預(yù)防濾膜上的微生物生長的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于在脫鹽過程期間預(yù)防濾膜上的微生物生長的方法。該方法包括通過連續(xù)地或間歇地將過氧甲酸引至膜表面而將膜暴露于低濃度的過氧甲酸。在根據(jù)本發(fā)明將過氧甲酸加入水流時，不存在通過膜的水流量的顯著降低。
【專利說明】預(yù)防濾膜上的微生物生長的方法
[0001]本發(fā)明涉及用于在脫鹽過程期間預(yù)防濾膜上的微生物生長和膜的生物污染的方法。濾膜上的微生物生長和膜的生物污染通過將少量過氧甲酸引至膜表面得以預(yù)防。通過將少量的過氧甲酸引至膜表面，則不存在流量的顯著降低。
[0002]海水的鹽度是約30_50g/l而半咸水的鹽度是0.5_30g/l。為了使得鹽水可用于人類消耗或灌溉，應(yīng)將水脫鹽。脫鹽是指從鹽水除去至少一定量鹽和其它礦物的數(shù)種過程。
[0003]在脫鹽中，能夠應(yīng)用數(shù)種技術(shù)。一般應(yīng)用的技術(shù)使用膜并且施加反滲透。膜可以是不同類型的濾膜，比如反滲透膜或超濾膜。使用膜的缺點是膜在操作期間逐漸被污染。
[0004]根據(jù)目前的實踐，脫鹽系統(tǒng)在膜之前使用氧化性或非氧化性的殺生物劑作為在鹽水流中快速起效的消毒劑以預(yù)防膜污染。典型的氧化劑是含氯化合物。所述氧化劑必須具有很強(qiáng)的殺生物效果，原因是甚至一個活微生物達(dá)到膜就可以導(dǎo)致生物膜形成。該系統(tǒng)的缺點是氧化性殺生物劑可以在與膜表面接觸時損害膜。尤其是，如果膜連續(xù)地暴露于氧化劑則期望發(fā)生膜損害。為了避免膜損害，通常加入還原劑以在氧化性殺生物劑達(dá)到膜之前將其中和。
[0005]氧化劑用于膜清潔的用途已在某些現(xiàn)有技術(shù)公開中提及。例如JP2000117069描述間斷式清潔程序，其中將含有過氧乙酸、過氧化氫和乙酸的氧化性殺菌劑摻入濾膜組件的回洗水(back-washing water)中，而回洗每0.3-2小時周期地進(jìn)行0.5-2分鐘。膜能夠耐受這種非連續(xù)的短期暴露。
[0006]US2007/0056904A1也描述用水可溶有機(jī)或無機(jī)過氧化物例如過氧酸的清潔方法。該公開提及連續(xù)或間斷將氧化劑給至注入流，或這些技術(shù)的組合。連續(xù)給予氧化劑意指連續(xù)地加入氧化劑，持續(xù)一定的短時間段，例如400或1500秒，如US2007/0056904A1實例的描述。該公開提及優(yōu)選將一種或多種還原劑(例如亞硫酸氫鹽)給予至注入水流以改善過氧化物化合物的效能。應(yīng)注意，亞硫酸氫鹽或其它還原劑的使用違反(against)脫鹽過程中的最佳實踐。
[0007]JP2005154551描述包含具有過硫酸鹽的含有機(jī)過氧酸的水溶液的滅菌清潔劑組合物。該清潔劑組合物的目的在于醫(yī)學(xué)設(shè)備、水處理設(shè)備和食品生產(chǎn)機(jī)械的滅菌清潔。
[0008]盡管預(yù)防微生物生長的各種試劑比如氧化劑已被用于膜清潔，仍然存在用于預(yù)防膜上的微生物生長和生物膜形成的改善方法的需要。
發(fā)明概要
[0009]本發(fā)明的一個目的是提供用于預(yù)防膜上的微生物生長和膜的生物污染的改善的方法。尤其是，本發(fā)明的目的是提供一種方法，其不損害膜并且連續(xù)地保持膜不發(fā)生微生物生長和生物污染。
