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TWI446956B - 改善在回洗水處理中超濾或微濾膜程序表現的方法 - Google Patents

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TWI446956B
TWI446956B TW096119454A TW96119454A TWI446956B TW I446956 B TWI446956 B TW I446956B TW 096119454 A TW096119454 A TW 096119454A TW 96119454 A TW96119454 A TW 96119454A TW I446956 B TWI446956 B TW I446956B
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Deepak A Musale
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Nalco Co
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Description

改善在回洗水處理中超濾或微濾膜程序表現的方法
本發明關於一種藉由使用包括微濾膜或超濾膜之膜系統以處理回洗水的方法。
回洗水為一種在經由一種媒介，諸如介質過濾器、超濾(UF)膜、或微濾(MF)膜將原水過濾並經回洗而將積聚的固體由介質過濾器或UF/MF膜表面移除後所產生的廢水流。相較於原水，此種回洗水為相對的濃縮的水流，含有高量污染物，例如懸浮固體、膠體物質、細菌、病毒和其他可溶性有機物。在介質過濾或第一階段UF或MF系統之後的淨水回收率約為85-90%，此代表有10-15%的進料水被轉化成濃縮或回洗水。進一步將此種水以第二階段之UF或MF系統進行處理以使淨水回收率提高至96-98%。由此第二階段UF/MF回收而得的透過水與來自第一階段UF/MF者一樣乾淨而可用於程序系統或正好可作為飲用水。然而，由於第一階段UF/MF所得之回洗水含有較高量的雜質，因而第二階段之UF/MF系統膜將快速淤塞而必須在較第一階段UF/MF系統膜為低的流量下進行操作。此現象不但導致資本支出較為增加(更多的膜)，且亦使操作成本更為提高(頻繁的膜清洗)。因此，目前關心的是使第二階段UF/MF系統之膜淤塞情況減至最少，以使膜得以：在清洗步驟間可操作較長時程、可根據所選擇的膜在 一定比率之流量下操作、在高於目前可達之流量下操作、或在合併上述情況下操作。此外，關心的是使膜的數目及/或尺寸減小，以使含有第二階段UF/MF膜而用於回洗水回收之新系統的資本支出得以降低。
本發明提供一種藉由使用膜分離程序而處理回洗水的方法，該方法包括以下步驟：將回洗水收集於一適合容納該回洗水的收容器中；以一或多種水溶性聚合物處理該回洗水，其中該水溶性聚合物係選自由兩性聚合物、陽離子型聚合物，其中該電荷密度係由約5莫耳百分率至約100莫耳百分率、兩性離子型聚合物、以及其組合所構成之群組中；視情況將該水溶性聚合物與該回洗水混合；使該經處理的回洗水通過一膜，其中該膜為超濾膜或微濾膜；以及視情況反沖洗該膜以將固體自膜表面移除。
術語之定義：
“UF”意指超過濾。
“MF”意指微過濾。
“兩性聚合物”意指一種得自陽離子單體和陰離子單體兩者，且可能地，得自其他非離子性單體之聚合物。兩性聚合物可具有淨正電荷或負電荷。兩性聚合物亦可由兩性離子單體和陽離子或陰離子單體和，可能地，非離子性單 體獲得。兩性聚合物為水溶性。
“陽離子型聚合物”意指具有總電荷為正值之聚合物。本發明中之陽離子型聚合物係藉由使一或多種陽離子單體聚合、藉由使一或多種非離子性單體和一或多種陽離子單體進行共聚合、藉由使氯甲環氧乙烷和二胺或聚胺縮合或使二氯乙烷和氨或甲醛和胺鹽縮合而製得。陽離子聚合物為水溶性。
“兩性離子型聚合物”意指由兩性離子單體和，可能地，其他非離子性單體構成之聚合物。在兩性離子型聚合物中，所有聚合物鏈以及位於聚合物鏈中之鏈段為精確的電中性。因此，兩性離子型聚合物代表一種兩性聚合物之次族群，由於陰電荷和陽電荷皆被引入相同的兩性離子單體中，因而其必然維持整個聚合物鏈及鏈段之電中性。兩性離子型聚合物為水溶性。
較佳之具體實例：
如上所述，本發明提供一種藉由使用微濾膜或超濾膜而處理回洗水的方法。
在收集回洗水並以一或多種水溶性聚合物處理後，使回洗水通過一膜。在一具體實例中，該膜可浸於一槽中。在另一具體實例中，該膜係位於一含有該回洗水之給料槽外部。
在另一具體實例中，可使該通過微濾膜或超濾膜之回洗水進一步通過一或多個膜。在一又進一步之具體實例中，該額外的膜可為逆滲透膜或奈米過濾膜。
熟習本項技術者可通曉各種不同之回洗水處理系統。在一具體實例中，可使被收集的廢棄物掩埋場之瀝取液在使其通過超濾膜或微濾膜前，先通過一或多個過濾器或淨化器。在一進一步之具體實例中，過濾器係選自由砂濾器、多介質過濾器、布濾器、濾筒、袋濾器所構成之群組中。
