TWI760553B - 水處理方法及水處理裝置 - Google Patents

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TWI760553B TW107129376A TW107129376A TWI760553B TW I760553 B TWI760553 B TW I760553B TW 107129376 A TW107129376 A TW 107129376A TW 107129376 A TW107129376 A TW 107129376A TW I760553 B TWI760553 B TW I760553B
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日商奧璐佳瑙股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種水處理方法及水處理裝置，在含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物之被處理水之使用除濁膜的處理中，可抑制處理水質之惡化，同時可抑制除濁膜之堵塞。本發明係一種水處理方法，包含除濁步驟，係將含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物之被處理水，使用除濁膜進行處理；並對於被處理水添加重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍的陽離子聚合物。

Description

水處理方法及水處理裝置
本發明係關於水處理方法及水處理裝置。
近年來，供水污水處理或工廠排水處理等中，使用除濁膜的機會增加。然而，已知被處理水中含有的高分子有機物會導致除濁膜的膜堵塞。此處的除濁膜係指微濾膜(MF膜)及超濾膜(UF膜)。此外，此處的高分子有機物可舉例如生物處理之處理水中含有的生物代謝物、或凝聚固液分離處理中添加的陰離子聚合物等。
因此，採取如下對策：於前處理藉由使用陰離子聚合物之凝聚處理來減少高分子有機物；不使用膜而是使用砂過濾來進行除濁步驟；或於前處理使用觸媒與氧化劑來將高分子有機物氧化分解(參照專利文獻1)等。
然而，於凝聚處理所添加之陰離子聚合物過量添加時會導致於後段的除濁膜更嚴重的膜堵塞，故在水質會變動之工廠的排水處理或天然水之處理等難以管理運作。此外，採用砂過濾時，與膜處理相比，處理水的水質較差。進行氧化分解的情況，步驟或裝置變得繁雜。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第6128964號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明之目的係提供一種水處理方法及水處理裝置，在含有重量平均分子量為100,000以上30,000,000以下之範圍的高分子有機物之被處理水之使用除濁膜的處理中，可抑制處理水質的惡化，同時可抑制除濁膜的堵塞。 [解決課題之手段]
本發明係一種水處理方法，包含除濁步驟， 係將含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍之高分子有機物的被處理水，使用除濁膜進行處理； 並對於該被處理水添加重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍的陽離子聚合物。
在上述水處理方法中，該陽離子聚合物宜為具有多胺系、甲基丙烯酸酯系、及聚二烯丙基二甲基氯化銨系中之任一結構的陽離子聚合物。
在上述水處理方法中，該陽離子聚合物宜為二甲基胺･環氧氯丙烷･乙二胺縮合物、或二甲基胺･環氧氯丙烷･氨縮合物。
在上述水處理方法中，該陽離子聚合物之重量平均分子量宜為200,000以上且為3,000,000以下之範圍。
在上述水處理方法中，在該除濁步驟的前段，宜進行使用陰離子聚合物之凝聚固液分離處理及生物處理中之至少一種前處理。
在上述水處理方法中，在該除濁步驟的前段，宜進行使用丙烯醯胺系之陰離子聚合物的凝聚固液分離處理。
在上述水處理方法中，該除濁膜之材質係聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、及聚醚碸中之至少一者。
在上述水處理方法中，更包含逆滲透膜處理步驟，係將該除濁步驟之處理水藉由逆滲透膜進行處理。
此外，本發明係一種水處理裝置，具備： 除濁裝置，將含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍之高分子有機物的被處理水使用除濁膜進行處理；及 藥液注入手段，對於該被處理水添加重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍的陽離子聚合物。
