TWI478763B - Through the membrane to prevent the rate of lifting methods and through the membrane - Google Patents

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Description

透過膜阻止率之提升方法及透過膜
本發明係關於透過膜阻止率之提升方法,特別是在不會使透過膜之透過流束大幅下降,將透過膜,特別是已劣化之逆滲透(RO)膜修復,並有效果地使其阻止率提升之方法有關。本發明又有關以此透過膜阻止率之提升方法所施予阻止率提升處理之透過膜,與使用此透過膜之水處理方法以及透過膜裝置及水處理裝置。
近年,為使水資源有效地利用,已有進行將廢水回收、進行再生、再利用之製程或將海水、地下鹽水進行淡水化製程之導入。為獲得高水質之處理水,可將電解質除去、中低分子除去之奈米過濾膜或逆滲透膜(RO膜)等選擇性透過膜正被使用著。
RO膜等透過膜對於無機電解質或水溶性有機物等分離對像物之阻止率,會受到存在於水中的氧化性物質或還原性物質等影響,及因其他原因造成原材高分子劣化而下降,無法得到所需的處理水質。此劣化有可能會隨著長期間之使用中所漸漸引起,又有可能因事故而突發性地產生。又,也有可能是因為透過膜之阻止率本身就無法達到作為製品所要求的等級。
在RO膜等透過膜系統中,為防止因膜面因黏質所造成的生物污損,有在前處理步驟以氯(次氯酸鈉等)進行原水處理者。吾人已知,因氯為具有強力的氧化作用,若未將殘留氯充分處理即供應給透過膜時,透過膜將會劣化。
吾人亦知,為分解殘留氯,雖亦有進行添加重亞硫酸鈉等之還原劑,但只要是在添加過剩的重亞硫酸鈉之還原環境下,當與Cu、Co等金屬共存時膜會劣化(專利文獻1)。
當膜劣化時將會大幅損害透過膜之阻止率。以往,作為RO膜等透過膜阻止率之提升方法,已提案有如以下之方法。
i) 藉由使陰離子或陽離子之離子性高分子化合物附著於膜表面,使透過膜之阻止率提升之方法(專利文獻2)。
本方法雖顯示某一程度的阻止率提升效果,但對於劣化膜之阻止率提升效果並不足夠。
ii) 藉由使具有聚伸烷基二醇鏈之化合物附著於膜表面,使奈米過濾膜或RO膜之阻止率提升之方法(專利文獻3)。
雖本方法亦能得到阻止率提升效果,但在所謂不使對於劣化膜之透過流束大幅降低而使阻止率提升之要求而言,並無法得到足夠的満足。
iii) 對於透過流束已增加之具有陰離子電荷之奈米過濾膜或RO膜,使用非離子系界面活性劑進行處理,使其透過流束減低到適合範圍,以防止膜污染或透過水質惡化之方法(專利文獻4)。此方法為使透過流束成為使用開始時之+20~-20%範圍,使非離子性界面活性劑接觸、附著於膜面。
此iii)之阻止率提升之有效性,雖然在專利文獻4中所記載的實施例與比較例之對比中亦可確認到,但對於已顯著產生劣化之膜(脫氯率為95%以下),必須使相當量之界面活性劑附著於膜面,並可能伴隨透過流束劇烈的下降。又,在此專利文獻4之實施例,記載著使用將製造時之初期性能為透過流束1.20m3 /m2 ‧day、NaC阻止率為99.7%、二氧化矽阻止率為99.5%之芳香族系聚醯胺RO膜使用2年後之已氧化劣化膜,雖記載有其劣化膜性能在處理後透過流束增加到1.84m3 /m2 ‧day,但NaCl阻止率99.5%、二氧化矽阻止率98.0%為將未大幅劣化之膜作為對像,因而以此方法是否能使已劣化之透過膜之阻止率充分地提升仍為不明。
iv) 使單寧酸等附著於劣化膜之使脫氯率改善之方法。
以此方法的阻止率提升效果並不能說是很大,例如,已劣化RO膜之ES20(日東電工公司製)、SUL-G20F(TORAY公司製)之透過水電傳導度,在處理前後分別為82%→88%、92%→94%,無法將阻止率提高至使透過水之溶質濃度達到1/2。
尚,對於透過膜之劣化,例如在聚醯胺膜之因氧化劑所造成的劣化,吾人已知膜原材之聚醯胺鍵之C-N鍵會被斷裂,使膜本來之作動結構崩壞。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開平7-308671號公報
[專利文獻2]特開2006-110520號公報
[專利文獻3]特開2007-289922號公報
[專利文獻4]特開2008-86945號公報
如上述,雖以往已有各種方法被提案作為透過膜阻止率之提升方法,但由於以往之阻止率提升方法為使物質重新附著於透過膜表面之故,產生透過流束之下降。例如,為使阻止率回復並使透過水之溶質濃度達到1/2,但在透過流束方面相較於處理前有可能會降低至20%以上。又,對於已產生非常大之劣化(例如電傳導度阻止率降低至95%以下)之膜,以既有之技術,阻止率之回復為困難。
本發明係解決上述以往之問題點,並以提供一不會使透過流束大幅下降,又即使是明顯的膜劣化仍可有效果地使阻止率提升之方法為目的。本發明又以提供以如此的透過膜阻止率之提升方法所施予阻止率提升處理之透過膜,與使用此透過膜之水處理方法,以及具備有此透過膜之透過膜裝置及水處理裝置為目的。
第1樣態為提供一種透過膜阻止率之提升方法,其特徵係包含將含有具有胺基之分子量1000以下之化合物且pH7以下之水溶液(以下稱此水溶液為「胺處理水」)流通於透過膜之步驟(以下稱此步驟為「胺處理步驟」)。
第2樣態為如第1樣態所提供之透過膜阻止率之提升方法,其中,在前述胺處理步驟後,具有將較前述胺處理水為更高pH之水流通於前述透過膜(以下稱此步驟為「鹼處理步驟」)。
第3樣態為如第2樣態所提供之透過膜阻止率之提升方法,其中,前述高pH之水為含有具有胺基之分子量1000以下之化合物。
第4樣態為如第1~3樣態中任一樣態所提供之透過膜阻止率之提升方法,其中,在前述胺處理步驟、或者是在胺處理步驟後,將含有具有陰離子性官能基之化合物水溶液流通於前述透過膜。
第5樣態為如第1~4樣態中任一樣態所提供之透過膜阻止率之提升方法,其中,在前述胺處理步驟、或者是在胺處理步驟後,將含有具有非離子性官能基之化合物及/或具有陽離子性官能基之化合物水溶液流通於前述透過膜。
第6樣態為如第2~5樣態中任一樣態所提供之透過膜阻止率之提升方法,其中,重複進行前述胺處理步驟及鹼處理步驟2次以上。
第7樣態為提供一種透過膜,其特徵係以如第1~6樣態 中任一樣態之透過膜阻止率之提升方法施予阻止率提升處理。
本發明人們為解決上述課題,重複進行以實機之劣化膜調查解析等不斷專心檢討之下,得到以下的見解。
1)以往之方法為將因膜之劣化而在膜上所形成之孔穴,藉由使新的物質(例如非離子系界面活性劑或陽離子系界面活性劑等化合物)附著於膜上之堵塞方法,因膜之疏水化、高分子物質之附著,膜之透過流束顯著下降,水量之確保為困難。
2)透過膜,例如聚醯胺膜,在因氧化劑所造成的劣化會使聚醯胺之C-N鍵斷裂,膜本來之作動結構會崩壞,在膜劣化之部位,儘管因為醯胺鍵之斷裂醯胺基會消失,但一部份的羧基會殘存。
3)藉由使胺化合物效率良好地附著.鍵結於此劣化膜之羧基,可修復劣化膜且使阻止率回復。
在此情況時,作為鍵結於羧基之胺化合物為以使用具有胺基之低分子量化合物,可抑制因膜表面之疏水化、使高分子物質之附著所造成透過流束之顯著降低。
本發明為基於如此之見解遂而完成者。
本發明,對於因氧化劑等已劣化之透過膜,藉由將含有具有胺基之分子量1000以下之化合物(以下稱為「低分子量胺化合物」)且pH7以下之水溶液(胺處理水)之流 通,不會使此透過膜之透過流束大幅下降,並將膜劣化部分修復,使阻止率有效果地提升。
〔實施發明的最佳型態〕
以下為詳細說明本發明之實施型態。
〔透過膜阻止率之提升方法〕
本發明之透過膜阻止率之提升方法為包含將含有具有分子量1000以下之低分子量胺化合物且pH7以下之水溶液(胺處理水)流通於透過膜之胺處理步驟。本發明較佳為在此胺處理步驟後,具有將較胺處理水為更高pH之水流通於透過膜之鹼處理步驟。更,此高pH之水較佳為含有前述分子量1000以下之低分子量胺化合物。
