RU2199378C2 - Способ предотвращения и замедления образования отложений в мембранных процессах - Google Patents

Способ предотвращения и замедления образования отложений в мембранных процессах Download PDF

Info

Publication number
RU2199378C2
RU2199378C2 RU99112581/12A RU99112581A RU2199378C2 RU 2199378 C2 RU2199378 C2 RU 2199378C2 RU 99112581/12 A RU99112581/12 A RU 99112581/12A RU 99112581 A RU99112581 A RU 99112581A RU 2199378 C2 RU2199378 C2 RU 2199378C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membranes
polyaspartic acids
acids
acid
polyaspartic
Prior art date
Application number
RU99112581/12A
Other languages
English (en)
Other versions
RU99112581A (ru
Inventor
Вольфганг ЦАРГЕС (DE)
Вольфганг ЦАРГЕС
Торстен ГРОТ (DE)
Торстен ГРОТ
Винфрид ЙОЕНТГЕН (DE)
Винфрид ЙОЕНТГЕН
Андреас ГРЕШЛ (DE)
Андреас ГРЕШЛ
Original Assignee
Байер Акциенгезельшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Байер Акциенгезельшафт filed Critical Байер Акциенгезельшафт
Publication of RU99112581A publication Critical patent/RU99112581A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2199378C2 publication Critical patent/RU2199378C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/04Feed pretreatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/025Reverse osmosis; Hyperfiltration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/027Nanofiltration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/145Ultrafiltration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D65/00Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F5/00Softening water; Preventing scale; Adding scale preventatives or scale removers to water, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/08Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents
    • C02F5/10Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents using organic substances
    • C02F5/12Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents using organic substances containing nitrogen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2311/00Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/04Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2321/00Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/16Use of chemical agents
    • B01D2321/168Use of other chemical agents
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124Water desalination
    • Y02A20/131Reverse-osmosis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Medicines Containing Plant Substances (AREA)
  • Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к процессу осуществления мембранных процессов и предназначено для предотвращения и замедления образования отложений на мембранах. В качестве ингибитора образования отложений применяют смеси полиаспарагиновых кислот с эмульгаторами, выбранными из группы, включающей алкилсульфонаты и алкоксилаты. Полиаспарагиновые кислоты применяют в количестве от 1 до 50000 ч/млн, считая на исходный водный раствор. Полиаспарагиновые кислоты имеют среднюю массу от 500 до 50000. Их применяют в виде натриевых солей. В качестве эмульгаторов используют линейные алкилсульфонаты с 12-17 атомами углерода и простые полиэфиры на основе ненасыщенных и/или насыщенных алканолов с 10-20 атомами углерода и 6-60 звеньями этиленоксида. Полиаспарагиновые кислоты и эмульгаторы используют в весовом соотношении до 1:99. В качестве мембран используют нанофильтрующие и ультрафильтрующие мембраны или обратноосмотические мембраны с селективным разделительным слоем из полиамида. Мембранные процессы осуществляют при рН от 4,5 до 11. 11 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Description

