螺旋型逆渗透膜部件、使用了该部件的逆渗透膜模型、装有该模型的逆渗透膜分离装装置和逆渗透分离法

技术领域

本发明涉及适用于海水淡化工程、只需很少的能量和较低的运转成本就能够以高成水率制备具有高脱盐率的渗透水的螺旋型逆渗透膜部件，使用了该部件的逆渗透膜模型，以及装有该模型的逆渗透分离装置和逆渗透分离法。

背景技术

逆渗透分离法就是以大于包含溶质的溶液的渗透压的压力，通过逆渗透膜分离除去部分溶质，获得溶质浓度有所降低的渗透液的方法。例如，被应用于海水淡化、锅炉水的脱盐、超纯水的制备、废液的浓缩和从中回收有用物质等领域。

特别是在海水的淡化工程中，由于与以往的蒸发法相比，无相变、节省能源，且运转管理容易，所以，逆渗透分离法开始广泛普及。

在进行逆渗透分离法时，使用了以下结构的螺旋型逆渗透膜部件，根据附图对其进行说明。

图1所示是部件概貌的部分剖面斜视图。图2是图1的沿II-II线的截面图。

该部件构造为：表面形成了多个透孔1a的中空管1位于整个部件的中心部位，其外周面上按照后述的状态缠绕着逆渗透膜2、渗透液流路材料3和供给液流路材料4。

首先，逆渗透膜2整体呈袋状，其中收容入了渗透液流路材料3。呈袋状的逆渗透膜2的开口2a处位于该中空管1的外周面包住中空管1的透孔1a，这样逆渗透膜2的内部和渗透液流路材料3就与中空管1的透孔1a连通。

各逆渗透膜2间插入了供给液流路材料4，在整个装置的两端装上了通液结构的框体5以确保上述螺旋结构。

整个部件被装入压力容器中，从其一端(上游侧)供给规定压力的供给液6。

供给液6流过供给液流路材料4，在这个过程中逆渗透膜2促进了渗透液和溶质间的逆渗透分离，透过逆渗透膜2的溶质浓度有所下降的渗透液通过透孔1a集中于中空管1中。然后，从部件的下游侧取出渗透液6a。

另一方面，不需要逆渗透分离的供给液直接流过供给液流路材料4流到下游侧，通过收集在这个过程中分离出而存在于膜面的溶质获得溶质浓度较高的浓缩液6b。

部件运转时的重要问题是因浓差极化而造成的部件性能降低的问题。

浓差极化是指供给液中的杂质和污染组分等污垢物在与供给液流路材料4接触的逆渗透膜2膜面被浓缩，使膜面的溶质和污垢的浓度高于供给液中的溶质和污垢的浓度，其结果是，出现膜面的渗透压有所上升的现象。

如果出现上述现象，则渗透液量减少，且膜面上有凝胶和水垢等杂质析出，使逆渗透膜本来具备的性能无法充分发挥，造成部件性能的下降。

使膜面的供给液的流动呈湍流状态可抑制浓差极化的发生。例如，减小供给液流路材料4的厚度，就可增大供给液的膜面线速度，易于造成湍流，其结果是，浓差极化层变薄。

但是，减小供给液流路材料4的厚度而引起的问题是供给液中的杂质和微生物等污垢会堵塞该供给液流路材料的流路，使部件性能下降，以及增大供给液的压力损失。其结果是，为了维持渗透液溶质和渗透液量，必须提高供给液的运转压力，这样就需要设置高压泵和耐压配管，为使其运转还必须提高电力成本，这样就导致了造液成本的上升。

以往，供给液流路材料4大多使用的是图3所示的具有网眼状组织的网状体。

该网状体具有线状物7a和线状物7b互相交错而形成的四边形连接而成的网眼。这些线状物7a和7b形成的4个交叉点7c、7d、7e和7g中相对的一组交叉点7c和7d的配置方向与供给液6的流向相同，即以与中空管1的轴线方向平行的状态，将网状体插入各逆渗透膜2间，并缠绕在中空管周围。这种网眼组织可有效地使流经的供给液6在此处形成湍流，从而有效抑制浓差极化。

以往，网状体的四边形网眼是正方形的，即四边形的各条边的长度都相等，交叉点7e和交叉点7f间的间隔(X)，以及交叉点7c和交叉点7d间的间隔(Y)也都等长。此外，交叉点7c和交叉点7d连成的直线与作为线状物的网脚7a(7b)形成的角(α)的绝对值为45°。

但是，将具有上述尺寸形状的传统网状体作为供给液流路材料使用时，虽然可实现供给液的湍流化，但供给液的压力损失有所增大，且容易引起前述运转成本的提高和设备费用的增加等问题。

此外，日本专利公开公报平5-168869号揭示了一方的线状物与供给液流向平行，另一方的线状物与供给液流向形成的角度小于45°的特殊网状体。如果将这种网状体作为供给液流路材料使用，与前述网状体相比，虽然能够抑制供给液的压力损失的增加，但会造成渗透液溶质和渗透液流量的降低。而且，虽然可确认具有减小压力损失的效果，但在实际作业时所采用的供给液流速条件下的压力损失减少效果并不明显，因此不具备实用性，而且因为要求更高的制网技术就出现了网状体价格过高的问题。

