CN112424128B - 纯水制造系统及纯水制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够长时间稳定地制造高水质的纯水的纯水制造系统及纯水制造方法。本发明的纯水制造系统的特征在于，其是具备反渗透膜装置、紫外线氧化装置、电去离子装置及将这些装置依次连接的处理水管的纯水制造系统，其中，上述电去离子装置具备：交替地配置的阳离子交换膜及阴离子交换膜；交替地形成于上述阳离子交换膜及阴离子交换膜之间的浓缩室及脱盐室；以及配置于上述阳离子交换膜及阴离子交换膜的外侧的一对电极室，上述处理水管按照将上述紫外线氧化装置的处理水供给至上述电去离子装置的至少脱盐室的方式与上述电去离子装置连接，并且上述纯水制造系统具备将上述反渗透膜装置的透过水不经由上述紫外线氧化装置地供给至上述电去离子装置的电极室的第1旁通管。

Description

纯水制造系统及纯水制造方法
技术领域
本发明涉及纯水制造系统及纯水制造方法。
背景技术
以往，在应用于半导体或液晶显示器的制造工序中使用的洗涤用水或医药用水等的纯水的制造中，使用了电去离子装置(EDI)。电去离子装置一边将装置内的离子交换体以电再生，一边进行原水的去离子处理。因此，在电去离子装置中，不需要如离子交换树脂塔那样利用药剂进行再生，可以连续采水。
电去离子装置是在仅使阳离子(Cation)透过的阳离子交换膜与仅使阴离子(Anion)透过的阴离子交换膜之间填充离子交换体而构成脱盐室、在阳离子交换膜及阴离子交换膜的外侧配置有浓缩室的构成。而且，从脱盐室观察，在阴离子交换膜侧隔着电极室(阳极室)而配置阳极，在阳离子交换膜侧隔着电极室(阴极室)而配置阴极。若在阳极与阴极之间施加直流电压的状态下使脱盐室中通水被处理水，则被处理水中的离子成分被脱盐室内的离子交换体捕捉，并且利用通过水的解离反应而生成的氢离子(H+)和氢氧化物离子(OH-)来进行离子交换体的再生。
像这样操作，在电去离子装置中被处理水通过经过脱盐室而被去离子且被纯化。另一方面，在浓缩室及电极室中也通水例如被处理水。在浓缩室及电极室中通水的被处理水中从脱盐室移动的离子成分被浓缩，变成浓缩水而被排出到电去离子装置之外。
作为使用了该电去离子装置的纯水制造系统，有以下系统：通过反渗透膜装置(RO)得到去离子水，通过紫外线氧化装置(TOC-UV)将该去离子水中的有机物成分分解后，将紫外线氧化装置中产生的低分子量的有机酸等离子成分通过电去离子装置进行处理。作为设置有这样的电去离子装置的系统，还提出了：以二段设置电去离子装置、使脱盐室处理水的一部分在浓缩室中通水的系统(例如参照专利文献1)；出于防止因紫外线氧化装置中产生的氧化成分而引起的离子交换体的劣化的目的，在紫外线氧化装置与电去离子装置之间设置与紫外线氧化装置相比照射长波长的紫外线的紫外线杀菌装置的系统(例如参照专利文献2)。
近年来，伴随着大规模集成电路(LSI)的超高集成化，半导体制造用的超纯水的进一步高水质化的愿望增强。特别是要求将水中的二氧化硅或硼等微量杂质显著低浓度化后的超纯水。然而，若想要提高微量杂质的除去率，则就以往的以二段设置电去离子装置的方法而言，存在电去离子装置中的水回收率、电流效率降低的问题。就以二段设置紫外线灯的装置而言，由于所使用的装置的数目增加，存在系统复杂化或者成本增大的问题。因此，要求能够长时间高效地制造高水质的纯水的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-51423号公报
专利文献2：日本特开2011-45824号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是为了解决上述的课题而进行的，目的是提供能够长时间稳定地制造高水质的纯水的纯水制造系统及纯水制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的纯水制造系统的特征在于，其是具备反渗透膜装置、紫外线氧化装置、电去离子装置及将这些装置从上游侧起依次连接的处理水管的纯水制造系统，上述电去离子装置具备交替地配置的阳离子交换膜及阴离子交换膜、交替地形成于上述阳离子交换膜及阴离子交换膜之间的浓缩室及脱盐室、以及配置于上述阳离子交换膜及阴离子交换膜的外侧的一对电极室，上述处理水管按照将经上述紫外线氧化装置处理后的处理水供给至上述电去离子装置的至少脱盐室的方式与上述电去离子装置连接，并且上述纯水制造系统具备将上述反渗透膜装置的透过水不经由上述紫外线氧化装置地供给至上述电去离子装置的电极室的第1旁通管。
