[发明专利]膜蒸馏装置和疏水性多孔膜

说明书

技术领域

本发明涉及膜蒸馏装置和疏水性多孔膜。

背景技术

膜蒸馏法为下述方法：使用仅透过处理水中的水蒸气的疏水性多孔膜，由经加热的原水(高温水)使利用饱和水蒸气压差而通过疏水性多孔膜的水蒸气冷凝，得到蒸馏水。膜蒸馏法与对原水施加压力并利用反渗透膜进行过滤而得到纯净水的反渗透法相比，不需要高压，可以降低动力能源。另外，对膜蒸馏法来说，盐分等不挥发性溶质的分离性能极高，因此可以得到高纯度的水。

将膜蒸馏法的主要原理示于图1。图1中，(a)为DCMD法(Direct Contact Membrane Distillation，直接接触式膜蒸馏)，其中，将来自高温水侧的水蒸气以通过了疏水性多孔膜1而生成的蒸馏水的形式直接引至低温水(有时也称为冷却水)中。(b)为AGMD法(Air Gap Membrane Distillation，气隙式膜蒸馏)，其中，在疏水性多孔膜1与冷凝器2之间设置气隙(Air Gap)，使来自高温水侧的水蒸气在冷凝器2(例如，传热性高的铝或不锈钢等金属制的冷却板等)的面上冷凝，得到蒸馏水。(c)为VMD法(Vacuum Membrane Distillation，真空膜蒸馏)，其中，在疏水性多孔膜1的蒸馏侧设置真空间隙，使来自高温水侧的水蒸气移动至外部，得到蒸馏水。(d)为SGMD法(Sweeping Gas Membrane Distillation，气扫式膜蒸馏)，其中，使扫气流至疏水性多孔膜1的蒸馏侧，使来自高温水侧的水蒸气移动至外部，得到蒸馏水。

DCMD法中的装置是高温水和低温水隔着膜流动的简单装置，水蒸气的移动距离与膜厚相等，移动阻力也小，因而可以提高膜每单位面积的蒸馏水量(Flux，通量)，但必须将生成的蒸馏水从低温水中取出。另外，由于高温水和低温水隔着膜而直接接触，因而会因热交换产生热损耗，作为用于水蒸气移动的驱动力的蒸气压差减小，其结果，还具有用于造水的热能效率降低的缺点。

另一方面，对于以AGMD法为主的间隙式膜蒸馏来说，水蒸气除了在膜中移动外还在气隙中移动，因而具有移动阻力增大、通量减小的倾向，但具有可直接取出蒸馏水的优点。另外，高温水和低温水不隔着膜直接接触，因而可以将热损耗抑制到最小限度，热能效率高，可以降低造水成本。迄今为止，对于间隙式膜蒸馏，进行了用于提高通量的研究。

在专利文献1中，作为间隙式膜蒸馏的方法，记载了存在于多孔膜与冷凝器表面之间的气体间隙的宽度小于5mm的内容。

在专利文献2中记载了下述内容：通过将水蒸气扩散层的压力减压至原水温度的水的饱和蒸气压，从而与大气压时相比水蒸气的渗透系数变为1.5倍。

作为膜蒸馏法中所用的膜，需要具有高蒸发速度和防水性的膜。迄今为止，已知孔径或空隙率等膜结构参数有助于造水量。

在专利文献3中记载了下述内容：伴随着PTFE多孔膜管的标称孔径和气孔率的增加，冷凝水的生成速度增加。

在专利文献4中记载了下述内容：作为DCMD法中所用的多孔性的疏水性膜，具有50μm～1000μm的膜厚、大于70％的孔隙率、小于2.0μm的孔尺寸。

在专利文献5中记载了下述内容：作为兼顾高蒸发速度和防止海水通过的中空纤维膜，气孔率为40％～80％、孔径为0.05μm～3μm。

在专利文献6中，作为增加单位面积造水量的膜，记载了一面侧的疏水性高于另一面侧的疏水性的膜蒸馏用多孔膜，但并没有表示疏水性与造水量的关系的定量性记载，其效果是不清楚的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利4491153号公报

专利文献2：日本特开平6-7644号公报

专利文献3：日本特开2013-34927号公报

专利文献4：日本专利5036822号公报

专利文献5：日本特开2011-167628号公报

专利文献6：日本特开2011-200770号公报

发明内容

发明所要解决的课题

为了扩大今后膜蒸馏技术在纯水制造和水处理领域中的应用，要求一种兼具了高水处理能力和小型性的膜蒸馏装置。

本发明所要解决的课题在于提供一种兼具了高水处理能力和小型性的膜蒸馏装置。另外，本发明所要解决的课题在于提供一种能够用于兼具高水处理能力和小型性的膜蒸馏装置的疏水性多孔膜。

用于解决课题的方案