CN118103335A - 电极水的回收方法及超纯水或制药用水的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种电极水的回收方法，所述电极水的回收方法在超纯水制造工序中，被处理水通过电去离子处理中的阴极室生成电极水，从所述电极水中除去氢气并进行回收，将电极水散布在填充于洗涤器中的填充物上，且从填充物的下方供给惰性气体，使惰性气体与电极水中的氢气反应，将通过该反应生成的处理气体从填充物上方的排气口进行排气，回收除去了氢气的处理水。

Description

电极水的回收方法及超纯水或制药用水的制造方法

技术领域

本发明涉及一种电极水的回收方法及超纯水或制药用水的制造方法。

背景技术

在纯水、超纯水、纯净水或注射用水等制药用水制造中，电去离子装置被广泛使用。在该装置中，通过从外部施加到被处理水中的电场，使水中的离子成分脱盐，从而得到处理水，并且产生浓缩水和电极水，所述浓缩水是被除去的离子浓缩而成的，所述电极水是与施加电场的电极接触的被处理水被排出时产生的。根据装置的不同，浓缩水和电极水有时作为混合物而被排出。

浓缩水中含有高浓度的离子，另外，电极水中有时含有施加电场时产生的氢或氧。但是，已尝试通过回收并再利用这些排出水来提高水的使用率。

例如，在日本专利特开平4-166215号公报中，公开了一种作为从电去离子装置排出的含有氢气的电极水的处理方法的技术，该技术使电极水以上升流在填充有催化剂的柱中进行通水，使用贵金属催化剂使氢气与氧气反应生成水，从而除去氢气。

发明内容

发明要解决的课题

通过从含有氢气的电极水中除去氢气并回收电极水，能够安全地再利用水。另外，通过回收电极水，能够高效率地制造纯水，超纯水，制药用水。

然而，若如上述现有例子那样，使用催化剂除去氢气，则会成本高。另外，在使被处理水通过催化剂时，需要用于加压的泵，这进一步增加了成本。一般来说，由于电极水在被处理水中例如占比为5～10％左右，因此通过回收的水回收率的提高预计仅为5～10％左右，因此该成本的增加是个很大的问题。

一般来说，纯水是将储存在坑中的原水通过凝集沉淀、活性炭处理、重力过滤等进行预处理后的预处理水作为预处理水储存在预处理坑中，将其通过二床三塔装置、反渗透装置、电去离子装置、混床式离子交换装置、紫外线处理装置、脱气装置等进行处理而制造的。超纯水是将纯水(初级处理水)储存在纯水罐中，进而通过紫外线处理装置、脱气装置、混床式离子交换装置、UF过滤装置等进行处理而制造的。在纯水或超纯水的情况下，由于制造的规模特别大，因此即使是回收微小比例的水，作为水量也会变大，所以水回收的提高成为很大的课题的情况很多。

另外，纯净水是通过反渗透装置、电去离子装置、混床式离子交换装置等进行处理而制造的。注射用水是将纯净水通过蒸馏或UF过滤装置进行处理，并加热到80℃的状态下而制造的。制药用水的制造规模并不大，但即使如此，提高水回收率也是一个课题。

本公开的目的在于，抑制增加成本，并且提高电极水的回收率。

解决课题的手段

第一方面所涉及的电极水的回收方法，所述电极水的回收方法在超纯水制造工序中，被处理水通过电去离子处理中的阴极室生成电极水，从所述电极水中除去氢气并进行回收，其中，将所述电极水散布在填充于洗涤器中的填充物上，且从所述填充物的下方供给惰性气体，使所述惰性气体与所述电极水中的所述氢气反应，将通过该反应生成的处理气体从所述填充物上方的排气口进行排气，回收除去了所述氢气的处理水。

在该电极水的回收方法中，将含有氢气的电极水在洗涤器中除去氢气，并回收除去了氢气的处理水。另外，散布在洗涤器的填充物上的电极水顺着填充物且在重力的作用下向下方移动。在此期间，电极水中含有的氢气与惰性气体反应而被除去。因此，与使电极水通过催化剂的情况相比，能够有效地回收除去了氢气的电极水(处理水)。

