預防濾膜上的微生物生長的方法
【專利摘要】本發明涉及用于在脫鹽過程期間預防濾膜上的微生物生長的方法。該方法包括通過連續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。在根據本發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】預防濾膜上的微生物生長的方法
[0001]本發明涉及用于在脫鹽過程期間預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種過程。
[0003]在脫鹽中，能夠應用數種技術。一般應用的技術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]根據目前的實踐，脫鹽系統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的殺生物效果，原因是甚至一個活微生物達到膜就可以導致生物膜形成。該系統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，如果膜連續地暴露于氧化劑則期望發生膜損害。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有技術公開中提及。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小時周期地進行0.5-2分鐘。膜能夠耐受這種非連續的短期暴露。
[0006]US2007/0056904A1也描述用水可溶有機或無機過氧化物例如過氧酸的清潔方法。該公開提及連續或間斷將氧化劑給至注入流，或這些技術的組合。連續給予氧化劑意指連續地加入氧化劑，持續一定的短時間段，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學設備、水處理設備和食品生產機械的滅菌清潔。
[0008]盡管預防微生物生長的各種試劑比如氧化劑已被用于膜清潔，仍然存在用于預防膜上的微生物生長和生物膜形成的改善方法的需要。
發明概要
[0009]本發明的一個目的是提供用于預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，本發明的目的是提供一種方法，其不損害膜并且連續地保持膜不發生微生物生長和生物污染。
[0010]在本發明中，已令人驚訝地發現在將少量的過氧甲酸連續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]發明人已發現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有技術相比，該發現提供的顯著益處。
[0012]從而，本發明提供用于在脫鹽過程期間預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地或間歇地將PFA引至膜表面將膜暴露于PFA，由此預防微生物對膜表面的粘附和微生物生長的引發。
[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，并不需要在其到達膜之前用還原劑中和氧化劑。
[0014]更特別地，根據本發明的方法的特征是權利要求1的特征部分和根據本發明的用途的特征是權利要求5的特征部分。
[0015]本發明具有相對現有技術的顯著益處。首先，現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品的量。
[0016]實現的第二個益處是活性劑，即PFA，實際上達到膜表面并且在生物膜細菌試圖附著和引發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到期望發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離最終目標而完成的快速消毒，和需要依賴消毒會預防膜表面上的生物膜形成。與在生物膜試圖出現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]發明詳述
[0019]目前發現通過在脫鹽過程期間將過氧甲酸連續地或間歇地加入接觸水流的膜表面而實現優異效果。
[0020]從而，根據本發明，提供用于預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、優選I至40g/l的總溶解固體。
[0022]過氧甲酸能夠被連續地或間歇地加入與濾膜接觸的水流。關鍵的是，加入涉及隨后到達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地或間歇地加入而不將其中斷，這是顯著的優勢。
[0024]〃連續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地加入與濾膜接觸的流動水。
[0025]連續地意指至少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，取決于過程的持續時間。實際上，連續加入并無時間上限；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，在膜污染的生物學潛力僅適中的某些情況下，能夠進行間歇處理，也即對于操作脫鹽膜系統的整個時間，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險高度。
[0029]中斷次數不受限制。中斷次數能夠是一次或多次。中斷次數取決于生物污染的風險高度。例如，在膜污染生物學潛力較低的情況下，中斷次數能夠高于膜污染生物學潛力高的情況。
[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。根據優選實施方式，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。在根據本發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%,優選小于10%,更優選小于5%。
[0033]根據本發明的一種特別優選實施方式，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，并加入強酸例如硫酸充當催化劑。
[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，比如需氧細菌，任選厭氧細菌，降硫酸細菌(sulfate reducing bacteria),形成生物膜的細菌，酵母，霉菌和原生動物，并預防它們的生長。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到達靶標微生物的膜表面的能力。
[0035]實驗結果清楚地顯示，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揮作用。本發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，進料壓力20巴(對海水膜為55巴)，鹽(根據ASTM標準D1141制備的合成海水)，溫度25°C。流量測量進行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，對過氧乙酸(PAA)為7、18和35mg/l作為活性物質而對次氯酸鈉為20mg/l作為活性物質。將PFA加至合成海水充當具有14重量％的PFA含量的平衡溶液，加入PAA充當具有35重量％的PAA含量的平衡溶液而加入次氯酸鈉充當具有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據示于表I。可以發現，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模的連續過濾實驗來進一步研究的。實驗中所用的膜類型是半咸水膜(FilmTec BW30LE)。
[0045]平行地進行連續過濾。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連續地加至進料，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活性物質濃度(=19.8ppm活性物質/I半咸水)的平衡溶液。隨時間(30天)監測和收集滲透物和濃縮物的流量和電導率。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中可以發現流量變化較小，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現膜耐受PFA。
[0047]表2:兩個平行過濾管道的流量和脫鹽率。
[0048]
參數/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
【權利要求】
1.用于在脫鹽過程期間預防濾膜上的微生物生長的方法，其包括通過連續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.根據權利要求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，優選 0.2 至 5mg/1 ο
3.根據權利要求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.根據權利要求1至3中任一項的方法，其中通過連續地將過氧甲酸引至接觸水流的膜表面持續至少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 優先權日:2011年12月30日
【發明者】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