本发明的纯水制造系统优选进一步具备将上述反渗透膜装置的透过水不经由上述紫外线氧化装置地供给至上述电去离子装置的浓缩室的第2旁通管。
在本发明的纯水制造系统中，上述电去离子装置优选具有上述电去离子装置的通向浓缩室及电极室的共同入口喷嘴，上述第1旁通管及上述第2旁通管均与上述共同入口喷嘴连接。
在本发明的纯水制造系统中，上述电去离子装置优选具有上述电去离子装置的通向浓缩室的浓缩室入口喷嘴和通向电极室的电极室入口喷嘴，上述第1旁通管与上述电极室入口喷嘴连接，上述第2旁通管与上述浓缩室入口喷嘴连接。
在本发明的纯水制造系统中，优选在上述浓缩室及上述电极室内具有离子交换体。
在本发明的纯水制造系统中，经紫外线氧化装置处理后的处理水的过氧化氢浓度优选为100μg/升以下。
本发明的纯水制造方法的特征在于，其是将原水用反渗透膜装置、紫外线氧化装置及电去离子装置依次进行处理的纯水制造方法，其中，上述电去离子装置具备交替地配置的阳离子交换膜及阴离子交换膜、交替地形成于上述阳离子交换膜及阴离子交换膜之间的浓缩室及脱盐室、以及配置于上述阳离子交换膜及阴离子交换膜的外侧的一对电极室，将经上述紫外线氧化装置处理后的处理水供给至上述电去离子装置的至少脱盐室，将上述反渗透膜装置的透过水不经由上述紫外线氧化装置地供给至上述电去离子装置的电极室。
在本发明的纯水制造方法中，优选将上述反渗透膜装置的透过水不经由上述紫外线氧化装置地供给至上述电去离子装置的浓缩室。
在本发明的纯水制造方法中，经紫外线氧化装置处理后的处理水的过氧化氢浓度优选为100μg/升以下。
发明效果
根据本发明的纯水制造系统及纯水制造方法，能够长时间稳定地制造高水质的纯水。
附图说明
图1是概略地表示实施方式的纯水制造系统的一个例子的框图。
图2A是概略地表示图1中所示的纯水制造系统中使用的电去离子装置的一个例子的图。
图2B是概略地表示图1中所示的纯水制造系统中使用的电去离子装置的另一个例子的图。
图3是概略地表示实施方式的纯水制造系统的另一个例子的框图。
图4是概略地表示实施方式的纯水制造系统的又一个例子的框图。
图5是概略地表示实施例中使用的纯水制造系统的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明并不限定于这些实施方式，可以将这些实施方式在不脱离本发明的主旨及范围的情况下进行变更或变形。另外，在以下的多个附图中对于同一构成标注同一符号，对于重复的动作省略说明。
图1中所示的实施方式的纯水制造系统1具备反渗透膜装置10、紫外线氧化装置(TOC-UV)11、电去离子装置(EDI)12及将这些装置从上游侧起依次连接的处理水管133。纯水制造系统1是将从被处理水供给部20供给的被处理水进行处理来制造纯水、并将所得到的纯水供给至使用场所即使用点(POU)14的系统。
在纯水制造系统1中，处理水管133包含由被处理水供给部20将被处理水供给至反渗透膜装置10的第1处理水管133a、将反渗透膜装置10的透过水供给至紫外线氧化装置11的第2处理水管133b、将经紫外线氧化装置11处理后的处理水供给至电去离子装置12的第3处理水管133c、以及将电去离子装置12的透过水送液至纯水的使用场所即使用点14的第4处理水管133d。
纯水制造系统1具有从将反渗透膜装置10的透过水供给至紫外线氧化装置11的第2处理水管133b分支而将反渗透膜装置10的透过水供给至电去离子装置12的第1旁通管131。在反渗透膜装置10上连接有将浓缩水排出的排出管135。
电去离子装置12如以下例示的那样，具有交替地配置的阳离子交换膜及阴离子交换膜、以及交替地形成于这些阳离子交换膜及阴离子交换膜之间的浓缩室及脱盐室。另外，电去离子装置12具备配置于阳离子交换膜及阴离子交换膜的外侧的一对电极室。
在纯水制造系统1中，在电去离子装置12上连接有第3处理水管133c及第1旁通管131作为给水管。从紫外线氧化装置11经由第3处理水管133c而供给至电去离子装置12的经紫外线氧化装置11处理后的处理水被供给至电去离子装置12的至少脱盐室。另外，在纯水制造系统1中，从反渗透膜装置10经由第1旁通管131供给至电去离子装置12的反渗透膜装置10的透过水被供给至电去离子装置12的电极室。另外，在电去离子装置12上连接有将作为去离子水的透过水排出的第4处理水管133d及将浓缩水排出的浓缩水排出管136作为排水管。
