TWI786071B - 逆滲透膜處理系統及逆滲透膜處理方法 - Google Patents

逆滲透膜處理系統及逆滲透膜處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供以2段以上之逆滲透膜進行處理,可獲得充分的水質改善效果的逆滲透膜處理系統及逆滲透膜處理方法。一種逆滲透膜處理系統1,具備:第1逆滲透膜處理裝置12,將被處理水通到第1逆滲透膜而得到第1通透水及第1濃縮水;以及第2逆滲透膜處理裝置14,至少將第1通透水通到第2逆滲透膜而得到第2通透水及第2濃縮水;第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量比起第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量更低,且第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下。

Description

逆滲透膜處理系統及逆滲透膜處理方法
本發明關於逆滲透膜處理系統及逆滲透膜處理方法。
自以往既已知有利用逆滲透膜的逆滲透膜處理系統及逆滲透膜處理方法,係以逆滲透膜對工業用水、城市用水等被處理水進行處理,而得到通透水(處理水)與濃縮水。
已知如此之以逆滲透膜進行處理的逆滲透膜處理系統及處理方法中,係使用2段以上之相同種類的逆滲透膜,為了改善水質,第2段之逆滲透膜使用利用阻擋率改善劑以改善阻擋率的膜。
例如,專利文獻1中記載了一種純水製造裝置,係具有通入被處理水的第1段之逆滲透膜裝置、及通入第1段之逆滲透膜裝置之通透水的第2段之逆滲透膜分離裝置,且至少第2段之逆滲透膜裝置具備經作為阻擋率改善劑之聚乙二醇等具有聚伸烷二醇鏈之化合物處理的逆滲透膜。
但,專利文獻1之方法中,有時會無法獲得充分的水質改善效果。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-161818號公報
[發明所欲解決之課題] 本發明旨在提供以2段以上之逆滲透膜進行處理,可獲得充分的水質改善效果的逆滲透膜處理系統及逆滲透膜處理方法。 [解決課題之手段]
本發明係一種逆滲透膜處理系統,具備:第1逆滲透膜處理手段,將被處理水通到第1逆滲透膜而得到第1通透水及第1濃縮水;以及第2逆滲透膜處理手段, 至少將該第1通透水通到第2逆滲透膜而得到第2通透水及第2濃縮水;該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量比起該第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量更低,且該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 / d以下。
該逆滲透膜處理系統中,該第2逆滲透膜宜為經氧化劑改質的膜。
該逆滲透膜處理系統中,該第2逆滲透膜宜為經含有溴系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次溴酸組成物及含有氯系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次氯酸組成物中之至少一者改質的膜。
該逆滲透膜處理系統中,該被處理水宜含有硼及分子量200以下之低分子有機物中之至少一者。
又,本發明係一種逆滲透膜處理方法,包括以下步驟:第1逆滲透膜處理步驟,將被處理水通到第1逆滲透膜而得到第1通透水及第1濃縮水;以及第2逆滲透膜處理步驟,至少將該第1通透水通到第2逆滲透膜而得到第2通透水及第2濃縮水;該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量比起該第1逆滲透膜之每1 MPa有效壓力下之通透通量更低,且該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下。
該逆滲透膜處理方法中,該第2逆滲透膜宜為經氧化劑改質的膜。
該逆滲透膜處理方法中,該第2逆滲透膜宜為經含有溴系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次溴酸組成物及含有氯系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次氯酸組成物中之至少一者改質的膜。
該逆滲透膜處理方法中,該被處理水宜含有硼及分子量200以下之低分子有機物中之至少一者。 [發明之效果]
以2段以上之逆滲透膜進行處理的逆滲透膜處理系統及處理方法中,可獲得充分的水質改善效果。
以下針對本發明之實施形態進行說明。本實施形態係實施本發明之一例,本發明並不限定於本實施形態。
本發明之實施形態之逆滲透膜處理系統之一例的概略顯示於圖1,針對其構成進行說明。
逆滲透膜處理系統1具備:第1逆滲透膜處理裝置12,作為將被處理水通到第1逆滲透膜而得到第1通透水及第1濃縮水的第1逆滲透膜處理手段;以及第2逆滲透膜處理裝置14,作為將第1通透水通到第2逆滲透膜而得到第2通透水及第2濃縮水的第2逆滲透膜處理手段。此處,該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量比起該第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量更低,且該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下。逆滲透膜處理系統1亦可具備儲存被處理水的被處理水槽10。第1逆滲透膜處理裝置12與第2逆滲透膜處理裝置14之間亦可具備儲存第1通透水的第1通透水槽。
