CN101646482A - 膜分离方法和膜分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能评价供给液且能更直接地监控在反渗透膜上产生的结垢等问题的膜分离方法和膜分离装置。膜分离装置具有供给供给液而得到透过液和浓缩液的反渗透膜组件(3)，其特征在于，设有如下机构：具有膜面(11a)可监控的分离膜(11)并导入供给液而进行膜分离的供给侧膜分离机构(10)、和具有膜面(21a)可监控的分离膜(21)并导入浓缩液而进行膜分离的浓缩侧膜分离机构(20)。
Description
技术领域
本发明涉及可以监控反渗透膜组件的供给液和浓缩液两者的膜分离方法和膜分离装置。
背景技术
利用反渗透膜的分离技术被广泛用于盐水、海水等的通过脱盐的淡水化、超纯水的制造等中。但是，随着处理的持续，反渗透膜的透过通量降低，操作压力上升，因而此时为了使膜性能恢复，停止运转并进行反渗透膜的清洗的处理成为必要。
以往，在使用反渗透膜进行水处理时，为了降低这样的膜清洗频度，提高处理效率，实施如下方法：用各种方法来评价向反渗透膜装置供给的水，按照使该值为规定值以下的方式，根据需要进行前处理，通过使反渗透膜供给水达致某种程度的澄清，从而避免反渗透膜装置中的透过通量的降低、操作压力的上升等阻碍，持续进行稳定运转。
作为这样的评价，已知有在JIS K3802中定义的污垢指数(FI)，或在ASTM D4189中定义的污染密度指数(SDI)，或由谷口提出的作为更简便的评价方法的MF值(Desalination，vol.20，p.353-364，1977)。
对于该FI值、SDI值、MF值，都是测定用孔径0.45μm的精密过滤膜过滤反渗透膜供给水时的规定的过滤时间，基于该测定值而算出。而在下述的专利文献1中，公开了使用上述的精密过滤膜来评价提供给反渗透膜装置的水的好坏并根据此评价结果进行运转管理的反渗透膜装置。
但是，在这种反渗透膜装置中，尽管通过评价供给水来实施运转管理，但现实中由于某种原因使反渗透膜出现结垢时，就不能通过供给水的精密过滤膜来对其进行评价。
另外，在下述的专利文献2中，公开了副组件与主组件并列设置，一边供给相同的供给水在同一条件下进行反渗透膜分离，一边监控副组件的工作状态的膜分离装置。另外，作为副组件，记载有膜面积小、监控透过通量、监控有效差压等方面。
然而，在该膜分离装置中，例如发生结垢等问题时，为了确切地检测出结垢，要制成副组件的供给侧流路的浓度极化比主组件更难以发生的构造等，需要在构造上下工夫，有所检测的确切性、具体性降低的问题。
专利文献1：特开2004-188387号公报
专利文献2：特开平10-286445号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供能评价供给液且能更直接地监控在反渗透膜上产生的结垢等问题的膜分离方法和膜分离装置。
上述目的可以通过如下所述的本发明而达成。
即，本发明的膜分离方法，将供给液提供给反渗透膜组件而得到透过液和浓缩液，其特征在于，将所述供给液导入膜面可监控的供给侧分离膜而进行膜分离，并且，将所述浓缩液导入膜面可监控的浓缩侧分离膜而进行膜分离。
根据本发明的膜分离方法，不仅设有供给侧分离膜，而且设有导入浓缩液进行膜分离的浓缩侧分离膜，由于它们可以监控膜面，因此可以评价供给液，且可以更直接地监控在反渗透膜上产生的结垢等问题。也就是说，供给液的评价可以通过供给侧分离膜来直接目视判断异物的混入等，并且，可以通过染色剂的添加等，进行有机物、无机物、菌类等的监控等。另外，对于结垢等而言，可以通过目视直接监控其向浓缩侧分离膜的膜面的堆积。