處理回洗水所使用的膜可具有各種不同之物理和化學特性。
關於物理特性方面，在一具體實例中，超濾膜具有範圍為0.003至0.1μm之孔徑。在另一具體實例中，微濾膜具有範圍為0.1至0.4μm之孔徑。在另一具體實例中，該膜具有中空纖維之結構，可為由外而內或由內而外之過濾模式。在另一具體實例中，該膜具有平板結構。在另一具體實例中，該膜具有管狀結構。在另一具體實例中，該膜具有多孔結構。
關於化學特性方面，在一具體實例中，該膜為聚合物。在另一具體實例中，該膜為無機。在又另一具體實例中，該膜為不鏽鋼。
尚有其他物理性或化學性之膜特性可用於執行所主張的發明。
各種不同形式和數量之化學作用可用以處理回洗水。在一具體實例中，由介質過濾器或第一階段UF/MF程序所收集到的回洗水可以一或多種水溶性聚合物進行處理。視情況藉由一混合裝置使回洗水與所添加的聚合物混合。熟習本項技術者習知許多不同種類之混合裝置。
在另一具體實例中，這些水溶性聚合物典型而言具有約2,000至約10,000,000道耳吞之分子量。
在另一具體實例中，該水溶性聚合物係選自由兩性聚合物；陽離子聚合物；和兩性離子聚合物所構成之群組中。
在另一具體實例中，該兩性聚合物係選自由丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷四級鹽(DMAEA.MCQ)/丙烯酸共聚物、二烯丙基二甲基氯化銨/丙烯酸共聚物、丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷鹽/N,N-二甲基-N-甲基丙烯醯胺基丙基-N-(3-磺丙基)銨鹽甜菜鹼共聚物、丙烯酸/N,N-二甲基-N-甲基丙烯醯胺基丙基-N-(3-磺丙基)銨鹽甜菜鹼共聚物、以及DMAEA.MCQ/丙烯酸/N,N-二甲基-N-甲基丙烯醯胺基丙基-N-(3-磺丙基)銨鹽甜菜鹼三聚物所組成之群組中。
在另一具體實例中，該水溶性聚合物具有約2,000至約10,000,000道耳吞之分子量。在又另一具體實例中，該水溶性聚合物具有約100,000至約2,000,000道耳吞之分子量。
在另一具體實例中，該兩性聚合物之劑量為自約1ppm至約2000ppm之活性固體。
在另一具體實例中，該兩性聚合物具有約5,000至約2,000,000道耳吞之分子量。
在另一具體實例中，該兩性聚合物具有約3.0：7.0至約9.8：0.2之陽電荷當量與陰電荷當量之比例。
在另一具體實例中，該陽離子聚合物係選自由聚二烯丙基二甲基氯化銨(polyDADMAC)；聚乙烯亞胺；聚表 胺；以氨或乙二胺交聯之聚表胺；二氯乙烷和氨之縮合聚合物；三乙醇胺與松油脂肪酸之縮合聚合物；聚(甲基丙烯酸二甲胺基乙酯硫酸鹽)；以及聚(丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷四級鹽)所構成之群組中。
在另一具體實例中，該陽離子聚合物為丙烯醯胺(AcAm)與一或多種選自由二烯丙基二甲基氯化銨；丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷四級鹽；甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷四級鹽；以及丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲苯四級鹽(DMAEA.BCQ)所構成之群組中之陽離子單體之共聚物。
在另一具體實例中，該陽離子聚合物具有介於20莫耳百分率和50莫耳百分率間之陽電荷。
在另一具體實例中，該陽離子聚合物之劑量為有自約0.1ppm至約1000ppm之活性固體。
在另一具體實例中，該陽離子聚合物具有至少約5莫耳百分率之陽電荷。
在另一具體實例中，該陽離子聚合物具有100莫耳百分率之陽電荷。
在另一具體實例中，該陽離子聚合物具有約100,000至約10,000,000道耳吞之分子量。
在另一具體實例中，該兩性離子聚合物係由約1至約99莫耳百分率之N,N-二甲基-N-甲基丙烯醯胺基丙基-N-(3-磺丙基)銨鹽甜菜鹼以及約99至約1莫耳百分率之一或多種非離子性單體所構成。
圖1至圖3顯示三種可能的回洗水處理系統。
參照圖1，由介質過濾器或第一階段UF/MF系統獲得之回洗水被收集於回洗水收容器(1)中。該回洗水然後流經一導管，其中一或多種聚合物係以該管線內添加(3)方式添加。經處理的回洗水然後流進一浸於一槽(11)中的膜單元(6)。亦可將聚合物(10)添加於含有沈浸膜之槽(11)中。該沈浸膜可為超濾膜或微濾膜。視情況使後續的透過液(8)在之後流經一可為逆滲透膜或奈米過濾膜之額外膜(9)。