圖1之逆滲透膜處理系統1中,被處理水槽10之入口與被處理水配管18連接, 被處理水槽10之出口與第1逆滲透膜處理裝置12之入口介隔泵浦16並藉由被處理水供給配管20連接。第1逆滲透膜處理裝置12之第1通透水出口與第2逆滲透膜處理裝置14之入口藉由第1通透水配管22連接。第1逆滲透膜處理裝置12之第1濃縮水出口與第1濃縮水配管24連接。第2逆滲透膜處理裝置14之第2通透水出口與第2通透水配管26連接,第2濃縮水出口與第2濃縮水配管28連接。第1通透水配管22亦可與作為添加氧化劑之氧化劑添加手段的氧化劑添加配管30連接。
針對本實施形態之逆滲透膜處理方法及逆滲透膜處理系統1的動作進行說明。
係處理對象之被處理水,視需要通過被處理水配管18而儲存在被處理水槽10中。被處理水藉由泵浦16並通過被處理水供給配管20供給至第1逆滲透膜處理裝置12,在第1逆滲透膜處理裝置12中進行被處理水之第1逆滲透膜處理(第1逆滲透膜處理步驟)。第1逆滲透膜處理中獲得之第1通透水,通過第1通透水配管22供給至第2逆滲透膜處理裝置14。視需要亦可在第1通透水配管22中,通過氧化劑添加配管30將作為改質劑之氧化劑添加至第1通透水中(氧化劑添加步驟)。視需要添加氧化劑後,在第2逆滲透膜處理裝置14中進行第1通透水之第2逆滲透膜處理(第2逆滲透膜處理步驟)。可使第1逆滲透膜處理中獲得之第1通透水之至少一部分循環至第1逆滲透膜處理裝置12之供給水,例如循環至被處理水槽10。第1逆滲透膜處理中獲得之第1濃縮水可通過第1濃縮水配管24排出,亦可使至少一部分循環至第1逆滲透膜處理裝置12之供給水,例如循環至被處理水槽10。第2逆滲透膜處理中獲得之第2通透水可通過第2通透水配管26排出,亦可使至少一部分循環至前段之第1逆滲透膜處理裝置12之供給水,例如循環至被處理水槽10,又,也可使至少一部分循環至第2逆滲透膜處理裝置14之供給水,例如循環至第1通透水配管22。第2逆滲透膜處理中獲得之第2濃縮水可通過第2濃縮水配管28排出,亦可使至少一部分循環至前段之第1逆滲透膜處理裝置12之供給水,例如循環至被處理水槽10,又,也可使至少一部分循環至第2逆滲透膜處理裝置14之供給水,例如循環至第1通透水配管22。此外,亦可於第1通透水配管22配備泵浦以進行再加壓。氧化劑可添加至第1通透水配管22中,亦可添加至設置於第1通透水配管22之泵浦的吸入側、吐出側。也可在第1逆滲透膜處理裝置12之第1通透水中進行pH調整劑的添加。可於第1逆滲透膜處理裝置12與第2逆滲透膜處理裝置14之間配備作為脱氣手段之脱氣膜裝置,以進行第1通透水之脱氣處理。亦可於第1逆滲透膜處理裝置12與第2逆滲透膜處理裝置14之間、或於第2濃縮水配管28配備游離氯或全氯測定手段、pH測定手段、無機碳濃度(IC)測定手段等中之至少一者。
逆滲透膜處理系統1中,為了提高通透水的水質等目的,可進一步於第2逆滲透膜處理裝置14之第2通透水側配備至少1個逆滲透膜處理裝置(第3逆滲透膜處理裝置、視需要之第4逆滲透膜處理裝置、之後更多的逆滲透膜處理裝置)。此時,於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量宜比起第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量更低,且於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量宜為0.5m3 /m2 /d以下。
本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統,係以2段以上之逆滲透膜進行處理,第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量比起第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量更低,且第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下。本案發明人等針對於第2逆滲透膜之低分子有機物之阻擋率與每1MPa有效壓力下之通透通量的關係進行詳細調查,結果發現有二次相關。此時,每1MPa有效壓力下之通透通量=0.5m3 /m2 /d為反曲點,故使用「每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下」之高阻擋率的逆滲透膜作為第2段之逆滲透膜。進一步於第2通透水側配備第3段之後之逆滲透膜處理裝置時,於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量,宜比起第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量更低,且於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量宜為0.5m3 /m2 /d以下。藉此,以2段以上之逆滲透膜進行處理的逆滲透膜處理系統及處理方法中,可獲得充分的水質改善效果。第1逆滲透膜為「每1MPa有效壓力下之通透通量為超過0.5m3 /m2 /d之逆滲透膜」,第2逆滲透膜、或於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜,宜為高阻擋率的「每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下之逆滲透膜」。
