JP2000015257A - 高純度水の製造装置および方法 - Google Patents
高純度水の製造装置および方法Info
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Abstract
るとともに、有機物を効率よく除去して有機物濃度の低
い高純度水を低コストで得ることが可能な高純度水の製
造装置、および方法を提供する。 【解決手段】 原水2に酸4を注入してpH6以下に調
整して脱気装置1で脱気し、脱気水11を第1RO装置
6で脱塩し、第1の透過液13をpH8.5以上に調整
して第2RO装置8で脱塩し、第2の透過液15を脱イ
オン装置9に脱イオンして高純度水16を製造する。第
2の濃縮液19を第1酸化処理装置21でUV酸化して
第1RO装置6に戻し、第1の濃縮液23を第3RO装
置26で脱塩し、その第3の透過液を第2酸化処理装置
27でUV酸化して第1RO装置6に戻す。
Description
純度水を得るための高純度水の製造方法および装置に関
し、特に2段式の逆浸透膜(以下、ROという場合があ
る)装置を用いる高純度水の製造装置および方法に関す
るものである。
水の製造工程においては、原水中の塩類、ガス、懸濁物
等を除去して高純度水を得るために、脱気装置と2段式
RO装置を組合せた装置が使用されている(例えば特開
昭61−4591号、特開昭62−42787号)。こ
のような装置では、原水を酸性にして重炭酸イオン等を
ガス化させて脱気装置で脱気したのち脱気水を第1のR
O装置で脱塩し、その脱塩水をアルカリ性にして第2の
RO装置で脱塩して高純度水を得ている。
塩率として、酸性下で除去可能な成分を含む大部分の塩
分を除去し、第2のRO装置ではアルカリ性下で除去可
能な成分を含む残部の塩分が除去される。特に酸性ない
し中性下では除去困難な残留する炭酸ガスやシリカはア
ルカリ性とすることによりイオン化して除去される。
を防止するために、原水に対する高度の前処理が行われ
るので、水回収率を高くして処理コストを低くする必要
があり、このために第2のRO装置の濃縮水を第1のR
O装置の原水と混合して循環処理を行っている。第1の
RO装置の濃縮液は高塩分濃度であるため、通常はその
まま系外に排出されている。
のRO装置に循環して処理を行うと、第2のRO装置の
濃縮液に含まれる塩分の多くは除去されるが、RO装置
で除去困難な低分子の有機物は除去されないで脱塩水側
に移行し、第2のRO装置の脱塩水のTOC濃度が高く
なるという問題点があった。
れるTOC(有機物)はイオン交換等によっても除去が
困難であり、超純水を得るためには後続のサブシステム
においてUV(紫外線)酸化、オゾン酸化等により分解
する方法がとられている。しかし低濃度の有機物を含む
大量の脱塩水を処理するため、エネルギーの使用効率が
悪いという問題点があった。
収率を高くして大量の高純度水を回収するとともに、有
機物を効率よく除去して有機物濃度の低い高純度水を低
コストで得ることが可能な高純度水の製造装置、および
方法を提供することである。
製造装置、および方法である。 (1) 原水をpH6以下に調整する第1のpH調整装
置、pH調整された原水を脱気する脱気装置、脱気水を
脱塩する第1の逆浸透膜装置、第1の逆浸透膜装置から
得られる第1の透過液をpH8.5以上に調整する第2
のpH調整装置、pH調整された第1の透過液を脱塩し
て高純度水を得る第2の逆浸透膜装置、および第2の逆
浸透膜装置から得られる第2の濃縮液を酸化処理して、
第1の逆浸透膜装置に供給する第1の酸化処理装置を含
む高純度水の製造装置。 (2) 第1の逆浸透膜装置から得られる第1の濃縮液
を脱塩し、得られる第3の透過液を第1の逆浸透膜装置
に供給する第3の逆浸透膜装置を含む上記(1)記載の
装置。 (3) 第3の透過液を酸化処理する第2の酸化処理装