在上述中，优选所述浓缩侧分离膜是平均孔径1μm以下的平板膜，该平板膜的供给侧流路由透明材料形成。通过这样的平均孔径的平板膜，可以在膜面俘获生成的结垢，可以介由供给侧流路的透明材料，通过目视、图像解析等，更简易地监控结垢等。
另外，优选测量所述供给侧分离膜的透过流量，且测量所述浓缩侧分离膜的透过流量，由两者的透过流量的关系判断有无结垢生成。如果生成了结垢，与供给侧分离膜相比，浓缩侧分离膜的透过流量显著降低，因此可以通过测量两者的透过流量，由两者的关系容易地判断有无结垢生成。
另一方面，本发明的膜分离装置，是具有供给供给液而得到透过液和浓缩液的反渗透膜组件的膜分离装置，其特征在于，设有：具有膜面可监控的分离膜并导入所述供给液而进行膜分离的供给侧膜分离机构、和具有膜面可监控的分离膜并导入所述浓缩液而进行膜分离的浓缩侧膜分离机构。
根据本发明的膜分离装置，不仅设有供给侧膜分离机构，而且设有导入浓缩液进行膜分离的浓缩侧膜分离机构，由于它们可以监控膜面，因此可以评价供给液，并且可以更直接地监控在反渗透膜上产生的结垢等问题。也就是说，供给液的评价可以通过供给侧分离膜来直接目视判断异物的混入等，另外，可以通过染色剂的添加等，进行有机物、无机物、菌类等的监控等。另外，对于结垢等而言，可以通过目视直接监控其向浓缩侧分离膜的膜面的堆积。
另外，由于以上理由，优选所述浓缩侧膜分离机构的分离膜是平均孔径1μm以下的平板膜，该平板膜的供给侧流路由透明材料形成。
进而，由于以上理由，优选进一步设有：测量所述供给侧膜分离机构的透过流量的供给侧流量测量机构，和测量所述浓缩侧膜分离机构的透过流量的浓缩侧流量测量机构。
附图说明
图1是表示本发明的膜分离装置的一例的简要构成图。
图2是表示本发明的膜分离装置的主要部分的其它例子的立体图。
符号说明：3-反渗透膜组件，10-供给侧膜分离机构，11-供给侧的分离膜，11a-膜面，20-浓缩侧膜分离机构，21-浓缩侧的分离膜，21a-膜面，31-供给侧流量测量机构，32-浓缩侧流量测量机构。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的膜分离装置的一例的简要构成图。
本发明的膜分离方法，是将供给液提供给反渗透膜组件而得到透过液和浓缩液的膜分离方法。这样的膜分离方法可以使用本发明的膜分离装置很好地实施。
即，如图1所示，本发明的膜分离装置具有供给供给液而得到透过液和浓缩液的反渗透膜组件3。在本实施方式中，示出了设有将3组反渗透膜组件3a～3c并联而成的反渗透膜组件3的例子。
作为反渗透膜组件3，例如可以使用螺旋型、空心丝型、管状型、板框型等任意型式，但优选使用在有孔中心管的周围卷绕有反渗透膜、供给侧流路件及透过侧流路件的螺旋型分离膜元件的螺旋型。反渗透膜组件3可以使用备有单个或多个膜元件的组件。多个膜元件通常串联，也可以将多个反渗透膜组件串联或并联。
对在反渗透分离组件3中使用的构成反渗透膜的材料没有特别限定，例如，可以使用乙酸纤维素、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯等各种高分子材料。
作为反渗透膜的膜形态，有空心丝、平板膜、管状膜等，可以将平板膜组入到螺旋、板框式的组件中使用，可以将空心丝多根成束而组入到组件中使用。
