TW302294B - - Google Patents

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302294 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 ； _五、發明説明（1 ) ' 〔產業上之利用領域〕 本發明係關於一種逆滲透分離高濃度溶液之新型的逆 滲透膜分離裝置及高澳度溶液之逆滲透分離方法。依照本 發明可以提供一種可以高從高濃度溶液中利用高回收率、 少能量：低费用得到低澳度溶液，另一方面可以利用較之 以往之逆滲透法更高之澳度、少能量：低费用得到濃縮液 1 之裝置及分離方法。特別是本發明乏裝置及方法可以用於 鹸水中提鍊鹽、海水的淡水化、^或排水處理、有用物質的 回收。特別是在於從高濃度的溶液中獲取低濃度溶液的場 合、或將高濃度溶液濃縮成更高濃度的場合更爲有效。 〔先行技術〕 關於分離混合物，雖然有各種將溶解物質（如鹽類） 從溶解媒（如水）中去除的技術/但是近年利用膜分離法 \ · 做爲省能量及省資源的過程。而在於膜分離法之中，有精 密過爐（MF ; Microfiltration)法、超過遽（UF ; Ultrafiltration)法、逆滲透（R D ; Reverse Osmosis )法。進而到了近年一種處於逆滲透膜和超過瀘的中間之 所謂膜分離（L ο 〇 s e R0 或 NF ; Nanofiltration )概念之膜分離法也出現且被使用。例如利用逆滲透法將 海水或低濃度的盥水（鹸水）提揀出鹽，用以提供工業用 、赓業用或家庭用的水。依據逆滲透法，使用逆滲壓力以 上的壓力用以透過逆滲透膜者，可以將含有鹽分之水製造 成將鹽提揀出之水。此種技術係可以從例如海水' 鹸水、 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS)A4规格（ 210X297公着）· / ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 ο: _Β7 ;；：：. ·；：_五、發明説明（2 ) 含有有害物質之水中得到飲用水*同時，也被使用在工業 用超純水之製造、排水處理；有價質物質之回收等。 特別是由逆滲透膜所形成之海水淡水化，具有不會產 生如蒸發的相變化的特徴，除了有利於能量上的處理外亦 易於運轉管理，由之開始產泛地普及。 用逆浸透膜分離溶液的場合，必需依照溶液之溶質濃 1 度後利用超過溶液本身所具有之化學能力（這個可以表示 爲滲透壓力）之壓力供應溶液至 =逆滲透膜表面，例如用逆 滲透膜模組分離海水的場合，裏少要大概3 O a t m左右 ，若考慮實用性的話則需要5 0 a t m以上的壓力，若不 用上述的壓力加壓的話便無法充分地發現逆滲透分離性能 〇 利用逆滲透膜產生海水淡水化的場合爲例的話，在於 —般的海水淡水化技術領域中從瓿水回收成淡水之比率（ 回收率）最高爲4 0 %，將海水供應量透過膜後可得到 4 0 %量之淡水的結果，而且在於逆滲透膜組中形成將海 水澳度濃縮到3. 5%〜6%左右。如此爲了執行從海水 中得到回收率4 0 %的淡水之所謂的逆滲透分離操作，必 需要有超過對應於澳縮水之浪度的滲透壓力（對於海水濃 縮水濃度而言大致需要4 5 a tm)以上之壓力方可。爲 了對應淡水的水質成所謂之飲用水，而且可以得到充分的 水量，事實上，必痛將之對應濃縮水澳度之滲透壓力髙約 2 0 a tm (此一壓力呼之爲有效壓力）左右之壓加至逆 滲透膜，形成平常將海水淡水化用逆滲透膜模組需施以 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈. 訂- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） i',S022d4 經濟部中央樣準局員工消費合作社印裝 A7 ____B7 _五、發明説明（3 ) 6 0〜6 5 a tm左右的壓力並且以回收率爲4 0%之條 件下運轉。 海水供應量所得到之淡水的回收率係直接地影響到成 本，雖然回收率高者較佳，但是事實上回收率之提昇係有 限度。即，當提高回收率的話需要非常高的壓力外，濃縮 水中的海水成分的濃度會增高，_時到了某種回收率炭酸 鈣或硫酸鈣、硫酸緦等的鹽，也就是說形成垢成分的濃度 會超過溶解度以上而稀釋於逆渗β透膜的膜表面產生膜之小 孔堵塞的問題。 ' 在於現在的回收率4 0 %普遍的被當做爲做高回收率 左右下，：雖然幾乎不必擔心這些垢成分的稀釋而不需對策 ，但是在超過這種回收率下進行逆滲透膜的操作運轉的話 ，爲了防止這些垢成分的稀釋，形成必需添加提高鹽的溶 解性之防垢劑。但是，即使添加缸垢劑而可以抑制稀釋出 上述垢成分者係在濃縮水濃度中10〜11%左右。爲此 —理由，在於將鹽水濃度3. 5 %的海水淡水化的場合下 ，回收率在6 5〜6 8%爲最大限度，同時考慮原海水之 多變化多種類成分的影響等時，要具備可以安定地運轉逆 滲透膜海水淡水化設備之可能性的實際的回收率界限被公 認爲6 0 %左右。 在實用上處理海水淡水化的場合係如前所述，必裔給 與較之由濃縮水溴度所決定之澳縮水滲透壓力還要高 2 0 a tm之高壓於逆滲透膜組。相當於海水澳度 3. 5%場合的回收率60%之濃縮水濃度係爲8. 