第2逆滲透膜、或於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下,為0.4m3 /m2 /d以下較佳。第2逆滲透膜、或於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量超過0.5 m3 /m2 /d的話,獲得之處理水的水質降低。
第2逆滲透膜、或於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量只要是比起第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量更低即可,例如,第2逆滲透膜、或於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量,為第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量的10 %~60%之範圍,為15%~45%之範圍較佳。第2逆滲透膜、或於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量與第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量相同或更高的話,獲得之處理水的水質降低。
本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,第2逆滲透膜的逆滲透膜,較佳為第2逆滲透膜之後的逆滲透膜宜為經作為改質劑之氧化劑改質的膜。使用經氧化劑改質的膜作為高阻擋率逆滲透膜的話,水質更為改善。為了獲得經氧化劑改質的膜,可使改質劑存在於供給至逆滲透膜的供給水、洗滌水等中而使其接觸逆滲透膜,亦可將逆滲透膜浸漬於含有改質劑的水中。
就氧化劑而言,只要是具有氧化作用者即可,並無特別限制,例如可列舉:氯系氧化劑、溴系氧化劑、穩定化次氯酸組成物、穩定化次溴酸組成物等。
就氯系氧化劑而言,例如可列舉:氯氣、二氧化氯、次氯酸或其鹽、亞氯酸或其鹽、氯酸或其鹽、過氯酸或其鹽、氯化異氰脲酸或其鹽等。該等中,作為鹽,例如可列舉:次氯酸鈉、次氯酸鉀等次氯酸鹼金屬鹽;次氯酸鈣、次氯酸鋇等次氯酸鹼土類金屬鹽;亞氯酸鈉、亞氯酸鉀等亞氯酸鹼金屬鹽;亞氯酸鋇等亞氯酸鹼土類金屬鹽;亞氯酸鎳等其他亞氯酸金屬鹽;氯酸銨、氯酸鈉、氯酸鉀等氯酸鹼金屬鹽;氯酸鈣、氯酸鋇等氯酸鹼土類金屬鹽等。該等氯系氧化劑可單獨使用1種,亦可將2種以上組合使用。就氯系氧化劑而言,考量操作性等的觀點,宜使用次氯酸鈉。
溴系氧化劑可列舉:溴(液體溴)、氯化溴、溴酸、溴酸鹽、次溴酸等。次溴酸可為使溴化鈉等溴化物與次氯酸等氯系氧化劑反應而生成者。
穩定化次氯酸組成物係含有氯系氧化劑與胺磺酸化合物者。「含有氯系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次氯酸組成物」,可為含有「氯系氧化劑」與「胺磺酸化合物」之混合物的穩定化次氯酸組成物,亦可為含有「氯系氧化劑與胺磺酸化合物之反應生成物」的穩定化次氯酸組成物。
穩定化次溴酸組成物係含有溴系氧化劑與胺磺酸化合物者。「含有溴系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次溴酸組成物」,可為含有「溴系氧化劑」與「胺磺酸化合物」之混合物的穩定化次溴酸組成物,亦可為含有「溴系氧化劑與胺磺酸化合物之反應生成物」的穩定化次溴酸組成物。
就氧化劑而言,該等中,穩定化次氯酸組成物或穩定化次溴酸組成物為較佳,穩定化次溴酸組成物為更佳。儘管穩定化次氯酸組成物或穩定化次溴酸組成物發揮與次氯酸等氯系氧化劑同等以上的黏質抑制效果、改質效果,但相較於氯系氧化劑,對於逆滲透膜之劣化影響低,故可抑制因重複改質所致之膜劣化。因此,本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中所使用的穩定化次氯酸組成物或穩定化次溴酸組成物適合作為改質劑。
亦即,本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,第2逆滲透膜、或於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜,宜為經含有溴系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次溴酸組成物及含有氯系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次氯酸組成物中之至少一者改質的膜。
本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,「溴系氧化劑」為溴時,由於不存在氯系氧化劑,對於逆滲透膜之劣化影響明顯較低,具有逆滲透膜的黏質抑制效果、改質效果。含有氯系氧化劑時,會有氯酸生成之疑慮。
本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,例如使作為改質劑之「溴系氧化劑」與「胺磺酸化合物」之混合物、或「氯系氧化劑」與「胺磺酸化合物」之混合物存在於供給至逆滲透膜之供給水等中。據認為藉此在被處理水中生成穩定化次溴酸組成物或穩定化次氯酸組成物。
又,本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,例如使作為改質劑之「溴系氧化劑與胺磺酸化合物之反應生成物」即穩定化次溴酸組成物、或「氯系氧化劑與胺磺酸化合物之反應生成物」即穩定化次氯酸組成物存在於供給至逆滲透膜之供給水等中。
