TW553763B - Method of checking the integrity of a system of nanofiltration or reverse osmosis modules - Google Patents

Description

553763 五、發明說明（1) 本發明涉及一種用於檢驗毫微過濾或反滲透模組系統完 整性的方法，諸如在溶液分離或濃縮過程中所使用的那此 模組系統，尤其是在水處理領域中所使用的那些模組系 統。 利用膜淨化飲用水的技術出現了越來越多的各種容量的 工業化完成規模。膜技術過濾領域重新進行了劃分，彳曰是 通常都規定以下幾個範圍： 微孔孔徑約為0 · 5 // m左右的微過滤， 微孔孔徑約為1 0nm左右的超過滤， 宅微過濾’其截斷能力約為1ηηι或2 50道爾頓（dal ton) (實際是2 0 0至3 0 0道爾頓，這是關於當前市場上的毫微過 渡膜的情況）， 1 nm (納米）以下的反滲透。 笔微過濾可以濾除大部分溶解的有機污染及某些無機礦 物離子。事實上毫微過濾可以濾除可溶性的有機分子及某 些ί小尺相當的無機離子。因此，毫微過濾包含了反滲 透範圍。t微過濾也稱為《低壓反滲透》或《超精細過 濾》。 因為其截斷閥值很低，毫微過濾保證了全部的微生物不 育性。 不過’在工業沒備中’毫微過濾膜都安裝在毫微過濾模 組内’並且這些毫微過濾模組本身要借助於配置大量的帶 有所要求渗透性膜的模組而加以使用^。因此，儘管毫微 過濾在膜方面來說本質上是細菌和病毒不可滲透的，但配

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置大3：的模組可能 此外，總會存在 封黏接差，膜中有 在模組内安聚毫 形結構方案： 帶有造成影響模組不 模組有缺陷或構造不 未探測到的孔穴）。 微過濾膜通常所採用 滲透性的缺陷。 好的情況（媒的密 的有兩種普通的外 面是η《盤繞式》料形結構，它採用了 1平 繞起來（也^是\炎片秀分Λ開/又旧堯收集料物的管^盤 “阻=ϊΐϊ：Τ巧的ϊ體部分的濃縮物正相反由 曰 ’、為就〉辰細在該濃縮物中）， 一種是所說的《空心纖維》式外 毛細管纖維束的形狀。 。構其中膜呈現與 設ί:::ΐ ?的類型如何’模組(-般對於工業水處理 Ϊ:Π8英寸而長度為40英寸)彼此連接，實際 :有：個if Μ所說❾《壓管》内。毫微過濾的全部系統可 可ϋ個並秘安裝的壓管，通常都固定在總成組合件（或 在f施中所提出的問題就是探測模組或幾個模組構成系 統的兀整性缺陷，出現缺陷的地方或者是膜本身，或者是 在密封接合的地方，並且表現出來的情況是流體直接從2 的污濁一侧（濃縮物）穿過有破損的膜或有缺陷的密封接合 通到清潔的一側（滲透物）。 σ 因此就存在兩大類應用於個別選擇模組的檢驗方法，也

\\312\2d-code\90-08\90113339.ptd' '第 Π " " '' ----- 川/(x3 五 發明說明（3) 就是說存在兩大類、、 — 測方法·· Λ k /慮或反滲透模組完整性改變的探 一類方法是採用v 質量（尤其是通二量\驗//成的水質、即檢驗滲透物的 另-類方法是:用里上導Λ，或.進行細_ 測量空隙）。 5過私楝測滲漏（例如測量流量、 臺上：ΐ ί ΐ ί用i::採用的而且-般地都是放在測試 内，=行2都不能被用來在運行狀態下的系統 量：：：ί、ί ί ί 文獻wo 99/44 m中所推薦的利用測 *爪木妹，則滲漏的方日h 不能用到毫微過;：#，這後兩ϋ法不能用到反渗透也 式操作。事實上慮、種方法必需要進行膜的切向方 因此，採用了比較大的壓力和速度， θ漏雜讯不能與環境雜訊區分開。 :::些方法可用到全部的模組系統；原則上來說這些 灰::要求測量系統生成水的電導率。因此，&了利用反 2對海水清沙，通常測量電導率就夠了。相反地，對於 =么過濾膜系統來說，測量系統生成水的電導率就不能以 =要的精確性探測缺陷。事實上，毫微過濾從本質上來講 * °午大置的鹽’比如鈣、氣化物、硝酸鹽…通過，這並不 歸因於系統完整性的缺陷。 ”本發明的目的就是克服已知方法的不足，借助於一種可 仏，特別是活微生物滲漏的方法（活微生物比如有細菌、 病毋' 原生動物’以及特別是Cryptosporidium和

