TW202313187A - 膜分離方法及低去除率ｒｏ膜的製造方法 - Google Patents

膜分離方法及低去除率ｒｏ膜的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係提供一種膜分離方法，係可應用逆滲透法作為具有高的滲透壓之被處理液的分離法、濃縮法或水回收法。本發明之具有滲透壓的膜分離方法，係包含第1步驟，該第1步驟係藉由使用低去除率RO膜(50)之逆滲透法，使前述被處理液分離成第1穿透液與第1非穿透液。在將被處理液側膜面濃度Cb’之滲透壓設為πCb’，將最大運轉壓力差設為ΔPmax時，前述被處理液滿足πCb’>ΔPmax，或具有5MPa以上100MPa以下之滲透壓。低去除率RO膜(50)係使前述被處理液所含有的溶質之至少一部分與溶劑一起穿透的膜。

Description

膜分離方法及低去除率RO膜的製造方法
本發明係有關一種膜分離方法及低去除率RO膜的製造方法。
逆滲透(reverse osmosis：RO)法係在經半透膜分隔之濃厚溶液側施加壓力，並使被處理液側與穿透側之間的運轉壓力差比濃厚溶液側與稀薄溶液側之滲透壓的差更高，藉此經由半透膜而使溶劑選擇穿透之技術。該技術係在海水淡水化用途等廣泛普及化之技術。再者，逆滲透法有時分類成RO與NF(nanofiltration：奈米過濾)。已知相較於使用熱能而使水蒸發並進行濃縮之蒸發法，逆滲透法為節能技術。
然而，源自使用於逆滲透法之元件的耐壓等，在可操作的運轉壓力差有上限，故可應用逆滲透法之溶液的濃度受到限制。再者，在逆滲透法中因伴隨分離之濃度分極導致的膜表面之溶質濃度的上昇以及因溶劑穿透導致的被處理液中之溶質濃度上昇，實質上的滲透壓會上昇，亦成為逆滲透法之應用範圍規定限制。因此，高濃度液之濃縮或低濃度液之高濃縮等的操作大多依然以蒸發法來進行。
在專利文獻1中，已記載一種使用逆滲透法之鹽水的淡水化處理方法。在專利文獻1記載之淡水化處理方法係使用一種半透膜模組，該半透膜模組係具備被半透膜分隔的第1室及第2室。接著，專利文獻1亦揭示一種方法，該方法係在前述第1室使鹽水之一部分流動，並在前述第2室使鹽水之另一部分流動，藉由加壓前述第1室，以提高穿透側之鹽水的濃度，藉此降低滲透壓差。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[特許文獻1]日本特開2018-1111號公報
然而，導入於前述第2室之鹽水中的鹽雖然以濃度分布作為推進力而朝向穿透側之膜面進行擴散，但會因從膜面穿透而來之溶劑的流動而朝與擴散相反方向壓回。因此，在上述之習知技術中，有時難以充分提高實質上有助於滲透壓之穿透側的膜面濃度。
本發明之一態樣係目的在於提供一種膜分離方法，該膜分離方法係可應用逆滲透法作為具有高的滲透壓之被處理液的分離或、濃縮法或水回收法。
為了解決上述之課題，有關本發明之一態樣的具有滲透壓之被處理液的膜分離方法，係包含第1步驟，該第1步驟係藉由使用低去除率RO膜之逆滲透法，使前述被處理液分離成第1穿透液與第1非穿透液，其中，在將被處理液側膜面濃度Cb’之滲透壓設為πCb’，並將最大運轉壓力差設為ΔPmax時，前述被處理液滿足πCb’>ΔPmax，前述低去除率RO膜係使前述被處理液所含有的溶質之至少一部分與溶劑一起穿透的膜。
又，有關本發明之一態樣的具有滲透壓之被處理液的膜分離方法，係包含第1步驟，該第1步驟係藉由使用低去除率RO膜之逆滲透法，在加壓下使前述被處理液分離成第1穿透液與第1非穿透液，其中，前述被處理液的浸透壓為5MPa以上100MPa以下，前述低去除率RO膜係使前述被處理液所含有的溶質之至少一部分與溶劑一起穿透的膜。
有關本發明之一態樣的低去除率RO膜之製造方法係使包含氧化劑的氧化劑溶液與RO膜接觸。
