[发明专利]构成为两列的RO/NF分离膜系统的化学清洗方法

说明书

技术领域

本发明涉及RO/NF分离膜系统的化学清洗方法，即，预测导致膜污染的原因物质，并利用适宜于该物质的化学清洗剂，对反渗透膜和纳滤膜进行化学清洗，从而恢复并维持分离膜的过滤性能。

背景技术

分离膜(Membrane)是使特定成分选择性地通过来对混合物进行分离的膜。分离膜是具有大小达到几纳米(nm)以上的孔(细孔)的多孔膜(Porous Membrane)。分离膜可分离出包含在水中的有机污染物质、无机污染物质、寄生虫、细菌等。

根据细孔的大小，分离膜分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等。与其他过滤工艺相比，利用分离膜所进行的水处理具有凝集剂等药品的使用量少、可减少所需的场地面积的优点。

虽然分离膜可利用较少的能源来实现固液分离，但是存在因分离膜被污染(Fouling)而降低膜的性能的问题。污染现象导致了包含在水中的浮游物质或具有容易吸附在分离膜表面的性质的物质堆积在膜表面和孔径，妨碍流体流动而减少渗透率。

结垢并不是膜本身的变质，而是污染物质所致的膜性能的下降，因此可通过清洗来恢复性能。若产生结垢，则会使渗透流速降低。结垢的形态包括附着层、凝胶层、水垢(Scale)、吸附层(Adsorbed Layer)等。附着层(Adsorbed Layer)具有因堆积在膜面而形成的层、由沉积的滤饼所形成的层或由水垢及附着物质所形成的层。

滤饼层为原液中的微粒子、微生物、胶体状物质等悬浮物质堆积在膜面上而形成的层。凝胶层为由于浓缩而溶解性高分子等溶质的膜面浓度上升而形成在膜面的凝胶状的非流动性层。水垢为由于浓缩而SiO₂或CaSO₄等难溶性物质过饱和而析出在膜面上的层。吸附层为包含在原液中的物质以特殊的方式吸附在膜面而形成的层。例如，带电的悬浮物质、可溶性高分子、表面活性剂等静电吸附在具有与之相反的电荷的膜而形成，或者消泡剂或油滴等疏水性物质或疏水性膜通过疏水吸附等而形成。

使微滤膜或超滤膜的通量恢复的清洗方法有物理方法和化学方法。物理方法有空气洗涤(Air Scrubbing)、水洗(Flushing)及反向过滤(Reverse Filtration)。空气洗涤通过利用空气的波动来去除膜面的悬浮物质，水洗通过利用原水来去除膜面的悬浮物质，反向过滤通过向与供给方向相反的方向供给过滤水或压缩空气来去除悬浮物质。

在微滤膜或超滤膜中，空气洗涤及反向过滤(AS&RF：Air Scrubbing&Reverse Filtration)为传统的物理清洗方法。在上述方法中，在正常进行过滤后，以一定间隔、一定时间实施使过滤水向与正常过滤方向的反方向以正常过滤速度以上的速度流动，同时压入压缩空气(Air)并剧烈地晃动膜的操作，从而去除附着在膜表面的异物。上述方法所需的时间为每进行10～60分钟的正常过滤则实施5～150秒左右。上述方法的清洗周期具有间歇连续性。

化学清洗方法通过利用清洗液化学性地分解附着在分离膜的污染物质。化学清洗包括用于去除无机污染物的酸洗、用于去除有机污染物质的碱洗或利用表面活性剂、酶、消毒剂的清洗。根据诱发结垢的物质来选择并使用清洗剂。例如，在因有机物或微生物而引起膜污染的情况下，使用氧化剂(次氯酸钠(NaOCl)、过氧化氢(H₂O₂)、臭氧(O₃))。在因脂肪或矿物油而引起膜污染的情况下，使用表面活性剂(各种离子型或非离子型表面活性剂、乳化剂)，在因钙水垢或金属物质而导致膜污染的情况下，使用酸(硝酸(HNO₃)、磷酸(H₂PO₄)、盐酸(HCl)、硫酸(H₂SO₄)、柠檬酸、乙二酸)，在因硅水垢或腐殖质而导致膜污染的情况下，使用碱(氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH₄OH)、碳酸钠(Na₂CO₃))。

以往的传统化学清洗方法为原位清洗(CIP，Cleaning In Place)。当膜间压差达到临界值时实施上述方法。上述方法为通常使用的化学循环型(Chemical Circulation Type)方法。上述方法通常需要4～24个小时，冲洗(Rinse)时间也较长。在因污染物质而形成压差的情况下实施上述方法，其需要高浓度的碱溶液和高浓度的酸溶液，药品的使用量也较多。