在图2A及图2B中分别概略地示出纯水制造系统1中使用的电去离子装置12的一个例子及另一个例子。图2A中示出经紫外线氧化装置11处理后的处理水被供给至脱盐室和浓缩室、反渗透膜装置10的透过水被供给至电极室的情况的电去离子装置12的例子。图2B中示出经紫外线氧化装置11处理后的处理水被供给至脱盐室、反渗透膜装置10的透过水被供给至电极室和浓缩室的情况的电去离子装置12的例子。需要说明的是，在电去离子装置12中，脱盐室、浓缩室、电极室的通水方向并不限定于图2A及图2B的方向。例如，也可以使脱盐室的通水方向与浓缩室及电极室的通水方向反向。
图2A中所示的电去离子装置12具备交替地配置的阳离子交换膜21和阴离子交换膜22，在阳离子交换膜21及阴离子交换膜22之间交替地形成有浓缩室23和脱盐室24。另外，在阳离子交换膜21及阴离子交换膜22的外侧，配置有包含阳极室25a和阴极室25b的一对电极室。另外，电去离子装置12具备与阳极室25a邻接的阳极26a和与阴极室25b邻接的阴极26b，阳极26a和阴极26b(以下，也称为“电极26a、26b”)与施加直流电压的电源27连接。
图2A中所示的电去离子装置12具有将从第3处理水管133c供给的经紫外线氧化装置11处理后的处理水分别供给至浓缩室23及脱盐室24的浓缩室给水管123及脱盐室给水管124。另外，具有将从第1旁通管131供给的反渗透膜装置10的透过水供给至阳极室25a和阴极室25b(以下，也称为“电极室25a、25b”)的电极室给水管125。
图2A中所示的电去离子装置12具有将在脱盐室24中经去离子处理的去离子水(透过水)移送至第4处理水管133d的脱盐室排水管224。另外，具有将从浓缩室23及电极室25a、25b排出的离子成分被浓缩后的浓缩水移送至浓缩水排出管136的浓缩室排水管223及电极室排水管225。
图2B中所示的电去离子装置12除了浓缩室给水管123的上游侧的连接对象为第1旁通管131以外，为与图2A中所示的电去离子装置12相同的构成。
像这样，在纯水制造系统1中，将反渗透膜装置10的透过水用紫外线氧化装置11处理后，经由第3处理水管133c供给至电去离子装置12的至少脱盐室24，同时将反渗透膜装置10的透过水在紫外线氧化装置11中旁通并经由第1旁通管131而供给至电去离子装置12的至少电极室25a、25b。对于浓缩室23，可以供给经紫外线氧化装置11处理后的处理水，也可以供给反渗透膜装置10的透过水。但是，在浓缩室23中填充有离子交换体的情况等中，优选供给反渗透膜装置10的透过水。
通过以上说明的构成，在实施方式的纯水制造系统中，与以往的纯水制造系统相比，例如可得到如下的效果。
在紫外线氧化装置中进行过量的紫外线照射的情况下，无助于有机物的氧化分解的OH自由基彼此反应而产生过氧化氢。该产生的过氧化氢有时会使下游的电去离子装置所具有的电极、离子交换体劣化。例如，就将紫外线氧化装置的处理水供给至电去离子装置的脱盐室、电极室及浓缩室的以往的纯水制造系统而言，在对电去离子装置施加电压的状态下，对电极室供给过氧化氢含有水作为紫外线氧化装置的处理水。其结果是，通过电压的能量，促进因过氧化氢而引起的电极的腐蚀，变得容易导致从脱盐室排出的电去离子装置的透过水的水质的降低。
另外，在浓缩室中填充有离子交换体的情况下，还会促进该离子交换体的劣化，变得容易导致电去离子装置的透过水的水质的降低。对于电去离子装置，为了提高二氧化硅或硼等微量杂质的除去率，有时施加其容许上限附近的电压，但认为在这种情况下，特别是因电极或离子交换体的腐蚀的进行而引起的透过水的水质的降低变得容易进一步加剧。
与此相对，对于实施方式的纯水制造系统1来说，设定成为：一边对电去离子装置12的至少脱盐室24供给经紫外线氧化装置11处理后的处理水，一边向电极室25a、25b或电极室25a、25b和浓缩室23导入未经由紫外线氧化装置11的反渗透膜装置10的透过水。根据该系统，例如，仅通过变更将反渗透膜装置10的透过水经由紫外线氧化装置而供给至电去离子装置的脱盐室、电极室以及浓缩室的以往的纯水制造系统中的配管及其连接部位，能够在不增加处理装置的数目的情况下，抑制因紫外线氧化装置中产生的过氧化氢而引起的对电去离子装置的不良影响。
另外，在以往的方法中为了防止上述的电极或离子交换体的腐蚀的进行，有时也从配置在使用点的直前段的二次纯水系统向电去离子装置供给水，但在实施方式的纯水制造系统1中也没有这样的必要。另外，在纯水制造系统1中，由于反渗透膜装置10的透过水被供给至电去离子装置12的电极室25a、25b或电极室25a、25b和浓缩室23这两者，因此不易引起电极室25a、25b或电极室25a、25b和浓缩室23中的硬度氧化皮，另外，还可减轻电去离子装置12的处理水的硼、二氧化硅的水质恶化。