另一方面，为将来自逆渗透膜2的渗透液导入中空管1的透孔1a，一般使用一面或两面上具有多个沟槽的特里科经编织物作为渗透液流路材料3。其例子如图4所示。

图4所示的特里科经编织物的渗透液流路材料3的一面上形成了多个互相平行的沟槽3a，这些沟槽被逆渗透膜1，1夹住。由于这些沟槽3a是在袋状逆渗透膜内部延展至中空管1的外周面而形成的，所以，透过逆渗透膜2的渗透液经过沟槽3a而集中于中空管1中。

但是，如果具备以上结构的渗透液流路材料的部件的运转压力有所提高，则位于沟槽3a上的逆渗透膜2会发生变形，如图中假想线所示，其中的部分会陷落入沟槽3a中。如果出现上述现象，则逆渗透膜在沟槽3a上部边缘受损，丧失功能，而且，由于沟槽3a的截面积变小，对渗透液的流路阻力增加，造成渗透液溶质和渗透液流量减小。

针对上述问题，公知的是采用如图5所示的在特里科经编织物3的沟槽面和一逆渗透膜2之间插入如聚酯制的多孔片3c使耐压性有所提高结构的渗透液流路材料。该多孔片上以0.1～20mm左右的间隔分布直径为0.05～0.1mm的透孔3d。

但是，具备上述结构的渗透液流路材料的透孔3d的直径较小，且透孔间隔较大，所以，即使多孔片状物3c较薄其刚性也足够，但由于全部透孔面积较小，所以，渗透液的渗透阻力极大，造成很大的压力损失，不能够获得令人满意的性能。

为了减小渗透液的渗透阻力而增大全部透孔的面积时，由于多孔片状物的刚性有所下降，所以，需要增加该多孔片状物的厚度，这种情况下，由于能够配置在部件上的逆渗透膜的数量减少，所以，膜面积减小，不能够获得足够的渗透液量。

使用螺旋型逆渗透膜部件时，要求对供给液流路材料不会引起供给液的压力损失，可抑制膜面的浓差极化的发生，此外，要求对渗透液流路材料不会引起渗透液的渗透阻力的增加，达到确保渗透液量的目的。

以下，对作为这种螺旋型逆渗透膜部件的使用例的海水淡化装置进行说明。

图6是一种传统海水脱盐处理系统的简单示意图。该系统以螺旋型逆渗透膜部件被收容入压力容器中而形成的逆渗透膜模型M₀和配置在其上游侧的高压泵P₀为基本要素而构成。

该系统中，收集到的海水6被送入高压泵P₀，利用高压泵P₀升压至规定的压力，压入模型M₀。然后，在模型M₀中通过逆渗透分离进行脱盐处理使达到规定水质的渗透水6a和浓缩水6b分离。接着，将渗透水6a送入需要的地方，排放出浓缩水6b。在这一连串的脱盐处理中，通过对收集到的海水进行除垢处理和抑菌处理等前处理，可防止逆渗透膜的劣化，确保系统稳定运行。

该系统中，如为使盐分浓度为3.5％的海水充分进行脱盐，需要利用高压泵P₀对海水加压至最低5.0Mpa左右压力后再提供给模型M₀。此时，通常利用模型M₀可以40％左右的回收率获得渗透水6a，余下的60％左右为盐分浓度为5.8％左右的浓缩水6b。

可是，为降低造水成本，提高渗透水6a的回收率是极为重要的。

例如，上述系统中，如果将高压泵P₀的运转压力设定在8.0～9.0Mpa左右，则以盐分浓度为3.5％左右的海水为原料可以60％左右的回收率获得渗透水6a。余下的40％左右可获得盐分浓度为8.8％左右的浓缩水。

但是，如果高压泵P₀在上述高压下运转，则会出现以下问题。

问题1是由于高压泵的运转成本上升，且需要在整个系统中设置耐压配管等附带设备的配管，所以，要使渗透水的回收率达到60％，就需要提高整个系统的运转成本，这样就很难达到降低造水成本的目标。

问题2是如果模型内的部件在8.0～9.0Mpa这样的高压下工作，则模型内的上游侧的部件上有效压力过高，渗透水量变得极大，容易出现污垢堵塞膜面的现象。此外，下游侧部件的供给液流路材料侧容易引起逆渗透膜的膜面的浓差极化，还容易析出水垢等，这样就会出现膜面的堵塞，且压力损失有所增加。另外，在渗透液流路材料侧也容易引起逆渗透膜的变形，其结果是，在压力损失增大的同时还会导致渗透水量的减少。

发明的目的和摘要

本发明的目的1是提供能够抑制由于逆渗透膜膜面的浓差极化发生而导致的性能劣化，即使高压运转下压力损失也较小，并能够以高回收率获得高品质的渗透液的可用于海水淡化处理的有效的螺旋型逆渗透膜部件。

本发明的目的2是提供在压力容器中收容入了上述螺旋型逆渗透膜部件的逆渗透膜模型。

本发明的目的3是提供装入了上述逆渗透膜模型的逆渗透分离装置和使其运转的逆渗透分离方法。特别提供了用于海水淡化时，即使投入较少的运转能量也能够以高回收率生产高品质的渗透水(真水)，与以往相比可降低造水成本的逆渗透分离装置和逆渗透分离方法。