第二方面所涉及的电极水的回收方法是在第一方面所涉及的电极水的回收方法中，除去了所述氢气的处理水在重力的作用下，从所述填充物下方的排水部进行排水并回收。

在该电极水的回收方法中，由于除去了氢气的处理水在重力的作用下进行排水并回收，因此不需要用于送液的泵。

第三方面是在第一方面所涉及的电极水的回收方法中，在所述洗涤器中的设置于所述填充物下方的液槽中储存所述处理水，通过水位传感器检测所述液槽的水位，开闭设置于所述液槽的排水部上的阀，以使所述水位保持预定水位。

在该电极水的回收方法中，打开或关闭排水部的阀，以使液槽的水位保持预定水位。这样，能够防止填充物的下方供给的惰性气体从排水部流出，从而惰性气体朝向上方的填充物与氢气反应。由此，能够有效地除去氢气。

第四方面是在第一方面的电极水回收方法中，在所述洗涤器中的设置于所述填充物下方的液槽中储存所述处理水，所述液槽的排水部具有上行管和下行管，所述上行管从开口于所述液槽的排水口朝向上方，所述下行管从所述上行管的上端折返并朝向下方，在所述上行管中形成水封，在所述液槽的水位超过所述上行管的上端时，所述处理水会溢流并流向所述下行管。

在该电极水的回收方法中，排水部具有上行管和下行管，当液槽的水位超过上行管的上端时，处理水会溢流并流向下行管。当液槽的水位没有到达上行管的上端时，处理水不会被排水。只要暂且储存处理水，直至液槽的水位到达开口于液槽的上行管的排水口之上，上行管中就会形成水封。这样，能够防止填充物的下方供给的惰性气体从排水部流出，从而惰性气体朝向上方的填充物并与氢气反应。由此，能够有效地除去氢气。

第五方面所涉及的超纯水或制药用水制造方法，是将处理水进行再利用，以用于超纯水的制造，所述处理水通过第一～第四方面中的任一方面所涉及的电极水的回收方法进行回收。

在该超纯水或制药用水制造方法中，从电极水中回收除去了氢气的处理水，由于将该处理水进行再利用，以用于超纯水的制造，因此能够有效地利用水资源。

第六方面所涉及的超纯水或制药用水制造方法，是在第五方面所涉及的超纯水或制药用水制造方法中，将所述回收的处理水回流到储存原水的坑或者储存前处理水的坑中。

发明的效果

根据本公开，能够抑制增加成本，并且提高电极水的回收率。

附图说明

图1是示出超纯水制造系统的概略结构图。

图2是示出电去离子处理装置的结构和作用的概略结构图。

图3是示意性地示出洗涤器和排水部的一例的剖视图。

图4是示意性地示出洗涤器和排水部的其他例子的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对用于实施本公开的方式进行说明。在各附图中，使用相同附图标记表示的构成要素意味着相同或同样的构成要素。需要说明的是，在以下说明的实施方式中，有时会省略重复的说明和附图标记。另外，在以下的说明中，所使用的附图均为示意化的，附图中所示的各要素的尺寸关系、各要素的比率等与现实的不一定一致。另外，在多个附图之间，各要素的尺寸关系、各要素的比率等也不一定一致。

在图1至图4中，对本实施方式所涉及的电极水的回收方法以及超纯水制造方法进行说明。使用这些方法的超纯水制造系统10具备初级纯水装置12和次级纯水装置112。需要说明的是，该超纯水制造系统10的结构只是一个例子，对于与本实施方式所涉及的电极水的回收方法无关的部位，能够进行适当地变更。

(初级纯水装置12)

如图1所示，初级纯水装置12具备储存被处理水的被处理水坑14、第一泵18、流量计(FIQ)20、热交换器(HEX)22、活性炭装置(AC)24以及紫外线氧化装置(UV)26。初级纯水装置12还具备第二泵34、第一反渗透膜装置(RO)38、去离子水坑40、电去离子装置(EDI)42、离子交换树脂装置44、洗涤器200以及纯水罐46。

