成果報告書詳細
管理番号20130000000795
タイトル*平成24年度中間年報 最先端PG(Mega-ton Water System)濃度差エネルギー回収(PRO)CTA系中空糸膜モジュール開発(H22-H25)
公開日2014/1/10
報告書年度2012 - 2012
委託先名東洋紡株式会社
プロジェクト番号P09025
部署名環境部
和文要約1)CTA系中空糸膜の形成:逆浸透膜用CTA中空糸膜の製造技術を基に、逆浸透用に製造されている中空糸膜を正浸透用膜モジュールの検討用とし、3種類の中空糸膜を形成した。中空糸No.1は外径が約175μm、内径は約85μmの形状で、中空糸No.2はNo.1と同じ形状で塩除去性を向上させたもの、中空糸No.3は外径が約200μm、内径は約100μmの形状である。2)CTA系膜モジュールの形成 a)両端開口型中空糸膜モジュールの形成:濃度差エネルギー回収(PRO)を目的で中空糸型逆浸透膜モジュールの内部で正浸透現象を生じさせる場合に、中空糸型逆浸透膜の外側、内側それぞれで濃度分極が生じるために、その低減を図るため両端開口型の構造が必要となる。また、中空糸型逆浸透膜の外側を流れる高濃度溶液の膜表面濃度分極は流速に依存すると考えられ、中空糸型逆浸透膜の間隔幅、すなわち、中空糸型逆浸透膜の充填密度が要因になると考えられる。さらに、中空糸逆浸透膜の配置形態によっても濃度分極は影響を受け、正浸透性能への影響が大きいと推定される。中空糸型逆浸透膜の特性が同じでもこの中空糸型逆浸透膜のモジュールの構造により正浸透の性能が異なることが考えられ、これらの中空糸型逆浸透膜モジュールの構造が正浸透性能に及ぼす影響を調査した。CTA系中空糸形逆浸透膜モジュールでの正浸透現象における透過挙動に及ぼすモジュール構造、流路の影響の解析を行なう目的で、基本となる中空糸型逆浸透用膜モジュールの製造技術をベースに中空糸膜の配置形態、および膜充填率を変更した4タイプのモジュールを形成した。3) 簡易正浸透試験装置の改造(能力増強):形成したCTA系中空糸膜モジュールの正浸透性能の測定を実施する簡易正浸透試験装置を、種々の構造変更を施したモジュールに対応可能とするため、また、、塩濃度7%での測定など性能評価条件範囲を拡大するため、簡易正浸透試験装置の改造を実施した。4)実用サイズの正浸透用エレメントの作製:
実証試験装置でのPRO試験のため、前述したCTA中空糸膜を用いて、実用サイズのエレメントを作製し、実証試験用に提供した。5)性能評価結果の解析:前年度に引き続き、中空糸型膜モジュールの正浸透性能、浸透挙動を解析する目的で、性能解析モデルを引き続き検討を進めている。中空糸膜の場合は、前述した濃度分極と中空糸膜の中空部内を流れる流動圧損が正浸透性能に影響するため、この濃度分極と中空部内流動圧損を同時に考慮した性能解析モデルを引き続き検討している。今年度、解析計算はモジュール仕様、限定された操作条件では、計算結果が得られており、さらなる改良を検討中である。一方、ROモジュール性能の実測値から求めた換算透水性能を用いた概略計算法では、モジュールの正浸透性能の実測値と整合する結果が得られている。次年度は、モジュール構造が正浸透現象の透過挙動へおよぼす影響を解析し、モジュールの改良に適用できるように改良を目指す。
英文要約1) Hollow Fiber Membrane Formation for Cellulose Triacetate Material: Based on the manufacturing technology of reverse osmosis hollow fiber membrane for cellulose triacetate material, we manufactured reverse osmosis hollow fiber membrane to study the module structure for PRO(Pressure Retarded Osmosis). We produced three types of hollow fiber membranes. The first type is with the following dimension; outer diameter=approximately 175 micro meter, inner diameter=approximately 85 micro meter, and the second type has improved salt rejection level with the same dimension as the first type. The third type is with the following dimension; outer diameter=approximately 200 micro meter, inner diameter=approximately 100 micro meter. 2) Module Fabrication for Cellulose Triacetate Hollow Fiber Membrane: To analyze the module configuration and flow channel affected by the permeability behavior of pressure retarded osmosis phenomenon, we fabricated hollow fiber membrane elements in two different arrangements and with different packing densities. Also these elements were fabricated by the basic reverse osmosis membrane element fabrication technology. 3) Improvement in Design for PRO Membrane Element Testing Unit: To evaluate element configuration, we built a simplified test unit to measure PRO performance. We measured the PRO performance with different types of elements including the above-mentioned fabricated elements which hollow fibers are made of cellulose triacetate under the condition of saline water of up to 7%NaCl solution and fresh tap water. 4) Manufacture of Forward Osmosis Element in Practical Size: We provided an element in practical size manufactured using the previously said hollow fiber membranes for PRO performance test in the verification test unit. 5) Simulation for Pressure Retarded Osmosis Performance of Hollow Fiber Membrane Module: To analyze the pressure retarded osmosis performance, the following formulas are used; membrane permeability equation which applied solution-diffusion model and pressure loss formula which applied Hagen-Poiseuille equation. And also to analyze the concentration polarization of high salt concentration side, a mass transfer equation which is used for analytical model of hollow fiber reverse osmosis membrane module, is used. By now, we obtained calculated results from the specified conditions and will work on the analysis to get more detailed results.
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