JPH022802A

JPH022802A - 逆浸透分離膜処理装置

Info

Publication number: JPH022802A
Application number: JP14221888A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ikada; 洋行筏; Masao Toyoda; 豊田　征男
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1990-01-08
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPH0638894B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電子工業や製薬工業などに用いる超純水など
を得るための、水の純化処理技術に関する。さらに詳し
くは、供給水を逆浸透分離膜モジュールと、脱気膜モジ
ュールとで処理し、供給水の軟水化をし、かつ溶存ガス
を除去する逆浸透分離膜処理装置に関する。

［従来の技術］逆浸透分離膜処理装置は原水中の塩類、微粒子、有機化
合物などを有効に排除する手段として有用である。その
ため電子工業や製薬工業、原子力発電など多くの用途で
実用化されている。しかし逆浸透膜では原水中の溶存酸
素や炭酸などの気体を除去することができず、この溶存
気体が多いと好ましくない問題を発生させる。したがっ
てこの溶存気体を除去するため、従来から真空槽を用い
た例（特開昭５８〜１４９０５号公報、特開昭５８−１
０１７８４号公報、特開昭５８−１８６４９０号公報な
ど）、多孔質の脱気膜を用いた例（実開昭５７−３５７
９５号公報、特開昭６２−２７３０９５号公報）など、
いくつかの技術が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、前記した真空脱気槽を用いる例にあってはコス
トが高く小型化できないという問題点があった。

また従来の多孔質膜を用いた脱気膜処理は、細孔の間に
いわゆる水垢や無機物、その他の固形物が付着しやすく
、このような夾雑物が付着すると、目詰まりが起きたり
、細孔付近が親水化して水が透過しやすくなるという問
題点があった。

本発明は、このような従来の欠点を解消するものであっ
て、脱気膜として、少なくとも多孔質支持体層と、その
上に設けた高分子均質層または緻密層からなる気体骨！
膜、もしくはその中間体を使用し、これと逆浸透膜とを
直列に配置することにより、全体として比較的小型で、
かつ安価な逆浸透分離膜装置を提供することを目的とし
ている。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため本発明は下記の構成からなる。

「（１）　　逆浸透分離膜モジュールと、脱気膜モジュ
ールとを、被処理水ラインに直列に設けた分離膜処理装
置において、前記脱気膜は少なくとも多孔質支持体層と
、その上に設けた高分子均質層または緻密層からなるこ
とを特徴とする分離膜処理装置。

（２）　　脱気膜の酸素分離係数αが１．３以上である
ことを特徴とする請求項第（１）項の分離膜処理装置［
ただしα＝ＱＯ２／ＱＮ２を示す］。

（３）　　逆浸透膜を用いた分離装置の濃縮水流出側に
エゼクタの駆動水側を接続するとともに、脱気膜を用い
た脱気装置の吸引配管にエゼクタの吸引側を接続し、逆
浸透装置の濃縮水の残圧を用いて脱気装置を真空にする
ことを特徴とする請求項第（１）項の分離膜処理装置。

」逆浸透分離膜モジュールに使用される逆浸透膜としては
いかなるものも用いることができる。たとえば酢酸セル
ロース系非対称性膜、ポリアミド系複合合成膜（例えば
、特開昭６２−１２１６０３号公報、特開昭６２−２０
１６０６号公報、特開昭５５−１４７１０６号公報）等
が例示される。

逆浸透分離膜モジュールの形態としてはいかなるタイプ
のものであってもよく、スパイラルモジュール、中空糸
モジュール、あるいは平膜モジュール等が例示される。

脱気膜モジュールの脱気膜は、少なくとも多孔質支持体
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。図面を用いてそのモデルを示すと、第１図のように
なる。すなわち第１図の番号１は高分子均質層または緻
密層を示し、番号２は多孔質支持体層である。多孔質支
持体層２の下には、平膜の場合はタフタ織物などの補強
層があるのが好ましいが、中空糸の場合はとくに補強層
は必要でない、高分子均質層とは、多孔質支持体層２の
高分子材料と同一、または別な高分子材料で構成される
層をいい、少なくとも２層を別々に製造するものをいう
、緻密層とは、多孔質支持体層２の高分子材料と同じ高
分子材料で構成される層をいい、１工程で製造するもの
をいう。

前記において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、テフロン（ポリ４フ
ツ化エチレン）、シリコーン、ポリスルホン、ポリカー
ボネートなどが例示される。このうちとくに好ましくは
ポリスルホン、またはポリプロピレンである。多孔質支
持体層の厚さは任意のものとすることができる。好まし
くは数ミクロン−数ｍｍである。多孔質支持体の空隙率
は１０〜８０％程度のものがよい。この多孔質支持体を
製造するには、−例としてポリエーテルスルホンを挙げ
ると、ジメチルポルムアミドなどの溶媒を用いてキャス
ト製°膜し、次いで水の中で溶媒を除去することにより
得られる。