若依據本發明之一態樣，可提供一種膜分離方法，該膜分離方法係可應用逆滲透法作為具有高的滲透壓之被處理液的分離法、濃縮法或水回收法。
1,1A:膜分離系統
10,10A,10B,10C:第1分離裝置
11,12,13,14,15,16,21,22:配管
20:第2分離裝置
50,50A,50B,50C:低去除率RO膜
60:逆滲透膜
圖1係示意性表示有關本發明之例示性的一實施型態之膜分離系統1的構成之概略圖。
圖2係表示有關本發明之實施型態的低去除率RO膜50之製造方法的大概流程之流程圖的一例。
圖3係示意性表示在實施例1使用的膜分離系統1A之構成的概略圖。
以下詳細說明有關本發明之膜分離方法的例示性之實施型態。本發明之實施型態係不限於下列所示的具體例。在下列之實施型態中，膜分離系統係記載作為使被處理液分離成穿透液與非穿透液之系統，但亦可容易地理解該膜分離系統亦可用作為濃縮被處理液而獲得穿透液與濃縮液之濃縮系統。同樣地，至於膜分離系統具備之分離裝置，亦可容易理解為可用作為濃縮裝置。尚且，可容易理解為該膜分離系統可用作為從被處理液回收高純度的溶劑之過濾系統，關於分離裝置，亦可容易理解為可用作為過濾裝置。
〔實施型態〕
圖1係示意性表示在有關本發明之例示性的一實施型態之膜分離方法所使用的膜分離系統1的構成之概略圖。如圖1所示，膜分離系統1係具備第1分離裝置10、及第2分離裝置20。
第1分離裝置10係具備低去除率RO膜50(低去除率逆滲透膜)，在供給被處理液之被處理液側進行加壓而使其通液，藉此使被處理液分離成第1穿透液、及第1非穿透液。亦即，第1分離裝置10係執行 第1步驟的裝置，該第1步驟係藉由使用低去除率RO膜之逆滲透法，使前述被處理液分離成第1穿透液及第1非穿透液。第1分離裝置10係如聖誕樹型為代表，可相對於非穿透液，將複數個膜模組以並聯或串聯的方式組合而構成。對於低去除率RO膜50係詳述於下述。
第2分離裝置20係具備逆滲透膜60，並使從第1分離裝置10所排出的第1穿透液，在供給作為第2被處理液之被處理液側進行加壓而使其通液，藉此使第1穿透液分離成第2穿透液與第2非穿透液。亦即，第2分離裝置20係執行第2步驟的裝置，該第2步驟係藉由使用逆滲透膜60之逆滲透法，使第1穿透液分離成第2穿透液與第2非穿透液。第2分離裝置20係如聖誕樹型為代表，可相對於非穿透液，將複數個膜模組以並聯或串聯的方式組合而構成。對於逆滲透膜60係詳述於下述。
在圖1之膜分離系統1中，在第1分離裝置10之被處理液入口係連接配管11。第1分離裝置10之第1穿透液出口、及第2分離裝置20之第1穿透液入口係藉由配管12而連接，在第1分離裝置10之第1非穿透液出口係連接配管13。在第2分離裝置20之第2穿透液出口係連接配管21，並在第2非穿透液出口係連接配管22。配管22係可與配管11或者第1分離裝置10之被處理液側連接。又，在各配管中，可經泵浦等進行昇壓，各分離裝置之供給配管係以進行昇壓為較佳。
<有關在膜分離製程中之穿透現象>
首先，為了本申請案發明之理解，有關在膜分離製程之穿透現象，以下說明有關(i)截留率與濃度分極、及(ii)膜穿透之輸送方程式。
有關(i)截留率及濃度分極
逆滲透膜性能係可以通常溶質之截留率、及穿透流束來表示。截留率在汎用上可使用下列之式(1)所定義的表觀截留率Robs〔-〕。
Robs=1-(Cp/Cb) (1)
上述式中，Cb為被處理液濃度〔mol/m3〕，Cp為穿透液濃度〔mol/m3〕。
另一方面，已知被膜截留之溶質會累積於膜表面，產生被處理液側膜面之濃度Cb’〔mol/m3〕高於被處理液濃度Cb之濃度分極。亦即，膜實際上分離了濃度Cb’之溶液，真實的截留率R〔-〕係可以下列之式(2)來表示。
R=1-(Cp/Cb’) (2)
在上述式中，Cp為穿透液之濃度〔mol/m3〕。
又，在被處理液側膜面之濃度Cb’可從邊界膜內之物質進出，使用下列之式(3)而求得。
