TW201834737A - 逆滲透處理方法以及裝置 - Google Patents
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Abstract
原水係自配管(1)供給至熱交換器(2)，經加熱後，自配管(3)供給至以蒸氣為熱源之熱交換器(4)，進一步經加熱後，再供給至RO裝置(6)。RO裝置(6)之透過水係自配管(7)作為處理水取出，濃縮水係往向配管(8)流出，並作為熱泵(10)之熱源流體流通至該熱泵(10)之蒸發器(11)。熱交換器(2)之熱源流體流路中，循環流通有由熱泵(10)之冷凝器(13)加熱之媒體水。
Description
[0001] 本發明有關一種使用逆滲透膜裝置將水處理的逆滲透處理方法，尤其是一種將對於逆滲透膜裝置之給水以熱泵予以加熱的逆滲透處理方法以及裝置。
[0002] 有關逆滲透膜裝置(以下，有稱之為RO裝置之情形)，由於必須維持處理水量(導因於水之黏度降低之通量上升、導因於二氧化矽飽和溶解度上升之回收率提高)之故，乃將給水溫度加溫於25℃左右。此一給水之加熱，乃使用蒸氣、溫水、電熱器等，將會消耗能源。 [0003] 日本特開2012-91118號公報之申請專利範圍第7項，曾記載將RO裝置之給水利用熱泵加熱至23～25℃，然同案號公報中並未具體記載熱泵之熱源。 [先前技術文獻] [專利文獻] [0004] [專利文獻1] 日本特開2012-91118號公報 [0005] 將RO裝置之給水利用蒸氣、溫水、電熱器等加熱之情況下，加熱成本高。又，投入於給水加熱之能源係與濃縮水一起廢棄，成為能源損失。 [0006] 雖可將原水與濃縮水熱交換，而將濃縮水排熱回收，然因溫度差小之故，有必要增大熱交換器之傳熱面積，以致熱交換器費用增高。又，由於溫度差有其必要，因此將加熱部份全量回收不可能。 [0007] 將不同設備(冷凍機、壓縮機等)之排熱設為熱源之情況下，與RO裝置之配管將會變長，以致工事費用提高。又，還有運轉之時序不能配合的情形。 [0008] RO裝置之給水以熱泵加熱的情形下，熱泵之熱源可考慮採用RO裝置之濃縮水(以下，或稱為RO濃縮水)或處理水。然而，RO濃縮水因積垢成分(例如二氧化矽、鈣等之硬度成分)濃度與其他鹽類濃度、有機物濃度偏高之故，在熱泵之蒸發器等易於產生積垢、黏泥等之汙垢。
[發明解決之課題] [0009] 本發明之目的為藉由將利用以RO濃縮水作為熱源之熱泵來加熱針對RO裝置之給水，而降低加熱成本。又，本發明於其一個方式中，其目的為防止或抑制此熱泵之蒸發器及RO裝置等之積垢、黏泥等。 [用以解決課題之手段] [0010] 本發明之逆滲透處理方法，係將原水以熱泵加熱後，利用逆滲透膜裝置進行膜分離處理，其中作為該熱泵之熱源流體的至少一部分，使用該逆滲透膜裝置之濃縮水。 [0011] 本發明之一個方式中，係以上述熱泵之蒸發器之熱源流體出口的濃縮水之二氧化矽濃度未達二氧化矽積垢析出濃度及/或朗傑利亞指數(Langelier's index)成為0以下的方式，調整上述逆滲透膜裝置之回收率及上述原水之溫度的至少一者。 [0012] 本發明之一個方式中，上述原水係設為特定pH以上之鹼性，或設為特定pH以下之酸性。 [0013] 本發明之一個方式中，係於上述原水中添加積垢防止劑及/或黏泥防止劑。 [0014] 本發明之逆滲透處理裝置，係將原水以熱泵加熱後，利用逆滲透膜裝置進行膜分離處理，其中作為該熱泵之熱源流體的至少一部分，具備將該逆滲透膜裝置之濃縮水流通之通水路。 [發明之效果] [0015] 根據本發明，藉由利用以RO濃縮水為熱源之熱泵加熱對於RO裝置之給水，可降低加熱成本。又，藉由以RO濃縮水為熱源，可以僅在RO裝置附近之配管工事等來構成本發明裝置。 [0016] 藉由使用熱泵，可增大與原水之溫度差，以小的傳熱面積即可作熱回收。 [0017] 根據本發明之一個方式，基於二氧化矽濃度與鹽類濃度高等之理由而難以作為熱泵之熱源利用的水質之RO濃縮水，可直接作為熱泵熱源利用。