置を含む上記(2)記載の装置。 (4) 原水をpH6以下に調整して脱気し、脱気水を
第1の逆浸透膜装置で脱塩し、第1の逆浸透膜装置から
得られる第1の透過液をpH8.5以上に調整し、pH
調整して第1の透過液を第2の逆浸透膜装置で脱塩して
高純度水を得、第2の逆浸透膜装置の濃縮液を酸化処理
して第1の逆浸透膜装置に供給する高純度水の製造方
法。 (5) 第1の逆浸透膜装置から得られる第1の濃縮液
を第3の逆浸透膜装置で脱塩し、得られる第3の透過液
を第1の逆浸透膜装置に供給する上記(4)記載の方
法。 (6) 第3の透過液を酸化処理して第1の逆浸透膜装
置に供給する上記(5)記載の方法。
水などの不純物含量の低い高純度の水である。2段式R
O装置で得られる透過液は通常は純水に分類される程度
の純度であるが、これをさらにイオン交換その他の処理
工程を含むサブシステムで処理することにより、さらに
純度の高い超純水が得られる。このような高純度水は半
導体製造用、医療用など、任意の用途に用いられるもの
が含まれる。
は、水道水、工業用水、地下水、河川水、湖沼水など一
般に純水製造の原水として用いられているものがそのま
ま使用できるが、全イオン50〜200mg/lの水質
のものが好ましい。このような原水はその性状に応じて
凝集沈酸、濾過等の前処理を行って本発明の処理に供す
ることができる。
の気体が含まれているので、本発明では脱気装置により
脱気を行うが、このとき原水に酸を添加し、またはH形
のカチオン交換樹脂層に通してpH6以下、好ましくは
pH4〜6に調整する。酸としては塩酸、硫酸などの鉱
酸が用いられる。カチオン交換樹脂としては強酸型でも
弱酸型でもよい。上記のpHに調整することにより、原
水中の炭酸イオン、重炭酸イオンは炭酸ガスとして遊離
する。
等の他の気体を除去する装置である。このような脱気装
置としては、充填材を充填し窒素等のガスと向流接触さ
せる脱気装置、真空脱気装置、膜脱気装置などがあげら
れるが、膜脱気装置が好ましい。膜脱気装置は撥水性膜
を通して加圧または減圧下にガスを透過させて除去する
装置である。撥水膜としてはポリプロピレン等の材質か
らなる平膜、スパイラル状膜、チューブラー膜、中空糸
膜など従来から用いられているものが用いられる。
有し、脱気した原水、透過液または濃縮液を加圧下に供
給して膜分離により脱塩を行う装置であり、従来から脱
塩のためのRO装置として用いられているものがそのま
ま使用できる。ROとしてはポリアミド、ポリスルホ
ン、酢酸セルロース等の平膜、スパイラル状膜、チュー
ブラー膜、中空糸膜など従来から用いられているものが
用いられる。
RO装置の第1の透過液をpH8.5以上、好ましくは
pH9〜11に調整し、第2のRO装置に供給して脱塩
を行うように接続される。pH調整は水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム等のアルカリを、添加して行う。上
記pH範囲に調整することにより、第1の透過液中のシ
リカをケイ酸イオンとしてイオン化するとともに、残留
する炭酸ガスを炭酸イオンとしてイオン化する。
れた第1の透過液を加圧下に供給して膜分離により脱塩
し、高純度水を得る。上記のpH調整によりイオン化し
たケイ酸イオンおよび炭酸イオンもここで除去される。
処理水の純度は向上する。
第1のRO装置に供給されていたが、本発明では第1の
酸化処理装置で酸化処理して第1のRO装置に供給する
ように構成される。第1の酸化処理装置としては紫外線
酸化(UVox)、オゾン酸化、過酸化水素酸化、紫外
線照射オゾン酸化など従来より純水または超純水製造系
に使用されているものをそのまま使用できる。
のRO装置に供給して脱塩を行い、得られる第3の透過
液をそのまままたは第2の酸化処理装置により酸化処理
して第1のRO装置に供給するように構成される第2の
酸化処理装置も前記第1の酸化処理と同様のものが使用
