本發(fā)明涉及一種含有低分子量有機(jī)物的水的處理方法，特別是涉及適用于超純水制造裝置的一次純水系統(tǒng)或回收系統(tǒng)，將含有低分子量有機(jī)物的水通過(guò)高壓型逆滲透膜裝置進(jìn)行處理的方法。
背景技術(shù)：
逆滲透膜(RO)因?yàn)槟苡行У孛擕}、去除有機(jī)物等將包含在水中的雜質(zhì)去除，因此其適用市場(chǎng)逐年擴(kuò)大。一般來(lái)說(shuō)，已知逆滲透膜具有分子篩效果，以及因膜面電荷(電荷)的排斥(通常為帶負(fù)電)進(jìn)行有機(jī)物的去除。依據(jù)逆滲透膜的有機(jī)物去除率，有機(jī)物的分子量超過(guò)200的情況為99％以上的高去除率，但有機(jī)物的分子量在200以下時(shí)，則該去除率非常地低。
為此，處理半導(dǎo)體工廠排水等以低分子系醇類(IPA等)為主體的排水來(lái)回收水時(shí)，一般是進(jìn)行生物處理之后，再實(shí)施菌體分離(預(yù)處理)并以RO進(jìn)行處理。該RO膜為標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)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(shè)置空間較大，且生物處理的運(yùn)轉(zhuǎn)管理較繁瑣。因此也有考慮將RO裝置設(shè)置成多級(jí)串聯(lián)，將含有低分子量有機(jī)物的水進(jìn)行RO處理的多級(jí)RO法。但是，如上所述，在低壓、超低壓RO的低分子系有機(jī)物的去除率低，所以透過(guò)水中的TOC濃度變高，在送水對(duì)象中可能會(huì)有引起生物污染的風(fēng)險(xiǎn)。
專利文獻(xiàn)1中記載有：在用來(lái)制造超純水的一次純水系統(tǒng)中設(shè)置高壓型RO裝置以去除有機(jī)物。
高壓型逆滲透膜分離裝置，以往是使用在海水淡化工廠，且為了將鹽分濃度高的海水進(jìn)行逆滲透膜處理而將運(yùn)轉(zhuǎn)壓力調(diào)整到5.52MPa左右的高壓來(lái)使用。
一般而言，海水淡化用的逆滲透膜中，對(duì)脫鹽或去除有機(jī)物有幫助的表層的分子構(gòu)造較為細(xì)密，所以有機(jī)物去除率高。在海水淡化中，原水的鹽類濃度高，因而滲透壓也變高，所以為了確保透過(guò)水量，運(yùn)轉(zhuǎn)壓力調(diào)整在5.5MPa以上。另一方面，適用電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的一般RO膜的原水鹽類濃度較低，TDS(總?cè)芙庑晕镔|(zhì))為1500mg/L以下。在此類原水中，因滲透壓較低，以運(yùn)轉(zhuǎn)壓力2～3MPa左右即可得到充分的透過(guò)水量，透過(guò)水的水質(zhì)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(xiàn)1：日本特開2012-245439
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種含有低分子量有機(jī)物的水的處理方法，是將低分子量有機(jī)物進(jìn)行RO處理的方法中，不進(jìn)行生物處理，能將低分子量有機(jī)物確實(shí)且充分去除。
本發(fā)明提供一種含有低分子量有機(jī)物的水的處理方法，是將含有0.5mg/L以上的分子量200以下的低分子量有機(jī)物的原水通水于高壓型逆滲透膜分離裝置并進(jìn)行處理的方法，將在該高壓型逆滲透膜分離裝置的最后級(jí)(最后區(qū)段(バンク))末端的逆滲透膜模塊的鹽水水量調(diào)整成2.1～5m3/(m2·D)。
本發(fā)明中，該高壓型逆滲透膜分離裝置的有效壓力2.0MPa、溫度25℃條件下的純水流量?jī)?yōu)選是0.6～1.3m3/(m2·D)。并且，向該高壓型逆滲透膜分離裝置的給水TDS優(yōu)選為1500mg/L以下。此外，上述高壓型逆滲透膜分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力優(yōu)選為1.5～3MPa。
發(fā)明效果
本案發(fā)明人重復(fù)各種研究發(fā)現(xiàn)，如專利文獻(xiàn)1所述將含有有機(jī)物的水以高壓型RO裝置進(jìn)行處理的方法中，一旦高壓型RO裝置的鹽水量變少，則低分子量有機(jī)物的去除率變低。
在本發(fā)明的含有低分子量有機(jī)物的水的處理方法中，含有低分子量有機(jī)物的水中的低分子量有機(jī)物能通過(guò)高壓型RO裝置去除。
本發(fā)明中，通過(guò)將最后級(jí)的末端RO模塊的鹽水量調(diào)整成2.1m3/(m2·D)以上，不僅分子量超過(guò)200的有機(jī)物，分子量200以下的低分子量有機(jī)物也被充分去除。因而，根據(jù)本發(fā)明，沒有將含有低分子量有機(jī)物的水進(jìn)行生物處理，就可以充分地去除處理有機(jī)物。對(duì)于通過(guò)將最后級(jí)的末端RO模塊的鹽水量增大到2.1m3/(m2·D)以上，低分子量有機(jī)物能被充分去除的理由，推斷應(yīng)是逆滲透膜面的一次側(cè)(原水側(cè))面上的有機(jī)物濃差極化較為緩和。
