TW202210166A - 除鹽裝置的運轉方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的除鹽裝置的運轉方法為並列設置有多行包括除鹽器的除鹽體系的除鹽裝置的運轉方法，其特徵在於：於向一部分除鹽體系通入被處理水而生產除鹽水的期間，自稀釋水槽向其他除鹽體系通入稀釋水進行清洗，並將清洗排水返送至該稀釋水槽，且於該稀釋水的水質與特定值相比成為高鹽類濃度側的情形時，將稀釋水的一部分排出，使其與所述被處理水合流，並且補給新的稀釋水。
Description
本發明是有關於一種除鹽裝置的運轉方法，尤其是有關於一種包括多個體系的除鹽管線的除鹽裝置的運轉方法。
於逆滲透膜等除鹽裝置中，長期運轉導致發生碳酸鈣、二氧化矽、氟化鈣等積垢的析出或有機物引起的膜堵塞，引起鹽去除率的降低或透水量的降低等除鹽裝置的性能降低。於積垢堵塞的情形時，為了防止除鹽裝置的性能降低，採用如下方法：對原水中的離子濃度進行測定，以於除鹽裝置的濃縮水中不超過飽和指數的方式運轉。此處，所謂飽和指數通常是指參與積垢生成的各離子種類的濃度・離子強度的積除以溶度積所得的值的對數值。於如避免該飽和指數超過零的範圍內使除鹽裝置運轉。進而，於如超過飽和指數的情形時，例如藉由添加防垢劑來抑制積垢的生成，使除鹽裝置運轉。
於為如即便添加防垢劑亦無法抑制的大幅超過飽和指數的水質的情形時，先前為了去除積垢，而進行酸洗或鹼洗的藥品清洗。然而於通常的清洗中，由於過程為停止裝置，調整清洗液後進行清洗，將清洗液回收後開始通水，故而清洗成本增大成為問題。因此，期待運用一種即便長期運轉除鹽裝置的性能亦不會降低、而無需藥品清洗的除鹽裝置。
作為除鹽裝置的運轉方法之一，可列舉沖洗法。此處所謂沖洗是指自濃縮水排出配管向系統外排出供水的操作。藉由以比正常運轉時更快的流速通水，可有效地沖刷堵塞膜面的污垢。沖洗通常按照1次/日～10次/日的頻度以30秒/次～120秒/次進行。然而，問題在於數分鐘/次程度的沖洗不足以使性能降低的除鹽裝置恢復，最終不得不實施清洗。又，由於在進行沖洗的情形時，打開濃縮水配管的開關閥，故而於進行沖洗的期間，無法進行透過水的生產，除鹽裝置的回收率降低。
作為其他方法，有使模組的被處理水的流動方向反轉的方法。藉由該方法，能夠容易地剝離蓄積於原水間隔件的雜質，除鹽裝置的穩定性提高。然而，問題在於為了使流動反轉，所需的閥數大幅增多，原始成本大幅增加。又，於閥產生故障的情形時，無法進行閥的切換，裝置的穩定性大幅受損。進而，並未提及流動反轉對積垢物質的剝離效果。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2004-141846號公報
專利文獻2：日本專利特開2004-261724號公報
[發明所欲解決之課題]
鑑於所述問題，本發明的課題在於提供一種除鹽裝置的運轉方法，其為包括多個體系的除鹽管線的除鹽裝置的運轉方法，其可於不停止除鹽裝置的運轉的情況下使降低的除鹽體系的除鹽性能恢復，並且稀釋水的使用量少。
[解決課題之手段]
本發明的除鹽裝置的運轉方法是並列設置有多行包括除鹽器的除鹽體系的除鹽裝置的運轉方法，其特徵在於：於向一部分除鹽體系通入被處理水而生產除鹽水的期間，自稀釋水槽向其他除鹽體系通入稀釋水進行清洗，並將清洗排水返送至該稀釋水槽，且於該稀釋水的水質與特定值相比成為高鹽類濃度側的情形時，將稀釋水的一部分排出，使其與所述被處理水合流，並且補給新的稀釋水。
於本發明的一態樣中，將所述清洗所使用的稀釋水的pH值設為3.2以下。
於本發明的一態樣中，使用除鹽裝置的除鹽水或積垢種類的飽和指數小於零的未飽和溶液作為稀釋水。
於本發明的一態樣中，於稀釋水中添加防垢劑。
於本發明的一態樣中，所述除鹽裝置為逆滲透膜裝置。
[發明的效果]