又,本發明之透過膜阻止率之提升方法亦可具有如以下之步驟,如在胺處理步驟、或在胺處理步驟後,將含有具有陰離子性官能基之化合物水溶液流通於透過膜之步驟(以下稱為「陰離子處理步驟」);在胺處理步驟、或在胺處理步驟後,將具有非離子性官能基之化合物流通於透過膜之步驟(以下稱為「非離子處理步驟」);在胺處理步驟、或在胺處理步驟後,將具有陽離子性官能基之化合物流通於透過膜之步驟(以下稱為「陽離子處理步驟」)。
另外,亦可將胺處理步驟與鹼處理步驟,更或者是陰離子處理步驟、非離子處理步驟、陽離子處理步驟重複進行2次以上。又,亦可適當地將此等步驟組合進行。
更,在上述非離子處理步驟,較佳為使用具有聚伸烷基二醇鏈之高分子化合物等高分子化合物;在上述陽離子處理步驟,較佳為使用聚乙烯脒(polyvinyl amidine)等高分子化合物。
尚,在各步驟間視所需亦可使純水流通於透過膜進行純水洗淨。
因此,作為本發明之透過膜阻止率之提升方法之處理順序可舉例如以下。
i)胺處理步驟→純水洗淨
ii)胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨
iii)將上述ii)重複進行2次以上。例如,重複2次時,為胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨→胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨。重複3次時,為胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨→胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨→胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨。
iv)胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨→陰離子處理步驟→純水洗淨
v)胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨→非離子處理步驟→純水洗淨
vi)胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨→陰離子處理步驟及非離子處理步驟→純水洗淨
vii) 胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨→陽離子處理步驟→純水洗淨
viii) 胺處理步驟→鹼處理步驟→純水洗淨→陽離子處理步驟及非離子處理步驟→純水洗淨
ix) 在上述iii)~viii)中,將胺處理步驟→鹼處理步驟重複進行2次以上後,進行純水洗淨,並進行以下的步驟。
x) 在上述i)~vi)及ix)中,同時進行胺處理與陽離子處理來作為胺處理步驟。
xi) 上述i)~iv)、vii)及ix)中,同時進行胺處理與非離子處理來作為胺處理步驟。
xii) 在上述i)~iv)及ix)中,同時進行胺處理、陽離子處理及非離子處理來作為胺處理步驟。
[膜修復之機構]
推測藉由本發明之劣化膜之修復機構應如同圖1a~圖1f般。
透過膜,例如聚醯胺膜之正常醯胺鍵為以如圖1a所示之構造。若此膜因氯等氧化劑劣化時,醯胺鍵之C-N鍵會斷裂,最後以成為如圖1b所示之構造。
如圖1b所示,醯胺鍵之斷裂,醯胺基因氧化而消失,並在此斷裂部分形成羧基。
如此的劣化膜,在以低pH之酸性水流通之酸性條件,如圖1c所示,因為羧基之氫不會解離,所以陰離子電荷變弱。
在此酸性水中若含有低分子量胺化合物(圖1d為2,4-二胺基安息香酸)時,在低pH條件,因低分子量胺化合物之溶解度很高,如圖1d所示,此低分子量胺化合物會作為溶質與膜劣化部分接觸。
在此狀態下,如圖1e所示,若使用鹼劑使pH上昇時,低分子量胺化合物之溶解度會降低,在鹼性條件,藉由胺基與膜之羧基間的靜電鍵結,如圖1f所示,低分子量胺化合物會鍵結於膜上形成不溶性鹽,因此不溶性鹽將劣化膜之孔穴修復,使阻止率回復。
在使低分子量胺化合物透過於膜之際,併用數種分子量或骨架(構造)為相異之胺化合物,再藉由使此等同時透過,當各別的化合物在透過於膜之際會相互形成障礙,藉由加長在膜內劣化部位滯留之時間,使膜之羧基與低分子量胺化合物之胺基之接觸準確率變高,使膜之修復效率提高。
又,特別是藉由將高分子量化合物之併用,可將膜之劣化大之部位堵塞,提高修復效率。
以下為對於各步驟進行說明。
<胺處理步驟>
在本發明之胺處理步驟所使用的胺化合物,為具有胺基、分子量1000以下之相較為低分子量者,可舉例如以下的a)~f),但並不限定於此。
a) 芳香族胺化合物:例如苯胺、二胺基苯等具有苯骨架與胺基者。
b) 芳香族胺羧酸化合物:例如3,5-二胺基安息香酸、3,4-二胺基安息香酸、2,4-二胺基安息香酸、2,5-二胺基安息香酸、2,4,6-三胺基安息香酸等具有苯骨架、2個以上胺基與較胺基之數目為少的羧基者。
c) 脂肪族胺化合物:例如甲基胺、乙基胺、辛基胺、1,9-壬二胺(本說明書中亦會略記為「NMDA」)(C9 H18 (NH2 )2 )等具有碳數1~20左右之直鏈烴基與1個或複數個胺基者,及胺戊烷(NH2 (CH2 )2 CH(CH3 )2 )、2-甲基辛二胺(本說明書中亦會略記為「MODA」)(NH2 CH3 CH(CH3 )(CH2 )6 NH2 )等具有碳數1~20左右之分支烴基與1個或複數個胺基者。
d) 脂肪族胺醇:例如單胺異戊醇(本說明書中亦會略記為「AMB」)(NH2 (CH2 )2 CH(CH3 )CH2 OH)等在直鏈或分支之碳數1~20之烴基具有胺基與羥基者。
e) 環式胺化合物:例如四氫呋喃胺(本說明書中亦會略記為「FAM」)(下述構造式)、幾丁聚糖等具有雜環與胺基者。
[化1]
f) 胺酸化合物:例如精胺酸或離胺酸等鹼性胺酸化合物、天冬胺酸或麩醯胺酸等具有醯胺基之胺酸化合物、甘胺酸或苯丙胺酸等其他胺酸化合物及此等之聚合物之肽或是此等之衍生物之例如阿司巴丹等。
此等低分子量胺化合物為對於水溶解性高,可成為安定的水溶液流通於透過膜,如前述,與膜之羧基進行反應鍵結於透過膜,形成不溶性鹽,以堵塞住因膜之劣化所產生的孔穴,藉此提高膜之阻止率。
在本發明之胺處理步驟所使用的低分子量胺化合物之分子量若較1000大時,會有無法侵入到微細劣化部位,故不宜。惟,胺化合物之分子量若過小時,會較難留置於膜之緻密層。因而,此胺化合物之分子量較佳為1000以下、特佳為500以下、極佳為60~300者。
此等低分子量胺化合物可單獨1種使用或混合2種以上使用。特別在本發明中,併用2種以上分子量或骨架構造為相異之低分子量胺化合物,藉由使此等同時透過透過膜,當各別的化合物在透過於膜之際會相互形成障礙,藉由加長在膜內劣化部位滯留之時間,使膜之羧基與低分子量胺化合物之胺基之接觸準確率變高,使膜之修復效率提高,故宜。
因此,併用分子量為數十之例如60~300左右之低分子量胺化合物與分子量為數百之例如200~1000左右之低分子量胺化合物,或環狀化合物與鏈狀化合物,較佳為併用直鏈化合物與分支狀化合物。
作為其較佳之組合例方面,可舉例如二胺基安息香酸與NMDA或與胺戊烷之併用;精胺酸與阿司巴丹之併用;其他如苯胺與MODA之併用等。
胺處理水中之低分子量胺化合物之含有量會依膜之劣化程度而異,但若過多時,在鹼處理時會有不溶化而使透過流束大幅下降之情形;過少時,因修復會變得不完全,胺處理水中低分子量胺化合物之濃度(使用2種以上低分子量胺化合物時為其合計濃度)為以1~1000mg/L、特別以5~500mg/L左右者為佳。
又,使用2種以上低分子量胺化合物之情形時,若各別之低分子量胺化合物之濃度差異很大時,因為難以得到依此等併用所帶來的效果,相對於含量為最多的低分子量胺化合物,較佳為使含量為最少的低分子量胺化合物的含有量以50%以上進行摻合。
在胺處理步驟,將此等低分子量胺化合物以pH7以下、較佳以pH5.5以下之酸性條件,或是做成與進行處理之透過膜之等電點為以下之水溶液流通於透過膜。