8% (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標率局貝工消費合作社印製 A7 ____ B7______五、發明説明（4 ) ，此時之滲透壓力大約爲7 0 a tm。其結果，在於逆滲 透必需給予9 0 a tm左右之壓力。 逆滲透元件係被使用於將通常複數支的逆滲透元件串 連地裝塡於1個壓力容器的狀態下（稱之爲模組），在於 實際上之設備係並排地設置多數模組予以.使用。所謂海水 淡水化之回收率係指對於供應設整體之全供應海水之全 » ? - Η 透過水量的比例，在於一般的條件下，由於並排地設置模 組的綠故.，因此1支模組之供應^量與從一支模組所得到之 透過水量的比例（來自模組內έ各個元件的透過量的合計 )—致。在此，由模組內部的各個元件所得到之透過水係 ，例如1模組由6支逆滲透膜元件所構成，並且用以將 1 9 8m3/日的海水供應至1模組後，可以得到 7 8m3 /日之淡水的場合（回收率4 0%)利用模擬試 驗處理實際發生之現象時，第1支元件之透過水爲1 8〜 1 9m 3/日，第2支元件之遷過水爲1 5〜1 7m 3/日 ，第3支元件開始亦漸減少，而形成合計7 8m3/日。 如此，雖然來自各個元件之透過水回收率很小但是對於整 體的透過水總量而言對於供應水而言形成達成4 0 %之硯 大回收率。 此外，關於設定逆滲透膜分離裝置之運轉條件時所必 需考慮的事項係堆積（膜面污髒）的防止及浪度分極的防 止。具體的說防止堆稹係避免將來自1支的逆滲透膜元件 所得到之透過水量超過某一特定値（耐堆稹容許流通率） ，當超過此一値後採取透過水量的話，會形成加連元件之 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本X) 裝· 訂- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 A7 _____B7___五、發明説明（5 ) 膜面髒污並不理想。雖然此一耐堆稹容許流通率會因膜的 材質或元件構造而有所不同，但是通常在於髙性能的逆滲 透膜的場合係〇· 7 5m3/日左右，而膜面稹 26. 5m2之逆滲透膜元件（以下，全部將逆滲透膜元 件之膜面積當做適用於2 6 . . 5. m.2下說明）相當於 2 0m3/日。即，爲了防止堆必需將1元件之透通 ' · · I 水量保持在2 0 m 3/日以下。 在此所謂的防止濃度分極係，要是在模組內部中供應 水量係隨著從上流側元件朝向下流側元件而降低，然後防 止由於流動於最終的元件之供應水之膜面流速下降所形成 之濃度分極。當發生濃度分極時不僅無法充分發揮膜的性 能，也加速了堆積的發生，導致逆滲透膜元件的壽命降低 。爲止，必需將最終元件（膜面稹2 6 . 5 m 2的場合） 的濃度水流量保持在5 0 m 3/日以上。 將逆滲透膜海水淡水化裝置在以往的最髙回收率水平 之約4 0 %下運轉的場合，係單純地將模組並排也排列成 複數支後在壓力6 5 a tm (溫度2 0°C的場合）下運轉 ，並且將供應海水設定爲透過水之全量的2. 5倍下如此 可以充分地滿足，防止上述堆積及濃度分極條件，而可以 執行安定的運轉。此外，無需特別地考慮模組內部之各元 件的透過水的平衡或濃縮水之垢成分析釋等。 同時，在於朝著降低逆滲透膜海水淡水化裝置的淡水 化成本爲目標的場合下，提高回收率係非常重要，如前所 述，要將海水濃度3 . 5 %的海水淡水化回收率提高到 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 302294 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 6 0 %左右較佳，並且以添加逋置的防垢劑爲前提下，必 要使用較之澳縮水之滲透壓力2 0 a tm還高之 90atm的壓力當做運轉壓力運轉。 此外，雖然防垢劑是始用於水處理設備或蒸發法的淡 水化裝置等然後也使用於逆滲透膜.裝置，但是其主要目的 係在於抑制二氧化硅、金屬鹽類等之含垢物質從裝置內析 釋出來，特別是使用在處理二氧化硅的成分多的時侯。 例如，在於日本特開昭5 3_— 3 0 4 8號所揭示之預 先將供應液與蜇合樹脂接觸用以減低鈣或鎂等之後實施逆 滲透處理，以延長逆滲透膜的壽命，但是在日本特開昭 5 2 — 15 1 6 7 0號、日本特開平4 — 4 0 2 2號揭示 了添加燐酸鹽用以防止逆滲透裝置之垢的發生。同時，在 於日本特開昭6 3 — 2 1 8 7 7 3號、日本特開平4 一 9 9 19 9號、及日本特公平5^ 1 4 0 3 9號揭示了實 施添加螢合劑於電著塗料或鍍銅的廢水中後利用逆滲透濃 縮回收塗料或銅的方法。進而，在於日本特開昭6 3 — 6 9 5 8 5號及日本特開平2 — 2 9 3 0 2 7號揭示了供 應添加之氯或氧化劑與燐酸鹽用以執行逆滲透膜裝置的殺 菌與安定運轉。 〔發明欲解決之課題〕 但是，如往昔，在於同一壓力容器內部將複數支逆滲 透元件串聯地排列之模組配置成複數支並排的狀態下施予 9 0 a tm的壓力後，進行淡水化回收率6 0 %的運轉的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐）_ 〇 _ ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈. 