(Cb’-Cp)/(Cb-Cp)=exp(Jv/k) (3)
在上述式中，Jv為溶劑穿透流束〔m3/m2/s〕，k為被處理液側邊界膜內溶質物質移動係數〔m/s〕。
(ii)膜穿透之輸送方程式
在膜分離製程中，描述使膜進行穿透之溶劑穿透流束及溶質穿透流束之方程式為膜穿透之輸送方程式。溶劑穿透流束Jv及溶質穿透流束Js〔m3/m2/s〕係例如可分別以下列之式(4)及式(5)來表示。
Jv=Lp(ΔP-σΔπ) (4)
Js=P(Cb’-Cp)+(1-σ)CJv (5)
在上述式中，Lp為純水穿透係數〔m3/m2/s/Pa〕，ΔP為被處理液側與穿透側之運轉壓力差〔Pa〕，σ為反射係數〔-〕，Δπ為被處理液側與穿透側之滲透壓差〔Pa〕，P為溶質之穿透係數〔m/s〕，C為膜兩側之平均濃度〔mol/m3〕。反射係數σ係表示膜之半透性，σ=1時表示完全的半透膜，σ=0時表示完全無半透性(不引起分離)。
又，Δπ係可以下列之式(6)來表示。
Δπ=πCb’-πCp (6)
在上述式中，πCb’為被處理液側膜面濃度Cb’之滲透壓〔Pa〕，πCp為穿透液濃度Cp之滲透壓〔Pa〕。
上述式(4)及式(5)係依據不可逆過程之熱力學，以現象論方程式作為起始點者。在上述式(5)中，C係表示膜兩側之平均濃度，但如膜分離法，兩側之濃度差非常大時，平均值不具有意義。因此，提出一種將式(5)以微分系應用於膜內，並對於膜厚進行積分之輸送方程式。積分結果雖然不以溶質穿透流束Js之形式寫出，但使用真實之截留率R，可以下列之式(7)來表示。
Figure 111121857-A0202-12-0008-1
<被處理液>
有關本實施型態之膜分離系統1係可應用於具有高的滲透壓之被處理液，適合應用於具有超過最大運轉壓力差之滲透壓的被處理液。換言之，適合應用於將被處理液側膜面濃度Cb’之滲透壓設為πCb’，並將最大運轉壓力差設為ΔPmax時滿足πCb’>ΔPmax之被處理液。更具體而言，有關本實施型態之膜分離系統1係可適合應用於具有5MPa以上100MPa以下之滲透壓的被處理液。
<第1分離裝置10及低去除率RO膜50>
有關本實施型態之第1分離裝置10係具備低去除率RO膜50。
有關本實施型態之低去除率RO膜50係使被處理液所含有的溶質之至少一部分與溶劑一起穿透之RO膜。換言之，與習知之RO膜進行比較，具有低的表觀截留率Robs。具體而言，低去除率RO膜50之表觀截留率Robs係在使用低去除率RO膜50之逆滲透膜處理的運轉條件中，可為20%以上90%以下。
藉由在運轉條件中之表觀截留率Robs為20%以上90%以下，可使穿透液濃度Cp上昇，並控制被處理液側之溶液與穿透側之溶液的滲透壓差。藉此，可對具有高滲透壓之被處理液進行逆滲透處理。若表觀截留率Robs為未達20%，應用於濃縮製程時，濃縮效率低，為了獲得所希望之濃縮度，增加必要階數，膜面積變大。若表觀截留率Robs超過90%，難以確保充分的被處理液側之溶液、與穿透側之溶液的滲透壓差。因此， 有關本實施型態之低去除率RO膜50的表觀截留率Robs係以20%以上90%以下為較佳，以40%以上80%以下為更佳。
上述截留率之對象係具有溶液中之滲透壓的全部之溶質的總和。另一方面，穿透有關本實施型態之低去除率RO膜50之溶質係不受特定者所限定。
又，該表觀截留率Robs即使為相同的膜，亦會因運轉條件產生變動。有關本實施型態之低去除率RO膜50係作為例示性的運轉條件，將25wt%之碳酸氫鉀水溶液之前述被處理液在液溫40℃、運轉壓力差8MPa、pH7以上9以下、回收率10%以上20%以下進行逆滲透法處理時，亦可定義為具有20%以上90%以下之表觀截留率Robs。
或者，有關本實施型態之低去除率RO膜50係可為純水之穿透係數Lp為1×10-12〔m3/m2/s/Pa〕以上1×10-9〔m3/m2/s/Pa〕以下、溶質之反射係數σ為0.2以上0.9以下、及溶質之穿透係數P為1×10-8〔m/s〕以上1×10-5〔m/s〕以下的逆滲透膜。
