TWI628148B - 含有低分子量有機物之水的處理方法 - Google Patents
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Abstract
提供一種不須進行生物處理,可以確實且充分地去除低分子量有機物的含有低分子量有機物之水的處理方法。一種含有低分子量有機物之水的處理方法,是將含有0.5mgC/L以上之分子量200以下的低分子量有機物的原水通水至高壓型逆滲透膜分離裝置作處理的處理方法,其特徵是將該高壓型逆滲透膜分離裝置之最終段的末端逆滲透膜模組5a之鹽水水量處理成2.1m3/(m2‧D)以上。
Description
本發明是關於一種含有低分子量有機物之水的處理方法,特別是有關適用於超純水製造裝置的一次純水系統或回收系統,將含有低分子量有機物之水藉由高壓型逆滲透膜裝置作處理的方法。
逆滲透膜(RO)因為能有效地脫鹽、去除有機物等將包含在水中之雜質去除,因此其適用市場年年擴大。一般來說,逆滲透膜具有分子篩效果,以及因膜面充電(電荷)之反彈(通常為帶負電)進行去除有機物。依據逆滲透膜的有機物去除率,有機物之分子量超過200的情況即為99%以上的較高去除率,但有機物之分子量在200以下,則該去除率非常地低。
為此,半導體工廠排水等,處理以低分子系醇類(IPA等)為主體的排水並回收水時,一般是進行生物處理之後,再實施菌體分離(前置處理)並以RO作處理。該RO膜為標準運轉壓力0.75MPa或者1.47MPa的超低壓RO膜或低壓RO膜。該生物處理裝置的設置空間較大,
且生物處理的運轉管理較繁瑣。因此也有考慮將RO裝置設置成直排多數段,將含有低分子量有機物之水作RO處理的多段RO法。但是,如上所述,在低壓、超低壓RO的低分子系有機物的去除率較低,所以透過水中之TOC濃度變高,在送水對象可能會有引起生物淤積的疑慮。
專利文獻1中記載有:在用來製造超純水的一次純水系統中設置高壓型RO裝置以去除有機物。
高壓型逆滲透膜分離裝置,以往是使用在海水淡化工廠,且為了將鹽分濃度較高之海水作逆滲透膜處理而將運轉壓力調整到5.52MPa左右的高壓來使用。
一般而言,海水淡化用的逆滲透膜中,對脫鹽或去除有機物有幫助之表層的分子構造較為細密,所以有機物去除率較高。在海水淡化中,原水的鹽類濃度較高,因而滲透壓也變高,所以為了確保透過水量上,運轉壓力調整在5.5MPa以上。另一方面,適用電子產業領域的一般RO膜之原水鹽類濃度較低,TDS(總溶解固體)為1500mg/L以下。在此類原水中,因滲透壓較低,以運轉壓力2~3MPa左右即可得到充分的透過水量,透過水的水質比起以往逆滲透膜(超低壓RO膜、低壓RO膜)也有顯著提升。
[專利文獻1]日本特開2012-245439
本發明之目的是提供一種含有低分子量有機
物之水的處理方法,是將低分子量有機物作RO處理的方法中,不須進行生物處理,能將低分子量有機物確實且充分去除。
本發明是提供一種含有低分子量有機物之水的處理方法,是將含有0.5mg/L以上的分子量200以下之低分子量有機物的原水朝高壓型逆滲透膜分離裝置通水並作處理的方法,將在該高壓型逆滲透膜分離裝置的最終段(最終區段)末端之逆滲透膜模組的鹽水水量處理成2.1~5m3/(m2‧D)。
本發明中,該高壓型逆滲透膜分離裝置的有效壓力2.0MPa、溫度25℃下的純水通量最好是0.6~1.3m3/(m2‧D)。又,朝該高壓型逆滲透膜分離裝置之給水TDS最好為1500mg/L以下。再者,上述高壓型逆滲透膜分離裝置的運轉壓力最好為1.5~3MPa。
本案發明人重複各種研究發現,如專利文獻1所述將含有有機物之水以高壓型RO裝置作處理的方法中,一旦高壓型RO裝置的鹽水量變少,則低分子量有機物的去除率會變低。
在本發明之含有低分子量有機物之水的處理方法中,含有低分子量有機物之水中的低分子量有機物能藉由高壓型RO裝置去除。
本發明中,藉著將最終段之末端RO模組的鹽
水量處理成2.1m3/(m2‧D)以上,不僅分子量超過200的有機物,分子量200以下的低分子量有機物也被充分去除。因而,根據本發明,不須將含有低分子量有機物之水作生物處理,而可以充分地去除處理有機物。對於藉由將最終段之末端RO模組的鹽水量處理增大到2.1m3/(m2‧D)以上,低分子量有機物能被充分去除的理由,推斷應是逆滲透膜面的1次側(原水側)面上的有機物濃度分極較為緩和。
1‧‧‧1次區段
