CN109675438A - 预防滤膜上的微生物生长的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在脱盐过程期间预防滤膜上的微生物生长的方法。该方法包括通过连续地或间歇地将过氧甲酸引至膜表面而将膜暴露于低浓度的过氧甲酸。在根据本发明将过氧甲酸加入水流时，不存在通过膜的水流量的显著降低。

Description

预防滤膜上的微生物生长的方法
本申请是母案为中国发明专利申请201280065349.2的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于在脱盐过程期间预防滤膜上的微生物生长和膜的生物污染的方法。滤膜上的微生物生长和膜的生物污染通过将少量过氧甲酸引至膜表面得以预防。通过将少量的过氧甲酸引至膜表面，则不存在流量的显著降低。
背景技术
海水的盐度是约30-50g/l而半咸水的盐度是0.5-30g/l。为了使得盐水可用于人类消耗或灌溉，应将水脱盐。脱盐是指从盐水除去至少一定量盐和其它矿物的数种过程。
在脱盐中，能够应用数种技术。一般应用的技术使用膜并且施加反渗透。膜可以是不同类型的滤膜，比如反渗透膜或超滤膜。使用膜的缺点是膜在操作期间逐渐被污染。
根据目前的实践，脱盐系统在膜之前使用氧化性或非氧化性的杀生物剂作为在盐水流中快速起效的消毒剂以预防膜污染。典型的氧化剂是含氯化合物。所述氧化剂必须具有很强的杀生物效果，原因是甚至一个活微生物达到膜就可以导致生物膜形成。该系统的缺点是氧化性杀生物剂可以在与膜表面接触时损害膜。尤其是，如果膜连续地暴露于氧化剂则期望发生膜损害。为了避免膜损害，通常加入还原剂以在氧化性杀生物剂达到膜之前将其中和。
氧化剂用于膜清洁的用途已在某些现有技术公开中提及。例如JP2000117069描述间断式清洁程序，其中将含有过氧乙酸、过氧化氢和乙酸的氧化性杀菌剂掺入滤膜组件的回洗水(back-washing water)中，而回洗每0.3-2小时周期地进行0.5-2分钟。膜能够耐受这种非连续的短期暴露。
US 2007/0056904A1也描述用水可溶有机或无机过氧化物例如过氧酸的清洁方法。该公开提及连续或间断将氧化剂给至注入流，或这些技术的组合。连续给予氧化剂意指连续地加入氧化剂，持续一定的短时间段，例如400或1500秒，如US 2007/0056904A1实例的描述。该公开提及优选将一种或多种还原剂(例如亚硫酸氢盐)给予至注入水流以改善过氧化物化合物的效能。应注意，亚硫酸氢盐或其它还原剂的使用违反(against)脱盐过程中的最佳实践。
JP 2005154551描述包含具有过硫酸盐的含有机过氧酸的水溶液的灭菌清洁剂组合物。该清洁剂组合物的目的在于医学设备、水处理设备和食品生产机械的灭菌清洁。
尽管预防微生物生长的各种试剂比如氧化剂已被用于膜清洁，仍然存在用于预防膜上的微生物生长和生物膜形成的改善方法的需要。
发明概要
本发明的一个目的是提供用于预防膜上的微生物生长和膜的生物污染的改善的方法。尤其是，本发明的目的是提供一种方法，其不损害膜并且连续地保持膜不发生微生物生长和生物污染。
在本发明中，已令人惊讶地发现在将少量的过氧甲酸连续地或间歇地引入膜表面的情况下，不存在流量或脱盐率的显著降低。
发明人已发现在使用过氧甲酸情况下消毒有效的量较小，并且在膜操作期间人们能够令人惊讶地以连续或间歇的方式让过氧甲酸(PFA)流至膜上并与膜接触。与将氧化性杀生物剂用作消毒剂的现有技术相比，该发现提供的显著益处。
从而，本发明提供用于在脱盐过程期间预防滤膜上的微生物生长和膜的生物污染方法。该方法包括通过连续地或间歇地将PFA引至膜表面将膜暴露于PFA，由此预防微生物对膜表面的粘附和微生物生长的引发。
在脱盐厂中的微生物的生长和生物膜形成通过出于消毒意图连续地或间歇地将过氧甲酸加至与膜接触的水而得以控制的情况下，并不需要在其到达膜之前用还原剂中和氧化剂。
更特别地，根据本发明的方法的特征是权利要求1的特征部分和根据本发明的用途的特征是权利要求5的特征部分。