於本發明的除鹽裝置的運轉方法中，藉由向一部分除鹽體系通入被處理水而生產除鹽水，並且在此期間向其他除鹽體系通入稀釋水，而可使該除鹽體系的除鹽性能恢復。
於本發明中，於通量繼續降低之前，可利用稀釋水長時間清洗。又，於積垢溶解，稀釋水循環系統中鹽類濃度上升的情形時，藉由排出一部分稀釋水並補給新的稀釋水，而能夠將稀釋水濃度保持為低濃度。
以下，參照圖式對實施形態進行說明。於實施形態中，作為除鹽裝置，列舉逆滲透膜裝置（RO（Reverse Osmosis）裝置）為例進行說明，但本發明並不限定於此。作為逆滲透膜裝置以外的除鹽裝置，可例示：奈米過濾膜裝置、正滲透膜裝置、膜蒸餾裝置、電透析裝置、電氣去離子裝置等。
圖1、圖2表示實施形態的除鹽裝置的運轉方法所使用的除鹽裝置的結構。再者，圖1以粗實線表示第一通水模式的水的流動，圖2以粗實線表示第二通水模式的水的流動。又，圖中的PI表示壓力感測器，FI表示流量感測器。
該除鹽裝置包括：第一除鹽體系，包括第一RO裝置7、第二RO裝置10；及第二除鹽體系，包括第三RO裝置37、第四RO裝置40。並且，於其中一除鹽體系進行RO處理的期間，另一除鹽體系利用稀釋水進行清洗。
[第一通水模式]
於第一通水模式中，如圖1所示，第一除鹽體系進行原水的除鹽處理，第二除鹽體系利用稀釋水清洗各RO裝置。
＜第一除鹽體系＞
於第一通水模式的第一除鹽體系中，原水槽1內的原水（被處理水）經由泵2、配管3、閥4、配管5、配管6而被供給至第一RO裝置7的濃縮水室，來自第一RO裝置7的濃縮水經由配管8、配管9而被供給至各第二RO裝置10的濃縮水室。各第二RO裝置10的濃縮水經由配管11、配管12、閥13、配管14、閥15、配管16而作為濃縮水被取出。
各第一RO裝置7及第二RO裝置10的透過水經由配管18、配管19、閥20、配管21、閥21a、配管22而作為透過水被取出。
＜第二除鹽體系＞
於第一通水模式的第二除鹽體系中，稀釋水槽31內的稀釋水經由泵32、配管33、閥34、配管35、配管36而被供給至多個第三RO裝置37的濃縮水室，來自該濃縮水室的流出水經由配管38、配管39而被供給至第四RO裝置40的濃縮水室。穿過各第四RO裝置40的濃縮水室的水經由配管41、配管42、閥43、配管44、配管47、閥48、配管28b而被返送至稀釋水槽31。
各第三RO裝置37及第四RO裝置40的透過水經由配管50、配管51、閥52、配管53、配管56、閥57、配管58、配管25b而被返送至稀釋水槽31。
於該第一通水模式的情形時，為了設為如上所述的水的流動，而打開閥4、閥13、閥15、閥20、閥21a，並關閉閥61、閥24、閥27。又，打開閥34、閥43、閥48、閥52、閥57，並關閉閥45、閥54、閥65、閥68。
再者，較佳為以稀釋水槽31內的稀釋水的pH值成為3.2以下的方式，自pH值調整部31a添加鹽酸、硫酸等酸，或自防垢劑添加部31c添加防垢劑，而提高氟化鈣積垢等難溶性成分的飽和溶解度。
作為稀釋水，適宜為原水的RO處理水，但並不限定於此。
[第二通水模式]
於第二通水模式中，如圖2所示，第二除鹽體系進行原水的除鹽處理，第一除鹽體系利用稀釋水清洗各RO裝置。
＜第一除鹽體系＞
於第二通水模式的第一除鹽體系中，稀釋水槽31內的稀釋水經由泵32、配管63、配管62、閥61、配管60、配管5、配管6被供給至多個第一RO裝置7的濃縮水室，穿過濃縮水室的水經由配管8、配管9被供給至第二RO裝置10的濃縮水室。穿過各第二RO裝置40的濃縮水室的水經由配管11、配管12、閥13、配管14、配管26、閥27、配管28a、配管28b被返送至稀釋水槽31。
各第一RO裝置7及第二RO裝置10的透過水經由配管18、配管19、閥20、配管21、配管23、閥24、配管25a、配管25b被返送至稀釋水槽31。
＜第二除鹽體系＞