できる。
ようにして行われる。まず原水を第1のpH調整装置に
おいて、pH6以下、好ましくは4〜6に調整したのち
脱気装置において脱気を行う。pH調整により原水中の
炭酸イオン、重炭酸イオンから炭酸ガスが遊離し、除去
される。真空脱気、膜脱気等を行う場合には酸素その他
のガスも除去される。
に供給して脱塩を行う。このとき酸性のまま脱塩を行う
ことにより、カルシウム等のスケール化を防止しながら
脱塩を行い、しかも酸性条件で除去可能な塩類等の不純
物を除去する。これにより脱塩された第1の透過液は透
過液室側に透過し、濃縮された第1の濃縮液は濃縮液室
側に残留する。第1のRO装置におけるNaCl除去率
は95%以上、水回収率は70%以上とするのが好まし
い。
8.5以上、好ましくはpH9〜11に調整して第2の
RO装置に加圧下に供給して脱塩を行う。pH調整によ
りシリカおよび残留する炭酸ガスはイオン化して除去さ
れるほか、アルカリ性条件で除去可能な不純物が除去さ
れ、高純度の第2の透過液が透過液室側に通過し、濃縮
された第2の濃縮液は濃縮液室側に残留する。第2のR
O装置のNaCl除去率は98%以上、水回収率は80
%以上とするのが好ましい。
し、利用できるほか、超純水製造用1次純水として、後
続の脱イオン装置で脱イオンして超純水を製造すること
ができる。脱イオン装置としては再生式混床イオン交換
装置、非再生式混床イオン交換装置、電気再生式連続純
水装置などが用いられる。さらに必要により殺菌装置、
限外濾過装置等の他の処理装置による処理を組合せても
よい。
て紫外線酸化等の酸化処理を行うことにより有機物を酸
化分解して、第1のRO装置に供給する。酸化処理によ
り有機物は一部は炭酸ガスと水に分解されるほか、一部
は低分子化してイオン性となり、第1および第2のRO
装置で除去される。これにより第2の透過液に漏出する
有機物量は少なくなる。この場合従来の第2の透過液を
酸化処理する場合に比べて第2の濃縮液を酸化処理する
方が処理対象液の容量が小さいので、処理効率が高く処
理コストは低くなる。
いたが、これを第3のRO装置で脱塩すると、得られる
第3の透過液は塩分濃度が低くなるため、第1のRO装
置に原料水として供給することができ、これにより水利
用率は高くなる。この場合第1の濃縮液をpH6以下、
好ましくはpH4.5〜5.5として脱塩すると、スケ
ール化が防止されるので好ましい。またpH8.5以
上、好ましくはpH9〜11として脱塩すると、シリカ
および炭酸ガスがイオン化して除去されるので好まし
い。
処理して第1のRO装置に供給すると、第3の透過液中
の有機物が分解されて第1および第2のRO装置で除去
されるため、第2の透過液の有機物濃度を高めることが
ないので好ましい。第3のRO装置の濃縮液はそのまま
排棄することができる。
した第1の透過液を第2のRO装置で脱塩し、第2のR
O装置から得られる第2の濃縮液を酸化処理して第1の
RO装置に返送して脱塩するようにしたので、水回収率
を高くして大量の高純度水を回収するとともに、有機物
を効率よく除去して有機物濃度の低い高純度水を低コス
トで得ることができる。
縮液を第3のRO装置で脱塩した第3の透過液を第1の
RO装置に返送して脱塩することにより、水回収率をさ
らに高めることができる。そしてこの場合第3の透過液
を酸化処理して返送することにより、第2の透過液の有
機物濃度を低くすることができる。
により説明する。図1および図2はそれぞれ別の実施形
態の高純度水の製造装置を示すフロー図である。
あって膜脱気装置からなり、原水路2から原水を導入す
る過程で、第1pH調整装置3から酸注入路4を通して
酸を注入してpH6以下に調整した原水を脱気するよう
に構成されている。脱気装置1から第1調整槽5、第1
RO装置6、第2調整槽7、第2RO装置8、脱イオン
装置9がライン11〜15によりシリーズに接続され、