Изобретение касается применения полиаспарагиновых кислот и их смесей с поверхностно-активными веществами и эмульгаторами для предотвращения или замедления образования отложений из-за органических и неорганических компонентов в исходном растворе в мембранных процессах.
При разделении псевдоожиженных систем мембранная техника играет важную роль. В настоящее время к освоенным технологическим процессам относятся получение питьевой воды из морской воды с помощью обратного осмоса, а также регенерация продуктов путем ультра- и нанофильтрации.
В мембранных процессах, как правило, повышается концентрация разбавленных растворов и отделяются органические растворители, вода или солевые растворы. При этом ценные или вредные вещества получают в более концентрированных и, при необходимости, с меньшим содержанием солей растворах, благодаря чему последующее хранение, транспортировка, удаление отходов и дальнейшая переработка становятся более экономичными. В случае переработки сточных вод целью мембранной очистки является получение большей части объема в виде пермеата в незагрязненном или лишь незначительно загрязненном виде, например, для повторного использования. Обогащенный концентрат может быть с незначительными затратами переработан с целью выделения еще оставшихся ценных веществ или в этой концентрированной форме утилизован с наименьшими затратами, например, путем сжигания.
Область применения мембранных способов охватывает различные процессы. Соответственно, различными являются и мембраны, и их технические модели, модули. Обычные мембраны изготавливают, например, из органических материалов, таких как полисульфон, ацетат целлюлозы, полиамид или поливинилиденфторид, или из неорганических материалов, таких как диоксид титана, диоксид циркония или окись алюминия; их изготавливают в виде капиллярных, трубчатых или плоскокамерных мембран.
Технически важные процессы мембранного разделения в подавляющем большинстве случаев осуществляют в виде фильтраций в сквозном токе. Большие напряжения сдвига в пограничном слое, возникающие благодаря высоким скоростям потока и специальным конструкциям модулей, должны сводить к минимуму или предотвращать засорение мембран. Однако, в общем, в технических мембранных процессах при повышении концентрации потоков исходных растворов все-таки констатируют падение проницающей способности вследствие засорения, накопления вещества на мембране.
Образование на мембранах осадка, отложений неорганических солей вследствие превышения предела их растворимости является частным случаем неполадок. В качестве неорганических солей здесь следует в первую очередь назвать обуславливающие жесткость воды карбонаты, гидроксиды, фосфаты, сульфаты и фториды кальция и магния. При переработке сточных вод дополнительную проблему представляют гидроксиды тяжелых металлов, такие, например, как гидроксиды железа и хрома. Образования отложений всегда следует ожидать, когда в процессе, таком, например, как обогащение сточных вод, получение чистой и питьевой воды, получают высокие выходы пермеата. Но это явление, естественно, может также возникать при обессоливании и повышении концентрации растворов продуктов. Рассматриваемыми в данном изобретении мембранными процессами являются ультра- и нанофильтрация, обратный осмос, диализ и перфузия.
Засорение и образование отложений как частный случай неполадок приводят к тому, что проницающая способность мембранной установки в конце концов падает до нерентабельно низкой величины. Поэтому время от времени следует останавливать поток исходного раствора и очищать мембрану. Однако такая операция очистки имеет несколько недостатков: во-первых, очистка означает простой оборудования. Следовательно, непрерывное функционирование можно поддерживать только путем предварительного создания параллельного мембранного оборудования. Далее, в зависимости от вида отложений необходимо использование химических средств для очистки, которые часто содержат биологически плохо расщепляемые поверхностно-активные и комплексообразующие вещества, и их следует удалять специально. Наконец, при очистке удаляются, в общем, не все отложения, отчего мембраны при их повторном использовании редко достигают своей первоначальной проницающей способности.
Если в каком-либо процессе следует ожидать образования отложений, то для его предотвращения можно принять меры по предварительной обработке, например, путем использования ионообменников, которые известны из области смягчения воды. Кроме того, целенаправленное внесение частиц твердого вещества в методе введения затравки и при использовании технологии псевдоожиженного слоя в определенных модульных системах делает возможным физический контроль засорения мембраны (Chem. - Ing. - Tech. 59 (1987) 187). Осаждения гидроксидов часто можно избежать путем установления подходящей величины рН. Далее, нет недостатка в экспериментах по добавлению к обрабатываемому потоку исходного раствора комплексообразователей, таких как нитрилотриуксусная кислота или этилендиаминтетрауксусная кислота. При небесспорных отрицательных экологических и токсикологических свойствах комплексообразователи следует добавлять в эквимолярных количествах. В противоположность комплексообразователям диспергаторы, так называемые пороговые ингибиторы, можно активно применять для предотвращения или замедления засорения и образования отложений в мембранных процессах в количествах ниже стехиометрических.
В работе, описанной в Desalination 54, 263-76 (1985) и цитированной по Chem. Abstracts, 104, 56 102, исследуется ингибирующее действие полифосфатов, фосфонатов, полистиролсульфонатов, полиакриламидов и полиакрилатов относительно образования отложений. В патенте США 5 256 303 описываются результаты изучения ингибирования кристаллизации и осаждения сульфата кальция в потоках исходного раствора, которые направляют через мембранную систему. При этом в качестве ингибиторов образования отложений используют N-замещенные полиакриламиды и фосфонобутан-1, 2,4-трикарбоновую кислоту. В европейском патенте ЕР 0 705 794 описывается метод предотвращения кристаллизации сульфатов в водных системах. При этом используют одну или несколько полиаминокислот и один или несколько неорганических фосфатов, удаление которых, однако, потребует затрат, в противном случае воды водосборных колодцев зацветают. В патенте США 5 286 810 описывается получение высокомолекулярных сополимеров полиаспарагиновой