2‧‧‧2次區段
3‧‧‧高壓型RO單元
4‧‧‧容器
5‧‧‧高壓型RO模組
5a‧‧‧集水管
5b‧‧‧高壓型RO膜
6‧‧‧原水配管
7‧‧‧透過水配管
8‧‧‧透過水合流取出配管
10‧‧‧1次鹽水配管
11‧‧‧分配配管
12‧‧‧透過水配管
13‧‧‧最終鹽水配管
14‧‧‧鹽水合流取出配管
[圖1]關於實施形態之含有低分子量有機物之水的處理方法的流程圖。
本發明中,將含有低分子量有機物之水藉由高壓型逆滲透膜裝置作處理。
高壓型RO裝置,以往是使用在海水淡化上的逆滲透膜分離裝置,與以往使用在超純水製造裝置之一次純水系統的低壓或超低壓逆滲透膜比較,膜表面的表層較為細密。因此,高壓型逆滲透膜比起低壓型或超低壓型逆滲透膜,單位操作壓力的膜透過水量較低而有機物去除率較高。
該高壓型RO膜裝置,如上所述,單位操作壓
力之膜透過水量較低,在本發明中,可利用具有有效壓力為2.0MPa、溫度25℃下純水的透過流束為0.6~1.3m3/m2/日,NaCl去除率99.5%以上之特性者。所謂有效壓力是指對於從平均操作壓力減去滲透壓差與二次側壓力的膜能有效運作的壓力,NaCl去除率是指對於NaCl濃度32000mg/L之NaCl水溶液,在25℃、有效壓力2.7PMa下的去除率。平均操作壓力,是膜的一次側之膜供給水的壓力(運轉壓力)與濃縮水的壓力(濃縮水出口壓力)的平均值,由以下式表示。
平均操作壓力=(運轉壓力+濃縮水出口壓力)/2
該高壓型逆滲透膜,與使用在以往超純水製造裝置之一次純水系統上的低壓或超低壓型逆滲透膜作比較,膜表面的表層較為細密。因此,高壓型逆滲透膜比起低壓型或超低壓型逆滲透膜,單位操作壓力的膜透過水量較低而有機物去除率非常地高。將TDS(總溶解固體)1500mg/L以下之鹽類濃度的給水作逆滲透膜處理時,回收率90%時的運轉條件下對逆滲透膜造成的滲透壓最大為1.0MPa左右。因而,在TDS1500mg/L以下之給水的處理上使用高壓型逆滲透膜分離裝置時,運轉壓力最好是1.5~3MPa、特別是2~3MPa左右,可以確保得到與低壓型或超低壓型逆滲透膜相同程度的水量。其結果,僅有1段RO膜處理下,可以得到與以往2段RO膜處理同等質的處理水水質‧處理水量,因而可以減少膜的數量、容器、
配管,能降低成本且節省空間。
作為該高壓型逆滲透膜分離裝置,在有效壓力2.0MPa下純水通量(flux)最好為0.6~1.3m3/(m2‧D)。
逆滲透膜的膜形狀並沒有作特別限制,例如可為螺旋型、空心纖維型等、4英吋RO膜、8英吋RO膜、16英吋RO膜等任一種都可以。
以下,針對本發明參考圖1作詳細說明。
圖1是表示本發明含有低分子量有機物之水的處理方法之一例的流程圖。高壓型RO裝置具有1次區段1與2次區段2。各區段1、2具備:並列多數個高壓型RO單元3,且耐壓容器4內填充有高壓型RO模組5。各容器4內直排設置有多數個高壓型RO模組5。
該實施形態中,高壓型RO模組5,是在集水管5a的外周上捲繞高壓型RO膜5b的螺旋型模組,且各模組5之集水管5a直排地連接。被處理水是從高壓型RO膜5b之捲繞體的一邊端面流入膜間的原水通路,並從捲繞體的另一端面流出。
原水(含有低分子量有機物之水),是從原水配管6被分配供給至1次區段1的各高壓型RO單元3。在各高壓型RO單元3內,被處理水從各高壓型RO模組5之一端面(圖的左側面)流到另一端面(圖的右側面),在這其間是從原水通路透過膜流入膜間的透過水通路。透過水是以螺旋方向流過高壓型RO模組5之透過水通路並流入至集水管5a,接著從透過水配管7介由透過水合流取出
配管8被取出。
通過1次區段1之各RO單元3內的最下游側之高壓型RO模組5的鹽水(濃縮水),是從1次鹽水配管10被取出,暫時合流之後,再介由分配配管11被分配供給至2次區段2的各高壓型RO單元3。透過水在2次區段2之各高壓型RO單元3中,也同樣地進行RO膜處理,再從透過水配管12介由透過水合流取出配管8被取出。
通過2次區段2之各RO單元3的最下游側亦即最終段之高壓型RO模組5的鹽水(最終鹽水),是從各RO單元3的最終鹽水配管13、13介由鹽水合流取出配管14被取出。最終段之末端RO模組5的鹽水量,是將各最終鹽水配管13之鹽水流量(m3/日)除以最終段之末端RO模組5之膜面積(m2)所得出。
