し分離膜エレメントの膜面積から総付着物量（ｇ／ｍ^２）を算出した。
（有機ファウリング付着量）
上記総付着物量と上記無機スケール付着量の差を、有機ファウリング付着量（ｇ／ｍ^２）として算出した。
（透過側流路材の厚みおよび凸部の高さ）
透過側流路材の厚みと凸部の高さはキーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００で測定した。具体的には、キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、５ｃｍ×５ｃｍの測定結果から平均の高低差を解析した。１０μｍ以上の高低差のある３０箇所を測定し、その平均値を凸部の高さとした。
（透過側流路材の凸部の幅および長さ、凹部の溝幅および溝長さ）
キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、上記の透過側流路材の厚みおよび凸部の高さと同様の手法で測定した。
（透過側流路材の凸部のピッチ）
キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、分離膜の透過側における流路材の頂点から、隣の流路材の頂点までの水平距離を２００箇所について測定し、その平均値を凸部のピッチとした。
（透過側流路材の横断面積比）
透過側流路材を分離膜エレメントに充填した際、集水管の長手方向と平行な方向に沿って透過側流路材の凸部を通るように切断し、その断面について、顕微鏡画像解析装置を用いて凸部の中心と隣接する凸部の中心の距離（ピッチとも言う）と透過側流路材の高さを測定し、それらの積に対する、凸部の中心と隣接する凸部の中心との間に占める透過側流路材の横断面積の割合（横断面積比）を算出した。同様の測定を３０箇所に関して実施し、その距離の平均値を表２中に示した。
（実施例１）
上述の製法で得られた分離膜aを断裁加工し、表２に示すポリプロピレン製ネット（厚み：３００μｍ、交点間隔：８ｍｍ、繊維径：０．１５ｍｍ、傾斜角：９０°）を供給側流路材として挟んで折り畳み、リーフを作製した。

【0102】

得られたリーフの透過側面に透過側流路材として表２に示す透過側流路材Ｂ（横断面積比：０．４３）を積層し、リーフ接着剤を塗布した。分離膜エレメントの幅に対して、集水管の長手方向に対して垂直方向の辺の長さが長くなるように、分離膜対を配置し、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）製集水管（幅：２９８ｍｍ、径：１７ｍｍ、孔数８個×直線状２列）にスパイラル状に巻き付け、巻囲体の外周面を、筒状に連続押し出し成形されたネット（厚み：０．７ｍｍ、ピッチ：５ｍｍ×５ｍｍ、繊維径：３５０μｍ、投影面積比：０．１３）で被覆した。被覆された巻囲体の両端を長さが２５４ｍｍになるようにカットした後、一端からの供給水流入を防ぐための封止板（第１端板９１に相当する）の取り付けを行った。こうして、供給水供給口を分離膜エレメントの外周面のみに設けた。さらに、第２端板９２に相当する端板を被覆された巻囲体の他端に取り付け、濃縮流体出口を分離膜エレメントの他端に設けた直径が１．８インチの分離膜エレメントを作製した。得られた分離膜エレメントを圧力容器に入れて、上述の各条件にて性能を評価した。（条件３）にて評価後の分離膜エレメントを解体し、無機スケール付着量、総付着物量、有機ファウリング付着量を測定したところ、結果は表３の通りであった。なお、表１中の有効膜面積とは、分離膜リーフにおいて、リーフ接着剤により分離機能が失活していない領域のことである。

【0103】

【表1-1】

【0104】

【表1-2】

【0105】

【表2-1】

【0106】

【表2-2】

【0107】

【表3-1】

【0108】

【表3-2】

【0109】

（実施例２〜５５）
表１〜３の通りに分離膜エレメント径、分離膜、供給側流路材、透過側流路材、原水供給部の位置、回収率を変更し、分離膜エレメントを作製した。

【0110】

分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表３の通りであった。
（比較例１〜１３）
表１〜３の通りに分離膜エレメント径、分離膜、供給側流路材、透過側流路材、原水供給部の位置、回収率を変更し、分離膜エレメントを作製した。

【0111】

分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表３の通りであった。

【符号の説明】

【0112】

１ 供給側流路材
１１ 繊維状物Ａ
１２ 繊維状物Ｂ
１０１ 供給水
１０２ 透過水
１０３ 濃縮水
２ 分離膜
３ 透過側流路材
４ 集水管
５、５Ｂ、５Ｃ 分離膜エレメント
６ 凸部
７ 凹部
８２ 多孔性部材
８２１ 孔
９１ 孔無端板
９２、９３、９４ 孔付端板
ａ、ｂ 繊維状物の交点間隔
ｃ、ｄ 繊維状物の構成繊維径
ｅ、ｆ 供給側流路材の繊維状物の傾斜角
Ｄ 溝幅
Ｅ 溝長さ
Ｈ０ 透過側流路材の厚み
Ｈ１ 透過側流路材の凸部の高さ
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ 透過側流路材の凸部の横断面積
Ｐ 透過側流路材の凸部の中心と隣接する凸部の中心の距離
Ｗ 透過側流路材の凸部の幅
Ｘ 透過側流路材の凸部の長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】