在上述水處理裝置中，該陽離子聚合物宜具有多胺系、甲基丙烯酸酯系、及聚二烯丙基二甲基氯化銨系中之任一結構的陽離子聚合物。
在上述水處理裝置中，該陽離子聚合物宜為二甲基胺･環氧氯丙烷･乙二胺縮合物、或二甲基胺･環氧氯丙烷･氨縮合物。
在上述水處理裝置中，該陽離子聚合物之重量平均分子量宜為200,000以上且為3,000,000以下之範圍。
在上述水處理裝置中，在該除濁裝置的前段，宜具備係使用陰離子聚合物之凝聚固液分離處理裝置及生物處理裝置中之至少一者的前處理裝置。
在上述水處理裝置中，在該除濁裝置的前段，宜具備使用丙烯醯胺系之陰離子聚合物的凝聚固液分離處理裝置。
在上述水處理裝置中，該除濁膜之材質宜為聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、及聚醚碸中之至少一者。
在上述水處理裝置中，宜更具備逆滲透膜處理裝置，將該除濁裝置之處理水藉由逆滲透膜進行處理。 [發明之效果]
藉由本發明，在含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物之被處理水之使用除濁膜的處理中，可抑制處理水質惡化同時可抑制除濁膜的堵塞。
針對本發明之實施形態，在以下進行說明。本實施形態係實施本發明的一例，本發明並不限定為本實施形態。
本發明之實施形態之水處理裝置的一例的概略展示於圖1，針對其構成進行說明。水處理裝置1係具備使用除濁膜進行處理的除濁裝置12。水處理裝置1因應需求亦可具備儲存被處理水的被處理水槽10。
在圖1之水處理裝置1中，於被處理水槽10的入口連接被處理水管路14。被處理水槽10的出口與除濁裝置12的入口係藉由被處理水供給管路16連接。於除濁裝置12連接處理水管路18。於被處理水槽10連接陽離子聚合物添加管路20作為對於被處理水添加陽離子聚合物的藥液注入手段。
針對本實施形態之水處理方法及水處理裝置1的運作進行說明。
含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物的被處理水係通過被處理水管路14，並因應需求儲存於被處理水槽10。在被處理水槽10中，通過陽離子聚合物添加管路20，對於被處理水添加重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍的陽離子聚合物(陽離子聚合物添加步驟)。陽離子聚合物也可在被處理水管路14添加，亦可在被處理水供給管路16添加。
添加了陽離子聚合物的被處理水係通過被處理水供給管路16輸液至除濁裝置12，在除濁裝置12中，使用除濁膜進行除濁處理(除濁步驟)。經除濁步驟的處理水係通過處理水管路18排出。
本案發明者們發現，在含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物之被處理水之使用除濁膜的處理中，藉由對於除濁膜之被處理水添加重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍的陽離子聚合物，可抑制處理水質的惡化，同時可抑制除濁膜的堵塞。此外，變得可藉由簡單的步驟或裝置進行含有上述高分子有機物之被處理水的除濁處理。據認為係藉由對於除濁膜之被處理水添加上述陽離子聚合物，以上述陽離子聚合物捕捉上述高分子有機物，而抑制高分子有機物所致的膜堵塞。此外，藉由對於除濁膜之被處理水添加上述陽離子聚合物，在除濁膜之差壓的上升速度受到抑制。
所添加之陽離子聚合物若重量平均分子量過大，則會成為利用除濁膜所為之膜過濾的負荷，導致除濁膜之操作壓力上升。若重量平均分子量過小，則陽離子聚合物會穿透除濁膜，導致處理水質的惡化，且在後段具備逆滲透膜裝置時，會成為逆滲透膜的負荷。除濁膜之孔徑取決於膜種類或形狀等而有各種孔徑，較小者約為分級分子量30,000Da。此外，若為重量平均分子量為3,000,000以下，據認為不會造成除濁膜過濾過多的負擔。因此，所添加之陽離子聚合物之重量平均分子量據認為宜為30,000以上且為3,000,000以下之範圍。
添加之陽離子聚合物之重量平均分子量係30,000以上且為3,000,000以下的範圍，宜為200,000以上且為3,000,000以下之範圍，更宜為200,000以上且為600,000以下之範圍。陽離子聚合物之重量平均分子量若超過3,000,000，有時會有對於膜的負荷稍微變大，過濾所需時間的減少量變小的情況。陽離子聚合物之重量平均分子量未達30,000，有時會有膜穿透率變大的情況，尤其是在未達200,000時，會有膜穿透率變大的情況。
就陽離子聚合物而言，只要是重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍，且具有陽離子的聚合物即可，沒有特別之限制，宜為具有多胺系、甲基丙烯酸酯系、及聚二烯丙基二甲基氯化銨系中之任一結構的陽離子聚合物。