參照圖2，回洗水被收集於回洗水收容器(1)中。該回洗水然後流經一導管，其中一或多種聚合物係以該管線內添加(3)方式添加。經處理的回洗水後續流進一混合槽(2)中，其中以一混合裝置(7)使其混合，視情況將額外的聚合物(4)添加至該混合槽(2)中。經處理之回洗水然後行經預過濾器(5)或一淨化器(5)。經處理之回洗水然後流經一導管而進入一沈浸於一槽(11)中之膜單元(6)中。視情況將聚合物(10)添加於含有沈浸膜之槽(11)中。該沈浸膜可為超濾膜或微濾膜。視情況使後續的透過液(8)在之後流經一可為逆滲透膜或奈米過濾膜之額外膜(9)。
參照圖3，回洗水被收集於回洗水收容器(1)中。該回洗水然後流經一導管，其中一或多種聚合物係以該管線內添加(3)方式添加。經處理的回洗水後續流進一混合槽(2)中，其中以一混合裝置(7)使其混合，視情況將額外的聚合物(4)添加至該混合槽(2)中。經處理之回 洗水然後行經預過濾器(5)或一淨化器(5)。經處理之回洗水然後流經一導管而進入一不是含有微濾膜即是含有超濾膜之膜單元(6)中。視情況使後續的透過液(8)在之後流經一可為逆滲透膜或奈米過濾膜之額外膜(9)。依據熟習本項技術者所習知之各種目的收集所得之透過液。
在另一具體實例中，膜分離程序係選自由橫流膜分離程序；半終端流膜分離程序；以及終端流膜分離程序所構成之群組中。
以下實施例並不意圖限制所主張發明之範疇。
實施例
藉由測量濁度及針對經聚合物處理之回洗水試樣進行實際之膜過濾研究以探討膜效能。以靈敏度為0.06NTU(散射濁度單位)之Hach濁度計(Hach,Ames,IA)測量濁度，而膜過濾研究則在一終端過濾攪拌室(Millipore,Bedford,MA)中執行，其中膜面積為42cm2，攪拌速率為50rpm，穿膜壓力(TMP)為10psig，且UF膜為100,000道耳吞。
實施例1
在個別的罐子中，將增量的有機(陽離子和陰離子)聚合物、無機產物以及無機與有機產物之組合緩緩添加至回洗水試樣(由美國南部原水過濾廠獲得)中，並以磁石攪拌器混合約3分鐘。在經處理之固體於罐中沈降10分鐘後，測量其上清液之濁度。
由表1可明瞭用陽離子有機聚合物之濁度顯著地降低，但陽離子無機產物或無機產物與有機聚合物之摻混物則無降低現象。
實施例2
使用於實施例1中所說明的流程，將經產物A(核殼DMAEA.MCQ/AcAm)處理之回洗水直接經由UF膜過濾，且監測隨體積濃度因子(“VCF”)(亦即進料體積與阻留物體積之比率)改變之透過液流量。結果顯示於圖4中。圖4亦顯示經處理且隨後經預沈降之回洗水的過濾結果。
由圖1可知，在一給定之體積濃度因子下，其透過液流量較對照組高約為100%，而使經處理固體預沈降後，其透過液流量較對照組高過200%。
實施例3
使用於實施例1中所說明的流程，在使用UF膜進行過 濾前，以兩種不同劑量之產物B(DMAEA.MCQ/BCQ/AcAm)處理回洗水。結果顯示於圖5中。
由圖5可知，提高產物B之劑量可增加透過液流量，其中以625ppm之產物B進行處理後，其透過液流量較對照組高約100%，舉例而言，其VCF為1.3。
1‧‧‧收容器
2‧‧‧混合槽
3‧‧‧管線內添加
4‧‧‧聚合物
5‧‧‧預過濾器或淨化器
6‧‧‧膜單元
7‧‧‧混合裝置
8‧‧‧後續的透過液
9‧‧‧膜
10‧‧‧聚合物
11‧‧‧槽
圖1說明一種用於處理回洗水之一般性程序系統，其包括一微濾膜/超濾膜，其中該膜係沈浸於一槽中，以及一額外的膜用以進一步處理來自該微濾膜/超濾膜之透過液。
圖2說明一種用於處理回洗水之一般性程序系統，其包括一混合槽、一淨化器/預過濾器和一微濾膜/超濾膜，其中該膜係沈浸於一槽中，以及一額外的膜用以進一步處理來自該微濾膜/超濾膜之透過液。
圖3說明一種用於處理回洗水之一般性程序系統，其包括一混合槽、一淨化器/預過濾器和一微濾膜/超濾膜，其中該膜係位於一含有回洗水之給料槽之外部，以及一額外的膜用以進一步處理來自該微濾膜/超濾膜之透過液。
圖4顯示以產物A增加流量。
圖5顯示以產物B增加流量。
1‧‧‧收容器
3‧‧‧管線內添加
6‧‧‧膜單元
8‧‧‧後續的透過液
9‧‧‧膜
10‧‧‧聚合物
11‧‧‧槽

Claims (20)

  1. 一種藉由使用一膜分離程序而處理回洗水的方法，其包括以下步驟：a.將回洗水收集於一適合容納該回洗水的收容器中；b.以一或多種水溶性聚合物處理該回洗水，其中該水溶性聚合物係選自由兩性聚合物；陽離子聚合物，其中該電荷密度係由約5莫耳百分率至約100莫耳百分率；兩性離子聚合物；以及其組合所構成之群組中；c.視情況將該水溶性聚合物與該回洗水混合；d.使該經處理的回洗水通過一膜，其中該膜為超濾膜或微濾膜；以及e.視情況反沖洗該膜以將固體自膜表面移除。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中使該回洗水通過該膜的驅動力為正或負壓。
  3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該超濾膜具有範圍為0.003至0.1μm之孔徑。
