TW201938251A - 水處理裝置 - Google Patents
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Abstract
一種水處理裝置，包括：NF膜模組4，接收來自水系統1的水而進行透過處理，包括有用成分非透過性的選擇性透過膜（NF膜）；RO裝置9，對所述NF膜模組4的透過水進行去離子處理；以及使所述NF膜模組4的非透過水及所述RO裝置9的透過水返回至所述水系統1的元件。
Description
本發明是有關於一種對來自水系統的水進行處理，使處理水返回至所述水系統的水處理裝置。
在開放循環式冷卻系統中，進行對冷卻塔排放水（blow off water）進行處理，並使處理水返回至冷卻塔的處理（專利文獻1等）。
最近，業界正在謀求削減水的使用量或回收水，在實施水處理的系統中，例如在冷卻水或鍋爐（boiler）等之中，亦謀求回收向所述系統外排出的排放水。但是，現有的水回收技術亦會去除對水處理有效的成分。由於過度去除水中的成分，所以存在能源或藥品的浪費。
在回收冷卻塔排放水的製程中，是進行前處理過濾（砂過濾、活性炭、微過濾（microfiltration，MF）膜等）與逆滲透（reverse osmosis，RO）膜或倒極式電透析（electrodialysis reversal，EDR）（極性轉換方式電透析裝置）的組合處理。在現有的排放水回收製程中，是利用前處理膜或MF膜等對排放水的總量進行處理之後供給至RO膜。利用所述RO膜等，將水處理藥品或溶解鹽類等濃縮於濃縮水中而排出至系統外，將RO膜等的透過水作為回收水加以回收。
[專利文獻1]日本專利特開2003-1255號公報
在所述先前的回收製程中，對水處理有效的成分即鈣、鋅、聚合物、磷酸、膦酸（phosphonic acid）等藥劑的成分等在原水中含有的各種有用成分亦全部含於濃縮水中而排出至系統外。在先前的回收製程中，藉由RO膜等，而使得鋅、磷酸、有機物（總有機碳（Total Organic Carbon，TOC）、化學需氧量（chemical oxygen demand，COD））等亦被濃縮，因此容易引起RO膜等的污染（fouling）。又，當排出濃縮水時，必須對鋅、磷酸、COD、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）等進行去除處理。
本發明的目的在於提供一種可回收有用成分，容易進行排出至系統外的水的處理，亦可防止裝置的運轉故障的水處理裝置。
本發明的水處理裝置包括：選擇性透過膜裝置，接收來自水系統的水而進行透過處理，包括有用成分非透過性的選擇性透過膜；去離子裝置，對所述選擇性透過膜裝置的透過水進行去離子處理；以及使所述選擇性透過膜裝置的非透過水及所述去離子裝置的去離子水返回至所述水系統的元件。
在本發明的一形態中，所述水系統的水包含防鏽劑、防垢劑及黏液防止劑中的至少一種。
在本發明的一形態中，所述水系統是冷卻水系統、水處理裝置或對水處理裝置供給補給水的補給水系統。
在本發明的一形態中，所述選擇性透過膜是奈米過濾（nanofiltration，NF）膜，所述去離子裝置是RO裝置或電去離子裝置。
[發明的效果]
在本發明中，利用選擇性透過膜（2價以上的離子的排除率高的膜、排除有機物的膜等）對來自水系統的水進行處理，並利用RO膜或EDR等去離子裝置對所述選擇性透過膜的透過水進行處理。然後，將選擇性透過膜的非透過水送回至水系統而回收有用成分。並且，將去離子裝置的去離子水送回至水系統而回收水。以如上所述的方式，回收有用成分及水。
在本發明中，利用選擇性透過膜（2價以上的離子的排除率高的膜、排除有機物的膜等）對來自水系統的水進行處理，並利用RO膜或EDR等去離子裝置對所述選擇性透過膜的透過水進行處理。然後，將選擇性透過膜的非透過水送回至水系統而回收有用成分。並且，將去離子裝置的去離子水送回至水系統而回收水。以如上所述的方式，回收有用成分及水。
在本發明中，對去離子裝置的供水已藉由選擇性透過膜而去除有用成分，故在來自去離子裝置的排水中不含有用成分，去離子裝置的排水的處理變得容易。對去離子裝置的供水是藉由選擇性透過膜而處理，因此雜質濃度降低，可實現去離子裝置的穩定運轉。
