Способ очистки технологической воды

Способ очистки технологической воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу очистки побочного продукта-воды с получением воды, используемой для различных целей, которая получается в результате очистки побочного продукта-воды, получаемой в процессе синтеза жидких углеводородов из газообразного оксида углерода и газообразного водорода по реакции Фишера-Тропша и т.д.

Предпосылки создания изобретения

Реакция Фишера-Тропша (синтез) известна как способ синтезирования жидкой углеводородной смеси из синтез-газа, содержащего оксид углерода и водород, на основе каталитической реакции, и он также обозначается сокращением ФТ (“FT”)-способ.

Согласно ФТ-способу, например, такой твердый материал, как уголь, древесное топливо, биомасса и углеродсодержащие отходы, или газообразный материал, такой как природный газ, частично сжигают или обрабатывают паром с получением синтез-газа (СО, Н₂), который преобразуется в жидкий углеводород с использованием железного или кобальтового катализаторов по реакции ФТ.

Обычно по причине дешевого нефтяного топлива, которое производится в огромном количестве, использование ФТ-способа не является широко общераспространенным. Однако жидкое топливо, получаемое ФТ-способом, например дизельное топливо или топливо для ракетных двигателей, имеет низкое содержание серы и имеет незначительное воздействие на окружающую среду, таким образом, значение указанного способа сейчас переоценивается. Кроме того, для использования природного газа из богатого месторождения в качестве альтернативы нефтяному топливу необходимо превращать природный газ в сжиженный углеводород на основе ФТ-способа. Кроме того, при использовании сжиженного углеводорода, получаемого из природного газа, в качестве исходных материалов, может быть также получен продукт, который эквивалентен продуктам, получаемым из нефтяного топлива. Таким образом превращение в сжиженный углеводород может расширить использование природного газа, запасы которого в природе значительны.

Кроме того, при сжижении природного газа по ФТ-способу он может храниться и транспортироваться в виде жидкости при комнатной температуре, исключая необходимость получать природный газ в жидком состоянии путем охлаждения до чрезвычайно низкой температуры, с использованием традиционного способа.

Газ метан, который входит в гидрат метана и привлекает в настоящее время большое внимание, также может сжижаться на основе ФТ-способа.

Между тем, хотя потребность в воде является выше, чем когда-либо, благодаря увеличению роста мировой популяции, индустриализации третьего мира, увеличенному производству биоэтанола и т.п., источники воды являются географически локализованными из-за глобального потепления. Как результат, дефицит воды становится более серьезной проблемой. Для решения данной проблемы теперь требуется технологическая разработка, качественно улучшающая очищенную воду, получаемую из дренажной воды, и улучшающая коэффициент ее извлечения и т.д.

Химическая реакция на основе ФТ-способа может быть описана следующим образом:

(2n+1)H₂+nCO → C_nH_2n+2+nH₂O

Таким образом, согласно ФТ-способу вода получается как побочный продукт-вода вместе с углеводородами из газообразного водорода и газообразного оксида углерода (т.е. побочный продукт-вода Фишера-Тропша). По количеству ее получается больше, чем сжиженных углеводородов.

Смесь, содержащая указанный побочный продукт-воду Фишера-Тропша и углеводороды, сепарируется на газ (газообразные углеводороды), нефть (жидкие углеводороды) и побочный продукт-воду при использовании трехфазного сепаратора или установки коалесценции и т.д. Сепарированные таким образом сжиженные углеводороды используются в качестве альтернативы для нефтяного топлива.

В оставшемся побочном продукте-воде присутствуют неудаленные углеводороды в плавающем состоянии, углеводороды, растворенные в воде, и металлы, от катализатора, и т.д. как примеси.

Определение терминов

В техническом описании настоящего изобретения углеводороды, которые являются включенными в неочищенный побочный продукт-воду, как описано выше, определяются в соответствие с четырьмя отдельными категориями. На основе таких категорий более подробное описание дается далее.

Термин «углеводородсодержащее органическое вещество» указывает каждое органическое вещество, которое включено в неочищенный побочный продукт-воду.