кислоты, которые также можно применять в качестве ингибиторов образования осадка в различных областях техники и санитарии; без конкретных деталей упоминаются также обратноосмотические мембраны. В патенте США 5 525 257 описываются смеси из полиаспарагиновых кислот и их производных с другими поликарбоновыми кислотами и их применение при обработке воды. В качестве поликарбоновых кислот упоминаются полиакрилаты, полималеинаты и полисульфонаты; в патенте также упоминается обратный осмос без конкретных данных. Согласно патенту США 5 466 760 в качестве ингибиторов осаждения солей используют сополимеры полисукцинимида из малеиновой кислоты, аммиака и полиамина. В заявке на европейский патент ЕР-В 530 358 (соответствует патенту США 5 373 086) описывается специальный состав полиаспарагиновой кислоты, который получают путем нагревания порошкообразной L-аспарагиновой кислоты, по меньшей мере, до 188oС и конденсации, дальнейшего нагревания, по крайней мере, до 216oС до, по меньшей мере, 80%-ного образования полисукцинимида и последующего гидролиза полисукцинимида до получения свыше 50% β-формы и молекулярной массы от 1000 до 5000 (средняя масса) для ингибирования осаждения карбоната или фосфата кальция. Эта специальная полиаспарагиновая кислота может быть использована в широкой области техники, начиная от очистки бытовых сточных вод и до нефтедобычи; наряду с этим, без более подробных данных упоминается также обратный осмос.
Подводя итоги, можно сказать, что в соответствии с существующим до настоящего времени уровнем техники в мембранных процессах для ингибирования образования отложений применяли фосфонаты и полиакрилаты. В многочисленных публикациях полиаспарагиновые кислоты приводятся в качестве пригодных ингибиторов образования отложений. Однако до настоящего времени отсутствуют данные, которые подтверждали бы возможность применения полиаспарагиновых кислот в мембранных процессах. При этом специалисту известно, что эффективное ингибирование образования отложений всегда зависит от суммы факторов, следовательно, от всех участвующих компонентов и имеющихся условий. Именно в мембранных процессах имеется много химических и физических мешающих факторов, которые не позволяют ожидать, что изученный с хорошим результатом в другой области применения ингибитор образования отложений будет также высокоэффективным и в мембранных процессах.
Неожиданно было найдено, что при применении полиаспарагиновых кислот и их смесей с поверхностно-активными веществами и эмульгаторами может быть достигнуто в различных мембранных процессах предотвращение или замедление образования отложений из-за труднорастворимых органических и неорганических компонентов. Применение биологически расщепляемых полиаспарагиновых кислот имеет преимущество, так как они могут заменить нерасщепляемые или трудно расщепляемые фосфонаты и полиакрилаты, увеличивают возможность использования мембранных установок и уменьшают количество остановок для очистки.
Поэтому изобретение касается способа осуществления мембранных процессов для очистки водных растворов, содержащих неорганические и органические ингредиенты, с предотвращением или замедлением образования отложений на мембранах путем добавления ингибитора образования отложений, отличающегося тем, что в качестве такого ингибитора применяют полиаспарагиновые кислоты и их смеси с поверхностно-активными веществами, эмульгаторами или несколькими из них, причем полиаспарагиновые кислоты применяют в количестве 1-50 000 ч/млн, считая на исходный водный раствор.
Согласно другому варианту осуществления изобретение касается применения полиаспарагиновых кислот и их смесей с поверхностно-активными веществами и эмульгаторами в присутствии полиакрилатов или фосфонатов, таких как, например, фосфонобутантрикарбоновая кислота, или нескольких из них, так как путем добавки полиаспарагиновых кислот улучшается биологическая расщепляемость таких смесей.
Применяемые согласно изобретению полиаспарагиновые кислоты можно получать различными способами. Так, можно осуществлять получение из малеинового ангидрида, воды и аммиака и/или из образующихся из них производных продуктов, таких как, например, амммониевая соль малеиновой кислоты, малеинамидокислота, аспарагиновая кислота, аспарагин и иминодиянтарная кислота. Можно также получать их аммониевые соли. Смеси, в которых одновременно содержатся все упомянутые ранее компоненты, также могут применяться для получения полиаспарагиновых кислот. Получение из указанных выше компонентов может также происходить термически в присутствии кислотных катализаторов, таких как, например, фосфорная кислота, фосфоновые кислоты, сульфокислоты или серная кислота, которые способствуют образованию пептидных связей.
Образующиеся сначала в результате конденсации полиаспарагиновые кислоты или полисукцинимиды, как правило, подвергают сольволизу или гидролизу, предпочтительно щелочному гидролизу, при необходимости, в присутствии аминов, таких как, например, этаноламины, или спиртов, таких как, например, этиленгликоль или пропантриол. Образованные таким образом полиаспарагиновые кислоты используют для предотвращения или замедления образования отложений предпочтительно в виде их солей. Примеры получения полиаспарагиновых кислот, предназначенных для применения согласно изобретению, содержатся в следующих литературных источниках: согласно J. Org. Chem. 26, 1084 (1961) полиаспарагиновую кислоту получают термической конденсацией аспарагиновой кислоты. Согласно патенту США 4 839 461 малеиновую кислоту и аммиак подвергают взаимодействию при 120-150oС. По патенту США 5 288 783 малеиновую и фумаровую кислоты вводят в реакцию с аммиаком при 170-350oС. Согласно патенту США 5 493 004 полиаспарагиновые кислоты образуются при реакции малеинового ангидрида с аммиаком в трубчатом реакторе. Получаемый в результате этой реакции продукт, при необходимости, можно далее полимеризовать в реакторе для высоковязких веществ. Для всех способов получения общим является то, что образующиеся сначала полисукцинимиды затем подвергают сольволизу или гидролизу, предпочтительно щелочному гидролизу. Но для получения производных можно использовать и амины, аминоспирты и спирты.
Полиаспарагиновые кислоты, предназначенные для применения согласно изобретению, в зависимости от способа получения могут содержать в различных количествах следующие структурные единицы (звенья):
а) звено аспарагиновой кислоты
Figure 00000002