供给液的供给例如用泵P1进行，来自路径1的供给液升压至规定的运转压。被升压的供给液介由路径2而提供给反渗透膜组件3。在反渗透膜组件3中，进行反渗透膜分离，已除去盐类等的透过液经由路径4而被取出，盐类等被浓缩的浓缩液经由路径5而被取出。
来自反渗透膜组件3的浓缩液，可以作为排出液而放出，而为了提高回收率，也可以使其一部分在供给液侧循环。来自反渗透膜组件3的透过液被提供给下一个反渗透膜组件中，或蓄积于贮槽中，然后被使用等。
本发明的膜分离方法的特征在于，在上述那样的膜分离方法中，将所述供给液导入膜面1a可监控的供给侧分离膜11而进行膜分离，并且将所述浓缩液导入膜面21a可监控的浓缩侧分离膜21而进行膜分离。
另外，本发明的膜分离装置的特征在于，设置有：具有膜面11a可监控的分离膜11并导入供给液而进行膜分离的供给侧膜分离机构10，和具有膜面21a可监控的分离膜21并导入浓缩液而进行膜分离的浓缩侧膜分离机构20。
在本实施方式中，示出如下所示的例子，即进一步设置对供给侧膜分离机构10的透过流量进行测量的供给侧流量测量机构31，和对浓缩侧膜分离机构20的透过流量进行测量的浓缩侧流量测量机构32，由两者的透过流量的关系判断有无结垢生成。
供给侧膜分离机构10只要具有膜面11a可监控的分离膜11即可，本发明中的“可监控”，是指可以通过目视、分析装置来对膜面11a附近的状态进行观察或检测等。因此，分离膜11、21不限于平板膜，也可以使用将外压式的空心丝膜、平板膜褶状化的膜等，但由于平板膜容易监控膜面11a，因而优选。
作为供给侧膜分离机构10，优选能固定平板膜、供给侧流路由透明材料12形成的机构。例如，可以使用通过组装分离膜11而能够观察膜面11a的污迹那样的全量过滤型的分离膜单元、交叉流动型的分离膜单元(浓缩侧膜分离机构20也同样)。另外，也可以使用能够利用光谱学方法、基于图像解析的方法、基于微量点样的方法等进行分析的分离膜单元。
透明材料12、22可以是无色透明，也可以是有色透明，优选自然光或分析光的透射率大的材料。在图示的全量过滤型的分离膜中，具有例如形成有分离膜11、21的透过侧流路的本体部13、23，装于其中而支承分离膜11、21的多孔质支承体，和介由密封材料等用螺栓等在本体部13、23上紧固的透明材料12、22。如果使用全量过滤型的分离膜，则有能够确切地发现、检测出异物的存在等的优点。
在供给侧膜分离机构10中，通过由供给液的路径2分支的路径2a而导入供给液。此时，在供给侧膜分离机构10的运转压力和反渗透膜组件3的运转压力大为不同时，优选设置压力调节阀15和压力计16，来调整供给侧膜分离机构10的运转压力。
在供给侧膜分离机构10中，例如尘埃、微粒等流入物等异物可以直接通过平均孔径1μm以下的精密过滤膜而在膜面11a上分离，可以通过目视对其进行监控。监控可以是经常或间歇地进行的方法，也可以是仅在膜分离装置发生异常时进行监控的方法。
在本实施方式中，示出设置对导向供给侧膜分离机构10的供给液的路径2a添加染色剂来检测染色物的检测机构34的例子。染色剂例如通过泵33而由染色剂的贮槽供给。通过添加染色剂，可以通过检测机构34容易地进行作为供给液而成为问题的有机物、无机物、菌类等的监控。染色剂可以用经常或间歇地添加的方法，也可以用仅在发生异常时添加的方法。
作为针对有机物的染色剂，可以举出甲苯胺蓝、阿尔新蓝(都是和光纯药工业制)等。有机物可以根据其性状等而通过精密过滤膜、超滤膜、或反渗透膜而在膜面11a上进行分离，可以通过目视或分析对其进行监控。但是，通过使用与在反渗透膜组件3中使用的分离膜相同的膜，可以再现该膜面的状况，更直接地进行监控。作为进行分析的检测方法，可以用分光测色计进行测定、利用分光光度计对膜面的反射光进行测定，来进行有机物的判定、定量。