然后，从被处理水流动的流动方向的上游侧开始，沿着被处理水流动的主流路100依次排列被处理水坑14、第一泵18、流量计20、热交换器22、活性炭装置24、紫外线氧化装置26、第二泵34、第一反渗透膜装置38、去离子水坑40、电去离子装置42、离子交换树脂装置44以及纯水罐46。

以下对各装置进行说明。

被处理水坑14储存被处理水。被处理水是原水，作为被处理水，可以举出工业用水、自来水、地下水、河水、井水等。第一泵18使储存在被处理水坑14中的被处理水沿着主流路100向被处理水的流动方向(以下有时称为“水流方向”)的下游侧流动。

流量计20测量流过主流路100的被处理水的流量。热交换器22通过热交换来调整被处理水的温度。活性炭装置24通过吸附处理，从被处理水中除去天然有机物、残留氯以及三卤甲烷等。紫外线氧化装置26通过紫外线照射来分解被处理水中含有的活菌和细菌等，进行杀菌处理。

第二泵34是高压泵，使通过过滤装置30除去了杂质的被处理水流向第一反渗透膜装置38。

第一反渗透膜装置38中设置有透过被处理水的反渗透膜，第一反渗透膜装置38通过反渗透膜处理，将被处理水分离为除去了离子和盐类的透过水和浓缩水。

去离子水坑40暂时储存透过了第一反渗透膜装置38的反渗透膜的透过水。电去离子装置42对被处理水(去离子水坑40中的储存水)进行电解再生的同时，进行去离子处理，并排出混合了浓缩水的电极水(记载为电极水)和处理水。洗涤器200从电去离子装置42排出的电极水中除去氢气。离子交换树脂装置44除去从电去离子装置42流出的被处理水中微量残留的无机离子。纯水罐46储存由初级纯水装置12制造的初级纯水。

(电去离子装置42)

在图2中，电去离子装置42具有对置配置的阴极室42a和阳极室42b，在阴极室42a和阳极室42b之间交替配置浓缩室42c和脱盐室42d，浓缩室42c和脱盐室42d由离子交换膜划分。阴极室42a和阳极室42b分别与浓缩室42c相邻。在图示的例子中，阳离子交换膜42e和阴离子交换膜42f作为离子交换膜，从阴极室42a侧向阳极室42b侧交替配置。脱盐室42d中充满离子交换树脂(未图示)。

被处理水通过脱盐室42d，被处理水与浓缩水的混合水通过浓缩室42c、阴极室42a以及阳极室42b。被处理水中的离子在脱盐室42d中被离子交换树脂吸附，并在施加的直流电位的作用力下通过离子交换膜从脱盐室42d向浓缩室42c移动。然后，随着被处理水在脱盐室42d内的移动，离子被除去。被除去的离子移动至浓缩水、阳极水以及阴极水。从浓缩室42c排出的浓缩水与一部分电极水混合并被排出，剩余部分循环至浓缩室42c。通过阴极室42a和阳极室41b的电极水作为电极水排出。含有较多氢气的电极水被送至洗涤器200。需要说明的是，从电去离子装置42排出的浓缩水可以不返回到被处理水坑14，而是与电极水混合并送至洗涤器200。即，供给洗涤器200的液体并不限定于电极水，也可以是电极水与浓缩水混合的水。

作为电去离子装置的结构，不限定于本结构。

也可以不进行浓缩水的循环。另外，也可以在浓缩室42c、阳极室42b以及阴极室42a中填充离子交换树脂和离子交换纤维等导电性物质。

作为填充于脱盐室42d中的离子交换树脂，优选使用阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混合而成的树脂，但不限于该组合。另外，也可以单独填充其他离子交换树脂或离子交换纤维等导电性物质，或者混合上述物质进行填充。

作为电去离子装置，可以使用市售的电去离子装置，没有特别限定。例如，可以例示出MK系列(E-Cell公司制)、VNX系列(IONPURE公司制)等。

(洗涤器200)