实施方式的纯水制造系统根据需要在具有反渗透膜装置、紫外线氧化装置、电去离子装置的同时，还可以具有这些以外的其他的水处理装置。作为这样的其他的水处理装置，例如可列举出脱气膜装置、真空脱气装置、离子交换树脂塔、硬度除去装置(软化器)、活性炭填充塔、凝聚沉淀槽、过滤装置等，优选使用脱气膜装置。在实施方式的纯水制造系统具有其他的水处理装置的情况下，其配置部位可以是反渗透膜装置的前段，也可以是上述各必须的水处理装置之间，还可以是电去离子装置的后段。
图3中所示的实施方式的纯水制造系统1A是在电去离子装置的后段具有脱气膜装置作为其他的水处理装置的例子。图3中所示的纯水制造系统1A具备反渗透膜装置10、紫外线氧化装置11、电去离子装置12A、脱气膜装置(MGD)13及将这些装置从上游侧起依次连接的处理水管133。具体而言，反渗透膜装置10、紫外线氧化装置11、电去离子装置12A及脱气膜装置13通过第2处理水管133b～第4处理水管133d而连接。对于反渗透膜装置10，经由第1处理水管133a而供给被处理水。脱气膜装置13的透过水通过第5处理水管133e被送液至纯水的使用场所即使用点(POU)14。
纯水制造系统1A具备从第2处理水管133b分支而延伸至电去离子装置12A的第1旁通管131及第2旁通管132。
电去离子装置12A例如除了浓缩室给水管123的连接对象以外可以制成与图2B中所示的同样的构成的电去离子装置。电去离子装置12A具备电去离子装置内部的通向浓缩室23的浓缩室入口喷嘴23c、通向脱盐室24的脱盐室入口喷嘴24c以及通向电极室25a、25b的电极室入口喷嘴25c。
在图3中所示的纯水制造系统1A中，第3处理水管133c与电去离子装置12A的脱盐室入口喷嘴24c连接，经反渗透膜装置10和紫外线氧化装置11依次处理后的处理水被供给至电去离子装置12A的脱盐室24。
从第2处理水管133b分支而设置的第1旁通管131与电去离子装置12A的电极室入口喷嘴25c连接。另外，从第2处理水管133b分支而设置的第2旁通管132与电去离子装置12A的浓缩室入口喷嘴23c连接。第1旁通管131将反渗透膜装置10的透过水不经由紫外线氧化装置11地供给至电去离子装置12A的电极室25a、25b。第2旁通管132将反渗透膜装置10的透过水不经由紫外线氧化装置11地供给至电去离子装置12A的浓缩室23。
需要说明的是，在图3中所示的纯水制造系统1A中，代替使第2旁通管132从第2处理水管133b分支，也可以使其从第3处理水管133c分支。这种情况下，对于电去离子装置12A的浓缩室23，供给经紫外线氧化装置11处理后的处理水。
在图3中所示的纯水制造系统1A中，对使用分别独立地具有电极室入口喷嘴25c和浓缩室入口喷嘴23c的电去离子装置12A的例子进行说明。在实施方式的纯水制造系统中，例如也可以使用具有兼具电极室入口喷嘴和浓缩室入口喷嘴的共同入口喷嘴的电去离子装置。
图4中所示的纯水制造系统1B除了将电去离子装置12A替换成电去离子装置12B以外，是与图3中所示的纯水制造系统1A同样的构成的纯水制造系统。电去离子装置12B除了将电极室入口喷嘴25c和浓缩室入口喷嘴23c替换成兼具这2个喷嘴的共同入口喷嘴31c以外，具有与电去离子装置12A同样的构成。在纯水制造系统1B中，第1旁通管131及第2旁通管132这两者与电去离子装置12B的共同入口喷嘴31c连接。
在电去离子装置12B中，经紫外线氧化装置11处理后的处理水被供给至脱盐室24，反渗透膜装置10的透过水被供给至电极室25a、25b和浓缩室23。
需要说明的是，在图4中所示的纯水制造系统1B中，也可以不配设第2旁通管132，而使第1旁通管131兼具第2旁通管的功能。
接着，以使用了图3中所示的纯水制造系统1A的纯水制造方法为例对实施方式的纯水制造方法进行说明。另外，一并对实施方式的纯水制造系统中使用的反渗透膜装置、紫外线氧化装置及电去离子装置进行详细说明。
被纯水制造系统1A处理的被处理水例如为原水或经前处理部前处理后的原水。原水根据需要通过前处理部进行前处理，被供给至反渗透膜装置10。作为原水，使用市水、井水、地下水、工业用水、在半导体制造工厂等中被使用、被回收且经前处理后的水(回收水)等。前处理部将原水中的悬浮物质除去，生成前处理水。前处理部例如适当选择用于除去原水中的悬浮物质的砂过滤装置、精密过滤装置等而构成，进一步根据需要具备进行前处理水的温度调节的换热器等而构成。需要说明的是，根据原水的水质，前处理部也可以省略。