Термин «углеводород» обозначает органическое вещество, которое остается в плавающем состоянии (т.е. нефть), когда не полностью удалено сепаратором, т.е. смесь, содержащая алифатические/ароматические/алициклические углеводороды и малорастворимые в воде и кислородсодержащие углеводороды. Его примеры включают в себя гексан, бензол, фенол, бензальдегид и т.п.

Термин «(некислотный кислород) содержащий углеводород» обозначает углеводород, который является водорастворимым и содержит кислород, который является некислотным. Его примеры включают в себя метанол, этанол, ацетон, формальдегид и т.п.

Термин «(кислотный кислород) содержащий углеводород» означает карбоновые кислоты, которые являются водорастворимыми и кислотными. Его примеры включают в себя муравьиную кислоту, уксусную кислоту, пропионовую кислоту и т.п.

Между тем, имеются два варианта реакции Фишера-Тропша, т.е. реакция выполняется при низкой температуре или при высокой температуре. Для низкотемпературной реакции может быть использован кобальтовый или железный катализаторы. Для высокотемпературной реакции используется железный катализатор. Благодаря указанным конкретным вариантам реакции Фишера-Тропша, включающим использование различных способов, компоненты в побочном продукте-воде отличаются друг от друга.

Побочный продукт-вода, описанный выше, загрязняет окружающую среду при его сбрасывании, и, принимая во внимание, что эффективное использование побочного продукта-воды не требуется, вода очищается и затем утилизируется как сбросовая вода или повторно используется в промышленности и т.д.

В качестве водоочистки (т.е. очистки) побочного продукта-воды, например, было предложено несколько способов, включая способ многостадийной дистилляции, микрофильтрации, ультрафильтрации, мембранной сепарации на основе обратноосмотической мембраны и т.д. См., например, патентный документ 1 и патентный документ 2.

Согласно указанным способам дистилляция выполняется как первичная очистка многостадийной очистки. Как результат могут быть удалены не только «углеводороды», но также большая часть «(некислотный кислород) содержащих углеводородов».

Кроме того, чрезвычайно малое количество вышеописанных двух органических веществ и «(кислотный кислород) содержащие углеводороды» удаляются мембранной сепарацией.

Кроме того, существует способ, по которому при использовании синтез-газа, содержащего оксид углерода и водород, как описано выше, синтезируют простой диметиловый эфир (ДМЭ) и используют его в качестве дизельного топлива и т.д.

Побочный продукт-вода также образуется в результате способа синтеза ДМЭ, использующего синтез-газ, и он должен быть очищен таким же образом, как описанный выше побочный продукт-вода.

Патентный документ 1: Японская опубликованная РСТ-заявка № 2006-514579

Патентный документ 2: Японская опубликованная РСТ-заявка № 2006-534469

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Между тем, когда водоочистка выполняется на основе сепарации микрофильтрационной мембраной, сепарации ультрафильтрационной мембраной, сепарации полупроницаемой мембраной и т.п., она наиболее часто выполняется в варианте с поперечным потоком. Таким образом, получаются вода-пермеат, которая проникает через мембрану и не содержит примеси, и концентрированная вода, которая не проникает через мембрану и содержит количество примесей в высокой концентрации.

В данном случае, когда коэффициент извлечения составляет, например, 70% для мембранной сепарации, т.е. для случая, в котором очищенная вода, полученная после дистилляции, сепарируется одно- или мультистадийной очисткой мембранной сепарацией, когда конечная вода-пермеат составляет 70%, образуется 30% концентрированной воды.

Обычно такие 30% концентрированной воды не могут быть использованы в качестве промышленной воды и т.д., как есть. Даже когда она отводится, она не является полностью очищенной. Следовательно, требуется отдельная водоочистка указанной концентрированной воды.

Настоящее изобретение, которое разработано ввиду вышеуказанных обстоятельств, предусматривает способ очистки, который может быть использован для эффективной очистки концентрированной воды, при использовании мембранной сепарации.