此胺處理水之pH若高時,低分子量胺化合物之溶解度會下降,附著於透過膜之原水側(一次側)使透過膜內之透過變得困難。惟,胺處理水之pH若過低時,則需要大量的酸與為移到鹼處理步驟時需要大量的鹼,也因為可能會加速膜之劣化情況,所以此胺處理水之pH較佳為1.5以上。
因此,對於胺處理水,視其必要,添加酸來進行pH調整。於此情形時,所使用之酸並無特別限制,可舉例如鹽酸、硫酸、胺磺酸等無機酸;甲磺酸等具有硫磺基之有機酸;檸檬酸、蘋果酸、草酸等具有羧基之有機酸;膦酸、次膦酸等磷酸化合物等。此等之中就溶液之安定性與成本面之觀點而言,較佳為鹽酸、硫酸。
在如此的胺處理步驟,胺處理水中亦可添加作為示蹤劑(tracer)的食鹽(NaCl)等無機電解質或異丙醇、葡萄糖等中性有機物及聚馬來酸等低分子聚合物等,如此一來,在胺處理步驟,分析透過膜對於透過水之食鹽或葡萄糖之透過程度,可確認膜之修復程度。
另外,在胺處理水中,除了低分子量胺化合物以外,亦可添加分子量1000以下之低分子量有機化合物,例如具有醇系化合物、羧基或磺酸基之化合物,具體如將異丁醇、水楊酸或異噻唑啉系化合物,在與低分子量胺化合物不會產生聚合或凝集程度之濃度,例如0.1~100mg/L左右,如此一來,使緻密層之立體障礙提高,以能提昇孔洞堵塞的效果而被受期待。
又,將胺處理水流通於透過膜時之給水壓力,若過高時,會有所謂對於未劣化部位產生吸著之問題;若過低時,則無法對劣化部位產生吸著,因而以該透過膜之通常運轉壓力之30~150%、特別以50~130%為佳。
此胺處理步驟可在常溫,例如10~35℃左右之溫度下進行;又,其處理時間方面,在低分子量胺化合物能充分地透過於透過膜中,且與膜之劣化部位接觸之時間為低分子量胺化合物之分子量為足夠小到能容易透過於透過膜之情形,只要在透過水側能使低分子量胺化合物被檢測出來之程度的時間即可,並無特別限制或是特別上限,但通常以0.5~100小間、特別以1~50小時左右為佳。
〔鹼處理步驟〕
在胺處理步驟後,將較胺處理水為更高pH之水,即pH高於7之鹼性水(以下稱為「鹼處理水」)流通於透過膜。如此一來,存在於透過膜中之低分子量胺化合物之溶解度會下降,膜之羧基與低分子量胺化合物之胺基會進行反應,低分子量胺化合物在膜中以不溶性鹽析出,並使膜之劣化部分修復。若此鹼處理水之pH為往酸側修正的話,將無法得到足夠的上述低分子量胺化合物之析出效果;若過高時,會產生因鹼所引起的膜劣化,所以鹼處理水之pH較佳為7以上、12以下,特佳為11以下。
此鹼處理水,雖較佳為將鹼添加於胺處理水中者,但亦可將鹼添加於純水中,並調整成指定之鹼性之水後予以使用。又,對於此等之水,同前述之胺處理水,亦可含有在前述濃度下之作為示蹤劑之食鹽或葡萄糖等。更,若胺處理步驟與後述的陰離子處理步驟、非離子處理步驟或陽離子處理步驟為同時進行之情形時,可在鹼處理步驟將此等陰離子處理步驟、非離子處理步驟或陽離子處理步驟同時進行。
作為調製鹼處理水所使用之鹼劑,並無特別限制,可舉例如氫氧化鈉、氫氧化鉀等。但就成本面或操作之觀點而言,較佳為氫氧化鈉。
尚,在此鹼處理水中,可添加防垢分散劑之例如磷酸系化合物、膦酸系化合物1~100mg/L左右,如此一來在pH上昇時,可防止系內之碳酸鈣垢或二氧化矽系垢之析出。
又,將鹼處理水流通於透過膜時之給水壓力,與在胺處理步驟之理由為相同之理由,以該透過膜之通常運轉壓力之30~150%、特別以50~130%為佳。
此鹼處理步驟可以常溫,例如在10~35℃左右之溫度下進行;又,在其處理時間方面,只要是透過水之pH程度上昇到與所使用之鹼處理水為相同程度之時間即可,並無特別限制或是特別上限,但通常以0.5~100小時、特別以1~50小時左右為佳。
〔純水洗淨〕
純水洗淨為視所需所進行之步驟,在上述鹼處理步驟後,或者是後述之陰離子處理步驟、非離子處理步驟或陽離子處理步驟後,藉由將純水以0.25~2小時左右流通於透過膜予以進行。
此時的溫度、給水壓力亦與胺處理步驟及鹼處理步驟為相同。
〔陰離子處理步驟〕
陰離子處理步驟,雖然亦可在前述的胺處理步驟中,以添加具有陰離子性官能基之化合物於胺處理水中予以進行,但較佳為在胺處理步驟後、更佳為在進行鹼處理步驟之其後,亦可以獨立之步驟予以進行。
藉由此陰離子處理步驟,以所謂的使胺化合物或陽離子性化合物定著之效果,可試圖使低分子量胺化合物對於修復部位之固定化。作為在陰離子處理步驟所使用之具有陰離子性官能基之化合物,可舉例如聚苯乙烯磺酸鈉、烷基苯磺酸鹽、丙烯酸系聚合物、羧酸系聚合物、丙烯酸/馬來酸共聚物等具有磺酸基或羧酸基之分子量為1000~1000萬左右之化合物,此等可單獨1種或併用2種以上使用。
較佳為併用分子量為10萬以下之例如1000~10萬之丙烯酸/馬來酸共聚物與分子量為10萬以上之例如20萬~1000萬之聚苯乙烯磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉(分支型),如此一來,可使所謂的藉由低分子聚合物將高分子聚合物之隙間部分堵塞,以及藉由高分子聚合物之以多點吸著之安定吸著效果奏效。
具有此等陰離子性官能基之化合物為在水中以1000mg/L以下,較佳為例如以1~100mg/L之濃度溶解並流通於透過膜。具有陰離子性官能基之化合物濃度若過低時,低分子量胺化合物之固定化效果將會不足;若過高時,將會導致透過流束之下降。
又,若為併用分子量10萬以下之例如1000~10萬之丙烯酸/馬來酸共聚物與分子量10萬以上之例如20萬~1000萬之聚苯乙烯磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉(分支型)時,各別的濃度以100mg/L以下,較佳為例如以5~50mg/L左右者。
尚,在此陰離子處理步驟,可併用或使用具有安息香酸等羧基與苯骨架之芳香族羧酸,或草酸、檸檬酸等二羧酸、三羧酸等,亦可有效地將修復後剩餘陽離子去除。
在此陰離子處理步驟,溶解具有陰離子性官能基化合物之水亦可為純水,又,與前述之胺處理水相同,亦可含有如前述濃度之作為示蹤劑之食鹽或葡萄糖等。
又,在此陰離子處理步驟使用來溶解具有陰離子性官能基化合物之水之pH,通常為5~10左右,但亦可為pH3~5左右之酸性。
尚,在此陰離子處理步驟中,亦可併用分子量為2000~6000左右之聚乙二醇或聚烷氧基硬脂醇醚等具有聚伸烷基二醇鏈之高分子化合物或環糊精等具有環狀骨架之化合物,如此一來,可使阻止率提升及因表面電荷之緩和而抑制電荷性物質之吸著效果奏效。此情形時,此等化合物之添加量,以作為在陰離子處理步驟中流通於透過膜之水中濃度,以0.1~100mg/L,特別是以0.5~20mg/L左右,除了抑制了透過流束之降低外,因為可得到上述之效果,故宜。
對於在陰離子處理步驟之給水壓力,與在胺處理步驟之理由為相同之理由,以該透過膜之通常運轉壓力之30~150%、特別以50~130%為佳。
此陰離子處理步驟可在常溫,例如10~35℃左右之溫度下進行;又,其處理時間方面,並無特別限制或是特別上限,通常以0.5~100小時、特別以1~50小時左右為佳。
[非離子處理步驟]
非離子處理步驟較佳為在前述之胺處理步驟或鹼處理步驟中,可在胺處理水中添加具有非離子性官能基之化合物予以進行。又,在胺處理步驟後,或如果是已進行鹼處理步驟之情形時則在鹼處理步驟後,亦可以獨立之步驟予以進行。
以此非離子處理步驟,藉由對於電荷影響小之部位之吸著之所謂的堵塞效果,可試圖使低分子量胺化合物對於修復部位之固定化。作為在非離子處理步驟所使用具有非離子性官能基之化合物,可舉例如甘油‧脂肪酸酯、山梨醇酐‧脂肪酸酯等醇系脂肪酸酯或脂肪酸之聚烷氧基醚、高級醇之聚烷氧基醚、烷基苯酚之聚伸烷氧基醚、山梨醇酐酯之聚伸烷氧基醚、聚氧丙烯之聚伸烷氧基醚等之加聚物系界面活性劑等之氧化聚乙烯聚合加成物、烷醇醯胺界面活性劑等界面活性劑、聚乙二醇、四乙二醇、聚伸烷基二醇等二醇系化合物等之具有羥基或醚基、分子量為100~10000左右之化合物,此等可為單獨1種或併用2種以上使用。