Figure 00000003

б) звено сукцинимида
Figure 00000004

в) звено яблочной кислоты
Figure 00000005

Figure 00000006

г) олефиновые звенья
Figure 00000007

Figure 00000008

д) звенья иминодиянтарной кислоты
Figure 00000009

Figure 00000010

Figure 00000011

Figure 00000012

Во всех представленных структурных звеньях R означает ОН, ONa, OLi, OK, ONH4, NH2, ОН3NСН2СН2ОН, ОН2N(СН2СН2ОН)2, ОНМ(СН2СН2ОН)3 или ОСН2СН2ОН. Применяемые согласно изобретению полиаспарагиновые кислоты могут иметь молекулярную массу, считая на среднюю массу Mw, по данным гельпроникающей хроматографии, 500-50000, предпочтительно 1000-20000 и особенно предпочтительно 1500-10000.
Качественное и количественное определение структурных звеньев осуществляют с помощью ЯМР-спектроскопии, ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье, масс-спектроскопии, высокоэффективной жидкостной хроматографии, газовой хроматографии и элементарного анализа. Пептидные связи могут быть в α- и β-форме. В общем, полиаспарагиновые кислоты содержат смесь α/β-форм, причем содержание β-формы больше, чем содержание α-формы.
Согласно изобретению полиаспарагиновые кислоты можно применять в комбинации с поверхностно-активным веществом, особенно с эмульгатором. Пригодными являются анионные, катионные, неионные и амфолитические поверхностно-активные вещества (эмульгаторы). В качестве примеров следует упомянуть анионные алкилсульфонаты и неионные простые полигликолевые эфиры (алкоксилаты). Предпочтительным является применение линейных алкилсульфонатов с 12-17 атомами углерода и ненасыщенных и/или насыщенных алифатических спиртов с 10-20 атомами углерода, которые этерифицированы 6-60 звеньями этиленоксида.
Смеси из полиаспарагиновых кислот и, при необходимости, поверхностно-активных веществ, в особенности эмульгаторов, составляют таким образом, чтобы они выполняли задачу предотвращения и замедления образования отложений. Если преобладает образование отложений из-за неорганических и органических солей щелочноземельных и тяжелых металлов, то, в основном, применяют полиаспарагиновые кислоты. Если преобладает образование отложений из-за наличия неполярных органических веществ, активно используют поверхностно-активные вещества (эмульгаторы). В зависимости от засорения и образования отложений в мембранном процессе можно определить количественные соотношения полиаспарагиновых кислот и поверхностно-активных веществ и/или эмульгаторов. Поэтому весовое соотношение полиаспарагиновых кислот и поверхностно-активных веществ и/или эмульгаторов может составлять от 100:0 до 1:99, предпочтительно от 100:0 до 10:90, особенно предпочтительно от 100:0 до 50:50.
Полиаспарагиновые кислоты можно применять как сами по себе, так и в виде смесей с поверхностно-активными веществами (эмульгаторами) в комбинации с полиакрилатами и фосфонатами. При этом биологическая расщепляемость образующихся в результате смесей биологически активных веществ по сравнению с биологической расщепляемостью полиакрилатов и фосфонатов повышается без уменьшения препятствующего образованию отложений действия.
Полиаспарагиновые кислоты и их смеси с поверхностно-активными веществами (эмульгаторами) применяются в мембранных процессах при значениях рН от 3 до 12,5, предпочтительно от 4,5 до 11, особенно предпочтительно от 6 до 10. Если величина рН в мембранном процессе не определяется введенным потоком исходного раствора, для ее регулирования можно использовать любые кислоты и основания, предпочтительно такие, которые не образуют труднорастворимых солей с другими ингредиентами исходного раствора. Разумеется, кислоты и основания не должны оказывать вредного воздействия на ингредиенты потока исходного раствора, на металлические материалы и мембрану.
Полиаспарагиновые кислоты и их смеси с поверхностно-активными веществами, особенно с эмульгаторами, применяют в мембранных процессах при температуре от 10 до 90oС, предпочтительно от 15 до 70oС, особенно предпочтительно от 20 до 50oС.
Применяемые в мембранных процессах мембраны могут состоять из неорганических материалов, таких, например, как керамика, диоксид титана, диоксид циркония или оксид алюминия, или из органических полимеров, таких, например, как сложные эфиры целлюлозы (ацетат, ацетобутират, ацетопропионат целлюлозы), полиамиды, полиимиды, сложные полиэфиры, сульфон и кетон простого полиэфира, полисульфон или поливинилиденфторид. В предпочтительном варианте применяют способ согласно изобретению на нанофильтрующих и ультрафильтрующих мембранах из названных материалов. В другом предпочтительном варианте применяют способ согласно изобретению на обратноосмотических мембранах с селективным разделительным слоем из полиамида. В особенно предпочтительном варианте селективный разделительный слой для мембран всех упомянутых способов состоит из полиамида. Все мембраны, используемые в способе согласно изобретению, являются асимметричными или типа тонкопленочного композита.
Полиаспарагиновые кислоты и их смеси с поверхностно-активными веществами, в особенности с эмульгаторами, можно применять в мембранных процессах для предотвращения и замедления образования отложений на мембранах, на которые поступают водные и содержащие растворитель водные потоки исходного раствора. В общем, потоки исходного раствора должны быть такими, чтобы биологические вещества сначала находились в растворенном состоянии, и благодаря этому они могут проявлять свою активность. Также для оптимального воздействия соединение/соли, вызывающие образование отложений/засорение, сначала должны быть в растворенном состоянии и только в ходе мембранного процесса превышать предел растворимости. Примерами исходных растворов, которые можно обрабатывать согласно изобретению, являются морская вода, фильтрационная вода из хранилищ, промышленные и коммунальные сточные воды, потоки продуктов, способных образовывать отложения.