图3示出了洗涤器200的一例。洗涤器200是脱气装置的一例，例如由圆筒形的脱气塔202和配设于脱气塔202下部的液槽203构成。脱气塔202的上部设置有喷雾部204。喷雾部204连接有供水配管206，供水配管206用于将电极水导入脱气塔202内。电极水通过电去离子装置42的排出压力流入洗涤器200。脱气塔202的下部设置有筛板205。筛板205具有流通气体和液体的通气孔，并且分隔脱气塔202和液槽203。在筛板205上配置有预定量的填充物208。在脱气塔202中的填充物208的上方，例如在天花板部上，设置有排气口212。作为填充物208，例如可以使用Tellerette填料(注册商标)。

喷雾部204具有喷嘴210。喷嘴210配置在脱气塔202中心部的填充物208的正上方。该喷嘴210以广角且雾状(微粒子状)地喷射电极水，从而能够向填充物208的整个表面供给电极水。

液槽203的上部设置有气体分散器214。气体分散器214中供给有作为惰性气体的一例的氮气。氮气朝向脱气塔202内从上方向下方流动的电极水，通过由填充物208形成的空隙部向上方流动。电极水中的氢气的除去，是通过填充物208的表面流下的液体与填充物208的空隙部上升的氮气之间的气液间接触，将各自流体中的气体分压差作为推进力进行的。电极水在通过填充物208被除去氢气后，流至液槽203内，并在重力的作用下从排水部216进行排水，例如返回于被处理水坑14(图1)中进行回收。需要说明的是，如果能够在重力的作用下进行排水，则也可以回收于地下罐等(未图示)中进行再利用。另外，到达脱气塔202上部的氮气和从电极水中除去的氢气构成的处理气体从排气口212排出。回收的处理水228能够进行再利用，以用于超纯水的制造。作为惰性气体，可以使用氮、氩以及氖等。在能够避免爆炸的条件下运行时，也可以用空气代替。另外，在回收的处理水228的回收目的地的坑、或者纯水制造工艺的坑或罐的上部填充惰性气体进行密封的情况下，也可以利用该惰性气体的排气。例如，在图1中的罐46的上部用氮气密封的情况下，可以使用罐46的排气。

排水部216具有排水管218和阀220，排水管218例如形成为L字形，阀220设置于排水管218。排水部216的排水口222例如在液槽203的侧部开口。另一方面，液槽203的侧部设置有水位传感器224，水位传感器224用于检测储存在液槽203中的处理水228的水位。水位传感器224的信号被送到控制部226。控制部226打开或关闭阀220，以使水位保持预定水位。例如，控制部226在处理水228的水位高于排水部216的排水口222时开放阀220，反之则关闭阀220。另外，也可以为液槽203的水位设置上限设定值和下限设定值，在处理水228的水位为下限设定值时，关闭阀220，在处理水228的水位超过上限设定值时，开放阀220，以使处理水228的水位保持在上限设定值和下限设定值之间。作为水位传感器，例如可以使用压力传感器、静电电容式传感器、差压传感器、浮子传感器等。

图4示出了洗涤器200的另一例。在该洗涤器200中，排水部216具有上行管230和下行管234，上行管230从开口于液槽203的排水口222朝向上方，下行管234从上行管230的上端折返并朝向下方。在上行管230中形成水封，在液槽203的水位超过水位232时，处理水228会溢流并流向下行管234。由于液槽203内的惰性气体的压力，上行管230内的水位略高于液槽203内的水位，因此当水位上升到上限水位232时，会产生从上行管230向下行管234的溢流。其他结构与图3的洗涤器200相同。在图4的装置中，根据需要，也可以设置与图3相同的阀或水位传感器来进行控制。

(第二反渗透膜装置48)

如图1所示，第二反渗透膜装置48配置于从第一反渗透膜装置38分支的分支流路102中。分支流路102是第一反渗透膜装置38分离出的浓缩水流动的流路，其一端与第一反渗透膜装置38连接，另一端与被处理水坑14连接。