此等具有非離子性官能基之化合物,在水中以1000mg/L以下、例如0.1~100mg/L,特佳是以0.5~20mg/L之濃度使其溶解並流通於透過膜。具有非離子性官能基化合物之濃度若過低時,低分子量胺化合物之固定化效果將會不足;若過高時,則會導致透過流束之下降。
在此非離子處理步驟中,溶解具有非離子性官能基化合物之水亦可為純水,又,與前述之胺處理水相同,亦可含有如前述濃度之作為示蹤劑之食鹽或葡萄糖等。在非離子處理步驟中用來將具有非離子性官能基化合物溶解之水,更可含有0.1~100mg/L、特別是0.5~70mg/L左右之環糊精等具有環狀骨架之化合物。
又,在非離子處理步驟中用來將具有非離子性官能基化合物溶解之水之pH,雖通常以5~10左右,但亦可為pH3~5左右之酸性。
對於在非離子處理步驟之給水壓力,與在胺處理步驟之理由為相同之理由,以該透過膜之通常運轉壓力之30~150%、特別以50~130%為佳。
此非離子處理步驟可在常溫,例如10~35℃左右之溫度下進行;又,其處理時間方面,並無特別限制或是特別上限,但通常以0.5~100小時、特別以1~50小時左右為宜。
[陽離子處理步驟]
陽離子處理步驟較佳為在前述之胺處理步驟或鹼處理步驟中,可在胺處理水中添加具有陽離子性官能基之化合物予以進行。又,在胺處理步驟後,或如果是已進行鹼處理步驟之情形時則在鹼處理步驟後,亦可以獨立之步驟予以進行。
藉由此陽離子處理步驟,陽離子性官能基會與膜面之羧基鍵結,將膜之劣化大之部位以所謂堵塞之效果,可試圖使低分子量胺化合物對於修復部位之固定化。作為在陽離子處理步驟所使用具有陽離子性官能基之化合物,可舉例分子量為100~1000萬左右之化合物之如氯化苯銨(benzethonium chloride)或聚乙烯脒、聚乙亞胺、幾丁聚糖等具有含有1~4級銨基或N之雜環基,特別是以分子量為1000~1000萬左右之高分子化合物為佳;此等可單獨1種或併用2種以上使用。
此等具有陽離子性官能基之化合物,在水中以1000mg/L以下,例如1~1000mg/L,特別是以5~500mg/L之濃度使其溶解並流通於透過膜為佳。具有陽離子性官能基化合物之濃度若過低時,低分子量胺化合物之固定化效果將會不足;若過高時,則會導致透過流束之下降。
在此陽離子處理步驟中,溶解具有陽離子性官能基化合物之水亦可為純水,又,與前述之胺處理水相同,亦可含有如前述濃度之作為示蹤劑之食鹽或葡萄糖等。
又,在陽離子處理步驟中用來將具有陽離子性官能基化合物溶解之水之pH,雖通常為5~10左右,但亦可為pH3~5左右之酸性。
對於在陽離子處理步驟之給水壓力,與在胺處理步驟之理由為相同之理由,以該透過膜之通常運轉壓力之30~150%、特別以50~130%為佳。
此陽離子處理步驟可在常溫,例如10~35℃左右之溫度下進行;又,其處理時間方面,並無特別限制或是特別上限,但通常以0.5~100小時、特別以1~50小時左右為宜。
[透過膜]
本發明之透過膜阻止率之提升方法適合適用於奈米過濾膜、RO膜等選擇性透過膜。奈米過濾膜為阻止粒徑約2nm左右之粒子或高分子之液體分離膜。作為奈米過濾膜之膜構造,可舉例如非對稱膜、複合膜、電荷膜等高分子膜等。RO膜為施加介於膜之溶液間之浸透壓差以上之壓力於高濃度側,以阻止溶質而使溶劑透過之液體分離膜。作為RO膜之膜構造,可舉例如非對稱膜、複合膜等高分子膜等。適用於本發明之透過膜阻止率之提升方法之奈米過濾膜或RO膜之原材方面,可舉例如芳香族系聚醯胺、脂肪族系聚醯胺、此等複合材等聚醯胺系原材、醋酸纖維素等纖維素系原材等。此等之中又以芳香族系聚醯胺原材之透過膜,藉由劣化之C-N鍵之斷裂成為具有很多羧基之膜,可特別適合適用於本發明之透過膜阻止率之提升方法。
又,適用於本發明之透過膜阻止率之提升方法之透過膜之模組型式,並無特別的限制,可舉例如管狀膜模組、平面膜模組、螺旋膜模組、中空絲膜模組等。
本發明之透過膜為藉由如本發明之透過膜阻止率之提升方法所施予阻止率提升處理之透過膜,具體為RO膜、奈米過濾膜等選擇性透過膜,以透過膜之透過流束為高之狀態來提升阻止率,且可長時間維持其高狀態。
[水處理方法]
藉由將被處理水透過本發明之透過膜來進行透過膜處理之本發明水處理方法,以透過膜之透過流束為高之狀態來提升阻止率,且可長時間維持其高狀態,因此有機物等除去對像物質之除去效果高,可長期間安定處理。被處理水之供給、透過之操作,可與通常之透過膜處理為同樣地進行,若為處理含有鈣或鎂等硬度成分之被處理水之情形時,在原水中亦可添加分散劑、防垢劑、其他藥劑。
[透過膜裝置]
具備本發明之透過膜之透過膜裝置,較佳為將被處理水流通於1次側、由2次側取出透過水之透過膜模組,與在模組之1次側中具有將前述之各處理步驟所需要的藥劑,即低分子量胺化合物或酸、鹼、其他化合物供給之手段。此透過膜模組為耐壓容器與具有將此耐壓容器內區劃成1次側與2次側所設置之透過膜。
此透過膜裝置可有效適用於為了對於電子裝置製造領域、半導體製造領域、其他各種產業領域所排出之高濃度至低濃度之含有TOC廢水之回收‧再利用之水處理,或是由工業用水或自來水之超純水製造、其他領域之水處理。處理對像之被處理水並無特限定,可適合使用於含有機物之水,例如適合使用於TOC=0.01~100mg/L,較佳為0.1~30mg/L左右之含有機物之水之處理。作為此般含有機物之水,可舉例如電子裝置製造工場廢水、輸送機械製造工場廢水、有機合成工場廢水或印刷製版‧塗裝工場廢水等、或此等之一次處理水等,並無特別限定。
[水處理裝置]
具備本發明之透過膜之水處理裝置,特別以防止RO膜之堵塞或積垢之目的,透過膜較佳為具備作為透過膜裝置之前處理裝置之活性碳塔、凝集沈澱裝置、凝集加壓浮上裝置、過濾裝置或脫碳酸裝置。過濾裝置方面,可使用砂過濾裝置、超過濾裝置、精密過濾裝置等。作為前處理裝置亦更可設置有預濾網。又,RO膜因容易受到氧化而劣化,視必要,較佳為設置將原水中所含氧化劑(氧化劣化誘發物質)除去之裝置。作為此般除去氧化劣化誘發物質之裝置,可使用活性碳塔或注入還原劑裝置等。特別是活性碳塔亦能將有機物除去,所以可兼用作為如同上述之防止積垢之手段。原水之pH並無特別限制,若為含有較多硬度成分時,較量為使用分散劑等進行對應,調整至pH5~7之酸性區域。
又,若以此水處理裝置製造超純水時,在透過膜裝置之後段可設置脫碳酸手段、離子交換裝置、電再生式脫離子裝置、紫外線氧化裝置、混床式離子交換樹脂裝置、超過濾裝置等。
〔實施例〕
以下藉由舉例實施例及比較例更具體地說明本發明。
〔修復實驗A(實施例1~2、參考例3、比較例1~4)〕
藉由將初期性能為脫氯率(NaCl濃度2000mg/L之水溶液之導電度阻止率)99.2%、透過流束1.22m3 /(m2 .d)之芳香族系聚醯胺RO膜(通常運轉壓力0.75MPa)置放於水處理之實際工廠,使用約2年而氧化劣化,將已劣化為脫氯率89.3%、透過流束1.48m3 /(m2 .d)之平膜作為試樣,將此膜放置於如圖2所示之平膜試驗裝置,進行膜之修復實驗。
在此修復實驗A中,使用NaCl濃度為2000mg/L之水溶液為試驗水。
此平膜試驗裝置為在有底有蓋之圓筒狀容器1之高度方向之中間位置設置平膜設置部2,並於容器內劃分出原水室1A與透過水室1B,此容器1設置於攪拌器3上。以泵浦4將被處理水介由配管11供水於原水室1A。使容器1內之攪拌子5回轉攪拌原水室1A內,將透過水從透過水室1B介由配管12取出,同時將濃縮水從原水室1A介由配管13取出。將濃縮水取出之配管13,設置有壓力計6與開閉閥7。
在各實施例1~2、參考例3及比較例1~4之處理操作 如同以下。尚,以下之試驗水之pH調整,為視其情況所需以在試驗水中添加酸(HCl)或鹼(NaOH)予以進行。又,流通均以平均25℃、操作壓0.75MPa下進行。
<實施例1>
在試驗水(NaCl濃度2000mg/L水溶液)中添加3,5-二胺基安息香酸5mg/L、胺戊烷5mg/L及聚乙烯脒(分子量350萬)10mg/L,將pH為6之水溶液作為胺處理水。將此胺處理水供水於平膜試驗裝置。以此條件運轉2日後,供給超純水進行水洗,之後將上述試驗水供給於平膜試驗裝置。