在反渗透膜装置10中，将被处理水进行反渗透膜过滤而除去被处理水中的盐类或离子性的有机物、胶体性的有机物等。作为反渗透膜装置10所具有的反渗透膜，例如可列举出三乙酸纤维素系非对称膜、聚酰胺系、聚乙烯醇系或聚砜系的复合膜等。膜形状为片材平膜、螺旋膜、管状膜、中空纤维膜等，但并不限定于这些。其中，从阻止率高的方面考虑，优选为聚酰胺系的复合膜，更优选为交联全芳香族聚酰胺系的复合膜。膜形状优选为螺旋膜。
反渗透膜装置10的脱盐率优选为96～99.8％。脱盐率可以作为将25℃、pH＝7、NaCl浓度为0.2质量％的给水以水回收率为15％、给水压力为标准压力(例如，如果是低压反渗透膜装置则为1.5MPa，如果是超低压反渗透膜装置则为0.75MPa)在反渗透膜中通水时的钠离子的除去率来进行测量。从有效地除去盐类、离子性的有机物的方面考虑，反渗透膜装置10的水回收率优选为60～98％，更优选为80～95％。
反渗透膜装置10可以是超低压型、低压型、高压型的反渗透膜装置中的任一者，从超纯水的制造效率的方面出发，优选为超低压型或低压型的反渗透膜装置。另外，在反渗透膜装置10的前段，优选具备将被处理水加压至规定的压力而供给至反渗透膜装置10的给水泵。另外，在反渗透膜装置10的给水中，根据需要也可以添加氧化皮防止剂、抑菌剂、pH调整剂等。
这里，超低压型的反渗透膜的运转压力为0.4MPa～0.8MPa，优选为0.6MPa～0.7MPa。低压型的反渗透膜的运转压力超过0.8MPa且低于2.5MPa，优选为1MPa～1.6MPa。高压型的反渗透膜的运转压力超过2MPa且为8MPa以下，优选为超过5MPa且6MPa以下。需要说明的是，上述超低压型、低压型、高压型以各反渗透膜的制造时的设计压力(标准压力)来进行区别，实际上，有时也以上述范围以外的压力来运转。
反渗透膜装置10也可以由将两台反渗透膜装置串联地连接而成的二段反渗透膜装置构成。在这种情况下，从有效地除去盐类、离子性的有机物的方面考虑，水回收率在第1段的反渗透膜装置中优选为60～98％，更优选为80～95％。在第2段的反渗透膜装置中，优选为80～95％，更优选为85～95％。
作为反渗透膜装置10的市售品，可以使用东丽公司制的TM820K-400、TM720-400、TM720D-400、SUL-G20、DOW公司制的BW30-400、BW30-400FR、日东电工公司制的CPA5、CPA5-LD等。
反渗透膜装置10的透过水接下来被导入至紫外线氧化装置11。紫外线氧化装置11对反渗透膜装置10的透过水照射紫外线，将水中的有机物成分(TOC)分解除去。紫外线氧化装置11例如是具有紫外线灯、产生波长为185nm附近的紫外线的装置。紫外线氧化装置11也可以进一步产生波长为254nm附近的紫外线。若在紫外线氧化装置11内对水照射紫外线则紫外线将水分解而生成OH自由基，该OH自由基将水中的有机物氧化分解。
在紫外线氧化装置11中进行过量的紫外线照射的情况下，无助于有机物的氧化分解的OH自由基彼此反应而产生过氧化氢。该产生的过氧化氢有时会使下游的电去离子装置12A所具有的电极26a、26b或离子交换体劣化。为了减少从紫外线氧化装置11流出的过氧化氢、抑制下游的电去离子装置12A所具有的电极26a、26b、离子交换体的劣化，紫外线氧化装置11中的紫外线照射量优选为0.02～0.5kWh/m3。经紫外线氧化装置11处理后的处理水中的过氧化氢浓度优选为100μg/升以下，更优选为10μg/升～40μg/升左右。
紫外线氧化装置11的处理水经由第3处理水管133c从电去离子装置12A的脱盐室入口喷嘴24c被供给至脱盐室24内。对于电去离子装置12A的浓缩室23和电极室25a、25b，分别经由第2旁通管132及第1旁通管131供给反渗透膜装置10的透过水。
需要说明的是，在使用了电去离子装置12A的图3中所示的纯水制造系统1A中，代替使第2旁通管132从第2处理水管133b分支，也可以使其从第3处理水管133c分支，将紫外线氧化装置11的处理水供给至电去离子装置12A的脱盐室24和浓缩室23，将反渗透膜装置10的透过水供给至电极室25a、25b。像这样，在实施方式的纯水制造方法中，将紫外线氧化装置的处理水供给至电去离子装置的至少脱盐室，将反渗透膜装置的透过水供给至电去离子装置的至少电极室。