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553763 五、發明說明（5) 5 0%以上。對於這些膜來說，完全測量生成水中的鹽量（比 如利用電導率）不能探測滲漏。 相反地，某些多價離子，比如硫酸鹽，鐵，不管是反涂 透或毫微過濾，總是完全被膜所阻擋。當在系統中出現渗 漏時，這些多價離子的濃度因而應該大於正常系統的濃〜 度。 對於毫微過濾膜來說，以％表示的可分析化合物過滤通 過的最《開闊》範圍描述在表1中，此表是作為天然水毫 微過濾應用實施例而指出的各種被鑒別化合物穿過毫微過 濾膜的過滤私度（過濾比）。該表中，化合物過渡程度的運 算式如下： 通過（過濾）（％) = 100 X (滲透物中化合物濃度/濃縮物一側 化合物濃度） 濃縮物一側的化合物濃度確定為是壓管引入及壓管濃 物之間的平均值。 ' 令人感興趣的是要注意到：能夠鑒別在由膜提供的食用 水中存在的一種化合物而且該化合物在正常情況下可由這 些膜按很高的比例阻擋住，目此當出現濃縮物/滲透物渗 漏時就能探測這種化合铷廿s π卜a s t ^ 裡σ物並且可較容易地當場進行計量測

疋0甚至普遍能夠鑒別丄言嫌_德人 金〜k樣一種化合物，它大量地同時存 在於食用水之中並絕夬却人、木μ … 巴大口P刀被膜排除（盡可能少地通過過 容易測定含量的離子 都具有一種可很明顯加 或化合物諸如氯化物、碳酸氫鹽等 以判斷的過濾過程。此外，某些化

553763 五、發明說明（6) 合物的透過率與水的pH值非常有關 =的情況，這些都能以碳酸的形式 =死"式分子的石夕酸或碳酸來說也一 形式相反可透過膜。 而石酸鹽離子有很多優點： f在海水和地表水中呈自然狀態 疋強酸性離子，不管水的pH值如 性， ^ =速測定其含量而且費用不高 ★經常添加硫酸以便調節膜進料引 膜的濃縮物一側的硫酸離子量， 、不過已經能證實的是··在毫微過 f，況下，如硫酸鹽之類的化合物 里還；又透過膜或密封接合的缺陷之 了。 因此本發明提出一種毫微過濾或 檢驗方法，該系統主要用於對食用 的流體進行處理，每個模組都有一 及這些膜的密封連接，其步驟主要 在食用流體中選擇一種化合物它 能說明問題但在正常情況下又能有 測I在該系統模組下游區中該化 把這一測量值與一個參照值進行 當該測量值大於參照值時就鑒別 :尤其是含碳酸酐化合 透過，對於那些呈現其 樣，因而它們與其離子 何其形式保持不可交換 入的pH值，這還可增加 濾或反滲透膜中有滲漏 在一定的微生物可探測 前就開始是可探測的 反滲透模組系統完整性 或需探測活微生物滲漏 些宅微過濾或反滲透膜 是： 是可溶解的，存在量既 效地被膜所阻撞， 合物的濃度值， 比較，以及 為該系統部位記憶體在

