TW201500295A - 多段逆滲透膜裝置及其操縱方法 - Google Patents
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Abstract
在多段逆滲透膜處理時，不減損穩定性地使處理水質提升。將原水槽(1)內的原水藉由第1泵(2)加壓，供給到第1段的第1逆滲透膜裝置(3)，排出濃縮水且藉由配管(4)將透過水導入中間槽(5)。將該中間槽(5)內的水藉由第2泵(6)加壓，供給到第2段的第2逆滲透膜裝置(7)，藉由配管(8)將透過水取出且藉由配管(9)使濃縮水返回原水槽(1)。逆滲透膜裝置的原水間隔件的厚度，在第1段為大於0.6mm，在第2段為0.6mm以下。
Description
本發明係關於將逆滲透膜裝置串列設置成多段之多段逆滲透膜裝置及其操縱方法。
於海水淡水化、超純水製造、工業用水之處理等時，廣泛使用用以除去原水中的離子類、有機物等的逆滲透膜裝置。使用逆滲透膜裝置進行處理時，為了使處理水水質提升，而將複數個逆滲透膜裝置設置成多段，且藉由後段的逆滲透膜處理裝置處理前段的逆滲透膜裝置的處理水廣為人知(例如專利文獻1、4)。於將海水淡水化時，為了除去硼而進行二段以上的逆滲透膜處理。於超純水製造裝置，一般也是進行逆滲透膜之多段處理(例如專利文獻2)。
作為逆滲透膜元件已知有螺旋型膜元件。藉由在透過水間隔件的兩面重疊逆滲透膜並接合3邊而形成袋狀膜，將該袋狀膜的開口部安裝於透過水集水管，與網狀的原水間隔件一起以螺旋狀捲繞在透過水集水管的外周面而構成之螺旋型膜元件是已知的(專利文獻3、4)。
藉由配設在捲繞後的袋狀膜間之原水間隔件形成原水路徑。從螺旋型膜元件的一方之端面側供應原水，沿著原水間隔件流過，從螺旋型膜元件的另一方之端面側成為濃縮水被排出。原水係於沿著原水間隔件流過的過程中，透過逆滲透膜成為透過水。該透過水係沿著透過水間隔件而流過透過水集水管的內部，從透過水集水管的端部被取出。
專利文獻3的0018段落記載原水間隔件的厚度較佳為0.4~2mm左右，專利文獻4的0017段落記載較佳為0.4~3mm。
於使用逆滲透膜裝置得到海水淡水化、超純
水或各種製造程序用水的情形，若將逆滲透膜裝置的原水間隔件之厚度加厚，則濁質不易阻塞原水流路。藉此，能避免濁質蓄積造成的通水壓差之上昇或透過水量、透過水質之降低，而於長期間進行穩定操縱。但是，若將原水間隔件的厚度加厚，則原水流路中的原水之流速變小。因此，水中所含的離子類、有機物類會在膜表面過度濃縮(濃度極化)，而容易引起溶質濃縮造成的除去率降低，或污染物質吸附於膜造成的通量(flux)降低。
另一方面，若將原水間隔件的厚度減少，則
流速增加且不易引起逆滲透膜表面的過度濃縮，使處理水質提升。但是，被處理水所含的濁質會使原水流路容易阻塞(專利文獻4的0017段落)，於穩定性方面會有問題。因此，現在市售的逆滲透膜的間隔件之厚度為0.7~0.9mm左右。
[專利文獻1]日本特開2010-125395
[專利文獻2]日本特開2002-1069
[專利文獻3]日本特開平11-57429
[專利文獻4]日本特開2004-89761
本發明的目的在於，於海水淡水化處理或超純水製造等所使用的多段逆滲透膜處理時，不減損穩定性地使處理水質提升。
本發明的多段逆滲透膜裝置，其特徵為：將具備螺旋型膜元件的逆滲透膜裝置設置成多段，該螺旋型膜元件係將袋狀的逆滲透膜與原水間隔件一起捲繞而成；且將前段的逆滲透膜裝置的處理水藉由後段的逆滲透膜裝置予以處理，其特徵在於，第1段的逆滲透膜裝置的膜元件的原水間隔件的厚度比0.6mm大，第2段以後的逆滲透膜裝置的膜元件的原水間隔件的厚度為0.6mm以下。