訂- S02294 經濟部中央標率局員工消费合作社印製 A7 B7五、發明説明（7 ) 話，從模組內部的上流側之元件（第1支或者第2支元件 )所得到之透過水量將大過於容許値以上，而在這些元件 中發生濃度分極及堆稹之現象並且形成元件之孔阻塞或壽 命降低，其結果將導致逆滲透膜裝置經過常期間也很難執 行安定運轉。在於淡水回收率6 0%之海水淡水化，從模 組的入口到出口爲平衡物質使海水:澳度從3 . 5 %變化到 8 . 8%、滲透壓力從2 6 a tm變化到7 0 a tm。此 外，爲了從入口到出口將操作應_,力維持在9 0 a tm形成 一定的緣故，將淡水透過時所裔要的有效壓力（操作壓力 和滲透壓力的差）從6 4 a tm變化至2 0 a tm。即， 形成在於模組內部之第1個與最後之元件的透過水量之比 率與此一有效壓力比率之6 4 : 2 0相當。亦即，第1支 元件的透過水量激增後，可以輕易地得到超過2 Om3/ 曰之耐堆積容許値，而形成非常容'易地產生堆積的問題。 但是，在於回收率6 0 %的條件下由於必須有9 0 a tm 之操作壓力的緣故而無法降低操作壓力，結果，形成執行 回收率6 0 %之運轉爲非恰適，即使勉强運轉，也會造成 加速堆稹之問題而無法長期安定運轉。同時，無論如何要 執行回收率6 0 %的運轉的話，相對地只有選定朝向使用 將元件1支之透過水量降低之低性能元件，並以增加元件 數置予以運轉之不具經濟效益之運轉條件。 同時，佐以螺旋形逆滲透膜元件說明上述內容以期易 於了解，並且即使在於中空線膜型模組的場合下在於其內 部亦發生相同現象與同樣的問題。 10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（8 ) 本發明係提供一種可以以高回收率、少置能源、較便 宜且又高效率地及較安定地從高現度溶液中得到低濃度溶 液之裝置以及分離方法，特別是，提供一種以6 0 %之高 回收率、且少量能源又可以有效率地、安定地從海水得到 淡水的裝置及分離方法爲目的。 〔解決課題之手段〕 本發明係具有下列的構成。g卩， 「一種逆滲透分離裝置其特徴爲具備：多段式地配置逆滲 透膜模組元件，而且在於該逆滲透膜模組元件之間的濃縮 液流路中配置昇壓泵浦之逆滲透分離裝置，及一種逆滲透 分離方法其特徵爲使用多段式地配置之逆滲透膜模組元件 後，將前段的濃縮水昇壓，用以供應至下一段的逆滲透膜 模組元件之高濃度溶液的逆滲透分<離方法」。 本發明之構成係該逆滲透膜分離裝置屬於3段以上的 場合時，雖然必需被滿足在特定的2段之間，但是不需被 滿足在全部的段之間。 在於本發明，逆滲透膜分離裝置係至少由供應液之取 水部分、逆滲蓉膜部分所形成。逆滲透膜部分係由於造水 、澳縮、分離等的目的並將被處理液加壓的情況下供應至 逆滲透膜模組，稱之爲分離透過液與濃縮液的部分，通常 其構成係由逆滲透膜元件與耐壓容器所形成之逆滲透膜模 組。加壓泵浦等所形成。被供應到該逆滲透膜部分之被分 離液係在於前處理部分通常爲進行添加殺菌劑、凝集劑、 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐）_ ^ ---------^裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂. 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 ____B7 ,_五、發明説明（9 ) 進而還元劑、p Η調整劑等之苐液與藉著砂過瀘、活性炭 過瀘、保安濾網等所形成之前處理（去除混濁成分）。例 如，在於海水提練鹽的場合下，在於取水部分收取海水後 ，在沈澱池內分離粒子等，同時在此處添加殺菌劑處理殺 菌。進而，添加氯化鐵等的凝集劑用以進行砂過濾。將濾 液貯存於貯存槽內，然後利用硫酸等調整ρ Η質之後由高 壓泵浦輸送。亦偶爾在於此一输送液中添加亞硫酸氫納等 的還元劑用以消除造成使逆滲透Μ構件劣化爲原因之殺菌 劑，並且用保安濾網過濾後，利用高壓泵浦使其昇壓用以 供應至逆滲透模組。但是，這些前處理係因應所使用供應 液的種類'、用途而適切地被選用。 在此所謂逆滲透膜係屬於被分離混合液中的一部分的 成分，例如屬於該溶媒透過而不讓其他成分透過之半透性 之膜。經常使用醋酸纖維素系聚合*物、聚酰胺、聚酯、聚 酰亞胺、乙稀聚合物等的高分子材料爲其材料。同時其膜 之構造係在膜之至少單面擁有細密層，從細密層朝向膜內 部或另外一邊的面具有漸漸變大之孔徑的微細孔的非對稱 膜，而在於非對稱細密層上具備有由別的材料所形成之非 常薄之活性層的複合膜。膜的形態係有中空線、平膜。但 是，本發明的方法係並不在乎於逆滲透膜的材料、膜構造 或膜形態而能夠被利用並且利用一個都具效果。例如如具 有醋酸織維素系或聚酰胺系之非對稱膜及聚酰胺系、聚脲 系的活性層之複合膜等爲例可做爲代表性的逆滲透膜。在 這些當中，本發明於醋酸嫌維素系之非對稱膜、聚酰胺 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ _ "" --------~^ 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.· A7 B7 五、發明説明（1()) 系之複合膜特別有效，進而芳香族系之聚酰胺複合膜效果 更大。 