(低去除率RO膜50之製造)
如此的低去除率RO膜50例如可使用習知之逆滲透膜進行製造。圖2係表示低去除率RO膜50之製造方法的大概流程之流程圖的一例。
如圖2所示，首先，準備一般所使用的逆滲透膜(逆滲透膜準備步驟：S1)。用以製造低去除率RO膜50所使用之逆滲透膜並無特別限定。該逆滲透膜可為聚醯胺系膜或乙酸纖維素系膜，元件可為螺旋型亦可為中空絲型，但可使用的壓力愈高愈適合，純水穿透係數愈大愈更佳。
然後，使在步驟S1準備的逆滲透膜氧化(氧化步驟：S2)。例如，使逆滲透膜與氧化劑接觸。氧化劑例如可使用溶解於水等之溶劑者。在氧化步驟S2所使用的氧化劑係可使用無機鹵素系氧化劑、氧系氧化劑、有機化合物氧化劑等。其中，適合為包含氯之氧化劑，更具體而言，可使用氯酸鹽、次氯酸鹽、亞氯酸鹽、二氧化氯等。
氧化步驟S2例如，可藉由使包含預定濃度之氧化劑的水溶液接觸逆滲透膜預定時間來實施。藉由使氧化劑與逆滲透膜接觸，可製造降低逆滲透膜之截留率，例如表觀截留率Robs為20%以上90%以下之低去除率RO膜。
再者，在氧化步驟S2中，藉由調整逆滲透膜與氧化劑之接觸時間，可製造具有所希望之截留率的低去除率RO膜。具體而言，氧化劑溶液之濃度為一定時，愈增長氧化劑溶液與逆滲透膜之接觸時間，愈可獲得截留率低之低去除率RO膜。
或者，在氧化步驟S2中，可藉由調整氧化劑之濃度，製造具有所希望之截留率的低去除率RO膜。具體而言，接觸時間為一定時，愈提高氧化劑溶液之濃度，愈可獲得截留率低之低去除率RO膜。當然，可藉由調節氧化劑濃度及接觸時間之兩者，調整截留率。
氧化步驟S2之後，藉由使可與逆滲透膜接觸之氧化劑溶液取代成純水等，獲得低去除率RO膜50(洗淨步驟：S3)。可將在接觸時使用的容器中之氧化劑溶液取代成純水，亦可從容器取出低去除率RO膜，而藉由純水等進行洗淨。
上述之使用逆滲透膜的低去除率RO膜之製造方法亦可同樣地應用於使用逆滲透膜元件之低去除率RO膜元件的製造中。
(第1分離裝置10之多階構成)
在圖1之膜分離系統1中，表示第1分離裝置10為1個之例，但膜分離系統1係可在比第2分離裝置20更上游處具備複數個第1分離裝置10。根據前述理論式，從被處理液之滲透壓及最大運轉壓力差等決定必要階數，被處理液之滲透壓愈高，需要愈多階。然而，若階數過度增加，再壓縮動力等會增加，故膜分離系統1較佳係具備1個以上10個以下之第1分離裝置10。亦即，在膜分離方法中，可包含1個以上10個以下之第1步驟。
膜分離系統1具備2個以上之第1分離裝置10時，連續之第1分離裝置10的至少1個中之低去除率RO膜50較佳係截留率高於上游之第1分離裝置10的前述低去除率RO膜50者。又，為了減少必要膜面積及必要階數，較佳係愈朝下游，低去除率RO膜50之截留率Robs愈高。或者，對於低去除率RO膜50之性能參數較佳係愈朝下游，溶質穿透係數P愈低，反射係數σ愈高。
藉由膜分離系統1具備複數個第1分離裝置10，可處理具有更高的滲透壓之被處理液。
<第2分離裝置20及逆滲透膜60>
有關本實施型態之第2分離裝置20係具備逆滲透膜60。
在本實施型態中所使用的逆滲透膜60係可使用於一般海水淡水化之RO膜，通常，孔徑為1nm以下，為可去除離子類或低分子之有機物的膜。例如，例示性的逆滲透膜60之純水的穿透係數Lp可為1×10- 13〔m3/m2/s/Pa〕以上1×10-10〔m3/m2/s/Pa〕以下，溶質之反射係數σ可為0.95以上1以下，溶質之穿透係數P可為1×10-6〔m/s〕以下。或者，例示性的逆滲透膜60之表觀截留率Robs可為95%以上。
<有關本實施型態之膜分離方法及膜分離系統1之動作>