  4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該微濾膜具有範圍為0.1至0.4μm之孔徑。
  5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該膜係沈浸於一槽中。
  6. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該膜係位於一含有該回洗水之給料槽之外部。
  7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該水溶性聚合物具有約2,000至約10,000,000道耳吞之分子量。
  8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該兩性聚合物係選自由丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷四級鹽/丙烯酸共聚物、二烯丙基二甲基氯化銨/丙烯酸共聚物、丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷鹽/N,N-二甲基-N-甲基丙烯醯胺基丙基-N-(3-磺丙基)銨鹽甜菜鹼共聚物、丙烯酸/N,N-二甲基-N-甲基丙烯醯胺基丙基-N-(3-磺丙基)銨鹽甜菜鹼共聚物、以及DMAEA.MCQ/丙烯酸/N,N-二甲基-N-甲基丙烯醯胺基丙基-N-(3-磺丙基)銨鹽甜菜鹼三聚物所組成之群組中。
  9. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中兩性聚合物之劑量為約1ppm至約2000ppm之活性固體。
  10. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該兩性聚合物具有約5,000至約2,000,000道耳吞之分子量。
  11. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該兩性聚合物具有約3.0：7.0至約9.8：0.2之陽離子電荷當量與陰離子電荷當量比例。
  12. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該陽離子型聚合物係選自由聚二烯丙基二甲基氯化銨；聚乙烯亞胺；聚表胺；以氨或乙二胺交聯之聚表胺；二氯乙烷和氨之縮合聚合物；三乙醇胺與松油脂肪酸之縮合聚合物；聚(甲基丙烯酸二甲胺基乙酯硫酸鹽)；以及聚(丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷四級鹽)所構成之群組中。
  13. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該陽離子聚合物為丙烯醯胺與一或多種選自由二烯丙基二甲基氯化銨；丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷四級鹽；甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲烷四級鹽；以及丙烯酸二甲胺基乙酯氯甲苯四級鹽所構成之群組中之陽離子單體之共聚物。
  14. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中陽離子聚合物之劑量為約0.1ppm至約1000ppm之活性固體。
  15. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中陽離子聚合物具有至少約5莫耳百分率之陽離子電荷。
  16. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中陽離子聚合物具有100莫耳百分率之陽離子電荷。
  17. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中陽離子聚合物具有約500,000至約10,000,000道耳吞之分子量。
  18. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該兩性離子聚合物係由約1至約99莫耳百分率之N,N-二甲基-N-甲基丙烯醯胺基丙基-N-(3-磺丙基)銨鹽甜菜鹼以及約99至約1莫耳百分率之一或多種非離子單體所構成。
  19. 根據申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括使該經聚合物處理後之回洗水在該回洗水通過該膜前通過一過濾器或一淨化器。
  20. 根據申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括使來自該膜之過濾液通過一額外的膜。
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