Полиаспарагиновые кислоты и их смеси с поверхностно-активными веществами (эмульгаторами) следует добавлять в поток исходного раствора, который должен быть обработан на мембранной установке, в количестве 1-50 000 ч/млн, предпочтительно 5-5000 ч/млн, особенно предпочтительно 10-500 ч/млн, еще более предпочтительно 50-500 ч/млн.
Примеры
Пример 1
Лабораторный 20-пластинчатый модуль оснащают по 1 пластине (=2 плоским мембранам) ультрафильтрующей, нанофильтрующей и обратноосмотической мембран фирмы Desalination Systems, США. Сначала при температуре 25oС и давлении на входе в модуль 20 бар определяют произодительность проницания полностью обессоленной воды. Затем в исходный раствор добавляют полиарилсульфон (мол. масса около 6000) в двух концентрациях. Наблюдают за действием на производительность проницания.
Результаты приведены в табл.1.
Пример 2
а) Повышают концентрацию 200 л раствора, приготовленного из полностью обессоленной воды и 2.0 г/л дигидрата сульфата кальция, с помощью нанофильтрующей мембраны (удержание сульфата >95%) в виде модуля спиралевидной конструкции (2,5"•40", 47 mil спейсер) сначала на 50% (условия: температура 25oС, давление на выходе из модуля 30 бар, объем натекающего на модуль потока 1,25 м3/ч). Затем в циркуляционном режиме, то есть при возврате концентрата и пермеата в сборник, несколько раз измеряют производительность проницания.
б) Опыт а) повторяют с добавлением 50 ч/млн полиарилсульфона (мол. масса 6000).
в) Опыт а) повторяют с добавлением 50 ч/млн полиарилсульфона (мол. масса 6000) и 1% хлорида натрия. Приблизительно через 3 часа в циркуляционном режиме дополнительно повышают концентрацию таким образом, чтобы концентрация дигидрата сульфата кальция в исходном растворе составляла около 14 г/л.
Результат
Без добавления полиарилсульфона поток пермеата ослабевает из-за выкристаллизовывающегося дигидрата сульфата кальция (растворимость в воде при 25oС составляет 2,9 г/л). С полиарилсульфоном происходит 4,5-кратное пересыщение без потери производительности проницания. Добавленные электролиты не мешают.
Результаты примера 2
Плотности потока пермеата в л/м2•сутки в зависимости от времени в условиях примеров 2а, 2б или 2в и достигаемые концентрации сульфата кальция приведены в табл. 2.
Фиг.1 представляет графическое изображение таблицы.
Пример 3
При синтезе содержащего сульфогруппы стильбенового осветлителя используют псевдоожиженный фосфатом кальция гидрокарбонат натрия. Раствор продукта с фосфатом и карбонатом кальция, хлоридом натрия и осветлителем в качестве важных ингредиентов освобождают от синтетической соли (хлорид натрия) с помощью нанофильтрующих трубчатых мембран (1,2 м модуль, 1/2") и концентрируют до приблизительно 55% объема (приток на модуль 1 м3/ч, температура 55oС, давление на входе 25 бар). Содержание кальция в конечном концентрате повышается с 70 мг/л до 140 мг/л. Предел растворимости фосфата кальция в 20 мг/л явно превышен. Путем добавления 100 ч/млн полиарилсульфона достигают такой же производительности проницания, как при обработке раствора продукта, не содержащего фосфата кальция, то есть без применения псевдоожиженного гидрокарбоната натрия (плотности потока пермеата: 2300 л/(м2•сутки) при диафильтрации; 1000 л/(м2•сутки) при повышении концентрации). После эксперимента промывкой водой достигается первоначальная производительность проницания.
Пример 4
Если к 500 мл раствора, содержащего 1 ммоль карбоната натрия, 1 ммоль сульфата натрия и 1 ммоль фторида натрия, прибавляют 500 мл раствора, содержащего 3 ммоля хлорида кальция, то образуется раствор, который является 4,5-кратно пересыщенным относительно фторида кальция и 7-кратно пересыщенным относительно карбоната кальция и из которого при рН>8 быстро образуется объемный осадок, а при рН 5 с замедлением образуется мелкокристаллический осадок. При добавлении 50 ч/млн полиарилсульфона (мол. масса 6000) образования осадков не происходит.
Пример 5
Сернокислый маточный раствор производства красителей перед мембранотехнической обработкой нейтрализуют путем добавления известкового молока. После отделения образующегося при нейтрализации шлама повышают концентрацию насыщенного относительно гипса раствора с помощью нанофильтрующих мембран в виде модуля спиралевидной конструкции (2,5"•40", 47 mil, давление на входе в модуль 30 бар, температура 25oС, объем натекающего на модуль потока 1250 л/ч). Сравнивают следующие экспериментальные данные:
а) поток пермеата измеряют во время повышения концентрации на 20% от начального объема и в последующем циркуляционном режиме;
б) к исходному раствору добавляют 50 ч/млн смеси из полиарилсульфона и полиакриловой кислоты (3:1).
Результат
Производительность проницания в опыте 5б во время фаз повышения концентрации и циркуляции значительно выше, чем без добавления.
Результаты примера 5
Плотности потока пермеата в л/м2•сутки в зависимости от времени в условиях примера 5а или 5б и достигаемые концентрации сульфата кальция приведены в табл.3.
Фиг.2 представляет графическое изображение таблицы.