具體而言,本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,例如使作為改質劑之「溴」、「氯化溴」、「次溴酸」或「溴化鈉與次氯酸之反應產物」、和「胺磺酸化合物」之混合物存在於供給至逆滲透膜之供給水等中。或使作為改質劑之「次氯酸」與「胺磺酸化合物」之混合物存在於供給至逆滲透膜之供給水等中。
又,本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,例如使作為改質劑之「溴與胺磺酸化合物之反應生成物」、「氯化溴與胺磺酸化合物之反應生成物」、「次溴酸與胺磺酸化合物之反應生成物」、或「溴化鈉與次氯酸之反應產物、和胺磺酸化合物之反應生成物」即穩定化次溴酸組成物存在於供給至逆滲透膜之供給水等中。或使作為改質劑之「次氯酸與胺磺酸化合物之反應生成物」即穩定化次氯酸組成物存在於供給至逆滲透膜之供給水等中。
本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,氧化劑與逆滲透膜的接觸宜於pH3~12之範圍內進行,於pH4~9之範圍內進行更佳。氧化劑與逆滲透膜的接觸於未達pH3進行的話,長期進行氧化劑與逆滲透膜的接觸時,會有逆滲透膜發生劣化,阻擋率降低的情況,於超過pH12進行的話,會有改質效果不充分的情況。尤其於pH4~9之範圍內接觸時,可抑制逆滲透膜的劣化,同時可充分改善逆滲透膜的通透水質。為了使改質劑的接觸於上述pH範圍內進行,例如將供給至逆滲透膜之供給水等的pH維持在上述範圍內即可,或將逆滲透膜之浸漬液的pH維持在上述範圍內即可。
本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,例如可於具備逆滲透膜之逆滲透膜裝置運轉時,利用藥液注入泵等將「溴系氧化劑」或「氯系氧化劑」與「胺磺酸化合物」注入到供給至逆滲透膜之供給水等中。「溴系氧化劑」或「氯系氧化劑」與「胺磺酸化合物」可分別添加至供給水等中,亦可將原液彼此混合後添加到供給至逆滲透膜之供給水等中。又,例如也可使逆滲透膜於添加有「溴系氧化劑」或「氯系氧化劑」與「胺磺酸化合物」的水中浸漬預定的時間而使其接觸。
又,例如亦可利用藥液注入泵等將「溴系氧化劑與胺磺酸化合物之反應生成物」或「氯系氧化劑與胺磺酸化合物之反應生成物」注入到供給至逆滲透膜之供給水等中。又,例如也可使逆滲透膜於添加有「溴系氧化劑與胺磺酸化合物之反應生成物」、或「溴化合物與氯系氧化劑之反應產物、和胺磺酸化合物之反應生成物」的水中浸漬預定的時間而使其接觸。
利用氧化劑之改質,例如可在具備逆滲透膜之逆滲透膜裝置運轉時,將氧化劑連續地或間歇地添加到供給至逆滲透膜之供給水、洗滌水等中,亦可在逆滲透膜之阻擋率降低的情況下,將氧化劑連續地或間歇地添加到供給至逆滲透膜之供給水、洗滌水等中,或將逆滲透膜浸漬於含有氧化劑的水中。
氧化劑與逆滲透膜的接觸,於常壓條件下、加壓條件下或減壓條件下進行即可,考量即使不停止逆滲透膜裝置亦可進行改質,能確實地進行逆滲透膜之改質等的觀點,宜於加壓條件下進行。氧化劑與逆滲透膜的接觸,例如宜於0.1 MPa~8.0MPa之範圍的加壓條件下進行。
氧化劑與逆滲透膜的接觸,例如於5℃~35℃之範圍之溫度條件下進行即可。
本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,「胺磺酸化合物」之當量相對於「溴系氧化劑」或「氯系氧化劑」之當量的比宜為1以上,為1以上2以下之範圍更佳。「胺磺酸化合物」之當量相對於「溴系氧化劑」或「氯系氧化劑」之當量的比未達1的話,可能會使逆滲透膜劣化,超過2的話,會有製造成本增加的情況。
與逆滲透膜接觸之全氯濃度,按有效氯濃度換算宜為0.01~100mg/L。未達0.01mg/L的話,會有無法獲得充分的改質效果的情況,多於100mg/L的話,可能會引起逆滲透膜的劣化、配管等的腐蝕。
使用溴之「溴與胺磺酸化合物(溴與胺磺酸化合物之混合物)」或「溴與胺磺酸化合物之反應生成物」的製劑,相較於「次氯酸與溴化合物與胺磺酸」的製劑及「氯化溴與胺磺酸」的製劑等,溴酸的副生少,不會使逆滲透膜更為劣化,故作為改質劑為更佳。
亦即,本發明之實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,宜使溴與胺磺酸化合物存在於(使溴與胺磺酸化合物之混合物存在於)供給至逆滲透膜之供給水等中。又,宜使溴與胺磺酸化合物之反應生成物存在於供給至逆滲透膜之供給水等中。
溴化合物可列舉:溴化鈉、溴化鉀、溴化鋰、溴化銨及氫溴酸等。該等中,考量製劑成本等的觀點,溴化鈉為較佳。
胺磺酸化合物係以下列通式(1)表示之化合物。 R2 NSO3 H  (1) (式中,R獨立地為氫原子或碳數1~8之烷基。)
就胺磺酸化合物而言,例如可列舉2個R基之兩者均為氫原子的胺磺酸(胺基磺酸),其他可列舉:N-甲基胺磺酸、N-乙基胺磺酸、N-丙基胺磺酸、N-異丙基胺磺酸、N-丁基胺磺酸等2個R基中之一個為氫原子,另一個為碳數1~8之烷基的胺磺酸化合物;N,N-二甲基胺磺酸、N,N-二乙基胺磺酸、N,N-二丙基胺磺酸、N,N-二丁基胺磺酸、N-甲基-N-乙基胺磺酸、N-甲基-N-丙基胺磺酸等2個R基之兩者均為碳數1~8之烷基的胺磺酸化合物;N-苯基胺磺酸等2個R基中之一個為氫原子,另一個為碳數6~10之芳基的胺磺酸化合物、或它們的鹽等。作為胺磺酸鹽,例如可列舉:鈉鹽、鉀鹽等鹼金屬鹽;鈣鹽、鍶鹽、鋇鹽等鹼土類金屬鹽;錳鹽、銅鹽、鋅鹽、鐵鹽、鈷鹽、鎳鹽等其他金屬鹽;銨鹽及胍鹽等。胺磺酸化合物及它們的鹽可單獨使用1種,亦可將2種以上組合使用。就胺磺酸化合物而言,考量環境負荷等的觀點,宜使用胺磺酸(胺基磺酸)。