Для достижения вышеописанной цели изобретения способ очистки побочного продукта-воды, как описано в п.1 формулы изобретения, относится к способу очистки побочного продукта-воды, который образуется в процессе синтеза ожиженной углеводородной смеси из газообразного оксида углерода и газообразного водорода, отличающемуся тем, что он включает следующие стадии:

выполнение дистилляционной очистки побочного продукта-воды с получением первично очищенной воды,

сепарирование первично очищенной воды на очищенную воду и концентрированную воду при использовании полупроницаемой мембраны,

при наличии концентрированной воды в качестве вторично очищенной воды выполнение биоочистки, по меньшей мере, части вторично очищенной воды, а также получение очищенной воды в результате сепарации твердое вещество-жидкость биоочистки в качестве воды третьей очистки, и

транспортирование, по меньшей мере, части воды третьей очистки к первично очищенной воде для выполнения снова сепарации полупроницаемой мембраной.

Согласно изобретению, описанному в п.1 формулы изобретения, после удаления большей части «углеводородсодержащего органического вещества», содержащегося в побочном продукте-воде, дистилляцией выполняется очистка сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны с получением пермеата-воды (т.е. очищенной воды), которая может быть использована в качестве промышленной воды, оросительной воды, питьевой воды и т.п.

Кроме того, после биоочистки концентрированной воды, которая образуется от очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны после дистилляции, может быть снижена концентрация «углеводородсодержащего органического вещества». Между тем, в соответствии с биоочисткой бактериальные клетки всегда присутствуют в любых условиях, и в очищенной воде количество взвеси является высоким. Как описано выше, мембранная сепарация, такая как микрофильтрация или ультрафильтрация, может быть использована для сепарации твердое вещество-жидкость с удалением большей части взвеси.

Таким образом, для того, чтобы иметь воду третьей очистки, получаемую из концентрированной воды, необходимо снова проводить сепарацию с использованием полупроницаемой мембраны. Согласно настоящему изобретению концентрированная вода (т.е. рассол), которая образуется в процессе очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, подвергается обработке в мембранном биореакторе (МБР), и, по меньшей мере, часть ее снова подвергается очистке сепарацией с использованием полупроницаемой мембраной (т.е. способ транспортирования). В результате улучшается качество очищенной воды, которая высвобождается из всей системы. Кроме того, при наличии указанного способа транспортирования мелкая взвесь или растворенные соли могут быть удалены. Между тем, только 20% или около этого «(некислотный кислород) содержащего углеводорода», такого как метанол и т.п., удаляется очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, и поэтому «(некислотный кислород) содержащий углеводород», который не может быть полностью удален дистилляцией, трудно очищается сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны и даже проникает через мембрану. Однако согласно технологии настоящего изобретения вода, очищенная в мембранном биореакторе (МБР), который может очистить почти 100% метанола, транспортируется для сливания. Как результат, благодаря эффекту разбавления может быть снижена концентрация метанола в воде, очищенной с использованием полупроницаемой мембраны. Кроме того, т.к. органические вещества, которые обычно трудно разрушаются биоочисткой, повторно подвергаются биоочистке, и микроорганизмы, способные разрушать такое органическое вещество, могут «цвести», разрушение медленно промотируется. Кроме того, первично очищенная вода находится при высокой температуре и содержит много «(кислотный кислород) содержащих углеводородов», как описано выше, таким образом, ее рН является низким. Для эффективного выполнения сепарации с использованием полупроницаемой мембраны в качестве вторичной очистки температура должна быть снижена примерно до комнатной температуры и рН должен быть увеличен. Между тем, такая вода третьей очистки представляет собой воду, полученную после биоочистки, она обычно находится при комнатной температуре и имеет примерно нейтральный рН. В силу таких причин при транспортировании воды третьей очистки к первично очищенной воде может быть сэкономлена энергия или добавление щелочи, которое требуется для снижения температуры или нейтрализации рН.