被處理液(第1被處理液)係經由配管11而朝第1分離裝置10之被處理液側送液。第1被處理液係經泵浦等昇壓，被通液至低去除率RO膜50，藉此分離成第1穿透液與第1非穿透液(濃縮液、鹽濃縮液)(第1步驟)。在第1步驟所得到的第1非穿透液係經由配管13而排出。
第1穿透液係經由配管12而朝第2分離裝置20之被處理液側送液作為第2被處理液。第2被處理液係經泵浦等昇壓，被通液至逆滲透膜60，藉此分離成第2穿透液與第2非穿透液(第2步驟)。在第2步驟所得到的第2穿透液係可經由配管21而回收。為了提高溶質(例如鹽)之回收率，較佳係使在第2步驟所得的第2非穿透液經由配管22，而與第1被處理液進行混合。
如此，有關本實施型態之膜分離方法及膜分離系統1係進行使用截留率低之低去除率RO膜50的逆滲透膜處理，作為第1步驟。藉此，在第1步驟中，可使滲透壓高的被處理液分離成穿透液與非穿透液。更具體而言，第1分離裝置10係可對具有高於最大運轉壓力差ΔPmax的滲透壓πCb’之被處理液以ΔPmax以下之壓力進行處理。又，在第1步驟中，運轉壓力差ΔP係可滿足ΔP>σΔπ之條件。或者，在至少1個之第1步驟中的運轉壓力差例如為5MPa以上10MPa以下。
又，第1分離裝置10為低去除率RO膜50元件時，前述ΔPmax係可為低去除率RO膜50元件之耐壓。
又，有關本實施型態之膜分離方法及膜分離系統1係在具備低去除率RO膜之第1分離裝置10之後，設置具備逆滲透膜60之第2分離裝置，並且，使第2非穿透液返回至第1分離裝置10之被處理液，可進行高滲透壓之處理，且可同時實現高鹽回收率、高純度溶劑回收。
若依據如此的構成，可藉由膜分離法而取代以往使用屬於高消能製程的蒸發法而進行處理之具有高的滲透壓之被處理液的處理，並可有助於製程之節能化、甚至達成永續發展目標(SDGs)。
(實施型態彙整)
‧有關本申請案發明之態樣1的膜分離方法係具有滲透壓之被處理液的膜分離方法，且包含第1步驟，該第1步驟係藉由使用低去除率RO膜之逆滲透法，使前述被處理液分離成第1穿透液與第1非穿透液，其中，將被處理液側膜面濃度Cb’之滲透壓設為πCb’，並將最大運轉壓力差設為ΔPmax時，前述被處理液滿足下列之式(1)，
πCb’>ΔPmax (1)
前述低去除率RO膜係使前述被處理液所含有的溶質之至少一部分與溶劑一起穿透之膜。
‧有關本申請案發明之態樣2的膜分離方法係具有滲透壓之被處理液的膜分離方法，且包含第1步驟，該第1步驟係藉由使用低去除率RO膜之逆滲透法，在加壓下使前述被處理液分離成第1穿透液與第1非穿透液，其中，前述被處理液之滲透壓為5MPa以上100MPa以下，前 述低去除率RO膜係使前述被處理液所含有的溶質之至少一部分與溶劑一起穿透之膜。
‧有關本申請案發明之態樣3的膜分離方法係在上述態樣1或態樣2之前述第1步驟中，將被處理液側與穿透側之滲透壓差設為Δπ，將前述低去除率RO膜之溶質的反射係數設為σ時，運轉壓力差ΔP為滿足下列之式(2)的範圍。
ΔP>σΔπ (2)
‧有關本申請案發明之態樣4的膜分離方法係在上述態樣1至3之任一項中，前述低去除率RO膜中之溶質的表觀截留率Robs在運轉條件中為20%以上90%以下。
‧有關本申請案發明之態樣5的膜分離方法係在上述態樣4之前述第1步驟中，前述被處理液為25wt%之碳酸氫鉀水溶液，且對該被處理液以液溫40℃、運轉壓力差8MPa、pH7以上9以下、回收率10%以上20%以下進行處理時，前述低去除率RO膜之前述表觀截留率Robs為20%以上90%以下。
‧有關本申請案發明之態樣6的膜分離方法係在上述態樣1至5之任一項中，包含第2步驟，該第2步驟係藉由使用逆滲透膜之逆滲透法，使前述第1穿透液分離成第2穿透液與第2非穿透液，且前述逆滲透膜的表觀截留率Robs為95%以上。
‧有關本申請案發明之態樣7的膜分離方法係在上述態樣1至6之任一項中，包含1個以上10個以下之前述第1步驟。
