專利名稱：：用于減少微濾系統(tǒng)中結(jié)垢的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：由于各種原因，如用于冷卻系統(tǒng)，許多不同類型的制造過程都依賴于大量的水，或者產(chǎn)生大量的廢水，這些水需要進(jìn)行處理。這些行業(yè)包括，但不限于，農(nóng)業(yè)、石油、化工、制藥、礦業(yè)、金屬電鍍、紡織、酉隨、食品和飲料加工，以及半導(dǎo)體工業(yè)。對(duì)于它們排放的廢水中的污染物7K平，這些行業(yè)都受到嚴(yán)格的管制。此外，被引入設(shè)施中用于如冷卻塔中的水，是從各種7K源中汲取的，如河水，并且需要去除污染物和其他化合物，使它們不會(huì)導(dǎo)致結(jié)垢，另外也不會(huì)阻塞或損害工藝中使用的設(shè)備。當(dāng)前用于處理這些水的技術(shù)包括大型的沉淀池、澄清器以及包含大量聚合物添加劑的過濾系統(tǒng)。當(dāng)今用于去除溶解的有機(jī)物的生物水處理是眾所周知的，并在很多行業(yè)中廣泛應(yīng)用。該工藝包括微生物沉淀以便從水中分離微生物并M^最后排出水中的總懸浮固體(TSS)的量。沉淀步驟通常在澄清器單元中進(jìn)行。因此，生物處理工藝受制于對(duì)產(chǎn)生具有良好沉降性能的生物量的需求。膜成本與給定的通過膜的體積流量，或"通量"所需的膜面積直接相關(guān)。通量表示為升/小時(shí)/平方米(LMH)或加侖/力平方英尺(GFD)。典型的通量速率在大約10LMH至大約50LMH之間變化。這些相對(duì)低的通SI率主要是由于膜結(jié)垢并減緩了處理過程。在本領(lǐng)域中處理廢水以去除某些污染物是已知的。例如，美國專利號(hào)5,904,853披露了M利用化學(xué)混凝劑處理而去除金屬和某些非金屬污染物的方法。在美國專利6,428,705中，講授了用于從大量廢水中去除金屬以及其他無機(jī)和有機(jī)污染物的方法及其裝置，其中使用了具有特殊性質(zhì)和分子量的化學(xué)混凝劑。在美國專利6,926,832中釆用水溶性陽離子、兩性或兩性離子聚合物來調(diào)節(jié)膜生物反應(yīng)器中的混合液，從而減少了結(jié)垢并增加了ilil膜的水通量。但是，仍然存在對(duì)能夠減少微濾系統(tǒng)結(jié)垢，提供較小頻率的清洗和/或更換并能強(qiáng)化整體過濾工藝的有效且高效的方法的需要。
發(fā)明內(nèi)容找到了提高旨過濾系統(tǒng)效率和效果的方法，通過減少微濾系統(tǒng)的結(jié)坭，從而增加了它的滲透性并降低了需要清洗的頻率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在水處理系統(tǒng)的初期采用陽離子混凝劑來處理水，并混MS絮凝污染物，從而導(dǎo)致微濾系統(tǒng)結(jié)垢的減少，導(dǎo)致通量增加，微濾膜表面上的膠體和粒狀固體以及溶解的有機(jī)物的沉積減少，從而降低了膜清洗和最終更換的頻率和周期。體現(xiàn)本發(fā)明新穎性的各種特征用附屬于并構(gòu)成本公開內(nèi)容一部分的權(quán)利要求中的技術(shù)特征來指出。為了更好地理解本發(fā)明，通過它的使用而獲得的其操作優(yōu)點(diǎn)以及益處，參見附圖及描述性內(nèi)容。附圖是為了顯示本發(fā)明的實(shí)施例。這些圖并不意圖顯示對(duì)本發(fā)明可以被制造和使用的所有方法的限定。當(dāng)然可以對(duì)本發(fā)明的各個(gè)組成部，行改變或替換。本發(fā)明還具備所述元件的替代組合和子系統(tǒng)，以及f頓它們的方法。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種工藝的示意圖；及[(X)12]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。具體實(shí)施例方式雖然本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明技術(shù)范圍的情況下，與本發(fā)明相關(guān)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)@些實(shí)施方案進(jìn)行各種改變或替換。