作为针对成为问题的无机物的染色剂，可以举出对其显示出吸附性的染料等。成为问题的无机物可以根据其性状等而通过精密过滤膜、超滤膜、或反渗透膜而在膜面11a上进行分离，可以通过目视或分析对其进行监控。作为进行分析的检测方法，可以用分光测色计进行测定、利用分光光度计对膜面的反射光进行测定，来进行无机物的判定、定量。
作为针对菌类的染色剂，可以举出2，3，5-三苯基四唑鎓氯化物、三磷酸腺苷(荧光染色)等。菌类可以通过平均孔径1μm以下的精密过滤膜而在膜面11a上进行分离，可以通过目视或分析对其进行监控。作为进行分析的检测方法，可以用分光测色计进行测定、利用分光光度计对膜面的反射光进行测定，来进行菌类的定量。另外，对于菌类，可以通过添加酶底物等使其显色、发光，也可以由此鉴定菌种。
这样，在监控供给液时，可以通过经常或定期的监控来确认有无供给液的污染、合适度。另外，在反渗透膜组件3出现异常时的监控中，可以在不拆卸组件的情况下探明其原因，使迅速的应对(对有机物、菌类进行碱清洗)成为可能。
另一方面，在浓缩侧膜分离机构20中，通过由浓缩液的路径5分支的路径5a而导入供给液。此时，在浓缩侧膜分离机构20的运转压力和反渗透膜组件3的运转压力大为不同时，优选设置压力调节阀25和压力计26，来调整浓缩侧膜分离机构20的运转压力。
浓缩侧膜分离机构20只要具有膜面21a可监控的分离膜21即可，可以采用与供给侧膜分离机构10同样的膜。但是，从高效地进行结垢的监控的角度考虑，优选浓缩侧膜分离机构20的分离膜21是平均孔径1μm以下的平板膜(精密过滤膜)。
所谓结垢，是供给液中含有的矿物质成分等在组件内被浓缩而达到溶解度以上的浓度时析出的无机盐类。由于析出的无机盐类成长至1μm以上，因而可以在分离膜21的膜面21a上分离，可以用目视判断有无结垢。在结垢发生时，进行酸清洗是有效的。
为了更确切地判断有无结垢生成，优选进一步设有：对供给侧膜分离机构10的透过流量进行测量的供给侧流量测量机构31，和对浓缩侧膜分离机构20的透过流量进行测量的浓缩侧流量测量机构32，由两者的透过流量的关系判断有无结垢生成。
作为流量测量机构31、32，可以是目视型的，但在用电信号自动判定有无结垢生成等时，优选可以输出与流量对应的检测信号的机构。如果生成结垢，则与供给侧分离膜11相比，浓缩侧分离膜21的透过流量显著降低，因此可以通过计算两者的透过流量变化的程度(微分值等)进行比较，从而判断有无结垢生成。
如上所述的本发明的膜分离方法和膜分离装置，可以很好地使用于盐水、海水等的通过脱盐的淡水化、超纯水的制造等、废液处理、污水处理、其它水处理等中。此时，可以评价供给液，并且可以更直接地监控在反渗透膜上产生的结垢等问题，因此可以在不招致反渗透膜的透过通量降低的情况下，长时间稳定地运转反渗透膜装置，另外，即便在现实中出现问题时，也可以根据监控结果进行迅速而有效的应对。
[其它实施方式]
(1)在上述的实施方式中，作为供给侧膜分离机构和浓缩侧膜分离机构，例示使用全量过滤型的分离膜单元，但在本发明中，可以在供给侧膜分离机构和浓缩侧膜分离机构的至少一方使用图2所示的交叉流动型的分离膜单元。通过使用交叉流动型的分离膜单元，可以防止膜面的孔堵塞等，长时间进行供给液的监控。