C:\2D-CODE\90-08\90113339.ptd 第9頁 553763 五、發明說明（7) 缺陷。 優選地，當系統至少帶有多個並聯安裝的模組時，該方 法包括以下幾個步驟： 測量溶解在這多個模組中每個模組類似下游區中，該化 合物的濃度值， 對每個模組的這些測量值進行比較， 鑒定出這些值中最小的那些值，並且認定一個至少近似 等於這些最小值的值為參照值， 當這個模組的測量值大於該參照值時就確認出並聯安裝 的某一模組中存在缺陷。這就可以在沒有預先指定的參照 值的情況下探測出並聯安裝的那些模組中有時會帶有缺陷 的那個模組。 當然，這可應用到並聯安裝的模組每一部分都是由一列 模組構成的情況。因此根據本發明另一種優選的看法，上 述確定的一般方法其特徵在於，系統帶有多列並聯安裝模 組，該方法包括幾個步驟主要是： 測量溶解在每列類似區域中的該化合物濃度值， 比較對於每列所測量的這些值， 識別出這些值中的一些最小值，並把至少近似等於這些 最小值的一個值認定為參照值， 當該系列的測量值顯然大於這個參照值時就確認出其中 一列記憶體在缺陷。 有利地是，為了識別出該系統中有缺陷的元件，本發明 方法的特徵在於它另外還包括幾個步驟主要是：

C:\2D-CODE\90-08\90113339.ptd 第10頁 五、發明說_ 〜著模組列按 度值， 所選擇的區域測量該溶解化合物的濃 為針對一個# ^ 它顯然等於直^ ί ΐ位所測的每個濃度值選定一個參照值 者，有缺陷時，；，該指定部位上游區所測的濃度值，或 發現， 就疋從直接處在該指定部位的下游區進行 當在該下游區域巾％ :日丨μ &， 指定部位中存在缺陷。，、’、值大於相關參照值時就確認在 在這後一種愔 域至少包括每個模組的：：f ··沿^模組列所選擇的區 接起來的每個接、/ ，σ可把模組與下一個模組連 地檢測了。 糸列中的每個元部件都被有效 旦有利地’為了得到所考慮的全 里，人們測量了溶解在流體二歹]杈、，且有代表性的測 樣品是在含有來自該；物的濃度值’此 上述過程可適用於系列模组的兄L -區域中提取的。 :陷除外，對於這種情況該方預先探測其中 括：列模組，該方法包括幾個步驟主寺^於’系統至少包 :者模組列按幾個所選擇的：錄 >辰度值， j里^種溶解化合物的 為特定部位所測的每個濃度值 然等於直接處在該指定部位上個麥照值，該值顯 缺陷的情況下，就從直接處在以=度值，即，在有 現，以及 ^日疋。卩位下游區進行發 \\312\2d-code\90-08\90113339.ptd 第11頁 ^1 553763 五 發明說明（9) 田在該下游區測得的值大 部位中存在缺陷。*大於相關參照值時就認定在指定 發ί Ϊ:::情況下’比如是在有幾列模組的情況下，太 少在於，沿著系列模組所選擇的那些以 與：-個模組連接起來。 接頭£ ’錢頭可把模紐 在2 3，當系統至少包括-列模組時，人們就測量溶解 右也ό ^體樣品中的所選化合物的深度值，該樣品是從含 二 系列中每個模組的流體區内提取的。 攸表1中所給出的說明可清楚地看出，特別有利地是選 擇了要測量其濃度的化合物，例如是硫酸鹽。 下面在有關一個系統所採用的優選實施例中對本發明又 作了描述’该系統包括幾個連續級（或總成元件），每一級 都是由一些並聯安裝的壓管構成的，每個管都帶有幾個模 組（在所考慮的實施例中是6個，另一個典型值是7)目的是 檢驗毫微過濾或反滲透模組系統的完整性以及探測穿過由 纏繞（盤繞）或空心纖維膜片及密封接頭構成模組的活微生 物滲漏（細菌、病毒、原生動物以及特別是 Cryptosporidium和Giardia)。該方法包括幾個步驟主要 是： 提取最小系統範圍中的水樣品，此最小系統範圍是由幾 個滲透物壓管和一些互連器構成的（通常一個壓管裝有5至 7個連接相配合的過濾模組）。 把硫酸鹽離子或其他已大量排出的化合物值與安裝在系