當使用中空纖維型的低壓型NF膜作為選擇性透過膜時，可代替現有的前處理膜的作用，能夠使裝置小型化。
以下，參照圖1對實施形態進行說明。圖1中，水系統是循環冷卻水系統，但本發明並不限定於此，可應用於保持著包含有用成分的水的各種水系統的處理。
在圖1的水處理裝置中，水系統1的一部分水藉由泵2而供給至包含前處理膜（例如MF膜或砂過濾、多層過濾（multimembrane filtering，MMF）、雙層過濾（double membrane filtering，DMF）、濾筒（cartridge filter）等）、濾器（strainer）等的前處理裝置3，去除粒徑大的固形物質而成為前處理水。所述前處理水是供給至作為選擇性透過膜裝置的NF裝置4。NF裝置4的非透過水（濃縮水）經由配管5而送回至水系統1。非透過水的一部分根據需要，自配管6排出至系統外。
NF裝置的透過水是經由配管7、泵8供給至作為去離子裝置的RO裝置9。亦可取代RO裝置，使用EDR等電透析裝置。RO裝置9的透過水是經由配管10送回至水系統1。RO裝置9的非透過水（濃縮水）是自配管11排出至系統外。為了提高水回收率，將其一部分經由配管12送回至向RO裝置的供水配管7，再次進行RO處理。
在所述實施形態中，在冷卻水系統1中，添加有防鏽劑、防垢劑、黏液防止劑等水處理藥劑，在來自水系統1的水中，包含各種有用成分（聚合物、磷酸鹽、有機磷酸化合物、鋅離子、鈣離子等）。將該些有用成分藉由NF裝置4而回收至非透過水，並送回至水系統1。來自RO裝置9的去離子水亦經由配管10而回收至水系統1，因此可有效利用水，補給水量減少。
在RO裝置9的濃縮水中，包含在水處理上不需要、或根據其成分會確定水處理的上限的成分（氯化物離子或氧化矽等）。藉由排出濃縮水，而將該些成分排出至系統外。如上所述，可選擇性地去除氯化物或氧化矽等有可能在水處理上引起問題的成分，因此能夠降低此種成分在水系統中的濃度。
在水系統1中，根據需要，亦必須將有用成分自水系統1排放（blow）以防止過度濃縮。在圖1的情況，藉由將NF裝置的一部分濃縮水自配管6排出至系統外，可削減來自水系統的排放水量。
本發明除了冷卻水系統以外，亦可應用於添加有防鏽劑或防垢劑等藥劑的各種水系統。
[實施例]
[實施例1]
＜處理1＞
藉由圖2所示的使用NF膜模組的循環處理裝置，對自實機循環冷卻水系統選取的水樣進行NF膜過濾而進行濃縮處理。
[實施例1]
＜處理1＞
藉由圖2所示的使用NF膜模組的循環處理裝置，對自實機循環冷卻水系統選取的水樣進行NF膜過濾而進行濃縮處理。
在圖2中，儲槽（tank）20內的水樣是經由泵21、配管22供給至NF膜模組23。將泵21的一部分噴出水藉由配管29而送回至儲槽20。NF膜模組23的濃縮水是經由包含恆流量閥（constant flow valve）25的配管24送回至儲槽20。NF膜模組23的透過水是自配管26導入至透過水槽27，藉由重量測定器28而測定水量。
藉由使所述裝置繼續運轉，而使儲槽20內的水逐漸濃縮。
作為NF膜，是使用De.MEM公司（De.MEM Limited ASX:DEM）製造的NF膜（中空纖維型NF膜）。以入口壓力0.25 MPa～0.3 MPa，在50%回收的條件下進行膜過濾。將5 L水樣置入儲槽20中，在透過水的水量達到2.5 L的時點，結束通水。
＜處理2＞
對在所述處理1中獲得的透過水添加10 mg/L的防垢劑（栗田工業公司製造Kuriverter N-500），利用圖3所示的包含RO膜（海德能（Hydranautics）公司製，聚醯胺（polyamide，PA）膜ES-20）的RO系統，以透過水的回收率70%、固定透過水量實施運轉。對膜間差壓（Trans Membrane Pressure，TMP）及溶液導電率進行監視，算出對溶液滲透壓進行有修正的膜間差壓0.75 MPa、25℃條件的標準化透過通量Normalized Flux（m3 /m2 /日（day））。
對在所述處理1中獲得的透過水添加10 mg/L的防垢劑（栗田工業公司製造Kuriverter N-500），利用圖3所示的包含RO膜（海德能（Hydranautics）公司製，聚醯胺（polyamide，PA）膜ES-20）的RO系統，以透過水的回收率70%、固定透過水量實施運轉。對膜間差壓（Trans Membrane Pressure，TMP）及溶液導電率進行監視，算出對溶液滲透壓進行有修正的膜間差壓0.75 MPa、25℃條件的標準化透過通量Normalized Flux（m3 /m2 /日（day））。