<實施例2>
在試驗水(NaCl濃度2000mg/L水溶液)中添加3,5-二胺基安息香酸5mg/L、胺戊烷5mg/L,將pH為6之水溶液作為胺處理水。將此胺處理水供水於平膜試驗裝置。以此條件運轉2日後,供給超純水進行水洗,之後將上述試驗水供給於平膜試驗裝置。
<參考例3>
在試驗水(NaCl濃度2000mg/L水溶液)中添加3,5-二胺基安息香酸10mg/L,將pH為6之水溶液作為胺處理水。將此胺處理水供水於平膜試驗裝置。以此條件運轉2日後,供給超純水進行水洗,之後將上述試驗水供給於平 膜試驗裝置。
<比較例1>
在試驗水(NaCl濃度2000mg/L水溶液)中添加烷基醯胺基胺(alkylamidoamine)衍生物20mg/L,將pH為6之溶液作為膜修復處理水。將此膜修復處理水供水於平膜試驗裝置。以此條件運轉2日後,供給超純水進行水洗,之後將上述試驗水供給於平膜試驗裝置。
<比較例2>
在試驗水(NaCl濃度2000mg/L水溶液)中添加氯化鯨蠟基三甲基銨20mg/L,將pH為6之溶液作為膜修復處理水。將此膜修復處理水供水於平膜試驗裝置。以此條件運轉2日後,供給超純水進行水洗,之後將上述試驗水供給於平膜試驗裝置。
<比較例3>
在試驗水(NaCl濃度2000mg/L水溶液)中添加聚氧乙烯烷基醚20mg/L,將pH為6之溶液作為膜修復處理水。將此膜修復處理水供水於平膜試驗裝置。以此條件運轉2日後,供給超純水進行水洗,之後將上述試驗水供給於平膜試驗裝置。
<比較例4>
在試驗水(NaCl濃度2000mg/L水溶液)中添加聚乙烯脒20mg/L,將pH為6之溶液作為膜修復處理水。將此膜修復處理水供水於平膜試驗裝置。以此條件運轉2日後,供給超純水進行水洗,之後將上述試驗水供給於平膜試驗裝置。
對於各實施例1~2、參考例3及比較例1~4之胺處理水或膜修復處理水之流通開始時間及處理後(試驗水之供水開始後立刻)之RO膜之透過流束及脫氯率,與透過流束之下降率及脫氯率之改善率進行調查,結果如表1所示。
尚,脫氯率為將試驗水(NaCl濃度2000mg/L之水溶液)供水於平膜試驗裝置,以電傳導度計來測定電傳導度,脫氯率=(1-(透過水之電傳導度×2)/(供給水(試驗水)之電傳導度+濃縮水之電傳導度))×100
又,透過流束為以透過水量×基準膜面有效壓力/膜面有效壓力×溫度換算係數所算出。
透過流束之下降率為以(初期透過流束-處理後透過流束)/初期透過流束×100所計算。
脫氯率之改善率為以{1-(初期脫氯率-處理後脫氯率)/(初期脫氯率-開始時脫氯率)}×100 所計算。
另外,在此修復實驗A中,因為所使用的平膜試驗裝置與在實際工廠所使用之劣化膜為不同的模組型式或流通條件,所以將與劣化膜為同一型式之新品平膜置放於圖2之試驗裝置中,以測定此新品平膜之透過流束與脫氯率來調整初期值。由其結果透過流束為0.85m3 /(m2 .d)、脫氯率為99.1%,將此值用來作為此修復實驗A之初期透過流速及初期脫氯率。
由表1可了解以下內容。
在實施例1,於處理前後脫氯率由88.1%改善到96.1%。又,此時透過流束之下降率為3.5%左右。在實施例2亦同,脫氯率由88.4%改善到95.4%。又,此時透過流束之下降率為2.4%左右。在參考例3,透過流束之下降率為4.7%左右,脫氯率回復到94.5%。因為此參考例3只有使用1種低分子量胺化合物之關係,相較於其他的實施例1、2其效果若干遜色。
任何之情形之透過流束之下降率均為10%以下、改善率均為50%以上。處理水之溶質濃度也相較於開始時變成50%以下。
另一方面,比較例1、2為使用陽離子系界面活性劑取代低分子量胺化合物之例,雖在處理前後之脫氯率改善率分別可確認到74.5%、86.7%之改善,但透過流束之下降率也分別為69.4%、72.9%之明顯下降。
比較例3為使用非離子系界面活性劑取代低分子量胺化合物之例,雖然透過流束之下降維持在17.6%,但脫氯率之改善僅有23.0%。
比較例4為使用陽離子性高分子取代低分子量胺化合物之例,透過流束為較初期之透過流束來得更高,但脫氯率之改善率為39.8%。
由以上之結果得知,藉由本發明可抑制透過流束之下降,有效果地改善脫氯率。
〔修復實驗B(實施例4~7、參考例8、9、比較例5、6)〕
以NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7)供水時之初期性能為透過流束1.17m3 /(m2 .d)、脫氯率98.3%,對於透過水中之D-葡萄糖濃度為低於1mg/L之芳香族系聚醯胺低壓RO膜模組(DOW製低壓RO膜「BW30-4040」4inch,通常運轉壓力1.5MPa),在供水時添加次氯酸鈉及鐵使膜劣化。尚,膜之劣化為邊在遊離有效氯濃度管理下進行。劣化後膜之性能,以pH6.7 時之透過流束為1.88m3 /(m2 .d)、脫氯率為68%、透過水中之D-葡萄糖濃度降低至37mg/L。將此劣化膜置放於如圖3所示之4inch模組試驗裝置中,進行修復實驗。
在本修復實驗B中為使用NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7)作為試驗水。
此4inch模組試驗裝置為將上述劣化膜11裝設於RO膜元件10上來區分原水室10A與透過水室10B,將原水以高壓泵浦12,在介由具備筒式過濾器(cartridge filter)13A,13B之配管21供水,由配管22將透過水取出,由配管23將濃縮水取出。
配管21為與純水之供給配管24連接,設置有電動閥14。又,配管21中設有注藥點15A、15B、15C、15D,在各點均可將所需之藥劑注入。配管22、23則分別設置有流量計16,17。
在各實施例4~7、參考例8、9及比較例4、5中之處理操作如同以下。尚,在以下之試驗水之pH調整,視其所需藉由添加酸(HCl)或鹼(NaOH)於試驗水中予以進行。又,流通均以平均25℃、操作壓1.5MPa下進行。
<實施例4>
在試驗水(NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7))中添加3,5-二胺基安息香酸5mg/L、胺戊烷5mg/L及聚乙烯脒(分子量350萬)10mg/L,將pH為5~5.5之水溶液作為胺處理水。將此胺處理水流 通於模組試驗裝置2小時。之後,將試驗水中的3,5-二胺基安息香酸、胺戊烷及聚乙烯脒之添加濃度維持原樣,將只有pH調整成pH7.5之水溶液作為鹼處理水,將此鹼處理水流通於模組試驗裝置2小時。更在流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<實施例5>
將實施例4中以pH5~5.5之流通、以pH7.5之流通及純水洗淨重複進行2次之後(以pH5~5.5之流通→以pH7.5之流通→純水洗淨→以pH5~5.5之流通→以pH7.5之流通→純水洗淨),開始試驗水之供水運轉4小時。
<實施例6>
在實施例4中,除了將以pH5~5.5之流通更改成pH條件為pH6以外,進行同樣的處理。
<實施例7>
在實施例4中,除了將以pH5~5.5之流通更改成pH條件為pH4,及之後的以pH7.5之流通更改成pH條件為PH10以外,進行同樣的處理。
<參考例8>
在試驗水(NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7))中添加3,5-二胺基安息香酸5mg /L,將pH為5~5.5之水溶液作為胺處理水。將此胺處理水流通於模組試驗裝置2小時,以純水流通洗淨,之後,重新開始試驗水之供水運轉4小時。
<參考例9>
在試驗水(NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7))中添加MODA(2-甲基辛二胺)5mg/L,將pH為5~5.5之水溶液作為胺處理水。將此胺處理水流通於模組試驗裝置2小時,以純水流通洗淨,之後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<比較例5>