因此，本發(fā)明的技術(shù)范圍不僅包括上述那些實(shí)施方案，還包括所有落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施方案。象在這里貫穿整個(gè)說明書和權(quán)利要求所使用的，在不導(dǎo)致與其相關(guān)的基本功能改變的情況下，近似性語言可用于修飾倒可容許變化的定量描述。因此，由一個(gè)術(shù)語或多個(gè)術(shù)語，如"大約"修飾的數(shù)值，并不僅限于指定的確切數(shù)值。至少在某些瞎況下，該近似性語言可育樹應(yīng)于測(cè)量該數(shù)值的儀器的精度。范圍限定可以合并和/或互換，并且這種范圍是確定的且包括此處包含的所有子區(qū)間，除非上下文或文字另外指出。除了在操作實(shí)施例中或另有說明，說明書和權(quán)利要求中使用的涉及組分量、反應(yīng)條件等的所有數(shù)字或描述在任何情況下都被理解為由術(shù)語"大約"修飾。如此處所使用的，術(shù)語"包含"、"含有"、"包括"、"涵蓋"、"具有"、"擁有"或其任何其他變形是為了涵蓋非排他性包含物。例如，包含一系列要素的工藝、方法、物品或裝置并不一定僅限于那些要素，而是還可能包括沒有明確列A^并非該工藝、方法、物品或裝置固有的其他要素。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及用于減少水處理工藝中使用的微濾系統(tǒng)的結(jié)垢的方法。在運(yùn)行中，待處理水從其源頭收集或獲得，并在其被引入原水(rawwater)池或存儲(chǔ)槽之前接受陽離子混凝劑處理。如圖1所示，它是現(xiàn)有技術(shù)工藝的框圖，水從進(jìn)口水源100出發(fā)，進(jìn)入原7jC池110或其他存儲(chǔ)槽。水被保存在該池中，以便使固體和污染物沉淀。此后，水從原水池110出發(fā)，并分為兩股物流，其中一股SA微濾系統(tǒng)120，在那里被過濾并隨后作為處理水130收集。離開存儲(chǔ)槽110的第二股水物流，在被引入澄清器150之前用混凝劑140處理，然后itA冷卻塔160，或其他預(yù)定的用途。在一個(gè)可選實(shí)施方案中，第二股7K物流用混凝劑140處理然后直翻^^用，如冷卻塔，而沒有被引入澄清器°該已知工藝與本發(fā)明要求的工藝的一個(gè)實(shí)施方案的不同在于獲得的水構(gòu)成進(jìn)口水源200并在進(jìn)入原7K池220之前立即用混凝劑210處理。該處理工藝的其余部分與工業(yè)上已知的工藝相似。原水池220中的水繼續(xù)前進(jìn)并分為兩股水物流，其中一股在進(jìn)行功能性應(yīng)用或使用點(diǎn)，如在冷卻塔270中之前用第二混凝劑250處理。這働流可以在ia^頓點(diǎn)，如^*卩±荅之前被引入澄清器260中。來自原7K池220的第二股7K物流，；SA微濾系統(tǒng)230然后作為經(jīng)處理的水240。在現(xiàn)有的工藝中，在水處理工藝中使用水溶性混凝劑或絮凝劑并不是通常的佔(zhàn)好去，除與瞎水已經(jīng)通過了微濾系統(tǒng)之后，或如圖1所示，在不通過微濾系統(tǒng)的物流中。這是因?yàn)榧航?jīng)公知的事實(shí)是這種混凝劑的使用實(shí)際上增加了微濾系統(tǒng)和其他膜的結(jié)垢，并導(dǎo)致膜或微濾系統(tǒng)通量的急劇下降。在一個(gè)可選實(shí)施方案中，過濾系統(tǒng)是超濾系統(tǒng)，而不是微濾系統(tǒng)。然而，劍門己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過4頓陽離子混凝劑，特別是那些有機(jī)和無機(jī)陽離子聚合物的共混物，微濾系統(tǒng)運(yùn)行更有效并以高達(dá)大約95%的水平降低了清洗該微濾系統(tǒng)所需的次數(shù)。通過在工藝的微濾，濾系^t前弓l入混凝劑還發(fā)現(xiàn)了其他好處。