就多胺系之陽離子聚合物而言，可舉例如二甲基胺･環氧氯丙烷･氨縮合物、或二甲基胺･環氧氯丙烷･乙二胺縮合物。
二甲基胺･環氧氯丙烷･氨縮合物例如為含有下式(1)表示之結構及下式(2)表示之結構的聚合物。 【化1】
Figure 02_image001
(1) 【化2】
Figure 02_image003
(2) 上述聚合物中，式(2)表示之結構與式(1)表示之結構的比率按莫耳比計(式(2)表示之結構：式(1)表示之結構)，例如為0.01：9.99～7：3即可。
二甲基胺･環氧氯丙烷･乙二胺縮合物例如為包含式(1)表示之結構及下式(3)表示之結構的聚合物。 【化3】
Figure 02_image005
(3) 上述聚合物中，式(3)表示之結構與式(1)表示之結構的比率按莫耳比計(式(3)表示之結構：式(1)表示之結構)，例如為0.01：9.99～7：3即可。
甲基丙烯酸酯系之陽離子聚合物，例如為包含下式(4)表示之結構的聚合物。 【化4】
Figure 02_image007
(4) a、b表示單體的莫耳比(a：b=0.01：9.99～9.99：0.01)。
聚二烯丙基二甲基氯化銨系之陽離子聚合物，例如為包含下式(5)表示之結構的聚合物。 【化5】
Figure 02_image009
(5) n表示重複單元。
就陽離子聚合物之添加量而言，例如，相對於高分子有機物之重量，為1～100重量%之範圍，宜為2～10重量%之範圍。相對於高分子有機物之重量，陽離子聚合物之添加量若未達1重量%，則不易發揮抑制除濁膜之堵塞的效果，若超過100重量%，則有時會有處理水質惡化或陽離子聚合物本身堵塞膜的情況。
添加陽離子聚合物時的被處理水的溫度沒有特別之限制，例如為5℃～40℃之範圍。
被處理水只要是含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物的水即可，沒有特別之限制。被處理水中含有之高分子有機物，係在LC-OCD分析裝置(DOC-LABOR公司製，model 8)中檢測出為生物聚合物的有機物，其特徵係重量平均分子量為100,000以上，上限沒有特別之限定，例如為30,000,000以下。就被處理水中含有之高分子有機物而言，可舉例如生物處理之處理水中含有之生物代謝物、或在凝聚固液分離處理中添加之陰離子性高分子凝聚劑等陰離子聚合物等。
被處理水中含有之高分子有機物的含量，例如為0.1mg/L～10mg/L之範圍，尤其在0.2mg/L～1.0mg/L之範圍時，本實施形態之水處理方法及水處理裝置係有效。
除濁處理所使用之除濁膜係微濾膜(MF膜)或超濾膜(UF膜)。超濾膜之標稱孔徑係0.01μm以上且未達0.1μm，微濾膜之孔徑係0.1μm以上且10μm以下。若以分級分子量表示，超濾膜之分級分子量係1,000以上且未達1,000,000。
除濁膜可為平膜型亦可為中空纖維型。
就除濁膜之材質而言，為容易形成氫鍵且容易與高分子有機物化學鍵結者時，本技術係有效，可舉例如聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、及聚醚碸等。
在本實施形態之水處理方法及水處理裝置中，更具備將除濁裝置12之處理水藉由逆滲透膜進行處理的逆滲透膜處理裝置，更包含將除濁步驟之處理水藉由逆滲透膜進行處理的逆滲透膜處理步驟較為理想。
在本實施形態之水處理方法及水處理裝置中，於除濁裝置12的前段，具備係使用陰離子聚合物之凝聚固液分離處理裝置及生物處理裝置中之至少一者的前處理裝置，在該除濁步驟的前段，進行使用陰離子聚合物之凝聚固液分離處理及生物處理中之至少一種前處理較為理想。
本實施形態之水處理裝置之另一例的概略構成係展示於圖2。水處理裝置3，係具備使用除濁膜進行處理的除濁裝置12、及將除濁裝置12之處理水藉由逆滲透膜進行處理的逆滲透膜處理裝置24。此外，水處理裝置3，係在除濁裝置12之前段，具備係使用陰離子聚合物之凝聚固液分離處理裝置及生物處理裝置中之至少一種的前處理裝置22。水處理裝置3因應需求亦可具備儲存被處理水的被處理水槽10。
在圖2之水處理裝置3中，前處理裝置22之出口與被處理水槽10之入口係藉由被處理水管路14連接。被處理水槽10之出口與除濁裝置12之入口係藉由被處理水供給管路16連接。除濁裝置12之出口與逆滲透膜處理裝置24之入口係藉由處理水管路18連接。於逆滲透膜處理裝置24之通透水出口連接通透水管路26，於濃縮水出口連接濃縮水管路28。於被處理水槽10連接陽離子聚合物添加管路20作為對於被處理水添加陽離子聚合物的藥液注入手段。
在水處理裝置3中，從前處理裝置22排出之含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物的被處理水，係通過被處理水管路14，並因應需求儲存於被處理水槽10。在被處理水槽10，通過陽離子聚合物添加管路20，對於被處理水添加重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍之陽離子聚合物(陽離子聚合物添加步驟)。陽離子聚合物也可在被處理水管路14添加，亦可在被處理水供給管路16添加。