本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,使作為改質劑之穩定化次溴酸組成物及穩定化次氯酸組成物中之至少一種存在於供給至逆滲透膜之供給水等中時,亦可進一步使鹼存在。鹼可列舉氫氧化鈉、氫氧化鉀等鹼金屬氫氧化物等。考量低溫時之製品穩定性等的觀點,亦可倂用氫氧化鈉與氫氧化鉀。又,鹼能以水溶液而非固態的形式使用。
本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統,可理想地適用於乙酸纖維素、 現今係主流之聚醯胺系高分子膜。聚醯胺系高分子膜對於氧化劑的耐受性相對較低,使游離氯等連續地接觸聚醯胺系高分子膜的話,會發生膜性能的顯著降低。但,本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,即使於聚醯胺高分子膜,亦幾乎不會發生如此顯著之膜性能降低。
於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜,比起第1逆滲透膜處理中使用的逆滲透膜,每1MPa有效壓力下之通透通量更小,可飛躍性地改善阻隔性能。於第2逆滲透膜處理之後使用「每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下之逆滲透膜」,於第1逆滲透膜處理中使用每1MPa有效壓力下之通透通量比起於第2逆滲透膜處理之後使用的逆滲透膜更低的逆滲透膜,但宜於第1逆滲透膜處理中使用「每1MPa有效壓力下之通透通量超過0.5m3 /m2 /d之逆滲透膜」。相較於以往使用「每1MPa有效壓力下之通透通量超過0.5m3 /m2 /d之逆滲透膜」之2段逆滲透膜系統的處理水質,藉由第2段之逆滲透膜處理使用「每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下之逆滲透膜」的2段逆滲透膜裝置的處理水質得到格外的改善。
此外,通透通量,係將通透水量除以膜面積而得者。「有效壓力」,係JIS K3802:2015「膜用語」記載之將平均操作壓力減去滲透壓差及下游側壓力而得的作用於膜的有效壓力。此外,平均操作壓力為於膜的上游側之膜供給水之壓力(運轉壓力)與濃縮水之壓力(濃縮水出口壓力)的平均值,以下式表示。 平均操作壓力=(運轉壓力+濃縮水出口壓力)/2
每1MPa有效壓力下之通透通量,可由膜製造廠商的商品型錄記載之資訊,例如通透水量、膜面積、評價時之回收率、NaCl濃度等計算出。又,於1個或多個壓力容器中裝填有多個相同通透通量的膜時,可由壓力容器之平均操作壓力/下游側壓力、原水水質、通透水量、膜數量等資訊計算出所裝填的膜的通透通量。
能作為第2逆滲透膜處理、或第2逆滲透膜處理之後的逆滲透膜使用的每1 MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3 /m2 /d以下的膜,可列舉:SWC系列(Hydranauti cs)、TM800系列(東麗)、SW30系列(DOW)、HR-RO系列(栗田工業)等。例如可列舉:SWC5MAX(每1MPa有效壓力下之通透通量0.32m3 /m2 /d)(Hydranautics)、S WC6MAX(同0.43m3 /m2 /d)(Hydranautics)、SW30ULE(同0.39m3 /m2 /d)(DOW)、SW30HRLE(同0.25m3 /m2 /d)(DOW)、TM820V(同0.32m3 /m2 /d)(東麗)、TM820K(同0.20m3 /m2 /d)(東麗)、HR-RO(同0.36m3 /m2 /d)(栗田工業)等。
每1MPa有效壓力下之通透通量比起第2逆滲透膜處理、或第2逆滲透膜處理之後的逆滲透膜更高,能作為第1逆滲透膜使用的膜,可列舉:ES20-D8(每1MPa有效壓力下之通透通量1.14m3 /m2 /d)(日東電工)、LFC3-LD(同0.79m3 /m2 /d)(Hydra nautics)、BW30XFR(同0.84m3 /m2 /d)(DOW)、TML20-D(同0.78m3 /m2 /d)(東麗)等。
逆滲透膜的膜形狀並無特別限定,例如可列舉環狀型、平膜型、螺旋型、中空纖維型等,螺旋型可為4英吋型、8英吋型、16英吋型等中之任意者。
第1逆滲透膜處理裝置12、第2逆滲透膜處理裝置14、及第2逆滲透膜處理裝置之後的逆滲透膜處理裝置,可分別由多個模組構成。亦即,可將供給水分別供給至各逆滲透膜裝置之多個模組,又,亦可將模組之濃縮水作為下一個模組的供給水(耶誕樹方式)。
逆滲透膜裝置中,於被處理水之pH7以上產生積垢時,為了抑制積垢,亦可倂用分散劑與殺菌劑。就分散劑而言,例如可列舉:聚丙烯酸、聚馬來酸、膦酸等。就分散劑於被處理水中的添加量而言,例如RO濃縮水中之濃度為0.1~ 1,000mg/L之範圍。
又,為了不使用分散劑並抑制積垢的產生,例如可列舉調整逆滲透膜裝置之回收率等運轉條件,以使RO濃縮水中之二氧化矽濃度成為溶解度以下,使鈣積垢之指標即藍氏指數成為0以下。
就逆滲透膜裝置之用途而言,例如可列舉超純水製造中之1次純水系統、排放水回收等。對於該等用途而言,可理想地使用於含有以往使用「每1MPa有效壓力下之通透通量超過0.5m3 /m2 /d之逆滲透膜」之2段逆滲透膜裝置中難以除去的硼、分子量200以下之低分子有機物中之至少一者的被處理水的處理。分子量200以下之低分子有機物,可列舉:甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)等醇化合物;單乙醇胺、尿素等胺化合物;四甲基氫氧化銨等四烷基銨鹽等。