本發明中,原水水質的分子量200以下之低分子量有機物濃度最好在0.5mgC/L以上,特別是10~200mgC/L,尤其100~200mgC/L為最佳。作為低分子量有機物,舉例有異丙醇(IPA)、乙醇、甲醇、乙酸、乙酸鹽、丙酮,TMAH(四甲基氫氧化銨)、MEA(乙醇胺)、DMSO(二甲基亞碸)等。原水的TDS最好為1500mg/L以下。
作為此類含有低分子量有機物之水,舉例有半導體等之電子零件製造工程的回收水。本發明中,沒有將該回收水作前置處理,即直接導入高壓型RO膜裝置。
本發明中,將該最終段之高壓型RO模組(圖1的情況,2次區段2之各高壓型RO單元3的最下游側之高壓型RO模組5)的鹽水量處理成2.1m3/(m2‧D)以上,最好為2.1~5m3/(m2‧D),特別是2.1~4m3/(m2‧D)為佳。如此,在將最終段之高壓型RO模組5的鹽水量處理成2.1m3/(m2‧D)以上時,前段側的高壓型RO模組之鹽水量也變成2.1m3/(m2‧D)。如此,藉著將高壓型RO模組之鹽水量處理增多到2.1m3/(m2‧D)以上,高壓型RO模組之1次側(被處理水側)膜面上的低分子量有機物的濃度分極(濃度)變小,低分子量有機物的去除率變高。
在上述實施形態中,直排設置1次區段1與2次區段2的2個區段,但也可以僅有1次區段,或直排設置3次以上的高次區段。各區段之RO單元3的數量也可為1個。各容器內的模組數量並沒有限定為多數個,1個也可以。
將含有TOC濃度300、500、1000、或5000μgC/L之IPA的模擬半導體工廠排水(IPA水溶液)朝日東電工股份有限公司製的海水淡化用高壓型逆滲透膜SWC4-Max以鹽水量2.1m3/(m2‧D)、回收率75%、膜面有效壓力1.5MPa的條件作通水。透過水之TOC濃度的測量結果如表1所
示。
將實施例1之各模擬半導體工廠排水以載體填充型生物處理裝置(BM-SK:栗田工業股份有限公司)作處理後,再使用膜式前置處理(SFL:Kuraray製)作菌體分離之後,朝超低壓RO膜(日東電工股份有限公司製ES-20)以鹽水量2.1m3/(m2‧D)、回收率75%的條件作通水。透過水之TOC濃度的測量結果如表1所示。
在實施例2中,使用以下的構成作為高壓型RO裝置。
區段數:2
1次區段之高壓型RO單元數:8支
2次區段之高壓型RO單元數:4支
1個高壓型RO單元內的模組數:4支(各模組為直排
連接)
高壓型RO膜:日東電工股份有限公司海水淡化用高壓型逆滲透膜SWC4-MAX
將含有TOC500μgC/L之IPA的模擬半導體工廠排水(IPA水溶液)以回收率75%、膜面有效壓力1.5MPa、最終段模組之鹽水量2.1m3/(m2‧D)、2.9m3/(m2‧D)或4.1m3/(m2‧D)通水至上述高壓型RO裝置。透過水之TOC濃度的測量結果如表2所示。
除了將實施例2中最終段之鹽水量以1.7m3/(m2‧D)或1.2m3/(m2‧D)作通水之外,其餘與實施例2在相同條件下進行處理。透過水之TOC濃度的測量結果如表2所示。
從以上實施例及比較例可以明瞭,根據本發明,不須進行生物處理,即可將含有低分子量有機物之水藉由RO裝置充分地作處理。而因為不進行生物處理,所
以不須作菌體分離,也可以放寬前置處理運轉條件。
已利用特定形態詳細說明本發明,但只要不脫離本發明之主旨與範圍可以有各種變化這是同業者所明瞭的。
本發明是根據2014年3月31日提出申請之日本專利申請2014-074080,並引用其整體內容者。
Claims (3)
- 一種含有低分子量有機物之水的處理方法,是將含有0.5mgC/L以上、200mgC/L以下之分子量200以下的低分子量有機物的原水通水至高壓型逆滲透膜分離裝置作處理的含有低分子量有機物之水的處理方法,其特徵為:前述高壓型逆滲透膜分離裝置係具有多數段逆滲透膜模組,前段的逆滲透膜模組之鹽水成為後段的逆滲透膜模組之被處理水,前述高壓型逆滲透膜分離裝置的有效壓力2.0MPa、溫度25℃下的純水通量是0.6~1.3m3/(m2‧D),將在該高壓型逆滲透膜分離裝置之最終段的末端逆滲透膜模組之鹽水水量處理成2.1~5m3/(m2‧D)。
- 如請求項1之含有低分子量有機物之水的處理方法,其中,朝上述高壓型逆滲透膜分離裝置之給水TDS(總溶解固體)為1500mg/L以下。
- 如請求項1或2之含有低分子量有機物之水的處理方法,其中,上述高壓型逆滲透膜分離裝置的運轉壓力為1.5~3MPa。
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