第二反渗透膜装置48中设置有使浓缩水透过的反渗透膜，第二反渗透膜装置48通过反渗透膜处理，将通过第一反渗透膜装置38分离出的浓缩水分离为除去了离子和盐类的处理水与排水。排水储存在排水坑52中，处理水返回于被处理水坑14。

在第一反渗透膜装置38和或第二反渗透膜装置48中，在水垢的生成有可能产生生物污垢的担忧的情况下，也可以在第一反渗透膜装置38的前级中添加阻垢剂、粘泥控制剂、pH调节剂等。作为阻垢剂、粘泥控制剂、pH调节剂，可以使用市售的制剂，没有特别限定。作为添加方法，例如，可以在第二泵34的前级中设置喷射器进行注入。

(离子交换树脂装置44)

离子交换树脂装置44进一步除去残留在前级的电去离子装置42的处理水中的离子成分。例如，可以例示出非再生式混床式离子交换树脂塔。在离子交换树脂装置44中，填充有例如强酸性离子交换树脂和强碱性离子交换树脂的混合物，但也可以混合硼选择性离子交换树脂等其他离子交换树脂。也可以不是混床式，而是多层床式。也可以使用单床式的两塔以上的多塔式的离子交换装置。另外，此处例示的离子交换树脂也可以作为单床使用。考虑电去离子装置42的处理水的水质和最终得到的超纯水的水质，离子交换树脂装置44的结构可以任意选择。

(次级纯水装置112)

如图1所示，次级纯水装置112在水流方向上配置于纯水罐46的下游侧。

在该结构中，次级纯水装置112进一步从初级纯水中除去杂质。然后，通过次级纯水装置112而得到的超纯水被送往作为使用场所的使用点120。在送往使用点120的超纯水中，未使用的超纯水直接返回纯水罐46，并与初级纯水一起储存于纯水罐46中。

(电极水的回收方法)

电极水的回收方法是在超纯水制造工序中，被处理水通过电去离子处理中的阴极室42a生成电极水，从所述电极水中除去氢气并进行回收的电极水的回收方法，其中，将电极水散布在填充于洗涤器200中的填充物208上，且从填充物208的下方供给惰性气体，使所述惰性气体与电极水中的氢气反应，将通过该反应生成的处理气体从填充物208上方的排气口212进行排气，除去了氢气的处理水228在重力的作用下从填充物208下方的排水部216进行排水并回收。

在该电极水的回收方法中，由于含有氢气的电极水在来自电去离子装置42的电极水的排出压力的作用下通过洗涤器200，并在洗涤器200中除去氢气，除去了氢气的处理水228在重力的作用下进行排水并回收，因此不需要用于送液的泵。另外，散布在洗涤器200的填充物208上的电极水顺着填充物208且在重力的作用下向下方移动。在此期间，电极水中含有的氢气与惰性气体反应而被除去。因此，与使电极水通过催化剂的情况相比，能够有效地回收除去了氢气的电极水(处理水228)。

在洗涤器200中的设置于填充物208下方的液槽203中储存处理水228，通过水位传感器224检测液槽203的水位，当水位高于开口于液槽203的排水部216的排水口222时，也可以开放设置于排水部216上的阀220。

在该情况下，当液槽203的水位高于开口于该液槽203的排水部216的排水口222时，开放排水部216的阀220。当液槽203的水位在排水口222以下时，关闭阀220。这样，能够防止填充物208的下方供给的惰性气体从排水部216流出，从而惰性气体朝向上方的填充物208并与氢气反应。由此，能够有效地除去氢气。

另外，也可以在洗涤器200中的设置于填充物208下方的液槽203中储存处理水228，排水部216具有上行管230和下行管234，上行管230从开口于液槽203的排水口222朝向上方，下行管234从上行管230的上端232折返并朝向下方，在上行管230中形成水封，在液槽203的水位超过上行管230的上端232时，处理水228会流向下行管234。