在試驗水(NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7))中添加氯化鯨蠟基三甲基銨20mg/L,將pH為5~5.5之水溶液作為膜修復處理水。將此膜修復處理水流通2小時後,以純水流通洗淨,之後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<比較例6>
在試驗水(NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7))中添加聚氧乙烯烷基醚20mg/L,將pH為5~5.5之水溶液作為膜修復處理水。將此膜修復處理水流通2小時後,以純水流通洗淨,之後,開始試驗水之供水運轉4小時。
對於各實施例4~7、參考例8、9及比較例5、6中的處理前後之透過流束及脫氯率,以及透過水中的D-葡萄糖濃度進行調查,結果如表2所示。
尚,脫氯率為以電傳導度計來測定電傳導度,脫氯率=(1-(透過水之電傳導度×2)/(供給水(試驗水)之電傳導度+濃縮水之電傳導度))×100所算出。
D-葡萄糖之濃度使用MERCK製RQflex10分析機器進行測定。
又,透過流束為以透過水量×基準膜面有效壓力/膜面有效壓力×溫度換算係數所算出。
尚,在表2之所謂處理後,為表示將試驗水以4小時流通之意。
由表2可了解以下內容。
脫氯率方面,在實施例4為回復到23.1%(91.1-68.0=23.1)、實施例5為回復到27.1%(95.9-68.8=27.1)。又,透過水中的D-葡萄糖濃度亦為在實施例4為由37mg/L降低至3mg/L、實施例5為由38mg/L降低至2mg/L。又,此時的透過流束並未出現明顯下降。實施例6、7亦得到同樣的良好結果。
另一方面,在比較例5方面,雖脫氯率回復到28.5%(97.8-69.3=28.5),但在透過流束則由1.89m3 /(m2 .d)大幅下降至0.36m3 /(m2 .d)。又,雖然比較例6之狀況為在透過流束未出現大幅下降之階段即停止處理,但並沒有發現到脫氯率有大幅的改善。
在參考例8、9方面,雖然脫氯率分別回復到18.3%(85.3-67.0=18.3)、23.5%(90.3-66.8=23.5),但透過水中的D-葡萄糖濃度並沒有降低至10mg/L以下,可知僅使用1種胺化合物時修復效果小。
〔修復實驗C(實施例10~14)〕
與修復實驗B為同樣地,以NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7)供水時之初期性能為透過流束1.17m3 /(m2 .d)、脫氯率98.3%,對於透過水中之D-葡萄糖濃度為低於1mg/L之芳香族系聚醯胺低壓RO膜模組(DOW製低壓RO膜「BW30-4040」4inch,通常運轉壓力1.5MPa)以次氯酸鈉及鐵使膜劣化,以在 pH6.7時之透過流束為1.88m3 /(m2 .d)、脫氯率為68%、透過水中之D-葡萄糖濃度降低至37mg/L之膜作為試樣,以如圖3所示之4inch模組試驗裝置進行修復實驗。
在此修復實驗C中為使用NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7)作為試驗水。
在各實施例10~14之處理操作如同以下。尚,以下之試驗水之pH調整,為視其情況所需以在試驗水中添加酸(HCl)或鹼(NaOH)予以進行。又,流通均以平均25℃、操作壓1.5MPa下進行。
<實施例10>
在試驗水(NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7))中添加3,5-二胺基安息香酸5mg/L、胺戊烷5mg/L及聚乙烯脒(分子量350萬)10mg/L,將pH為5~5.5之水溶液作為胺處理水。將此胺處理水流通於模組試驗裝置2小時,之後,更將試驗水中的3,5-二胺基安息香酸、胺戊烷及聚乙烯脒之濃度維持原樣,將只有pH調整成pH7.5之水溶液作為鹼處理水,將此鹼處理水流通於模組試驗裝置2小時。更在流通純水進行洗淨後,在試驗水中添加陰離子性化合物(分支型烷基苯磺酸鹽、分子量350)100mg/L,將pH為6~8之水溶液作為陰離子處理水,將此陰離子處理水流通於模組試驗裝置4小時,更在流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉5小時。
<實施例11>
在實施例10中,除了使用非離子性化合物(PEG、分子量3000)20mg/L水溶液進行非離子處理來取代以陰離子性化合物水溶液之陰離子處理外,進行同樣的處理。
<實施例12>
在實施例10中,除了使用同時添加陰離子性化合物50mg/L與非離子性化合物(PEG、分子量3000)10mg/L之水溶液外,進行同樣的處理。
<實施例13>
在實施例10中,除了使用分別添加有聚乙二醇(分子量3000)與環糊精為10mg/L、50mg/L之水溶液進行非離子處理來取代以陰離子性化合物水溶液之陰離子處理外,進行同樣的處理。
<實施例14>
在實施例10中,除了未進行陰離子處理外,進行同樣的處理。
對於在各實施例10~14之處理前後之透過流束及脫氯率與修復實驗B進行同樣的調查,結果如表3所示。
尚,表3中所謂的「處理後即刻」為在以純水流通洗淨後,開始試驗水供水後立刻之意;所謂的「處理5日後」為在以純水流通洗淨後,開始試驗水供水後運轉5日之意。
由表3可了解以下內容。
在實施例14中,雖處理前為69.5%之脫氯率在處理後即刻可提升到92.2%,但在5日連續流通下,已附著之化合物產生剝離,使脫氯率降低至85.2%。
相較於此,在實施例10~13中,在處理前之脫氯率為68.0~68.8%,但在處理後即刻可回復到91.1~95.9%,更添加陰離子系界面活性劑或非離子系界面活性劑,因膜表面之處理(已附著胺化合物之固定化),即使在連續5日的流通後也可使脫氯率維持在88.8~90.6%。
[修復實驗D(實施例15~17、比較例7)]
與修復實驗B為相同地,以NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7)供水時之初期性能為透過流束1.17m3 /(m2 ‧d)、脫氯率98.3%,對於透過水中之D-葡萄糖濃度為低於1mg/L之芳香族系聚醯胺低壓RO膜模組(DOW製低壓RO膜「BW30-4040」4inch,通常運轉壓力1.5MPa),以次氯酸鈉及鐵使膜劣化,以在pH6.7時之透過流束為1.88m3 /(m2 .d)、脫氯率為68%、透過水中之D-葡萄糖濃度降低至37mg/L之膜作為試樣,以如圖3所示之4inch模組試驗裝置進行修復實驗。
在本修復實驗D中為使用NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg/L之水溶液(pH6.7)作為試驗水。
在各實施例15~17及比較例7之處理操作如同以下。尚,以下之試驗水之pH調整,為視其情況所需以在試驗水中添加酸(HCl)或鹼(NaOH)予以進行。又,流通均以平均25℃、操作壓1.5MPa下進行,使用以下製造例所製造的幾丁聚糖。
<幾丁聚糖之製造例>
將幾丁聚糖5(和光純藥工業股份有限公司製試藥、0~10mPa.s)100g溶解於30重量%鹽酸水溶液400g中,以80℃加熱進行水解,於水解後冷卻到0~5℃並靜置24小時。尚,藉由在80℃下,使加熱時間由5分鐘至60分鐘產生變化,得到平均分子量為相異的幾丁聚糖水溶液(濃度20重量%)。將所得到的幾丁聚糖以GPC測定其重量平均分子量,結果之平均分子量為500、750、1000、1250。分別以幾丁聚糖500、幾丁聚糖750、幾丁聚糖1000、幾丁聚糖1250,經稀釋後供以下之各實施例及比較例使用。
<實施例15>