於第二通水模式的第二除鹽體系中，原水槽1內的原水（被處理水）經由泵2、配管3、配管67、閥68、配管35、配管36被供給至第三RO裝置37的濃縮水室，來自第三RO裝置37的濃縮水經由配管38、配管39被供給至各第四RO裝置40的濃縮水室。各第四RO裝置40的濃縮水經由配管41、配管42、閥43、配管44、閥45、配管46而作為濃縮水被取出。
各第三RO裝置37及第四RO裝置40的透過水經由配管50、配管51、閥52、配管53、閥54、配管55而作為透過水被取出。
於第二通水模式的情形時，為了設為如上所述的水的流動，而關閉閥4、閥15、閥21a、閥65，打開閥13、閥20、閥24、閥27、閥61。又，關閉閥34、閥48、閥57，打開閥43、閥45、閥52、閥54、閥68。
[確保稀釋水的水質的情形時的通水模式]
於稀釋水的循環通水時，基本上並未怎麼提高通水壓力，又，由於將處理水及濃縮水均全部返送至稀釋水槽31，故而稀釋水並未被濃縮，而於保持稀釋的濃度的狀態下進行循環通水。
但由於在圖1、圖2中均將利用稀釋水清洗RO裝置的情形時的清洗排水返送至稀釋水槽31，故而稀釋水槽31內的稀釋水的溶質濃度逐漸增高。因此，於由水質監控計31b檢測的水質檢測值超過特定值時，打開閥65，將自泵32輸送的稀釋水的至少一部分經由配管63、配管64、閥65、配管66排出至原水槽1。利用浮球水栓等，自補給管線30向稀釋水槽31導入與排出水量相當量的新的稀釋水。作為水質監控計31b，適宜為導電率計、比色分析、離子電極等。
於該除鹽裝置的運轉方法中，由其中一除鹽體系繼續生產透過水的運轉，並進行向另一除鹽體系通入保持為低濃度的稀釋水的運轉，藉此可使除鹽體系的通量恢復，而於不停止除鹽裝置的情況下防止回收率降低。又，由於將清洗所使用的全部稀釋水返送至稀釋水槽31，故而稀釋水的消耗量亦少。
[自正常運轉向恢復運轉的切換時機]
於本發明中，亦能夠於進行了特定時間正常運轉時切換為恢復運轉，較佳為於第二除鹽裝置生成積垢的時機進行切換。若例示使用逆滲透膜作為除鹽裝置的圖1的情形，則於第二RO裝置15的透過通量自運轉初期起降低設定比率的情形時，例如於降低5%的情形時進行切換。再者，該5%為一例，為選自1%～20%、尤其是1%～10%之間的值即可。尤佳為對第二RO裝置中最需濃縮的末端RO的透過通量的變化進行測定。
由於實際的透過通量受到運轉壓力、水溫、供水中的鹽類濃度的影響，故而作為表示RO裝置的性能的資料，較理想為以修正透過通量進行規定。
此處，修正透過通量通常利用如日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）K 3805：1990所示的逆滲透膜元素及模組透水量性能資料的標準化方法所記載的方法算出。
即，透水量性能資料藉由以下式（1）加以修正，藉此以修正透過通量Fps
的形式算出。
[數1]
此處，Qpa
：實際運轉條件下的透水量（m3
/d）
Pfa
：實際運轉條件下的操作壓力（kPa）
Pfba
：實際運轉條件下的模組差壓（kPa）
Ppa
：實際運轉條件下的透過水側的壓力（kPa）
Πfba
：實際運轉條件下的供給側、濃縮側的平均溶質濃度的滲透壓（kPa）
TCFa
：實際運轉條件下的溫度換算係數
Pfs
：標準運轉條件下的操作壓力（kPa）
ΔPfbs
：標準運轉條件下的模組差壓（kPa）
Pps
：標準運轉條件下的透過水側的壓力（kPa）
Πfbs
：標準運轉條件下的供給側、濃縮側的平均溶質濃度的滲透壓（kPa）
TCFs
：標準運轉條件下的溫度換算係數
[稀釋水的通水方向]
如圖1所示，稀釋水較佳為自第二RO裝置的供水側通入，但於使用水質良好者作為稀釋水時，亦可自濃縮水出口側通水。
於所述實施形態中，RO裝置被設置為兩段，但亦可設置為一段或三段以上。又，於所述實施形態中，除鹽體系被設置為兩行，但亦可設置為三行以上。