脱イオン装置9に処理液路16が接続している。第2調
整槽7には第2pH調整装置17からアルカリ注入路1
8が連絡している。また第2RO濃縮水路35から分岐
した第2濃縮液路19が第1酸化処理装置21に連絡
し、第1酸化処理装置21からライン22が第1調整槽
5に連絡している。
た第1濃縮液路23が系外に連絡しているが、図2では
第1濃縮液路23は第3調整槽25に連絡し、第3調整
槽25から第3RO装置26および第2酸化処理装置2
7がライン28、29によりシリーズに連絡し、さらに
ライン30が第1調整槽5に連絡している。第3調整槽
25には第3pH調整装置31から薬注路32が連絡し
ている。
6はそれぞれRO6a、8a、26aにより濃縮液室6
b、8b、26bと透過液室6c、8c、26cに区画
され、濃縮液室6b、8b、26bからライン34、3
5、36が第1、第2、第3調整槽5、7、25に連絡
している。第3RO濃縮水路36から分岐した第3濃縮
液路33は系外に連絡している。第1および第2酸化処
理装置としては紫外線酸化装置が用いられている。
原水を供給する過程で第1pH調整装置3により酸注入
路4から酸を注入してpH6以下、好ましくは4〜6に
調整し、脱気装置1において脱気し、炭酸ガス、酸素そ
の他の気体を除去する。
てライン12から加圧下に第1RO装置6に供給して脱
塩する。第1の濃縮液はライン34から第1調整槽5に
循環し、第1の透過液はライン13から第2調整槽7に
導入し、ここで第2pH調整装置17からアルカリ注入
路18を通してアルカリを注入してpH8.5以上好ま
しくはpH9〜11に調整する。そしてライン14から
加圧下に第2RO装置8に供給して脱塩する。第2の濃
縮液はライン35から第2調整槽7に循環し、第2の透
過液はライン15から脱イオン装置9で脱イオンして処
理液路16から超純水を取り出す。
濃縮液が所定濃度となるように第1濃縮液路23から系
外に排出し、第2の濃縮液は第2濃縮液路19から第1
酸化処理装置21に導入し、ここで紫外線酸化により有
機物を分解しライン22から第1調整槽5に返送し、こ
こで新たに供給された脱気水と混合して、第1RO装置
6に供給して脱塩を行う。第2調整槽7にも新たに第1
の透過液を導入して前記と同様に脱塩を行う。
て、第1濃縮液路23から抜き出した第1の濃縮液を第
3調整槽25に導入する。ここで第3pH調整装置31
から薬注路32を通して酸またはアルカリを注入してp
H6以下、または8.5以上に調整する。そしてライン
28から加圧下に第3RO装置26に供給して脱塩を行
う。第3濃縮液はライン36から第3調整槽25に循環
し、第3透過液はライン29から第2酸化処理装置27
に供給して紫外線酸化処理を行い、ライン30から第1
調整槽5に返送する。第3濃縮液が所定濃度になるよう
に第3濃縮液路33から系外に排出する。
は、180nm以上の紫外線を用い0.05〜0.3K
WH/m3、好ましくは0.1〜0.2KWH/m3で処
理し、第2酸化処理装置27における酸化処理は180
nm以上の紫外線を用い、0.05〜0.5KWH/m
3、好ましくは0.2〜0.3KWH/m3で処理するの
が好ましい。これらの濃縮液は混合して上記範囲の紫外
線照射により処理することもできる。
脱気装置に通水して脱気した。脱気膜はポリプロピレン
中空糸型(ヘキスト社製、Liqui−Cel、商標)
4インチ1本で、真空度40Torr、N2量1N l
iter/minで処理した。第1のRO装置としてポ
リアミド製スパイラル型のRO(日東電工(株)製、N
TR−759HR、商標)8インチ3本で、圧力27k
g/cm2、水回収率80%で脱塩を行った。第1の透
過液に水酸化ナトリウムでpH10に調整後、上記と同
じRO膜3本を用いる第2RO装置に通水し、圧力13
kg/cm2、水回収率90%で脱塩した。第2の濃縮