Согласно реакции Фишера-Тропша неорганические компоненты, производные носителя катализатора, могут содержаться в дренажной воде, и иногда неорганические компоненты включают примеси накипи. В случае сепарации полупроницаемой мембраной в качестве вторичной очистки первично очищенная вода в качестве подаваемой воды постепенно концентрируется. Таким образом, когда концентрирование выполняется до уровня, который является выше приемлемой концентрации растворения компонента накипи, последний не будет растворяться и дополнительная мембранная сепарация может стать затруднительной. Другими словами, концентрация компонента накипи является ограничивающим фактором для коэффициента извлечения пермеата-воды (очищенной воды) по сравнению с подаваемой водой (первично очищенная вода) в очистке сепарацией полупроницаемой мембраной. Между тем, когда вода третьей очистки является водой, полученной после биоочистки, компонент накипи адсорбируется в отстое в процессе биоочистки. Таким образом, концентрация компонента накипи является ниже в очищенной воде (т.е. воде третьей очистки) по сравнению с подаваемой водой для биоочистки (т.е. вторично очищенной водой). Таким образом, при транспортировании воды третьей очистки к первично очищенной воде может быть снижена концентрация компонента накипи, а также может быть улучшен коэффициент извлечения сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (т.е. вторичной очистки).

В силу таких причин согласно настоящему изобретению вода третьей очистки, которая сепарируется на основе сепарации твердое вещество-жидкость в процессе биоочистки, транспортируется к первично очищенной воде, смешивается вместе и подвергается снова сепарации с использованием полупроницаемой мембраны.

Как результат, большая часть воды третьей очистки используется пермеат-водой, а часть становится снова концентрированной водой. Однако такая концентрированная вода подвергается повторной биоочистке, как описано выше, таким образом, концентрированная вода, которая образуется в процессе мембранной сепарации, может быть эффективно очищена.

Кроме того, в случае очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраной растворенные соли или небольшие органические вещества, имеющие низкую молекулярную массу, могут быть удалены, так что сепарированная очищенная вода может также использоваться как питьевая вода.

В данном случае, хотя вода третьей очистки транспортируется для смешения с первично очищенной водой и подвергается очистке сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, как описано выше, часть ее также подвергается очистке сепарацией с использованием другой полупроницаемой мембраны с использованием отдельного оборудования, в отличие от оборудования, используемого для описанной выше сепарации с использованием полупроницаемой мембраны.

Как результат не только описанная выше концентрированная вода может быть очищена до уровня, который требуется для промышленной воды, оросительной воды, питьевой воды и т.п., но также может быть снижена нагрузка на полупроницаемую мембрану в процессе очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, которая выполняется как вторичная очистка. Кроме того, при соответствующем выборе полупроницаемой мембраны, подходящей для различных требований к качеству воды, могут быть снижены производственные затраты и может быть сэкономлена энергия.

Хотя необходимо очищать концентрированную воду, которая образуется при указанной очистке сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, она может быть возвращена в побочный продукт-воду, упрощая, таким образом, рабочий процесс.

Способ очистки побочного продукта-воды, как описано в п.2 формулы изобретения, отличается тем, что, с точки зрения описанного в п.1 формулы изобретения, сепарация твердое вещество-жидкость выполняется на основе мембранной сепарации для вышеуказанной биоочистки.

Согласно изобретению, описанному в п.2 формулы изобретения, очищенная вода, которая включает в себя большое количество суспендированных твердых веществ, таких как бактериальные клетки и т.д., являющихся результатом биоочистки, подвергается сепарации твердое вещество-жидкость с использованием сепарационной мембраны. Таким образом, по сравнению с традиционной сепарацией твердое вещество-жидкость на основе обычного осаждения время очистки может быть сокращено, может использоваться малогабаритное оборудование и его стоимость может быть снижена. Кроме того, когда суспендированное твердое вещество удаляется с использованием сепарационной мембраны, могут быть улучшены фильтрационная характеристика и сепарационная характеристика очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (т.е. вторичной очистки).

Способ очистки побочного продукта-воды, описанный в п.3 формулы изобретения, отличается тем, что, с точки зрения способа по п.1 или 2 формулы изобретения, часть воды третьей очистки, полученной после биоочистки, но не транспортированной к первично очищенной воде, снова сепарируется на очищенную воду и концентрированную воду при использовании полупроницаемой мембраны, которая отличается от описанной выше полупроницаемой мембраны, с последующей сепарацией на очищенную воду и концентрированную воду при использовании любой из указанных полупроницаемых мембран и затем, по меньшей мере, часть полученной концентрированной воды транспортируется к побочному продукту-воде перед любой очисткой.