在試驗水(NaCl濃度200mg/L、D-葡萄糖濃度100mg /L之水溶液(pH6.7))中,添加幾丁聚糖500 5mg/L、胺戊烷5mg/L及聚乙烯脒(分子量350萬)10mg/L,以pH為5~5.5流通2小時,之後,將試驗水中的幾丁聚糖500、胺戊烷及聚乙烯脒濃度維持不變,僅將pH調整成pH7.5流通2小時。更,在流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<實施例16>
在實施例15中,除了使用幾丁聚糖750取代幾丁聚糖500以外,進行同樣的處理。
<實施例17>
在實施例15中,除了使用幾丁聚糖1000取代幾丁聚糖500以外,進行同樣的處理。
<參考例18>
在實施例15中,除了使用幾丁聚糖1250取代幾丁聚糖500以外,進行同樣的處理。
調查各實施例及比較例之處理前後的透過流束及脫氯率、以及透過水中之D-葡萄糖濃度,結果如表4所示。
尚,脫氯率為以電傳導度計來測定電傳導度,脫氯率=(1-(透過水之電傳導度×2)/(供給水(試驗水)之電傳導度+濃縮水之電傳導度))×100所算出。
D-葡萄糖之濃度為使用MERCK製RQflex10分析機器與予以測定。
又,透過流束為由透過水量×基準膜面有效壓力/膜面有效壓力×溫度換算係數所算出。
尚,在表4所謂的「處理後」,為表示在純水洗淨後將試驗水流通4小時之意。
<參考例19>
在實施例16中,除了未使用胺戊烷以外,進行同樣的處理。
<參考例20>
在實施例17中,除了未使用胺戊烷以外,進行同樣的處理。
<比較例7>
在參考例18中,除了未使用胺戊烷以外,進行同樣的處理。
由表4可了解以下內容。
隨著在胺處理步驟所使用具有胺基化合物之分子量之增大,處理後透過流束有增大之傾向,又,處理後脫氯率有下降之傾向。特別是在使用胺戊烷之條件下,僅變更幾丁聚糖分子量之修復實驗時,將使用分子量為1000之參考例20與使用分子量為1250之比較例7相較時,相對於前者之處理後脫氯率為77.5%之幾乎回復到接近80%,而後者僅回復到70.2%之約70%程度而已。
〔修復實驗E(參考例21、24~25、實施例22~23、26~28)〕
將日東電工公司製超低壓膜ES-20以過氧化氫與鐵使氧化劣化得到劣化膜。此膜之初期性能為脫氯率(導電度阻止率)99%、IPA除去率88%(試驗水:NaCl濃度500mg/L、IPA濃度100mg/L之水溶液)、透過流束0.85m3 /(m2 .d);氧化劣化後變為脫氯率82%、IPA除去率60%、透過流束1.3m3 /(m2 .d)。尚,在性能評價及修復實 驗,使用在修復實驗A所使用的平膜試驗裝置。流通均以平均為25℃、操作壓均為0.75MPa。
<參考例21>
在胺處理步驟方面,為在試驗水(NaCl濃度500mg/L、IPA濃度100mg/L水溶液)中添加精胺酸10mg/L,將pH為5之水溶液對平膜試驗裝置給水,並於運轉2小時後,在鹼處理步驟方面,為在試驗水中添加精胺酸10mg/L,將pH為8之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。之後,更以流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<實施例22>
在胺處理步驟方面,為在試驗水中添加精胺酸10mg/L與聚乙烯脒1mg/L,將pH為5之水溶液對平膜試驗裝置給水,並於運轉2小時後,在鹼處理步驟方面,為在試驗水中添加精胺酸10mg/L與聚乙烯脒1mg/L,將pH為8之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。之後,更以流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<實施例23>
在胺處理步驟方面,為在試驗水中添加精胺酸10mg/L與聚乙烯脒1mg/L,將pH為5之水溶液對平膜試驗裝置給水,並於運轉2小時後,在鹼處理步驟方面,為在試驗 水中添加精胺酸10mg/L與聚乙烯脒1mg/L,將pH為8之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。在1小時之純水之流通後,在陰離子處理步驟方面,為在試驗水中添加分子量為100萬之聚苯乙烯磺酸鈉水溶液,將pH為6.5之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。之後,更以流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<參考例24>
在胺處理步驟方面,為在試驗水(NaCl濃度500mg/L、IPA濃度100mg/L水溶液)中添加精胺酸10mg/L,將pH為5之水溶液對平膜試驗裝置給水,於運轉2小時後,在鹼處理步驟方面,為在試驗水中添加精胺酸10mg/L,將pH為8之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。在1小時之純水之流通後,在陰離子處理步驟方面,為將試驗水中已添加1mg/L草酸之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉20小時。之後,更以流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<參考例25>
在胺處理步驟方面,為在試驗水(NaCl濃度500mg/L、IPA濃度100mg/L水溶液)中添加精胺酸10mg/L,將pH為5之水溶液對平膜試驗裝置給水,於運轉2小時後,在鹼處理步驟方面,為在試驗水中添加精胺酸10mg/L,將pH為8之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。在1小時之純水之流通後,在陰離子處理步驟方面,為將試驗水中已添加1mg/L草酸之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉20小時。在1小時之純水之流通後,在陽離子處理步驟方面,為在試驗水中添加聚乙烯脒1mg/L,將pH為6之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。在1小時之純水之流通後,在陰離子處理步驟方面,為在試驗水中添加分子量為100萬之聚苯乙烯磺酸鈉水溶液,將pH為6.5之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。之後,更以流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<實施例26>
在胺處理步驟方面,為在試驗水(NaCl濃度500mg/L、IPA濃度100mg/L水溶液)中添加精胺酸5mg/L與阿司巴丹5mg/L,將pH為5之水溶液對平膜試驗裝置給水,於運轉2小時後,在鹼處理步驟方面,為在試驗水中添加精胺酸5mg/L與阿司巴丹5mg/L,將pH為8之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。在1小時之純水之流通後,在陰離子處理步驟方面,為將試驗水中已添加1mg/L草酸之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉20小時。在1小時之純水之流通後,在陽離子處理步驟方面,為在試驗水中添加聚乙烯脒1mg/L,將pH為6之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。在1小時之純水之流通後,在陰離子處理步驟方面,為在試驗水中添加分子量為100萬之聚苯乙烯磺酸鈉水溶液,將pH為6.5之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。之後,更以流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<實施例27>