‧有關本申請案發明之態樣8的膜分離方法係在上述態樣1至7之任一項中，至少1個之前述低去除率RO膜的純水之穿透係數Lp為1×10-12〔m3/m2/s/Pa〕以上1×10-9〔m3/m2/s/Pa〕以下，溶質之反射係數σ為0.2以上0.9以下，溶質之穿透係數P為1×10-8〔m/s〕以上1×10-5〔m/s〕以下。
‧有關本申請案發明之態樣9的膜分離方法係在上述態樣1至8之任一項中，包含複數個前述第1步驟，且連續之前述第1步驟的至少1個中之前述低去除率RO膜的截留率高於上游之前述第1步驟的前述低去除率RO膜。
‧有關本申請案發明之態樣10的膜分離方法係在上述態樣6至9之任一項中，使用前述第1非穿透液及/或前述第2非穿透液之至少一部分作為該第1被處理液及/或第2被處理液之一部分。
‧有關本申請案發明之態樣11的膜分離方法係在上述態樣1至10之任一項中，至少1個之前述第1步驟中之運轉壓力差為5MPa以上10MPa以下。
‧有關本申請案發明之態樣12的低去除率RO膜之製造方法係使包含氧化劑之氧化劑溶液與RO膜接觸。
‧有關本申請案發明之態樣13的低去除率RO膜之製造方法係在上述態樣12中，前述經調整之表觀截留率Robs在運轉條件中為20%以上90%以下。
‧有關本申請案發明之態樣14的膜分離方法係在上述態樣1至11之任一項的膜分離方法中，係使用藉由上述態樣12或13之製造方法所製造出的低去除率RO膜。
本發明並非限定於上述之各實施型態，可在請求項所示的範圍做出各種之變更，本發明之技術範圍亦包含將相異的實施型態分別所揭示的技術手段適當組合所得到的實施型態。
[實施例]
以下，舉出實施例及比較例，更具體說明本發明，但本發明係不受以下之實施例所限定者。
<適用例>
有關在濃縮作為被處理液之濃度Cw=25wt%之鹽水之製程中，應用逆滲透法之案例，係依據比較例及實施例1實施。該鹽水之濃度C〔mol/m3〕及濃度C中的滲透壓πC〔Pa〕係設為從下列之式(8)及式(9)所算出者。若依據此，濃度Cw=25wt%之本被處理液的滲透壓πCb為18.5MPa。
C=0.003286×Cw3+0.6091×Cw2+99.2×Cw (8)
πC=0.7345C2+4229.9C (9)
(比較例)
在比較例中，使用最大運轉壓力差ΔPmax=8MPa、純水穿透係數Lp=8.90×10-12〔m3/m2/s/Pa〕、溶質穿透係數P=1.00×10-7〔m/s〕、反射係數σ=0.999之逆滲透膜，而嘗試逆滲透法處理。然而，在本條件下， 為(ΔP-σΔπ)≒-10.5<0，以上述式(4)所示之溶劑穿透流束成為負值，故在本逆滲透法處理係無法濃縮被處理液。
(實施例1)
在實施例1中，係使用依據本發明之膜分離方法而嘗試被處理液之逆滲透法處理者。圖3係示意性表示在實施例1使用之膜分離系統1A的構成之概略圖。膜分離系統1A係具備3個之第1分離裝置10(10A‧10B‧10C)及第2分離裝置20。
第1分離裝置10A係配置於最上游側之裝置，並具備低去除率RO膜50A。第1分離裝置10B係配置於第1分離裝置10A的穿透側之下游側之裝置，並具備低去除率RO膜50B。第1分離裝置10C係第1分離裝置10B之穿透側之下游側的裝置，並具備低去除率RO膜50C。第2分離裝置20係配置於第1分離裝置10C的穿透側之下游側的裝置，並具備逆滲透膜60。
低去除率RO膜50A及低去除率RO膜50B係使用最大運轉壓力差ΔPmax=8MPa、純水穿透係數Lp=1.50×10-11〔m3/m2/s/Pa〕、溶質穿透係數P=9.00×10-6〔m/s〕、反射係數σ=0.65之膜。低去除率RO膜50C係使用最大運轉壓力差ΔPmax=8MPa、純水穿透係數Lp=1.26×10-11〔m3/m2/s/Pa〕、溶質穿透係數P=7.00×10-6〔m/s〕、反射係數σ=0.75之膜。
逆滲透膜60係與比較例相同，為最大運轉壓力差ΔPmax=8MPa、純水穿透係數Lp=8.90×10-12〔m3/m2/s/Pa〕、溶質穿透係數P=1.00×10-7〔m/s〕、反射係數σ=0.999之膜。