雖然逆滲透元件係爲了寅際上使用上述逆滲透膜而形 態化者，平膜係組合於螺旋、管狀、板及框架之元件，同 時可以將中空線做成一束後組入元件使用，但是本發明並 不會爲這些逆滲透膜元件的形態所左右。 所謂的逆滲透膜模組單元係將上述逆滲透膜元件收容 於1〜數支壓力容器內之模組並^聯地配置者而其組合、數 量排列係可以因應目的而做調整。 在於本發明之特徵爲使用複數個逆滲透膜模組、及排 列複數個逆滲透膜模組。該逆滲透膜模組單元的排列係使 供應液或濃縮液的流動做成串聯者爲首要，即一個逆滲透 膜模組單元之濃縮液成爲下一個逆滲透膜模組單元之供應 液。在此，佐以第1圖說明本發明‘之逆滲透分離裝®的基 本構成。第1圖係採用本發明之技術做成淡水化的設備之 一例，係屬於從濃度爲3. 5%之一般海水中以60%之 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 極高回收率獲得淡水之設備，並且由二部逆滲透膜模組單 元與一台加壓泵浦、及一台另一用途加壓泵浦所形成之計 劃性的逆滲透分離裝置。在前處理階段（圖中未示）去除 混濁物質成分後，藉著加壓泵浦1將壓力加至6 0〜 6 5 a tm，用以供應到第一段的逆滲透膜模組單元。在 於第一段的逆滲透膜模組單元之中，將供應液分離成透過 膜之低濃度之透過液及不透過膜之髙澳度之澳縮液。其次 ，雖然透過液依然被繼績利用，但是藉著加壓泵浦2更加 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐）_ ^ - 〇02294 Α7 Β7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（11) 地將澳縮液從壓力6 0〜6 5 a tm (爲求簡便於此忽略 壓力損失）增加至當回收率6 0 %之高濃度濃縮液之分離 時所需之9 0 a tm後，供應到第2段之逆滲透膜模組單 元，再予以實施逆滲透分離以分離第2段之透過液與相同 之濃縮液。此一逆滲透膜設備的供應水的總量與第一段透 過液和第2段透過液的合計之比率爲淡水回收率，此次的 場合爲6 0 %。 雖然第1圖係爲組合2段之逆滲透膜模組單元與1名 "V .. 的加壓泵浦、另一台之加壓泵浦之逆滲透分離裝置（稱之 爲濃縮水昇壓2段法），但是關於段數、泵浦的數量並不 受此限，可以任意設定。 關於回收率，雖然只要接近6 0 %左右的理論界限的 領域的話可以顯著地發揮本發明的效果，但是並非只在此 限，也可以適用於現狀4 0 %之回*收條件，只是考慮裝置 整體的能量成本低減時，5 0 %以上會較佳，而5 5 %以 上則會更佳。 當將經2段式或複數段之逆滲透膜模組之供應原水加 壓的場合係使用1台的加壓泵浦與1台或複數台另一種加 壓泵浦。由於加壓泵浦係將供應原水加壓至供應原水之滲 透壓以上者被俗稱之爲汎用高壓泵浦。雖然壓力較之供應 原水之滲透壓（嚴格地說係供應原水之滲透壓與透過水之 滲透壓的「滲透壓差」，爲求簡便而以「滲透壓表示」） 大者爲必要條件，最好是設定成較之第1段之逆滲透膜模 組單元之溴縮液滲透壓高2 0 a tm左右之壓力較佳但是 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS) Μ規格（210X297公釐）_ _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 麥' 訂- 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（12) 不要高於該滲透壓5 0 a tm以上較佳。即，考慮在海水 淡化的場合其綜合電力消费額時第1段的模組單元的操作 壓力在7 0 a tm以下爲最佳。最終階段的模組單元的操 作壓力爲較之最終階段之模組單元的濃縮水滲透壓高約 2 0 a tm之高壓較理想。在於回收率6 0%之海水淡水 化的場合下考慮成本時雖然操作摩力以9 0 a t m較佳， 但是由於濃度高因此考慮到使用超高提練鹽率膜（結果過 水量有變小的傾向）的場合等時^可以進一步地提高壓力。 但是，爲了在於逆滲透膜元件之透過測的流路不會帶來障 礙而運轉的緣故，壓力在於大約1 2 0 a tm (滲透壓 + 5 0 a t m )以下省較佳。同時，將模組單元做成多段 式後，各段的壓力利用加壓泵浦逐漸地少量昇壓亦對能量 成本低減有相當大的效果，並且可以將其任意設定。在此 ，發明者們將可以低減淡水化成本‘之多段昇壓式的海水淡 水化系統的檢討結果，發現關於模組單元各段的操作壓力 係在於第η段的操作壓力P(n)與第n + 1段的操作壓力 Ρ ( π α)之間， 其「1. lSSPcn + u/ Pcn)客1. 8之關係較佳 ，此外， 「1. SSPh + u/Po〉鑫 1. 6」會更佳。 當然，在於本發明中，在於限定了第η段與第η + 1 段關係的場合下，只要適合關於從全部的段中所選出之至 少一個的任意第η段便足夠。 雖然加壓泵浦係將前段預先昇壓的前段濃縮水的壓力 -15 - 本紙張尺度逋用中國國·家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 ._B7_五、發明説明（13) 更進一步地昇壓用以做成下一段之逆滲透膜模組旳供應水 供應者，只要較之第1段的昇要稍微昇在（通常係 1 0 a tm〜3 0 a tm)的話便可以，但是由於必需事 先將被昇壓的液體送作入加壓泵浦的吸入側外殻內的關係 ，加壓泵浦吸入側外殻必需具備該有之耐壓性，至少必需 要有5 0 a tm之吸入側耐壓性^特別是，確保外殻、軸 封材料的耐壓性係非常重要。