Claims (12)

1. Способ осуществления мембранных процессов для обработки водных растворов с неорганическими и органическими ингредиентами с предотвращением или замедлением образования отложений на мембранах путем добавления ингибитора отложений, отличающийся тем, что в качестве ингибитора применяют смеси полиаспарагиновых кислот с эмульгаторами, выбранными из группы, включающей алкилсульфонаты и алкоксилаты, причем полиаспарагиновые кислоты применяют в количестве от 1 до 50000 ч/млн, считая на исходный водный раствор.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смеси полиаспарагиновых кислот с указанными эмульгаторами, применяют в присутствии полиакрилатов или фосфонатов или их смеси.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют полиаспарагиновые кислоты, которые имеют среднюю массу Mw от 500 до 50000, предпочтительно от 1000 до 20000, особенно предпочтительно от 1500 до 10000, определенную путем гельпроникающей хроматографии.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют полиаспарагиновые кислоты, которые получают из малеинового ангидрида и аммиака в присутствии воды или из их производных продуктов, таких, как, например, аммониевая соль малеиновой кислоты, малеинамидокислота, аспарагиновая кислота и аспарагин, а также из аммониевых солей малеиновой, малеинамидо-, аспарагиновой кислот, аспарагина и иминодиянтарной кислоты или их смесей путем термической конденсации, при необходимости в присутствии кислотных катализаторов, в полисукцинимиды и последующего сольволиза или гидролиза, например, в соли полиаспарагиновой кислоты.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что полиаспарагиновые кислоты применяют в виде натриевых солей.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве эмульгаторов используют линейные алкилсульфонаты с 12-17 атомами углерода и простые полиэфиры на основе ненасыщенных и/или насыщенных алканолов с 10-20 атомами углерода и 6-60 звеньями этиленоксида.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что мембранные процессы осуществляют при рН от 3 до 12,5.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют полиаспарагиновые кислоты и эмульгаторы в весовом соотношении до 1:99.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве мембран используют нанофильтрующие и ультрафильтрующие мембраны.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют обратноосмотические мембраны с селективным разделительным слоем из полиамида.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что мембранные процессы осуществляют при рН от 4,5 до 11.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что мембранные процессы осуществляют при рН от 6 до 10.
RU99112581/12A 1996-11-15 1997-11-03 Способ предотвращения и замедления образования отложений в мембранных процессах RU2199378C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19647293A DE19647293C1 (de) 1996-11-15 1996-11-15 Verhinderung und Verzögerung der Belagsbildung in Membranprozessen
DE19647293.8 1996-11-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99112581A RU99112581A (ru) 2001-05-10
RU2199378C2 true RU2199378C2 (ru) 2003-02-27

Family

ID=7811784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99112581/12A RU2199378C2 (ru) 1996-11-15 1997-11-03 Способ предотвращения и замедления образования отложений в мембранных процессах

Country Status (15)