Способ очистки побочного продукта-воды, описанный в п.4 формулы изобретения, отличается тем, что, с точки зрения изобретения, описанного в любом из пп.1-3 формулы изобретения, после очистки воды третьей очистки очисткой активированным углем и/или выполнения ультрафильтрационной очистки вода третьей очистки снова сепарируется на очищенную воду и концентрированную воду при использовании полупроницаемой мембраны, которая отличается от описанной выше полупроницаемой мембраны.

Согласно изобретению, описанному в п.4 формулы изобретения, перед выполнением очистки с использованием полупроницаемой мембраны остаточные примеси удаляются очисткой активированным углем или ультрафильтрацией и/или микрофильтрацией с использованием размера ячейки больше, чем у полупроницаемой мембраны, так что снижается нагрузка на полупроницаемую мембрану и увеличивается ее срок службы и т.д. В результате может быть снижена общая стоимость.

Способ очистки побочного продукта-воды, описанный в п.5 формулы изобретения, отличается тем, что, с точки зрения изобретения, описанного в любом из пп.1-4, в качестве вышеописанной полупроницаемой мембраны и/или полупроницаемой мембраны, которая отличается от вышеописанной полупроницаемой мембраны, используется обратноосмотическая мембрана с низким засорением.

Согласно изобретению, описанному в п.5 формулы изобретения, поскольку полупроницаемой мембраной является обратноосмотическая мембрана с низким засорением, может быть предотвращено ухудшение характеристики полупроницаемой мембраны благодаря засорению.

Когда имеет место химическое засорение (т.е. химическое загрязнение), в котором органические вещества (углеводороды), растворенные в побочном продукте-воде, адсорбируются на поверхности мембраны, или биозасорение (т.е. биозагрязнение), в котором микроорганизмы, которые «цветут» как имеющие растворенные органические вещества в качестве их источника питательных веществ, адсорбируются на поверхности мембраны, имеется проблема в том, что ухудшается характеристика водопроницаемости и сепарационная характеристика полупроницаемой мембраны. С другой стороны, при использовании обратноосмотической мембраны с низким засорением такое ухудшение характеристик благодаря засорению может быть ингибировано.

ЭФФЕКТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению побочный продукт-вода, который получается в процессе получения жидких углеводородов из синтез-газа на основе традиционного способа, такого как ФТ-способ и т.д., может быть осветлен и очищен с низкой стоимостью.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлена технологическая схема, показывающая каждую стадию способа очистки побочного продукта-воды, который относится к варианту настоящего изобретения.

На фиг.2 представлена схема, показывающая состав элемента сепарации жидкости, использующего полупроницаемую мембрану в форме плоской мембраны, как использовано в настоящем изобретении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Здесь ниже будут описаны варианты настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

Согласно настоящему изобретению после сепарирования углеводородов и побочного продукта-воды друг от друга, где указанные углеводороды и побочный продукт-вода получаются по каталитической реакции синтез-газа на основе реакции Фишера-Тропша и т.д., сепарированный побочный продукт-вода осветляется и очищается до уровня, удовлетворяющего любому одному из качеств воды, которое не оказывает значительного влияния на окружающую среду, когда сепарированный побочный продукт-вода дренируется как таковой, качеству воды, которое является допустимым, чтобы ее использовать в качестве промышленной или оросительной воды, качеству воды, которое является допустимым, чтобы использовать воду в качестве питьевой воды.

Способ очистки побочного продукта-воды настоящего примера относится, как показано на технологической карте на фиг.1, к проведению дистилляционной очистки побочного продукта-воды, который сепарирован от продукта реакции, полученного при получении жидкой углеводородной смеси с использованием синтез-газа (1: первичная очистка), в результате чего получают первично очищенную воду. Затем при выполнении очистки сепарацией полупроницаемой мембраной первично очищенной воды в варианте с поперечным потоком (2: вторичная очистка) получают очищенную воду (пермеат-воду), которая может быть использована в качестве промышленной воды, оросительной воды или питьевой воды, и концентрированную воду в качестве вторично очищенной воды.