[實施例]
＜試驗目的＞
製備包含氟化鈣微粒分散液的模擬原水，與純水交替通入測試用RO裝置中，對通量恢復特性進行測定。
＜試驗方法＞
按照以下三個步驟的順序向包括膜面的大小為95 mm×146 mm的長方形形狀的RO膜的圖3的平膜型RO裝置200中通入下述的模擬原水與模擬稀釋水（試驗例1以外為添加防垢劑的模擬稀釋水）。RO裝置200包括下部單元201與上部單元202以及兩者間的網狀隔板203、RO膜204及透過水側間隔件205。
＜通水順序＞
第一模擬原水通水步驟：以初始通量成為0.45 m/D、通水流速成為0.1 m/s的方式通入模擬原水，於透水量一定的情況下進行通水試驗。（因此，修正透過通量隨時間經過逐漸降低。）供水壓設為一定。（因此，通量隨時間經過逐漸降低。）
稀釋水通水步驟：於修正透過通量自初始值降低10%～15%後，以通水流速0.1 m/s通入稀釋水45分鐘。
第二模擬原水通水步驟：以與第一模擬原水通水步驟相同的供水壓、透水量通入模擬原水。
＜模擬原水＞
以成為Ca濃度650 mg/L、F濃度70 mg/L的方式將氯化鈣二水合物與碳酸氫鈉溶解於純水中進行製備。
pH值：5.5
水溫：22℃～23℃
＜模擬稀釋水＞
使用以與所述模擬原水同樣的方式製備的表1所示的Ca及Na濃度以及pH值者。
＜添加防垢劑的模擬稀釋水＞
使用於所述模擬稀釋水中以成為表1所示的濃度的方式添加作為防垢劑的2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸而成者。
[結果]
將第一模擬原水通水步驟將要結束之前的修正透過通量F與初始修正透過通量F0
的比F/F0
作為「稀釋水通水前通量（Flux）比」示於表1。
將第二模擬原水通水步驟剛開始後的修正透過通量F'與初始修正透過通量F0
的比F'/F0
作為「稀釋水通水後Flux比」示於表1。
將[稀釋水通水後Flux比]/[稀釋水通水前Flux比]的值作為「恢復比」示於表1。
[表1]
| - | 稀釋水水質 | ①稀釋水通水前Flux比 | ②稀釋水通水後Flux | 恢復比 （②÷①） | |||
| Ca | F | pH值 | 防垢劑 | ||||
| mg/L | mg/L | - | mg/L | ||||
| 試驗例1 | ＜0.1 | ＜0.1 | 5.5 | 0 | 94.80% | 99.80% | 1.05 |
| 試驗例2 | ＜0.1 | ＜0.1 | 5.5 | 10 | 95.20% | 99.80% | 1.05 |
| 試驗例3 | 3.2 | 0.8 | 5.5 | 10 | 95.60% | 98.80% | 1.03 |
| 試驗例4 | 32 | 8 | 3.2 | 10 | 94.80% | 99.80% | 1.05 |
| 試驗例5 | 25 | 16 | 3 | 10 | 93.30% | 94.20% | 1.01 |
| 試驗例6 | 32 | 8 | 5.5 | 500 | 94.50% | 96.40% | 1.02 |
| 試驗例7 | 32 | 8 | 5.5 | 50 | 94.50% | 95.80% | 1.01 |
| 試驗例8 | 32 | 8 | 5.5 | 10 | 94.30% | 94.50% | 1 |
| 試驗例9 | 32 | 8 | 3.5 | 10 | 96.00% | 95.30% | 0.99 |
| 試驗例10 | 64 | 40 | 3 | 10 | 95.80% | 95.50% | 1 |
| 試驗例11 | 32 | 20 | 3 | 10 | 93.40% | 93.80% | 1 |
[考察]
（1）如表1所示，藉由進行稀釋水通水步驟，使得通量恢復（增大）。