(膜分離操作之流程)
被處理液(第1被處理液)係經由配管11朝第1分離裝置10A之被處理液側送液。第1被處理液係通液於低去除率RO膜50A，並在ΔP=8MPa之條件下分離成第1A穿透液與第1A非穿透液(濃縮液)(第1A步驟)。在第1A步驟所得到的第1A非穿透液係經由配管13而排出。
第1A穿透液係經由配管12朝第1分離裝置10B之被處理液側送液作為第1B被處理液。第1B被處理液係通液於低去除率RO膜50B，並在ΔP=8MPa之條件下分離成第1B穿透液與第1B非穿透液(第1B步驟)。在第1B步驟所得到的第1B非穿透液係經由配管16而混合於第1被處理液作為再循環液。
第1B穿透液係經由配管14朝第1分離裝置10C之被處理液側送液作為第1C被處理液。第1C被處理液係通液於低去除率RO膜50C，並在ΔP=8MPa之條件下分離成第1C穿透液與第1C非穿透液(第1C步驟)。在第1C步驟所得到的第1C非穿透液係經由配管17而與第1B被處理液混合作為再循環液。
第1C穿透液係經由配管15朝第2分離裝置20之被處理液側送液作為第2被處理液。第2被處理液係通液於逆滲透膜60，並在ΔP=8MPa之條件下分離成第2穿透液與第2非穿透液(第2步驟)。在第2步驟所得到的第2穿透液係經由配管21而排出。在第2步驟所得到的第2非穿透液係經由配管22而與第1C被處理液混合作為再循環液。
第1被處理液、第1B被處理液、第1C被處理液及第2被處理液係設為使用泵浦進行昇壓者，並設為各分離裝置之運轉壓力差ΔP=8MPa。
(收束條件之設定)
各第1分離裝置10A至10C及第2分離裝置20中之邊界膜內物質移動係數k係設為8.00×10-5〔m/s〕。又，各第1分離裝置10A至10C及第2分離裝置20中之物質平衡係如下列般計算。亦即，以被處理液側之濃度Cb’〔mol/m3〕與穿透液濃度Cp〔mol/m3〕作為變數，在每一膜面積0.001m2中以上述式(3)、式(4)及式(7)成立之方式實施收束計算。又，以必要膜面積作為變數，以各再循環液之鹽濃度與再循環匯合對象之被處理液的鹽濃度相等作為收束條件。
如上述般所設定之物質平衡的詳細數值係圖3所示。如圖3所示，藉由使用膜分離系統1A之膜分離操作，依據最大運轉壓力差以下之操作，使第1被處理液進行約30%脫水，而獲得經濃縮之第1非穿透液，且達成99.9%以上之鹽回收率。亦即，證明膜分離系統1A可將原本在比較例中無法分離之具有高達18.5MPa的滲透壓之被處理液，以最大運轉壓力差以下之操作進行逆滲透法處理。
10:第1分離裝置
11,12,13,21,22:配管
20:第2分離裝置
50:低去除率RO膜
60:逆滲透膜

Claims (13)

  1. 一種膜分離方法，係具有滲透壓之被處理液的膜分離方法，且包含第1步驟，該第1步驟係藉由使用低去除率RO膜之逆滲透法，使前述被處理液分離成第1穿透液與第1非穿透液，其中，
    前述低去除率RO膜係使前述被處理液所含有的溶質之至少一部分與溶劑一起穿透的膜，
    前述被處理液符合下列條件(i)或(ii)：
    (i)將被處理液側膜面濃度Cb’之滲透壓設為πCb’，並將最大運轉壓力差設為ΔPmax時，滿足下列之式(1)；
    πCb’>ΔPmax (1)
    (ii)具有5MPa以上100MPa以下之滲透壓。
  2. 如請求項1所述之膜分離方法，其中，在前述第1步驟中，將被處理液側與穿透側之滲透壓差設為Δπ，並將前述低去除率RO膜之溶質的反射係數設為σ時，運轉壓力差ΔP為滿足下列之式(2)的範圍，
    ΔP>σΔπ (2)。
  3. 如請求項1所述之膜分離方法，其中，前述低去除率RO膜中之溶質的表觀截留率Robs在運轉條件中為20%以上90%以下。