在胺處理步驟方面,為在試驗水添加苯丙胺酸10mg/L與聚乙烯脒1mg/L,將pH為5之水溶液對平膜試驗裝置給水,於運轉2小時後,在鹼處理步驟方面,為在試驗水中添加精胺酸10mg/L與聚乙烯脒1mg/L,將pH為8之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。於1小時之純水流通後,在陰離子處理步驟方面,為在試驗水中添加分子量為100萬之聚苯乙烯磺酸鈉水溶液,將pH為6.5之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。之後,更以流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
<實施例28>
在胺處理步驟方面,為在試驗水添加甘胺酸10mg/L與聚乙烯脒1mg/L,將pH為5之水溶液對平膜試驗裝置給水,於運轉2小時後,在鹼處理步驟方面,為在試驗水中添加精胺酸10mg/L與聚乙烯脒1mg/L,將pH為8之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。於1小時之純水流通後,在陰離子處理步驟方面,為在試驗水中添加分子量為100萬之聚苯乙烯磺酸鈉水溶液,將pH為6.5之水溶液對平膜試驗裝置給水,並運轉2小時。之後,更以流通純水進行洗淨後,開始試驗水之供水運轉4小時。
在修復實驗E之處理前與後之透過流束、脫氯率、IPA除去率如表5所示。
由表5可了解以下內容。
在胺處理步驟所使用的低分子量胺化合物方面,即使是使用精胺酸、阿司巴丹、苯丙胺酸或是甘胺酸,也不會使透過流束大幅下降,並可使阻止率回復。
雖已使用特定樣態來詳細對於本發明進行說明,惟,就所屬技術領者而言應知悉只要是在不超出本發明之意圖及範圍,予以各種變更實施均為可能的。
另外,本申請案為依據已在2009年9月29日提出之日本專利申請案(特願2009-224643),經由引用其全體所援用之。
1‧‧‧容器
1A‧‧‧原水室
1B‧‧‧透過水室
2‧‧‧平膜設置部
3‧‧‧攪拌器
4‧‧‧泵浦
5‧‧‧攪拌子
6‧‧‧壓力計
7...開閉閥
11...配管
12...配管
13...配管
10...RO膜元件
10A...原水室
10B...透過水室
11...劣化膜
12...高壓泵浦
13A...筒式過濾器
13B...筒式過濾器
14...電動閥
15A...注藥點
15B...注藥點
15C...注藥點
15D...注藥點
16...流量計
17...流量計
21...配管
22...配管
23...配管
24...純水之供給配管
〔圖1a〕圖1a為表示藉由本發明之阻止率提升處理之機構,為化學結構式之說明圖。
〔圖1b〕圖1b為表示藉由本發明之阻止率提升處理之機構,為化學結構式之說明圖。
〔圖1c〕圖1c為表示藉由本發明之阻止率提升處理之機構,為化學結構式之說明圖。
〔圖1d〕圖1d為表示藉由本發明之阻止率提升處理之機構,為化學結構式之說明圖。
〔圖1e〕圖1e為表示藉由本發明之阻止率提升處理之機構,為化學結構式之說明圖。
〔圖1f〕圖1f為表示藉由本發明之阻止率提升處理之機構,為化學結構式之說明圖。
〔圖2〕圖2為表示在實施例中所使用平膜試驗裝置之模擬圖。
〔圖3〕圖3為表示在實施例中所使用4inch模組試驗裝置之模擬圖。
10...RO膜元件
10A...原水室
10B...透過水室
11...劣化膜
12...高壓泵浦
13A...筒式過濾器
13B...筒式過濾器
14...電動閥
15A...注藥點
15B...注藥點
15C...注藥點
15D...注藥點
16...流量計
17...流量計
21...配管
22...配管
23...配管
24...純水之供給配管

Claims (23)

  1. 一種透過膜阻止率之提升方法,其係包含將含有具有胺基之分子量1000以下之化合物且pH7以下之水溶液(以下稱此水溶液為「胺處理水」)流通於經使用而劣化的聚醯胺原材之透過膜之胺處理步驟,其特徵為作為前述具有胺基之分子量1000以下之化合物係併用2種以上分子量或骨架構造為相異之化合物。
  2. 如申請專利範圍第1項之透過膜阻止率之提升方法,其中,在前述胺處理步驟後,具有將較pH7為更高之第2水溶液流通於前述透過膜之鹼處理步驟。
  3. 如申請專利範圍第2項之透過膜阻止率之提升方法,其中,前述第2水溶液為含有具有胺基之分子量1000以下之化合物。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任1項之透過膜阻止率之提升方法,其中,在前述胺處理步驟、或是在胺處理步驟後,將含有具有陰離子性官能基之化合物水溶液流通於前述透過膜。
  5. 如申請專利範圍第1~3項中任1項之透過膜阻止率之提升方法,其中,在前述胺處理步驟、或是在胺處理步驟後,將含有具有非離子性官能基之化合物及/或具有陽離子性官能基之化合物水溶液流通於前述透過膜。
  6. 如申請專利範圍第1項之透過膜阻止率之提升方法,其中,前述胺處理水中進一步含有具有陽離子性官能基之化合物。
  7. 如申請專利範圍第3項之透過膜阻止率之提升方法,其中,在前述鹼處理步驟流通的第2水溶液中進一步含有具有陽離子性官能基之化合物。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之透過膜阻止率之提升方法,其中,具有陽離子性官能基之化合物係聚乙烯脒。
  9. 如申請專利範圍第2或3項之透過膜阻止率之提升方法,其中,在前述鹼處理步驟後,將含有具有陰離子性官能基之化合物、及具有非離子性官能基之化合物之至少一種之第3水溶液流通於前述透過膜。
  10. 如申請專利範圍第2或3項之透過膜阻止率之提升方法,其中,重複進行前述胺處理步驟及鹼處理步驟2次以上。
  11. 如申請專利範圍第1~3項中任1項之透過膜阻止率之提升方法,其中,具有胺基之分子量1000以下之化合物係至少1種選自芳香族胺化合物、芳香族胺羧酸化合物、脂肪族胺化合物、脂肪族胺醇、雜環胺化合物及胺酸化合物所成群者。
  12. 如申請專利範圍第1~3項中任1項之透過膜阻止率之提升方法,其中,具有胺基之分子量1000以下之化合物係芳香族胺羧酸化合物與脂肪族胺化合物。
  13. 如申請專利範圍第11項之透過膜阻止率之提升方法,其中,芳香族胺羧酸化合物係二胺基安息香酸或三胺基安息香酸。
  14. 如申請專利範圍第11項之透過膜阻止率之提升方 法,其中,雜環胺化合物係幾丁聚糖。
  15. 如申請專利範圍第11項之透過膜阻止率之提升方法,其中,脂肪族胺化合物係具有碳數1~20之烴基。
  16. 如申請專利範圍第15項之透過膜阻止率之提升方法,其中,脂肪族胺化合物係胺戊烷或2-甲基辛二胺。
  17. 如申請專利範圍第4項之透過膜阻止率之提升方法,其中,具有陰離子性官能基之化合物係具有磺酸基或羧酸基之分子量1000~1000萬之化合物。
  18. 如申請專利範圍第4項之透過膜阻止率之提升方法,其中,具有陰離子性官能基之化合物係聚苯乙烯磺酸鈉、烷基苯磺酸鹽、丙烯酸系聚合物,及至少1種選自羧酸系聚合物、丙烯酸/馬來酸共聚物所成群者。
  19. 如申請專利範圍第9項之透過膜阻止率之提升方法,其中,具有陰離子性官能基之化合物係聚苯乙烯磺酸鈉、烷基苯磺酸鹽、丙烯酸系聚合物,及至少1種選自羧酸系聚合物、丙烯酸/馬來酸共聚物所成群者。
  20. 如申請專利範圍第9項之透過膜阻止率之提升方法,其中,具有非離子性官能基之化合物係分子量100~1000之二醇系化合物。
  21. 如申請專利範圍第9項之透過膜阻止率之提升方法,其中,具有陰離子性官能基之化合物係烷基苯磺酸鹽;具有非離子性官能基之化合物係聚乙二醇系化合物。
  22. 如申請專利範圍第9項之透過膜阻止率之提升方法,其中,第3水溶液中進一步含有環糊精。
  23. 一種透過膜,其係藉由如申請專利範圍第1~22項中任1項之透過膜阻止率之提升方法所施予阻止率提升處理者。
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