只要確保這些耐壓性的話， 則並不需特別限定加壓泵浦的種舞、構造。 根據本發明，假如忽略堆積的影響而使用以往之單純 的1段式進行實施操作壓力9 0 a t m之運轉的場合時， 壓力容器的選用會有所差異。在於單純1段式9 0 a tm 運轉下，甚至於收容逆滲透膜元件、複數支的元件之壓力 容器都必需能承受9 0 a tm之壓力，然而在於本發第1 段的模組單元則可以實施例如6 (T a tm左右之較低壓的 運轉，因此可以降低壓力容器之耐壓層次，具有很大的經 濟效益。但是，關於最終階段之壓力容器係必需具有至少 8 0 a tm以上之耐壓性以求能夠施行8 0〜 1 0 0 a tm的運轉。 雖然供應至本發明之逆滲透裝置之供應液體係並無特 別地限制，但是具有較高澳度且滲透壓力之液體則更可發 揮本發明之效果。 雖然在於本發明可以設置複數個逆滲透膜模組單元， 而關於段數亦如前所述可以任意設定。同時，特別是考慮 到成本時槙組單元的數量最好是2段或3段爲最佳。在於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐）_ / (請先閲讀背面之注意事項再填寫本瓦) 裝. 訂. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 _B7_五、發明説明（14) 設®多段式的逆滲透膜模組單元的場合下，由於各段的澳 縮液之流置會減少的緣故，在於設置同樣數量之模組單元 的場合，會形成愈到後段其毎1模組所有之供應水量會變 少而容易產生濃度分極，因此構成各段之單元之模組數量 會隨著段數而減少，用以防止1模組所含有之供應水流置 r λ · 極端地變小者較佳。在於配置於#段式之逆滲透膜中，特 別是將下一段之模組數量減少成前一段之4 0 %至6 0% 的範圍較佳。同時，關於各段的透過水量亦依此同樣的理 由減少的話對於維保設備整體的平衡上較理想。雖然解決 了各段模組的數量然而由於選擇藉著加壓泵浦所產生之昇 壓壓力可以寬廣地設定透過水量，因此在於考慮設備整體 的能量成本的低減時，在於設置於多段式之逆滲透膜模組 裝置將下一段的透過水量減少到前段之3 0 %至7 0 %範 圍爲最佳。_ ， 在於本發明中係將模組單元做成多段，並且藉著最適 切地減少後段之模組數量，可以防止逆滲透膜模組之供應 側膜面流速急速降低。膜面流速也擁有其最適切的値，同 時不要因爲各段使膜面流速具有過大的差異會較佳。爲了 減少流動於各段之模組單元之海水的膜面速度的差異，而 執行不產生濃度分極之安定運轉的緣故*關於各段的逆滲 透膜模組單元之濃縮水之膜面流速，將最大的膜面流速之 模組單元的濃縮水面流速（最大澳縮水膜面流速〉、及最 小膜面流速之模組單元的濃縮水膜面流速（最小澳縮水膜 面流速）形成 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）_ 17 _ · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 A7 ______B7_ 五、發明説明（15) 「最大濃縮水膜面流速/最小澳縮水膜面流速S1. 5」 9 最好以「最大瀵縮水膜面流速/最小澳縮水膜面流速客 1. 3」之關係運轉爲佳。 在於本發明中來自最終段之逆滲透膜模組單元之濃縮 水係具有壓力能量，而回收此一能置予以再利用較理想。 做爲最終段的濃縮水之能源回收方法係可以藉著渦輪機、 水車等，處理不低減前段或任意#之加壓泵浦或第1段之 加壓泵浦之軸動力之方法。但是，爲了不浪廢回收能量予 以活用，則直接地將此一濃縮水回到與最爲窬要能量之第 1段模組單元之加壓泵浦直接連結之能量回收渦輪機，用 以回收同一加壓泵浦之能量之方式最佳。 本發明係特別是以高回收率之海水淡水化爲目檩，而 爲了安定運轉，添加防垢劑爲有效’。 同時，在於本發明中於逆滲透裝置之供應液內所添加 之防垢劑係由溶液中之金屬、金靥離子形成複合體，因爲 可溶化金屬或金靥鹽者，故可使用有機或無機之離子型聚 合物或單體。可以使用聚丙烯酸、碼化聚乙烯、聚丙烯酰 氨、聚烯丙胺等之合成聚合物或羧酸甲基纖維素、殻聚糖 、褐藻酸等的天然高分子當做離子型聚合物。可以使用乙 撑乙胺四醋酸當做有機系之單體。可以使用聚燐酸鹽等當 做無機系防垢劑。在這些防垢劑之中從容易穫得之難易度 、溶解性等操作的難易度。價格的觀點來看特別是聚燐酸 鹽、撑乙胺四醋酸（EDTA)較適用於本發明。聚燐酸 -18 - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈- 訂| 302294 A7 B7 五、發明説明（16) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 鹽係指在於以六偏磷酸鈉爲代表之分子內具有2個以上的 燐原子，藉著碱金靥、碱土金靥與燐酸原子等所結合之重 合無機燐酸系物質。而代表性的聚燐酸鹽係如：焦燐酸4 鈉、焦燐酸之鈉、聚燐酸鈉、四聚燐酸鈉、七聚燐酸鈉、 十聚燐酸鈉、偏燐酸鈉、六偏燐酸鈉、及這些鎵鹽等。 