电去离子装置12A的构成如上所述。在电去离子装置12A中，在脱盐室24中填充有离子交换体。浓缩室23、电极室25a、25b内可以为空洞，也可以填充有由离子交换体、活性炭或金属等形成的电导电体。
此时，供给至电去离子装置12A的脱盐室24内的水的量与供给至电去离子装置12A的浓缩室23内及电极室25a、25b内的水的合计量之比以(供给至脱盐室24内的水)/(供给至浓缩室23内及电极室25a、25b内的水的合计)所表示的比的值计优选为6～20。由此，变得容易提高电去离子装置12A的劣化抑制效果和处理水质提高效果。
在电去离子装置12A中，与脱盐室24相接地配置于阳极26a侧的离子交换膜为阴离子交换膜22，与脱盐室24相接地配置于阴极26b侧的离子交换膜为阳离子交换膜21。另外，电去离子装置12A也可以通过在阳极26a与阴极26b之间交替地具有多个脱盐室24和浓缩室23，从而按照多个单元並置的方式构成。
作为阳离子交换膜21及阴离子交换膜22，根据膜的结构有不均质膜、半均质膜、均质膜，为均质膜从离子成分的除去效率的方面并且电去离子装置中的电阻增大的抑制的方面考虑优选。
作为填充于脱盐室24中的离子交换体，可以使用将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混合而成的离子交换体。关于该阳离子交换树脂与阴离子交换树脂的混合比，以体积比计，使阴离子交换树脂比率为20～80％从离子成分的除去效率的方面并且从电去离子装置12A中的电阻增大的抑制的方面考虑优选。作为离子交换体，也可以使用将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂沿流路方向层叠而成的离子交换体。关于电极(阳极26a和阴极26b)，例如阳极由铂族元素或被覆有铂族元素的金属材料构成，阴极由不锈钢构成。
在电去离子装置12A中，优选在浓缩室23或电极室25a、25b中填充有离子交换树脂作为离子交换体。在浓缩室23或电极室25a、25b中填充有离子交换树脂的情况下，若使用本发明的方法，则浓缩室23或电极室25a、25b的离子交换树脂的劣化得以抑制，因此电去离子装置12A的劣化得以抑制，能够持续地获得高品质的水质的处理水。需要说明的是，离子交换树脂只要填充于浓缩室23或电极室25a、25b的任一者中，就可显著地获得本发明的效果，如果填充于浓缩室23和电极室25a、25b这两者中，则可进一步显著地获得本发明的效果。
需要说明的是，如图2A中所示的电去离子装置12那样，在反渗透膜装置10的透过水仅被供给至电极室25a、25b的情况下，在电极室25a、25b中填充有离子交换树脂的情况下，本发明的效果显著。
在电去离子装置12A中，被处理水从脱盐室24的一端被供给，从脱盐室24的另一端流出。在该过程中，被处理水中的离子成分被脱盐室24内的离子交换体吸附。另外，此时，对阳极26a及阴极26b间供给经整流的直流电流。该电流沿与脱盐室24内的被处理水的流动正交的方向流动。水通过该电流而解离成氢离子和氢氧化物离子，该解离的氢离子和氢氧化物离子分别与被离子交换体吸附的离子成分进行交换。交换后的离子成分移动至浓缩室23、阳极室25a及阴极室25b，经由它们从电去离子装置12A经由浓缩水排出管136而流出。
电去离子装置12A中的水回收率优选为90～96％，电去离子装置12A中的电流密度优选为300～3000mA/dm2，更优选为1500～2500mA/dm2。若电流密度成为300mA/dm2以上，则通常容易因过氧化氢而引起电极腐蚀，但就实施方式的纯水制造系统而言，由于对电去离子装置的至少电极室、优选对电极室和浓缩室供给未经由紫外线氧化装置的水，因此能够抑制该电极腐蚀。另外，通过将电流密度设定为更优选的范围，能够使硼等弱电解质的除去率长时间稳定。
作为电去离子装置12A，可以使用市售的电去离子装置。作为电去离子装置12A的市售品，例如可以使用VNX50、VNX55、VNX-55EX(以上、Evoqua公司制)、EDI-50(IONICS公司制)等。
电源27例如为将由交流电源供给的交流(AC)电流转换成直流(DC)电流的AC-DC转换器。电源27由于电压波动小、容易在早期获得高水质的处理水，因此利用开关方式的AC-DC转换器或利用全波整流方式的AC-DC转换器是适合的。
经由电去离子装置12A后的透过水的水质即使以单段使用1台，也能够获得例如1μg/升(以B计、以下相同)以下的硼浓度、17.5MΩ·cm以上的比电阻。电去离子装置12A可以以单段使用1台，也可以将2台以上串联地连接而作为多段来使用。经由电去离子装置12A后的透过水接下来被供给至脱气膜装置13。