Далее, при выполнении аэробной очистки и/или анаэробной очистки в качестве биоочистки вторично очищенной воды (3: третья очистка), а также при выполнении сепарации твердое вещество-жидкость бактериальных клеток получают воду третьей очистки. Затем при очистке воды третьей очистки очисткой активированным углем и/или очистке мембранной сепарацией для удаления остаточных примесей ультрафильтрацией (4: четвертая очистка) получают воду четвертой очистки. Между тем, когда для очищенной воды не требуется уровень такого высокого качества, очистка активированным углем и/или очистка мембранной сепарацией при ультрафильтрации могут быть исключены. Кроме того, часть воды четвертой очистки транспортируется к первично очищенной воде, и выполняют сепарацию полупроницаемой мембраной 2 в качестве вышеуказанной вторичной очистки. Кроме того, также возможно, что вся вода четвертой очистки транспортируется к первично очищенной воде. Кроме того, когда четвертая очистка исключается, вся или часть воды третьей очистки транспортируется к первично очищенной воде.

Кроме того, для части воды четвертой очистки, которая не транспортируется, сепарацию полупроницаемой мембраной выполняют в варианте с поперечным потоком при использовании отдельного оборудования, от используемого для вышеописанной вторичной очистки (5: пятая очистка), и получают очищенную воду. Указанная очищенная вода и очищенная вода, получаемая от вторичной очистки воды, может быть отведена в реку, океан и т.д. Однако она может быть, предпочтительно, использована в качестве промышленной, оросительной, питьевой воды и т.д. Кроме того, предпочтительно, концентрированная вода, получаемая от пятой очистки, например, транспортируется к побочному продукту-воде, и со всеми вместе выполняют первичную очистку.

Кроме того, очистки, описанные выше, могут представлять собой периодическую очистку для каждой стадии или непрерывный способ очистки. Кроме того, когда каждая стадия осуществляется как непрерывная очистка, весь процесс способа очистки может осуществляться непрерывным образом.

Кроме того, коэффициент удаления ХПК (химическая потребность в кислороде) является подобным коэффициенту удаления «углеводородсодержащего органического вещества». В настоящем примере коэффициент удаления ХПК используется как коэффициент удаления «углеводородсодержащего органического вещества».

Когда выполняется дистилляционная очистка (1), может использоваться, например, дистилляционная колонна (т.е. ректификационная колонна), которая хорошо известна в нефтехимической промышленности. Например, когда осуществляется непрерывная дистилляция, побочный продукт-вода, который выпаривается горячим паром, вводится в средний уровень дистилляционной колонны, и тогда дистиллят, содержащий большое количество «углеводородов» и «(некислотный кислород) содержащих углеводородов», может быть получен как летучий компонент, который получается в верхней зоне. Из нижней зоны может быть получена вода, из которой удаляются указанные «углеводороды» и «(некислотный кислород) содержащие углеводороды». Указанная вода становится первично очищенной водой.

Далее дистиллят, который содержит большое количество «(некислотный кислород) содержащих углеводородов», например, прокаливается так же, как традиционным способом.

Дистилляционная очистка (1) имеет преимущество обеспечения высокого коэффициента сепарации низших спиртов (т.е. «некислотный кислород) содержащих углеводородов»), которые трудно сепарируются от воды очисткой сепарацией полупроницаемой мембраной.

Затем в соответствии с очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2) могут быть удалены «(кислотный кислород) содержащие углеводороды» или растворенные соли, остающиеся в первично очищенной воде, и получаемая очищенная вода может быть использована как промышленная вода, оросительная вода, питьевая вода и т.п., как описано выше. Кроме того, в соответствии с очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2) могут быть отфильтрованы не только бактерии, но также и вирусы, так что она может использоваться как питьевая вода.

Еще, кроме того, в соответствии с очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2) растворенные соли (например, ионы металлов и т.д.) могут быть также удалены до уровня, который требуется для питьевой воды. Таким образом, может быть получена высококачественная вода.