在圖3的RO系統中，將所述儲槽20內的經濃縮的水樣作為供水，經由泵30、配管31供給至RO單元32的容器（vessel）33。在容器33內，藉由包含平板膜（flat membrane）的RO膜34而劃分成一次室35及二次室36。容器33配置於包含循環泵38及加熱器（heater）39的水浴（water bath）37內。在一次室35內，藉由磁力攪拌器40而攪拌。已流過一次室35的非透過水（濃縮水）經由配管41、定壓閥42及導電度計43而流入至濃縮水槽44。濃縮水槽44是設置於重量測定器45上，對流入至濃縮水槽44的濃縮水量進行測定，並將其資料記錄於記錄器（logger）46。
已透過RO膜34的二次室36內的透過水經由配管50、導電度計51流入至透過水槽52。透過水槽52是設置於重量測定器53上，對流入至透過水槽52的透過水量進行測定，將其資料記錄於記錄器54。
在所述配管31、配管50上設置有壓力感測器60、壓力感測器61，將水壓資料記錄於記錄器62。
將所述水樣、圖2的NF膜濃縮水及透過水、與圖3的RO膜透過水及濃縮水的水質的分析結果示於表1。在表1中，亦表示有所述NF膜及RO膜的截留率（reject rate）。
[表1]
＜考察＞
在冷卻水的水處理中，對防蝕或防垢重要的鈣硬度、鋅、磷酸離子或膦酸、聚合物等藉由圖2的NF膜模組23的處理，而以65%～100%的高比率被截留。另一方面，成為腐蝕或水垢的因素的氯化物離子或氧化矽的NF膜排除率（截留率）低至-1%～11%，而通過NF膜。
在冷卻水的水處理中，對防蝕或防垢重要的鈣硬度、鋅、磷酸離子或膦酸、聚合物等藉由圖2的NF膜模組23的處理，而以65%～100%的高比率被截留。另一方面，成為腐蝕或水垢的因素的氯化物離子或氧化矽的NF膜排除率（截留率）低至-1%～11%，而通過NF膜。
在圖3的RO系統中，引起RO膜的堵塞的有機物成分已藉由RO膜處理而去除其大部分。圖5中表示有標準化透過通量（Normalized Flux）的變遷，作為平板膜試驗的RO膜的評估試驗的結果。RO膜的透過通量穩定，未確認到因水垢或有機物等的污染而導致的堵塞。由所述結果可認為，藉由RO膜，可使不需要的離子濃縮，並穩定地排出至系統外。
藥品成分（Zn、T-PO4、聚合物（Polymer）等）或有機物如表1所示，幾乎不透過NF膜，而在系統內再循環，因此藥品的使用量得以削減，RO濃縮水中的Zn、P、BOD濃度下降（Zn＝0.7、P＝1.3、BOD＜20）。藉此，可降低環境載荷，並且亦可無需追加的處理而進行排水。
[比較例1]
＜實驗條件＞
與實施例1同樣，將實機實際冷卻水作為水樣，將其如圖4所示利用MF膜（庫拉雷（Kuraray）公司，聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，PVDF）製 孔徑0.02 μm），在入口壓力0.25 MPa～0.3 MPa的條件下進行總量過濾。在圖4中，儲槽70內的水樣按照泵71、配管72、NF膜模組73、配管74的順序流動，並導入至過濾水槽75，利用重量測定器76測量水量。將泵71的一部分噴出水藉由配管77而送回至儲槽70。
＜實驗條件＞
與實施例1同樣，將實機實際冷卻水作為水樣，將其如圖4所示利用MF膜（庫拉雷（Kuraray）公司，聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，PVDF）製 孔徑0.02 μm），在入口壓力0.25 MPa～0.3 MPa的條件下進行總量過濾。在圖4中，儲槽70內的水樣按照泵71、配管72、NF膜模組73、配管74的順序流動，並導入至過濾水槽75，利用重量測定器76測量水量。將泵71的一部分噴出水藉由配管77而送回至儲槽70。
製備在所述過濾水中添加有10 mg/L的防垢劑（栗田工業公司製Kuriverter N-500）的檢測水A、以及添加3.4 mL/L的硫酸（1N）而將酸鹼度（pH）調整至5.6的檢測水B。