多孔質支持体は高分子均質膜または緻密膜を支持する機
能をはなすもので、表面の孔の大きさが約１０大〜５０
００人、好ましくは約１０人〜１０００人である。また
、気体の透過抵抗になりにくいように非対称構造を持つ
ことが好ましい。気体透過性としては、窒素透過速度で
１０ｔ−ｒｌｆｆｉ／Ｔ１２・ｈｒ／ａｔｍ　）以上の
ものが好ましい。

次に高分子均質層または緻密層の好ましい材料としては
、酸素透過係数Ｐ　　が、１×１０−８（ｃｍ３−　ｃ
ｍ／ｃｍ２−　ｃｍＨｇ　−ｓｅｃ　）以上の高分子で
ある。

かかる高分子の具体例としては、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、特願昭６１−６０２
７２、特願昭６１−５９２６９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。

これらは酸素分離係数α［ただし、α＝ＱＯ２／ＱＮ２
］か高いからである。たとえばポリシロキサンはα＝２
．０〜２．１、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）はα
＝４．０、ポリスチレンはα＝８．５、ニトロセルロー
スはα１０．０である。また緻密層としてはエチルセル
ロースなどを用いることができる。

多孔質支持体上に架橋型ポリジメチルシロキサンから成
る均質膜を設ける方法としては、具体的には下記のイ〜
ハに示すような方法がある。

イ、特開昭６０−２５７８０３に示されている、末端に
シラノール基を有するポリジメチルシロキサンと四官能
以上のシラン架橋剤、または四官能以上のシロキサン架
橋剤を溶媒に混合して得られた溶液を多孔質支持体上に
塗工して得る方法。

口、特願昭６１−６０２７２で示されている、側鎖の末
端がアミノ変成されたポリオルガノシロキサンと、側鎖
の末端がインシアネ−１・変成されたポリオルガノシロ
キサンを溶媒に混合して得られた溶液を多孔質支持体上
に塗工して得る方法。

ハ、特願昭６１−５９２６９で示されている、側鎖の末
端がシラノール変成されたポリオルガノシロキサンとシ
ラン架橋剤またはシロキサン架橋剤を溶媒に混合した溶
液を多孔質支持体上に塗工して得る方法。

高分子均質膜または緻密膜の膜厚は、気体透過性の点で
、薄いほど好ましいが、ピンホールの発生を考え合せる
と極度に薄いものは適当ではない。

上記記載された製法に従えば、膜厚が０．１μｍ程度ま
でピンホールフリーの薄膜を作成することが可能である
ため０１１μｍに近いほど好ましい。

本発明の脱気膜全体としては、気体を透過させる膜であ
ればいかなる膜でもよい。たとえば、酸素濃縮膜を例に
とると、酸素分離係数αが１．３以上であることが好ま
しい。分離効率が高いからである。酸素分離係数αは１
．５以上であればさらに好ましく、とくには２．０以上
である。参考までに従来技術の多孔質の脱気膜の酸素分
離係数αは１．０またはそれ以下のものである。

前記した多孔質支持体と高分子均質層の組み合わせの代
表的例としては、特開昭５３−８６６８４号公報があり
、多孔質支持体と緻密層の組み合わせの例としては、特
開昭５２−５５７１９号公報、特開昭５８−９５５２５
号公報などがある。

本発明においてこのような気体分離膜、とくに酸素濃縮
膜を用いるのは、水中の溶存酸素を特異的に除去できる
からである。たとえば多孔質支持体にポリスルホンを用
い、高分子均質層にポリシロキサンを用いた脱気膜を用
いて、４０　ｔｏｒｒ程度の減圧で、原水中の溶存酸素
は１／８程度以下に減少する。

従来酸素濃縮膜の濃縮の原理は、空気中の酸素をいった
ん膜中に溶解し、これを透過側に拡散するという考えか
たが定説である。したがってこの膜を水中の脱気に使用
しても、飽和水蒸気中のわずかな溶存酸素の除去は分離
効率が悪いと考えるのが普通の当業者の予想である。し
かしながら実際は前記のとおり極めて分離効率がよく、
さらに長期安定性に優れるという予期できない効果を奏
することがわかった。

このような脱気膜モジュールの形態として、スパイラル
モジュール、中空系モジュール、あるいは平膜モジュー
ル等が例示される。

上述したような、逆浸透分離膜モジュールおよび脱気膜
モジュールは、被処理水ラインに直列に設けられる限り
、いずれのモジュールが上流側に置かれてもよい。

さらに本発明においては、逆浸透膜を用いた分離装置の
濃縮水流出側にエゼクタの駆動水側を接続するとともに
、脱気膜を用いな脱気装置の吸引配管にエゼクタの吸引
側を接続し、逆浸透装置の濃縮水の残圧を用いて脱気装
置を真空にすることが好ましい。回収エネルギーを有効
に使えるからである。