本發明的多段逆滲透膜裝置之操縱方法係操
縱該本發明的多段逆滲透膜裝置之方法，其特徵在於，第1段的逆滲透膜裝置的透過流束為1.0m/d以下，第2段以後的逆滲透膜裝置的透過流束為1.1m/d以上。
本發明的多段逆滲透膜裝置，第1段的逆滲透膜裝置係作為原水間隔件而使用厚度大者，能使濁質不易阻塞原水流路，避免濁質蓄積造成的通水壓差之上昇或透過水量、透過水質之降低，而於長期間進行穩定之操縱。第2段以後的逆滲透膜裝置係作為原水間隔件而使用厚度小者，使原水流路中的流速增加，不易引起逆滲透膜表面之過度濃縮，而提升處理水質。該通水至第2段以後的逆滲透膜裝置之被處理水，係藉由第1段逆滲透膜裝置除去濁質者，因此在第2段以後的逆滲透膜裝置沒有膜阻塞之顧慮。
藉由使第2段以後的逆滲透膜裝置的原水間隔件的厚度減少，能使每一元件的膜面積增加。配合增加透過流束，能減少第2段以後的膜元件個數，謀求成本降低。
本發明人發現逆滲透膜真阻止率係取決於透過流束。本發明方法係藉由使第2段以後的逆滲透膜裝置之操縱透過流束比第1段大，而能提升膜之除去率。
1‧‧‧原水槽
2‧‧‧第1泵
3‧‧‧第1逆滲透膜裝置
4、8、9‧‧‧配管
5‧‧‧中間槽
6‧‧‧第2泵
7‧‧‧第2逆滲透膜裝置
10‧‧‧逆滲透膜
11‧‧‧原水間隔件
12‧‧‧透過水間隔件
13‧‧‧原水流入口
14‧‧‧濃縮水流出口
15‧‧‧透過水流出口
21、22、23‧‧‧流路形成構件
24、25‧‧‧耐壓補強構件
第1圖係關於實施形態之多段逆滲透膜裝置的系統圖。
第2圖係顯示原水間隔件的厚度改變時之鹽水(濃縮水)流量和濃縮倍率之關係的圖表。
第3圖係顯示透過流束和真阻止率之關係的圖表。
第4圖係試驗用平膜單元之剖面圖。
以下，參照第1圖說明本發明的實施形態之多段逆滲透膜裝置。該多段逆滲透膜裝置係藉由第1泵2將原水槽1內的原水加壓而供應到第1段的第1逆滲透膜裝置3，排出濃縮水，藉由配管4將透過水導入中間槽5。藉由第2泵6將該中間槽5中的水予以加壓而供應到第2段的第2逆滲透膜裝置7，藉由配管8將透過水取出，藉由配管9使濃縮水返回原水槽1。
第1段及第2段的逆滲透膜裝置3、6皆具備螺旋型膜元件。螺旋型膜元件，係使內部收容有透過水間隔件的袋狀分離膜與原水間隔件重疊並於集水管捲繞成螺旋狀之螺旋型膜元件。如前述專利文獻3的第2圖，亦可使用以軸代替集水管，將在側邊的一部分具有透過水取出口的袋狀膜捲繞於該軸的螺旋型膜元件。本發明不限定使用螺旋型膜元件，亦可使用平膜型元件等。逆滲透膜裝置的原水間隔件的厚度係第1段大於0.6mm，第2段為
0.6mm以下。
第1圖中，逆滲透膜裝置係設成2段，但亦
可設成3段以上。第3段以後的逆滲透膜裝置的原水間隔件的厚度為0.6mm以下。
逆滲透膜為海水淡水化用、低壓用、超低壓
用、超超低壓用等皆可。作為逆滲透膜的材質並無特別限制，醋酸纖維素、聚醯胺等皆可，可配合必要的除去率與通量而適當選擇。於使用阻止率高的膜元件之情形，採用由伸苯二胺與酸氯化物合成的芳香族聚醯胺之逆滲透膜為佳。
作為原水間隔件，可使用篩網間隔件等，該
篩網間隔件等係藉由將聚乙烯或聚丙烯等合成樹脂製之具有相同或不同的直徑(線徑)之複數條線材以等間隔並列且以45度~90度之角度交叉重疊而形成。原水間隔件的空孔率為60%以上95%以下較佳。藉此，可藉由充分的攪拌效果而充分地抑制濃度極化。