同時，雖然這些防垢劑之添加濃度係只要可以涵羞供 應液中之垢成分之量即可，但是考慮其費用及溶解時所需 時間等之操作性時一般而言係0^ 01〜100 ppm， 而依供應水之水質爲憑據者最正確，在海水的場合係 0 _ 1〜5 0 ppm較佳，進而1〜2 0 ppm爲更佳。 當少於0. 1 ppm的場合由於會無法完全抑制垢的發生 ，會導致膜性能之劣化。同時，在於1 0 0 ppm以上時 防垢劑本身會吸著在膜表面上，形成造水量下降，水質惡 化並不理想。但是，在於含有多量<之垢物質或金屬類的供 應液體的場合，有時亦需添加數+〜數百p pm。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在於本發明中，雖然使得在於以往之單純的一段法中 具有困難之海水淡水化之高回收率運轉變成可能，而且可 以期待淡水化成本之大幅降低與提高運轉之安定化，但是 只要藉著預先將多段式地排列之模組單元的供應水超清淨 化，便可使運轉更加安定化。即，本發明者們潛心檢討的 結果，發現利用可以清洗之中空線膜過濾裝®所形成之海 水處理將海水淡水化前處理做成超清淨水化處理得到非常 大的效果。雖然此乃利用將多數中空線膜做成一束之中空 線膜將海水過濾用以得到清淨的海水者，但是以利用物理 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐）_ _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _ B7 五、發明説明（17) 清洗方法去除中空線膜表面的髒污:，以求做成可以長期間 使用之中空線膜爲前提。做爲中空線膜之物理清洗方法係 可以使用過濾水之逆向流水清洗或利用空氣沖洗、或擦拭 清洗等。 在本發中所使用之中空線膜組係藉著使用接著劑將中 空線膜束的端部固定後切斷使中空線膜內部開孔之中空線 膜模組，雖然在構造上並沒有被特別地要求但是可以與之 物理清洗方法相互配合而得到最^佳的形狀。尤其是在於槽 狀的容器中，裝塡複數支中空線膜元件之形狀的模組屬於 適合於大容量化，並且最理想。雖然只要只是屬於多孔質 的中空線膜即可，但是可以選用：聚乙烯、聚丙烯、聚碼 、聚乙烯醇、纖維素醋酸鹽、聚丙烯睛、其他的材料。而 其中最爲理想的中空線膜材料係至少具有由一成分之聚丙 烯睛之重合體所形成之中空線膜瘃較適合。而在於丙烯睛 系重合體當中最爲理想者爲至少含有5 0摩爾％以上之丙 烯睛，最好爲由6 0摩爾及與丙烯腈有共同重合性之乙烯 系化合物一種或二種以上爲5 0 %以下，最好爲0至4 0 摩爾％所形成之丙烯腈系共同重合體。同時，這些丙烯睛 系重合體二種以上，進而與其他的重合體之混合物亦可。 上述乙烯系化合物係只要具備有與之丙烯腈有共同重合性 之周知的化合物即可，雖然沒有特別的限定，但是可以列 舉丙烯酸、衣康酸、丙烯酸甲基、甲基丙烯酸甲基、醋酸 乙烯、稀丙基磺酸蘇打、苯乙稀磺酸蘇打等做爲較佳之共 同重合成分。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~~~' -2U - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、-IT- 經濟部中央樣隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（18) 當然，本發明係可以廣泛地適用於除了海水淡水化以 外之諸多逆滲透膜操作，例如化學製程用途、食品分離用 途0 〔實施例〕 〔實施例1〕 以標準條件（壓力5 6 a t m，3 . 5 %海水，溫度 2 5 °C，回收率1 2%)使用具.商脫鹽率，9 9 . 5 %，造 水量15m3/日的性能之膜面積2 6. 5m 2之聚酰胺系 逆滲透膜，用以製造出具有：串聯地將放入於壓力容器之 6支模組組合4支之第1段的模組單元、及組合2支同一 模組之第2模組單元、及將供應水之海水昇壓後供應至第 1段之模組單元的加壓泵浦、及進一步地將第1段之模組 單元的濃縮水加壓用以供應到第2<段之模組之加壓泉浦之 如第1圖所示之逆滲透膜分離裝置後，進行海水淡水化實 驗。第2段濃縮水係回到與第1段的高壓泵浦直接連結之 能量回收渦輪機用以回收能量。用第1段髙壓泵浦將汲起 之海水加壓至6 5 a t m後供應到第1段的逆滲透膜模組 ，用加壓泵浦第1段的濃縮水（6 3 a tm)加壓至 9 0 a tm。其結果，對於7 7 Om3/日之海水供應JI 中，可得到滿足第1段透過水置爲3 0 Om 3/日、第2 段透過水置7 7 Om3/日之飲用水基準之淡水。回收率 爲6 0 %。第1段模組單元之最上流側的元件的透過水置 爲1 8m3/日，而透過水每lm3 /日之消费電力爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）01 • L\ ---------^ — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _ B7 五、發明説明（19 ) 4 . 5 k w h 〇 〔比較例1〕 製作出在1個壓力容器內裝填6支與第1實施例相同 之逆滲透膜之模組6支所形成之逆滲透膜模組單元、及將 海水昇壓後供應至模組之加壓泵浦所形成之如第2圖所示 之逆滲透膜分離裝置後，進f?