脱气膜装置13主要将在紫外线氧化装置11中有机物成分被分解而产生的碳酸气体除去。脱气膜装置13是一边在气体透过性的膜(脱气膜)的一次侧通水被处理水、一边通过将膜的二次侧根据需要进行减压而仅使被处理水中的溶存气体移行至二次侧而除去的装置。也可以在该膜的减压侧(二次侧)连接氮等不活泼气体源，使脱气性能提高。脱气膜只要是氧、氮、蒸气等气体通过但水不透过的膜即可，例如有硅橡胶系、聚四氟乙烯系、聚烯烃系、聚氨酯系等膜。
根据以上说明的实施方式的纯水制造系统，由于能够抑制电去离子装置中的电极、离子交换体的劣化，因此能够长期获得高水质的纯水。另外，由于将反渗透膜装置的透过水至少导入至电极室、优选导入至电极室和浓缩室，因此能够抑制二氧化硅氧化皮，同时还容易获得二氧化硅、硼等微量杂质的除去率提高或抑制除去率降低的效果。
实施例
接着，对实施例进行说明。本发明并不限定于以下的实施例。
(实施例1及比较例1)
图5是表示实施例1及比较例1中使用的纯水制造系统50的构成的图。在纯水制造系统50中，在实施例1中，使用电去离子装置53，在比较例1中，使用电去离子装置54。除此以外，纯水制造系统50所具有的装置在实施例1及比较例1中共同使用。
纯水制造系统50依次具备反渗透膜装置51(东丽公司、TM820K-400)、紫外线氧化装置52(PHOTOSCIENCE JAPAN公司、AUV-8000TOC、紫外线照射量0.3kWh/m3)，在紫外线氧化装置52的后段，並列地配置有在浓缩室和电极室中填充有离子交换树脂的电去离子装置53、54(EVOQUA公司、VNX-55EX、处理水量为10m3/小时、水回收率为95％)。
在纯水制造系统50中，设置有向反渗透膜装置51供给被处理水的补给水管线55a、将反渗透膜装置51与紫外线氧化装置52连接的补给水管线55b、将紫外线氧化装置52与电去离子装置53、54的各脱盐室入口连接的补给水管线55c、将电去离子装置53、54的透过水分别排出的处理水管线55d。在上述中反渗透膜装置51的透过水在补给水管线55b中流通。反渗透膜装置51的浓缩水通过排水管57被排出。电去离子装置53、54的浓缩水通过排水管56被排出。
进而，在实施例1中使用的电去离子装置53上，连接有将反渗透膜装置51的透过水不经由紫外线氧化装置52地供给至电去离子装置的电极室及浓缩室入口的旁通补给水管线53a。另外，在比较例1中使用的电去离子装置54上，连接有将紫外线氧化装置52的处理水供给至电极室及浓缩室的补给水管线54a。
在实施例1及比较例1中，将使自来水在活性炭中通水而除去了氯的被处理水通过补给水管线55a供给至纯水制造系统50，进行24小时的连续运转，制造了纯水。此时，在电去离子装置53、54中，为了容易评价因电去离子装置的劣化而引起的性能的降低，以180V的恒电压模式施加直流电流。电流密度在通水初始时为1810mA/dm2。
在运转刚开始后(通水初始)及运转开始后经过300天的时刻，测定各点(反渗透膜装置51的透过水出口(补给水管线55b的与反渗透膜装置51的连接点附近)、紫外线氧化装置52的处理水出口(补给水管线55c的与紫外线氧化装置52的连接点附近)、电去离子装置53、54的透过水出口(各处理水管线55d的与电去离子装置53、54的连接点附近))处的水质(导电率[μS/cm])。将结果示于表1中。
表1
Figure BDA0002895220880000151
由表1获知，在实施例1的纯水制造系统中，从电去离子装置53的透过水出口排出的处理水的导电率即使在运转开始后经过300天后也与通水初始的值没有改变，另外，与从比较例1的纯水制造系统中的电去离子装置54的透过水出口排出的处理水的导电率相比处理水的水质也提高。
(实施例2及比较例2)
在图5的系统中，使用在浓缩室和电极室中未填充离子交换树脂的电去离子装置53、54(IONICS公司、EDI-50、处理水量为10m3/小时、浓缩水循环水量为15m3/小时、水回收率为95％)，进行与实施例1及比较例1相同的试验。需要说明的是，EDI-50通常需要浓缩水的循环和向浓缩水中注入氯化钠，在实施例2及比较例2中也实施了，但在附图中省略。另外，此时，在电去离子装置53、54中，以580V的恒电压模式施加直流电流。电流密度在通水初始时为314mA/dm2。将结果示于表2中。
表2
Figure BDA0002895220880000161