原水間隔件的篩網的大小為1mm以上4mm
以下較佳。藉此，可藉由充分的攪拌效果而抑制濃度極化，並且抑制原液的流路阻力增加，而得到高的分離膜性能。原水間隔件不限定於篩網間隔件。例如，亦可如前述專利文獻4的第6圖之由鋸齒狀線材構成者。
第1段的逆滲透膜裝置的原水間隔件的厚
度，為了防止濁質阻塞而比0.6mm大，較佳為0.7mm以上。但是，若原水間隔件的厚度過大則濃度極化變大、除
去率降低，因此2.0mm以下較佳。
第2段以後的逆滲透膜裝置的原水間隔件的厚度為0.6mm以下。第2圖係表示使用各種厚度的原水間隔件時的直徑8英吋的螺旋型逆滲透膜模組中的NaCl之濃度極化的程度。如第2圖，0.6mm以上厚度的間隔件之濃度極化的影響變大，由於膜面濃度和平均整體濃度之比為，濃縮水量為2m3/h以上且超過1.2倍，因而不佳。若原水間隔件的厚度為0.6mm以下，則能防止濃度極化，得到良好的處理水水質。但是，若原水間隔件的厚度比0.2mm小，則通水阻力變大，因此0.2mm以上為佳。因而，第2段以後的逆滲透膜裝置的原水間隔件的厚度為0.2~0.6mm較佳，尤佳為0.2~0.5mm，特佳為0.3~0.5mm。
設置在袋狀膜內的透過水間隔件的厚度未有特別限制，0.1~0.25mm為適當。若透過水間隔件過厚，則與原水間隔件同樣地使元件附近的膜面積變小，若過薄則壓差變大，透過水量變小。
如第3圖所示，NaCl的真阻止率係依賴於透過流束，若透過流束變大則真阻止率增加。第2段的逆滲透膜裝置的透過流束為1.1~2.0m/d較佳。若為1.1m/d以上則真除去率超過99.9%，於水質提升之點較佳。若透過流束過度地小，則真阻止率變低，由於水質降低而不佳。若2.0m/d以上，則膜的耐壓性之問題或透過水的通水阻力變高等而不佳。真阻止率依作為除去對象之物質而不
同，但無論任何物質，其物質的真阻止率皆取決於透過流束，因此在NaCl時，可藉由提高真阻止率而於其他的物質得到高的阻止率。
第1段的逆滲透膜裝置的透過流束為0.2~
1.0m/d較佳，0.6~0.8m/d更佳。若透過流束為1.0m/d以上則膜的瘀積、阻塞速度變大，洗淨頻度變多。因此必須停止裝置而不符經濟效益。若未達0.2m/d，則膜的個數變多，不符經濟效益。
以下，說明實施例及比較例。此外，以下實施例及比較例係使用第1圖所示流程的多段逆滲透膜裝置，但作為逆滲透膜裝置3、7係使用第4圖所示之試驗用平膜單元。
第4圖所示之平膜單元係於組合丙烯酸製的流路形成構件21、22、23、SUS製耐壓補強構件24、25所形成的空間內，保持使原水間隔件11和透過水間隔件12透過逆滲透膜10而積層的膜單元之構造。
原水係從原水流入口13流入逆滲透膜10的一次側而沿著原水間隔件11流過，其間透過逆滲透膜10的透過水係經由透過水間隔件12而從透過水流出口15被取出。又，濃縮水係從濃縮水流出口14被取出。
將工業用水經凝集及過濾之水(TOC濃度500ppb(0.5mg/L))作為原水使用，通水到第1圖所示之流動的多段逆滲透膜裝置。
作為第1段的逆滲透膜裝置3的逆滲透膜，
假定市售的8英吋螺旋型逆滲透膜元件，從日東電工製逆滲透膜ES20切出寬度50mm×長度800mm之平膜，與厚度0.71mm的聚丙烯製原水間隔件(線徑0.25~0.36mm，網眼2.6mm)一起，如第4圖填充到SUS製通水單元。
第2段的逆滲透膜裝置7亦假定同樣的逆滲