发明的揭示

为达到上述目的，本发明提供了以下组成的螺旋型逆渗透膜部件。该部件中，多个袋状逆渗透膜、配置在前述逆渗透膜内部的渗透液流路材料和插入前述逆渗透膜间的多个供给液流路材料，以只有前述逆渗透膜内部与透孔连通的状态缠绕在表面具有透孔的中空管的外周面。前述供给液流路材料是多个线状物互相交错而形成的四边形网眼连成的网状体。前述四边形网眼的4个交叉点中，相对的一组交叉点与前述中空管的轴线方向平行配置。前述中空管的轴线方向和垂直方向的前述交叉点间的间隔为X、前述轴线方向的前述交叉点间的间隔为Y时，X和Y同时满足2mm≤X≤5mm和X≤Y≤1.8X的关系式。

上述部件是本发明的部件的基础，以下称为部件A。

本发明的上述部件A中，在前述中空管的轴线方向配置的交叉点连成的线和网脚所形成的角度的绝对值在29～45°的范围内。

此外，本发明还提供了上述部件A中的前述渗透液流路材料由至少一面上具有多个沟槽的平均厚度为0.15～0.4mm的编织物和配置在前述编织物的具有沟槽的面上的平均厚度为0.05～0.2mm的透液性布帛构成的部件。该部件能在更高的压力下运转，以下称其为部件B。

本发明还提供了以下组成的逆渗透膜模型。在一端具有供给液导入口，另一端具有处理后的浓缩液导出口的压力容器中，至少装有上述部件A或部件B中的一种。较好的是装有2个以上的上述各种部件，且使它们串联连接。

本发明进一步提供了以下组成的逆渗透分离装置，该装置具备由上述逆渗透膜模型多段相连而形成的供给液分离处理部分，以及配置在前述分离处理部分上游侧的供给液升压装置。较好的是提供前述升压装置为涡轮充电器型结构的升压泵的逆渗透分离装置。

本发明还进一步提供了海水的逆渗透分离装置。该装置中的前述供给液为海水，前述逆渗透膜模型至少由2段连接而成，位于前段的逆渗透膜模型的上游侧配置了电动高压泵，位于前段的逆渗透膜模型和位于后段的逆渗透膜模型间配置了涡轮充电器型结构的升压泵，具有向前述升压泵的压缩机部分提供来自位于前段的逆渗透膜模型的浓缩液和使来自位于后段的逆渗透膜模型的浓缩液回流到前述升压泵的涡轮机部分的浓缩液的管道系统。

本发明还提供了以下的逆渗透分离法，该方法具备向上述逆渗透分离装置的前述升压装置导入供给液并升压的步骤，以及向前述分离处理部分导入经过升压的供给液，使渗透液和浓缩液分离的步骤。特别提供了以下海水的逆渗透分离法，其中采用了前述逆渗透膜模型至少由2段连接而成，位于前段的逆渗透膜模型的上游侧配置了电动高压泵，位于前段的逆渗透膜模型和位于后段的逆渗透膜模型间配置了涡轮充电器型结构的升压泵的逆渗透分离装置。该方法具备以下3个步骤：使前述电动高压泵运作，向位于前段的逆渗透膜模型导入经过升压的海水，分离出渗透水和浓缩水的第1分离步骤；将第1分离步骤中所获得的浓缩水经过前述涡轮充电器型结构的升压泵的压缩机部分导入位于后段的逆渗透膜模型，使前述浓缩水再次分离出渗透水和浓缩水的第2分离步骤；使在第2分离步骤中获得的浓缩水回流至前述升压泵的涡轮部分的步骤。

首先，对部件A进行说明。

部件A是图1所示结构的部件中的供给液流路材料4为后述的网状体的部件。

即，图3所示的网眼组织中，作为网脚的线状物7a和线状物7b形成的4个交叉点7c、7d、7e和7f中，相对的一组交叉点7e和7f的间隔X为2～5mm，且另一方的一组相对的交叉点7c和7d的间隔Y满足X≤Y≤1.8X的关系。该网状体中的交叉点7c和7d的配置方向与图中未显示的中空管的轴线方向，即供给液的流向6平行，并缠绕在前述中空管的外周面。

所以，线状物7a和7b形成的四边形网眼是以供给液流向6为长轴的菱形网眼。

交叉点7c和7d与供给液流向平行的上述网眼组织中，如果X值大于5mm，则Y值也不可避免地增大，这种情况下，逆渗透膜的膜面的湍流难以形成，所以容易发生浓差极化。相反的，如果X值小于2mm，则Y值也不可避免地减小，这种情况下，虽然流经这些网眼的供给液容易形成湍流，难以引起逆渗透膜膜面的浓差极化，但流经网眼的供给液的流动阻力增大，使部件运转时的压力损失变大。