C:\2D-CODE\90-08\90113339.ptd 第12頁 553763

—此 麼管的這類值 統同一排（也稱為級）中其他 圖3中給出了 一個實施例。 如果這樣提取的水样〇 g 士 — 介入从^ 土 仫樣口口具有一疋含量的已大量被排出的 化5物（較可取地是碚赫 η Ά ^ , ΛΑ , . ^ ^ ^ 疋瓜S夂鹽），壓官靶圍内的已大量被排出 〇κ 則M官不存在完整性的缺陷（參見圖 2b，例如N。32管的情況）。 祕t Ϊ這樣提取的水樣品具有的有效排出化合物（更可取 ^ ^ ^鹽）含里鬲於該種化合物含量低的管系統情況，

仃探測可測出有缺陷的模組或有缺陷的密封接頭，如 俊面所描述的那樣， =助探針依照系統範圍提取幾個水樣品，該系統範圍是 由&透物壓管及内部連接器構成的， 按照例如標準NFT90-040中所述的規定方案或其他現場 方法（商品化的可自由使用的工具箱）測量各樣品中已有被 排出的化合物比率（更可取的是硫酸鹽）。 枯繪出沿著壓管的縱向濃度變化曲線（參見圖〗a、^ b、 lc) 〇 沿壓管的縱向濃度變化曲線按照如圖3所示的示意圖變 化。縱向參照曲線可依據其硫酸鹽含量最低的壓管u測出， 或者計算出來。 “ 根據本發明，人們能夠設計出各種不同的應用，其中尤 其可指出下面的一種。 作為實施例，上述方法已在法國上瓦茲省梅裏Μ爸ry (Μ ? r y s u r 0 i s e )毫微過濾廠應用了，它擁有8個毫微過

553763 五、發明說明（11) 渡排’每排每天可生產1 7 5 〇 〇 m3水並且每排有丨丨4 〇個每個 約為3 7m2的宅微過濾模組。毫微過濾模組都按照每個壓管 為6個模組插入到壓管中。因而在M g ry一sur一〇ise廠站中 有1 520個壓管。模組按三級安裝，配置情況如下： 第一級接收待處理的水，其硫酸鹽含量約在5〇〜1〇〇mg/1 之間， 第二級接收第一級的濃縮物， 弟二級接收苐二級的濃縮物。 在1 5 2 0個壓官滲透物中有步驟系統地測量硫酸鹽含量可 以糾正裝配的差錯，其中主要包括： 1 ·更換11個被壓扁或被捲滾的内部密封連接器， 2 ·安裝缺少的2 0個密封接頭， 3 ·安裝4個缺少的連接器， 4 ·變換4個受損的膜元件。 果f ，有被校正，這些安裝上的錯誤可能造成的後 果是壓官濃縮物與滲透物密封隔室之間的不滲透性差，使 知》辰縮物有一定的量排到管的滲透物收集器中。濃縮物可 帶有一些人們所不希望的化合物，尤其是帶有細菌。 這些裝配方，的差錯不能通過測量壓管生成水的電導率 來探測，因為耄微過濾必然讓某些離子通過（如氯化物， 鈣，碳酸氫鹽），管滲透物的電導率與由於反滲透所產生 的電導率相比較來說是高白勺。在圖以中，給出了一個實施 例其中28個管的-套總成元件（第三級）進行了電導率的測 量。與其他總成整套裝置的壓管相比較，沒有任何一個壓

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官具有非典型的電導率。 。相反地’在相同管的滲透物中測量硫酸鹽顯示出：管 n 22、33、61、62及72為非典型性的，它們生產一種水 其硫酸鹽濃度明顯比較高（參見圖2 b)。 、和圖3指出了探測元件總成4中壓管n ° 61時的硫酸鹽 測ϊ結果’硫酸鹽的滲漏處在第一個膜的供水連接器的地 方。水溫為4 °C。 在改正不滲透性密封缺陷的操作時間内根據標準NFT90 -41 4在壓管出口處對水進行的細菌學測量可表明：當管子 出現些非典型性的硫酸鹽值時（與總成元件中其他壓管 相比較如圖2b中所示），可出現病菌滲漏。 =標準NFT90-414所作的分析結果進行了 一種隨意的記 文才示圮它可以對樣品彼此進行相對的比較，計算表如下： 出現陽性大腸桿菌樣菌落： 標號1 0 = 1個菌落 標號20 = 2個菌落 才示號3 0 = 3個菌落· · · · · · =陽性大腸桿菌樣菌落也沒有非致病的干擾菌叢： 沒有陽性大腸桿菌樣菌 物寄生物）： 洛但是存在非致病干擾菌叢（腐 標號1 = 0至1 〇種腐物寄生物 標號2 = 1 1至50種腐物寄生物 標號3 = 51至1〇〇種腐物寄生物