透膜元件，從日東電工製逆滲透膜ES20切出寬度50mm×長度800mm之平膜，與厚度0.60mm的聚丙烯製原水間隔件(線徑0.2~0.3mm，網眼2.2mm)一起，如第4圖填充到SUS製通水單元。
於將上述第1段、第2段用的膜元件填充到8
英吋逆滲透膜裝置時，膜面積分別為41.8m2、46.0m2。
在第1段的逆滲透膜裝置，以透過流束
0.6m/d、作為濃縮水以8英吋元件換算成為3.6m3/h的方式通水，在第2段的逆滲透膜裝置，以透過流束1.0m/d、以8英吋元件換算成為3.6m3/h的方式通水。將通水500小時後的第2段處理水(第2段逆滲透膜裝置透過水)的TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差顯示於表1。
除了第2段的逆滲透膜的透過流束為1.1m/d以外，以與實施例1相同相同的條件進行試驗。將通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差顯示於表1。
作為第2段的逆滲透膜的原水間隔件，除了使用線徑0.15~0.25mm、網眼2.0mm、厚度0.5mm者以外，以與實施例1相同的條件進行試驗。於將該膜元件填充到8英吋逆滲透膜裝置時，膜面積成為50.2m2。將通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差顯示於表1。
除了第2段的逆滲透膜裝置的透過流束為1.1m/d以外，以與實施例3相同的條件進行試驗。將通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差顯示於表1。
除了第2段的逆滲透膜的透過流束為1.3m/d以外，以與實施例3相同的條件進行試驗。將通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差顯示於表1。
除了第1段的逆滲透膜的透過流束為1.1m/d以外，以與實施例1相同的條件實施試驗。將通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差顯示於表1。
作為第2段的逆滲透膜的原水間隔件，除了使用線徑0.25~0.36mm、網眼2.6mm、厚度0.71mm者以外，以與實施例1相同的條件實施試驗。於將該膜元件填充到8英吋逆滲透膜裝置時，膜面積成為41.8m2。測量通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差。將結果顯示於表1。
作為第1段的逆滲透膜的原水間隔件，除了使用線徑0.2~0.3mm、網眼2.2mm、厚度0.6mm者以外，以與實施例1相同的條件實施試驗。於將該膜元件填充到8英吋逆滲透膜裝置時，膜面積成為41.8m2。測量通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差。將結果顯示於表1。
如表1所示，根據實施例1~6，能得到處理
水TOC濃度低、高純度之水質。在實施例6，由於第1段的透過流束比其他例更高，在500小時後的透過流束看到降低。比較例1係以往的處理方法。比較例2係處理水質較以往佳，但第1段的逆滲透膜的原水間隔較薄，因此第1段的逆滲透膜的元件壓差提早上昇，穩定性低。
作為第1段的逆滲透膜裝置3的逆滲透膜，設想市售的8英吋逆滲透膜元件，從日東電工製逆滲透膜ES20切出寬度50mm×長度800mm之平膜，與厚度0.86mm的聚丙烯製原水間隔件(線徑0.3~0.43mm，網眼3.0mm)一起，如第4圖填充到SUS製通水單元。