海水海水化實驗。在於加壓 泵浦壓力9 0 atm，可以在回4收率6 0%下得到第1段 透過水量4 9 8m3/日之淡水％並且了解最上流側的元 件之透過水量超過2 2m 3/日與耐堆稹容許値，而不適 用於長期使用的狀態。同時透過水1 m3的消费電力爲 4 . 9 k w η 0 〔實施例2〕， ’ 在於將分子量4 0萬，外徑5 0 0 pm，內徑 3 5 0 //m之聚丙烯睛中空線膜1 2 0 0 0支所形成之膜 面稹1 5m 2之中空膜模組7支收容到1台不銹鋼容器後 所形成之中空線膜模組單元中以1通道過海水，然後進行 過濾處理。過濾流量爲1 〇 〇m3/日，過濾操作壓力爲 0. 5atm。雖然過濾前之海水的混濁度爲3. 0，表 示堵塞膜之孔徑大小之指標的F I (堆稹指數）値係無法 測定（F I 2 6 . 5 )，但是過濾處理後的海水的混濁度 爲0. 1，FI値爲1以下。使用此一海水，在棋準條件 (壓力5 6 a tm，海水3. 5%，溫度2 5度，回收率 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS > A4規格（210X 297公釐）_ π . 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 ^02224 B7 五、發明説明（20) 1 2 % )下製作出將具有脫鹽率9 9 . 5 %，造水量 3. 7 5m 3/日性能之膜面稹6. 5m 2之聚酰胺系逆滲 透膜元件8支（使用2支元件放入4支模組）組入前段， 而將元件4支（使用2支相同模組）組入後段之第1圖所 示之澳縮水昇壓法之逆滲透膜裝置後，以第1段以 65atm的壓力，第2段以90atm的壓力進行海水 淡水化的連嫌運轉。其結果，_可以在回收率6 0 %從海水 得到透過水4 0 m 3/日。在於匙一條件下即使利用 2 0 〇 〇小時之連縯運轉判定薪得到的透過水量（2 5度 C下之換算値）沒有變化。 〔比較例2〕 取代在於前處理中之空線膜模組單元使手凝集砂過濾 裝置之外其他執行與第2實施例相/同之海水淡水化實驗。

I ι 凝集砂過濾裝e係添加氯化鐵當做凝集劑，其過濾處理後 之水質係混濁度爲0. 6，FI値爲4. 5。與第2實施 例相同的條件下2 0 0 0小時連續運轉的結果係判定在相 同操作下透過水量爲3 6m3/日、及大約下降3 %。 〔發明的效果〕 藉著本發明提供一種可以以高回收率、較少能量、較 便宜且高效率及安定地從高濃度溶液中得到低濃度溶液之 裝置及分進方法。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS > A4規格（210X297公釐）_ π (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裏- ,π' 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 __B7 _ 五、發明説明（21) 〔圇面之簡單說明〕 第1圖係本發明之逆滲透膜裝e之一例之流程圖。 第2圇係先前技術之一例之流程圖。 〔記號說明〕 1 .加壓泵浦 2.第1段逆滲透膜模組單元 3 .第1段透過液 β 4 .第1段濃縮液 5 .能量回收裝置 6 .供應液 7 .加壓泵浦 8.第2段逆滲透膜組單元 9 .第2 ,段透過液 ‘ 1 0 .第2段濃縮液 ---------^r— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 、-? i 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐）_ μ

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 々、申請專利範圍 第8 4 1 1 1 5 9 4號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國8 5年7月修正 1 . 一種逆滲透分離裝置，其特徵爲：多段式地配置 逆滲透膜模組單元，並且在於該逆滲透膜模組單元之間的 濃縮流路配置昇壓泵浦。 2 /如申請專利範圍第1項之逆滲透膜分離裝置，其 中在於多段式所配置的逆滲透膜模組單元，次一段之模組 單元的逆滲透膜面積之合計做成爲前一段的4 0 %〜 6 0%。 3 .如申請專利範圍第1項之逆滲透膜分離裝置，其 中具備回收最終段的模組單元之濃縮水的壓力能量之裝置 〇 4. 如申請專利範圍第1項之逆滲透膜分離裝置，其 中將壓力能量回收裝置與之第1段模組單元的供應水昇壓 用高壓栗浦相連接。 5. 如申請專利範圍第1項之逆滲透膜分離裝置，其 中濃縮水之昇壓用加壓泵浦之吸入側外殼及軸封部的耐壓 性要在5 0 a tm以上。 6. 如申請專利範圍第1項之逆滲透膜分離裝置，其 中在於多段式逆滲透膜模組單元中至少最終段模組單元於 壓力容器之耐壓性在8 0 a tm以上。 7. 如申請專利範圍第1項之逆滲透膜分離裝置，其 中設置了防垢劑之添加手段。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ⑽294 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 8.