553763 五、發明說明（13) 標號4 =多於1 0 0種腐物寄生物 標號5 =被遮滿的瓊脂 當結果同時包括一些陽性大腸菌反應及一些腐物寄生物 時就增加一些標號’例如標號23就對應兩種計算在内的大 腸桿菌樣以及5 3種計算在内的腐物寄生物。 細菌學的測量只能作統計性地解釋因為陽性反應能夠被 曲解（污染），如陰性反應也一樣可能是被歪曲的，因為是 按1 0 0 m 1的樣品進行採樣的。 校正之前和校正之後在壓管的滲透物中所進行 採樣結果彙集到圖4中。 、1❹次 在組合件總成方面，M g r y - s u r - 〇 i s e礙站的 是由2 8或5 4個壓管構成的，其密封性不是絕_應用中它們 個壓管所測結果表示在圖5中。 、的〜個或幾

\\312\2d-code\90-08\90113339.ptd 第16頁 553763 五、發明說明（14) 表1 化合物 大Mii pH価勺 作用 在天然水中 頻存在 不充创勺 分罐度 鋁 10% 〜50% X ? X X 硼、緦 10% 〜50% X X X 鈣 10% 〜60% X 氯化物 50% 〜80% X 電導率 20% 〜60% X 有機炭 0-20% X X 銅 0〜5% X 氟 30% 〜50% X 鐵 0〜5% X X 重碳酸鹽 10% 〜60% X X 鉀 40% 〜70% X X 鎂 10% 〜40% X 猛 達40% X X 鈉 50% 〜80% X 銨，亞硝酸鹽 50% 〜80% X X X 及硝酸鹽 磷酸鹽’ 0 〜20% ? X X 矽 達80% X X X 硫酸鹽 低於5% C:\2D-CODE\90-08\90113339.ptd 第 17 頁 553763 五、發明說明（15)

表2 膜排^|°1總成1^°4壓管N〇62 水溫：4°C 21/12/99 安放位置 插入探頭的長度 硫酸鹽(mg/1) 提取起點 0 開端連接器入口 509 80 末端連接器入口 725 150 中間膜1 1200 21 開端連接器1 1635 10 末端連接器1 1782 8 中間膜2 2216 2 開端連接器2 2651 1 末端連接器2 2798 3 中間膜3 3232 2 開端連接器3 3667 0 末端連接器3 3814 1 中間膜4 4248 2 開端連接器4 4683 0 末端連接器4 4830 1 中間膜5 5264 0 開端連接器5 5699 4 末端連接器5 5846 2 中間膜6 6280 0 開端連接器出口 6747 1 末端連接器出口 6926 3 末端連接管滲透物 7045 2

C:\2D-CQDE\90-08\90113339.ptd 第18頁 553763 圖式簡單說明 本發明的目的、特徵和優點可從” 定性的典型實施例所給出的說沐4照附圖作為非限 有： σ 岣楚地顯示出來，圖中 圖la是沿著毫微過濾系統第一級中一 酸鹽濃度曲線圖（以mg/Ι (毫克/升）夺八]核組或壓管的硫 和第三個模組之間出現連接渗漏·、不該系統在第二 圖1 b是沿著該系統第二級中一 度曲線圖（以mg/l表示） 陷； 圖1 c是沿著該系統第 度曲線圖（以mg/l表示） :或壓管的硫酸鹽濃 弟二和第四個模組連接處有缺 1 ^二2模、组或壓管的㉟酸鹽濃 第三與第四模組連接處有缺陷y與第二模組連接處以及在 圖2a是表示第三級28個壓管電 圖2b是表示與圖2a中相同的那些磨管H… (mg/ 1 )的描繪圖； 瓜酉夂孤s ϊ 圖3是表示沿著由5個模組形成的壓管，硫酸 mg/ 1表示）變化曲線圖，· 孤3里（以 以是表示系統的屡管滲透物中細菌學分析的描繪圖， 描Γ圖是表示該系統各總成或各級渗透物中細菌學分析的 第19頁 C:\2D-CODE\90-08\90113339.ptd