在这种情况下，排水部216具有上行管230和下行管234，当液槽203的水位超过上行管230的上端232时，处理水228会流向下行管234。当液槽203的水位没有到达上行管230的上端232时，处理水228不会被排水。只要暂且储存处理水228，直至液槽203的水位到达开口于液槽203的上行管230的排水口222之上，上行管230中就会形成水封。这样，能够防止填充物208的下方供给的惰性气体从排水部216流出，从而惰性气体朝向上方的填充物208并与氢气反应。由此，能够有效地除去氢气。另外，由于不需要水位传感器224和控制部226(图3)，因此能够抑制成本的增加。

由此，根据本实施方式所涉及的电极水的回收方法，能够抑制增加成本，并且能够提高电极水的回收率。

另外，在直接回收电极水，并于纯水、超纯水以及制药用水制造中进行再利用的情况下，由于氢会消耗OH自由基等，因此组装在这些制造装置中的紫外线装置(紫外线氧化装置和紫外线杀菌装置)的性能会降低。也能够避免这种影响，高效地制造纯水、超纯水以及制药用水。

(超纯水制造方法)

超纯水制造方法是在使用上述超纯水制造系统10的超纯水制造工序中，将通过上述电极水的回收方法回收的处理水228进行再利用，以用于超纯水的制造。

在该超纯水制造方法中，从电极水中回收除去了氢气的处理水228，由于将该处理水228进行再利用，以用于超纯水的制造，因此能够有效地利用水资源。另外，在使用本实施方式的情况下，作为需要的新设备，仅为洗涤器200、若干阀以及配管，能够在显著降低成本的基础上，提高水回收率。

本实施方式所涉及的电极水回收方法能够用于电去离子装置，该电去离子装置用于纯水和超纯水的制造，或者用于纯净水和注射用水等制药及医药用水的制造，所述纯水和超纯水用于制造半导体和液晶等。

[其他实施方式]

以上，对本公开的实施方式的一例进行了说明，但本公开的实施方式并不限定于上述内容，除此之外，当然也可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变形来实施。

本说明书中引用结合了2021年10月19日提交日本的、日本专利申请2021-171016号公开的全部内容。

本说明书中记载的所有文献、专利申请以及技术标准均通过引用的方式结合于本说明书，其引用情况与具体和单独地描述个别文献、专利申请以及技术标准的情况相同。

Claims (6)

1.一种电极水的回收方法，其特征在于，是在超纯水制造工序中，被处理水通过电去离子处理中的阴极室生成电极水，从所述电极水中除去氢气并进行回收，

将所述电极水散布在填充于洗涤器中的填充物上，且从所述填充物的下方供给惰性气体，使所述惰性气体与所述电极水中的所述氢气反应，将通过该反应生成的处理气体从所述填充物上方的排气口进行排气，回收除去了所述氢气的处理水。

2.根据权利要求1所述的电极水的回收方法，其中，

除去了所述氢气的处理水在重力的作用下，从所述填充物下方的排水部进行排水并回收。

3.根据权利要求1所述的电极水的回收方法，其中，

在所述洗涤器中的设置于所述填充物下方的液槽中储存所述处理水，通过水位传感器检测所述液槽的水位，开闭设置于所述液槽的排水部上的阀，以使所述水位保持预定水位。

4.根据权利要求1所述的电极水的回收方法，其中，

在所述洗涤器中的设置于所述填充物下方的液槽中储存所述处理水，

所述液槽的排水部具有上行管和下行管，所述上行管从开口于所述液槽的排水口朝向上方，所述下行管从所述上行管的上端折返并朝向下方，

在所述上行管中形成水封，在所述液槽的水位超过所述上行管的上端时，所述处理水会溢流并流向所述下行管。

5.一种超纯水或制药用水制造方法，其中，

所述方法将处理水进行再利用，以用于超纯水的制造，所述处理水通过权利要求1至4中任一项所述的电极水的回收方法进行回收。

6.根据权利要求5所述的超纯水或制药用水制造方法，其中，

将所述回收的处理水回流到储存原水的坑或者储存前处理水的坑中。