[0019] 以下，參照第1圖針對本發明之實施方式進行說明。 [0020] 經RO處理之原水係自配管1供給至熱交換器2，經加熱後，自配管3供給至熱交換器4，進一步經加熱後，再供給至RO裝置6。RO裝置6之透過水係自配管7作為處理水取出，濃縮水係往向配管8流出，並作為熱泵10之熱源流體流通至該熱泵10之蒸發器11。 [0021] 熱交換器2之熱源流體流路中，循環流通有由熱泵10之冷凝器13加熱之媒體水(作為傳熱媒體之水)。 [0022] 熱泵10在構成上係將來自蒸發器11之氟氯碳化合物替代品等之熱媒體以壓縮機12壓縮並導入冷凝器13，來自冷凝器13之熱媒體係經由膨脹閥14導入至蒸發器11。 [0023] 冷凝器13中經由配管15及泵17被導入來自熱交換器2之媒體水，由冷凝器13加熱之媒體水係經由配管16送至熱交換器2。 [0024] 蒸發器11之熱源流體流路中，自配管8被導入RO裝置6之濃縮水。由熱交換降溫之濃縮水，係經由配管9排出。 [0025] 熱交換器4之熱源流體流路中，係被供給蒸氣。 [0026] RO裝置6之濃縮水之積垢成分濃度與有機物濃度較原水為高，因此熱泵10之蒸發器11與配管8、9處積垢與黏泥發生之懸念偏高，因此有予以防止或抑制(以下稱為防止)之必要。又，RO裝置6中亦然，有防止積垢與黏泥發生之必要。 [0027] 是以，於此實施方式中，為了防止蒸發器11、RO裝置6、配管8、9之積垢、黏泥，乃進行以下之i)、ii)或iii)之對策。 [0028] i) 以流過蒸發器11之熱源流體出口11a的濃縮水之二氧化矽濃度不超過二氧化矽積垢析出濃度的方式，及/或朗傑利亞指數成為0以下的方式，調整RO回收率及原水溫度之一者或兩者。 [0029] 亦即，以[熱泵蒸發器出口11a之二氧化矽濃度]較[二氧化矽飽和溶解度]為低的方式，及/或[熱泵蒸發器出口11a之朗傑利亞指數]成為[0以下]的方式，進行將RO回收率降低、及提高原水溫度之一者或二者。 [0030] RO濃縮水及蒸發器出口之朗傑利亞指數(LSI)，一般係以下式(1)求得。式(1)中，pH係濃縮水或蒸發器出口之pH值。pHs係濃縮水或蒸發器中碳酸鈣處於既不溶解也不析出之平衡狀態時的理論上之pH值，可由下式(2)求得。(2) 式(2)中，A值係根據蒸發殘留物濃度所決定之補正值。蒸發殘留物濃度由於與導電率有所相關，因此可使用特定之換算式自導電率求取蒸發殘留物濃度。B值係根據水溫所決定之補正值。C值係根據鈣硬度所決定之補正值。D值係根據總鹼度所決定之補正值。 [0031] 可將RO透過水之一部分添加於RO濃縮水，而形成為適於流通至熱泵蒸發器之水質。亦即，將RO透過水之一部分添加至RO濃縮水亦包含於「降低回收率」。 [0032] 如是，藉由降低回收率或提高原水溫度，可將RO濃縮水中之二氧化矽濃度與朗傑利亞指數設為積垢非發生條件。例如，藉由將23～25℃之濃縮水中之二氧化矽濃度設為100～120 ppm以下，可防止二氧化矽積垢。 [0033] ii) 以RO裝置6及熱泵蒸發器11處不析出二氧化矽積垢的方式調整原水之pH。具體而言，於原水之Ca硬度為5 mg/L以下之條件下，將pH設為9以上(例如，9～11)。或是，將原水之pH設為6以下(例如，4～6)。藉由以高pH將二氧化矽離子化，可抑制凝膠化，而抑制積垢析出。又，藉由將原水設為低pH，可降低二氧化矽之析出速度而抑制二氧化矽積垢。 [0034] iii) 為使RO裝置6及熱泵蒸發器11處不析出積垢、黏泥，乃於原水中添加藥品(積垢防止劑與黏泥防止劑等)。作為積垢防止劑與黏泥防止劑，並無特別限制，可使用各種產品。 [0035] 為了將朗傑利亞指數設為0以下，可將原水之pH設為6以下(例如，4～6)，或是，於RO膜之前段設置軟水器而除去硬度成分。又，也可將鈣積垢用之積垢防止劑添加於原水中，此一情況下，朗傑利亞指數超過0也可。例如，雖與積垢防止劑之性能有關，藉由利用有機高分子積垢防止劑，將可控制朗傑利亞指數使其為0.5以下。 [0036] 作為原水，可例示的是工業用水(河川水、湖沼水等)、地下水、自來水、各種排水之處理水等，然不受此限定。 [0037] 根據第1圖之系統，將井水(18℃)加熱於25℃並以20 m3
/h作RO處理，再將透過水以25℃、14 m3
/h、將濃縮水以25℃、6 m3
/h作膜分離，而將熱泵以COP(成績係數)5運轉之情況下，如第1圖所示以設置熱泵10及熱交換器2、4、將蒸發器出口11a之濃縮水溫度設為20℃為條件而使系統運轉時之熱交換器4的蒸氣使用量，將相當於101.8 kW。 [0038] 於本發明之具備熱泵之逆滲透膜裝置中，係可於RO膜之入口與出口、蒸發器之熱源流體入口與出口之一部分或全部，設置二氧化矽與硬度成分(或朗傑利亞指數)、水溫等之測定機器(感測器或算出單元等)，基於該機器之測定值，設置將RO膜之回收率、pH調整(酸或鹼之添加機構之控制)、藥品添加(積垢防止劑與黏泥防止劑之添加機構)的一部分或全部自動控制之控制單元，而將裝置整體設計為可自動運轉。藉由在熱源流體出口設置上述測定機器而控制RO膜之運轉條件，將可使具備熱泵之逆滲透膜裝置整體安定地運轉。 [0039] 另一方面，第1圖之系統中，未設置熱交換器2及熱泵10之情況下，同條件下RO處理時之熱交換器4的蒸氣使用量相當於162.8 kW。 [0040] 上述實施方式為本發明之一例，本發明也可形成為圖示以外之方式。 [0041] 本發明雖以特定之方式詳細說明如上，但此業界當可自明的是，在不脫離本發明之意圖與範圍內尚可作各種各樣之變更。 本申請案係以2017年3月16日申請之日本特許出願2017-051091號為基礎，其全部內容可藉由引用而於此援用。
[0042]
2、4‧‧‧熱交換器
6‧‧‧RO裝置
10‧‧‧熱泵
11‧‧‧蒸發器
12‧‧‧壓縮機
13‧‧‧冷凝器
14‧‧‧膨脹閥
[0018] 第1圖為本發明實施方式之逆滲透處理裝置的方塊圖。
Claims (5)
- 一種逆滲透處理方法，係將原水以熱泵加熱後，利用逆滲透膜裝置進行膜分離處理，其特徵在於： 作為該熱泵之熱源流體的至少一部分，使用該逆滲透膜裝置之濃縮水。
- 如申請專利範圍第1項之逆滲透處理方法，其中係以上述熱泵之蒸發器之熱源流體出口的濃縮水之二氧化矽濃度未達二氧化矽積垢析出濃度及/或朗傑利亞指數成為0以下的方式，調整上述逆滲透膜裝置之回收率及上述原水之溫度的至少一者。
- 如申請專利範圍第1或2項之逆滲透處理方法，其中上述原水係設為特定pH以上之鹼性，或設為特定pH以下之酸性。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之逆滲透處理方法，其中係於上述原水中添加積垢防止劑及/或黏泥防止劑。
- 一種逆滲透處理裝置，係將原水以熱泵加熱後，利用逆滲透膜裝置進行膜分離處理，其特徵在於： 作為該熱泵之熱源流體的至少一部分，具備將該逆滲透膜裝置之濃縮水流通之通水路。
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