<水處理系統> 本實施形態之逆滲透膜處理方法及處理系統中,如圖2所示,被處理水宜為預先在前處理中進行了處理的前處理水。
例如,如圖2所示,水處理系統3具備上述逆滲透膜處理系統1,並於逆滲透膜處理系統1之前段具備前處理系統50。水處理系統3視需要亦可具備前處理水槽52。
在水處理系統3中,前處理系統50之入口與原水供給配管54連接,前處理系統50之出口與前處理水槽52之入口藉由前處理水配管56連接。前處理水槽52之出口與逆滲透膜處理系統1之入口藉由前處理水供給配管58連接。例如前處理水供給配管58與逆滲透膜處理系統1之被處理水配管18連接。
用於添加作為改質劑之氧化劑的氧化劑添加配管30與下列中之至少1者連接:氧化劑添加配管30a與原水供給配管54連接,氧化劑添加配管30b與前處理系統50連接,氧化劑添加配管30c與前處理水配管56連接,氧化劑添加配管30d與前處理水槽52連接,氧化劑添加配管30e與前處理水供給配管58連接,氧化劑添加配管30f與逆滲透膜處理系統1連接。
水處理系統3中,原水通過原水供給配管54供給至前處理系統50,在前處理系統50中進行後述前處理(前處理步驟)。經前處理之前處理水,視需要通過前處理水配管56並儲存在前處理水槽52中後,通過前處理水供給配管58供給至逆滲透膜處理系統1。在逆滲透膜處理系統1中,如上述般進行2段以上之逆滲透膜處理(逆滲透膜處理步驟)。
作為改質劑之氧化劑以下列方式中之至少1種添加:通過氧化劑添加配管30a添加至原水供給配管54,通過氧化劑添加配管30b添加至前處理系統50,通過氧化劑添加配管30c添加至前處理水配管56,通過氧化劑添加配管30d添加至前處理水槽52,通過氧化劑添加配管30e添加至前處理水供給配管58,通過氧化劑添加配管30f添加至逆滲透膜處理系統1,可添加至原水、前處理水、被處理水中之至少1者中。
前處理步驟中,視需要可進行生物處理、凝聚處理、凝聚沉澱處理、加壓浮選處理、過濾處理、膜分離處理、活性碳處理、臭氧處理、紫外線照射處理、軟化處理、脫羧處理等生物學性、物理性或化學性前處理、及該等前處理中之2種以上的組合。
逆滲透膜處理系統1中,系統內除具備逆滲透膜外,視需要還可具備:全氯濃度測定裝置、泵浦、安全濾器、流量測定裝置、壓力測定裝置、溫度測定裝置、氧化還原電位(ORP)測定裝置、殘留氯測定裝置、導電度測定裝置、pH測定裝置、能量回收裝置等。
就逆滲透膜處理系統1之後處理(後處理步驟)而言,亦可具備再生型離子交換樹脂裝置、電氣式去離子處理裝置(EDI)、非再生型離子交換樹脂裝置、脱氣膜處理裝置、紫外線殺菌裝置、紫外線氧化裝置、加熱裝置、超過濾裝置等。
水處理系統3中,視需要亦可將氧化劑以外之分散劑、殺菌劑、pH調整劑等添加至原水供給配管54、前處理系統50、前處理水配管56、前處理水槽52、前處理水供給配管58、逆滲透膜處理系統1中之至少1者中,可添加至原水、前處理水、被處理水中之至少1者中。
<逆滲透膜用改質劑> 本實施形態之逆滲透膜用改質劑,可包括含有「溴系氧化劑或氯系氧化劑」與「胺磺酸化合物」之混合物的穩定化次溴酸組成物或穩定化次氯酸組成物,亦可進一步含有鹼。
又,本實施形態之改質劑,可包括含有「溴系氧化劑與胺磺酸化合物之反應生成物」的穩定化次溴酸組成物、或含有「氯系氧化劑與胺磺酸化合物之反應生成物」的穩定化次氯酸組成物,亦可進一步含有鹼。
關於溴系氧化劑、溴化合物、氯系氧化劑及胺磺酸化合物,如上述。
含有氯系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次氯酸組成物的市售品,例如可列舉栗田工業(股)公司製的「KURIVERTER IK-110」。
就本實施形態之改質劑而言,為了不使逆滲透膜更為劣化,宜為含有溴與胺磺酸化合物者(含有溴與胺磺酸化合物之混合物者),例如為溴、胺磺酸化合物、 鹼及水之混合物;或含有溴與胺磺酸化合物之反應生成物者,例如為溴與胺磺酸化合物之反應生成物、鹼、及水之混合物。
本實施形態之改質劑中,包括含有溴系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次溴酸組成物的黏質抑制劑,尤其包括含有溴與胺磺酸化合物之穩定化次溴酸組成物的黏質抑制劑,相較於含有氯系氧化劑與胺磺酸化合物的改質劑(氯胺磺酸等),氧化能力高,改質效果、黏質抑制力、黏質剝離力顯著較高,儘管如此,幾乎不會像同樣有高氧化能力之次氯酸引起顯著膜劣化。於通常之使用濃度,可實質上忽略對於膜劣化的影響。因此,作為改質劑最為理想。
本實施形態之改質劑,與次氯酸不同,幾乎不會通透逆滲透膜,故幾乎不影響處理水水質。又,與次氯酸等同樣能於現場測定濃度,故可進行更加正確的濃度管理。
改質劑的pH,例如為超過13.0,超過13.2更佳。改質劑的pH為13.0以下的話,會有改質劑中的有效鹵素變得不穩定的情況。
改質劑中的溴酸濃度宜為未達5mg/kg。改質劑中的溴酸濃度為5mg/kg以上的話,會有RO通透水之溴酸離子濃度變高的情況。
<改質劑的製造方法> 本實施形態之改質劑,可藉由將溴系氧化劑或氯系氧化劑與胺磺酸化合物混合而獲得,進一步亦可混合鹼。
包括含有溴與胺磺酸化合物之穩定化次溴酸組成物之改質劑的製造方法,宜包括在鈍性氣體環境下於含有水、鹼及胺磺酸化合物之混合液中添加溴並使其反應的步驟;或在鈍性氣體環境下於含有水、鹼及胺磺酸化合物之混合液中添加溴的步驟。藉由在鈍性氣體環境下添加並使其反應,或在鈍性氣體環境下添加,改質劑中之溴酸離子濃度變低,RO通透水中之溴酸離子濃度亦變低。