（2）根據試驗例2、試驗例3、試驗例8的對比，認為稀釋水的水質越稀，可獲得越高的恢復率。
（3）如試驗例1所示，若為充分稀釋的稀釋水，則即便不添加防垢劑亦可獲得高的恢復比。
（4）如試驗例6、試驗例7、試驗例8所示，若稀釋水的水質差，則即便添加防垢劑，亦難以獲得高的恢復比。
（5）如試驗例4、試驗例7、試驗例8所示，即便於稀釋水的水質差的情形時，若稀釋水的pH值為3.2以下，則亦可獲得高的恢復比。
（6）如試驗例5、試驗例10、試驗例11所示，於稀釋水的F濃度過高（≧20 mg/L）的情形時，即便pH值低，亦無法獲得高的恢復比。
於稀釋水的水質稀（i）、稀釋水的pH值為3.2以下（ii）、添加防垢劑（iii）的條件中，若具有（i）與（ii）或（iii），則與僅（i）的情形相比，Flux改善效果提高。又，藉由降低稀釋水的pH值，即便為水質差的稀釋水，亦可維持Flux改善效果。
已使用特定的態樣對本發明進行了詳細說明，但本領域技術人員明白，可於不脫離本發明的意圖與範圍的情況下進行各種變更。
本申請案基於2020年9月14日提出申請的日本專利申請案2020-153862，並藉由引用而援引其整體。
1:原水槽
2、32:泵
3、5、6、8、9、11、12、14、16、18、19、21～23、25a、25b、26、28a、28b、33、35、36、38、39、41、42、44、46、47、50、51、53、55、56、58、60、62～64、66、67:配管
4、13、15、20、21a、24、27、34、43、45、48、52、54、57、61、65、68:閥
7、10、37、40:第二RO裝置
30:補給管線
31:稀釋水槽
31a:pH值調整部
31b:水質監控計
31c:防垢劑添加部
200:平膜型RO裝置
201:下部單元
202:上部單元
203:網狀隔板
204:RO膜
205:透過水側間隔件
FI:流量感測器
PI:壓力感測器
圖1是對實施形態的除鹽裝置的運轉方法進行說明的流程圖。
圖2是對實施形態的除鹽裝置的運轉方法進行說明的流程圖。
圖3是試驗單元的截面圖。
1:原水槽
2、32:泵
3、5、6、8、9、11、12、14、16、18、19、21~23、25a、25b、26、28a、28b、33、35、36、38、39、41、42、44、46、47、50、51、53、55、56、58、60、62~64、66、67:配管
4、13、15、20、21a、24、27、34、43、45、48、52、54、57、61、65、68:閥
7、10、37、40:RO裝置
30:補給管線
31:稀釋水槽
31a:pH值調整部
31b:水質監控計
31c:防垢劑添加部
FI:流量感測器
PI:壓力感測器
Claims (5)
- 一種除鹽裝置的運轉方法，為並列設置有多行包括除鹽器的除鹽體系的除鹽裝置的運轉方法，其特徵在於： 於向一部分除鹽體系通入被處理水而生產除鹽水的期間，自稀釋水槽向其他除鹽體系通入稀釋水進行清洗，並將清洗排水返送至所述稀釋水槽，且 於所述稀釋水的水質與特定值相比成為高鹽類濃度側的情形時，將稀釋水的一部分排出，使其與所述被處理水合流，並且補給新的稀釋水。
- 如請求項1所述的除鹽裝置的運轉方法，其中將所述清洗所使用的稀釋水的pH值設為3.2以下。
- 如請求項1或請求項2所述的除鹽裝置的運轉方法，其中使用除鹽裝置的除鹽水或積垢種類的飽和指數小於零的未飽和溶液作為稀釋水。
- 如請求項1至請求項3中任一項所述的除鹽裝置的運轉方法，其中於稀釋水中添加防垢劑。
- 如請求項1至請求項4中任一項所述的除鹽裝置的運轉方法，其中除鹽裝置為逆滲透膜裝置。
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