Country Link
US (1) US6187195B1 (ru)
EP (1) EP0946269B1 (ru)
JP (1) JP2001510393A (ru)
KR (1) KR20000053257A (ru)
AT (1) ATE217802T1 (ru)
AU (1) AU730677B2 (ru)
BR (1) BR9713358A (ru)
CA (1) CA2271490A1 (ru)
DE (2) DE19647293C1 (ru)
DK (1) DK0946269T3 (ru)
ES (1) ES2175489T3 (ru)
IL (1) IL129735A0 (ru)
NO (1) NO992131D0 (ru)
RU (1) RU2199378C2 (ru)
WO (1) WO1998022205A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669281C2 (ru) * 2014-03-06 2018-10-09 Соленис Текнолоджиз Кеймэн, Л.П. Композиция и способ борьбы с отложениями в регулируемых испарительных системах

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SK283696B6 (sk) * 1998-01-28 2003-12-02 Aware Chemicals L.L.C. Spôsob úpravy obehovej vody z lakovacieho zariadenia a prostriedky na použitie v tomto spôsobe
AT407227B (de) 1998-06-26 2001-01-25 Aware Chemicals Llc Verfahren zum reinigen von lackführenden teilen einer lackieranlage, insbesondere von lackleitungen
WO2000004986A1 (en) 1998-07-21 2000-02-03 Toray Industries, Inc. Method for inhibiting growth of bacteria or sterilizing around separating membrane
DE19937300A1 (de) * 1999-08-06 2001-02-22 Henkel Ecolab Gmbh & Co Ohg Biofilmvermeidung
DE10054000A1 (de) * 2000-11-01 2002-05-08 Henkel Aware Technologies Gmbh Verfahren zum Aufbereiten von Umlaufwasser aus einer Lackieranlage und Mittel hierfür
US6503400B2 (en) 2000-12-15 2003-01-07 Ashland Inc. Phosphate stabilizing compositions
CN101044091B (zh) * 2004-10-22 2011-05-25 阿克佐诺贝尔股份有限公司 从盐水中结晶二价阴离子的可溶性盐的方法
US8206592B2 (en) * 2005-12-15 2012-06-26 Siemens Industry, Inc. Treating acidic water
JP4899565B2 (ja) * 2006-03-23 2012-03-21 栗田工業株式会社 水処理装置及び水処理方法
ES2345173T3 (es) 2007-12-20 2010-09-16 Lanxess Deutschland Gmbh Tratamiento de vias de comunicacion.
US8980101B2 (en) * 2008-09-04 2015-03-17 Nalco Company Method for inhibiting scale formation and deposition in membrane systems via the use of an AA-AMPS copolymer
DE102009002144A1 (de) * 2009-04-02 2010-10-07 Henkel Ag & Co. Kgaa Umkehrosmoseverfahren zur Aufbereitung von Spülwaser enthaltend polyvalente Metall-Kationen
JP2012200696A (ja) * 2011-03-28 2012-10-22 Panasonic Corp 脱塩方法および脱塩装置
US20140197103A1 (en) * 2012-11-20 2014-07-17 Lance Energy Services, LLC Functionalized Ceramic Membranes for the Separation of Organics from Raw Water and Methods of Filtration Using Functionalized Ceramic Membranes
US10286363B2 (en) * 2012-11-20 2019-05-14 Lance Energy Services, LLC Functionalized ceramic membranes for the separation of organics from raw water and methods of filtration using functionalized ceramic membranes
CN114053885B (zh) * 2020-07-30 2024-06-25 万华化学集团股份有限公司 一种耐高压聚酰胺膜及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4839461A (en) * 1986-08-07 1989-06-13 Bayer Aktiengesellschaft Polyaspartic acid from maleic acid and ammonia
US5525257A (en) * 1994-07-12 1996-06-11 Bayer Ag Composition for water treatment containing polyaspartic acidora derivative thereof and a polcarboxylic acid and methods of using the composition