附圖說(shuō)明
圖1是實(shí)施方案涉及的含有低分子量有機(jī)物的水的處理方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明中，將含有低分子量有機(jī)物的水通過(guò)高壓型逆滲透膜裝置進(jìn)行處理。
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制造裝置的一次純水系統(tǒng)的低壓或超低壓逆滲透膜相比，膜表面的表層較為細(xì)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(guò)水量低而有機(jī)物去除率高。
該高壓型RO膜裝置，如上所述，單位操作壓力的膜透過(guò)水量低，在本發(fā)明中，可合適地利用具有有效壓力為2.0MPa、溫度25℃條件下純水的透過(guò)流量為0.6～1.3m3/m2/天，NaCl去除率99.5％以上的特性的裝置。所謂有效壓力是指對(duì)于從平均操作壓力減去滲透壓差與二次側(cè)壓力的膜能有效運(yùn)作的壓力，NaCl去除率是指對(duì)于NaCl濃度32000mg/L的NaCl水溶液，在25℃、有效壓力2.7PMa條件下的去除率。平均操作壓力，是膜的一次側(cè)的膜供給水的壓力(運(yùn)轉(zhuǎn)壓力)與濃縮水的壓力(濃縮水出口壓力)的平均値，由以下式表示。
平均操作壓力＝(運(yùn)轉(zhuǎn)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制造裝置的一次純水系統(tǒng)中的低壓或超低壓型逆滲透膜相比，膜表面的表層較為細(xì)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(guò)水量低而有機(jī)物去除率非常地高。將TDS(總?cè)芙庑晕镔|(zhì))1500mg/L以下的鹽類濃度的給水進(jìn)行逆滲透膜處理時(shí)，回收率90％時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下對(duì)逆滲透膜造成的滲透壓最大為1.0MPa左右。因而，在TDS1500mg/L以下的給水的處理中使用高壓型逆滲透膜分離裝置時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)壓力優(yōu)選是1.5～3MPa、特別優(yōu)選是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(jié)果，僅有一級(jí)RO膜處理時(shí)，可以得到與以往二級(jí)RO膜處理同等的處理水水質(zhì)·處理水量，因而可以減少膜的數(shù)量、容器、配管，能降低成本且節(jié)省空間。
作為該高壓型逆滲透膜分離裝置，在有效壓力2.0MPa條件下純水流量?jī)?yōu)選為0.6～1.3m3/(m2·D)。
逆滲透膜的膜形狀并沒有特別限制，例如可為螺旋型、空心纖維型等、4英寸RO膜、8英寸RO膜、16英寸RO膜等任一種。
以下，針對(duì)本發(fā)明參考圖1作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是表示本發(fā)明含有低分子量有機(jī)物的水的處理方法的一例的流程圖。高壓型RO裝置具有一次區(qū)段1與二次區(qū)段2。各區(qū)段1、2并聯(lián)具備多個(gè)在耐壓容器4內(nèi)填充有高壓型RO模塊5的高壓型RO單元3。各容器4內(nèi)串聯(lián)設(shè)置有多個(gè)高壓型RO模塊5。
該實(shí)施方案中，高壓型RO模塊5是在集水管5a的外周上卷繞高壓型RO膜5b而成的螺旋型模塊，且各模塊5的集水管5a串聯(lián)地連接。被處理水從高壓型RO膜5b的卷繞體的一邊端面流入膜間的原水通路，并從卷繞體的另一端面流出。
原水(含有低分子量有機(jī)物的水)，是從原水配管6被分配供給至一次區(qū)段1的各高壓型RO單元3。在各高壓型RO單元3內(nèi)，被處理水從各高壓型RO模塊5的一端面(圖的左側(cè)面)流到另一端面(圖的右側(cè)面)，在這其間從原水通路透過(guò)膜流入膜間的透過(guò)水通路。透過(guò)水以螺旋方向流過(guò)高壓型RO模塊5的透過(guò)水通路并流入至集水管5a，接著從透過(guò)水配管7借助透過(guò)水合流取出配管8被取出。
穿過(guò)一次區(qū)段1的各RO單元3內(nèi)的最下游側(cè)的高壓型RO模塊5的鹽水(濃縮水)，是從一次鹽水配管10被取出，暫時(shí)合流之后，再借助分配配管11被分配供給至二次區(qū)段2的各高壓型RO單元3。在二次區(qū)段2的各高壓型RO單元3中，也同樣地進(jìn)行RO膜處理，透過(guò)水從透過(guò)水配管12借助透過(guò)水合流取出配管8被取出。