利用所述圖3所示的RO系統（RO膜與以上所述者相同）對各檢測水A、檢測水B，在透過水的回收率70%、30℃、固定透過水量的條件下實施運轉，對膜間差壓（Trans Membrane Pressure，TMP）及溶液導電率進行監視，運算出對溶液滲透壓進行有修正的膜間差壓0.75 MPa、25℃條件的標準化透過通量（Normalized Flux）（m3
/m2
/日（day））。
＜結果與考察＞
將使用檢測水A時的水質分析結果及平板膜試驗裝置的標準化透過通量（Normalized Flux）的變遷的觀察結果分別示於表2、圖6。又，將使用檢測水B時的水質分析結果及平板膜試驗裝置的標準化透過通量（Normalized Flux）的變遷的觀察結果分別示於表3、圖7。
將使用檢測水A時的水質分析結果及平板膜試驗裝置的標準化透過通量（Normalized Flux）的變遷的觀察結果分別示於表2、圖6。又，將使用檢測水B時的水質分析結果及平板膜試驗裝置的標準化透過通量（Normalized Flux）的變遷的觀察結果分別示於表3、圖7。
[表2]
[表3]
如表2、圖5，在MF膜透過水中僅添加有防垢劑的檢測水A中，鈣濃度亦高且有機物亦大量殘留，故即使添加防垢劑而進行MF處理及RO處理，亦可在RO膜中確認到明確的標準化透過通量（Normalized Flux）的堵塞傾向。在藉由硫酸對pH進行有調整的檢測水B的情況，未出現水垢傾向，故未確認到Flux的下降而能夠穩定運轉。
藉由硫酸而進行的pH調整雖對RO膜的運轉的穩定有效，但為了對1 m3
的樣品進行處理，作為90%硫酸，需要添加185 g，例如若為每小時10 m3
的裝置，則平均每個月的消耗超過1，300 kg，故而儲槽或保管場所的管理成為問題。
又，在RO的濃縮水中包含藥品成分（鋅、磷酸、聚合物等），故難以滿足其排出目的地的基準，需要探討追加的處理或工業廢料的排出、回收率的降低等。
已利用特定形態對本發明進行詳細說明，但所屬技術領域中具有通常知識者當知，在不脫離本發明的意圖及範圍的情況下可進行各種變更。
本申請是基於2018年3月14日申請的日本專利申請2018-046832，藉由引用而援引其全文。
本申請是基於2018年3月14日申請的日本專利申請2018-046832，藉由引用而援引其全文。
1‧‧‧水系統
2、8、21、30、71‧‧‧泵
3‧‧‧前處理裝置
4‧‧‧NF裝置
5、6、7、10、11、12、22、24、26、29、31、41、50、72、74、77‧‧‧配管
9‧‧‧RO裝置
20、70‧‧‧儲槽
23、73‧‧‧NF膜模組
25‧‧‧恆流量閥
27‧‧‧透過水槽
28、45、53、76‧‧‧重量測定器
32‧‧‧RO單元
33‧‧‧容器
34‧‧‧RO膜
35‧‧‧一次室
36‧‧‧二次室
37‧‧‧水浴
38‧‧‧循環泵
39‧‧‧加熱器
40‧‧‧磁力攪拌器
42‧‧‧定壓閥
43、51‧‧‧導電度計
44‧‧‧濃縮水槽
46、54、62‧‧‧記錄器
52‧‧‧透過水槽
60、61‧‧‧壓力感測器
75‧‧‧過濾水槽
圖1是實施形態的水處理裝置的方塊圖。
圖2是實施例中所使用的試驗裝置的方塊圖。
圖3是實施例中所使用的試驗裝置的方塊圖。
圖4是比較例中所使用的試驗裝置的方塊圖。
圖5是表示試驗結果的曲線圖。
圖6是表示試驗結果的曲線圖。
圖7是表示試驗結果的曲線圖。
Claims (4)
- 一種水處理裝置，包括： 選擇性透過膜裝置，接收來自水系統的水而進行透過處理，包括有用成分非透過性的選擇性透過膜； 去離子裝置，對所述選擇性透過膜裝置的透過水進行去離子處理；以及 使所述選擇性透過膜裝置的非透過水與所述去離子裝置的去離子水返回至所述水系統的元件。
- 如申請專利範圍第1項所述的水處理裝置，其中所述水系統的水包含防鏽劑、防垢劑及黏液防止劑中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的水處理裝置，其中所述水系統是冷卻水系統、水處理裝置或對水處理裝置供給補給水的補給水系統。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的水處理裝置，其中所述選擇性透過膜是奈米過濾膜，所述去離子裝置是逆滲透裝置或電去離子裝置。
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