特別是，l7K的脫色更好、改善了濁度去除、鋁攜帶量少以及劑量需求低。進(jìn)料或進(jìn)水可以來自多種可能物；一對(duì)列子包括但不限于河流、池塘和工業(yè)廢水。進(jìn)水被引入存儲(chǔ)裝置或槽，例如但不限于原水池，在那里它被存儲(chǔ)不同的時(shí)間量，這取決于工藝條件和裝置。陽離子混凝劑可以是許多可用混凝劑之一。特別是，發(fā)現(xiàn)陽離子聚合物是有效的。陽離子聚合物是指具有整體正電荷的聚合物。本發(fā)明的陽離子聚合物包括由陽離子和非離子型單體組成的聚合物。本發(fā)明的陽離子聚合物包括但不限于，溶液聚合物、乳液聚合物和分散體聚合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中發(fā)現(xiàn)無機(jī)和有機(jī)陽離子聚合物的共混物是有用的，例如KlaraidCKP1348(GEBetzCanada,Inc.,Mississauga^Ontario,Canada(加拿大貝茨通用電氣股份有限公司，米西索加，安大略省，加拿大))。對(duì)于那些作為有機(jī)和無機(jī)聚合物共混物的陽離子聚合物來說，該共混物包括大約10%至大約50%的有機(jī)聚合物，且在一個(gè)可選實(shí)施方案中，包括大約15%至大約25%的有機(jī)物質(zhì)。無機(jī)聚合物包括，例如，聚合氯化鋁，且有機(jī)聚合物包括，例如，丹寧酸。這種特定產(chǎn)品的高電荷密度導(dǎo)致了水處理系統(tǒng)中無機(jī)和有機(jī)膠體、油性固體以及造成7色度的污染物的顯著去除。在另一個(gè)實(shí)施方案中該陽離子混凝劑是有機(jī)聚合物的共混物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在原水池或存儲(chǔ)+曹之前添加混凝劑，該初始混凝齊訴噍二混凝劑是相同的，第二混凝齊贓原zK池赫儲(chǔ)槽之后添加。在一些實(shí)施方案中，在澄清器之前添加該第二混凝劑。在一個(gè)可選實(shí)施方案中，初始混凝劑不同于第二混凝劑。初始混凝劑添加量為大約20至大約120ppm。如上所述，在工藝中使用初始混凝劑還獲得了額外的好處。由于添加了初始陽離子混凝劑，被處理水的色度大幅下降，色度去除大約80%至大約100%,最好是出現(xiàn)去除率大約94%至大約100%。添加初始陽離子混凝劑還對(duì)進(jìn)水的濁度具有有利影響。初始陽離子混凝劑的加入將濁度水平降低到了初始值的大約2%至大約1(^，初始值的大約3%至大約7%。從本實(shí)施方案獲得的另一個(gè)益處是有限的鋁攜帶量，其量小于大約0.3ppm至小于大約O.lppm。可以通過參考以下實(shí)施例來更好地理解上述內(nèi)容，這些實(shí)施例是為了說明本發(fā)明而進(jìn)行的描述，并不是為了限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例來自河流的原水被收集并測(cè)量濁度、色度、總有機(jī)碳(TOC)和鋁攜帶量，對(duì)比具有變化齊糧的兩種不同陽離子混凝劑，聚合氯化鋁(PAC)和KlaraidCDP1348(GEBetzCanadaInc.，Mississaug^Ontario,Canada)的相同的7乂。結(jié)果顯示在下面的表格中。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>KlaraidCDPl348表現(xiàn)出了最佳的^j本效果，包括最佳脫色，以及最低鋁攜帶量。如示，這個(gè)混凝劑的最佳劑量在比PAC低30至40X的7K平上。雖然本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)iM實(shí)施方皿行了描述，但在不脫離本發(fā)明技術(shù)范圍的情況下，與本發(fā)明相關(guān)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)@些實(shí)施例進(jìn)行各種改變或替換。因此，本發(fā)明的技術(shù)范圍不僅包括上述那些實(shí)施方案，還包括所有落入從屬權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施方案。