Термин «полупроницаемая мембрана» означает мембрану, которая позволяет проникать только ионам или молекулам, имеющим определенный размер или молекулярную массу. Ее примеры включают в себя нанофильтрационную мембрану или обратноосмотическую мембрану.

Для полупроницаемой мембраны требуется иметь характеристику, которая может снизить концентрацию растворенных веществ в воде-фильтрате до уровня, который требуется для оборотной воды. Нанофильтрационная мембрана определяется как фильтрационная мембрана, имеющая рабочее давление 1,5 МПа или менее, молекулярную массу в пределах 200-1000 и блокировку иона натрия 90% или менее. Мембрана, которая имеет меньшую молекулярную массу и более высокую степень блокировки, называется обратноосмотической мембраной. Когда концентрация растворенного или суспендированного материала является низкой, предпочтительно использовать нанофильтрационную мембрану, которая требует низкого рабочего давления. С другой стороны, когда концентрация растворенного или суспендированного материала является высокой, предпочтительно использовать обратноосмотическую мембрану.

Кроме того, когда беспокоит появление ухудшения водопроницаемости или характеристики удаления при химическом засорении (т.е. химическом загрязнении), при котором растворенные органические вещества адсорбируются на поверхности мембраны, или при биозасорении (т.е. биозагрязнении), при котором микроорганизмы, которые «цветут» как имеющие растворенные органические вещества как их источник питательных веществ, адсорбируются на поверхности мембраны, предпочтительно использовать мембрану с низким засорением, которая является устойчивой к такому засорению. Например, коэффициент восстановления водопроницаемости определяется следующим образом. Когда мембранная фильтрация выполняется при 25°C в течение одного часа при использовании раствора хлорида натрия (рН 6,5, 1500 мг/л) с рабочим давлением 1,0 МПа и получаемая водопроницаемость принимается как первая проницаемость (F1), а затем после введения неионогенного поверхностно-активного вещества (простого полиоксиэтилен-(10)октилфенилового эфира) в испытываемый раствор, чтобы иметь концентрацию 100 мг/л, и водопроницаемость через один час после введения получается как последняя проницаемость (F2), коэффициент восстановления водопроницаемости определяется по следующей формуле:

Коэффициент восстановления водопроницаемости = 1-(F2/F1)

Такой коэффициент составляет 0,35 или менее или, предпочтительно, 0,20 или менее для настоящего изобретения. При использовании мембраны с такой характеристикой почти никакая адсорбция органических веществ не имеет место на поверхности мембраны, и ухудшение водопроницаемости является незначительным, и поэтому может стабильно получаться пермеат-вода.

Примеры способа получения мембраны с низким засорением включают в себя способ нанесения полимера на поверхность полиамидной мембраны для ингибирования ухудшения течения, вызванного засорением (см. WO 97/34686 и выложенную Японскую заявку (JP-A) № 2000-176263), способ выполнения обработки поверхности соединением, которое взаимодействует с находящимися на поверхности хлоридами кислоты или аминогруппами (см. JP-A № 2002-224546 и JP-A № 2004-243198), способ облучения электронным лучом, УФ-излучением, радиоактивным излучением и т.д. поверхности мембраны или модификации поверхности привитой сополимеризацией (см. JP-A № 2007-014833), способ снижения площади поверхности, доступной для адсорбции, путем выравнивания поверхности (см. Eric M. Vrijenhoek, Seungkwan Hong, Menachem Elimelech, "Influence of membrane surface properties on initial rate of colloidal fouling of reverse osmosis and nanofiltration membranes," Journal of Membrane Science 188 (2001) 115-128) и подобное.

В качестве примера обратноосмотической мембраны с низким засорением могут быть указаны полупроницаемые мембраны, такие как мембраны серии TML2 (выпускаемые фирмой Toray Industries, Inc.), серии LF10 (выпускаемые фирмой Nitto Denko Corporation), серии LFC и серии ESNA-LF (выпускаемые фирмой Hydranautic), серии BW30-FR (выпускаемые фирмой Dow Chemical Company), серии HL (выпускаемые фирмой OSMONICS) и т.п.