[0010]在本發(fā)明中，已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)在將少量的過氧甲酸連續(xù)地或間歇地引入膜表面的情況下，不存在流量或脫鹽率的顯著降低。
[0011]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在使用過氧甲酸情況下消毒有效的量較小，并且在膜操作期間人們能夠令人驚訝地以連續(xù)或間歇的方式讓過氧甲酸(PFA)流至膜上并與膜接觸。與將氧化性殺生物劑用作消毒劑的現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)現(xiàn)提供的顯著益處。
[0012]從而，本發(fā)明提供用于在脫鹽過程期間預(yù)防濾膜上的微生物生長和膜的生物污染方法。該方法包括通過連續(xù)地或間歇地將PFA引至膜表面將膜暴露于PFA，由此預(yù)防微生物對膜表面的粘附和微生物生長的引發(fā)。
[0013]在脫鹽廠中的微生物的生長和生物膜形成通過出于消毒意圖連續(xù)地或間歇地將過氧甲酸加至與膜接觸的水而得以控制的情況下，并不需要在其到達(dá)膜之前用還原劑中和氧化劑。
[0014]更特別地，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征是權(quán)利要求1的特征部分和根據(jù)本發(fā)明的用途的特征是權(quán)利要求5的特征部分。
[0015]本發(fā)明具有相對現(xiàn)有技術(shù)的顯著益處。首先，現(xiàn)今實際上總是用來中和氧化劑的還原劑是完全不需要的。這使得方法簡單化，并且減少所需不同化學(xué)品的量。
[0016]實現(xiàn)的第二個益處是活性劑，即PFA，實際上達(dá)到膜表面并且在生物膜細(xì)菌試圖附著和引發(fā)生物膜形成的位置控制生物膜生長。這是與目前實踐相比的顯著益處，在所述目前實踐中活性氧化性殺生物劑從未達(dá)到期望發(fā)生其主要功能也即生物膜控制的位置。相反地，在目前實踐中人們需要依賴遠(yuǎn)離最終目標(biāo)而完成的快速消毒，和需要依賴消毒會預(yù)防膜表面上的生物膜形成。與在生物膜試圖出現(xiàn)的位置的直接控制相比，目前實踐并不是那么有效的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1顯示對照A和加入PFA的B之間的滲透流量比較。
[0018]發(fā)明詳述
[0019]目前發(fā)現(xiàn)通過在脫鹽過程期間將過氧甲酸連續(xù)地或間歇地加入接觸水流的膜表面而實現(xiàn)優(yōu)異效果。
[0020]從而，根據(jù)本發(fā)明，提供用于預(yù)防膜上的微生物生長的方法，其中氧化劑不損害膜。
[0021]有待通過脫鹽處理的水在本文中尤其是指鹽水，其包含0.5至50g/l、優(yōu)選I至40g/l的總?cè)芙夤腆w。
[0022]過氧甲酸能夠被連續(xù)地或間歇地加入與濾膜接觸的水流。關(guān)鍵的是，加入涉及隨后到達(dá)膜的基本相同的水級分。
[0023]PFA能夠在脫鹽廠運行的同時連續(xù)地或間歇地加入而不將其中斷，這是顯著的優(yōu)勢。
[0024]〃連續(xù)地將過氧甲酸引至接觸水流的膜表面〃意指將過氧甲酸連續(xù)地加入與濾膜接觸的流動水。
[0025]連續(xù)地意指至少12小時，在某些實施方式中為至少18小時，在某些實施方式中為至少24小時，一般為至少I周多至例如4周，在某些實施方式中多至8周，取決于過程的持續(xù)時間。實際上，連續(xù)加入并無時間上限；在脫鹽過程出于其它原因中斷時則其也中斷。