所使用之鈍性氣體無限定,考量製造等的方面,宜為氮氣及氬氣中之至少1種,考量製造成本等的方面,為氮氣尤佳。
溴添加時之反應器內的氧濃度宜為6%以下,為4%以下更佳,為2%以下尤佳,為1%以下特佳。溴反應時之反應器內的氧濃度超過6%的話,會有反應系內溴酸的生成量增加的情況。
溴的添加率宜相對於改質劑全體的量為25重量%以下,為1重量%以上20重量%以下更佳。溴的添加率相對於改質劑全體的量為超過25重量%的話,會有反應系內溴酸的生成量增加的情況。未達1重量%的話,會有殺菌力不佳的情況。
溴添加時之反應溫度宜控制在0℃以上25℃以下之範圍,考量製造成本等的方面,控制在0℃以上15℃以下之範圍更佳。溴添加時之反應溫度超過25℃的話, 會有反應系內溴酸的生成量增加的情況,未達0℃的話,會有結凍的情況。 [實施例]
以下,舉實施例及比較例對本發明進行更加具體且詳細地說明,但本發明並不限定於以下的實施例。
[穩定化次溴酸組成物之製備] 於氮氣環境下,將液體溴:16.9重量%(wt%)、胺磺酸:10.7重量%、氫氧化鈉:12.9重量%、氫氧化鉀:3.94重量%、水:剩餘分量予以混合,製備穩定化次溴酸組成物。穩定化次溴酸組成物的pH為14,全氯濃度為7.5重量%。全氯濃度係利用HACH公司的多項目水質分析計DR/4000,以全氯測定法(DPD(二乙基-對伸苯基二胺)法)測得的值(mg/L as Cl2 )。穩定化次溴酸組成物的詳細製備方法如下。
在邊以質量流量控制器控制流量邊連續注入並封入氮氣以使反應容器內的氧濃度維持在1%的2L之4口燒瓶中,加入1436g的水、361g的氫氧化鈉並混合,然後加入300g的胺磺酸並混合,之後維持使反應液之溫度冷卻成為0~15℃的狀態,加入473g的液體溴,進一步加入48%氫氧化鉀溶液230g,獲得按相對於組成物全體的量之重量比計,胺磺酸為10.7%、溴為16.9%,胺磺酸之當量相對於溴之當量的比為1.04的目標穩定化次溴酸組成物(組成物1)。利用玻璃電極法測定生成之溶液的pH,結果為14。生成之溶液的含溴率,係利用碘化鉀將溴轉換為碘後,使用硫代硫酸鈉以進行氧化還原滴定之方法進行測定,結果為16.9%,為理論含有率(16.9%)之100.0%。又,溴反應時之反應容器內的氧濃度,係利用Jikco (股)公司製的「Oxygen Monitor JKO-02 LJDII」進行測定。此外,溴酸濃度為未達5mg/kg。
此外,pH測定係於以下條件進行。 電極類型:玻璃電極式 pH測定計:東亞DKK公司製,IOL-30型 電極校正:以關東化學公司製中性磷酸鹽pH(6.86)標準液(第2種)、同公司製硼酸鹽pH(9.18)標準液(第2種)進行2點校正 測定溫度:25℃ 測定値:將電極浸入測定液,以穩定後的値作為測定値,3次測定的平均値
<實施例1> 利用圖1所示之逆滲透膜處理系統對含有異丙醇(IPA)3ppm之原水(20m3 /h)進行處理。將第1段之逆滲透膜處理之回收率設定為75%,第2段之逆滲透膜處理之回收率設定為90%。逆滲透膜使用8英吋之螺旋膜,第1段及第2段之膜數量分別為10個。第1段之逆滲透膜處理使用「ES20-D8」(日東電工公司製,每1MPa有效壓力下之通透通量:1.14m3 /m2 /d)作為逆滲透膜,第2段之逆滲透膜處理使用「SWC5MAX」(Hydranautics公司製,每1MPa有效壓力下之通透通量:0.32m3 /m2 / d)作為逆滲透膜。結果顯示於表1。
此外,每1MPa有效壓力下之通透通量係由各膜製造廠商的商品型錄值計算出。又,對於沒有商品型錄的膜,測量附設於第2段逆滲透膜裝置之測量儀器的指示值,並根據獲得之平均操作壓力、通透水量、原水水質算出通透通量。
<實施例2> 第1段之逆滲透膜處理使用「ES20-D8」作為逆滲透膜,第2段之逆滲透膜處理使用「SWC5MAX」作為逆滲透膜。依照以下之方法對第2段之逆滲透膜施以阻擋率改善處理(改質處理)。除此以外,與實施例1同樣進行逆滲透膜處理。結果顯示於表1。
[阻擋率改善處理] 於操作壓力2.0MPa、pH4、水溫25±1℃,通入含有上述穩定化次溴酸組成物10ppm作為阻擋率改善劑(改質劑)的水。於處理後的膜之每1MPa有效壓力下之通透通量成為0.2m3 /m2 /d時結束處理。
<比較例1> 第1段之逆滲透膜處理、第2段之逆滲透膜處理均使用「ES20-D8」。依照下列方法對第2段之逆滲透膜施以阻擋率改善處理(改質處理)。除此以外,與實施例1同樣進行逆滲透膜處理。結果顯示於表1。
[阻擋率改善處理] 使用含有聚乙二醇(重量平均分子量MW=5000)1ppm作為阻擋率改善劑(改質劑)的水,於操作壓力1MPa、pH7、水溫25℃,進行12小時的將濃縮水及通透水送回至全量供給水之全循環運轉。處理後的膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為1.0m3 /m2 /d。
<比較例2> 第2段之逆滲透膜使用「ES20」(日東電工公司製,每1MPa有效壓力下之通透通量1.14m3 /m2 /d),除此以外,與實施例1同樣進行逆滲透膜處理。結果顯示於表1。
<比較例3> 第2段之逆滲透膜使用「LFC3-LD」(Hydranautics製,每1MPa有效壓力下之通透通量0.79m3 /m2 /d),除此以外,與實施例1同樣進行逆滲透膜處理。結果顯示於表1。
【表1】
Figure 106139252-A0304-0001
相較於比較例之處理方法,實施例之處理方法減低了通透水的IPA濃度,水質得到了改善。又,藉由使用穩定化次溴酸組成物作為改質劑,可進一步改善水質。