Когда подаваемая вода фильтруется с использованием полупроницаемой мембраны, требуется рабочее давление, которое является выше, чем давление проникновения между стороной подаваемой воды и стороной пермеата-воды. Нагнетающий насос для получения такого давления специально не ограничивается, если он может обеспечить давление, которое может нагнетать фильтруемую воду.

Нанофильтрационная мембрана или обратноосмотическая мембрана могут быть в форме полой волокнистой мембраны или плоской мембраны, и обе могут использоваться для настоящего изобретения. Кроме того, для улучшения характеристики обработки может использоваться элемент сепарации жидкости, в котором содержится полая волокнистая мембрана или плоская мембрана в корпусе. Когда полупроницаемая плоская мембрана используется в виде нанофильтрационной мембраны или обратноосмотической мембраны, элемент сепарации жидкости, предпочтительно, имеет конструкцию, как показано на фиг.2, например, в которой полупроницаемая мембрана (10) и мембранный узел, включающий в себя материал (12) проточного канала стороны пермеата-воды, такой как трикотаж и подобное, и материал (11) проточного канала стороны питания, такой как пластиковая сетка и подобное, обертываются вокруг цилиндрообразной перфорированной центральной трубы (17), и получаемая конструкция помещается в корпус. Также, предпочтительно, при соединении множественных элементов сепарации жидкости последовательно или параллельно получается и используется сепарационный мембранный модуль. По отношению к элементу сепарации жидкости подаваемая вода (13) подается в устройство с конца одной стороны. Затем в течение периода, когда вода достигает конца другой стороны, пермеат-вода (15), которая проникает через полупроницаемую мембрану (10), течет через центральную трубу (17) и выводится из центральной трубы на конце другой стороны. Тем временем подаваемая вода (13), которая не проникает через полупроницаемую мембрану (10), выводится как концентрированная вода на конце другой стороны.

В качестве материала полупроницаемой мембраны (10) могут быть использованы полимерные материалы, такие как полимеры на основе ацетата целлюлозы или полиамиды и т.п. Кроме того, что касается структуры мембраны, ею может быть любая асимметричная мембрана, которая имеет плотный слой, по меньшей мере, на одной стороне мембраны и мелкие поры, диаметр которых становится постепенно больше к внутренней части или другой стороне мембраны, или комплексная мембрана, которая имеет очень тонкий сепарационный функциональный слой для сепарации на плотном слое асимметричной мембраны, где сепарационный функциональный слой выполнен из иного материала.

Для вышеописанной подложки могут использоваться различные коммерчески доступные фильтровальные материалы, такие как “Millipore VSWP” (торговая марка, изготовитель - Millipore Corporation), “Ultra Filter UK10” (торговая марка, изготовитель - Toyo Roshi Kaisha, Ltd.) и т.п. Вообще она может быть получена способом, описанным в “Office of Saline Water Research and Development Progress Report” (№ 359 (1968)). В качестве базового материала используется гомополимер, такой как полисульфон, полиамид, сложный полиэфир, ацетатцеллюлоза, нитратцеллюлоза или поливинилхлорид и т.д. или их смесь. Предпочтительно, используется полисульфон, имеющий высокую химическую, механическую и термическую стойкость.

Например, на верх плотносотканой сложнополиэфирной ткани или нетканой ткани отливают диметилформамидный (ДМФ) раствор полисульфона с достаточной толщиной, и ткань влажно затвердевает в водном растворе, содержащем додецилсульфат натрия (0,5% мас.) и ДМФ (2% мас.). Как результат может быть получена микропористая несущая мембрана, имеющая мелкие поры с диаметром в несколько десятков нанометров или менее, присутствующие на большей части поверхности мембраны. В качестве материала для микропористой несущей мембраны помимо полисульфона также, предпочтительно, используется полиамид и сложный полиэфир.

Кроме того, рабочие характеристики полупроницаемой мембраны (например, скорость фильтрационного потока, коэффициент извлечения и т.д.) могут быть соответствующим образом определены в зависимости от используемого типа нанофильтрационной мембраны или обратноосмотической мембраны, качества очищаемой воды и требования к