[0026]盡管將PFA連續(xù)地引至接觸水流的膜表面并不存在缺點，PFA也能夠間歇地引入。
[0027]間歇地意指在過氧甲酸加入中可以有中斷。例如，在膜污染的生物學(xué)潛力僅適中的某些情況下，能夠進(jìn)行間歇處理，也即對于操作脫鹽膜系統(tǒng)的整個時間，PFA的給予能夠周期地啟動和停止。
[0028]過氧甲酸加入的中斷可以是5秒至4小時，在某些實施方式中為5分鐘至3小時，在其它實施方式中為10分鐘至2小時，一般地為15分鐘至I小時。加入過氧甲酸的中斷的持續(xù)時間取決于通過例如水的純度和溫度影響的生物污染的風(fēng)險高度。
[0029]中斷次數(shù)不受限制。中斷次數(shù)能夠是一次或多次。中斷次數(shù)取決于生物污染的風(fēng)險高度。例如，在膜污染生物學(xué)潛力較低的情況下，中斷次數(shù)能夠高于膜污染生物學(xué)潛力高的情況。
[0030]引至接觸水流的膜表面的過氧甲酸的量使得在接觸水流的膜表面中的濃度在某些實施方式中為0.1至10mg/l PFA，在其它實施方式中為0.2至5mg/l。根據(jù)優(yōu)選實施方式，加入PFA的量使得在接觸水流的膜表面中的濃度是0.4-lmg/l。
[0031]在過程期間的溫度可以是10至40°C，在某些實施方式中為20至25°C。
[0032]術(shù)語〃水流量〃在本文中是指通過膜的水的流速。在濾膜被污染的情況下，流量降低。在根據(jù)本發(fā)明將過氧甲酸加至水流的情況下，不存在流量的顯著降低。流量的變化小于15%,優(yōu)選小于10%,更優(yōu)選小于5%。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一種特別優(yōu)選實施方式，將過氧甲酸用作平衡溶液。平衡溶液能夠制備如下:將甲酸溶液與過氧化氫溶液混合，并加入強(qiáng)酸例如硫酸充當(dāng)催化劑。
[0034]過氧甲酸能夠有效地和快速地殺滅水域中存在的全部類型的生物成膜微生物，比如需氧細(xì)菌，任選厭氧細(xì)菌，降硫酸細(xì)菌(sulfate reducing bacteria),形成生物膜的細(xì)菌，酵母，霉菌和原生動物，并預(yù)防它們的生長。PFA能夠尤其殺滅在水中自由泳動的微生物。殺滅效果是基于PFA到達(dá)靶標(biāo)微生物的膜表面的能力。
[0035]實驗結(jié)果清楚地顯示，在脫鹽過程期間將過氧甲酸加至水的情況下，并無流量的顯著降低。作為結(jié)果，在不需中斷脫鹽過程以清潔濾膜的情況下，成本得到降低。此外，膜可靠地且更長時間地發(fā)揮作用。本發(fā)明通過下述非限制性實施例詳加描述。
[0036]實施例1
[0037]在浸泡之前和在浸泡之后測量新鮮膜的流量和脫鹽率。將膜置于平板池中(AlfaLaval LabM20)。操作條件是，進(jìn)料壓力20巴(對海水膜為55巴)，鹽(根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)D1141制備的合成海水)，溫度25°C。流量測量進(jìn)行3小時完成。
[0038]通過將殺生物劑與合成海水完成浸泡。加入合成海水的殺生物劑的濃度對PFA為14和84mg/l作為活性物質(zhì)，對過氧乙酸(PAA)為7、18和35mg/l作為活性物質(zhì)而對次氯酸鈉為20mg/l作為活性物質(zhì)。將PFA加至合成海水充當(dāng)具有14重量％的PFA含量的平衡溶液，加入PAA充當(dāng)具有35重量％的PAA含量的平衡溶液而加入次氯酸鈉充當(dāng)具有15重量％的次氯酸鈉濃度的平衡溶液。浸泡時間是24或144小時。過氧甲酸平衡溶液制備如下:以1:1重量比混合含有50%過氧化氫的溶液和含有75重量％甲酸、12重量％硫酸和13重量％水的溶液。在浸泡之后，將膜再次置于平板池和在與浸泡前相同的條件下測量脫鹽率和流量。