从以上事实可看出，本发明的网眼组织中，X值应设定在2～5mm的范围内，较好为2.5～4.5mm，更好为3～4mm。

另一方面，流经作为网状体的供给液流路材料4的供给液6的流向是在流入网眼构成的线状物7a和7b的同时向下游侧流动。

这种情况下，如果是Y＞X的网眼(菱形网眼)，则如图7所示，流离线状物7a和7b的供给液6向下游侧的流路较窄，相反的，如果是Y＜X的网眼(菱形网眼)，则如图8所示，流经线状物7a和7b的供给液6容易流动，所以向下游侧的流路较宽。

这样，供给液在网状体中向下游侧的流路变宽可向整个逆渗透膜均一地提供供给液，并可促进流动过程中的供给液的混合，所以，在抑制逆渗透膜膜面的浓差极化的发生的同时，还可减小供给液的流动阻力。

但是，如果是Y＞1.8X的网眼(菱形网眼)，则供给液的流动阻力过小，不会在逆渗透膜膜面形成湍流，而是容易产生层流，其结果是，容易导致浓差极化的发生。

从上述事实可看出，本发明的网眼中的Y值和X值的关系应设定为X≤Y≤1.8X。较好的是1.1X≤Y≤1.7X，更好的是1.2X≤Y≤1.5X。

因此，上述网眼组织中，交叉点7c和交叉点7d连成的直线和网脚7a(7b)形成的角(α)的最小值设定为tan^-1α＝1/1.8(29°)，最大值设定为tan^-1α＝1/1(45°)。较好是设定在30.5°～42.5°的范围内，更好是设定在23.5°～40°的范围内。

此外，上述间隔X和Y最好是分别测定网状体中的至少10个交叉点(n个)间的间隔，将其总和除以n而得出的值(L/n)。

通过将X值设定在前述2～5mm的范围内，且Y值满足X≤Y≤1.8X的关系，可使供给液发生适度的湍流，在抑制膜面的浓差极化发生的同时，还可抑制供给液的流动阻力的增大，所以，在对如包含高浓度溶质的供给液进行逆渗透分离时，可抑制因部件的压力损失而造成的能量损耗，获得高品质的渗透液。

这种具有网眼组织的网状体的平均厚度如果小于0.5mm，则供给液的膜面线速度增大，易出现湍流现象，可抑制逆渗透膜膜面的浓差极化的发生，但供给液中的污垢会堵塞流路，使压力损失变大。

如果网状体的平均厚度大于1mm，则供给液的膜面线速度变小，逆渗透膜膜面易发生浓差极化现象。

从以上事实可看出，本发明的网状体的平均厚度较好是设定在0.5～1mm的范围内，更好是在0.55～0.9mm的范围内，特别好的是在0.6～0.8mm的范围内。

这里所说的平均厚度是指用精密厚度量规对网状体的至少10处进行厚度测定(m)，再将其总和(T)除以m(T/m)而得出的值。

通过将网状体的平均厚度设定在上述范围内，能够使供给液的膜面线速度达到要求，更好地抑制膜面的浓差极化的发生，还可抑制因污垢堵塞流路而造成的影响，不会引起压力损失的急剧上升，这样就提供了可长期在稳定的运转条件下获得高品质的渗透液的部件。

此外，如果平均厚度(T/m)虽然在上述范围内，但厚度不均匀性过大，在同一膜面上出现供给液流路的厚度不同的部分，供给液的膜面线速度不一致，这样就不能够以均一的状态发挥出逆渗透膜的性能，所以，其最大厚度最好在平均厚度的0.9～1.1倍的范围内。

最大厚度在上述范围内时，因网状体各处厚度的不均一而出现的供给液的膜面线速度的不均一尚不会影响到逆渗透膜性能，这样就可使逆渗透膜的性能充分发挥。

对构成上述网状体的材料无特别限定，最好不会损伤与网状体接触的逆渗透膜，且能够以较低的成本成网的材料，例如，聚乙烯和聚丙烯较为合适。

以下，对部件B进行说明。

部件B的供给液流路材料4与部件A所用的相同，由于渗透液流路材料3的构成如后所述，所以是一种能够在更高压力条件下运转的部件。

如图9所示，渗透液流路材料8由在至少一个表面(图中只有一面)上具有互相平行的多个沟槽8a而形成的编织物8b，以及配置在该沟槽侧表面的透液性布帛8c构成。该渗透液流路材料8整个被配置在袋状的逆渗透膜1，1中。

这里的编织物是指织物或编物。

编织物的平均厚度被设定在0.15～0.4mm的范围内。这里指的平均厚度与前述供给液流路材料4的情况相同，也是用精密厚度量规在至少10个地方测定后得出的平均值。

如果平均厚度小于0.15mm，则装入整个部件的逆渗透膜的数量较多，使整个膜面积有所增大，但不能够增大形成于表面的作为渗透液流路的沟槽8a，其结果是，渗透液的流动阻力有所增大，分离性能降低。

如果编织物8b的平均厚度大于0.4mm，虽然上述不良情况会消除，但由于逆渗透膜的配置数量较少，所以，对应于单位部件的渗透液量减少。而且，由于编织物的刚性较高，所以，增加了以螺旋状缠绕在中空管外周面的难度。