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4534881A (en) 1983-12-19 1985-08-13 University Of South Alabama Inhibition of inorganic or biological CaCO3 deposition by poly amino acid derivatives
US5373086A (en) * 1991-03-19 1994-12-13 Donlar Corporation Polyaspartic acid having more than 50% β form and less that 50% α form
US5152902A (en) * 1991-03-19 1992-10-06 Donlar Corporation Polyaspartic acid as a calcium carbonate and a calcium phosphate inhibitor
US5288783A (en) * 1992-05-14 1994-02-22 Srchem Incorporated Preparation of salt of polyaspartic acid by high temperature reaction
US5256303A (en) * 1992-07-20 1993-10-26 Nalco Chemical Company Method for inhibiting scale formation and/or dispersing iron in reverse osmosis systems
US5286810A (en) * 1992-08-07 1994-02-15 Srchem Incorporated Salt of polymer from maleic acid, polyamind and ammonia
US5466760A (en) * 1992-08-07 1995-11-14 Srchem, Inc. Copolymers of polyaspartic acid
US5408028A (en) * 1992-12-22 1995-04-18 Bayer Ag Copolymers of polyaspartic acid and polycarboxylic acids and polyamines
DE4308426A1 (de) * 1993-03-17 1994-09-22 Basf Ag Polycokondensate auf Basis von Asparaginsäure, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
DE4408478A1 (de) * 1994-03-14 1995-09-21 Bayer Ag Mittel zur Wasserbehandlung
US5493004A (en) 1994-04-08 1996-02-20 Bayer Ag Process for the preparation of polysuccinimide
DE4429976A1 (de) * 1994-08-24 1996-02-29 Bayer Ag Sulfonsäuregruppen enthaltende Polyasparaginsäurederivate, ihre Verwendung und Herstellung
BR9503967A (pt) * 1994-09-12 1996-09-24 Rohm & Haas Processo de inibição da formação de incrustação
US5547612A (en) * 1995-02-17 1996-08-20 National Starch And Chemical Investment Holding Corporation Compositions of water soluble polymers containing allyloxybenzenesulfonic acid monomer and methallyl sulfonic acid monomer and methods for use in aqueous systems
US5876623A (en) * 1996-09-20 1999-03-02 Nalco Chemical Company Biodegradable aspartic acid polymers for preventing scale formation in boilers
US5888401A (en) * 1996-09-16 1999-03-30 Union Camp Corporation Method and apparatus for reducing membrane fouling

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4839461A (en) * 1986-08-07 1989-06-13 Bayer Aktiengesellschaft Polyaspartic acid from maleic acid and ammonia
US5525257A (en) * 1994-07-12 1996-06-11 Bayer Ag Composition for water treatment containing polyaspartic acidora derivative thereof and a polcarboxylic acid and methods of using the composition

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАРЕЛИН Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом. - М.: Стройиздат, 1988, с. 70-85, 118-122. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669281C2 (ru) * 2014-03-06 2018-10-09 Соленис Текнолоджиз Кеймэн, Л.П. Композиция и способ борьбы с отложениями в регулируемых испарительных системах

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000053257A (ko) 2000-08-25
NO992131L (no) 1999-05-03
JP2001510393A (ja) 2001-07-31
ES2175489T3 (es) 2002-11-16
CA2271490A1 (en) 1998-05-28
NO992131D0 (no) 1999-05-03
AU730677B2 (en) 2001-03-08
DE19647293C1 (de) 1998-06-10
EP0946269B1 (de) 2002-05-22
DK0946269T3 (da) 2002-09-09
DE59707340D1 (de) 2002-06-27
ATE217802T1 (de) 2002-06-15
BR9713358A (pt) 2000-02-01
US6187195B1 (en) 2001-02-13
WO1998022205A1 (de) 1998-05-28
IL129735A0 (en) 2000-02-29
AU7299298A (en) 1998-06-10
EP0946269A1 (de) 1999-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2199378C2 (ru) Способ предотвращения и замедления образования отложений в мембранных процессах
US4496470A (en) Cleaning composition
EP1140705B1 (en) Method and apparatus for microfiltration
JP3909793B2 (ja) 高濃度の塩類を含有する有機性廃水の処理方法及びその装置
US5256303A (en) Method for inhibiting scale formation and/or dispersing iron in reverse osmosis systems
US4806259A (en) Membrane cleaning compositions containing phosphorous compounds
US20030127391A1 (en) Method for treatment of circulating cooling water
US20060273038A1 (en) Chemical cleaning for membranes
WO1995027683A1 (en) Microfiltration enhanced reverse osmosis for water treatment
WO1982002379A1 (en) Cleaning composition
EP2331471A1 (en) Method for inhibiting scale formation and deposition in membrane systems via the use of an aa - amps copolymer
US4895658A (en) Membrane cleaning compositions containing acrylic polymer
JP4798644B2 (ja) 逆浸透膜を用いる脱塩方法
WO2007038121A2 (en) Low water recovery rate desalination system and method
US20080087603A1 (en) Fluid Purification Methods and Devices
JP3800450B2 (ja) 高濃度の塩類を含有する有機性廃水の処理方法及び装置
AU2003248687A1 (en) Methods for reducing boron concentration in high salinity liquid
JP3800449B2 (ja) 高濃度の塩類を含有する有機性廃水の処理方法及び装置
US20050056589A1 (en) Treatment of semi-permeable filtration membranes
CN110981061A (zh) 一种金属加工废水的处理方法及装置
JP2003053390A (ja) 浄水製造システム
JPH10128075A (ja) 逆浸透膜装置および逆浸透膜を用いた処理方法
MXPA99004516A (en) Inhibition and delay of deposit formation in membrane processes
RU2049074C1 (ru) Способ очистки сточных вод от красителей и поверхностно-активных веществ
Curcio et al. Membranes for desalination

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20031104