[0039]在浸泡之前和在浸泡之后的流量和脫鹽率數(shù)據(jù)示于表I?？梢园l(fā)現(xiàn)，對于浸泡在過氧甲酸中的膜，浸泡前與浸泡后之間的流量差異小于15%,而對于其它膜(浸泡在過氧乙酸和次氯酸鈉中)該差異大于15%。
[0040]表1:浸泡在過氧甲酸、過氧乙酸和次氯酸鹽中的膜的流量變化。
[0041]
產(chǎn)品__mg/1小時初始流量浸泡后流量
14144— 86— 84
過氧曱酸 84~?λ~^8[95
7144— 8673
18144— 9153
過氧乙酸 —35144 — 8644 一
i氯酸鹽 20144 93141
[0042]表I的結(jié)果顯示，與一般示于的氧化性殺生物劑次氯酸鈉或過氧乙酸相比，過氧甲酸令人驚訝地不損害膜。
[0043]實施例2
[0044]PFA對膜的影響通過實驗室規(guī)模的連續(xù)過濾實驗來進(jìn)一步研究的。實驗中所用的膜類型是半咸水膜(FilmTec BW30LE)。
[0045]平行地進(jìn)行連續(xù)過濾。從單個半咸水槽將水泵送至2個平行管道，其具有相似的半咸水膜的平板池。在一個管道中將PFA連續(xù)地加至進(jìn)料，而在另一管道(對照)中不加入PFA。過濾條件如下:壓力15巴，鹽(海鹽):2g/l，溫度:201:，流速:481/11，？?4給予速率:6.5g/h具有14重量％ PFA活性物質(zhì)濃度(=19.8ppm活性物質(zhì)/I半咸水)的平衡溶液。隨時間(30天)監(jiān)測和收集滲透物和濃縮物的流量和電導(dǎo)率。兩個平行實驗的滲透物流量隨時間的變化示于圖1和表2。
[0046]在加入PFA的圖1B中可以發(fā)現(xiàn)流量變化較小，而對于對照管道(不含PFA)流量隨試驗時間段降低。另外，從表2中的脫鹽率值可以發(fā)現(xiàn)膜耐受PFA。
[0047]表2:兩個平行過濾管道的流量和脫鹽率。
[0048]
參數(shù)/管道IWm~j具有PFA
初始滲透物流量，g/h 300 250
最終滲透物流量，g/h 200 250
初始脫鹽率，％98 98
最終脫鹽率，％98 98
【權(quán)利要求】
1.用于在脫鹽過程期間預(yù)防濾膜上的微生物生長的方法，其包括通過連續(xù)地或間歇地將過氧甲酸引至接觸水流的膜表面而將該膜暴露至過氧甲酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中接觸水流的膜表面中的過氧甲酸濃度是0.1至1mg/1，優(yōu)選 0.2 至 5mg/1 ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中通過膜的水流量在脫鹽過程期間與最初流量相比降低小于15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的方法，其中通過連續(xù)地將過氧甲酸引至接觸水流的膜表面持續(xù)至少12小時而將所述膜暴露于過氧甲酸。
5.過氧甲酸在脫鹽過程期間于接觸脫鹽水的濾膜中的用途，用于預(yù)防所述膜上的微生物生長。
【文檔編號】B01D65/08GK104136100SQ201280065349
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月30日
【發(fā)明者】J·薩洛南, M·考拉里, M·赫薩姆波爾, K·詹森 申請人:凱米羅總公司