通过将编织物8b的平均厚度设定在上述范围内，可充分确保沟槽8a的大小，同时还能够增大装入部件的膜面积，还可充分保证部件的造水量。编织物的较好的平均厚度为0.15～0.3mm。

形成于编织物8b表面的沟槽8a是渗透液的流路，其上覆盖了后述的透液性布帛8c。所以，如果沟槽的宽度过大，则高压运转时变形的透液性布帛会使渗透液的流动阻力增大，此外，如果沟槽过多，则会导致整个编织物的强度下降，相反的，如果形成的沟槽过少，则渗透液流量减少。

从上述事实可看出，沟槽8a的形状较好是，沟宽度为0.1～0.2mm，深度为0.05～0.2mm。形成于编织物表面的沟槽数是每1cm有18～25条。

上述状态的沟槽可确保渗透液的流动阻力充分低，同时即使在高压条件下运转也能够支撑透液性布帛，防止其向沟槽内的变形。

沟槽的更好状态是，沟宽度为0.1～0.15mm，深度为0.1～0.15mm，每1cm编织物中有20～25条沟。

上述沟的宽、深度和条数是以10～50倍的倍率拍成照片，至少在10处分别对宽度、深度和条数进行测定后的平均值。

编织物8b只要具备上述结构即可，对其种类无特别限定，从以高品质且低成本制作的观点出发，最好是使用特里科经编织物，包括双梳栉经平组织、经绒编连组织和三梳栉组织等品种，只要能够确保渗透液的流量，且在高压条件下运转时其本身也不会变形即可，对其种类无特别要求。

构成编织物8b的材料只要可保持作为流路材料的形状，且其组分不会溶出到渗透液中即可。例如，尼龙等聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氟乙烯、碳材料等。

这些材料中，从在高压条件下运转也能够确保耐压性，以及后述的编织物的加工难易性等方面考虑，较好的是聚酯。

对于编织物来讲，最好是在进行加工时，通过硬化处理提高其刚性，这样在高压条件下运转时，编织物本身不会出现变形。

上述硬化处理包括在经过整形的编织物中含浸入三聚氰胺和环氧等液状树脂后使其硬化的处理；以及在编织物由热熔融材料构成时，对该编织物进行加热，使构成的纤维互相熔融粘合硬化的热熔融加工处理等。

此外，还可对编织物进行轧光加工。轧光加工后，以构成编织物的纤维形状为基础的微细表面起伏等被压坏，其表面变得非常平滑且平坦。因此，与该编织物接触的透液性布帛和逆渗透膜即使在高压条件下运转时，也不会发生局部的或不均一的变形，这样也进一步提高了部件的耐久性和性能。

对配置在编织物8b的沟槽侧表面的透液性布帛8c的种类无特别限定，从需具备充分的透液性，且在高压条件下运转时具有良好的耐变形性考虑，较好的是非织造布。

非织造布包括构成纤维无方向性的所谓无定向状态的非织造布和构成纤维以一定方向定向的非织造布，以及组织介于两种之间的非织造布。本发明的透液性布帛8c可使用上述任何一种非织造布，但从能在一定厚度范围内确保充分的刚性考虑，最好使用构成纤维以一定方向定向的非织造布。

使用上述构成纤维经过定向的非织造布的情况下，当该非织造布配置在前述编织物8b的沟槽侧表面时，定向纤维最好以与沟槽8a的延展方向垂直相交的状态配置。

处于上述配置状态的非织造布会出现强度和刚性的各向异性，受到弯曲和折弯等变形应力时，由于与构成纤维的定向方向垂直相交的方向上显现出较大的强度特性，所以，即使在高压条件下运转时，也能够抑制非织造布变形而落入编织物的沟槽8a中。

透液性布帛8c的平均厚度被设定在0.05～0.2mm。如果其平均厚度小于0.05mm，则在高压条件下运转时会引起变形，且渗透液的流动阻力会增大。如果平均厚度超过0.2mm，则刚性和耐变形性有所提高，但装入部件中的逆渗透膜数量有所减少，这样整个膜面积就减小，且渗透液的渗透阻力增大。因此，布帛的平均厚度最好设定在0.07～0.15mm的范围内。

通过将渗透性布帛8c的平均厚度设定在上述范围内，即使在高压条件下运转时也难以引起变形，同时还可充分确保装入部件的逆渗透膜的膜面积。

这里的平均厚度是指用精密厚度量规对布帛上的至少10个地方的厚度进行测定后得出的平均值。

此外，对透液性布帛8c的透液性程度也无特别的限定，例如，供给液为纯水时，最好使用温度为25℃时显示渗透系数在0.5m³/m²·MPa·min以上透水度的布帛。这是因为这种渗透液的渗透阻力较小，可减少压力损失。更好的是使用对于25℃的纯水，渗透系数在0.8m³/m²·MPa·min以上的非织造布布帛。

作为构成透液性布帛8c的材料，只要在高压条件下运转时不会发生变形，且其组分不会溶出到渗透液中即可，例如，尼龙等聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氟乙烯和碳材料等。