添加了陽離子聚合物之被處理水係通過被處理水供給管路16，輸液至除濁裝置12，在除濁裝置12，使用除濁膜進行除濁處理(除濁步驟)。經除濁步驟的處理水係通過處理水管路18，輸液至逆滲透膜處理裝置24，在逆滲透膜處理裝置24，使用逆滲透膜進行逆滲透膜處理(逆滲透膜處理步驟)。通透水係通過通透水管路26排出，濃縮水係通過濃縮水管路28排出。
即使如圖2之水處理裝置3般，於除濁裝置之後段更具備將除濁裝置之處理水藉由逆滲透膜進行處理的逆滲透膜處理裝置時，藉由使用重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍的陽離子聚合物，會抑制陽離子聚合物穿透除濁膜，減低對於逆滲透膜的負荷。
即使如圖2之水處理裝置3般，於除濁裝置12之前段具備係使用陰離子聚合物之凝聚固液分離處理裝置、及生物處理裝置中之至少一者的前處理裝置時，藉由使用重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍的陽離子聚合物，可抑制例如生物處理之處理水所含的生物代謝物、或在凝聚固液分離處理中添加之陰離子性高分子凝聚劑等之陰離子聚合物等高分子有機物所致的除濁膜的堵塞。
就逆滲透膜處理而言，只要是使用逆滲透膜的處理即可，沒有特別之限制。
就凝聚固液分離處理而言，只要是包含使用凝聚劑之凝聚處理及固液分離處理的處理即可，沒有特別之限制，可舉例如凝聚沉澱處理、凝聚加壓浮選處理等。在凝聚固液分離處理中使用之陰離子聚合物，可舉例如丙烯醯胺系之陰離子性高分子凝聚劑等。於凝聚固液分離處理水中，就重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物而言，包含該陰離子聚合物。尤其，在凝聚固液分離處理水中，就重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物而言，含有丙烯醯胺系之陰離子聚合物時，適合使用本實施形態之水處理方法及水處理裝置。
就生物處理而言，只要是使用微生物等生物的處理即可，沒有特別之限制。生物處理水中，就重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物而言，包含生物代謝物等陰離子聚合物。 [實施例]
以下，列舉實施例及比較例來更具體地詳細說明本發明，但本發明並不限定於以下實施例。
＜實施例1～5＞ 製作含有高分子有機物之被處理水50L，通水至除濁膜。添加重量平均分子量10,000,000之陰離子聚合物(丙烯醯胺系之陰離子性高分子凝聚劑)0.2mg/L作為高分子有機物。就除濁膜而言，使用立昇公司製，材質：聚氯乙烯、分級分子量：50,000Da、孔徑：0.01μm之超濾膜(中空纖維型)，製作膜面積1m2 之模件。
對於被處理水各別添加表1所示之陽離子聚合物2mg/L來進行通水，測定將各被處理水全部過濾所需要的時間。此外，藉由測定除濁膜過濾水(處理水)中之聚合物濃度，來測定聚合物之膜穿透率(%)。
聚合物A(實施例1)係多胺系之陽離子聚合物，為二甲基胺･環氧氯丙烷･乙二胺縮合物(重量平均分子量30,000)，聚合物B(實施例2)係多胺系之陽離子聚合物，為二甲基胺･環氧氯丙烷･乙二胺縮合物(重量平均分子量70,000)，聚合物C(實施例3)係多胺系之陽離子聚合物，為二甲基胺･環氧氯丙烷･氨縮合物(重量平均分子量200,000)，聚合物D(實施例4)係聚二烯丙基二甲基氯化銨系之陽離子聚合物(重量平均分子量600,000)，聚合物E(實施例5)係甲基丙烯酸酯系之陽離子聚合物(重量平均分子量3,000,000)。
除濁膜過濾水(處理水)中之聚合物濃度係使用燃燒法TOC分析裝置(島津製作所製，TOC-V)進行測定。
＜比較例1～3＞ 比較例1係被處理水中未添加陽離子聚合物來進行處理。聚合物F(比較例2)係聚氯化鋁(重量平均分子量2,500)，聚合物G(比較例3)係丙烯酸酯系之陽離子聚合物(重量平均分子量10,000,000)。
結果展示於表1及圖3、4。圖3中，展示實施例及比較例中所使用之陽離子聚合物之重量平均分子量與過濾所需時間(分鐘)的關係。圖4中，展示實施例及比較例中所使用之陽離子聚合物之重量平均分子量與膜穿透率(%)的關係。
如同表1及圖3、4所示，重量平均分子量30,000至3,000,000之範圍的陽離子聚合物最能展現抑制除濁膜之堵塞的效果。重量平均分子量30,000以下之聚合物F(比較例2)雖然過濾所需時間短，但因為陽離子聚合物容易穿透除濁膜而較不理想。重量平均分子量3,000,000以上之聚合物G(比較例3)，過濾所需時間長而較不理想。實施例3之聚合物C係過濾所需時間與膜穿透率的平衡優良。