本发明具有相对现有技术的显著益处。首先，现今实际上总是用来中和氧化剂的还原剂是完全不需要的。这使得方法简单化，并且减少所需不同化学品的量。
实现的第二个益处是活性剂，即PFA，实际上达到膜表面并且在生物膜细菌试图附着和引发生物膜形成的位置控制生物膜生长。这是与目前实践相比的显著益处，在所述目前实践中活性氧化性杀生物剂从未达到期望发生其主要功能也即生物膜控制的位置。相反地，在目前实践中人们需要依赖远离最终目标而完成的快速消毒，和需要依赖消毒会预防膜表面上的生物膜形成。与在生物膜试图出现的位置的直接控制相比，目前实践并不是那么有效的。
附图说明
图1显示对照A和加入PFA的B之间的渗透流量比较。
发明详述
目前发现通过在脱盐过程期间将过氧甲酸连续地或间歇地加入接触水流的膜表面而实现优异效果。
从而，根据本发明，提供用于预防膜上的微生物生长的方法，其中氧化剂不损害膜。
有待通过脱盐处理的水在本文中尤其是指盐水，其包含0.5至50g/l、优选1至40g/l的总溶解固体。
过氧甲酸能够被连续地或间歇地加入与滤膜接触的水流。关键的是，加入涉及随后到达膜的基本相同的水级分。
PFA能够在脱盐厂运行的同时连续地或间歇地加入而不将其中断，这是显著的优势。
"连续地将过氧甲酸引至接触水流的膜表面"意指将过氧甲酸连续地加入与滤膜接触的流动水。
连续地意指至少12小时，在某些实施方式中为至少18小时，在某些实施方式中为至少24小时，一般为至少1周多至例如4周，在某些实施方式中多至8周，取决于过程的持续时间。实际上，连续加入并无时间上限；在脱盐过程出于其它原因中断时则其也中断。
尽管将PFA连续地引至接触水流的膜表面并不存在缺点，PFA也能够间歇地引入。
间歇地意指在过氧甲酸加入中可以有中断。例如，在膜污染的生物学潜力仅适中的某些情况下，能够进行间歇处理，也即对于操作脱盐膜系统的整个时间，PFA的给予能够周期地启动和停止。
过氧甲酸加入的中断可以是5秒至4小时，在某些实施方式中为5分钟至3小时，在其它实施方式中为10分钟至2小时，一般地为15分钟至1小时。加入过氧甲酸的中断的持续时间取决于通过例如水的纯度和温度影响的生物污染的风险高度。
中断次数不受限制。中断次数能够是一次或多次。中断次数取决于生物污染的风险高度。例如，在膜污染生物学潜力较低的情况下，中断次数能够高于膜污染生物学潜力高的情况。
引至接触水流的膜表面的过氧甲酸的量使得在接触水流的膜表面中的浓度在某些实施方式中为0.1至10mg/l PFA，在其它实施方式中为0.2至5mg/l。根据优选实施方式，加入PFA的量使得在接触水流的膜表面中的浓度是0.4-1mg/l。
在过程期间的温度可以是10至40℃，在某些实施方式中为20至25℃。
术语"水流量"在本文中是指通过膜的水的流速。在滤膜被污染的情况下，流量降低。在根据本发明将过氧甲酸加至水流的情况下，不存在流量的显著降低。流量的变化小于15％，优选小于10％，更优选小于5％。
根据本发明的一种特别优选实施方式，将过氧甲酸用作平衡溶液。平衡溶液能够制备如下：将甲酸溶液与过氧化氢溶液混合，并加入强酸例如硫酸充当催化剂。
过氧甲酸能够有效地和快速地杀灭水域中存在的全部类型的生物成膜微生物，比如需氧细菌，任选厌氧细菌，降硫酸细菌(sulfate reducing bacteria)，形成生物膜的细菌，酵母，霉菌和原生动物，并预防它们的生长。PFA能够尤其杀灭在水中自由泳动的微生物。杀灭效果是基于PFA到达靶标微生物的膜表面的能力。
实验结果清楚地显示，在脱盐过程期间将过氧甲酸加至水的情况下，并无流量的显著降低。作为结果，在不需中断脱盐过程以清洁滤膜的情况下，成本得到降低。此外，膜可靠地且更长时间地发挥作用。本发明通过下述非限制性实施例详加描述。
实施例1
在浸泡之前和在浸泡之后测量新鲜膜的流量和脱盐率。将膜置于平板池中(AlfaLaval LabM20)。操作条件是，进料压力20巴(对海水膜为55巴)，盐(根据ASTM标准D1141制备的合成海水)，温度25℃。流量测量进行3小时完成。