这些材料中，从非织造布的加工良好性、高强度和对渗透液的溶出组分较少等方面考虑，最合适的材料是聚酯。

以下，对本发明的逆渗透膜模型进行说明。

图10是本发明的模型M的一个例子的截面图。将任何具有图1所示的结构的螺旋型逆渗透膜部件10以互相串联连接的状态装入圆筒状压力容器9a中就构成了模型M。部件10是指已经进行了说明的部件A或部件B。

在压力容器9a的一端以液密状态配置了具备供给液6的导入口9b的上游侧密封板9c，在另一端以液密状态配置了具备逆渗透分离后的浓缩液导出口9d的下游侧密封板9e。

如图10的J₁区域所示，模型M中配置在位于最上游侧的部件10的一端的通液结构的框体5的周围和压力容器9a的内壁之间插入了密封材料11形成了液密结构，而且，部件10的中空管1的开口处也被密封材料12封闭。

如图10的J₂区域所示，模型M中位于上游侧的部件和位于下游侧的部件的连接结构是使中空管1，1的开口相互突出紧挨着，在其周围配置密封材料12而形成液密结构，且在位于下游的部件的框体5周围和压力容器9a的内壁间插入密封材料11形成液密结构。

如图10的区域J3所示，模型中位于最下游侧的部件和下游侧密封板9e的连接结构是使中空管1的开口与形成于下游侧密封板9e的轴心部分的渗透液的导出口9f相连，在其周围配置密封材料12而形成液密结构。

模型M中的供给液入口侧和出口侧产生的压力损失由被装入部件的数量决定，装入的部件数越多，模型M的压力损失越大，因此运转效率降低，所以，装入本发明的模型M中的部件数较好为1～10个，更好为1～8个。

如果将装入模型M的部件数设定在上述范围内，则能够减少模型M的供给液入口侧和出口侧产生的压力损失，还可抑制因压力损失而造成的运转压力的下降，并可减少能量损耗，有效地制得渗透液。

模型M中，从导入口9b压入规定压力的供给液6。供给液从通液结构的框体5压入部件10中，流向下游侧。在此过程中，进行了供给液的逆渗透分离，渗透液6a集中在中空管1中，从中空管直接流入下游侧，再从导出口9f流出。

另一方面，未经过分离处理的供给液转变为浓缩液6b后流向下游侧，最终转变为溶质浓度最高的浓缩液从导出口9d流出。

这样，被压入模型M的供给液6被分离成渗透液和浓缩液。此时的浓缩液与供给液6具有同样的压力能量。

由于被装入本发明的模型M中的部件10为前述部件A或部件B，所以，分离处理过程中逆渗透膜膜面上的浓差极化的发生机率较少，能够以高回收率获得高品质的渗透液。

特别是作为部件10装入了部件B的情况下，即使在高压条件下运转也不会引起渗透液流路材料的变形，使渗透液的回收率有了进一步的提高，例如，用于海水的淡化时，能够降低造水成本，很有用。

以下，对本发明的逆渗透膜分离装置和逆渗透分离方法进行说明。

图11是本发明的逆渗透分离装置的基本构成例S₀的简单示意图。

装置S₀由供给液的分离处理部分T₁和配置在其上游侧的供给液的升压装置P₁组成。分离处理部分T₁是图10所示的本发明的模型M串联或并联连接而成的多段结构。

海水等供给液6导入升压装置P₁后被升压至规定压力，然后被压入构成分离处理部分T₁的本发明的模型M中，在此进行逆渗透分离，一部分被分离成一定品质的渗透液6a，剩余的被分离为浓缩液6b。

供给液6的压力是供给液的渗透压和施加在其上的有效压力的总和，根据供给液的溶质的种类和浓度有所不同，为了能够有效地对渗透液进行逆渗透分离，有效压力较好设定在0.5～7.0MPa的范围内，更好是设定在1.5～6.0MPa的范围内。

以用于海水时为例，由于通常所供给的盐分浓度为3.5％的海水的渗透压为2.5MPa，所以，供给海水的压力较好是设定在3.0～9.5MPa的范围内。通过将供给海水的压力设定在上述范围内，能够利用膜有效地进行逆渗透分离。压力的范围更好为4.0～8.5MPa，通过将供给海水的压力设定在该范围内，能够获得水质理想的渗透水，压力范围最好为6.0～8.5MPa。

这里所用的升压装置P₁只要能够将供给液6的压力上升至可进行逆渗透的程度即可，例如，可使用电动高压泵。此外，后述的水力式涡轮充电器型结构的升压泵将自身升压的供给液导入下游侧的模型M，在此生成的浓缩液的压力能量部分被回收，将该能量用于供给液，可进一步提高供给液的压力，所以，装置S₀能以高能率进行运转。这样，就能够降低整个装置的运转成本，并可减少渗透液的生产成本。

以下，对上述本发明的逆渗透分离装置和分离方法适用于海水的淡化的例子进行说明。

图12是本发明的海水的逆渗透分离装置的较好例子S₁的示意简图。

整个装置S₁由2段构成，其前段由多个逆渗透膜模型M₀串联或并联相连组成的第1分离处理部分T₀，以及配置在其上游侧的作为升压装置的电动高压泵P₀构成。其后段由图10所示的多个本发明的逆渗透膜模型M串联或并联相连组成的第2分离处理部分T₁，以及配置在其上游侧的作为升压装置的涡轮充电器型结构的升压泵P_T构成。第1分离处理部分T₀和升压泵P_T相连构成基本结构。