在图2所示的例子中，具有例如形成有分离膜11的透过侧流路的本体部13，装于其中而支承分离膜11的多孔质支承体，和介由密封材料等用螺栓等在本体部13上紧固的透明材料12；在由透明材料12形成的供给侧流路的上游侧，设有供给液的导入口12a，在供给侧流路的下游侧，设有供给液的排出口12b。由此，通过供给液在膜面11a上沿箭头方向流动，可以有效防止膜面的孔堵塞等，长时间进行供给液的监控。
(2)在上述的实施方式中，示出总是设置供给侧膜分离机构和浓缩侧膜分离机构的例子，但在本发明中，可以将供给侧膜分离机构和/或浓缩侧膜分离机构以可以装卸的方式设置于膜分离装置，在分析等时将其脱离而使用。另外，也可以设置多个供给侧膜分离机构和/或浓缩侧膜分离机构，将其中某个以可以装卸的方式设置于膜分离装置，在分析等时将其脱离而使用。
另外，通过使用从膜分离装置上脱离的供给侧膜分离机构，使检测出的菌类增殖，从而可以检查菌类的增殖性。
(3)在上述的实施方式中，示出在供给侧膜分离机构和/或浓缩侧膜分离机构中使用精密过滤膜、超滤膜的例子，但在本发明中，也可以使用反渗透膜。在使用反渗透膜时，通过使用与在反渗透膜组件3中使用的分离膜相同或类似的膜，可以再现该膜面的状况，更直接地进行监控。此时，尤其以交叉流动方式利用膜面可监控的分离膜进行膜分离，从而可以使组件内的膜分离状态以更好的精度再现(即，可以进行伪组件化)。另外，通过导入浓缩水，以交叉流动方式利用膜面可监控的分离膜进行膜分离，从而可以加速试验性地评价组件内的膜分离状态。尤其是在交叉流动方式中，对于吸附物向分离膜的解析变得有利。
(4)在上述的实施方式中，示出在供给侧膜分离机构将分离后的透过液排出到体系外的例子，但在本发明中，也可以通过泵P1使分离后的透过液循环到上游侧。由此，可以提高膜分离装置中的回收率。
(5)在上述的实施方式中，示出未设置反渗透膜的清洗机构的例子，但在本发明中，基于监控的结果，优选设置进行反渗透膜清洗的清洗机构。对于有机物、菌类而言进行碱清洗的清洗机构是有效的，在发生结垢时，进行酸清洗的清洗机构是有效的。此外，也可以设置进行逆流清洗的逆清洗机构。
Claims (6)
1.一种膜分离方法，是将供给液提供给反渗透膜组件而得到透过液和浓缩液的膜分离方法，其特征在于，
将所述供给液导入膜面可监控的供给侧分离膜而进行膜分离，且将所述浓缩液导入膜面可监控的浓缩侧分离膜而进行膜分离。
2.根据权利要求1所述的膜分离方法，其中，
所述浓缩侧分离膜是平均孔径1μm以下的平板膜，该平板膜的供给侧流路由透明材料形成。
3.根据权利要求1所述的膜分离方法，其中，
测量所述供给侧分离膜的透过流量，且测量所述浓缩侧分离膜的透过流量，由两者的透过流量的关系判断有无结垢生成。
4.一种膜分离装置，是具有供给供给液而得到透过液和浓缩液的反渗透膜组件的膜分离装置，其特征在于，设置有如下机构：
具有膜面可监控的分离膜且导入所述供给液而进行膜分离的供给侧膜分离机构、和
具有膜面可监控的分离膜且导入所述浓缩液而进行膜分离的浓缩侧膜分离机构。
5.根据权利要求4所述的膜分离装置，其中，
所述浓缩侧膜分离机构的分离膜是平均孔径1μm以下的平板膜，该平板膜的供给侧流路由透明材料形成。
6.根据权利要求4所述的膜分离装置，其中，
还设有对所述供给侧膜分离机构的透过流量进行测量的供给侧流量测量机构、和对所述浓缩侧膜分离机构的透过流量进行测量的浓缩侧流量测量机构。
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