權(quán)利要求1、用于減少微濾系統(tǒng)結(jié)垢的方法，包括向進(jìn)口水源中添加有效量的陽離子混凝劑，其中該陽離子混凝劑是有機(jī)和無機(jī)聚合物的共混物。2、根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在原水fet前添力條混凝劑。3、根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中在原7KM^后添加另外的混凝劑。4、根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中無機(jī)和有機(jī)陽離子聚合物的共混物包括大約10%至大約50%的有豐幾聚合物。5、根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中無機(jī)和有機(jī)陽離子聚合物的共混物包括大約15%至大約25%'的有機(jī)聚合物。6、根據(jù)權(quán)禾腰求5的方法，其中陽離子撤疑齊啲添加量是大約20至大約120ppm。7、根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中在添加陽離子混凝劑后水的濁度降低了大約85%至大約99%。8、根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中濁度值為大約1.5至大約2.5NTU。9、根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該微濾系統(tǒng)包括超濾系統(tǒng)。10、用于M^、微濾系統(tǒng)結(jié)垢的方法，包括1^下步驟a)從源抽取待處理的進(jìn)水；b)在放置在原水池或存儲(chǔ)槽中之前，向被處理的水中添加有效量的包含無機(jī)和有機(jī)聚合物的共混物的初始陽離子混凝劑；以及c)將來自該存儲(chǔ)槽或池的水分成兩股物流，一股進(jìn)入微濾系統(tǒng)，且一股進(jìn)A/(OT點(diǎn)。11、根據(jù)權(quán)利要求io的方法，其中aA使用點(diǎn)的7k物流在沉淀te后用第二陽離子混凝劑處理。12、根據(jù)權(quán)禾腰求ll的方法，其中該第二陽離子混凝劑與初始陽離子混凝劑相同。13、根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該初始和第二陽離子混凝劑是無機(jī)和有機(jī)陽離子聚合物的共混物。14、根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中濁度7乂平下降至初始{|^平的大約2%至大約10%。15、根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中^A使用點(diǎn)的物流首先通迚澄清器。16、用于;i!^微濾系統(tǒng)結(jié)垢的方法，包括向進(jìn)口水源中添加有效量的陽離子混凝劑，其中該陽離子混凝劑包括有機(jī)聚合物。全文摘要找到了提高整個(gè)過濾系統(tǒng)效率和效果的方法，減少了微濾系統(tǒng)的結(jié)垢，從而增加了它的滲透性并減少了需要清洗的頻率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在水處理系統(tǒng)的初期采用陽離子混凝劑來處理水，并混凝及絮凝污染物，從而減少了微濾系統(tǒng)的結(jié)垢，增加了通量，減少了微濾膜表面上的膠體和粒狀固體以及溶解的有機(jī)物的沉積，在這一點(diǎn)上降低了膜清洗和最終更換的頻率和周期。文檔編號(hào)C02F1/52GK101668708SQ200880011869公開日2010年3月10日申請(qǐng)日期2008年2月26日優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日發(fā)明者J·M·梅爾尼克,R·D·弗里內(nèi)特,S·M·麥卡倫申請(qǐng)人:通用電氣公司