【表1】
Figure 107129376-A0304-0001
如此，就實施例而言係在含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍的高分子有機物之被處理水之使用除濁膜的處理中，可在抑制處理水質之惡化，可抑制除濁膜的堵塞。
1、3‧‧‧水處理裝置10‧‧‧被處理水槽12‧‧‧除濁裝置14‧‧‧被處理水管路16‧‧‧被處理水供給管路18‧‧‧處理水管路20‧‧‧陽離子聚合物添加管路22‧‧‧前處理裝置24‧‧‧逆滲透膜處理裝置26‧‧‧滲透水管路28‧‧‧濃縮水管路
[圖1]係展示本發明之實施形態之水處理裝置之一例的概略構成圖。 [圖2]係展示本發明之實施形態之水處理裝置之另一例的概略構成圖。 [圖3]係展示實施例及比較例中所使用之陽離子聚合物之重量平均分子量與過濾所需時間(分鐘)的關係的圖表。 [圖4]係展示實施例及比較例中所使用之陽離子聚合物之重量平均分子量與膜穿透率(%)的關係的圖表。

Claims (14)

  1. 一種水處理方法，其特徵在於：包含除濁步驟，係將含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍之高分子有機物的被處理水，使用除濁膜進行處理；並對於該被處理水添加重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍的陽離子聚合物；該除濁膜之材質係聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、及聚醚碸中之至少一者；該高分子有機物為陰離子性高分子凝聚劑。
  2. 如申請專利範圍第1項之水處理方法，其中，該陽離子聚合物係具有多胺系、甲基丙烯酸酯系、及聚二烯丙基二甲基氯化銨系中之任一結構的陽離子聚合物。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之水處理方法，其中，該陽離子聚合物係二甲基胺．環氧氯丙烷．乙二胺縮合物、或二甲基胺．環氧氯丙烷．氨縮合物。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之水處理方法，其中，該陽離子聚合物之重量平均分子量係200,000以上且為3,000,000以下之範圍。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之水處理方法，其中，在該除濁步驟的前段，進行使用陰離子性高分子凝聚劑之凝聚固液分離處理及生物處理中之至少一種前處理。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之水處理方法，其中，在該除濁步驟的前段，進行使用丙烯醯胺系之陰離子性高分子凝聚劑的凝聚固液分離處理。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之水處理方法，更包含逆滲透膜處理步驟，係將該除濁步驟之處理水藉由逆滲透膜進行處理。
  8. 一種水處理裝置，其特徵在於具備：除濁裝置，將含有重量平均分子量為100,000以上且為30,000,000以下之範圍之高分子有機物的被處理水使用除濁膜進行處理；及藥液注入手段，對於該被處理水添加重量平均分子量為30,000以上且為3,000,000以下之範圍的陽離子聚合物；該除濁膜之材質係聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、及聚醚碸中之至少一者；該高分子有機物為陰離子性高分子凝聚劑。
  9. 如申請專利範圍第8項之水處理裝置，其中，該陽離子聚合物係具有多胺系、甲基丙烯酸酯系、及聚二烯丙基二甲基氯化銨系中之任一結構的陽離子聚合物。
  10. 如申請專利範圍第8或9項之水處理裝置，其中，該陽離子聚合物係二甲基胺．環氧氯丙烷．乙二胺縮合物、或二甲基胺．環氧氯丙烷．氨縮合物。
  11. 如申請專利範圍第8或9項之水處理裝置，其中，該陽離子聚合物之重量平均分子量係200,000以上且為3,000,000以下之範圍。
  12. 如申請專利範圍第8或9項之水處理裝置，其中，在該除濁裝置的前段，具備係使用陰離子性高分子凝聚劑之凝聚固液分離處理裝置及生物處理裝置中之至少一者的前處理裝置。
  13. 如申請專利範圍第8或9項之水處理裝置，其中，在該除濁裝置的前段，具備使用丙烯醯胺系之陰離子性高分子凝聚劑的凝聚固液分離處理裝置。
  14. 如申請專利範圍第8或9項之水處理裝置，更具備逆滲透膜處理裝置，將該除濁裝置之處理水藉由逆滲透膜進行處理。
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