由表2获知，将渗透膜装置的透过水不经由紫外线氧化装置地供给至电去离子装置的浓缩室及电极室的方法即使是使用如实施例2的纯水制造系统那样在浓缩室和电极室中未填充离子交换树脂的电去离子装置的情况下也具有效果。然而，实施例2的纯水制造系统与比较例2的纯水制造系统的300天后的处理水的水质之差比使用像上述实施例1和比较例1那样在浓缩室和电极室中填充有离子交换树脂的电去离子装置的情况的处理水的水质之差小。认为这是因为，由于在浓缩室和电极室中未填充离子交换树脂，因过氧化氢而受到影响的部位少。
如以上那样，确认到：就使用反渗透膜装置51的透过水作为向电去离子装置53的电极室入口的补给水的实施例1、2的纯水制造系统而言，与使用紫外线氧化装置52的出口的水作为向电去离子装置54的脱盐室入口及电极室入口的补给水的比较例1、2的纯水制造系统相比，能够长期地供给导电率低的处理水。
如以上详述的那样，根据本发明的纯水制造系统，作为向电去离子装置的电极室入口的补给水，通过使用紫外线氧化装置的副产物即不含过氧化氢的反渗透膜装置的透过水，能够无电极的腐蚀地长期地提供高纯度的处理水。
符号的说明
1、1A、1B 纯水制造系统
10 反渗透膜装置
11 紫外线氧化装置(TOC-UV)
12、12A、12B 电去离子装置(EDI)
13 脱气膜装置(MDG)
14 使用点(POU)
23c 浓缩室入口喷嘴
24c 脱盐室入口喷嘴
25c 电极室入口喷嘴
31c 共同入口喷嘴
131 第1旁通管
132 第2旁通管
133 处理水管
21 阳离子交换膜
22 阴离子交换膜
23 浓缩室
24 脱盐室
25a 阳极室
25b 阴极室
26a 阳极
26b 阴极
27 电源

Claims (9)

1.一种纯水制造系统，其特征在于，其是具备反渗透膜装置、紫外线氧化装置、电去离子装置及将这些装置从上游侧起依次连接的处理水管的纯水制造系统，其中，
所述电去离子装置具备：交替地配置的阳离子交换膜及阴离子交换膜；
交替地形成于所述阳离子交换膜及阴离子交换膜之间的浓缩室及脱盐室；以及
配置于所述阳离子交换膜及阴离子交换膜的外侧的一对电极室，
所述处理水管按照将经所述紫外线氧化装置处理后的处理水供给至所述电去离子装置的至少脱盐室的方式与所述电去离子装置连接，
并且所述纯水制造系统具备将所述反渗透膜装置的透过水不经由所述紫外线氧化装置地供给至所述电去离子装置的电极室的第1旁通管。
2.根据权利要求1所述的纯水制造系统，其特征在于，其进一步具备将所述反渗透膜装置的透过水不经由所述紫外线氧化装置地供给至所述电去离子装置的浓缩室的第2旁通管。
3.根据权利要求2所述的纯水制造系统，其特征在于，所述电去离子装置具有所述电去离子装置的通向浓缩室及电极室的共同入口喷嘴，所述第1旁通管及所述第2旁通管均与所述共同入口喷嘴连接。
4.根据权利要求2所述的纯水制造系统，其特征在于，所述电去离子装置具有所述电去离子装置的通向浓缩室的浓缩室入口喷嘴及通向电极室的电极室入口喷嘴，所述第1旁通管与所述电极室入口喷嘴连接，所述第2旁通管与所述浓缩室入口喷嘴连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的纯水制造系统，其特征在于，其在所述电极室内及所述浓缩室内具有离子交换体。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的纯水制造系统，其特征在于，经所述紫外线氧化装置处理后的处理水的过氧化氢浓度为100μg/升以下。
7.一种纯水制造方法，其特征在于，其是将原水依次用反渗透膜装置、紫外线氧化装置及电去离子装置进行处理的纯水制造方法，其中，
所述电去离子装置具备：交替地配置的阳离子交换膜及阴离子交换膜；
交替地形成于所述阳离子交换膜及阴离子交换膜之间的浓缩室及脱盐室；以及
配置于所述阳离子交换膜及阴离子交换膜的外侧的一对电极室，
将经所述紫外线氧化装置处理后的处理水供给至所述电去离子装置的至少脱盐室中，
将所述反渗透膜装置的透过水不经由所述紫外线氧化装置地供给至所述电去离子装置的电极室。
8.根据权利要求7所述的纯水制造方法，其特征在于，将所述反渗透膜装置的透过水不经由所述紫外线氧化装置地供给至所述电去离子装置的浓缩室。
9.根据权利要求7或8所述的纯水制造方法，其特征在于，经所述紫外线氧化装置处理后的处理水的过氧化氢浓度为100μg/升以下。
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