作為第2段的逆滲透膜裝置7的逆滲透膜，從日東電工製逆滲透膜ES20切出寬度50mm×長度800mm之平膜，與厚度0.60mm的聚丙烯製原水間隔件(線徑0.2~0.3mm，網眼2.2mm)一起，如第4圖填充到SUS製通水單元。
於將該第1段、第2段用的膜元件填充到8英吋逆滲透膜裝置時，膜面積分別為37.1m2、46.0m2。
作為原水係使用將生物處理水凝集過濾之水(TOC濃度1100ppb(1.1mg/L)，在第1段的逆滲透膜裝置，以透過流束0.6m/d、作為濃縮水以8英吋元件換算成為3.6m3/h的方式通水，在第2段的逆滲透膜裝置，以
透過流束1.0m/d、以8英吋元件換算成為3.6m3/h的方式通水。將通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差顯示於表2。
作為第2段的逆滲透膜的原水間隔件，除了使用線徑0.25~0.36mm、網眼2.6mm、厚度0.71mm者以外，以與實施例7相同的條件進行試驗。於將該膜元件填充到8英吋逆滲透膜裝置時，膜面積成為41.8m2。將通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差顯示於表2。
作為第1段的逆滲透膜的原水間隔件，除了使用線徑0.25~0.36mm、網眼2.6mm、厚度0.71mm者以外，以與比較例3相同的條件進行試驗。於將該膜元件填充到8英吋逆滲透膜裝置時，膜面積成為41.8m2。將通水500小時後的處理水TOC濃度、換算透過水量(0.75MPa換算時的透過流量)及第1段元件的壓差顯示於表2。
如表2所示，根據實施例7能得到相較於比較例3更優異的處理水質、高透過水量。比較例4看到第1段的元件的壓差上昇，得到穩定性惡化之結果。
從以上實施例及比較例即可明瞭，根據本發明的多段逆滲透膜裝置，相較於在第1段及第2段逆滲透膜裝置使用同一厚度的原水間隔件之多段逆滲透膜裝置，能得到高純度的處理水，不減損穩定性地使處理水質提升。
已利用特定態樣詳細說明本發明，但所屬技術領域具有通常知識者應明瞭只要不脫離本發明之意圖及範圍即能做各種變更。
本申請案係根據2013年2月20日提出申請之日本特許申請案2013-031033，以引用的方式援用其全體。
1‧‧‧原水槽
2‧‧‧第1泵
3‧‧‧第1逆滲透膜裝置
4、8、9‧‧‧配管
5‧‧‧中間槽
6‧‧‧第2泵
7‧‧‧第2逆滲透膜裝置
Claims (3)
- 一種多段逆滲透膜裝置，係將具備螺旋型膜元件的逆滲透膜裝置設置成多段而成，該螺旋型膜元件係將袋狀的逆滲透膜與原水間隔件一起捲繞而成；且將前段的逆滲透膜裝置的處理水藉由後段的逆滲透膜裝置予以處理，其特徵在於，第1段的逆滲透膜裝置的膜元件的原水間隔件的厚度比0.6mm大，第2段以後的逆滲透膜裝置的膜元件的原水間隔件的厚度為0.6mm以下。
- 如申請專利範圍第1項之多段逆滲透膜裝置，其中，第1段的逆滲透膜裝置的原水間隔件的厚度為0.7~2mm，第2段以後的逆滲透膜裝置的膜元件的原水間隔件的厚度為0.2~0.6mm。
- 一種多段逆滲透膜裝置之操縱方法，其係如申請專利範圍第1或2項之多段逆滲透膜裝置之操縱方法，其特徵在於，第1段的逆滲透膜裝置的透過流束為1.0m/d以下，第2段以後的逆滲透膜裝置的透過流束為1.1m/d以上。
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