装置S₁所用的水力式涡轮充电器型结构的升压泵P_T如日本专利公开公报平1-294903号所揭示的，涡轮机部分和泵部分(压缩机部分)是在同一箱体内的以同一轴垂直相连的结构，流入涡轮机部分的一部分高压排水的压力能量驱动泵部分，使导入该泵部分的水升压。

此外，构成前段部分的模型M₀可以是以往实际用于海水淡化的模型，也可以是图10所示的本发明的模型M。

构成前段部分的模型M₀的数量最好是构成后段部分的模型M₁数的1～3倍，最理想的是1.5～2.5倍。

通过将各段的模型数量设定在上述范围内，可使导入各段模型的海水量和压力达到合适化，所以，能够提高从各段模型所得的渗透水的水质，同时，还可提高逆渗透分离的效率，能够以较少的能量获得渗透水。

装置S1中，首先利用电动高压泵P₀将采集的海水13的压力升高到规定压力p，然后，利用第1分离处理部分T₀的模型M₀进行逆渗透分离，分离成渗透水6_a1和压力为p的浓缩水6_b1。

接着，浓缩水6_b1流入升压泵P_T的泵部分R₁，在此处升压至压力p₁(p₁＞p)后，被压入构成第2分离处理部分T₁的本发明的模型M中，在模型M中对浓缩水6_b2进行逆渗透分离，分离成渗透水6_a2和压力为p₂的浓缩水6_b2。

由于海水13的盐分浓度为3.5％时的渗透压为2.5MPa，所以压力p，即供给海水的压力较好是设定在3.0～9.5MPa的范围内。通过将海水13的压力p设定在上述范围内，能够利用膜有效地进行逆渗透分离。更好是在4.0～8.5MPa的范围内，如果将压力p设定在上述范围内，则能够获得水质更理想的渗透水，压力p的范围最好是6.0～8.5MPa。

此外，由于在前段模型浓缩后盐分浓度有所上升，渗透压也有所提高，所以，导入后段模型M的浓缩水6_b1的压力p₁与前段压力p的关系是p₁＞p，由于浓缩水6_b1的盐分浓度在4.0～6.0％左右，所以，渗透压在3.0～5.0MPa的范围内。因此，为在后段模型M中有效地获得高品质的渗透水，所以，压力p₁的范围内较好是设定在5.0～12.0MPa的范围内，更好是在7.0～11.0MPa的范围内，最好是在8.0～10.0MPa的范围内。

浓缩水6_b2被压入升压泵P_T的涡轮机部分R₂，将其压力能量的一部分施加到导入泵部分R1的浓缩水6_b1上使该浓缩水6_b1升压至压力p₁后放出，这样渗透水6_a1和渗透水6_a2加起来就是渗透水的总和。

以上，对装置S₁的基本构成和其基本运转情况进行了说明，以下，对装置S₁的实际运转情况进行说明。

装置S₁在运转时，首先，采集海水13，对该海水进行后述的前处理以防止膜劣化后，开始用电动高压泵P₀将其压力上升至规定压力以进行逆渗透分离。

取水方式可采用深层取水方式、滩孔取水方式和渗透取水方式中的任何一种，但从采集澄清度较高的海水后不用进行后述的前处理的角度考虑，最好是采用滩井取水方式和渗透取水方式。

对采集的海水的前处理就是指以除去海水中的污垢为目的的处理，例如，在海水中添加氯化亚铁、聚三氯化铝、硫酸铝或聚三氯化铝等的凝集剂后进行凝集砂过滤和2次凝集过滤(磨光过滤)。或者用渗透取水方式采集海水时，使用超滤膜或微滤膜进行超滤膜过滤等。上述过滤可单独进行，也可多种组合进行。最好是将海水的污垢系数(FI)降至3～4以下。

通过将污垢系数范围降至3～4以下，可抑制污垢对逆渗透膜部件的膜面的堆积，还能够防止压力损失的上升和运转压力的增大，这样就能够长期稳定地获得渗透水。

用于前处理的凝集砂过滤器和磨光过滤器是将粒径不同的数种砂子以层叠状装入压力容器内的结构，对供给海水施加规定压力以进行渗透过滤的装置。砂子的材质和粒径可根据海水的水质作适当的决定，材质因为后述的原因，最好是铜含量较低的物质。即，如果砂子成分中的铜含量较高，则铜会溶出到海水中，与氯和硫酸离子等发生反应，造成逆渗透膜的完成劣化。

超滤膜和精密滤膜包括中空丝型部件和螺旋型部件，本发明的装置中可使用其中的任何一种。此外，超滤膜和精密滤膜的材质可使用聚丙烯腈、聚砜、对聚苯硫酚、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和醋酸纤维素等中的任何一种。

另外，添加NaOCl使氯浓度达到1～5ppm左右，对海水中的菌类进行灭菌或抑菌。通过将氯浓度调整到1～5ppm左右，可对海水中的菌类进行充分的杀菌或抑菌，同时，还可降低和包含在海水中的有机物进行反应而生成的三卤甲烷类的量。此外，在上述范围内，还可抑制因过剩的氯的残留而造成的逆渗透膜的氧化劣化，确保逆渗透膜的使用寿命。经过这样的前处理，可达到防止部件的逆渗透膜劣化的目的。