  4. 如請求項3所述之膜分離方法，其中，在前述第1步驟中，前述被處理液為25wt%之碳酸氫鉀水溶液，且對該被處理液以液溫40℃、運轉壓力差8MPa、pH7以上9以下、回收率10%以上20%以下進行處理時，前述低去除率RO膜之前述表觀截留率Robs為20%以上90%以下。
  5. 如請求項1所述之膜分離方法，係包含第2步驟，該第2步驟係藉由使用逆滲透膜之逆滲透法，使前述第1穿透液分離成第2穿透液與第2非穿透液，
    前述逆滲透膜的表觀截留率Robs為95%以上。
  6. 如請求項1所述之膜分離方法，係包含1個以上10個以下之前述第1步驟。
  7. 如請求項1所述之膜分離方法，其中，至少1個之前述低去除率RO膜的純水之穿透係數Lp為1×10-12〔m3/m2/s/Pa〕以上1×10-9〔m3/m2/s/Pa〕以下，溶質之反射係數σ為0.2以上0.9以下，溶質之穿透係數P為1×10-8〔m/s〕以上1×10-5〔m/s〕以下。
  8. 如請求項1所述之膜分離方法，係包含複數個前述第1步驟，且連續之前述第1步驟的至少1個中之前述低去除率RO膜的截留率高於上游之前述第1步驟的前述低去除率RO膜。
  9. 如請求項5所述之膜分離方法，係使用前述第1非穿透液及/或前述第2非穿透液之至少一部分作為第1被處理液及/或第2被處理液之一部分。
  10. 如請求項1所述之膜分離方法，其中，至少1個之前述第1步驟中的運轉壓力差為5MPa以上10MPa以下。
  11. 一種低去除率RO膜之製造方法，係使包含氧化劑之氧化劑溶液與RO膜接觸。
  12. 如請求項11所述之低去除率RO膜之製造方法，其中，前述經調整之表觀截留率Robs在運轉條件中為20%以上90%以下。
  13. 如請求項1至10中任一項所述之膜分離方法，係使用藉由請求項11或12所述之製造方法所製造的低去除率RO膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61200810A (ja) * 1985-02-28 1986-09-05 Kurita Water Ind Ltd 膜分離装置
JP2538409B2 (ja) * 1990-10-12 1996-09-25 川崎重工業株式会社 低圧用逆浸透膜による高濃度溶液の濃縮方法及び装置
JP2001269543A (ja) * 1994-12-02 2001-10-02 Toray Ind Inc 膜分離装置および高濃度溶液の分離方法
JP2001269544A (ja) * 1994-12-02 2001-10-02 Toray Ind Inc 膜分離装置および高濃度溶液の分離方法
JPH09248429A (ja) * 1996-03-14 1997-09-22 Toray Ind Inc 分離方法およびその装置
JP2000093751A (ja) * 1998-09-22 2000-04-04 Toray Ind Inc 逆浸透分離装置及び逆浸透分離方法
JP2005152818A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Toray Ind Inc 液体分離膜およびその製造方法
JP6484460B2 (ja) * 2015-02-24 2019-03-13 オルガノ株式会社 分離膜の運転方法、および分離膜の改質方法
JP2018001111A (ja) 2016-07-05 2018-01-11 東洋紡株式会社 塩水の淡水化処理方法、および、塩水の淡水化処理システム
CN111807471B (zh) * 2019-04-10 2022-06-14 国家能源投资集团有限责任公司 一种含盐水的处理方法和处理系统

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