通過(guò)二次區(qū)段2的各RO單元3的最下游側(cè)亦即最后級(jí)的高壓型RO模塊5的鹽水(最終鹽水)，是從各RO單元3的最終鹽水配管13、13借助鹽水合流取出配管14被取出。最后級(jí)的末端RO模塊5的鹽水量，是將各最終鹽水配管13的鹽水流量(m3/天)除以最后級(jí)的末端RO模塊5的膜面積(m2)所得出。
本發(fā)明中，原水水質(zhì)的分子量200以下的低分子量有機(jī)物濃度優(yōu)選在0.5mgC/L以上，特別是10～200mgC/L，尤其100～200mgC/L。作為低分子量有機(jī)物，舉例有異丙醇(IPA)、乙醇、甲醇、乙酸、乙酸鹽、丙酮，TMAH(三甲基氫氧化銨)、MEA(單乙醇胺)、DMSO(二甲基亞砜)等。原水的TDS優(yōu)選為1500mg/L以下。
作為此類含有低分子量有機(jī)物的水，舉例有半導(dǎo)體等的電子零件制造工序的回收水。本發(fā)明中，沒有將該回收水作預(yù)處理，即可導(dǎo)入高壓型RO膜裝置。
本發(fā)明中，將該最后級(jí)的高壓型RO模塊(圖1的情況，二次區(qū)段2的各高壓型RO單元3的最下游側(cè)的高壓型RO模塊5)的鹽水量調(diào)整成2.1m3/(m2·D)以上，優(yōu)選為2.1～5m3/(m2·D)，特別是優(yōu)選為2.1～4m3/(m2·D)。如此，在將最后級(jí)的高壓型RO模塊5的鹽水量調(diào)整成2.1m3/(m2·D)以上時(shí)，更前級(jí)側(cè)的高壓型RO模塊的鹽水量也變成2.1m3/(m2·D)。如此，通過(guò)將高壓型RO模塊的鹽水量增多到2.1m3/(m2·D)以上，高壓型RO模塊的一次側(cè)(被處理水側(cè))膜面上的低分子量有機(jī)物的濃差極化(濃度)變小，低分子量有機(jī)物的去除率變高。
在上述實(shí)施方案中，串聯(lián)設(shè)置一次區(qū)段1與二次區(qū)段2的兩個(gè)區(qū)段，但也可以僅有一次區(qū)段，或串聯(lián)設(shè)置三次以上的高次區(qū)段。各區(qū)段的RO單元3的數(shù)量也可為一個(gè)。各容器內(nèi)的模塊數(shù)量并沒有限定為多個(gè)，也可以為一個(gè)。
[實(shí)施例]
[實(shí)施例1]
將含有TOC濃度為300、500、1000或5000μgC/L的IPA的模擬半導(dǎo)體工廠排水(IPA水溶液)在日東電工股份有限公司制的海水淡化用高壓型逆滲透膜SWC4-Max中以鹽水量2.1m3/(m2·D)、回收率75％、膜面有效壓力1.5MPa的條件進(jìn)行通水。透過(guò)水的TOC濃度的測(cè)量結(jié)果如表1所示。
[比較例1]
將實(shí)施例1的各模擬半導(dǎo)體工廠排水在載體填充型生物處理裝置(BM-SK：栗田工業(yè)股份有限公司)中進(jìn)行處理后，再使用膜式預(yù)處理(SFL：Kuraray制)進(jìn)行菌體分離之后，于超低壓RO膜(日東電工股份有限公司制ES-20)以鹽水量2.1m3/(m2·D)、回收率75％的條件進(jìn)行通水。透過(guò)水的TOC濃度的測(cè)量結(jié)果如表1所示。
[表1]
[實(shí)施例2]
在實(shí)施例2中，使用以下的構(gòu)成作為高壓型RO裝置。
區(qū)段數(shù)：2
一次區(qū)段的高壓型RO單元數(shù)：8個(gè)
二次區(qū)段的高壓型RO單元數(shù)：4個(gè)
一個(gè)高壓型RO單元內(nèi)的模塊數(shù)：4個(gè)(各模塊為串聯(lián)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的IPA的模擬半導(dǎo)體工廠排水(IPA水溶液)以回收率75％、膜面有效壓力1.5MPa、最后級(jí)模塊的鹽水量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(guò)水的TOC濃度的測(cè)量結(jié)果如表2所示。
[比較例2]
除了將實(shí)施例2中最后級(jí)的鹽水量以1.7m3/(m2·D)或1.2m3/(m2·D)進(jìn)行通水之外，其余與實(shí)施例2在相同條件下進(jìn)行處理。透過(guò)水的TOC濃度的測(cè)量結(jié)果如表2所示。
[表2]
從以上實(shí)施例及比較例可以明確，根據(jù)本發(fā)明，沒有進(jìn)行生物處理，即可將含有低分子量有機(jī)物的水通過(guò)RO裝置充分地進(jìn)行處理。而因?yàn)椴贿M(jìn)行生物處理，所以無(wú)需進(jìn)行菌體分離，也可以放寬預(yù)處理運(yùn)轉(zhuǎn)條件。
已利用特定方案詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但只要不脫離本發(fā)明的主旨與范圍可以有各種變化，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
本發(fā)明是基于2014年3月31日提出申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2014-074080，在此通過(guò)引用來(lái)援用其全部?jī)?nèi)容。