为中和除去经过上述处理的海水中残留的氯组分，可添加连二亚硫酸钠(SBS)，为对海水全体的pH值进行调整可添加硫酸。

上述一连串的杀菌或抑菌处理可根据海水中的菌的污染程度连续地进行，也可间歇地进行。间歇进行时，可1天1次，每次1～5小时左右进行杀菌或抑菌，处理的间隔时间也可根据海水的污染程度适当变更。

此外，为了对逆渗透膜部件内部进行杀菌或制菌，可在添加了次氯酸钠(SBS)的海水中再添加大量的次氯酸钠，和间歇地添加硫酸。次氯酸钠和硫酸的添加量和添加时间，以及添加时间间隔可根据海水中的菌的污染程度作适当决定，添加量可在100～1000ppm的范围内，或使海水的pH值在4.0以下，添加时间和间隔为1天1次，每次1～5小时。通过将连二亚硫酸钠和硫酸的添加量和添加时间，以及添加时间间隔设定在上述范围内，可有效地进行膜面的杀菌或抑菌。此外，由于膜面环境不是一定的，间歇地会发生变化，所以，很少有机会发生特定的菌类异常增殖的问题，这样，装置就可长期且稳定地连续运转。添加量更好的是在300～600ppm的范围内，或使海水的pH在2.6以下，添加时间和间隔为1天1次，每次2～4小时。

以下，对使装置S₁运转，淡化盐分浓度为3.5％的海水时的一个例子进行说明。

采集100份量的海水13，对其进行前述的前处理后送入电动高压泵P₀，利用电动高压泵P₀将海水升压至6.0MPa后，送入第1分离处理部分T₀。

在分离处理部分T₀的模型M₀中进行第1次逆渗透分离，在生产获得40份量的淡水6_a1(回收率40％)的同时，还获得了60份量的盐分浓度为5.8％的浓缩水6_b1。

将这60份量的浓缩水6_b1送入涡轮充电器型结构的升压泵P_T后，再将其导入第2分离供给部分T₁，利用本发明的模型M进行第2次逆渗透分离，在生产获得20份量的淡水6_a2(回收率为33％)的同时，还获得了40份量的盐分浓度为8.8％的浓缩水6_b2。再将该浓缩水6_b2导入升压泵P_T的涡轮机部分R₂，将其部分压力能量施加到导入泵部分R₁的浓缩水6_b1上，将该浓缩水6_b1的压力从6.0MPa升至8.5MPa。

其结果是，通过装置S₁的工作，从100份量的海水获得了60份量的淡水和40份量的剩余海水，即，回收率为60％。

采用图6所示的传统装置时，其回收率为40％，即可从100份量的海水中获得40份量的淡水和60份量盐分浓度为5.8％的浓缩水(剩余海水)。

因此，本发明的装置S₁的工作情况和图6的传统装置的工作情况相比，在能够获得等量的淡水前提下，前者的取水量是后者的2/3，前者放出的剩余海水量和盐分量都在后者的1/2以下，约减少了2/3。相反的，取水量相同时，前述即使利用较少的运转能量也能够增加造水量，且造水成本降低。

随着环境温度的上升，逆渗透膜的透过率也会增大，因此，装置S₁在夏季运转和在冬季运转时所获得的渗透水的回收率不同，夏季时较高。所以，为使装置S₁在夏冬季节都可稳定地获得定量的渗透水，最好在位于各分离处理部分T₀和T₁的下游侧的渗透水配管上都设置了阀门，通过调节阀门的开度，可对各模型M₀和M中的渗透水施加规定的背压，调整逆渗透分离时的有效压力，这样，装置就可对透过率进行调整而运转。

如上所述，本发明的逆渗透膜部件A或逆渗透膜部件B、逆渗透膜模型M或装置S₀、S₁都适应于海水淡水化这样的以高回收率由高浓度溶液获得渗透液的领域。除此之外，还可用于以食用醋、啤酒、酒类、果汁等为代表的食品浓缩或工厂废液的浓缩，或从废液中回收有用物质等对高浓度溶液进行逆渗透分离的领域，可有效地进行处理，并可降低处理成本。

对附图的简单说明

图1是螺旋型逆渗透膜部件的部分剖面斜视图。图2是图1的沿II-II线的截面图。图3是表示供给液流路材料的平面图。图4是表示配置在逆渗透膜内部的传统渗透液流路材料的截面图。图5是表示另一传统渗透液流路材料的截面图。图6是传统逆渗透分离装置的示意简图。图7是表示流入供给液流路材料的供给液的流向的简图。图8是表示流入另一供给液流路材料的供给液的流向的简图。图9是用于本发明的部件的渗透液流路材料的截面图。图10是装入本发明的部件的逆渗透膜模型的截面图。图11是由本发明的模型构成的逆渗透分离装置的基本构成图。图12是本发明的海水逆渗透分离装置的基本构成图。图13表示逆渗透膜模型在运转时的供给液流速和压力损失间的关系。