Claims (1)

1. 91. 12, 28 替換本 553763 f/ (>^6 六、申請專利範圍_„ 1. 一種毫微過濾或反滲透模組系統完整性的檢驗方法， 此系統指定用於處理食用及要探測活微生物滲漏的流體， 每個模組包括一些毫微過濾或反滲透膜以及這些膜的密封 接頭，該方法包括幾個步驟主要是： 飞 在食用流體中選擇一種溶解的化合物，它存在可說明問0 題的但是在正常情況下能被膜有效地加以阻擋住； 測量這種化合物在該系統模組下游區的濃度值； 把這種測量值與一個參照值進行比較； 當這種測量值大於參照值時就確認在該系統區中存在缺 陷。 j 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，系統至少包括 多個並聯安裝的模組，該方法包括主要是以下幾個步驟： 測量溶解在這多個模組中每個模組的那些類似下游區中 該化合物的濃度值， 比較這些每個模組的測量值， 鑒別出這些值中的一些最小的值，並認定一個至少近似 等於這些最小值的值為參照值， 當該模組的測量值大於該參照值時，就確認在一個並聯 安裝的模組中存在的缺陷。 < 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，系統包括多列 並聯安裝的模組，該方法包括主要是以下幾個步驟： 測量溶解在每列類似區域中該化合物的濃度值， 比較每列這些測量值， 鑒別這些值中最小的那些值，並認定至少一個近似等於

   90113339(替換）-〗.ptd 第20頁 553763

   六、申請專利範圍 這些最小值的值為參照值 當該列測量值^ 列中存在缺陷^ ; 11個參照值時就確認這些列的一 4 ·如申請專利範圍第s 步驟主要是·· 、 法’其中，另外包括幾個 測里〉谷解在沿著一 值， 彳、成個選擇區中該化合物的濃度 對指定區測I |、曲 顯然等於直接處選取-個參照值，此參照值 缺陷的情況下，就;:=2游區的測量濃度值或者在有 以及 ，攸直接處在該指定區的下游區去發現， 區中存在缺陷τ〒所測的值大於相關參照值時就確認在指定 選5擇方法，其中，沿著模組列所 組與下-個模組連；==紐的下游區和每個可把模 6·如申請專利器區域。 量其濃度的溶解化任-項之方法，其中，測 旦申Ϊ專利範圍第3至5項中任一項之方法，其中，測 :::ί /;IL體樣品中的該化合物濃度值，Λ流體樣品是從 3有來自該列每個模組流體的區域中提取的。 疋伙 、，上::1 f專利範圍第7項之方法，#中’測量其濃度的 浴解化a物是硫酸鹽。 9 ·如申凊專利範圍第1項之方法，其中，系統至少包括 553763 <、申請專利範圍 一列模組，該方法包括以下幾個主 測量溶解在沿著模組列所選幾個區二驟： 值， °或中的該化合物濃度 對指定區域所測的每個濃度值選取— 等於對直接處在該指定區上游區域；；個參照值此值顯然 有缺陷的情況下，就從直接處在該二的濃度值或者，在 現，以及 曰疋區下游的區域發 ~當在該下游區所測的值大於相關參昭 尺區中存在缺陷。 、'值日守就確認在該指 10.如申請專利範圍第9項之方法，苴 選擇的那些區域至少包括每個模組的；：二”模組列所 的區域，這些連接器可把一 /T ，母個連接器 來。 1U衩組與下一個模組連接起 11·如申請專利範圍第9或1〇項中任一 测量其濃度的溶解化合物是硫酸鹽。、法，其中， 12.如申請專利範圍第1、9或1(f項之方法，盆中， 包括一列模組，人們測量溶解放在流體樣品中的、 1 /辰度值，此樣品是在含有來自該列每個二 域中提取的。 曰〕机體區 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之方法，其中，測 的溶解化合物是硫酸鹽。 則里其》辰度 第22頁