本発明に係る純水用脱気装置は、被処理水中の炭酸ガス
等を除去して、本装置に接続される後段のイオン交換器
の負荷を軽減させたり、薬液の処理を軽減または省略で
きる用途の他、水中の溶存ガスを除去して無泡水を製造
する用途等に用いられる。

［実施例］以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

膜性能の測定方法並びに効果の評価方法は次の通りであ
る。

気体分離性の測定は下記のとおりとした。

また、脱気膜の性能は、気体分離膜を隔てて、−次側の
圧力を２ａｔｍ、二次側の圧力を１　ａｔｍにし、気体
（酸素または窒素）透過速度を精密膜流量計５Ｆ−１０
１（スタンダード・テクノロジー社製）で測定した。

酸素透過速度Ｑ。２（単位はぜ／　ｍ２・ｈｒ　−ａｔ
ｍである。）を気体透過性能とし、酸素透過速度と窒素
透過速度ＱＮ２（単位はｍＶｍ２−　ｈｒ　−ａｔｍで
ある。）の比である分離係数αを気体分離性能の評価基
準とした。

脱気膜としては、多孔質支持体材料にポリエーテルスル
ホン（アモコ社、旧ユニオンカーバイト社製Ｐ−３５０
０）を用い、溶媒にジメチルホルムアミドを用いて、ポ
リエステルタフタ上にキャストし水中で脱溶媒して多孔
質層とした。この上に特開昭６２−１４０６２０号公報
に記載されている方法でポリジメチルシロキサンの均質
膜を形成した。この脱気膜の分離係数αは２．０であっ
た。

逆浸透膜は東し株式会社製品のＵＴＣ−７０（架橋ポリ
アラミド）を用いた。

実施例１第２図は、本発明の一実施例に係る純水用逆浸透膜処理
装置のプロセス図である。

この実施例に係るフローシートは、被処理水ラインの上
流側に逆浸透分離膜モジュールらが、下流側に脱気膜モ
ジュール６が設けられている。原水（供給水）３は供給
ポンプ４で昇圧され、逆浸透分離膜モジュール５で脱塩
処理され、次いで脱気膜モジュール６で溶存酸素が除去
され、精製水はライン７から収り出す。逆浸透分離膜モ
ジュール５は４インチの直径のスパイラルモジュールを
用い、直列に１本用いた。また原水の併給圧力は５　Ｋ
ｇ／−とした。原水の供給量は１］１／分であった。ま
゛：脱気膜モジュール６の透過ガス流路側に前記逆浸透
膜を用いた分離装置の濃縮水流出側にエゼクタ８の駆動
水側を接続するとともに、脱気膜を用いた脱気装置の吸
引配管にエゼクタ８の吸引側を接続し、逆浸透装置の濃
縮水の残圧を用いて脱気装置を真空（真空度４０　ｔｏ
ｒｒ）にした。

このように構成することにより、被処理水に溶存してい
る各種の気体が、脱気膜６を介して収り除かれる。とく
に溶存酸素は８１）Ｉ）ｍが１１）Ｉ）ｍ以下に減少し
た。さらに長期安定性にも優れていた。

［発明の効果］本発明は、脱気膜として、少なくとも多孔質支持体層と
、その上に設けた高分子均質層または緻密層からなる気
体分離膜、もしくはその中間体を使用し、これと逆浸透
膜とを直列に配置することにより、全体として比較的小
型で、かつ安価な逆浸透分離膜装置を提供することがで
きた。

また、装置の小型化により、被処理水の脱気をオンライ
ンで行うことができるので、本発明は、比較的小規模の
純水用脱気装置として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用する脱気膜の一例の断面図を示す
。第２図は本発明の実施例に係る純水用逆浸透膜処理装
置の構成の概略を示したブロック図である。１：高分子均質層、または緻密層２：多孔質支持体層５：逆浸透分離膜モジュール６：脱気膜モジュール８：エジェクタ出願人　東　し　株　式　会　社第２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）逆浸透分離膜モジュールと、脱気膜モジュールと
を、被処理水ラインに直列に設けた分離膜処理装置にお
いて、前記脱気膜は少なくとも多孔質支持体層と、その
上に設けた高分子均質層または緻密層からなることを特
徴とする分離膜処理装置。
（２）脱気膜の酸素分離係数αが１．３以上であること
を特徴とする請求項第（１）項の分離膜処理装置［ただ
しα＝Ｑ＿Ｏ＿２／Ｑ＿Ｎ＿２を示す］。
（３）逆浸透膜を用いた分離装置の濃縮水流出側にエゼ
クタの駆動水側を接続するとともに、脱気膜を用いた脱
気装置の吸引配管にエゼクタの吸引側を接続し、逆浸透
装置の濃縮水の残圧を用いて脱気装置を真空にすること
を特徴とする請求項第（１）項の分離膜処理装置。