通过将杀生物剂与合成海水完成浸泡。加入合成海水的杀生物剂的浓度对PFA为14和84mg/l作为活性物质，对过氧乙酸(PAA)为7、18和35mg/l作为活性物质而对次氯酸钠为20mg/l作为活性物质。将PFA加至合成海水充当具有14重量％的PFA含量的平衡溶液，加入PAA充当具有35重量％的PAA含量的平衡溶液而加入次氯酸钠充当具有15重量％的次氯酸钠浓度的平衡溶液。浸泡时间是24或144小时。过氧甲酸平衡溶液制备如下：以1:1重量比混合含有50％过氧化氢的溶液和含有75重量％甲酸、12重量％硫酸和13重量％水的溶液。在浸泡之后，将膜再次置于平板池和在与浸泡前相同的条件下测量脱盐率和流量。
在浸泡之前和在浸泡之后的流量和脱盐率数据示于表1。可以发现，对于浸泡在过氧甲酸中的膜，浸泡前与浸泡后之间的流量差异小于15％，而对于其它膜(浸泡在过氧乙酸和次氯酸钠中)该差异大于15％。
表1：浸泡在过氧甲酸、过氧乙酸和次氯酸盐中的膜的流量变化。
表1的结果显示，与一般示于的氧化性杀生物剂次氯酸钠或过氧乙酸相比，过氧甲酸令人惊讶地不损害膜。
实施例2
PFA对膜的影响通过实验室规模的连续过滤实验来进一步研究的。实验中所用的膜类型是半咸水膜(FilmTec BW30LE)。
平行地进行连续过滤。从单个半咸水槽将水泵送至2个平行管道，其具有相似的半咸水膜的平板池。在一个管道中将PFA连续地加至进料，而在另一管道(对照)中不加入PFA。过滤条件如下：压力15巴，盐(海盐)：2g/l，温度：20℃，流速：48l/h，PFA给予速率：6.5g/h具有14重量％PFA活性物质浓度(＝19.8ppm活性物质/l半咸水)的平衡溶液。随时间(30天)监测和收集渗透物和浓缩物的流量和电导率。两个平行实验的渗透物流量随时间的变化示于图1和表2。
在加入PFA的图1B中可以发现流量变化较小，而对于对照管道(不含PFA)流量随试验时间段降低。另外，从表2中的脱盐率值可以发现膜耐受PFA。
表2:两个平行过滤管道的流量和脱盐率。
参数/管道 对照 具有PFA
初始渗透物流量，g/h 300 250
最终渗透物流量，g/h 200 250
初始脱盐率,％ 98 98
最终脱盐率，％ 98 98

Claims (14)

1.用于在脱盐过程期间预防滤膜上的微生物生长的方法，其包括通过连续地或间歇地将过氧甲酸引至接触盐水流的膜表面而将该膜暴露至过氧甲酸。
2.根据权利要求1的方法，其中过氧甲酸的添加涉及随后到达膜的实质上相同的盐水级分。
3.根据权利要求1或2的方法，其中接触盐水流的膜表面中的过氧甲酸浓度是0.1至10mg/l。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中接触盐水流的膜表面中的过氧甲酸浓度是0.2至5mg/l。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中接触盐水流的膜表面中的过氧甲酸浓度是0.4至1mg/l。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其中通过膜的盐水流量在脱盐过程期间与最初流量相比降低小于15％。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法，其中通过连续地将过氧甲酸引至接触盐水流的膜表面持续至少12小时而将所述膜暴露于过氧甲酸。
8.根据权利要求1至7中任一项的方法，其中盐水包含包含0.5至50g/l的总溶解固体。
9.根据权利要求1至8中任一项的方法，其中盐水包含包含1至40g/l的总溶解固体。
10.根据权利要求1至9中任一项的方法，其中盐水是海水或半咸水。
11.根据权利要求1至10中任一项的方法，其中脱盐过程运行而不中断以清洁滤膜。
12.根据权利要求1至11中任一项的方法，其中过氧甲酸用作平衡溶液。
13.根据权利要求1至12中任一项的方法，其中过氧甲酸不损害滤膜。
14.过氧甲酸在脱盐过程期间于接触脱盐盐水的滤膜中的用途，用于预防所述膜上的微生物生长。
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