液0.2m3/hrを0.15KWH/m3で紫外線酸化
処理し、第1RO装置入口に戻した。上記の処理を行っ
たときの第2RO装置の処理水と得られる第2透過液の
全イオンは1〜2mg/l、TOCは6〜7μg/lで
あった。
RO装置に戻したときの第2透過液のTOCは10〜1
1μg/lであった。
OC6〜7μg/lにしたときのエネルギー消費量は
0.06KWH/m3であった。この値と被処理液量を
乗じた値は(0.06KWH/m3×1.8m3/H=
0.11KW)実施例1の値(0.15KWH/m3×
0.2m3/H=0.03KW)よりも大きく、実施例
の方がエネルギー消費量が小さいことがわかる。
液(0.5m3/hr)をさらに第3RO膜(日東電工
(株)製NTR−759HR、商標)4インチ1本を有
する第3RO装置により水回収率は50%で脱塩し、第
3の透過液を0.3KWH/m3で紫外線酸化処理し第
1RO装置の入口に戻した。濃縮水はpH調整して排出
した。このときの第2透過液のTOCは6〜7μg/l
であった。
のRO装置に戻した。第2の透過液のTOCは13〜1
5μg/lであった。
RO装置に戻した。第2の透過液のTOCは21〜23
μg/lであった。
1RO装置に戻し、第2透過液を紫外線酸化してTOC
6〜7μg/lにしたときのエネルギー消費量は0.1
2KWH/m3であった。この値と被処理液量を乗じた
値(0.12KWH/m3×1.8m3/H+0.3KW
H/m3×0.25m3/H=0.291KW)は実施例
2の値(0.15KW/m3×0.2m3/H+0.3K
W/m3×0.25m3/H=0.105KW)より大き
く、エネルギー効率が悪いことがわかる。
RO装置に戻し、第2透過液を紫外線酸化してTOC6
〜7μg/lにしたときのエネルギー消費量は0.18
KW/m3であった。この値と被処理液量を乗じた値
(0.18KW/m3×1.8m3/H=0.324K
W)は実施例2の値より大きい。
る。
ある。
Claims (6)
- 【請求項1】 原水をpH6以下に調整する第1のpH
調整装置、 pH調整された原水を脱気する脱気装置、 脱気水を脱塩する第1の逆浸透膜装置、 第1の逆浸透膜装置から得られる第1の透過液をpH
8.5以上に調整する第2のpH調整装置、 pH調整された第1の透過液を脱塩して高純度水を得る
第2の逆浸透膜装置、および第2の逆浸透膜装置から得
られる第2の濃縮液を酸化処理して、第1の逆浸透膜装
置に供給する第1の酸化処理装置を含む高純度水の製造
装置。 - 【請求項2】 第1の逆浸透膜装置から得られる第1の
濃縮液を脱塩し、得られる第3の透過液を第1の逆浸透
膜装置に供給する第3の逆浸透膜装置を含む請求項1記
載の装置。 - 【請求項3】 第3の透過液を酸化処理する第2の酸化
処理装置を含む請求項2記載の装置。 - 【請求項4】 原水をpH6以下に調整して脱気し、 脱気水を第1の逆浸透膜装置で脱塩し、 第1の逆浸透膜装置から得られる第1の透過液をpH
8.5以上に調整し、 pH調整して第1の透過液を第2の逆浸透膜装置で脱塩
して高純度水を得、 第2の逆浸透膜装置の濃縮液を酸化処理して第1の逆浸
透膜装置に供給する高純度水の製造方法。 - 【請求項5】 第1の逆浸透膜装置から得られる第1の
濃縮液を第3の逆浸透膜装置で脱塩し、得られる第3の
透過液を第1の逆浸透膜装置に供給する請求項4記載の
方法。 - 【請求項6】 第3の透過液を酸化処理して第1の逆浸
透膜装置に供給する請求項5記載の方法。
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JP10190711A JP2000015257A (ja) | 1998-07-06 | 1998-07-06 | 高純度水の製造装置および方法 |
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