CN105592915A - 构成为两列的ro/nf分离膜系统的化学清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及构成为两列的RO/NF分离膜系统的化学清洗方法，通过预测导致膜污染的原因物质，并利用适宜于该物质的化学清洗剂，对反渗透膜模块和纳滤膜模块进行化学清洗，从而恢复并维持分离膜的过滤性能。在分离膜的过滤工序中，因多种原因发生膜被污染的现象，而根据本发明，通过预测作为膜污染的原因物质，并利用适宜于该物质的化学清洗剂进行化学清洗，从而可提高清洗效率。由此，可确保较长的化学清洗周期，从而减少化学清洗所需的时间、药品费用等。
Description
技术领域
本发明涉及RO/NF分离膜系统的化学清洗方法，即，预测导致膜污染的原因物质，并利用适宜于该物质的化学清洗剂，对反渗透膜和纳滤膜进行化学清洗，从而恢复并维持分离膜的过滤性能。
背景技术
分离膜(Membrane)是使特定成分选择性地通过来对混合物进行分离的膜。分离膜是具有大小达到几纳米(nm)以上的孔(细孔)的多孔膜(PorousMembrane)。分离膜可分离出包含在水中的有机污染物质、无机污染物质、寄生虫、细菌等。
根据细孔的大小，分离膜分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等。与其他过滤工艺相比，利用分离膜所进行的水处理具有凝集剂等药品的使用量少、可减少所需的场地面积的优点。
虽然分离膜可利用较少的能源来实现固液分离，但是存在因分离膜被污染(Fouling)而降低膜的性能的问题。污染现象导致了包含在水中的浮游物质或具有容易吸附在分离膜表面的性质的物质堆积在膜表面和孔径，妨碍流体流动而减少渗透率。
结垢并不是膜本身的变质，而是污染物质所致的膜性能的下降，因此可通过清洗来恢复性能。若产生结垢，则会使渗透流速降低。结垢的形态包括附着层、凝胶层、水垢(Scale)、吸附层(AdsorbedLayer)等。附着层(AdsorbedLayer)具有因堆积在膜面而形成的层、由沉积的滤饼所形成的层或由水垢及附着物质所形成的层。
滤饼层为原液中的微粒子、微生物、胶体状物质等悬浮物质堆积在膜面上而形成的层。凝胶层为由于浓缩而溶解性高分子等溶质的膜面浓度上升而形成在膜面的凝胶状的非流动性层。水垢为由于浓缩而SiO2或CaSO4等难溶性物质过饱和而析出在膜面上的层。吸附层为包含在原液中的物质以特殊的方式吸附在膜面而形成的层。例如，带电的悬浮物质、可溶性高分子、表面活性剂等静电吸附在具有与之相反的电荷的膜而形成，或者消泡剂或油滴等疏水性物质或疏水性膜通过疏水吸附等而形成。
使微滤膜或超滤膜的通量恢复的清洗方法有物理方法和化学方法。物理方法有空气洗涤(AirScrubbing)、水洗(Flushing)及反向过滤(ReverseFiltration)。空气洗涤通过利用空气的波动来去除膜面的悬浮物质，水洗通过利用原水来去除膜面的悬浮物质，反向过滤通过向与供给方向相反的方向供给过滤水或压缩空气来去除悬浮物质。
在微滤膜或超滤膜中，空气洗涤及反向过滤(AS&RF：AirScrubbing&ReverseFiltration)为传统的物理清洗方法。在上述方法中，在正常进行过滤后，以一定间隔、一定时间实施使过滤水向与正常过滤方向的反方向以正常过滤速度以上的速度流动，同时压入压缩空气(Air)并剧烈地晃动膜的操作，从而去除附着在膜表面的异物。上述方法所需的时间为每进行10～60分钟的正常过滤则实施5～150秒左右。上述方法的清洗周期具有间歇连续性。
化学清洗方法通过利用清洗液化学性地分解附着在分离膜的污染物质。化学清洗包括用于去除无机污染物的酸洗、用于去除有机污染物质的碱洗或利用表面活性剂、酶、消毒剂的清洗。根据诱发结垢的物质来选择并使用清洗剂。例如，在因有机物或微生物而引起膜污染的情况下，使用氧化剂(次氯酸钠(NaOCl)、过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3))。在因脂肪或矿物油而引起膜污染的情况下，使用表面活性剂(各种离子型或非离子型表面活性剂、乳化剂)，在因钙水垢或金属物质而导致膜污染的情况下，使用酸(硝酸(HNO3)、磷酸(H2PO4)、盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、柠檬酸、乙二酸)，在因硅水垢或腐殖质而导致膜污染的情况下，使用碱(氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)、碳酸钠(Na2CO3))。
以往的传统化学清洗方法为原位清洗(CIP，CleaningInPlace)。当膜间压差达到临界值时实施上述方法。上述方法为通常使用的化学循环型(ChemicalCirculationType)方法。上述方法通常需要4～24个小时，冲洗(Rinse)时间也较长。在因污染物质而形成压差的情况下实施上述方法，其需要高浓度的碱溶液和高浓度的酸溶液，药品的使用量也较多。
诱发膜污染的异物的种类有浮游性粒子、胶体、有机物、微生物、钙盐等的无机盐等多种。因此，不容易预先预测因这些多种污染物质而引起的膜污染现象。
通常，广为使用的用于预先预测反渗透工序和纳滤工序中的膜污染现象的方法为淤塞密度指数(SDI，SiltDensityIndex)测定方法。淤塞密度指数是用于表示分离膜受污染的可能性的尺度，使用具有大小为0.45μm的网眼的过滤器来测定因浮游物(SS，suspendedsolid)成分而产生的污染的程度，以使水按30psid的压力向直径为47mm的过滤器流动的方式进行测定。此时，在测定初始500ml的水流动所需的时间T0后，等待15分钟T，之后重新测定500ml的水流动所需的时间T1，将这两种时间的比率用作尺度。
如上所述的SDI测定方法是目前最广泛使用的、在反渗透工序和纳滤工序中用于预测流入水的膜污染趋势的方法。通常，若SDI低于3，则可视为污染程度并不严重，而若SDI高于5，则可视为污染程度严重。但是，SDI测定仅可用于预测膜污染程度。
并且，目前所使用的化学清洗运行方法通常以与污染物质无关的方式分别执行酸洗和碱洗。因此，由于特定污染物质不明确，清洗所需的时间较长。
因此，与SDI相比，更需要如下化学清洗方法，即，预先预测在实际工序中出现的导致膜污染的原因物质，使用适宜于该物质的化学清洗剂，对分离膜系统进行清洗，从而可提高清洗效率。
作为一例，韩国特许公开第10-2010-0116847号涉及智能型高效率分离膜维持清洗装置及方法，其公开了实时测定原水的水质来检测所有藻类的个体数量，并根据所有藻类的个体数量来选择不同药品，从而对分离膜进行清洗的方法及装置。
[现有技术文献]
[专利文献]
韩国公开特许第10-2010-0116847号
发明内容
所要解决的技术问题
为了解决如上所述的问题，本发明目的在于提供一种构成为两列的RO/NF分离膜系统的化学清洗方法，根据该方法，通过预测导致膜污染的原因物质，并选择适宜于该物质的化学清洗剂，对反渗透膜模块和纳滤膜模块进行化学清洗，从而可提高清洗料率。
解决问题的手段
为了解决如上所述的问题，本发明提供一种利用化学清洗剂对构成为两列的RO/NF分离膜系统进行化学清洗的方法，所述RO/NF分离膜系统包括第一列反渗透膜模块或第一列纳滤膜模块、以及第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块，其中所述第一列反渗透膜模块或第一列纳滤膜模块用于对借助高压泵流入的原水进行处理，将其分离成第一产出水和第一浓缩水，所述第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块用于对上述第一浓缩水进行处理，将其分离成第二产出水和第二浓缩水，
所述构成为两列的RO/NF分离膜系统的化学清洗方法包括：测定向上述第一列反渗透膜模块或第一列纳滤膜模块流入的原水的压力与向上述第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块流入的第一浓缩水的压力之间的差值ΔP1，以及测定向上述第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块流入的第一浓缩水的压力与从上述第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块排出的第二浓缩水的压力之间的差值ΔP2的步骤；对上述ΔP1和ΔP2进行比较，确定化学清洗剂的步骤；以及使用所确定的上述化学清洗剂，对反渗透膜模块和纳滤膜模块进行化学清洗的步骤。
发明效果
在分离膜的过滤工序中，因多种原因会发生膜被污染的现象，而根据本发明，此时，通过预测导致膜污染的原因物质，并利用适宜于该物质的化学清洗剂实施化学清洗，从而可提高清洗效率。由此，可确保较长的化学清洗周期，从而减少化学清洗所需的时间、药品费用等。
附图说明
这些附图用于在说明本发明实施例的过程中进行参照，因此，不应将本发明的技术思想限定于附图来进行解释。
图1为简要示出本发明实施例的构成为两列的RO/NF分离膜系统的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明，从而可使本发明所属技术领域的普通技术人员容易实施本发明。但是，可以以多种不同的实施方式体现本发明，本发明并不限定于下面进行说明的实施例。
为了明确说明本发明，省略了与说明无关的部分，在说明书全文中，对相同或类似的结构要素赋予了相同的附图标记。
图1为简要示出本发明实施例的构成为两列的RO/NF分离膜系统的框图。
参照图1，本发明实施例的构成为两列的RO/NF分离膜系统100可应用于对饮用水、污水、废水、工业废水等进行净化处理的水处理装置，或者可应用于海水淡化的水处理装置、制药公司等为了制备超纯水而使用的水处理装置。
例如，水处理装置基本包括高压泵P1、第一列反渗透膜模块10和第二列纳滤膜模块20。为了便于说明，在第一列和第二列分别示出了反渗透膜模块和纳滤膜模块，但可使用以下组合来形成第一列和第二列，即，纳滤膜模块和反渗透膜模块、纳滤膜模块和纳滤膜模块、反渗透膜模块和反渗透膜模块。
上述高压泵P1用于以高压的方式供给原水，从而可使作为被处理对象的原水向反渗透膜渗透。此时，根据需要，可对向第一列反渗透膜模块10流入的原水进行预处理工序。
其中，对于向第一列反渗透膜模块10供给的原水而言，其所包含的离子被去除，由此分离成第一产出水和第一浓缩水。上述反渗透膜的材质为有机高分子，所使用的有机高分子可选自由醋酸纤维素(CelluloseAcetate)、聚磺酸盐(Polysulfonate)、聚酰胺(Polyamide)组成的组。并且，上述反渗透膜模块(Module)可使用管型、螺旋型，中空丝膜型，平膜型等。
未向上述第一列反渗透膜模块10渗透的离子在流入水的剩余部分浓缩，并分离成第一浓缩水，该第一浓缩水向第二列纳滤膜模块20流入。
此时，在第二列纳滤膜模块20选择性地去除第一浓缩水所包含的诱发水垢的二价阳离子及与该二价阳离子产生沉淀反应的阴离子，使第一浓缩水分离成第二产出水和第二浓缩水。
以如上所述的方式去除异物的第一产出水和第二产出水可储存于产出水箱(未图示)，第二浓缩水则向外部排出。
上述的第一列反渗透膜模块10和第二列纳滤膜模块20由在上述中所提及的用于对各种原水进行净化处理的公知技术的分离膜模块形成，因此在本说明书中省略对其结构的更详细的说明。
如此，若实施使原水连续经由上述第一列反渗透膜模块10和上述第二列纳滤膜模块20的过滤工序，则原水所包含的污染物质附着在分离膜的表面，从而造成膜污染。随着膜污染的推进，引起渗透流量降低，压差增加。由此，为了在膜过滤工序中维持稳定的产量，通过化学清洗来谋求长期运行。
本发明实施例的上述构成为两列的RO/NF分离膜系统100的化学清洗方法中，通过预测导致膜污染的原因物质，并利用适宜于该原因物质的化学清洗剂来进行化学清洗，从而可维持、恢复分离膜模块的净化性能。
为此，本发明实施例的上述RO/NF分离膜的化学清洗方法利用第一列反渗透膜模块10和第二列纳滤膜模块20的各个端的压力差。
即，利用作为第一列反渗透膜模块10端的压力差的ΔP1和作为第二列纳滤膜模块20端的压力差的ΔP2，来预测导致膜污染的原因物质，其中上述ΔP1为向上述第一列反渗透膜模块10流入的原水的压力与向上述第二列纳滤膜模块20流入的第一浓缩水的压力之间的差值，上述ΔP2为向上述第二列纳滤膜模块20流入的第一浓缩水的压力与从上述第二列纳滤膜模块20排出的第二浓缩水的压力之间的差值。
对以如上所述方式测定的ΔP1和ΔP2进行比较，来确定化学清洗剂。
在上述ΔP1大于上述ΔP2的情况下，膜被污染的原因被预测为在第一列反渗透膜模块10中经常发生的由微生物、胶体粒子等有机物不溶性物质引起的滤饼层污染。由此，将碱性化学清洗剂确定为用于进行化学清洗的清洗剂。此时，碱性化学清洗剂可使用选自由氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)及碳酸钠(Na2CO3)组成的组中的一种。
相反地，在ΔP2大于ΔP1的情况下，膜被污染的原因被预测为在第二列纳滤膜模块20中经常发生的由于浓缩而过饱和的无机物质等引起的水垢层污染。由此，将酸性化学清洗剂确定为用于进行化学清洗的清洗剂。此时，酸性化学清洗剂可使用选自由硝酸(HNO3)、磷酸(H2PO4)、盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、柠檬酸，及乙二酸组成的组中的一种。
使用以如上所述的方式确定的上述化学清洗剂来对第一列反渗透膜模块和第二列纳滤膜模块进行化学清洗。
此时，为了进行化学清洗，可使膜模块浸渍于溶解有化学清洗剂的清洗液，或者可使清洗液在膜模块的内部循环。上述分离膜模块的化学清洗方法为在本发明所属领域广泛知晓的公知技术，因此在本说明书中省略更详细的说明。
如上所述，利用各个端的压力差值来预测膜被污染的原因的污染物质，并选择适宜的化学清洗剂来进行化学清洗，从而可提高清洗效率。
因此，可确保较长的化学清洗周期，从而减少化学清洗所需的时间、费用，可提高生产效率。
以上，虽然对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明并不限定于本发明的优选实施例，在本申请权利要求书范围、发明的详细说明及附图的范围内可对本发明进行多种变形，而且这毋庸置疑地属于本发明的范围。
附图标记的说明
10：第一列反渗透膜模块20：第二列纳滤膜模块
P1：高压泵
Claims (5)
1.一种构成为两列的RO/NF分离膜系统的化学清洗方法，
利用化学清洗剂对构成为两列的RO/NF分离膜系统进行化学清洗，其中所述RO/NF分离膜系统包括第一列反渗透膜模块或第一列纳滤膜模块、以及第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块，所述第一列反渗透膜模块或第一列纳滤膜模块用于对借助高压泵流入的原水进行处理，将其分离成第一产出水和第一浓缩水，所述第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块用于对上述第一浓缩水进行处理，将其分离成第二产出水和第二浓缩水，
所述化学清洗方法包括：测定向上述第一列反渗透膜模块或第一列纳滤膜模块流入的原水的压力与向上述第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块流入的第一浓缩水的压力之间的差值ΔP1，以及测定向上述第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块流入的第一浓缩水的压力与从上述第二列反渗透膜模块或第二列纳滤膜模块排出的第二浓缩水的压力之间的差值ΔP2的步骤；对上述ΔP1和ΔP2进行比较，确定化学清洗剂的步骤；以及使用所确定的上述化学清洗剂，对反渗透膜模块和纳滤膜模块进行化学清洗的步骤。
2.根据权利要求1所述的构成为两列的RO/NF分离膜系统的化学清洗方法，其特征在于，在上述ΔP1大于上述ΔP2的情况下，将碱性化学清洗剂确定为化学清洗剂。
3.根据权利要求1所述的构成为两列的RO/NF分离膜系统的化学清洗方法，其特征在于，在上述ΔP2大于上述ΔP1的情况下，将酸性化学清洗剂确定为化学清洗剂。
4.根据权利要求2所述的构成为两列的RO/NF分离膜系统的化学清洗方法，其特征在于，上述碱性化学清洗剂选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵及碳酸钠组成的组中的一种。
5.根据权利要求3所述的构成为两列的RO/NF分离膜系统的化学清洗方法，其特征在于，上述酸性化学清洗剂选自由硝酸、磷酸、盐酸、硫酸、柠檬酸及乙二酸组成的组中的一种。
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