<實施例3> 第2段之逆滲透膜處理使用以實施例2之方法進行改質之逆滲透膜,並邊於第2段逆滲透膜處理之入口添加上述穩定化次溴酸組成物,邊通水1000小時。添加穩定化次溴酸組成物,使第2段逆滲透膜處理之濃縮水中全氯濃度成為1.0(mg/ L as Cl2 )。其他通水條件與實施例2相同。結果顯示於表2。
<實施例4> 利用使用次氯酸作為改質劑進行改質之逆滲透膜,與實施例3同樣進行通水。就改質條件而言,將改質劑變更為次氯酸,除此以外,與實施例2相同。處理後的膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為0.2m3 /m2 /d。第2段之逆滲透膜處理使用經該次氯酸改質之逆滲透膜,邊於第2段逆滲透膜處理之入口添加次氯酸,邊通水1000小時。添加次氯酸,使第2段逆滲透膜處理之濃縮水中全氯濃度成為1.0(mg/L as Cl2 )。其他通水條件與實施例2相同。結果顯示於表2。
【表2】
Figure 106139252-A0304-0002
將運轉時間1000小時後之第2段之逆滲透膜處理之通透水中的IPA濃度進行比較,實施例3中幾乎未觀察到變化,反觀實施例4中IPA濃度增加。據認為相較於次氯酸,穩定化次溴酸組成物對於逆滲透膜之劣化影響低,故即使長時間改質亦可抑制膜劣化。
如此般藉由實施例之方法,以2段以上之逆滲透膜進行處理的逆滲透膜處理系統及處理方法中,可獲得充分的水質改善效果。
1‧‧‧逆滲透膜處理系統3‧‧‧水處理系統10‧‧‧被處理水槽12‧‧‧第1逆滲透膜處理裝置14‧‧‧第2逆滲透膜處理裝置16‧‧‧泵浦18‧‧‧被處理水配管20‧‧‧被處理水供給配管22‧‧‧第1通透水配管24‧‧‧第1濃縮水配管26‧‧‧第2通透水配管28‧‧‧第2濃縮水配管30、30a、30b、30c、30d、30e、30f‧‧‧氧化劑添加配管50‧‧‧前處理系統52‧‧‧前處理水槽54‧‧‧原水供給配管56‧‧‧前處理水配管58‧‧‧前處理水供給配管
【圖1】係顯示本發明之實施形態之逆滲透膜處理系統之一例的概略構成圖。 【圖2】係顯示具有本發明之實施形態之逆滲透膜處理系統的水處理系統之一例的概略構成圖。

Claims (8)

  1. 一種逆滲透膜處理系統,具備:第1逆滲透膜處理手段,將被處理水通到第1逆滲透膜而得到第1通透水及第1濃縮水;以及第2逆滲透膜處理手段,至少將該第1通透水通到第2逆滲透膜而得到第2通透水及第2濃縮水;該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量比起該第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量更低,且該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3/m2/d以下,該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量在該第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量的10%~60%之範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之逆滲透膜處理系統,其中,該第2逆滲透膜係經氧化劑改質的膜。
  3. 如申請專利範圍第1項之逆滲透膜處理系統,其中,該第2逆滲透膜,係經含有溴系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次溴酸組成物及含有氯系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次氯酸組成物中之至少一者改質的膜。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之逆滲透膜處理系統,其中,該被處理水含有硼及分子量200以下之低分子有機物中之至少一者。
  5. 一種逆滲透膜處理方法,包括以下步驟: 第1逆滲透膜處理步驟,將被處理水通到第1逆滲透膜而得到第1通透水及第1濃縮水;以及第2逆滲透膜處理步驟,至少將該第1通透水通到第2逆滲透膜而得到第2通透水及第2濃縮水;該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量比起該第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量更低,且該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量為0.5m3/m2/d以下,該第2逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量在該第1逆滲透膜之每1MPa有效壓力下之通透通量的10%~60%之範圍內。
  6. 如申請專利範圍第5項之逆滲透膜處理方法,其中,該第2逆滲透膜係經氧化劑改質的膜。
  7. 如申請專利範圍第5項之逆滲透膜處理方法,其中,該第2逆滲透膜,係經含有溴系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次溴酸組成物及含有氯系氧化劑與胺磺酸化合物之穩定化次氯酸組成物中之至少一者改質的膜。
  8. 如申請專利範圍第5至7項中任一項之逆滲透膜處理方法,其中,該被處理水含有硼及分子量200以下之低分子有機物中之至少一者。
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