如申請專利範圍第1項之逆滲透膜分離裝置，其 中在第1段模組單元的上流側設置膜過瀘裝置。 9 .—種逆滲透分離方法，其特徵爲：使用多段式地 配置之逆滲透膜模組單元，將前段的模組單元之濃縮水昇 壓後供應至次段的逆滲透膜模組。 10.如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中第「η」段之操作壓力「P(n)J與第「n + 1 j段之 操作壓力「P 」之範圍如下：1 . 1 5蕊P P Cn) ^ 1 · 8 。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本 裝. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 中第「η」 操作壓力「 P cn> ^ 1 . 1 2 . 中關於各段 其最大膜面 水膜面流速 流速（最小 最大濃縮水 1 3 . 中關於各段 其最大膜面 水膜面流速 流速（最小 如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 段之操作壓力「P(I〇」與第「n + 1 j段之 PhM〉」之範圍如下：1 . 3彡 如申請專利範圍第9項之逆 之逆滲透膜模組單元之濃縮 流速之模組單元之濃縮水膜 )、及最小膜面流速之模組 濃縮水膜面流速）做成下列 膜面流速/最小濃縮水膜面 如申請專利範圍第9項之逆 之逆滲透膜模組單元之濃縮 流速之模組單元之濃縮水膜 )、及最小膜面流速之模組 濃縮水膜面流速）做成下列 滲透分離方 水的膜面流 面流速（最 單元的濃縮 的關係予以 流速S 1 . 滲透分離方 水的膜面流 面流速（最 單元的濃縮 的關係予以 法，其 速，將 大濃縮 水膜面 運轉。 5 ° 法，其 速，將 大濃縮 水膜面 運轉。 訂 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A8 302234 ο 々、申請專利範圍 1 4 .如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中供應液係爲溶質濃度0 . 5重量％以上的水溶液。 15. 如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中供應液爲海水或高濃度鹼水。 16. 如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中在於多段式所配置之逆滲透膜模組單元，用前段的 3 0%到8 0%的範圍低減次段的模組單元的透過水量° 17. 如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中從模組單元各段所得之透過水總量爲第1段供應水之 5 0 %以上。 1 8.如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中各段的操作壓力與各段的濃縮液的滲透壓的差爲 5 0 a tm以下。 19.如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中在於第1段與最終段之膜的每一膜面積之標準條件之透 過流速系具有下列關係 1. 第1段膜透過水量/最終段膜透過水量 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項朞填寫本贲) S 1 · 2 ° 2 0.如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中將第1段逆滲透膜模組單元之操作壓力做成7 0 a tm 以下。 . Λ 2 1 .如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中最終段之逆滲透膜模組單元的操作壓力爲8 0至 1 2 0 a t m ° 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS > A4規格（210X29?公釐） ^02294 as B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 2 .如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中回收最終段的逆滲透膜模組單元之濃縮水之壓力能量爲 其特徵。 2 3 .如申請專利範圍第2 2項之逆滲透分離方法， 其中利用連接第1段模組單元的供應水昇壓用高壓泵浦之 能量回收裝置進行壓力能量的回收。 2 4 .如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中至少在於最終段的供應水中含有防垢劑或防垢劑的合成 物、或複合體。 2 5 .如申請專利範圍第9項之逆滲透分離方法，其 中將膜過濾裝置之透過液做爲第1段之逆滲透膜模組單元 的供應液。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈· 訂 經濟部中央標準局属工消費合作社印装 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐）