JP2000511109A

JP2000511109A - 高効率逆浸透処理の方法および装置

Info

Publication number: JP2000511109A
Application number: JP10509990A
Authority: JP
Inventors: ムコパダイ、デバシッシ
Original assignee: ムコパダイ、デバシッシ
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2000-08-29
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: EP0946268A1; IL128457A0; DE69721814T2; WO1998006483A1; SA99200008A; CN1151862C; EP0946268A4; HK1023300A1; AU3979197A; CA2264619C; EP0946268B1; DE69721814D1; IL128457A; ATE239540T1; TR199900307T2; CA2264619A1; ES2199370T3; KR20000029977A; JP3321179B2; AU742082B2

Abstract

(57)【要約】膜分離装置を経由する水処理のプロセス。供給水から、硬度および非水酸化物によるアルカリ度を非常に低濃度まで、好ましくは弱酸性陽イオン交換樹脂による同時除去により、除去する。その後、供給水中のわずかにイオン化できる成分のイオン化を、供給水のpHを好ましくは約９まで、またはそれ以上まで高めることで実質的に成し遂げる。このようにして、シリカなどの物質のイオン化を高め、(a)膜分離プロセスによるそれらの除去を顕著に増加し、(b)膜プロセスからの排除水流におけるそれらの溶解性を顕著に高める。ホウ素、シリカ、T0Cなどの弱いイオン化物質の透過は、10以上の要因により低下する。ほとんどの半塩水で90％以上の回収率が達成でき、洗浄頻度の実質的な減少も同時に達成できる。この方法は、特に高純水の準備に有用である。このプロセスにおける排除水中のシリカ濃度が、従来の約150ppmから450ppm以上まで増加するとしても（従って回収率が増加）、イオン交換されポリッシングされた透過水中のシリカ汚染の濃度は、顕著に改善される。このプロセスを利用する新しい超純水システム(upw)は、従来のupwシステムに比較して、投資費用が30-50％、運転費用が少なくとも25％減額するであろう。

Description

【発明の詳細な説明】高効率逆浸透処理の方法および装置技術分野本発明は、膜による水処理、精製、濃縮システムにおける水処理の方法、およびそれを実行するための装置に関する。ある実施の形態においては、供給水前処置の方法および逆浸透（“RO”)装置の操作方法に関する。これにより、溶質除去率を高め、極めて高純度の生成水（溶質物含有の低い）をつくることを達成し、同時に水処理装置の作業効率を顕著に高める。背景技術最小限の管理ですむような装置を用いて、希望の純度の水を確実に製造できるような簡便かつ効率的、さらに安価なプロセスが、常に求められている。特に、供給水利用効率の改善、また高純水システムにかかる運転費用および投資費用の両方を減額することが、半導体、医薬、バイオテクノロジー、蒸気一電力，プラント、原子力プラント操作など各種産業において望まれる。前述の産業のほとんどの水処理システムにおいては、通常、そのプラント設計や操作パラメーターは、溶解性の乏しい物質の溶解限度に関する、選択された装置の許容できる最終濃度（通常、全溶解固形物、または“TDS”と表現されている）に制約される。特に、シリカ、硫酸カルシウム、硫酸バリウムは、達成できる最終濃度を制限することが多い。多くの原子力プラントや多くの超純水プラントオペレーションなどほとんどの場合、ホウ素または同じように作用する両性電解質の他の化合物は、従来のROシステムにおいては、膜通過の排除率が比較的小さいので、設計や運転限度を左右する可能性がある。そのような化合物が存在すると、透過水として知られる逆浸透生成水の質が悪く、許容純度の純水を製造するためには、RO処理後に更に追加の処理が必要となることが多い。とにかく、膜寿命に及ぼす潜在的に有害な作用だけでなく、スケール形成、および結果的に生じる膜処理量の低下を避けるために、膜による水処理プラントの設計や操作において、シリカや他のタイプのスケール形成の可能性を認識しなければならず、また水回収率およびそれに応じて運転をも制限しなければならない。実際、典型的なROプラントにおける経験によると、透過流速の低下、透過水の質の悪化、または膜通過の圧力損失(press ure drop)の増加が生じるので、定期的な膜の化学的洗浄が必要である。歴史的にも、そのような洗浄は、膜のスケール形成、微粒子ファウリング、生物的ファウリング、あるいはそれらの組み合わせが生じることから必要とされてきた。そのような膜洗浄サイクルにより生じる経費、不便さ、製造損失のため、化学的洗浄を必要とする期間と期間の間をできるだけ長くし、同時に望ましくないイオン種を効率よく排除し、高純度の透過水の生成を確実に達成することが有益である。１９８０年代中頃から末期までに、薄層複合膜が導入され、ほぼ世界的に採用されて以来、RO技術は発展的に改良されてきた。この薄層複合膜の平均排除率の改良が進む一方で、要求される排除率と流動率（膜表面積の単位あたりの透過水生成率、通常、膜平方フィート当たり１日のガロンあるいは膜平方メートル当たり１日のリットルで表現される）を達成するのに必要とされる操作圧力は、ゆっくり減じられてきた。歴史的に、半塩水(brackish water)ROシステムは、その供給水のスケール形成およびファウリング傾向により、その許容できる回収率、流動率が制限されてきた。従来の半塩水ROシステムの制限に比較して、半塩水供給水のスケール形成およびファウリング傾向を、回収率限界が浸透圧により決められる点まで、また流束率が実質的に増加する点まで低下させることが望ましい。典型的な最終消費者の見地から、RO技術のいくつかの分野の改良が一塩素許容量はその一つであるが一更に求められている。薄層複合膜は、少なくとも幾分かは表面の電荷や特質により、生物的ファウリングや微粒子ファウリングが比較的生じ易い傾向にある。ある種の供給水の場合、特に地上水源の場合、膜のファウリングおよびファウリングを防ぐのに必要な頻回の洗浄のために、困難で、費用や時間のかかる操作上の挑戦が求められる。全有機炭素（“TOC”）、シリカ、ホウ素などの弱イオン化種の排除率は、ナトリウム、塩化物のような強イオン化種の排除率に比較して明らかに低い。RO後のイオン交換の効率は、主に、RO透過水に存在する弱い陰イオンの濃度により決定されるので、ROユニット操作においては、可能な限り多くの弱陰イオンを排除することが有益である。言い換えれば、RO工程でより多くのシリカ（およびホウ素）を排除することで、ROユニット後のイオン交換ユニット操作における、より高い処理量を達成できる。１９８６年３月４日、ピットナー（pittner）によるアメリカ特許No.4,574,04 9の「逆浸透システム(REVERSE OSMOSIS SYSTEM)」、これは二回通過（生成段階）R Oシステム設計であるが、この中で発表されたROプロセスを除いて、二酸化炭素は、一般的には、RO透過水における陰イオン負荷の最大の分画を表す。しかし、従来のROシステム操作状況では、透過水の二酸化炭素含有が同（絶対）濃度にとどまり、より大きい陰イオン負荷の分画を表すので、多数回通過型のROではほとんど利益を与えない。従って、単回通過のROシステムにおける弱陰イオンの排除率を高めることは、重要な改良が更に求められている分野の一つであると考えられる。弱イオン化種の排除率を高めることに加えて、強イオン化種の排除率を高めることも望まれる。回収率または容量効率は別のパラメータで、それを改良すればROシステム性能に有利となる。典型的なROシステムは、約75％の回収率で作動している。つまり入ってくる供給水の75％のみが有効に利用され、残り（25％）は排出されているのである。水が世界中で不足し高価になってきているから、ROシステムの回収率を最大限に高めることが重要な目標である。流束を高めると投資費用を減額するので、操作流束を高めることは常に最終消費者にとって重要である。またRO後ユニット操作の簡便化およびコスト減額もまた最終消費者に求められている。これは、半導体デバイス形態における設計ルールが厳しくなっていくにつれて、超純水の不純物の許容濃度が、低下してきているからである。超純水システムにおける汚染濃度を更に低くすることは必要である。結果的に、RO後のシステムの構成部品の費用および複雑さは、ここ数年劇的に高まってきた。高純水加工法およびそれらを実行するのに必要な機械設備は、複雑で高価である。実際、再生可能な混床式イオン交換システムは、超純水処理システム全体の中でも最も高価な（かつ複雑な）単ユニット操作／プロセスである。従って、RO 処理水の特質を大きく改善すれば、明らかに超純水システム全体の費用を下げ、複雑さを解消できる。私は、高純水処理適用におけるいくつかの試み、排水処理適用における試み等、中性あるいは中性付近のｐＨで水溶液にわずかに溶解しているある種のイオンの排除効率を高めようという努力を行っているさまざまな試みを知っている。そのような試みの多くは、従来の硬度除去およびその後化学薬品添加によりｐＨを上昇させるという特徴を持っている。その方法の一つが、１９９３年１０月５日、アメリカで発行された特許No.5,250,185タオらの「高いｐＨでの逆浸透膜操作による水溶性ホウ素濃度の低減(REDUCING AQUEOUS BORON CONCENTRA TION WITH REVERSE OSMOSIS MEMBRANES OPERARING AT HIGH pH)」に示されている。彼の発明の好ましい実施の形態の中では、二価の陰イオンを除去するために、従来のゼオライト軟化剤を使用した後、ナトリウム形で操作される弱酸性陽イオン交換体を用いている。装置制限とプロセス設計考慮の両方から、彼の発明の前処理工程には、硬度によるスケール形成を防止するため、別に供給水にスケール抑制剤を添加するという、幾分費用がかかり望ましくない工程が伴う。また彼の方法は、硬度とアルカリ度を同時に除去するというもので、多くのタイプの適用に利益があり、私も興味があるのであるが、その除去工程において高い効率を示さない。そのことは、彼のプロセスにおいて、下流部の軟化工程を２回追加する必要があるという事実により証明されている。さらに彼の適用は、炭化水素化合物（炭素と水素のみを含み、大抵イオン化されていない）を含む油田の生成水に関係があり、それを述べ主張しているが、私が興味を持つ適用においては、そのような化合物はほとんど全く存在していない。私が第一に興味を引かれる適用では、フミン酸やフルボ酸のような自然に生じる様々な有機酸が、特に、処理のために提供される地上水に存在する。また、高純水適用に利用された方法が、日本において、ヨコヤマらによって２９８４年６月２９日に公開された特開昭58−112890、「逆浸透膜を用いた脱塩法(METHOD OF DESALINATION WITH A REVERSE OSMOSIS MEMBRANE UNIT)」に示されている。その中で、ある例では軟化のために、また別の例では軟化せずに強酸性陽イオン交換樹脂（“SAC”）の前処理プロセスを利用する逆浸透ユニットを示している。彼のプロセスは、ある種の供給水には効果的であるが、RO膜のスケールを避けながら、より高いｐＨでどんな操作が用いられるのかは示していない。私のプロセスをよく理解するためには、水の化学の基礎原理を理解することが有用である。例えば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）についていえば、最終排除ゾーンのRO膜で沈殿を生じる可能性が、ランゲリア飽和指数（Langelier Satur ation Index）(LSI)としても知られるランゲリア指数（Lanqelier Index）を用いて予測される。１９７９年著作権マグロウヒルによるナルコ水ハンドブック（Nalco Water Handbook）を参照せよ。この指数は、一般に次のように公式化されている。 LSI＝pHreject-pHs ここで、pHs=ＣａＣＯ₃飽和時のpH(排除水)、 pHs=pCa＋pALK＋C、また、ここで、pCa=Ca⁺⁺ｆイオン濃度（モル／リットル）の−log、 pALK=HCO₃ ^-イオン濃度(モル／リットル)、および C=全イオン強度およびRO排除水の温度を基にした定数である。あるRO排除水において、炭酸塩スケール形成を避けるためには、LSIを負に、即ちＣａＣＯ₃を可溶の状態に保てば最も望ましい。しかし、これは、ある条件下では、ある種の抗スケール添加剤を使用すれば、LSIは、ＣａＣＯ₃のスケール形成を生じさせずに約+1.5までは許容できることがわかっている。とにかく、どんなRO排除水のpHであっても、望ましくないスケール形成を避けるためには、pHsは最小限にしなければならない。このことから全体を見通すためには、どんなRO前処理においても、軟化工程でカルシウムが常にいくらかは漏出することが予測できるということを考慮しなければならない。このように、原供給水硬度および実行された前処理プロセス計画によれば、処理された RO供給水に存在するCa⁺⁺イオン濃度による、pCaの達成可能値の下限が予測できる。とにかく、ｃの値は、全イオン強度および温度により決定される。従って、 LSIを許容範囲に保つためには，-RO操作でスケールを防ぐためには-カルシウム（マグネシウムのような他の硬度と同様に）の漏出は、重大な要因となる。先に示したタオらの特許では、種々の軟化剤を連続して与えることで、この問題を解決しようとしている。明らかに彼は、それに必然的に伴う高い投資費用や運転費用を受け入れている。他方ヨコヤマは、カルシウム除去の程度に一致したpHにまでRO操作を制限することを決断した。pH9でRO排除水を処理し、イオン交換列からのCa⁺⁺漏出が0.1ppm、ROにおける濃縮要因が５（“5Ｘ”）と仮定すると、彼のRO操作はLSI約-0.5でRO排除水をつくると予想される。スケール抑制剤の使用有無に関わらず、LSIがこの程度であればスケール形成のない操作ができる。しかし、ヨコヤマの例におけるpHが、例えば11まで高められ、同じ前処置方法を行うと、LSIは約+2.4になるかもしれない。このような場合、排除水のランゲリアー飽和指数のレベルは、現在の抗スケール剤が持っている、スケール形成を起こさずにRO操作ができるレベルより十分高いだろう。このように、私の知っている先の方法は、次に挙げている欠点を一つ以上持っている。（ａ）非常に高いpHで、スケールを生じさせないで操作するのにどうしても必要となる、極端に低い硬度および非水酸化のアルカリ度を確実に達成するわけではない。（ｂ）硬度漏出を最小限にするために、運転費用とともに余分で高価な装置を必要とする。（ｃ）RO排除水のLSIを低下させるためにまず硬度低下を要する(効果的な脱アルカリ化のための手段は含まれない)。（ｄ）スケール形成を防止するために抗スケール添加剤を要する。したがって、高いpHでもRO操作を様々な問題から免れさせるため、（ａ）硬度を非常に低いレベルにまで除去し、（ｂ）効果的な脱アルカリ化を行う、私のシンプルな処理プロセスの利点は重要で自明である。更に、スケール形成傾向による濃度要素(concentration factor)の上限のため、ROシステムは原供給水の約25％以上を使用できないことが多い。また、原水の化学的性質によるが、約75％（またはそれより幾分低い）より大きい回収率では、従来のRO方式における化学的スケール発生および生物学的ファウリングの制御は、長時間の運転をしようとすると、ほとんど困難となる。従って、約75％を上回る率の水回収を持つRO方式の広範囲な商業使用は、今まで成し遂げられなかった。水はますます高価になり、または供給が低く、またはその両方の理由から、RO 方式では原供給水に対する処理生成水の割合を高めることが望ましい。それ故、今日一般に達成されている率より高い回収率での水処理を可能にし、水処理にかかる費用を減額することが望ましいということが理解される。最終的に、そのようなますます困難となる水処理目標に、今日よりさらにシステムの有効性を高め、運転時間を長くすることで対処することは明らかに望ましい。私の知る限りでは、今まで誰も、より高純度の処理水を生成するため連続的で持続可能な長期操作で、約９より高いpHで逆浸透法による水処理方式を行うことが適しているとは考えなかった。従来の工学技術は、中等度のpHの使用、最終濃度や水回収率の制限、化学的添加剤の使用により、設計周辺の制限あるいはスケール形成との闘いにアプローチしてきた。歴史的にも、酢酸セルロース膜は、pH およそ４から７までの範囲での操作に限定された。新しいポリアミドおよび薄層複合膜タイプの膜は、pHおよそ約４から約８までの範囲で伝統的に操作されてきた。２、３の特殊な目的のために、高いpHでの操作が時折試みられてきたが、通常シリカに関連のない適用においてであった。また、高いpHでの操作が、シリカに関連したＲＯの２回目の通過で利用されていたが、私の知る限りでは、中性または中性付近のpHでの操作の初回通過RO操作の後でのみ行われている。有機物が明らかに関係している場合には、pHは５未満、好ましくは４未満に及ぶことが多い。先の水処理方法に対して、ここに教えられた方法は、入手できる膜を用いて最大限に実行可能なpHで、初回通過の間にスケール発生のどんな可能性をも事実上排除するという理想的な設計哲学を利用し、同時に希望の濃度を維持し、結果的に水回収率の利益を得ている。要約私は今回、シリカ濃度の非常に低い高品質透過水を生成するために、硬度やアルカリ度の積極的除去、高いpHでの膜分離をベースにした、新しい水処理方法を発明した。独特な供給水処理プロセスの中で、同時に硬度とアルカリ度を除去するために、適当な化学組成の原供給水を水素形で稼動される弱酸性陽イオン交換樹脂で処理する。この弱酸性陽イオン交換樹脂は、従来のイオン交換システムでは、硬度破過(breakthrough)のため停止を引き起こすような硬度やアルカリ度よりもはるかに高い原供給水の硬度、アルカリ度レベルで操作できる。私の排水処理プラントで好ましく使用されるこの処理の一連の設計は、多くの重要で深刻な問題を克服している。まず、低い硬度は、非水酸化物によるアルカリ度の排除と組み合わされて、硫酸塩、炭酸塩、または珪酸塩陰イオンに関連した化合物を形成するスケールの沈殿を実質的に除去する。従って、洗浄の必要性が最小限になる。このことは、水処理プラントが水生産を損失しないですむので商業的にも重要である。つまり洗浄サイクルの間、生産損失に適応するため、望まなくても別に処埋プラントを増大する必要がでてくるからである。二番目に、高いpHでの操作状況は、水溶液中で中性または中性付近のpHではわずかしかイオン化していない種々のイオンにおいても、かなりの程度までイオン化を達成できるし、そのような種類のイオンを膜方式で優先的に排除することができる。最後に、高いpHでの操作は生物学的汚染から保護し、生成水の望ましくない汚染を防止する。高い操作pHは、細菌や細菌内毒素を効果的に破壊する。本質において、ここでの開示通りに操作された水処理方式は、従来のRO方式だと通常洗浄を考慮される可能性のある状況でも普通に行われる。いまや私は水処理使用のために新しいプロセス設計を開発した。ある実施の形態においては、このプロセスは、溶質含有量の低い生成水流と溶質含有量の高い排除水流を生成するための、（ｉ）硬度、（ii）アルカリ度および（iii）中性または中性付近のpHの水溶液中でわずかにイオン化している分子の存在によって特徴づけられる供給水流の処理を含む。（ｉ）原供給水流から硬度を除去する、（ii）原供給水流からアルカリ度を除去する、（iii）硬度除去工程中に発生する不溶ガスを除去するというステップの中から、任意の順序で一つ以上のステップを行うことで、このプロセスは、原供給水を、選択されたpHで所望の濃度まで濃縮した場合に、原供給水のスケール形成傾向を効果的に排除するというものである。それから供給水のpHを、少なくとも約8.5まで、または9.0まで、または約10まで、または（現在利用できる合成の薄いフイルムタイプの膜には）好ましくは10から11の範囲まで、さもなければ11より高く、そして更に望ましいのは約12または幾分それ以上、シリカや他の種類の物質の高い排除率によって得られる利益が経費の追加に勝るまで高くする。現在利用できる薄層複合膜を用いて、約10.5まででpHをコントロールすれば、長期の膜寿命を損なうことなく、この方法の利益のほとんどを得られる。こうしたpH上昇は、軟化され脱アルカリされた供給水流に、選択された塩基を、好ましくは直接注入あるいは代わりに陰イオン交換を使用して添加することで行われる。pHを高めると、中性または中性付近でわずかにイオン化していた分子のイオン化増加が進む。もう一つの概念は、protonatable、すなわち物質を受け取るプロトン、または塩基が増加するというものである。ｐＨの調整された供給水は、排除流および生成流を生成するために、典型的には逆浸透型の膜分離装置に、しかし代わりになる微小ろ過(nanofiltration)または他の適当なタイプまたは他に利用できる配置、または将来利用できるようになり今のこの方法が実行することができるような膜分離装置に通水される。膜分離装置の理想は、イオン化物質の通過を実質的に阻止する半透膜を持つタイプである。重要なことは、私のプロセスにおける膜分離装置は、水溶液中で中性または中性付近のpH でわずかにイオン化している通常は望ましくないイオン種のほとんどない生成流をつくることである。目的、利点および特徴前述から、本発明の重要で主要な目的の一つは、あらかじめ選択した非常に高純度高品質の水生成流を、長期の操作サイクルにわたって確実に連続的につくる水処理のための新しい方法の準備にあるということは、明白である。更に明確にすると、私の発明の重要な目的は、高効率で操作するとき高純度の水生成の方法を確実に与えるように、生じやすいスケール発生やファウリングの問題を避けることができる膜による水処理方法を提供することである。本発明の他の重要かつより具体的な目的は、以下のような（先に述べている）水処理方法の準備にある。：選択した供給水からの硬度およびアルカリ度の除去を、単純で直接的な方法で行われるようにする、：最小限のユニットプロセスの必要条件を持ち、化学的供給方式は最小限にするまたは避ける、：既存の技術水処理プラントより物理的スペースが少なくてすむ：建設、始動、点検しやすい、：高効率である、すなわち通水される供給水の量に比例して高い生成水生産高を水処理プラントに提供する、：前述の目的に関連して、水処理プラント経営者に対して、および水使用者に対して、現在よりも装置の費用を減額できる、：今述べている目的に関連して、これまで一般的に使用されていたある種のタイプの化学的添加剤、特にスケール抑制剤の使用をほとんど排除することで、結果的にほとんどの水処理施設よりも化学薬品の使用が少なくなる。本発明の一実施の形態の特徴は、ほぼ完全な硬度およびアルカリ度の除去と弱酸性陽イオン交換との独特な組み合わせである。これにより水処理プラントは、排除水の割合を最小限にすることができる。結果的に全体のサイクル効率が高まる。本発明のもう一つの特徴は、シリカ、ホウ素、またはTOCのようなイオン化しにくい種類の物質をイオン化しやすくするような高いpHでの操作を用いることである。従って相応する化学的性質を持つ供給水を処理するとき、従来のRO処理方式の限界をはるかに越えるシリカ、ホウ素、またはTOC除去レベルでの操作を可能にした。本発明の更にもう一つの特徴は、このプロセス設計に従って操作するよう既存のROプラントを改造する能力、そのRO膜の必要条件を増加させないで生産性を高める処理能力である。本発明の別の特徴は、今まで従来のRO方式設計で実行可能であったものより更に高い流束レベルで操作しながら、更に純度の高い生成水を製造する能力である。本発明の他の重要な目的、特徴、追加の利点は、前述から、また後に続く詳細な説明から、および請求項から、付随する図に関連して当業者らに対して明白となるであろう。図面の簡単な説明図面においては、図に示されている同一の特徴は、同一の参照数字を付し、説明は省略する。図１は、pHにつれての水溶液中のシリカイオンのイオン化百分率を示している。図２は、硬度と非水酸化物によるアルカリ度とを同時に除去する弱酸性陽イオン交換の使用を示す、高効率逆浸透操作のための私の方法の最初の実施の形態を表している。図３は、高効率逆浸透操作のための私の２番目の実施の形態で、この中では、 Naゼオライト軟水法および石灰または石灰／ソーダ軟水法により硬度を減じている。図４は、高効率逆浸透操作のための私の３番目の実施の形態で、原供給水のアルカリ度を酸添加により効果的に適切に低下し、硬度を石灰または石灰／ソーダ軟水法により選択的に減じる装置の配列を示している。図５は、私の新しいプロセスを利用しているパイロット逆浸透試験装置に用いられた逆浸透膜についての１平方インチ当たりのポンド対時間（PSID対月）における差圧を示している。図６は、私の新しいプロセスを利用しているパイロット逆浸透試験装置に用いられた逆浸透膜についての、分当たりのリットル対時間で標準透過水流を示している。図７は、私の新しいプロセスを利用しているパイロット逆浸透試験装置における、逆浸透排除流中のシリカ濃度を示している。図８は、私の新しいプロセスのパイロット試験で用いられた逆浸透膜についての、シリカ排除率対時間を示している。図９は、一つ以上のRO膜を通過してきた透過水を生成するため、最初の供給水の部分を引き続き処理するよう、多数回通過のROプロセスを使用するときのＲＯ方式操作の私の方法の利用について述べている。図１０は、ボイラー供給用水、または冷却塔用水、またはスクラバー(scrubbe r)用水について、ＲＯ方式操作の私の方法の利用について示している。図１１は、高純水生成のため、連続電気脱イオン化装置を組み合わせたＲＯ操作の私の方法の利用について示している。図１２は、私の高効率ROプロセスの一つの配置について、プロセス流れ図を示している。図１３は、従来のRO方式プロセス設計についてのシステム概要図を示している。図１４は、ここに示した設計および操作概念を利用した、私の高効率ROプロセスについての模範的プロセス例の流れ図を示している。詳細な説明私は、RO方式のプロセス設計および操作についての新しい方法を開発した。そしてRO方式のプロセス設計及び操作についてのこの新しい方法を、徹底的に試験した。このプロセスは、RO操作目的における重要な改善を達成することができることを示している。私のヒーロー（HERO）(tm)ブランドROプロセス設計および操作の特徴は、以下の通りである。（１）あらゆる汚染物質、特にTOC、シリカ、ホウ素などの弱酸性の陰イオンの非常に高い排除。（２）非常に高い回収率−90％以上の回収率を達成できる。（３）生物的ファウリングを本質的に排除する。（４）微粒子ファウリングを実質的に減じる。（５）洗浄頻度を実質的に減らせる。（６）高いpHで操作する結果存在する化学的物質により、またはある場合では最初に塩素を添加する必要をなくすことにより、供給水からの塩素の除去を必要としない。（７）スケール抑制剤の添加をほとんど排除する。（８）実質的に高い流束率が達成される。（９）従来のRO方式に比較して、全体としての投資費用が安い。（１０）従来のRO方式に比較して、全体としての運転費用が安い。（１１）超純水方式の複雑さを顕著に軽減できる。 HEROブランドRO方式は、かなり場所−特異性がある。個々のプロセス工程は、特定の場所で特定の供給水に適合するようにあつらえて作られている。異なる場所の前処置プロセスにおける差異に関わらず、あらゆる適用に対して一つのプロセスパラメーター、すなわちRO方式は排除を実行可能な最も高いpHで操作されるということで共通である。現在利用できるRO膜（例えば、フィルムテック（FILM TEC）（R）ROエレメントではpH11.0）の許容限界の最高pHに対応して、典型的な HEROブランドROユニット方式は、そのRO排除流で測定したとき、約11までのpHで操作するよう設計されている。私のHEROブランドROユニットプロセスに許される非常に高い濃度要素（すなわち、回収率）のため、このRO供給水pHは相応して低い。例えば、RO供給水が、炭酸塩、リン酸塩などの存在でほんのわずかに緩衝される場合には、回収率90％で操作している方式では、pH10.0の原水だと約pH11で排除流を生成する。一般的に約75％の回収率で操作される従来のROシステムと異なって、HEROブランドROユニットシステムは、そのRO排除水の浸透圧によってのみ制限されるが、いつも90％かそれ以上の回収率で行われる。RO供給水から排除水までのpHの増加は、非常に高い回収率へと拡大される。従って、最大許容pHは特にRO排除水条件に適用される。 ROシステムでpH11近くまで、または約pH11、またはそれより高いpHの排除水を扱うためには、RO膜上のスケール形成の潜在的可能性を効果的に取り除くように、いくつかのプロセス条件を適合させなければならない。これらのプロセス条件の中には、非常に高い回収率でROシステムを行うために必要のあるものもある。そのようなプロセス条件を以下に示す。（１）RO供給水中のカルシウム、マグネシウム、ストロンチウムおよびバリウム濃度を実質的に、好ましくはゼロ近くまで、最も望ましくは本質的にゼロにまで取り除かねばならない。（２）アルミニウム、鉄、マンガンなどあるいはこれらを含むコロイド粒子の存在だけでなく、有機的に結合しているものも含めて、これらの含有量は実質的に、そして好ましくはゼロ近くまで除去されるべきである。（３）緩衝陰イオン（特に重炭酸塩、または炭酸塩、および／またはリン酸塩）は、現実に達成可能な低レベルまで減らすべきである。上記のプロセス必要条件を満たすための特別な操作およびコントロールポイントの選択は、各特定供給水の特質に影響される。また必要とされる（または特別の適用のために望まれる）回収率は、操作およびコントロールポイントの規準に同様に影響を及ぼす。図２は、費用効率の良いROユニットプロセス順序を表している。最初の工程は、必要があれば、供給水の硬度対アルカリ度の比率を調整することである。大抵はアルカリで行われるが、この比率を最適にすると、、次のプロセス工程で完全な硬度除去ができるようになる。 ROプロセス配列の２番目の工程は、弱酸性陽イオン（WAC）樹脂［例えば、DOW EX(R)MAC-3、またはLewatit CNP-80，Amberlite(R)IRC-86］の利用である。水素形で操作されるWAC樹脂は、硬度を量的に除去し、流入水にふさわしい硬度：アルカリ度の比率を与える。陽イオン交換プロセスで遊離した水素イオンはアルカリと反応し、WAC流出水に溶解する炭酸(H₂CO₃)₂を生成する。３番目の工程は、もし存在するならば、残存しているアルカリ度をなくすためにＷＡＣ流出水に酸を添加することである。この工程での総アルカリ除去は、ROシステムを通過して非常に高い回収率を達成するのに重要である。４番目の工程では、硬度とアルカリ度がほとんどゼロの、酸性化された流出水を次に二酸化炭素除去のために処理する。この除去は、強制／誘導ドラフト脱炭酸装置あるいは、充填床（packed bed）またはガス透過性膜障壁設計の真空脱ガス装置（degasifier）で成し遂げることができる。脱炭酸して、本質的に硬度ゼロ、アルカリ度ゼロになった水に、pHを10.0以上に調整するために、溶解アルカリを注入する。また最も望ましいのは、RO排除水においてpHを11.0またはそれ近くまで達成するのに必要なpHにまで注入する。次の工程は、排除水のpHが約11.0（しかしこれよりかなり高いのは好ましくない）であるようにして、ROシステムを操作することである。このpH11という限界は、現在利用できるRO膜についてのみ適用できる。最も高いpH耐性をもつ膜の例は、FILMTEC型のFT30膜である。更に高いpH耐性を持つRO膜が将来入手できるようになるなら、その時許容できる排除水pHは最大限にまで相応に上げられ、同時に11.0より高いpHによりもたらされる利益を得る。廃水処理における供給水はもちろん、高純水の生成に利用される供給水にも、一つの形または別の形で二酸化珪素（シリカまたはSiO₂としても知られている）が存在する。それは、水中のpHおよび水中に存在する他の物質に依存している。膜分離システムでは、特にRO型の膜分離システムでは、シリカによる膜上のスケール形成は厳密に避けられるべきである。何故ならば、（ａ）シリカは、膜の生産性を減じる固いスケールを形成する、（ｂ）通常除去がかなり困難である、（ｃ）スケール除去プロセスでは、洗浄用の化学薬品が望ましくないほど多量に費やされる、（ｄ）洗浄サイクルによって、装置にとって望ましくない、非生産性の非作動期間が生じる。従って、入ってくる原供給水中のシリカの濃度に関わらず、一般に従来の膜分離プロセスの操作は、高い全溶解固形物（“TDS”）流中に、SiO₂濃度150ppm（SiO₂として150ppm）を過度に越えないレベルで行う。排除流中のシリカ濃度がおよそ150ppmを越えないようにするため、典型的には、 ROシステムは、必要ならば低い回収率で操作される。硫酸カルシウム、炭酸カルシウムなどのさまざまなスケール形成化合物によるスケール発生は、普通の当業者により、この明細書が対象とする者により、先に述べたラングリア飽和指数または他の利用できる溶解度データを用いて予測することができる。温度、pH、透過水および排除流量などの操作パラメーターは、原供給水中の種々のイオンおよび前処理で添加される物質と同様に、適切に明かにされなければならない。私は、RO操作のために選択したpHでスケール形成を効果的に避けるレベルまで、硬度や非水酸化のアルカリ度を確実に除去することによって、RO排除流中のSi O₂の濃度を安全に450ppm以上まで増加できることを発見した。これは、ROシステムへの供給水のpHを高めることで、スケール抑制剤を使用しなくても成し遂げられる。さらに、このようなRO排除水中のシリカの増加にも関わらず、RO透過水中のシリカ汚染レベルは、従来のROプロセス状況下で予測されるシリカの濃度に比較して、優先的かつ実質的に減少している。 pHが高まるにつれてシリカの溶解性も増加し、またpHの高い水溶液中でシリカは良く溶けることは一般的に理解されている。溶解性に加えて、シリカのイオン化の程度もpHが高まると共に増加する。シリカの溶解性の増加はイオン化の程度に正比例はしないが、シリカの溶解性の増加率は、イオン化の変化率に基本的に比例する。溶解性とイオン化の間の不一致は、解離していないシリカでさえ、温度や他の要因によっておよそ120ppm−160ppmの溶解性を水溶液中で示す事実により説明される。比較すると、pH11におけるシリカ溶解度は、周囲温度で1500ppmを越える。またシリカは、温度および／またはpHが高まるにつれてますます溶解性が高まる。シリカは、中性または中性付近の水溶液中にあるときは、非常に弱くしかイオン化されないず、一般的には、pH約８までで自然に生じるほとんどの水の中では、非解離（メタ／オルト−）珪酸（H₄SiO₄）として存在すると考えられている。シリカの解離の最初段階における解離定数（pKa）値は、約9.7と報告されてきたが、このことは、シリカがpH9.7で約50％イオン化していて、他の50％はこのpH で非解離（オルト）珪酸として残っていることを示している。pHとシリカのイオン化率との関係を表すグラフを図１に示す。シリカのイオン化を望むのなら、10 より高いpH、もっと好ましくは、11より高いpHで、更に好ましくは、12より高い pHで操作することが有利なのは明白である。膜分離装置の膜を通過するほとんどの種類の物質の排除率は、イオン化増加により高まるので、シリカのイオン化現象を理解することは重要である。その結果として、RO膜によるシリカの排除は、イオン化の程度が増加するにつれて改善されると期待でき、シリカに関していえば、イオン化は、より高いpHで増加する。従って、RO操作のpHを高めると、大きな利益を生む。まず第一に、既存の市販の薄層複合膜タイプRO膜の現在のpH限界内にあるとしても、シリカの溶解性は、急進的に増加できる。二番目に、シリカのイオン化の程度が増加するにつれて、シリカの排除率は、高いpHレベルではっきりと増加する。膜の化学的性質により、また膜製造者の保証書により課せられた限界があるが、高いpHでシリカのイオン化から最大限の利益を得るためには、ROシステムをできるだけ高いpHで操作するべきである。ROシステムをpH約10以上で操作することが望ましいが、もっと望ましいのは、10.5以上で、更に望ましいのは、pH11以上である。これは、スケール形成、特にシリカおよび炭酸塩スケールを避けるために、操作pHを約8.5に制限してきた典型的なRO 操作実行と対照をなす。図２を再度参照すると、膜分離装置操作のための私のプロセスの実施の形態の一つが示されている。この方法では、原水１０は、硬度と重炭酸塩のアルカリが同時に除去される弱酸性陽イオン交換ユニット１２で最初に処理される。原水１０の硬度がアルカリ度より大きいような場合は、炭酸ナトリウム（Na₂Co₃）の水溶液のような、アルカリ源１３を添加することで弱酸性陽イオン交換ユニット１２の操作を容易にしなければならない。操作および再生を容易にするために、WA Cユニット１２は水素形で操作するのが好ましい。しかし、ナトリウム形でも操作され、その後酸を添加する。とにかく、今述べている場合であろうと他の適当な場合であろうと、重炭酸塩の破壊を高めるために、WACユニット１２からの流出水１８へ、酸１４がポンプ１６によって加えられる。その後、WAC中で（および／または酸添加によって）生成された二酸化炭素１９は、好ましくは大気圧または真空脱ガス装置２０中で除去される。最終的に、供給水２５のpHを選択レベルまで上げるために、アルカリ２２（塩基）が、好ましくはポンプ２４による液体溶液注入により加えられる。スケール形成傾向が少しも現れないようにするのであれば、様々な種類の便利に利用でき、費用効率の良い塩基産物を使用してもよい。一般的な水酸化ナトリウムの他にも、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、または炭酸カリウムのような他の化学薬品が選択されるかもしれない。ケースによっては、このプロセスを効果的に実行するために、ピリジン型化合物のような有機塩基を、使用してもよい。とにかく、膜プロセスのための原水２５の与圧は、示されているようにＲＯ型膜分離ユニット３０への移動前に、高圧ポンプ２６によって行われる。代わりに、pHを希望のレベルまで上げるために、原水を陰イオン交換ユニット３１に通すことで原水へのアルカリ（塩基）添加を行ってもよい。原水のpHを、少なくとも約8.5 または9.0の選択pHまで、または約10.0まで、または好ましくは（現在利用できる薄膜合成タイプの膜にとって）10から11の範囲まで、さもなければ11より多く、更に好ましいのは12以上まで、最も好ましくは13以上までに上げる。フィルムテックの子会社でフィルムテックブランドのミシガン州ミッドランドのダウケミカル（DOW CHEMICAL）により販売されているような、現在利用できる薄膜合成タイプのRO膜では、そのpHを約10.5までに管理すれば、長期の膜生命を損なうことなく、この方法から多くの利益を得ることができる。しかし、シリカの溶解性およびシリカの除去率を高めるためには、そのpHを少なくとも約11まで、または更に好ましくは少なくとも約12まで、または最も好ましくは少なくとも約13まで上げることが可能な膜が望ましい。従って、このように上昇したpHでも長期寿命の見込みのある膜が、市販されるようになるとき、私の方法が使用されると更に利益があがるということが理解される。膜分離ユニット３０からの排除水３２は、特に場所環境に適切なように、下水処理を施されるかまたは次の処理に送られる。膜分離ユニット３０からの透過水３４は、“そのまま”利用してもよく、または、例えば、18.2 meg ohmの純水を望むような、半導体製造関係の高純水使用者の場合には、更に浄化し残っている汚染を除去してもよい。半導体産業における高純水３８生成のための従来のRO 後の処理順列は、陽イオン交換体４０、続いて陰イオン交換体４２、第一および第二ポリッシング混床式イオン交換ユニット４４、４６である。与えられた場所、原水の化学的性質、最終使用の詳細な必要に適応するように、しかしここに挙げたROプロセス方法で得られる利益や有利な点からはずれないように、幾分異なったRO後処理順列が利用されても良い。例えば、ある状況では、陽イオン交換体４０および陰イオン交換体４２を省略し、直接第一混床式イオン交換ユニット４４およびポリッシング混床式イオン交換ユニット４６に達するように、配管４７経由でRO透過水のバイパスを作ることも望ましいかもしれない。最終的に、多くの超純水プラントでは、現在、ポリッシング混床式イオン交換ユニット４６から得た生成水を、微粒子および生物学的ファウリングを除去するために、それぞれ最終ろ過ユニット４８および紫外線照射ユニット４９で更に処理する。特別な最終消費者の必要性に応じて適当に、処理操作が追加されてもよい。 ROシステム操作における私の方法の、もう一つのはっきりした独特の利点は、様々な原水の化学的性質や操作状況においても、再生をしないでRO後イオン交換順列全体（すなわち、イオン交換ユニット４０、４２、４４、４６）を操作することが可能かもしれないということである。化学的性質により、陽イオン交換体４０と陰イオン４２交換体を単に取り替えることも可能である。更に通常の場合だと、第二またはポリッシング混床式ユニット４６は、新しい樹脂と取り替えられ、古いポリッシング樹脂は、第一床４４位置に移動される。このことは、特に超純水およびボイラー給水タイプの水処理システムにおいて可能である。何故ならばシリカ、ホウ素、または他のイオン漏出が、所定の値に達する時、ポリッシング混床式ユニット４６が最終操作によりコントロールされるからである。所定のイオン漏出値に達するとき、その時のポリッシング混床式ユニット４６は、第一混床式イオン交換ユニット４４の代わりになり、その位置に置かれる。混床式イオン交換ユニットの交換が行われると、“古い”第一混床式ユニット４４樹脂は取り去られ、捨てられるかまたは樹脂に対する要求の低い他の使用者に売られる。それから新しい樹脂が、“古い”第一混床式イオン交換ユニット４４に入れられ、そこで“新しい ”ポリッシング混床式イオン交換ユニット４６になる。別の実施の形態では、また選択された原水の化学的性質による詳細な必要性に適応するように、ナトリウム形強酸性陽イオン交換５０、続いて酸性化(図３を参照)、またはナトリウム形強酸性陽イオン交換５０または弱酸性陽イオン交換１２のどちらかへの前処置追加工程として石灰５２（または類似の石灰／ソーダ）軟化剤の使用（図２、３を参照）など、種々の形の硬度除去を利用してもよい。特に軟水の場合、石灰または石灰／ソーダ軟化剤５２は、不適当であり、この方法を、原水の軟化をしないで、図４に見られるように脱炭素の前に単に酸１４を与えるだけで進行させてもよい。他方、軟化処理が適当である場合は、軟化剤５２により希望の範囲まで硬度とアルカリ度を下げるために適当に処理できる。特別な原水の化学的性質の処理のために選択された装置配列に関わらず、重要なプロセスパラメーターは、（ａ）膜表面上でわずかに溶解している塩を、高いpH で存在する他の物質とともに沈殿させるような陽イオンを除去することであり、（ｂ）膜表面上のスケールの沈殿を更に防ぐために、非水酸化物によるアルカリ度を実行可能な最大限の範囲まで除去することである。図２に図示した、私の方法の好ましい実施の形態の最初の工程で使用した弱酸性陽イオン（“WAC”）イオン交換樹脂は、アルカリ度とともに硬度の除去においても非常に効果的である。その反応は、以下のように進行する。その後、水素は重炭酸塩と結合して炭酸になり、減圧されると、以下のように水と二酸化炭素になる。樹脂は、利用しやすく、費用効率の良い酸を用いて再生される。WACイオン交換樹脂の再生が、化学量論的レベル近くで（通常、多くて理想レベルの約120％）非常に効果的に進行することは、当業者には良く知られている。塩酸を使用するのが望ましいかもしれない。なぜなら、この場合、溶解性の高い塩酸カルシウムを生じ、この再生プロセスでは、強酸を用いてでさえ、硫酸カルシウムのような不溶性の硫酸塩沈殿物を形成するという潜在的危険性を引き起こさないからである。しかし、段階的再生手順を用いると、すなわち低濃度の酸を使用した後、高濃度の酸を使用すること、樹脂上の望ましくない沈殿物の発生を穏やかに防止しつつ、硫酸（H₂SO₄）などの他の酸を確実に利用することが可能である。このように、硬度イオンはその溶解性が高められ、溶解可能な塩を形成し、この溶解可能な塩は、樹脂床から溶離し、ほとんど下水処理される。硫酸の使用は、半導体製造に特に利点がある。そのようなプラントは、概してこうした酸を大量に使用し、廃棄物あるいは使用した酸を弱酸性陽イオン交換床の再生に好都合に利用してもよいからである。他の多価陽イオン、最も多いのが鉄(Fe⁺⁺／Fe⁺⁺⁺)、マグネシウム(Mg⁺⁺)、バリウム(Ba⁺⁺)、ストロンチウム(Sr⁺⁺)、アルミニウム(Al⁺⁺⁺)、マンガン（Mn⁺⁺ ／Mn⁺⁺⁺⁺）であるが、これらのイオンもまた、WAC樹脂によって除去される。非常に少量であっても、硬度が存在するまたはpHの増加につれて溶解性が減少する他の物質が存在する場合には、私のプロセスの条件下で、わずかに溶解している塩が沈殿してくるので、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、珪酸マグネシウムなどの物質が膜に沈殿しないように注意しなければならない。行われるべき予防措置は、選択されたRO操作状況に順応してpHを上昇させる前に、原水の硬度および非水酸化物形のアルカリ度の両方を積極的に低下するべきであるということである。一度硬度や非水酸化物形のアルカリ度が除去されたならば、所望の pH上昇を、ナトリウムやカリウムのような便利なアルカリ源や、陰イオン交換によって行ってもよい。この前処置が完全に行われたら、ROシステムは、前述のシリカの溶解性を利用するため、非常に高いpHレベルで安全に操作することができる。図３に示されるように、原水組成が、ナトリウムゼオライト軟化が都合がよいようなものの場合では、カルシウム硬度の除去は次のように進行する。それから、重炭酸アルカリ度は選択された酸により次のような方法で、二酸化炭素に変化する。石灰による軟化が最初の硬度やアルカリ度低下に容認可能または好ましい方法であるような水については、以下のように、水に石灰を添加することでカルシウムおよびマグネシウム硬度、それに伴う重炭酸アルカリ度は低下する。このプロセス構成は、図３および０４に示したように、私の方法における代わりの実施の形態として描かれている。しかし、石灰または石灰／ソーダ軟化が行われるような場合には、硬度イオンの溶解性が、軟化装置５２流出流５４にかなり残っているので、前処置システムの残りの部分の性能の評価に非常に注意する必要がある。ほとんどの供給水、特に石灰や石灰／ソーダによる軟化が行われない供給水については、二酸化炭素除去工程をpH増加より前に実行すれば、プロセスの費用効果が顕著に高まる。またこれにより、ROへの供給水中の総アルカリレベルを低く維持するのに役立ち、従って、陽イオン除去工程からの硬度の漏出によるスケール発生に対しての安全性の限界を大きくできる。二酸化炭素除去による脱アルカリ化は、競合する物質を欠いていることから、シリカ排除率を高める。これは、ある弱イオン化陰イオンの除去率は、その原水中の他の弱イオン化陰イオンの存在および濃度に影響されるからである。このことは、ホウ素、有機酸(TOC)、シアン化物、フッ化物、ある種の砒素化合物やセレニウム化合物などの弱イオン化陰イオンにも適用される。高いpHでの操作は、ホウ酸塩、有機酸(TOC)、シアン化物、フッ化物、およびある種の砒素化合物、セレニウム化合物などの他の弱イオン化陰イオンのイオン化をも増加するので、これらの排除率はRO膜システムにおいて高まる。結局、通常、私の方法は、約7.5以上のpKa₁を持つ弱酸のほとんどを膜通過で排除することに都合良く適用できる。シリカ排除率は、従来のベースライン、約99％率から約99.95％あるいはそれより高い値まで増加できる。これは、実質上、透過水に漏出するシリカの量が、少なくとも一桁減少することに等しい。それで、シリカスカベンジング(s cavenging)のイオン交換樹脂床、すなわち陰イオン交換体４２および混床式ユニットの運転寿命を10倍（10⁺）増加する。シアン化物の場合、従来のROプロセスを用いると典型的な範囲で少なくとも約 50％排除であったのに対して、ROの初回通過で90％より多い排除率が達成される。シリカの場合も同様で、ホウ素＃率は、適当な高pHでの操作で、従来のベースライン、約60-70％の範囲から99％以上まで増加することができる。高いpHでの操作による＃率への有益な効果は、ホウ素の場合、わずかに低いpHで始まる。これは、ホウ素のpKaが9.14で、オルトケイ酸のpKa、すなわち9.7、よりおよそ0. ５高いからである。しかし、ホウ素における、高いpHでの操作による有益な効果は、はるかに大きいといえる。何故ならば、水溶液中のオルトケイ酸（H₂SiO₄）は、一般的に水和の水分子を６個持っているが、概してホウ酸（H₃BO₃）は、付着される水和の水分子を持っていないからである。それ故、オルトケイ酸分子は、ｐＨの値に関わりなく、膜の細孔サイズに関してホウ酸に比べて非常に大きく、結果としてシリカの＃率は、普通よりかなり高い。結果的に、約9.1より高いp Hで操作するときホウ酸のイオン化が増加していることは非常に有益であり、pH が10から11まで、または現在好まれているコントロール点の約10.5まで上がるにつれて、ますます有益となる。ホウ素の＃率は、ROシステムをpH12または13で操作するとき、市販の膜がこうした実施に利用可能となると、更に高まるであろう。例−パイロット試験パイロット水処理システムは、開示された方法の効果を試験するために準備された。パイロット水処理システムは、生水道水を処理して、半導体製造プラントにおいて将来利用する可能性のある高純度生成水をつくるために設計された。その目的は、（ａ）水利用を最小限にするため、回収率を増加すること、（ｂ）処理された水の純度を上げること、（ｃ）膜洗浄の間の平均期間を長くすることであった。このパイロットシステムでは、一連の試験を行った。各試験では、このシステムはRO排除水中のシリカ濃度が450ppm以上で開始された。このパイロットプラントシステムは、（ａ）標準のRO透過水流中10％の減少が認められるか、または（ｂ）RO膜を通過する軸方向の差圧が15％の増加に達するまで、連続的に操作された。このパイロット試験は、ダウ／フィルムテックRO膜Model FT30/BW40 40（Dow/Filmtec RO Membrane Model FT30/BW4040）などの膜分離ユニットを用いて行った。これは、約130psigから約185psigまでの圧力で、供給水温度が約20℃から約25℃の範囲で、最大限８USガロン／分（30リットル／分）までの供給水率で操作された。図６に見られるように、１分当たり５USガロンよりわずかに多い（約２０リットル／分）、長期間標準透過水流を試験した。このパイロット試験装置は、ロームアンドハース社（Rohm and Hass Company）(ペンシルバニア州、フィラデルフィア）の弱酸性陽イオン樹脂製品ナンバーIRC-86を利用した、平行に操作される１対の弱酸性陽イオン交換床を使用しており、続いて強制空気脱炭酸装置(forced air decarbonator)、水酸化ナトリウム注入、処理された供給水のRO膜による排除流、透過流への分離を行った。表１に、原水、RO排除水、RO透過水についてのパイロットプラント操作より得た化学的分析を示す。表１には、またパイロットRO操作で達成した＃率を示し、従来のROシステム操作で同じ供給水について得られた＃率と比較する。特に、原供給水中のシリカ濃度（67ppm）およびRO排除水中のシリカ濃度（480 ppm）に注意すべきである。このRO排除水中のシリカ濃度は、従来のROプロセス配置から通常得られる排除水中のシリカ濃度の約３倍である。更に、このように RO排除水中のシリカは高濃度であり、また、従来のROシステムを用いた同じ供給水についての＃率が約95％から約99％の範囲であるのに比較して、シリカ除去率が99.87％に達していることでシリカの＃率が改善しているのがわかる。表１パイロット試験の分析結果特に記載がなければ、イオンとしてのppm濃度表２ナトリウムイオン交換効果表３混床式イオン交換後の結果実際、従来のROで得られた＃率に比して、あらゆる重要な化学物質についての＃率が改善されていることは、表１に示されているデータから明白である。特に、ホウ素およびTOCの高い＃率により、下向流陰イオン４２、混床式イオン交換ユニット４４、４６の負荷を減らすという重要な利益が追加される。これに関しては、同じ供給水を用いたとき、従来のROシステムで得られるホウ素の＃率が約 60毬から70％であるのに比較して、98.51％を達成したということに注目されたい。一般的に、陰イオンまたは混床式イオン交換体の稼動限界はシリカ、またある場合には、ホウ素漏出により決定される。パイロットROシステムの高い回収率にも関わらず、従来のROシステム透過水中のシリカ濃度は、パイロットROシステムより３倍高い。特に、従来のRO透過水中のSiO₂ 1.5ppmに比較して、この方法のパイロット試験ユニットで得られる透過水中ではシリカ濃度、SiO₂ 0.45ppm が達成された。この方法を利用すると、RO透過水中のSiO₂濃度は、1.0ppmより低くできることは明白であり、実際、0.5ppmより低い濃度が得られることが示されている。また、私の新しいプロセスによる透過水中のホウ素濃度は、従来のROシステムによる0.06ppmBに対して、0.007ppmBであった。明らかに、0.05ppmより低いホウ素濃度が、0.01ppmより低いホウ素濃度と同様に証明された。この結果を示した表１から、従来のROシステムにおけるホウ素の＃率が、60％から70％の範囲であるのに対して、私の水処理プロセスにおけるホウ素の＃率は約98.5％であることを示しているということがこの試験によりわかった。言い換えれば、従来のRO プロセスでは、供給水中に存在するホウ酸イオン100個当たり、膜を通過するのは約30から40個であるのに対して、私のプロセスだと膜を通過するのは、100個あたり２個より少ない、わずかに約1.5個である。更に言い換えれば、従来のRO では、供給水中の100個当たり30個または100個当たり40個が透過水に達するのに対して、このプロセスでは、100個当たり1.5個である。ある種の供給水では、この値は、１/100または1/1000までさらに減少するだろう。つまりホウ素の＃率はそれぞれ99％または99.9％になる。従って、陰イオン交換体４２の稼動時間は、流入水中のシリカおよびホウ素濃度に必ずしも比例しないが、それにも関わらず私の新しいプロセスからの透過水３４を処理すると、従来のROシステムからの透過水を処理するときの稼動時間に比べると、顕著に長くなる。陰イオン枯渇（an ion exhaustion）は、シリカ（SiO₂）およびある場合はホウ素の所定の漏出レベルで示され、樹脂床出口の濃度は樹脂床における物質濃度の平均に関係するので、陰イオン交換樹脂床への流入水中のこうした陰イオン濃度を顕著に減少させることにより、SiO₂、またはホウ素の最大許容漏出に達するまでの稼動時間を延長できる。重要なことに、ホウ素、特にシリカおよびTOCの濃度は、このパイロットプラントの混床式イオン交換体４４、４６における透過水３４の処理後に極端に低くなることが認められた。従来ROプロセスからの混床後の透過水との比較が、表３のデータに挙げられる。意義深いことに、私の新しいプロセスでは、混床式イオン交換体処理後の水のTOC濃度は、3.0ppbより低い、すなわち検出限界以下であることが認められた。そして、見逃せないことは、ナトリウムおよびカリウムの＃率の顕著な改善である。従来のROシステムにおいて、ナトリウムの場合95％から９８％、カリウムの場合90％から95％の範囲であった＃率が、それぞれ99.73％および99.98％までに改善した。ナトリウム、カリウム、塩化物および硫酸塩のような強イオン化種の＃率が、表１のデータによって証明されているように従来のRO操作に比較して、顕著に増加したことは、パイロット試験の特に重要で予期せぬ実験結果であった。また、表２にあるように、たとえパイロットプラント試験におけるRO透過水が従来のRO プロセスの透過水よりも高い濃度のナトリウムを含んでいたとしても、RO陽イオン交換後の高いナトリウム含有量の影響は、取るに足らない。私の新しいプロセスによるRO透過水は、アルカリ性が高く(パイロット試験中の典型的pHは、10.3 であることが表１に示されている)、遊離の水酸イオンをかなりの濃度で含んでいるので、そのナトリウム除去限度および陽イオン交換ユニット４０の樹脂容量の実質的な限界は広がる。そのような透過水からのナトリウム除去を高めるための、透過水中の水酸化アルカリ度上昇の効果を表２に示す。同じ供給水を用いた従来のRO処理においては、ROシステム透過水中のナトリウムはわずか193ppbであったが、陽イオン交換樹脂によっても約0.431ppbまでしかナトリウム除去ができなかった。それに対して、私の新しいプロセスでは、RO透過水中のナトリウム濃度が955ppbであったとしても、陽イオン交換処理後には、 0.007ppbより低下した。私のプロセスにおいては、全有機炭素（“T0C”）の＃率の向上が、ROプラントオペレーターに顕著な利益を与える。自然の水は、検出可能な量の高分子量有機酸およびその誘導体、特にフミン酸、フルボ酸、およびタンニン酸を含むのが普通である。これらの化合物は、植物の腐敗から生じていて、通常フェノール様化合物の濃縮産物に関係している。概して、フミン酸は、アルカリ性pHでは水に溶解しているが、酸性pHでは沈殿するフミン物質（humic substances）の分画を含む。フルボ酸は、アルカリ性でも酸性でも水に溶解するフミン物質の分画を含んでいる。これらの酸およびその分解産物は、供給水流に運ばれ、特に陰イオン選択物質に望ましくない付着層を形成する。また、これらは、従来のROシステムにおけるファウリングに寄与する傾向にある。それ故、それらの存在が及ぼす不利な結果が、特に陰イオン交換ユニットで避けることができるように、逆浸透膜上または通過中のそのような分子の作用を最小限にすることが望ましい。表１を参照するとわかるように、透過水３４のTOC含有量は、原供給水中の同一量のT OCを用いた従来のROプロセスからのTOC含有量と比較すると、かなり低い。すなわち、従来のROシステムにおける回収率90％から95％に比較して、このパイロットプラントROシステムでは、TOCの＃率は99.66％である。この重要な結果は、シリカやホウ素の場合のように、高くしたpHによるTOCのイオン化の増加にあると考えられる。このように、ここに述べた方法に従ってROシステムを操作するとき、イオン化可能な有機炭素種のイオン化の範囲を利用することで、効果的なTOC 低下が可能となる。パイロット試験ユニットの操作結果は、図５、６、７、８を参照すれば、良く理解されるだろう。図５は、軸方向の差圧（△ｐ）対時間との関係を、パイロット逆浸透試験装置に使用した逆浸透膜についての１平方インチ当たりのポンドで表している。ここに示された差圧は、供給水流速における変化に対して訂正されていない。従来のROに比べて、このパイロット試験結果は、安定した標準化透過水流速、安定したシリカ＃率、安定した差圧が達せられていることを示す。このことは、私の新しいプロセスにおいてファウリング／スケール発生が本質的に除去されたことを示している。図６は、パイロット逆浸透試験装置に使用した逆浸透膜について、標準化透過水流（１分当たりのリットル）対時間を６カ月間にわたって示している。図７は、パイロット逆浸透試験装置における逆浸透排除流中のシリカ濃度を６カ月間にわたって示している。図８は、パイロット逆浸透試験装置に使用した逆浸透膜について、シリカの＃率対時間を６カ月間にわたって示す。このシリカ＃率は、パイロットROユニットにおける算術平均シリカ濃度に基づいている。標準透過水流の10％以上の減少によるパイロットプラント操作の操業停止毎に、膜を点検し洗浄した。洗浄が、塩酸溶液、テトラナトリウムEDTA、水酸化ナトリウムのような商品膜洗浄薬品により簡便に効果的に成し遂げられることは重要な発見であった。高価で専売の化学洗浄薬品は、必要とされなかった。ここに述べたような方法で供給水前処置で操作されたRO膜は、運転開始時の性能値100％の流速にまで完全に回復されることがわかった。全ての洗浄は、実質的には洗浄過程の酸性の最初の工程で成し遂げられた。これは、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、ケイ酸マグネシウムなどが主なスケール発生物質であることを示している。重要なことに、シリカのスケール発生も生物的ファウリングもこの特定プロセス条件下ではほとんど関係していないことがわかった。最小限のスケール発生で、ほとんど生物ファウリングが存在しない状態で、運転能力が高められシステム有効性が増加することは、明らかに私の RO操作方法のもう一つの重要な利点である。薄膜複合膜の生物的ファウリングは、これまで一般的な問題であったようで、また、ある特別な供給水源については、事実上打ち勝ちがたかった。生物的ファウリングの管理が、比較的高いpHでの操作で改善されることは予想されたが、その生物的ファウリング管理の程度は、実際には予想をはるかに越えて達成され、 RO膜エレメントの分析中細菌はほとんど検出されないレベルであった。このことは、従来のROシステムにおいて一般的なように、膜表面に生きているおよび死んでいる細菌を蓄積する代わりに、私の独特な方法では、入ってくる細菌は死に、膜表面から溶出されることを意味する。このように、RO前処置および操作のこの方法は、問題の多い水源処理に有効である。これは、高いpH溶液が、細胞溶解または細胞壁の破裂によって殺菌を行うので有効である。これは、例えば、細胞膜を通して拡散し、微生物の酵素を不活性化し殺菌するという非常にゆっくりした方法で作用する塩素処理と比較すると、非常に強力で迅速に作用する抗細菌活性である。塩素衛生化システムに対して、この方法で好適である高pH操作で、ウイルスやエンドトキシン（グラム陰性菌の細胞壁から得られるリポ多糖類部分）は、溶解によって効果的に破壊されるため、この方法を、発熱物質のない水または滅菌水の生成に使用することが可能となった。本質において、この方法を10より高いpHで操作すると衛生効果があり(3logの細菌減少、成長物質の破壊)、また、透過水中の細菌が０の試験結果が示すように、このプロセス装置で本質的に真の殺菌（12logの細菌減少、バイオフィルムおよび胞子の除去）が行われることも証明されるだろう。また、この方法における透過水のpHを高めることで、RO処理後の装置においても同様に役立つ結果をもたらすことは明記すべきである。そのような操作の方法は、製薬関係に適用のする高純水生成に特に利点があるはずである。この最終生成水は、補足されたアメリカ薬局方２３規準（“USP23”）に最終的に適合しなければならない。これについては、好ましい実施の形態に関してここに述べたような、原水のポリマー、抗スケール剤、RO前処理における他の専有的薬品の使用を避ければ、製薬用の水の望ましくない添加剤を除去できるし、RO 生成水について必要な試験を減らすことにより経費を安くできる。更に簡潔に言うと、細菌成長をさせないRO操作状況のためのpHの選択、および添加物の使用を避けられるレベルまでの硬度およびアルカリ度の除去は、高純水生成にとって優れた方法である。高いpHでの操作によるもう一つの利点は、膜、特に薄層複合膜タイプの膜の保護を高めることである。こうした膜は、中性、中性付近、そして中等度のアルカリpH（およそpH9まで）での酸化剤に対して限られた耐性をもつからである。RO 供給水に塩素を加えるときには、一般的に塩素ガス（Cl₂）または次亜塩素酸ナトリウム（NaOCl）を用いる。従来のROシステムでは、遊離塩素に対する膜の感受性のために、通常、亜硫酸塩（SO₃--）注入により除去される。しかし、９以上のpH、特に10以上のpHでは、塩素および他の類似酸化剤が薄層複合膜に及ぼす作用は、顕著に低下する。これは、非イオン化種（次亜塩素酸として知られるHO Clのような）の濃度が、劇的に減少するからである。このような酸は比較的弱いからである。それ故、私のHERO（tm）高pH逆浸透プロセス、典型的にはpH10以上での操作において、塩素除去は一般的に必要ではなく、従ってシステムの複雑さおよび経費を減少させる。これは、水処理プラントへの供給水として市の水源を利用するシステムにとっては、特に有益である。膜寿命の増加は、また私の新しい膜操作プロセスのもう一つの利点である。膜操作において、特にRO操作については、膜エレメントの寿命が長いことが期待されるだろう。何故ならば主にスケール発生および生物的ファウリングを避けられ、そのため過酷な洗浄薬品（例えば、酸性薬品および界面活性剤）に曝されることが劇的に減少するからである。 RO膜は、重要な物質、例えばシリカ、ホウ素、またはTOCの＃率が許容限界以下まで落ちると取り外される。シリカについては、通常、＃率の最初の値99％以上から95％−96％の間にまで落ちるときである。前述のように、私のプロセスにおけるシリカの最初の＃率は、従来のROシステムで達成される値より顕著に高い。それ故、従来のROのシリカ＃率の限界を許容するのであれば、例えば、特定の膜エレメントは、許容限界に達するまで長く持ちこたえる。言い換えると、この方法で利用される膜エレメントは、たとえ、かなり長期に使用された後でも、従来のRO方式配置で操作する新しい膜により得られる＃率を超えるシリカ＃率を示す。高い流束または透過水生成は、ROシステムを操作する際の私の方法による独特の操作条件により達成できる。いくつかの要因がこの結果をもたらす。流束は、１日の膜１平方フィート当たりの通過する水の量ガロンで表現されるが（一般に “ＧＦＤ”で表す）、従来のROシステムでは約15GPDと予想されている。パイロット試験では、ここに述べた薄層複合膜タイプのフィルマテックBW膜は、24GPD で操作され、30GPDまでの潜在能力が評価されている。後者の流束率は、スペーサー形状に基づく、従来のROモジュール設計の現在の水圧限界に近いと信じられているが、そのように増加した流束を支持できるような膜モジュールが利用できるようになると、さらに増加した流束（５０ＧＰＤ位までの）がこの操作方法で達せられると予期される。これは、ROシステムオペレーターにとって最も有利である。何故ならば、例えば、普通の流束がこの方法の使用により２倍になると、膜表面が必要とする全平方フィートは、二つの要因により減少する。投資費用（特に、膜および圧力容器について）および必要な床面積を相応に減少できる。運転費用は、この方法による他の利益によりすでに顕著に低下されているが、更に膜交換費用の低下により減少される。試験で証明されたように、従来のROシステムの設計ベースに対して150％以上の流束増加があることからは、即座に利益が得られる。本法を利用すると、RO排除水の浸透圧が、RO技術についての最終限界を表す。適切な供給水処理により、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカなどのわずかに溶解している物質がいったん効果的に除去されれば、排除水の濃度は、浸透圧限界に達するまで進めることができる。このとき、商業用に実証されているROシステムの設計圧力は、一般的に約1,200psigまでに制限されている。設計許容が、排除流の駆動力200psigとなるならば、許容できる最大浸透圧は約1,000psigとなる。約１psigの浸透圧は、100ppmのTDSにより加えられるという単純な経験則に基づいて例を挙げると、排除流中の最大許容TDSは、約100,0 00ppmである。このように、この新しいRO操作技術は、供給水の化学的性質に関わらず、どんな供給水でも、わずかに溶解している様々な物質、特に硫酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカに関係なく約100,000ppmまで濃縮することができる。私の新しいRO操作技術のもう一つの利点は、既存のROシステムを硬度およびアルカリ度除去のためにここで述べた前処理装置を用いて改造すると、このプロセス法の操作利益を得ることができることである。この独特なRO操作法は、ボイラー供給水、冷却塔用水、スクラバー用水のための多くの伝統的な産業使用だけでなく、半導体製造および製薬関係応用のような両方の高純度応用に追加的に適用される。私の逆浸透システム操作方法の高純水生成システムへの適用を図９に示す。この図においては、多数回通過逆浸透プロセス技術が、最初の原供給水１０の一部分を、逆浸透膜ユニット数Ｎを通って通水された最終透過水３４_(1+N)を生成するための供給水に加工するのに利用される。このＮは、正の整数で、一般的には(２)、時には（３）であるが、もっと大きい数字を利用することもできる。上記のように、原供給水１０は、もしアルカリ度が不足している場合は、炭酸カルシウム１３のような便利な方法でアルカリ度を追加されてもよく、その後その処理流R_Cは、弱酸性陽イオン交換システム１２へ送られる。陽イオン交換後、中間処理流WAを生成するために、塩酸や硫酸のような酸１４を加えてもよい。それから脱炭酸ユニット２０で二酸化炭素が除去され、中間処理流Ｄが生成される。その後、アルカリ溶液２２の添加または陰イオン交換ユニット３１のような簡便で経費効率の良い方法でpHを高め、さらなる中間処理流D_OHを生成する。逆浸透ユニットＮ（と最初のROユニット３０₍₁₎と最終ROユニット３０_(N)の間のいくつかの中間ROユニットからの排除水３２_(N)は、ROユニット３０_(N)の前に再生され、望ましくないが許容できる溶解物質および溶液を含む供給水25_(1+N)を生成する。ポンプ２６は、供給水２５_(1+N)に圧力をかけ、最初のROユニット３０₍₁₎への供給水を生成する。処埋後、透過水３４₍₁₎が生じる。この透過水３４₍₁₎は、その後、１からＮまでの一連の逆浸透ユニットへ供給される。全RO列からの排除水は、排除水３２_(1+N)として示される。全RO列からの高純度処理透過水は、透過水または生成水３４_(1+N)として示され、使用前の最終浄化のために通常のイオン交換装置へ供給される。陽イオン交換ユニット４０で、中間純水流Ｃが生成され、その後陰イオン交換ユニット４２へ送られ、さらなる中間純水流Ａが生成される。使用前、第一混床式イオン交換ユニット４４は、さらに純度の高い純水流Ｐを生成し、オプションの第二またはポリッシング混床式イオン交換ユニット４６により、更に純度の高い、可能ならば最終純水Ｓ、または上記と同じ名称を用いれば、純生成水流３８₍₁ _+N) を生成する。半導体製造では、名目上は0.02ミクロンのサイズのフィルター、しかし恐らくは約0.02ミクロンから約0.1ミクロンの範囲のサイズで選択されているフィルターを用いたサブミクロンフィルター４８による最終ろ過が通常行われ、更に高純度の生成水流Ｍを生成する。また、高純水を紫外線消毒器ユニット４９に通して生物的管理を行うのは通例で、通常254nm波長で操作してこの高純水流Ｍに残っている可能性のある細菌を全て殺し、最終超純水Ｕを得る。多くのシステムでは、最終サブミクロンフィルター４８と紫外線消毒器４９の位置は逆でもよく、また紫外線後更にフィルターを利用してもよい。図１０は、ボイラー供給用水、または冷却塔用水、またはスクラバー用水のための私の逆浸透操作方法の使用を示している。逆浸透ユニット３０および様々な前処理装置は、前述された方法に従って操作し、高純度透過水３４を生成する。それからこの生成水透過水３４は、特定のボイラー必要条件に基づいて必要なイオン交換システムで処理され、ボイラー用水１００としてボイラー１０２に供給される。ボイラー１０２からのブロウダウン(blowdown)１０４は、ポンプ１０８のための蓄積タンク１０６に送られ、戻り管１０９を通ってRO前処理列に送られる。冷却塔１１０およびスクラバー１１２はRO透過水３４で供給されることができるが、一般的には、冷却塔１１０およびスクラバー１１２は、例えば蒸気電力の場合は、水道水や井戸水のような供給源の普通の原水１０で供給される。それ故、冷却塔のブロウダウン１１４やスクラバーブロウダウン１１６は、両方とも硬度やアルカリ度が概して高い。同様に、このシステムは、石炭燃焼蒸気電力プラントからの灰溜まり水や灰洗浄水のように、灰と密に接触する水を処理するのに使用される。私の逆浸透プロセスでは、従来のROシステムの場合と異なって、かなりの量の再利用水を、RO前処理および操作の私の方法によって通常得ることができる。 ROシステムの前処理および操作のための私の方法の別の有益な使用を図１１に示す。ここでは、先に説明したものと類似した好ましい実施の形態であるが、連続電気脱イオン化システム１５０の前処理に、多数回通過ROシステム（ここでは、ROユニット３０₍₁₎と３０_(N)による２回通過、Ｎ＝２）を使用する場合を示している。連続電気脱イオンにより処理されたRO透過水34_(1+N)は、非常に高品質な脱イオン水Ｅを生成する。この水は、紫外線処埋４６および最終ろ過４８を経た後、超小型電子産業において超純水ＵＰとして使用できるようになる。第二またはポリッシュタイプ混床式イオン交換ユニット４６は除外してもよく、連続電気脱イオン化生成水Ｅを、直接、紫外線消毒ユニット４９へ送ってもよい。ホウ素、シリカなどを排除する連続電気脱イオン化の限界が、エレクトロニクス製造のために必要な18.2メグオーム(mgohm)の水を直接流出水として生成する能力を限定するので、これは正しい。ここに発表された方法に従って操作された場合、２回通過のROシステムからの透過水３４_(1+N)は、ホウ素、シリカ、TOCなどの連続電気脱イオン化に厄介な物質を非常に低濃度しか含んでいない。したがって、こうした透過水を連続電気脱イオン化処理ユニットへ供給することで、こうした電気脱イオン化ユニットが下流のイオン交換ポリッシャー４６の利益を得ずして、18.2メグオームの水を生成できると信じられている。従来のイオン交換の代わりに連続電気脱イオン化を使用する利点は、この連続プロセス（イオン交換樹脂のバッチプロセスより）が化学的というよりむしろ電気的に再生されているため、従来の再生化学薬品の使用を避けることができるということである。そして、排水においてでさえ、この現在の方法を使用する利益があるかもしれない。ここに述べられたように操作すると、ROシステムは、高いｐＨでイオン化種をかなり除去するので、そのような成分に対する高い排除率が達成されると、再生および再利用のため、そのような成分含有の低いRO透過水が生成される。製錬所、パルプおよび製紙業、および下水処理プラントからの排水は、全て候補成分（脂肪酸または芳香族有機酸およびその誘導体）をかなり多く含んでいるが、有機的ファウリングや関連の生物的成長のために、従来のRO膜では操作が最も困難である。廃水処理で、十分な質の水が達せられるであろう産業上の使用としては、冷却塔、ボイラー、スクラバーなどの用水がある。HERO ブランドROユニットプロセス設計と操作の利点 HEROブランドROユニットシステムプロセスの設計および操作から得ている多くの典型的で望ましいプロセスの利点を22-23頁に列挙した。その利点についての詳細な説明は以下の通りである。（Ａ）汚染物質の高い排除 HEROブランドROユニットプロセスパイロットプラントのデータを要約して、表４に示してあるように、あらゆる物質の＃率は、従来のRO操作において達成されることができる＃率よりも顕著に高い。特に、TOC、シリカ、ホウ素のような弱い陰イオンの除去における改善が目立っている。フミン酸／フルボ酸誘導体(TOC )、ケイ酸、ホウ酸は、全て比較的弱酸であるので、高いpH操作ではこれらの酸は、非常に大きな範囲まで解離し(中性近くのpH操作に比較して)、それ故RO膜でさらによく排除される。強イオン化種（中性近くのpHにおいて）の排除における改善もまた認められた。強イオン化種の＃における改善には、いくつかの要因が考えられる。膜形態の変化が生じると考えられている。この改善は、主に、膜表面近傍の濃度分極層の厚さが顕著に減っていることによる（腐食性のない状態で表面張力が低下したことによる）と考えられる。また、Ｏリングのようなエラストマーの膨張およびその結果として生じるモジュール内の良好な密閉も要因である。シリカなどの非常に高い＃率が、RO後のイオン交換システムの運転／操作に及ぼす影響は、非常に重要である。RO後のイオン交換のほとんどは、シリカまたはホウ素のどちらかの破過を基に再生されるので、流入水のシリカ／ホウ素含有量の１０の減少（ten reduction）の１要因により、再生の間の運転時間がずっと長くなる。RO透過水中の重炭酸塩と同様（高いｐＨ、典型的には少なくともｐＨ１０、による）二酸化炭素が存在しなければ、シリカ／ホウ素漏出量が正常な閾値を越えるまで運転時間は増加する。ほとんどのRO後イオン交換は、結局シリカまたはホウ素で制限されているので、RO透過水中の強イオン化種濃度の減少は、あまり重要でない。従来の薄層複合膜RO操作におけるホウ素の60-70％の＃率に比較して、新しいプロセスでは、約99％のホウ素＃率が得られる。２回通過構成で、この新しいプロセスは、検出可能な限界以下のホウ素含有量の透過水を生成することができる。表４ HEROブランドROユニット対従来のROの比較表５水分析注:1.RO供給水の分析は、表に示していないし、またRO排除水およびRO生成水の水酸化物の含有量も示していない。 2.最大回収率の可能性は約96%であるが、化学的性質は、RO回収率90％に基づいたものである。 3.pHを除いて、全ての成分は、炭酸カルシウムCaCO₃と同じmg/lで報告されている。表６改造の費用見積もり表７費用比較注：ベースとしてセクション5.0参照 HEROブランドROユニットシステムからの透過水でイオン交換して得られる非常に重要なもう一つの利点は、陽イオン樹脂からのナトリウム漏出が、流入水の高い周囲pHにより、数オーダー減少することである。その結果、既存のイオン交換システムのための再生の間の運転時間が延長する。つまり化学薬品や人力の必要が減り、再生消耗量も減少することになる。新しいシステムについて、または発展している既存のシステムについても、この新しいHEROブランドROユニットプロセス設計と操作は、イオン交換システムの設備費用に強力な影響を持つことができる。（Ｂ）高回収率カルシウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム、アルミニウム、鉄、マンガンなどの硬度誘発イオン(hardness-causinq ions)は、ROの前に除去されるので、炭酸カルシウム、フッ化カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、ケイ酸アルミニウム／マグネシウムなどの望ましくない沈殿物は、HEROブランドROユニットプロセスには生じないし、またしたがって、この種の沈殿物は、ROシステムにより達成できる回収率をもはや制限しない。重要なことは、標準的なHEROブランドROユニット操作のpH（約11が好ましい）で、シリカの溶解性が劇的に高まることである。RO排除水中のシリカ濃度が450から500ppmの範囲での操作だと、実質的に長期間持続できることは判明しているし、この新しいRO操作法では、1,000ppm以上の濃度でも達成可能であろうことを理論モデルが示している。 RO供給水中のシリカ25ppmをベースにした場合、95％回収率のRO操作（排除水中約500ppm）が試験により証明されている。更に97.5％回収率（ＲＯ排除水中シリカ約１，０００ｐｐｍ）は、操作上の見地から実用的かどうかは別として、理論上実行可能である。通常、シリカは、ROシステムでの最大許容回収率の最終限界基準を表しているので、RO供給水中のカルシウムやバリウムなどの物質が本質的に全て存在しなくなると共に高まったシリカの溶解性により、RO操作は、大量の供給水を得て非常に高い回収率（90-98％）を達成できるはずである。バリウム含有量の比較的高い供給水については、ROシステムの回収率は、排除水末端の硫酸バリウム沈殿生成可能性により限定される。このHEROシステムでは、ROの前にバリウムを定量的に除去するので、この心配を除外できる。また、硫酸ストロンチウム、硫酸カルシウム、フッ化カルシウム、その他のわずかに溶解しているカルシウム、マグネシウム、鉄、アルミニウム塩により制限されるROシステムについても、同じ結果が当てはまる。もちろん、RO排除水の浸透圧で表される、RO回収率における最終限界は、特定の供給水についての最大限達成可能な回収率を制御するが、この限界は、普通ほとんどの供給水について99％以下の回収率になることはない。（Ｃ）生物的ファウリングは、本質的に除去される最も多く生じる微生物は、高い操作pHで完全に溶解する(物理的に破壊される) 。実際、ウイルス、胞子、エンドトキシンでさえ、非常に高いpHレベルで破壊されるか、再生／増殖ができなくなる。脂肪酸およびにそれに相応するグリセリドは、高いpH操作で溶解性の“石けん”を形成するので、脂質（脂肪）の加水分解は、このプロセスにおいて同様に役割をはたすことが期待される。長期間の試験が実行されたある場所で、HERO技術の試験中、生物的ファウリングが生じなかったことは顕著であった。このパイロットROシステムは、標準透過水流およびシステム圧力損失について非常に安定した操作性能をあらわした。さらに定期的な間隔でのROエレメント分析で、生物ファウリングが存在しないことが確認された。フィルムテックFT30のエレメントについての試験および分析の段階的プログラムが、15カ月間にわたって行われた。このデータは、標準の試験状況下で、初期品質保証より高い塩排除率を示した。また、膜表面は清潔で、生物ファウリングの存在は認められなかった。この新しいプロセスの特質は、知られている生物ファウリング問題を持つ場所または生物汚染／生物活性に影響を及ぼす廃水処理に、重要な利益を持つ。また周囲温度より高い温度のRO操作は、システムにとって非常に効果的である。（Ｄ）微粒子ファウリングは、かなり減少する約３０年間、RO供給水の軟化が供給水中に存在するコロイド状の固形物を不安定にし、それに関連したファウリング問題を顕著に減少することは知られていた(実行されてきた)。１９６０年代末期および１９７０年代初めに、中空糸ROエレメントのための前処理として義務的に軟化を必要としていたことが、これを裏付ける。さらに、高いpHでは、表面とファウリング微粒子の間のゼータ電位が通常減少し、それにより付着の可能性も減ずる。この性質は、自然に存在する微粒子（細菌を含む）のほとんどの表面が負に荷電しているという事実から強められる。並んでいるゼータ電位が、今なお測定されることになっている一方で、この新しいプロセスは、微粒子ファウリング問題を除外できないとしても、顕著に減少することが期待されている。ゼータポテンシャルの減少は、わずかに陰性に荷電している膜表面への微粒子付着の可能性もまた減少させる。細菌の脂質からの表面活性剤のin situでの形成が、もし存在するならば、膜表面への微粒子付着減少に更に役立つ。新しいプロセスのこの独特の性質は、ROシステムの設計に、特に投資費用やUP W処理の操作複雑性を減少する可能性において重要な価値を持つことができる。この新しいプロセスは、あるレベルの微粒子ファウラントを受容する能力に加えて、マルチメディアろ過、凝固剤／凝集剤添加、珪藻土ろ過などROシステムへの前処理としての必要性を最小限にする。（Ｅ）化学薬品使用の顕著な減少非常に高い操作pHでは、遊離（解離していない）の次亜塩素酸（ＨＯＣＬ）の濃度が極端に低いので、化学薬品添加によるかまたは活性炭による脱塩素は、明らかに不必要である。（Ｆ）スケール抑制剤使用の排除抗スケール剤またはスケール抑制剤の使用は、新しいプロセスに有害でも不適合でもないが、半導体製造設備での１８カ月間の試験により判明したように、完全に排除できる。（Ｇ）高流束率生物ファウリングの除去、膜表面への微粒予付着の減少だけでなく、濃度分極層の厚さの低下により、この新しいプロセスを使用しているROシステムは、従来の操作に比較して高い流束で操作できることは、驚くべきことではない。普通の設計流束15gfd（１日１平方フィート当たりのガロン）に比べて、HEROブランドR Oユニットシステムは、15gfdより多く、好ましくは約20gfd、更に好ましくは約2 5gfdまで、実行可能ならば25gfdより多くで設計される。（Ｈ）生産物の高純度性 ROシステムへの投資費用減少に加えて、RO透過水の質は、高い設計流束により顕著に改善される。例えば、25gfdの場合、RO透過水は、１５gfd設計基準に比較して40％低い溶解固形物を含む。高い生産水流束と高いPH操作を組み合わせると、塩流束（圧依存性というよりむしろ、濃度依存性）は、顕著に減少するという結果になる。このROシステムは、他のパラメーター全てが等しいときでも、この要因だけでも約20％経費節減を期待できる。（Ｉ）洗浄用水としての排除水使用 HEROブランドROユニットシステムからの排除水は、高pHで、低炭酸塩アルカリ、ほとんど硬度がなく、酸性ガススクラバー用水として使用することができる。スクラバー内のpHは顕著に低下すると、シリカ沈殿の可能性があるため、RO排除水は、１回通過を基準に使用されるべきであり、蒸発率は制限されるべきではない。プロセスの化学性前述の通り、排除水の非常に高いpHは、HEROブランドROユニットシステムの操作を特徴づける要因の一つである。TOC、シリカ、ホウ素などのような弱イオン化陰イオンの極端に高い除去率は、そのような特徴に関連がある。シリカについての次の例は、この関係を検討するに使用することができる。自然に発生する水において、また中性付近のpHの範囲（6−8）で、シリカは、主にオルトケイ酸（H₄SiO₄）として存在する。オルトケイ酸は、普通、ケイ酸と呼ばれるが、水に存在する最も弱い酸の一つである。ケイ酸の最初の解離定数（すなわち、４つの水素全体からの最初の陽子の解離）は、約２ｘ10^-10、周囲温度で相応するpKa値は9.7、その溶液のバックグランドのイオン強度は非常に低い。 pKa₁9.7でのケイ酸の比較強度を明確化する便利な方法は、pH9.7で、50％がイオン化している、すなわち50％が非解離のオルトケイ酸として存在していて、残り50％は解離していて一価のケイ酸イオン、オルトケイ酸の結合塩基として存在するとするものである。pH10.7では、非解離酸への結合塩基のlogが一致しているとき、約91％がケイ酸イオンとして、他方9％は非解離酸として存在する。pH1 1.7での分配は、それぞれ99％と1％である。逆に、pH8.7（比率のlogは、0.1）では、約91％が非解離酸として、また9％がイオン化したケイ酸として存在する。pH7.7では、約99％が非解離ケイ酸として、1％はイオン化した一価のケイ酸イオンとして存在する。自然に発生する供給水のほとんどは、pH８以下なので、本質的にはシリカは全て、これらの条件下で非解離のケイ酸として存在する。ホウ酸（H₃BO₃、pKa約9. 2）やシアン酸（HCN、pKa約9.3）のような他の非常に弱い酸は、非常に類似した性質を表すが、もちろん両方ともシリカに比較して幾分強い酸である。 RO膜を通過する個々の物質の＃率の特徴は、その溶質のサイズ、形、電荷密度の影響を受ける。サイズや形が匹敵するならば、イオン化した溶質は、非解離状態で存在する溶質に比較してよく排除されることは一般的に認められている。例えば、フッ化物の＃率は、pHが３より低い場合は本質的に0、pH3.5で30 ％、pH4で50％、pH5で75％、pH7で98％（あるいはそれより上）である。フッ化水素酸（pKa3.2の弱酸）は、イオン化したフッ化物の対応物であり、低pH値での主要成分である。しかし、シリカ／ケイ酸の＃率は、主要構成成分が非解離ケイ酸でイオン化したケイ酸塩ではないというpH７で、驚くほど高い98％である。この矛盾は、（オルト）ケイ酸の分子が水和の水分子６個までと結合することから、（オルト）ケイ酸の実際の大きさは予想される大きさよりもはるかに大きいという事実から、少なくとも部分的には説明される。このように、pH７では、ケイ酸はほとんどイオン化していないので(0.2％より少ない)、この高い＃率は、サイズ／形の要因によるものである。これらの要因に基づくと、シリカが、実質的にイオン化しているとき、硫酸（ SO₄）イオンに至適する＃率をもつと思われる。この予想は、硫酸イオンがやはり水和の６個の水分子に結合していること、また硫酸イオンが中性近くのpH値では完全にイオン化しているという事実に基づいている。記録をみると、硫酸塩の除去率は、標準のRO操作で通常99.5から99.9％が認められ、シリカの除去率は、 HEROシステムにおいて10.5から11.0の範囲のpHで99.9％以上である。言い換えれば、pH７での硫酸塩の除去率は、pH10以上でのシリカの除去率と匹敵する。これらの相応する酸の強度と分子のサイズを比較すると、この効果は、利用されるばかりでなく合理的に説明できる。更なる検討に値するこの新しいプロセスの別の局面は、RO供給水の pH調整（増加）の前に、本質的に完全なアルカリ度除去を必要とすることである。全く実際的な見地からすると、アルカリ度が少しでも残っていると強力な緩衝作用を持ち、正常な操作範囲までpHを上げるのに必要なアルカリの量がかなり増加するので、ゼロに近いアルカリ度が必要である。増加したアルカリ要求に必要な直接的な経費に加えて、RO透過水のナトリウム含有量がまた非常に高いので、結果的にRO後のイオン交換負担や経費が不必要に高くなる。しかし、概念的見地からすると、アルカリ度除去の必要性は、かなり差し迫っているが、簡単である。炭酸カルシウムの溶解性に基づいた次の例は、この関係を数量化するのに用いられている。炭酸カルシウムの溶解積(Ksp)は、周囲温度および非常に低いイオン強度で約8 .7ｘ10^-9平方モルである。RO通過、90％回収率を目標とするならば、RO供給水の CaCO₃最大許容イオン積は、約8.7ｘ10^-11平方モルである。更に、軟化した供給水中のカルシウムを0.1mg/lと仮定するならば、RO供給水の炭酸塩の許容最大含有量は、全てイオンとして表した場合約2.1mg/lである。 pH11.0の排除水の状態では、そこに含まれる炭酸塩類の約85％は炭酸塩として、残りは重炭酸塩として存在する。pH増加前の全剰余二酸化炭素同等物を5mg/l とすると、RO供給水中に約5.8mg/lの炭酸塩（イオンとして）が存在する。炭酸塩の最大許容量2.1mg/lと比較すると、この5.8mg/lは３倍高い。 90％の回収率でスケールのない操作を行うためには、次の１つ以上を守らなくてはならない。−残っているカルシウム含有量を0.1mg/lより少なくしなければならない、またはRO操作条件を変えなくてはならない。炭酸カルシウムスケール抑制剤は、一般的に高いKspを許すことが知られているが、私は、効果的にかつ経費効率よく、高いpHでの持続的RO操作可能などんな方法も知らない。重要なことは、ROシステムの長期間の試験の間、スケール抑制剤は、どんなものも使用されなかったということである。マグネシウムは弱酸性陽イオン交換体から早期に漏出する傾向があるので、約 1.2ｘ10^-11平方モルのKSpを持つ水酸化マグネシウムは、許容できる残余物に関しては、いろいろな点で更に要求が厳しい。それ故、水酸化マグネシウムスケールを防ぐために、さらに注意を要する。典型的な例 HEROシステムを典型的に適用している例を以下にあげる。シリカ含有量の高い、南日本、熊本地区の供給水を、例として選んだ。示された経費は予算である( ＋または−30％精度)。見積価格は、次の前提に基づいている。（１）システムの名目上の処理能力：1,500,000 US GPD （２）通常の回収率75％対HEROシステム回収率 90％（３）UPW品質（化学）基準は（ａ）シリカ＜１ PPB （ｂ）TOC＜１ PPB と（ｃ）酸素＜５ PPB （４）消費コスト（ａ）硫酸（93％）１００米ドル／トン（ｂ）水酸化ナトリウム（１００％） 450米ドル／トン（ｃ）抗スケール剤 1.50米ドル／ポンド（ｄ）電気 0.075米ドル／kwh （ｅ）水購入および廃水放流コスト（併せて）３米ドル／1,000 米ガロン既存のROシステムの転換表６には、表５に示した供給水を用いて75％の回収率で操作する既存の150万G PD（US）のシステムを、90％回収率のHEROブランドROユニットプロセスシステムに換え、ROシステム以外は変化なしの見積もりを示した。従来のROシステムからの排除水を処理することによって、また（ａ）WACシステムで、硬度とアルカリ度を同時に低下させることによって、（ｂ）脱炭酸、（ｃ）２番目のROシステムに水流を供給する前に、pHをあげることによって、全体のRO回収率が増加するようにHEROブランドROユニットプロセス設計を使用することが、実行可能な場合がある。また、既存のシステムを変換することで、ROシステムの処理能力を高めるというすばらしい機会を得ることができる。これは、操作をHEROブランドROユニットプロセス設計および操作配置に換えると、従来のROシステムでは約15gfdの流束を、約20gfdまで、または恐らく25gfd以上まで増加することができるので、可能である。新しいROシステム設計および操作表７に、従来の方法（図１３を参照）を利用する場合、および簡単なポリツシングループ設計を含むHEROブランドROユニットシステム（図１４を参照）を使用する場合の２種類の真新しいUPWシステムが建設されることを基にした見積もりを示している。両方のシステムとも、二回通過RO、中空糸限外ろ過器および複床式でないイオン交換体を使用する。UPWの約40％は、高温で使用されるので、その見積もり費用はDIW加熱器を含む。限外ろ過システムの上の分配パイプ輸送システム、またはシステム設置、あるいはPVDFにつながる貯蔵タンクなどは経費見積もりには含まれない。こうした部品のサイズは、非常に場所特異性があるからである。要約新しいHEROブランドRO技術は、あらゆる汚染物質、特に弱酸性陰イオンに非常に高い＃率を持つことが示されている。加えて、大抵の供給水について90％以上のＲＯ回収率を達成することができる。生物的ファウリングは、微粒子ファウリングが実質的に減少すると同時に、本質的に除去される。従来のROシステム設計を使用して普通に実用されるよりもずっと高い流束が、この新しいHERO技術を用いて達成される。この新しいプロセスの利益が、UPWシステムの高額な費用を正当化するとしても、まさにその逆が真実である。UPWシステムの複雑さだけでなく、全体にかかる経費もまた両方とも劇的に減少する。膜分離装置により、特にここに述べたHERO逆浸透（“RO”）プロセス設計により、水を処理する方法と装置は、革命的で、かつ矛盾した結果、すなわちRO排除水中のシリカ濃度を高めるが、同時に、精製したRO透過水中のシリカ濃度を下げるという結果をもたらす。膜分離システム操作法、特に逆浸透システム操作の方法は、水処理システムの投資費用と運転費用を同時に減らす一方で、水使用も減らすための重要な選択を表す。水回収率、すなわち、供給水流量に対する透過水流量の割合は、明らかに約50％より多く、また容易に約85％以上まで、しばしば約95％まで、また時には約99％のレベルにまで達する。更にこの効率が得られれば、生成された純水１ガロン当たりに消費される、イオン交換再生またはRO洗浄のための化学薬品は劇的に減少する。このように、上述の記載から明らかにされたことも含めて、上記に述べた目的は、効果的に達せられていることがわかる。また、上記の方法を実行するにあたって、またこの方法を実行し、ここの述べたような希望の製品を作るための適切な装置の建設にあたっては、変更を加えてもよく、本発明が、その意図または本質的な特徴からはずれないで、他の特定の形に具体化される可能性があることを理解するべきである。例えば、私は、同時に硬度とアルカリを除去するという設計例を述べたが、別の実施の形態により、ここに発表した方法の原理の結果を達成することも可能である。それ故、本発明の代表的な実施の形態について先の説明は、説明の目的のため、および本発明の理解のためだけに紹介されてきたということが理解されよう。また網羅的あるいは制限的であること、または本発明を開示した形そのままに制限することを意図してはいないということも理解されよう。反対に、本発明は、巻末の請求項に表現されている本発明の意図および範囲内で、変更された方法や装置、同等な方法や装置、および代替の方法や装置を全てカバーしている。このように、請求項は、ここに述べられた方法および構造、またこの中にある方法や構造の同等なもの、そしてあらゆる同等な方法や構造をカバーするよう意図されている。巻末の請求項に示されるように、本発明の範囲は、広い意味で、また請求項の文言あるいは請求項の中の均等な文言に正しく許される範囲で述べられている実施の形態からのさまざまな変化を含むことを意図している。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年６月１５日（１９９９．６．１５）【補正内容】明細書高効率逆浸透処理の方法および装置技術分野本発明は、膜による水処理、精製、濃縮システムにおける水処理の方法、およびそれを実行するための装置に関する。ある実施の形態においては、供給水前処置の方法および逆浸透（“RO”）装置の操作方法に関する。これにより、溶質除去率を高め、極めて高純度の生成水（溶質物含有の低い）をつくることを達成し、同時に水処理装置の作業効率を顕著に高める。背景技術最小限の管理ですむような装置を用いて、希望の純度の水を確実に製造できるような簡便かつ効率的、さらに安価なプロセスが、常に求められている。特に、供給水利用効率の改善、また高純水システムにかかる運転費用および投資費用の両方を減額することが、半導体、医薬、バイオテクノロジー、蒸気一電力，プラント、原子力プラント操作など各種産業において望まれる。前述の産業のほとんどの水処理システムにおいては、通常、そのプラント設計や操作パラメーターは、溶解性の乏しい物質の溶解限度に関する、選択された装置の許容できる最終濃度（通常、全溶解固形物、または“TDS”と表現されている）に制約される。特に、シリカ、硫酸カルシウム、硫酸バリウムは、達成できる最終濃度を制限することが多い。多くの原子力プラントや多くの超純水プラントオペレーションなどほとんどの場合、ホウ素または同じように作用する両性電解質の他の化合物は、従来のROシステムにおいては、膜通過の排除率が比較的小さいので、設計や運転限度を左右する可能性がある。そのような化合物が存在すると、透過水として知られる逆浸透生成水の質が悪く、許容純度の純水を製造するためには、RO処理後に更に追加の処理が必要となることが多い。とにかく、膜寿命に及ぼす潜在的に有害な作用だけでなく、スケール形成、および結果的に生じる膜処理量の低下を避けるために、膜による水処理プラントの設計や操作において、シリカや他のタイプのスケール形成の可能性を認識しなければならず、また水回収率およびそれに応じて運転をも制限しなければならない。実際、典型的なROプラントにおける経験によると、透過流速の低下、透過水の質の悪化、または膜通過の圧力損失(press ure drop)の増加が生じるので、定期的な膜の化学的洗浄が必要である。歴史的にも、そのような洗浄は、膜のスケール形成、微粒子ファウリング、生物的ファウリング、あるいはそれらの組み合わせが生じることから必要とされてきた。そのような膜洗浄サイクルにより生じる経費、不便さ、製造損失のため、化学的洗浄を必要とする期間と期間の間をできるだけ長くし、同時に望ましくないイオン種を効率よく排除し、高純度の透過水の生成を確実に達成することが有益である。１９８０年代中頃から末期までに、薄層複合膜が導入され、ほぼ世界的に採用されて以来、RO技術は発展的に改良されてきた。この薄層複合膜の平均排除率の改良が進む一方で、要求される排除率と流動率（膜表面積の単位あたりの透過水生成率、通常、膜平方フィート当たり１日のガロンあるいは膜平方メートル当たり１日のリットルで表現される）を達成するのに必要とされる操作圧力は、ゆっくり減じられてきた。歴史的に、半塩水(brackish water)ROシステムは、その供給水のスケール形成およびファウリング傾向により、その許容できる回収率、流動率が制限されてきた。従来の半塩水ROシステムの制限に比較して、半塩水供給水のスケール形成およびファウリング傾向を、回収率限界が浸透圧により決められる点まで、また流束率が実質的に増加する点まで低下させることが望ましい。典型的な最終消費者の見地から、RO技術のいくつかの分野の改良が−塩素許容量はその一つであるが−更に求められている。薄層複合膜は、少なくとも幾分かは表面の電荷や特質により、生物的ファウリングや微粒子ファウリングが比較的生じ易い傾向にある。ある種の供給水の場合、特に地上水源の場合、膜のファウリングおよびファウリングを防ぐのに必要な頻回の洗浄のために、困難で、費用や時間のかかる操作上の挑戦が求められる。全有機炭素(“TOC”)、シリカ、ホウ素などの弱イオン化種の排除率は、ナトリウム、塩化物のような強イオン化種の排除率に比較して明らかに低い。RO後のイオン交換の効率は、主に、RO透過水に存在する弱い陰イオンの濃度により決定されるので、ROユニット操作においては、可能な限り多くの弱陰イオンを排除することが有益である。言い換えれば、RO工程でより多くのシリカ（およびホウ素）を排除することで、ROユニット後のイオン交換ユニット操作における、より高い処理量を達成できる。１９８６年３月４日、ピットナー（Pittner）によるアメリカ特許No.4,574,04 9の「逆浸透システム(REVERSE OSMOSIS SYSTEM)」、これは二回通過（生成段階）R Oシステム設計であるが、この中で発表されたROプロセスを除いて、二酸化炭素は、一般的には、RO透過水における陰イオン負荷の最大の分画を表す。しかし、従来のROシステム操作状況では、透過水の二酸化炭素含有が同（絶対）濃度にとどまり、より大きい陰イオン負荷の分画を表すので、多数回通過型のROではほとんど利益を与えない。従って、単回通過のROシステムにおける弱陰イオンの排除率を高めることは、重要な改良が更に求められている分野の一つであると考えられる。弱イオン化種の排除率を高めることに加えて、強イオン化種の排除率を高めることも望まれる。回収率または容量効率は別のパラメータで、それを改良すればROシステム性能に有利となる。典型的なROシステムは、約75％の回収率で作動している。つまり入ってくる供給水の75％のみが有効に利用され、残り（25％）は排出されているのである。水が世界中で不足し高価になってきているから、ROシステムの回収率を最大限に高めることが重要な目標である。流束を高めると投資費用を減額するので、操作流束を高めることは常に最終消費者にとって重要である。またRO後ユニット操作の簡便化およびコスト減額もまた最終消費者に求められている。これは、半導体デバイス形態における設計ルールが厳しくなっていくにつれて、超純水の不純物の許容濃度が、低下してきているからである。超純水システムにおける汚染濃度を更に低くすることは必要である。結果的に、RO後のシステムの構成部品の費用および複雑さは、ここ数年劇的に高まってきた。高純水加工法およびそれらを実行するのに必要な機械設備は、複雑で高価である。実際、再生可能な混床式イオン交換システムは、超純水処理システム全体の中でも最も高価な（かつ複雑な）単ユニット操作／プロセスである。従って、RO 処理水の特質を大きく改善すれば、明らかに超純水システム全体の費川を下げ、複雑さを解消できる。私は、高純水処理適用におけるいくつかの試み、排水処理適川における試み等、中性あるいは中性付近のｐＨで水溶液にわずかに溶解しているある種のイオンの排除効率を高めようという努力を行っているさまざまな試みを知っている。そのような試みの多くは、従来の硬度除去およびその後化学薬品添加によりｐＨを上昇させるという特徴を持っている。その方法の一つが、１９９３年１０月５日、アメリカで発行された特許No.5,250,185タオらの「高いｐＨでの逆浸透膜操作による水溶性ホウ素濃度の低減(REDUCING AQUEOUS BORON CONCENTRA TION WITH REVERSE OSMOSIS MEMBRANES OPERARING AT HIGHpH)」に示されている。彼の発明の好ましい実施の形態の中では、二価の陰イオンを除去するために、従来のゼオライト軟化剤を使用した後、ナトリウム形で操作される弱酸性陽イオン交換体を用いている。装置制限とプロセス設計考慮の両方から、彼の発明の前処理工程には、硬度によるスケール形成を防止するため、別に供給水にスケール抑制剤を添加するという、幾分費用がかかり望ましくない工程が伴う。また彼の方法は、硬度とアルカリ度を同時に除去するというもので、多くのタイプの適用に利益があり、私も興味があるのであるが、その除去工程において高い効率を示さない。そのことは、彼のプロセスにおいて、下流部の軟化工程を２回追加する必要があるという事実により証明されている。さらに彼の適用は、炭化水素化合物（炭素と水素のみを含み、大抵イオン化されていない）を含む油田の生成水に関係があり、それを述べ主張しているが、私が興味を持つ適用においては、そのような化合物はほとんど全く存在していない。私が第一に興味を引かれる適用では、フミン酸やフルボ酸のような自然に生じる様々な有機酸が、特に、処理のために提供される地上水に存在する。また、高純水適用に利用された方法が、日本において、ヨコヤマらによって２９８４年６月２９日に公開された特開昭58−112890、「逆浸透膜を用いた脱塩法(METHOD OF DESALINATION WITH A REVERSE OSMOSIS MEMBRANE UNIT)」に示されている。その中で、ある例では軟化のために、また別の例では軟化せずに強酸性陽イオン交換樹脂（“SAC”）の前処理プロセスを利用する逆浸透ユニットを示している。彼のプロセスは、ある種の供給水には効果的であるが、RO膜のスケールを避けながら、より高いｐＨでどんな操作が用いられるのかは示していない。私のプロセスをよく理解するためには、水の化学の基礎原理を理解することが有用である。例えば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）についていえば、最終排除ゾーンのRO膜で沈殿を生じる可能性が、ランゲリア飽和指数（Langeller Satur ation Index）(LSI)としても知られるランゲリア指数（Langelier Index）を用いて予測される。１９７９年著作権マグロウヒルによるナルコ水ハンドブック（Nalco Water Handbook）を参照せよ。この指数は、一般に次のように公式化されている。 LSI＝pHreject−pHs ここで、pHs=ＣａＣＯ₃飽和時のpH(排除水)、 pHs=pCa＋pALK＋Ｃ、また、ここで、pCa=Ca⁺⁺イオン濃度（モル／リットル）の−log、 pALK=HCO₃ ^-イオン濃度(モル／リットル)、および C=全イオン強度およびRO排除水の温度を基にした定数である。あるRO排除水において、炭酸塩スケール形成を避けるためには、LSIを負に、即ちＣａＣＯ₃を可溶の状態に保てば最も望ましい。しかし、これは、ある条件下では、ある種の抗スケール添加剤を使用すれば、LSIは、ＣａＣＯ₃のスケール形成を生じさせずに約+1.5までは許容できることがわかっている。とにかく、どんなRO排除水のpHであっても、望ましくないスケール形成を避けるためには、pHsは最小限にしなければならない。このことから全体を見通すためには、どんなRO前処理においても、軟化工程でカルシウムが常にいくらかは漏出することが予測できるということを考慮しなければならない。このように、原供給水硬度および実行された前処理プロセス計画によれば、処理された RO供給水に存在するCa⁺⁺イオン濃度による、pCaの達成可能値の下限が予測できる。とにかく、Ｃの値は、全イオン強度および温度により決定される。従って、 LSIを許容範囲に保つためには，-RO操作でスケールを防ぐためには-カルシウム（マグネシウムのような他の硬度と同様に）の漏出は、重大な要因となる。先に示したタオらの特許では、種々の軟化剤を連続して与えることで、この問題を解決しようとしている。明らかに彼は、それに必然的に伴う高い投資費用や運転費用を受け入れている。他方ヨコヤマは、カルシウム除去の程度に一致したpHにまでRO操作を制限することを決断した。pH9でRO排除水を処理し、イオン交換列からのCa⁺⁺漏出が0.1ppm、ROにおける濃縮要因が５（“5Ｘ”）と仮定すると、彼のRO操作はLSI約-0.5でRO排除水をつくると予想される。スケール抑制剤の使用有無に関わらず、LSIがこの程度であればスケール形成のない操作ができる。しかし、ヨコヤマの例におけるpHが、例えば11まで高められ、同じ前処置方法を行うと、LSIは約+2.4になるかもしれない。このような場合、排除水のランゲリアー飽和指数のレベルは、現在の抗スケール剤が持っている、スケール形成を起こさずにRO操作ができるレベルより十分高いだろう。このように、私の知っている先の方法は、次に挙げている欠点を一つ以上持っている。（ａ）非常に高いpHで、スケールを生じさせないで操作するのにどうしても必要となる、極端に低い硬度および非水酸化のアルカリ度を確実に達成するわけではない。（ｂ）硬度漏出を最小限にするために、運転費用とともに余分で高価な装置を必要とする。（ｃ）RO排除水のLSIを低下させるためにまず硬度低下を要する（効果的な脱アルカリ化のための手段は含まれない)。（ｄ）スケール形成を防止するために抗スケール添加剤を要する。したがって、高いpHでもRO操作を様々な問題から免れさせるため、（ａ）硬度を非常に低いレベルにまで除去し、（ｂ）効果的な脱アルカリ化を行う、私のシンプルな処理プロセスの利点は重要で自明である。更に、スケール形成傾向による濃度要素(concentration factor)の上限のため、ROシステムは原供給水の約25％以上を使用できないことが多い。また、原水の化学的性質によるが、約75％（またはそれより幾分低い）より大きい回収率では、従来のRO方式における化学的スケール発生および生物学的ファウリングの制御は、長時間の運転をしようとすると、ほとんど困難となる。従って、約75％を上回る率の水回収を持つRO方式の広範囲な商業使用は、今まで成し遂げられなかった。水はますます高価になり、または供給が低く、またはその両方の埋由から、RO 方式では原供給水に対する処埋生成水の割合を高めることが望ましい。それ故、今日一般に達成されている率より高い回収率での水処理を可能にし、水処理にかかる費用を減額することが望ましいということが理解される。最終的に、そのようなますます困難となる水処理目標に、今日よりさらにシステムの有効性を高め、運転時間を長くすることで対処することは明らかに望ましい。私の知る限りでは、今まで誰も、より高純度の処理水を生成するため連続的で持続可能な長期操作で、約９より高いpHで逆浸透法による水処理方式を行うことが適しているとは考えなかった。従来の工学技術は、中等度のpHの使用、最終濃度や水回収率の制限、化学的添加剤の使用により、設計周辺の制限あるいはスケール形成との闘いにアプローチしてきた。歴史的にも、酢酸セルロース膜は、pH およそ４から７までの範囲での操作に限定された。新しいポリアミドおよび薄層複合膜タイプの膜は、pHおよそ約４から約８までの範囲で伝統的に操作されてきた。２、３の特殊な目的のために、高いpHでの操作が時折試みられてきたが、通常シリカに関連のない適用においてであった。また、高いpHでの操作が、シリカに関連したＲＯの２回目の通過で利用されていたが、私の知る限りでは、中性または中性付近のpHでの操作の初回通過RO操作の後でのみ行われている。有機物が明らかに関係している場合には、pHは５未満、好ましくは４未満に及ぶことが多い。先の水処理方法に対して、ここに教えられた方法は、入手できる膜を用いて最大限に実行可能なpHで、初回通過の間にスケール発生のどんな可能性をも事実上排除するという理想的な設計哲学を利用し、同時に希望の濃度を維持し、結果的に水回収率の利益を得ている。要約私は今回、シリカ濃度の非常に低い高品質透過水を生成するために、硬度やアルカリ度の積極的除去、高いpHでの膜分離をベースにした、新しい水処理方法を発明した。独特な供給水処理プロセスの中で、同時に硬度とアルカリ度を除去するために、適当な化学組成の原供給水を水素形で稼動される弱酸性陽イオン交換樹脂で処理する。この弱酸性陽イオン交換樹脂は、従来のイオン交換システムでは、硬度破過(breakthrough)のため停止を引き起こすような硬度やアルカリ度よりもはるかに高い原供給水の硬度、アルカリ度レベルで操作できる。私の排水処理プラントで好ましく使用されるこの処理の一連の設計は、多くの重要で深刻な問題を克服している。まず、低い硬度は、非水酸化物によるアルカリ度の排除と組み合わされて、硫酸塩、炭酸塩、または珪酸塩陰イオンに関連した化合物を形成するスケールの沈殿を実質的に除去する。従って、洗浄の必要性が最小限になる。このことは、水処理プラントが水生産を損失しないですむので商業的にも重要である。つまり洗浄サイクルの間、生産損失に適応するため、望まなくても別に処理プラントを増大する必要がでてくるからである。二番目に、高いpHでの操作状況は、水溶液中で中性または中性付近のpHではわずかしかイオン化していない種々のイオンにおいても、かなりの程度までイオン化を達成できるし、そのような種類のイオンを膜方式で優先的に排除することができる。最後に、高いpHでの操作は生物学的汚染から保護し、生成水の望ましくない汚染を防止する。高い操作pHは、細菌や細菌内毒素を効果的に破壊する。本質において、ここでの開示通りに操作された水処理方式は、従来のRO方式だと通常洗浄を考慮される可能性のある状況でも普通に行われる。いまや私は水処理使用のために新しいプロセス設計を開発した。ある実施の形熊においては、このプロセスは、溶質含有量の低い生成水流と溶質含有量の高い排除水流を生成するための、（ｉ）硬度、（ii）アルカリ度および（iii）中性または中性付近のpHの水溶液中でわずかにイオン化している分子の存在によって特徴づけられる供給水流の処理を含む。（ｉ）原供給水流から硬度を除去する、（ii）原供給水流からアルカリ度を除去する、（iii）硬度除去工程中に発生する不溶ガスを除去するというステップの中から、任意の順序で一つ以上のステップを行うことで、このプロセスは、原供給水を、選択されたpHで所望の濃度まで濃縮した場合に、原供給水のスケール形成傾向を効果的に排除するというものである。それから供給水のpHを、少なくとも約8.5まで、または9.0まで、または約10まで、または（現在利用できる合成の薄いフイルムタイプの膜には）好ましくは10から11の範囲まで、さもなければ11より高く、そして更に望ましいのは約12または幾分それ以上、シリカや他の種類の物質の高い排除率によって得られる利益が経費の追加に勝るまで高くする。現在利用できる薄層複合膜を用いて、約10.5まででpHをコントロールすれば、長期の膜寿命を損なうことなく、この方法の利益のほとんどを得られる。こうしたpH上昇は、軟化され脱アルカリされた供給水流に、選択された塩基を、好ましくは直接注入あるいは代わりに陰イオン交換を使用して添加することで行われる。pHを高めると、中性または中性付近でわずかにイオン化していた分子のイオン化増加が進む。もう一つの概念は、protonatable、すなわち物質を受け取るプロトン、または塩基が増加するというものである。ｐＨの調整された供給水は、排除流および生成流を生成するために、典型的には逆浸透型の膜分離装置に、しかし代わりになる微小ろ過(nanofiltration)または他の適当なタイプまたは他に利用できる配置、または将来利用できるようになり今のこの方法が実行することができるような膜分離装置に通水される。膜分離装置の理想は、イオン化物質の通過を実質的に阻止する半透膜を持つタイプである。重要なことは、私のプロセスにおける膜分離装置は、水溶液中で中性または中性付近のpH でわずかにイオン化している通常は望ましくないイオン種のほとんどない生成流をつくることである。目的、利点および特徴前述から、本発明の重要で主要な目的の一つは、あらかじめ選択した非常に高純度高品質の水生成流を、長期の操作サイクルにわたって確実に連続的につくる水処理のための新しい方法の準備にあるということは、明白である。更に明確にすると、私の発明の重要な目的は、高効率で操作するとき高純度の水生成の方法を確実に与えるように、生じやすいスケール発生やファウリングの問題を避けることができる膜による水処理方法を提供することである。本発明の他の重要かつより具体的な目的は、以下のような（先に述べている）水処理方法の準備にある。：選択した供給水からの硬度およびアルカリ度の除去を、単純で直接的な方法で行われるようにする、：最小限のユニットプロセスの必要条件を持ち、化学的供給方式は最小限にするまたは避ける、：既存の技術水処理プラントより物理的スペースが少なくてすむ：建設、始動、点検しやすい、：高効率である、すなわち通水される供給水の量に比例して高い生成水生産高を水処理プラントに提供する、：前述の目的に関連して、水処埋プラント経営者に対して、および水使用者に対して、現在よりも装置の費用を減額できる、：今述べている目的に関連して、これまで一般的に使用されていたある種のタイプの化学的添加剤、特にスケール抑制剤の使用をほとんど排除することで、結果的にほとんどの水処理施設よりも化学薬品の使用が少なくなる。本発明の一実施の形態の特徴は、ほぼ完全な硬度およびアルカリ度の除去と弱酸性陽イオン交換との独特な組み合わせである。これにより水処理プラントは、排除水の割合を最小限にすることができる。結果的に全体のサイクル効率が高まる。本発明のもう一つの特徴は、シリカ、ホウ素、またはTOCのようなイオン化しにくい種類の物質をイオン化しやすくするような高いpHでの操作を用いることである。従って相応する化学的性質を持つ供給水を処理するとき、従来のRO処理方式の限界をはるかに越えるシリカ、ホウ素、またはTOC除去レベルでの操作を可能にした。本発明の更にもう一つの特徴は、このプロセス設計に従って操作するよう既存のROプラントを改造する能力、そのRO膜の必要条件を増加させないで生産性を高める処理能力である。本発明の別の特徴は、今まで従来のRO方式設計で実行可能であったものより更に高い流束レベルで操作しながら、更に純度の高い生成水を製造する能力である。本発明の他の重要な目的、特徴、追加の利点は、前述から、また後に続く詳細な説明から、および請求項から、付随する図に関連して当業者らに対して明白となるであろう。図面の簡単な説明図面においては、図に示されている同一の特徴は、同一の参照数字を付し、説明は省略する。図１は、pHにつれての水溶液中のシリカイオンのイオン化百分率を示している。図２は、硬度と非水酸化物によるアルカリ度とを同時に除去する弱酸性陽イオン交換の使用を示す、高効率逆浸透操作のための私の方法の最初の実施の形態を表している。図３は、高効率逆浸透操作のための私の２番目の実施の形態で、この中では、 Naゼオライト軟水法および石灰または石灰／ソーダ軟水法により硬度を減じている。図４は、高効率逆浸透操作のための私の３番目の実施の形態で、原供給水のアルカリ度を酸添加により効果的に適切に低下し、硬度を石灰または石灰／ソーダ軟水法により選択的に減じる装置の配列を示している。図５は、私の新しいプロセスを利用しているパイロット逆浸透試験装置に用いられた逆浸透膜についての１平方インチ当たりのポンド対時間（PSID対月）における差圧を示している。図６は、私の新しいプロセスを利用しているパイロット逆浸透試験装置に用いられた逆浸透膜についての、分当たりのリットル対時間で標準透過水流を示している。図７は、私の新しいプロセスを利用しているパイロット逆浸透試験装置における、逆浸透排除流中のシリカ濃度を示している。図８は、私の新しいプロセスのパイロット試験で用いられた逆浸透膜についての、シリカ排除率対時間を示している。図９は、一つ以上のRO膜を通過してきた透過水を生成するため、最初の供給水の部分を引き続き処理するよう、多数回通過のROプロセスを使用するときのＲＯ方式操作の私の方法の利用について述べている。図１０は、ボイラー供給用水、または冷却塔用水、またはスクラバー(scrubbe r)用水について、ＲＯ方式操作の私の方法の利用について示している。図１１は、高純水生成のため、連続電気脱イオン化装置を組み合わせたＲＯ操作の私の方法の利用について示している。図１２は、私の高効率ROプロセスの一つの配置について、プロセス流れ図を示している。図１３は、従来のRO方式プロセス設計についてのシステム概要図を示している。図１４は、ここに示した設計および操作概念を利用した、私の高効率ROプロセスについての模範的プロセス例の流れ図を示している。詳細な説明私は、RO方式のプロセス設計および操作についての新しい方法を開発した。そしてRO方式のプロセス設計及び操作についてのこの新しい方法を、徹底的に試験した。このプロセスは、RO操作目的における重要な改善を達成することができることを示している。私のヒーロー（HERO）(tm)ブランドROプロセス設計および操作の特徴は、以下の通りである。（１）あらゆる汚染物質、特にTOC、シリカ、ホウ素などの弱酸性の陰イオンの非常に高い排除。（２）非常に高い回収率−90％以上の回収率を達成できる。（３）生物的ファウリングを本質的に排除する。（４）微粒子ファウリングを実質的に減じる。（５）洗浄頻度を実質的に減らせる。（６）高いpHで操作する結果存在する化学的物質により、またはある場合では最初に塩素を添加する必要をなくすことにより、供給水からの塩素の除去を必要としない。（７）スケール抑制剤の添加をほとんど排除する。（８）実質的に高い流束率が達成される。（９）従来のRO方式に比較して、全体としての投資費用が安い。（１０）従来のRO方式に比較して、全体としての運転費用が安い。（１１）超純水方式の複雑さを顕著に軽減できる。 HEROブランドRO方式は、かなり場所−特異性がある。個々のプロセス工程は、特定の場所で特定の供給水に適合するようにあつらえて作られている。異なる場所の前処置プロセスにおける差異に関わらず、あらゆる適用に対して一つのプロセスパラメーター、すなわちRO方式は排除を実行可能な最も高いpHで操作されるということで共通である。現在利用できるRO膜（例えば、フィルムテック（FILM TEC）(R)ROエレメントではpH11.0）の許容限界の最高pHに対応して、典型的なHE ROブランドROユニット方式は、そのRO排除流で測定したとき、約11までのpHで操作するよう設計されている。私のHEROブランドROユニットプロセスに許される非常に高い濃度要素（すなわち、回収率）のため、このRO供給水pHは相応して低い。例えば、RO供給水が、炭酸塩、リン酸塩などの存在でほんのわずかに緩衝される場合には、回収率90％で操作している方式では、pH10.0の原水だと約pH11で排除流を生成する。一般的に約75％の回収率で操作される従来のROシステムと異なって、HEROブランドROユニットシステムは、そのRO排除水の浸透圧によってのみ制限されるが、いつも90％かそれ以上の回収率で行われる。RO供給水から排除水までのpHの増加は、非常に高い回収率へと拡大される。従って、最大許容pHは特にRO排除水条件に適用される。 ROシステムでpH11近くまで、または約pH11、またはそれより高いpHの排除水を扱うためには、RO膜上のスケール形成の潜在的可能性を効果的に取り除くように、いくつかのプロセス条件を適合させなければならない。これらのプロセス条件の中には、非常に高い回収率でROシステムを行うために必要のあるものもある。そのようなプロセス条件を以下に示す。（１）RO供給水中のカルシウム、マグネシウム、ストロンチウムおよびバリウム濃度を実質的に、好ましくはゼロ近くまで、最も望ましくは本質的にゼロにまで取り除かねばならない。（２）アルミニウム、鉄、マンガンなどあるいはこれらを含むコロイド粒子の存在だけでなく、有機的に結合しているものも含めて、これらの含有量は実質的に、そして好ましくはゼロ近くまで除去されるべきである。（３）緩衝陰イオン（特に重炭酸塩、または炭酸塩、および／またはリン酸塩）は、現実に達成可能な低レベルまで減らすべきである。上記のプロセス必要条件を満たすための特別な操作およびコントロールポイントの選択は、各特定供給水の特質に影響される。また必要とされる（または特別の適用のために望まれる）回収率は、操作およびコントロールポイントの規準に同様に影響を及ぼす。図２は、費用効率の良いROユニットプロセス順序を表している。最初の工程は、必要があれば、供給水の硬度対アルカリ度の比率を調整することである。大抵はアルカリで行われるが、この比率を最適にすると、、次のプロセス工程で完全な硬度除去ができるようになる。 ROプロセス配列の２番目の工程は、弱酸性陽イオン（WAC）樹脂［例えば、DOW EX(R)MAC-3、またはLewatitCNP-80，Amberlite(R)IRC-86］の利用である。水素形で操作されるWAC樹脂は、硬度を量的に除去し、流入水にふさわしい硬度：アルカリ度の比率を与える。陽イオン交換プロセスで遊離した水素イオンはアルカリと反応し、WAC流出水に溶解する炭酸(H₂CO₃)₂を生成する。３番目の工程は、もし存在するならば、残存しているアルカリ度をなくすためにＷＡＣ流出水に酸を添加することである。この工程での総アルカリ除去は、ROシステムを通過して非常に高い回収率を達成するのに重要である。４番目の工程では、硬度とアルカリ度がほとんどゼロの、酸性化された流出水を次に二酸化炭素除去のために処理する。この除去は、強制／誘導ドラフト脱炭酸装置あるいは、充填床（packed bed）またはガス透過性膜障壁設計の真空脱ガス装置（degasifier）で成し遂げることができる。脱炭酸して、本質的に硬度ゼロ、アルカリ度ゼロになった水に、pHを10.0以上に調整するために、溶解アルカリを注入する。また最も望ましいのは、RO排除水においてpHを11.0またはそれ近くまで達成するのに必要なpHにまで注入する。次の工程は、排除水のpHが約11.0（しかしこれよりかなり高いのは好ましくない）であるようにして、ROシステムを操作することである。このpH11という限界は、現在利用できるRO膜についてのみ適用できる。最も高いpH耐性をもつ膜の例は、FILMTEC型のFT30膜である。更に高いpH耐性を持つRO膜が将来入手できるようになるなら、その時許容できる排除水pHは最大限にまで相応に上げられ、同時に11.0より高いpHによりもたらされる利益を得る。廃水処理における供給水はもちろん、高純水の生成に利用される供給水にも、一つの形または別の形で二酸化珪素（シリカまたはSiO₂としても知られている）が存在する。それは、水中のpHおよび水中に存在する他の物質に依存している。膜分離システムでは、特にRO型の膜分離システムでは、シリカによる膜上のスケール形成は厳密に避けられるべきである。何故ならば、（ａ）シリカは、膜の生産性を減じる固いスケールを形成する、（ｂ）通常除去がかなり困難である、（ｃ）スケール除去プロセスでは、洗浄用の化学薬品が望ましくないほど多量に費やされる、（ｄ）洗浄サイクルによって、装置にとって望ましくない、非生産性の非作動期間が生じる。従って、入ってくる原供給水中のシリカの濃度に関わらず、一般に従来の膜分離プロセスの操作は、高い全溶解固形物（“TDS”）流中に、SiO₂濃度150ppm（SiO₂として150ppm）を過度に越えないレベルで行う。排除流中のシリカ濃度がおよそ150ppmを越えないようにするため、典型的には、 ROシステムは、必要ならば低い回収率で操作される。硫酸カルシウム、炭酸カルシウムなどのさまざまなスケール形成化合物によるスケール発生は、普通の当業者により、この明細書が対象とする者により、先に述べたラングリア飽和指数または他の利用できる溶解度データを用いて予測することができる。温度、pH、透過水および排除流量などの操作パラメーターは、原供給水中の種々のイオンおよび前処理で添加される物質と同様に、適切に明かにされなければならない。私は、RO操作のために選択したpHでスケール形成を効果的に避けるレベルまで、硬度や非水酸化のアルカリ度を確実に除去することによって、RO排除流中のSi O₂の濃度を安全に450ppm以上まで増加できることを発見した。これは、ROシステムへの供給水のpHを高めることで、スケール抑制剤を使用しなくても成し遂げられる。さらに、このようなRO排除水中のシリカの増加にも関わらず、RO透過水中のシリカ汚染レベルは、従来のROプロセス状況下で予測されるシリカの濃度に比較して、優先的かつ実質的に減少している。 pHが高まるにつれてシリカの溶解性も増加し、またpHの高い水溶液中でシリカは良く溶けることは一般的に理解されている。溶解性に加えて、シリカのイオン化の程度もpHが高まると共に増加する。シリカの溶解性の増加はイオン化の程度に正比例はしないが、シリカの溶解性の増加率は、イオン化の変化率に基本的に比例する。溶解性とイオン化の間の不一致は、解離していないシリカでさえ、温度や他の要因によっておよそ120ppm−160ppmの溶解性を水溶液中で示す事実により説明される。比較すると、pH11におけるシリカ溶解度は、周囲温度で1500ppmを越える。またシリカは、温度および／またはpHが高まるにつれてますます溶解性が高まる。シリカは、中性または中性付近の水溶液中にあるときは、非常に弱くしかイオン化されないず、一般的には、pH約８までで自然に生じるほとんどの水の中では、非解離（メタ／オルト−）珪酸（H₄SiO₄）として存在すると考えられている。シリカの解離の最初段階における解離定数（pKa）値は、約9.7と報告されてきたが、このことは、シリカがpH9.7で約50％イオン化していて、他の50％はこのpH で非解離（オルト）珪酸として残っていることを示している。pHとシリカのイオン化率との関係を表すグラフを図１に示す。シリカのイオン化を望むのなら、10 より高いpH、もっと好ましくは、11より高いpHで、更に好ましくは、12より高い pHで操作することが有利なのは明白である。膜分離装置の膜を通過するほとんどの種類の物質の排除率は、イオン化増加により高まるので、シリカのイオン化現象を理解することは重要である。その結果として、RO膜によるシリカの排除は、イオン化の程度が増加するにつれて改善されると期待でき、シリカに関していえば、イオン化は、より高いpHで増加する。従って、RO操作のPHを高めると、大きな利益を生む。まず第一に、既存の市販の薄層複合膜タイプRO膜の現在のpH限界内にあるとしても、シリカの溶解性は、急進的に増加できる。二番目に、シリカのイオン化の程度が増加するにつれて、シリカの排除率は、高いpHレベルではっきりと増加する。膜の化学的性質により、また膜製造者の保証書により課せられた限界があるが、高いpHでシリカのイオン化から最大限の利益を得るためには、ROシステムをできるだけ高いpHで操作するべきである。ROシステムをpH約10以上で操作することが望ましいが、もっと望ましいのは、10.5以上で、更に望ましいのは、pH11以上である。これは、スケール形成、特にシリカおよび炭酸塩スケールを避けるために、操作pHを約8.5に制限してきた典型的なRO 操作実行と対照をなす。図２を再度参照すると、膜分離装置操作のための私のプロセスの実施の形態の一つが示されている。この方法では、原水１０は、硬度と重炭酸塩のアルカリが同時に除去される弱酸性陽イオン交換ユニット１２で最初に処理される。原水１０の硬度がアルカリ度より大きいような場合は、炭酸ナトリウム（Na₂Co₃）の水溶液のような、アルカリ源１３を添加することで弱酸性陽イオン交換ユニット１２の操作を容易にしなければならない。操作および再生を容易にするために、WA Cユニット１２は水素形で操作するのが好ましい。しかし、ナトリウム形でも操作され、その後酸を添加する。とにかく、今述べている場合であろうと他の適当な場合であろうと、重炭酸塩の破壊を高めるために、WACユニット１２からの流出水１８へ、酸１４がポンプ１６によって加えられる。その後、WAC中で（および／または酸添加によって）生成された二酸化炭素１９は、好ましくは大気圧または真空脱ガス装置２０中で除去される。最終的に、供給水２５のpHを選択レベルまで上げるために、アルカリ２２（塩基）が、好ましくはポンプ２４による液体溶液注入により加えられる。スケール形成傾向が少しも現れないようにするのであれば、様々な種類の便利に利用でき、費用効率の良い塩基産物を使用してもよい。一般的な水酸化ナトリウムの他にも、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、または炭酸カリウムのような他の化学薬品が選択されるかもしれない。ケースによっては、このプロセスを効果的に実行するために、ピリジン型化合物のような有機塩基を、使用してもよい。とにかく、膜プロセスのための原水２５の与圧は、示されているようにＲＯ型膜分離ユニット３０への移動前に、高圧ポンプ２６によって行われる。代わりに、pHを希望のレベルまで上げるために、原水を陰イオン交換ユニット３１に通すことで原水へのアルカリ（塩基）添加を行ってもよい。原水のpHを、少なくとも約8.5 または9.0の選択pHまで、または約10.0まで、または好ましくは（現在利用できる薄膜合成タイプの膜にとって）10から11の範囲まで、さもなければ11より多く、更に好ましいのは12以上まで、最も好ましくは13以上までに上げる。フィルムテックの子会社でフィルムテックブランドのミシガン州ミッドランドのダウケミカル（DOW CHEMICAL）により販売されているような、現在利用できる薄膜合成タイプのRO膜では、そのpHを約10.5までに管理すれば、長期の膜生命を損なうことなく、この方法から多くの利益を得ることができる。しかし、シリカの溶解性およびシリカの除去率を高めるためには、そのpHを少なくとも約11まで、または更に好ましくは少なくとも約12まで、または最も好ましくは少なくとも約13まで上げることが可能な膜が望ましい。従って、このように上昇したpHでも長期寿命の見込みのある膜が、市販されるようになるとき、私の方法が使用されると更に利益があがるということが理解される。膜分離ユニット３０からの排除水３２は、特に場所環境に適切なように、下水処理を施されるかまたは次の処理に送られる。膜分離ユニット３０からの透過水３４は、“そのまま”利用してもよく、または、例えば、18.2 meg ohm の純水を望むような、半導体製造関係の高純水使用者の場合には、更に浄化し残っている汚染を除去してもよい。半導体産業における高純水３８生成のための従来の RO後の処理順列は、陽イオン交換体４０、続いて陰イオン交換体４２、第一および第二ポリッシング混床式イオン交換ユニット４４、４６である。与えられた場所、原水の化学的性質、最終使用の詳細な必要に適応するように、しかしここに挙げたROプロセス方法で得られる利益や有利な点からはずれないように、幾分異なったRO後処埋順列が利用されても良い。例えば、ある状況では、陽イオン交換体４０および陰イオン交換体４２を省略し、直接第一混床式イオン交換ユニット４４およびポリッシング混床式イオン交換ユニット４６に達するように、配管４７経由でRO透過水のバイパスを作ることも望ましいかもしれない。最終的に、多くの超純水プラントでは、現在、ポリッシング混床式イオン交換ユニット４６から得た生成水を、微粒子および生物学的ファウリングを除去するために、それぞれ最終ろ過ユニット４８および紫外線照射ユニット４９で更に処理する。特別な最終消費者の必要性に応じて適当に、処理操作が追加されてもよい。 ROシステム操作における私の方法の、もう一つのはっきりした独特の利点は、様々な原水の化学的性質や操作状況においても、再生をしないでRO後イオン交換順列全体（すなわち、イオン交換ユニット４０、４２、４４、４６）を操作することが可能かもしれないということである。化学的性質により、陽イオン交換体４０と陰イオン４２交換体を単に取り替えることも可能である。更に通常の場合だと、第二またはポリッシング混床式ユニット４６は、新しい樹脂と取り替えられ、古いポリッシング樹脂は、第一床４４位置に移動される。このことは、特に超純水およびボイラー給水タイプの水処理システムにおいて可能である。何故ならばシリカ、ホウ素、または他のイオン漏出が、所定の値に達する時、ポリッシング混床式ユニット４６が最終操作によりコントロールされるからである。所定のイオン漏出値に達するとき、その時のポリッシング混床式ユニット４６は、第一混床式イオン交換ユニット４４の代わりになり、その位置に置かれる。混床式イオン交換ユニットの交換が行われると、“古い”第一混床式ユニット４４樹脂は取り去られ、捨てられるかまたは樹脂に対する要求の低い他の使用者に売られる。それから新しい樹脂が、“古い”第一混床式イオン交換ユニット４４に入れられ、そこで“新しい ”ポリッシング混床式イオン交換ユニット４６になる。別の実施の形態では、また選択された原水の化学的性質による詳細な必要性に適応するように、ナトリウム形強酸性陽イオン交換５０、続いて酸性化(図３を参照)、またはナトリウム形強酸性陽イオン交換５０または弱酸性陽イオン交換１２のどちらかへの前処置追加工程として石灰５２（または類似の石灰／ソーダ）軟化剤の使用（図２、３を参照）など、種々の形の硬度除去を利用してもよい。特に軟水の場合、石灰または石灰／ソーダ軟化剤５２は、不適当であり、この方法を、原水の軟化をしないで、図４に見られるように脱炭素の前に単に酸１４を与えるだけで進行させてもよい。他方、軟化処理が適当である場合は、軟化剤５２により希望の範囲まで硬度とアルカリ度を下げるために適当に処理できる。特別な原水の化学的性質の処理のために選択された装置配列に関わらず、重要なプロセスパラメーターは、（ａ）膜表面上でわずかに溶解している塩を、高いpH で存在する他の物質とともに沈殿させるような陽イオンを除去することであり、（ｂ）膜表面上のスケールの沈殿を更に防ぐために、非水酸化物によるアルカリ度を実行可能な最大限の範囲まで除去することである。図２に図示した、私の方法の好ましい実施の形態の最初の工程で使用した弱酸性陽イオン（“WAC”）イオン交換樹脂は、アルカリ度とともに硬度の除去においても非常に効果的である。その反応は、以下のように進行する。その後、水素は重炭酸塩と結合して炭酸になり、減圧されると、以下のように水と二酸化炭索になる。樹脂は、利用しやすく、費用効率の良い酸を用いて再生される。WACイオン交換樹脂の再生が、化学量論的レベル近くで（通常、多くて理想レベルの約120％）非常に効果的に進行することは、当業者には良く知られている。塩酸を使用するのが望ましいかもしれない。なぜなら、この場合、溶解性の高い塩酸カルシウムを生じ、この再生プロセスでは、強酸を用いてでさえ、硫酸カルシウムのような不溶性の硫酸塩沈殿物を形成するという潜在的危険性を引き起こさないからである。しかし、段階的再生手順を用いると、すなわち低濃度の酸を使用した後、高濃度の酸を使用すること、樹脂上の望ましくない沈殿物の発生を穏やかに防止しつつ、硫酸（H₂SO₄）などの他の酸を確実に利用することが可能である。このように、硬度イオンはその溶解性が高められ、溶解可能な塩を形成し、この溶解可能な塩は、樹脂床から溶離し、ほとんど下水処理される。硫酸の使用は、半導体製造に特に利点がある。そのようなプラントは、概してこうした酸を大量に使用し、廃棄物あるいは使用した酸を弱酸性陽イオン交換床の再生に好都合に利用してもよいからである。他の多価陽イオン、最も多いのが鉄(Fe⁺⁺／Fe⁺⁺⁺)、マグネシウム(Mg⁺⁺)、バリウム(Ba⁺⁺)、ストロンチウム(Sr⁺⁺)、アルミニウム(Al⁺⁺⁺)、マンガン（Mn⁺⁺ ／Mn⁺⁺⁺⁺）であるが、これらのイオンもまた、WAC樹脂によって除去される。非常に少量であっても、硬度が存在するまたはpHの増加につれて溶解性が減少する他の物質が存在する場合には、私のプロセスの条件下で、わずかに溶解している塩が沈殿してくるので、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、珪酸マグネシウムなどの物質が膜に沈殿しないように注意しなければならない。行われるべき予防措置は、選択されたRO操作状況に順応してpHを上昇させる前に、原水の硬度および非水酸化物形のアルカリ度の両方を積極的に低下するべきであるということである。一度硬度や非水酸化物形のアルカリ度が除去されたならば、所望の pH上昇を、ナトリウムやカリウムのような便利なアルカリ源や、陰イオン交換によって行ってもよい。この前処置が完全に行われたら、ROシステムは、前述のシリカの溶解性を利用するため、非常に高いpHレベルで安全に操作することができる。図３に示されるように、原水組成が、ナトリウムゼオライト軟化が都合がよいようなものの場合では、カルシウム硬度の除去は次のように進行する。それから、重炭酸アルカリ度は選択された酸により次のような方法で、二酸化炭素に変化する。石灰による軟化が最初の硬度やアルカリ度低下に容認可能または好ましい方法であるような水については、以下のように、水に石灰を添加することでカルシウムおよびマグネシウム硬度、それに伴う重炭酸アルカリ度は低下する。このプロセス構成は、図３および０４に示したように、私の方法における代わりの実施の形態として描かれている。しかし、石灰または石灰／ソーダ軟化が行われるような場合には、硬度イオンの溶解性が、軟化装置５２流出流５４にかなり残っているので、前処置システムの残りの部分の性能の評価に非常に注意する必要がある。ほとんどの供給水、特に石灰や石灰／ソーダによる軟化が行われない供給水については、二酸化炭素除去工程をpH増加より前に実行すれば、プロセスの費用効果が顕著に高まる。またこれにより、ROへの供給水中の総アルカリレベルを低く維持するのに役立ち、従って、陽イオン除去工程からの硬度の漏出によるスケール発生に対しての安全性の限界を大きくできる。二酸化炭素除去による脱アルカリ化は、競合する物質を欠いていることから、シリカ排除率を高める。これは、ある弱イオン化陰イオンの除去率は、その原水中の他の弱イオン化陰イオンの存在および濃度に影響されるからである。このことは、ホウ素、有機酸(TOC)、シアン化物、フッ化物、ある種の砒素化合物やセレニウム化合物などの弱イオン化陰イオンにも適用される。高いpHでの操作は、ホウ酸塩、有機酸(TOC)、シアン化物、フッ化物、およびある種の砒素化合物、セレニウム化合物などの他の弱イオン化陰イオンのイオン化をも増加するので、これらの排除率はRO膜システムにおいて高まる。結局、通常、私の方法は、約7.5以上のpKa₁を持つ弱酸のほとんどを膜通過で排除することに都合良く適用できる。シリカ排除率は、従来のベースライン、約99％率から約99.95％あるいはそれより高い値まで増加できる。これは、実質上、透過水に漏出するシリカの量が、少なくとも一桁減少することに等しい。それで、シリカスカベンジング(s cavenging)のイオン交換樹脂床、すなわち陰イオン交換体４２および混床式ユニットの運転寿命を10倍（10⁺)増加する。シアン化物の場合、従来のROプロセスを用いると典型的な範囲で少なくとも約 50％排除であったのに対して、ROの初回通過で90％より多い排除率が達成される。シリカの場合も同様で、ホウ素除去率は、適当な高pHでの操作で、従来のベースライン、約60-70％の範囲から99％以上まで増加することができる。高いpHでの操作による除去率への有益な効果は、ホウ素の場合、わずかに低いpHで始まる。これは、ホウ素のpKaが9.14で、オルトケイ酸のpKa、すなわち9.7、よりおよそ０.5高いからである。しかし、ホウ素における、高いpHでの操作による有益な効果は、はるかに大きいといえる。何故ならば、水溶液中のオルトケイ酸（H₂Si O₄）は、一般的に水和の水分子を６個持っているが、概してホウ酸（H₃BO₃)は、付着される水和の水分子を持っていないからである。それ故、オルトケイ酸分子は、ｐＨの値に関わりなく、膜の細孔サイズに関してホウ酸に比べて非常に大きく、結果としてシリカの除去率は、普通よりかなり高い。結果的に、約9.1より高いpHで操作するときホウ酸のイオン化が増加していることは非常に有益であり、pHが10から11まで、または現在好まれているコントロール点の約10.5まで上がるにつれて、ますます有益となる。ホウ素の除去率は、ROシステムをpH12または 13で操作するとき、市販の膜がこうした実施に利用可能となると、更に高まるであろう。例−パイロット試験パイロット水処理システムは、開示された方法の効果を試験するために準備された。パイロット水処理システムは、生水道水を処理して、半導体製造プラントにおいて将来利用する可能性のある高純度生成水をつくるために設計された。その目的は、（ａ）水利用を最小限にするため、回収率を増加すること、（ｂ）処理された水の純度を上げること、（ｃ）膜洗浄の間の平均期間を長くすることであった。このパイロットシステムでは、一連の試験を行った。各試験では、このシステムはRO排除水中のシリカ濃度が450ppm以上で開始された。このパイロットプラントシステムは、（ａ）標準のRO透過水流中10％の減少が認められるか、または（ｂ）RO膜を通過する軸方向の差圧が15％の増加に達するまで、連続的に操作された。このパイロット試験は、ダウ／フィルムテックRO膜Model FT30/BW40 40（Dow/Filmtec RO Membrane Model FT30/BW4040）などの膜分離ユニットを用いて行った。これは、約130psigから約185psigまでの圧力で、供給水温度が約20℃から約25℃の範囲で、最大限８USガロン／分（30リットル／分）までの供給水率で操作された。図６に見られるように、１分当たり５USガロンよりわずかに多い(約２０リットル／分)、長期間標準透過水流を試験した。このパイロット試験装置は、ロームアンドハース社（Rohm and Hass Company）(ペンシルバニア州、フィラデルフィア)の弱酸性陽イオン樹脂製品ナンバーIRC-86を利用した、平行に操作される１対の弱酸性陽イオン交換床を使用しており、続いて強制空気脱炭酸装置(forced air decarbonator)、水酸化ナトリウム注入、処理された供給水のRO膜による排除流、透過流への分離を行った。表１に、原水、RO排除水、RO透過水についてのパイロットプラント操作より得た化学的分析を示す。表１には、またパイロットRO操作で達成した除去率を示し、従来のROシステム操作で同じ供給水について得られた除去率と比較する。特に、原供給水中のシリカ濃度（67ppm）およびRO排除水中のシリカ濃度（48Oppm）に注意すべきである。このRO排除水中のシリカ濃度は、従来のROプロセス配置から通常得られる排除水中のシリカ濃度の約３倍である。更に、このようにRO排除水中のシリカは高濃度であり、また、従来のROシステムを用いた同じ供給水についての除去率が約95％から約99％の範囲であるのに比較して、シリカ除去率が99.87％に達していることでシリカの除去率が改善しているのがわかる。表１パイロット試験の分析結果特に記載がなければ、イオンとしてのppm濃度表２ナトリウムイオン交換効果表３混床式イオン交換後の結果実際、従来のROで得られた除去率に比して、あらゆる重要な化学物質についての除去率が改善されていることは、表１に示されているデータから明白である。特に、ホウ素およびTOCの高い除去率により、下向流陰イオン４２、混床式イオン交換ユニット４４、４６の負荷を減らすという重要な利益が追加される。これに関しては、同じ供給水を用いたとき、従来のROシステムで得られるホウ素の除去率が約60％から70％であるのに比較して、98.51％を達成したということに注目されたい。一般的に、陰イオンまたは混床式イオン交換体の稼動限界はシリカ、またある場合には、ホウ素漏出により決定される。パイロットROシステムの高い回収率にも関わらず、従来のROシステム透過水中のシリカ濃度は、パイロット ROシステムより３倍高い。特に、従来のRO透過水中のSiO₂ 1.5ppmに比較して、この方法のパイロット試験ユニットで得られる透過水中ではシリカ濃度、SiO₂ 0.45ppmが達成された。この方法を利用すると、RO透過水中のSiO₂濃度は、1.0pp m より低くできることは明白であり、実際、0.5ppmより低い濃度が得られることが示されている。また、私の新しいプロセスによる透過水中のホウ素濃度は、従来のROシステムによる0.06ppmBに対して、０.007ppmBであった。明らかに、0.05pp mより低いホウ素濃度が、0.01ppmより低いホウ素濃度と同様に証明された。この結果を示した表１から、従来のROシステムにおけるホウ素の除去率が、60％から 70％の範囲であるのに対して、私の水処理プロセスにおけるホウ素の除去率は約 98.5％であることを示しているということがこの試験によりわかった。言い換えれば、従来のROプロセスでは、供給水中に存在するホウ酸イオン100個当たり、膜を通過するのは約30から40個であるのに対して、私のプロセスだと膜を通過するのは、100個あたり２個より少ない、わずかに約1.5個である。更に言い換えれば、従来のROでは、供給水中の100個当たり30個または100個当たり40個が透過水に達するのに対して、このプロセスでは、100個当たり1.5個である。ある種の供給水では、この値は、1/100または1/1000までさらに減少するだろう。つまりホウ素の除去率はそれぞれ99％または99.9％になる。従って、陰イオン交換体４２の稼動時間は、流入水中のシリカおよびホウ素濃度に必ずしも比例しないが、それにも関わらず私の新しいプロセスからの透過水３４を処理すると、従来のROシステムからの透過水を処理するときの稼動時間に比べると、顕著に長くなる。陰イオン枯渇（anion exhaustion）は、シリカ（SiO₂）およびある場合はホウ素の所定の漏出レベルで示され、樹脂床出口の濃度は樹脂床における物質濃度の平均に関係するので、陰イオン交換樹脂床への流入水中のこうした陰イオン濃度を顕著に減少させることにより、SiO₂、またはホウ素の最大許容漏出に達するまでの稼動時間を延長できる。重要なことに、ホウ素、特にシリカおよびTOCの濃度は、このパイロットプラントの混床式イオン交換体４４、４６における透過水３４の処理後に極端に低くなることが認められた。従来ROプロセスからの混床後の透過水との比較が、表３のデータに挙げられる。意義深いことに、私の新しいプロセスでは、混床式イオン交換体処理後の水のTOC濃度は、3.0ppbより低い、すなわち検出限界以下であることが認められた。そして、見逃せないことは、ナトリウムおよびカリウムの除去率の顕著な改善である。従来のROシステムにおいて、ナトリウムの場合95％から９８％、カリウムの場合90％から95％の範囲であった除去率が、それぞれ99.73％および99.98％までに改善した。ナトリウム、カリウム、塩化物および硫酸塩のような強イオン化種の除去率が、表１のデータによって証明されているように従来のRO操作に比較して、顕著に増加したことは、パイロット試験の特に重要で予期せぬ実験結果であった。また、表２にあるように、たとえパイロットプラント試験におけるRO透過水が従来の ROプロセスの透過水よりも高い濃度のナトリウムを含んでいたとしても、RO陽イオン交換後の高いナトリウム含有量の影響は、取るに足らない。私の新しいプロセスによるRO透過水は、アルカリ性が高く(パイロット試験中の典型的pHは、10. 3であることが表１に示されている)、遊離の水酸イオンをかなりの濃度で含んでいるので、そのナトリウム除去限度および陽イオン交換ユニット４０の樹脂容量の実質的な限界は広がる。そのような透過水からのナトリウム除去を高めるための、透過水中の水酸化アルカリ度上昇の効果を表２に示す。同じ供給水を用いた従来のRO処理においては、ROシステム透過水中のナトリウムはわずか193ppbであったが、陽イオン交換樹脂によっても約0.431ppbまでしかナトリウム除去ができなかった。それに対して、私の新しいプロセスでは、RO透過水中のナトリウム濃度が955ppbであったとしても、陽イオン交換処理後には、 0.007ppbより低下した。私のプロセスにおいては、全有機炭素（“TOC”）の除去率の向上が、ROプラントオペレーターに顕著な利益を与える。自然の水は、検出可能な量の高分子量有機酸およびその誘導体、特にフミン酸、フルボ酸、およびタンニン酸を含むのが普通である。これらの化合物は、植物の腐敗から生じていて、通常フェノール様化合物の濃縮産物に関係している。概して、フミン酸は、アルカリ性pHでは水に溶解しているが、酸性pHでは沈殿するフミン物質（humic substances）の分画を含む。フルボ酸は、アルカリ性でも酸性でも水に溶解するフミン物質の分画を含んでいる。これらの酸およびその分解産物は、供給水流に運ばれ、特に陰イオン選択物質に望ましくない付着層を形成する。また、これらは、従来のROシステムにおけるファウリングに寄与する傾向にある。それ故、それらの存在が及ぼす不利な結果が、特に陰イオン交換ユニットで避けることができるように、逆浸透膜上または通過中のそのような分子の作用を最小限にすることが望ましい。表１を参照するとわかるように、透過水３４のTOC含有量は、原供給水中の同一量のTOCを用いた従来のROプロセスからのTOC含有量と比較すると、かなり低い。すなわち、従来のROシステムにおける回収率90％から95％に比較して、このパイロットプラントROシステムでは、TOCの除去率は99.66％である。この重要な結果は、シリカやホウ素の場合のように、高くしたpHによるTOCのイオン化の増加にあると考えられる。このように、ここに述べた方法に従ってROシステムを操作するとき、イオン化可能な有機炭素種のイオン化の範囲を利用することで、効果的な TOC低下が可能となる。パイロット試験ユニットの操作結果は、図５、６、７、８を参照すれば、良く理解されるだろう。図５は、軸方向の差圧（△ｐ）対時間との関係を、パイロット逆浸透試験装置に使用した逆浸透膜についての１平方インチ当たりのポンドで表している。ここに示された差圧は、供給水流速における変化に対して訂正されていない。従来のROに比べて、このパイロット試験結果は、安定した標準化透過水流速、安定したシリカ除去率、安定した差圧が達せられていることを示す。このことは、私の新しいプロセスにおいてファウリング／スケール発生が本質的に除去されたことを示している。図６は、パイロット逆浸透試験装置に使用した逆浸透膜について、標準化透過水流（１分当たりのリットル）対時間を６カ月間にわたって示している。図７は、パイロット逆浸透試験装置における逆浸透排除流中のシリカ濃度を６カ月間にわたって示している。図８は、パイロット逆浸透試験装置に使用した逆浸透膜について、シリカの除去率対時間を６カ月間にわたって示す。このシリカ除去率は、パイロットROユニットにおける算術平均シリカ濃度に基づいている。標準透過水流の10％以上の減少によるパイロットプラント操作の操業停止毎に、膜を点検し洗浄した。洗浄が、塩酸溶液、テトラナトリウムEDTA、水酸化ナトリウムのような商品膜洗浄薬品により簡便に効果的に成し遂げられることは重要な発見であった。高価で専売の化学洗浄薬品は、必要とされなかった。ここに述べたような方法で供給水前処置で操作されたRO膜は、運転開始時の性能値100％の流速にまで完全に回復されることがわかった。全ての洗浄は、実質的には洗浄過程の酸性の最初の工程で成し遂げられた。これは、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、ケイ酸マグネシウムなどが主なスケール発生物質であることを示している。重要なことに、シリカのスケール発生も生物的ファウリングもこの特定プロセス条件下ではほとんど関係していないことがわかった。最小限のスケール発生で、ほとんど生物ファウリングが存在しない状態で、運転能力が高められシステム有効性が増加することは、明らかに私の RO操作方法のもう一つの重要な利点である。薄膜複合膜の生物的ファウリングは、これまで一般的な問題であったようで、また、ある特別な供給水源については、事実上打ち勝ちがたかった。生物的ファウリングの管理が、比較的高いpHでの操作で改善されることは予想されたが、その生物的ファウリング管理の程度は、実際には予想をはるかに越えて達成され、 RO膜エレメントの分析中細菌はほとんど検出されないレベルであった。このことは、従来のROシステムにおいて一般的なように、膜表面に生きているおよび死んでいる細菌を蓄積する代わりに、私の独特な方法では、入ってくる細菌は死に、膜表面から溶出されることを意味する。このように、RO前処置および操作のこの方法は、問題の多い水源処理に有効である。これは、高いpH溶液が、細胞溶解または細胞壁の破裂によって殺菌を行うので有効である。これは、例えば、細胞膜を通して拡散し、微生物の酵素を不活性化し殺菌するという非常にゆっくりした方法で作用する塩素処理と比較すると、非常に強力で迅速に作用する抗細菌活性である。塩素衛生化システムに対して、この方法で好適である高pH操作で、ウイルスやエンドトキシン（グラム陰性菌の細胞壁から得られるリポ多糖類部分）は、溶解によって効果的に破壊されるため、この方法を、発熱物質のない水または滅菌水の生成に使用することが可能となった。本質において、この方法を10より高いpHで操作すると衛生効果があり(3logの細菌減少、成長物質の破壊)、また、透過水中の細菌が０の試験結果が示すように、このプロセス装置で本質的に真の殺菌（12logの細菌減少、バイオフィルムおよび胞子の除去）が行われることも証明されるだろう。また、この方法における透過水のpHを高めることで、RO処理後の装置においても同様に役立つ結果をもたらすことは明記すべきである。そのような操作の方法は、製薬関係に適用のする高純水生成に特に利点があるはずである。この最終生成水は、補足されたアメリカ薬局方２３規準（“USP23”)に最終的に適合しなければならない。これについては、好ましい実施の形態に関してここに述べたような、原水のポリマー、抗スケール剤、RO前処理における他の専有的薬品の使用を避ければ、製薬用の水の望ましくない添加剤を除去できるし、RO生成水について必要な試験を減らすことにより経費を安くできる。更に簡潔に言うと、細菌成長をさせないRO操作状況のためのpHの選択、および添加物の使用を避けられるレベルまでの硬度およびアルカリ度の除去は、高純水生成にとって優れた方法である。高いpHでの操作によるもう一つの利点は、膜、特に薄層複合膜タイプの膜の保護を高めることである。こうした膜は、中性、中性付近、そして中等度のアルカリpH（およそpH９まで）での酸化剤に対して限られた耐性をもつからである。RO 供給水に塩素を加えるときには、一般的に塩素ガス（Cl₂）または次亜塩素酸ナトリウム（NaOCl）を用いる。従来のROシステムでは、遊離塩素に対する膜の感受性のために、通常、亜硫酸塩（SO₃--）注入により除去される。しかし、９以上のpH、特に10以上のpHでは、塩素および他の類似酸化剤が薄層複合膜に及ぼす作用は、顕著に低下する。これは、非イオン化種（次亜塩素酸として知られるHO Clのような）の濃度が、劇的に減少するからである。このような酸は比較的弱いからである。それ故、私のHERO（tm）高pH逆浸透プロセス、典型的にはpH10以上での操作において、塩素除去は一般的に必要ではなく、従ってシステムの複雑さおよび経費を減少させる。これは、水処理プラントへの供給水として市の水源を利用するシステムにとっては、特に有益である。膜寿命の増加は、また私の新しい膜操作プロセスのもう一つの利点である。膜操作において、特にRO操作については、膜エレメントの寿命が長いことが期待されるだろう。何故ならば主にスケール発生および生物的ファウリングを避けられ、そのため過酷な洗浄薬品（例えば、酸性薬品および界面活性剤）に曝されることが劇的に減少するからである。 RO膜は、重要な物質、例えばシリカ、ホウ素、またはTOCの除去率が許容限界以下まで落ちると取り外される。シリカについては、通常、除去率の最初の値99 ％以上から95％−96％の間にまで落ちるときである。前述のように、私のプロセスにおけるシリカの最初の除去率は、従来のROシステムで達成される値より顕著に高い。それ故、従来のROのシリカ除去率の限界を許容するのであれば、例えば、特定の膜エレメントは、許容限界に達するまで長く持ちこたえる。言い換えると、この方法で利用される膜エレメントは、たとえ、かなり長期に使用された後でも、従来のRO方式配置で操作する新しい膜により得られる除去率を超えるシリカ除去率を示す。高い流束または透過水生成は、ROシステムを操作する際の私の方法による独特の操作条件により達成できる。いくつかの要因がこの結果をもたらす。流束は、１日の膜１平方フィート当たりの通過する水の量ガロンで表現されるが（一般に “ＧＦＤ”で表す）、従来のROシステムでは約15GPDと予想されている。パイロット試験では、ここに述べた薄層複合膜タイプのフィルマテックBW膜は、24GPD で操作され、30GPDまでの潜在能力が評価されている。後者の流束率は、スペーサー形状に基づく、従来のROモジュール設計の現在の水圧限界に近いと信じられているが、そのように増加した流束を支持できるような膜モジュールが利用できるようになると、さらに増加した流束（５０ＧＰＤ位までの）がこの操作方法で達せられると予期される。これは、ROシステムオペレーターにとって最も有利である。何故ならば、例えば、普通の流束がこの方法の使用により２倍になると、膜表面が必要とする全平方フィートは、二つの要因により減少する。投資費用（特に、膜および圧力容器について）および必要な床面積を相応に減少できる。運転費用は、この方法による他の利益によりすでに顕著に低下されているが、更に膜交換費用の低下により減少される。試験で証明されたように、従来のROシステムの設計ベースに対して150％以上の流束増加があることからは、即座に利益が得られる。本法を利用すると、RO排除水の浸透圧が、RO技術についての最終限界を表す。適切な供給水処理により、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカなどのわずかに溶解している物質がいったん効果的に除去されれば、排除水の濃度は、浸透圧限界に達するまで進めることができる。このとき、商業用に実証されているROシステムの設計圧力は、一般的に約1,200psigまでに制限されている。設計許容が、排除流の駆動力200psigとなるならば、許容できる最大浸透圧は約1,000psigとなる。約１psigの浸透圧は、100ppmのTDSにより加えられるという単純な経験則に基づいて例を挙げると、排除流中の最大許容TDSは、約100,0 00ppmである。このように、この新しいRO操作技術は、供給水の化学的性質に関わらず、どんな供給水でも、わずかに溶解している様々な物質、特に硫酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカに関係なく約100,000ppmまで濃縮することができる。私の新しいRO操作技術のもう一つの利点は、既存のROシステムを硬度およびアルカリ度除去のためにここで述べた前処理装置を用いて改造すると、このプロセス法の操作利益を得ることができることである。この独特なRO操作法は、ボイラー供給水、冷却塔用水、スクラバー用水のための多くの伝統的な産業使用だけでなく、半導体製造および製薬関係応用のような両方の高純度応用に追加的に適用される。私の逆浸透システム操作方法の高純水生成システムへの適用を図９に示す。この図においては、多数回通過逆浸透プロセス技術が、最初の原供給水１０の一部分を、逆浸透膜ユニット数Ｎを通って通水された最終透過水３４_(1+N)を生成するための供給水に加工するのに利用される。このＮは、正の整数で、一般的には（２）、時には（３）であるが、もっと大きい数字を利用することもできる。上記のように、原供給水１０は、もしアルカリ度が不足している場合は、炭酸カルシウム１３のような便利な方法でアルカリ度を追加されてもよく、その後その処理流R_Cは、弱酸性陽イオン交換システム１２へ送られる。陽イオン交換後、中間処理流WAを生成するために、塩酸や硫酸のような酸１４を加えてもよい。それから脱炭酸ユニット２０で二酸化炭素が除去され、中間処理流Ｄが生成される。その後、アルカリ溶液２２の添加または陰イオン交換ユニット３１のような簡便で経費効率の良い方法でpHを高め、さらなる中間処理流D_OHを生成する。逆浸透ユニットＮ（と最初のROユニット３０₍₁₎と最終ROユニット３０_(N)の間のいくつかの中間ROユニットからの排除水３２_(N)は、ROユニット３０_(N)の前に再生され、望ましくないが許容できる溶解物質および溶液を含む供給水25_(1+N)を生成する。ポンプ２６は、供給水２５_(1+N)に圧力をかけ、最初のROユニット３０₍₁₎への供給水を生成する。処理後、透過水３４₍₁₎が生じる。この透過水３４₍₁₎は、その後、１からＮまでの一連の逆浸透ユニットへ供給される。全RO列からの排除水は、排除水３２_(1+N)として示される。全RO列からの高純度処理透過水は、透過水または生成水３４_(1+N)として示され、使用前の最終浄化のために通常のイオン交換装置へ供給される。陽イオン交換ユニット４０で、中間純水流Ｃが生成され、その後陰イオン交換ユニット４２へ送られ、さらなる中間純水流Ａが生成される。使用前、第一混床式イオン交換ユニット４４は、さらに純度の高い純水流Ｐを生成し、オプションの第二またはポリッシング混床式イオン交換ユニット４６により、更に純度の高い、可能ならば最終純水Ｓ、または上記と同じ名称を用いれば、純生成水流３８₍₁ _+N) を生成する。半導体製造では、名目上は0.02ミクロンのサイズのフィルター、しかし恐らくは約0.02ミクロンから約0.1ミクロンの範囲のサイズで選択されているフィルターを用いたサブミクロンフィルター４８による最終ろ過が通常行われ、更に高純度の生成水流Ｍを生成する。また、高純水を紫外線消毒器ユニット４９に通して生物的管理を行うのは通例で、通常254nm波長で操作してこの高純水流Ｍに残っている可能性のある細菌を全て殺し、最終超純水Ｕを得る。多くのシステムでは、最終サブミクロンフィルター４８と紫外線消毒器４９の位置は逆でもよく、また紫外線後更にフィルターを利用してもよい。図１０は、ボイラー供給用水、または冷却塔用水、またはスクラバー用水のための私の逆浸透操作方法の使用を示している。逆浸透ユニット３０および様々な前処理装置は、前述された方法に従って操作し、高純度透過水３４を生成する。それからこの生成水透過水３４は、特定のボイラー必要条件に基づいて必要なイオン交換システムで処理され、ボイラー用水１００としてボイラー１０２に供給される。ボイラー１０２からのブロウダウン(blowdown)１０４は、ポンプ１０８のための蓄積タンク１０６に送られ、戻り管１０９を通ってRO前処理列に送られる。冷却塔１１０およびスクラバー１１２はRO透過水３４で供給されることができるが、一般的には、冷却塔１１０およびスクラバー１１２は、例えば蒸気電力の場合は、水道水や井戸水のような供給源の普通の原水１０で供給される。それ故、冷却塔のブロウダウン１１４やスクラバーブロウダウン１１６は、両方とも硬度やアルカリ度が概して高い。同様に、このシステムは、石炭燃焼蒸気電力プラントからの灰溜まり水や灰洗浄水のように、灰と密に接触する水を処理するのに使用される。私の逆浸透プロセスでは、従来のROシステムの場合と異なって、かなりの量の再利用水を、RO前処理および操作の私の方法によって通常得ることができる。 ROシステムの前処理および操作のための私の方法の別の有益な使用を図１１に示す。ここでは、先に説明したものと類似した好ましい実施の形態であるが、連続電気脱イオン化システム１５０の前処理に、多数回通過ROシステム（ここでは、ROユニット３０₍₁₎と３０_(N)による２回通過、Ｎ＝２）を使用する場合を示している。連続電気脱イオンにより処理されたRO透過水34_(1+N)は、非常に高品質な脱イオン水Ｅを生成する。この水は、紫外線処理４６および最終ろ過４８を経た後、超小型電子産業において超純水ＵＰとして使用できるようになる。第二またはポリッシュタイプ混床式イオン交換ユニット４６は除外してもよく、連続電気脱イオン化生成水Ｅを、直接、紫外線消毒ユニット４９へ送ってもよい。ホウ素、シリカなどを排除する連続電気脱イオン化の限界が、エレクトロニクス製造のために必要な18.2メグオーム(mgohm)の水を直接流出水として生成する能力を限定するので、これは正しい。ここに発表された方法に従って操作された場合、２回通過のROシステムからの透過水３４_(1+N)は、ホウ素、シリカ、TOCなどの連続電気脱イオン化に厄介な物質を非常に低濃度しか含んでいない。したがって、こうした透過水を連続電気脱イオン化処理ユニットへ供給することで、こうした電気脱イオン化ユニットが下流のイオン交換ポリッシャー４６の利益を得ずして、18.2メグオームの水を生成できると信じられている。従来のイオン交換の代わりに連続電気脱イオン化を使用する利点は、この連続プロセス（イオン交換樹脂のバッチプロセスより）が化学的というよりむしろ電気的に再生されているため、従来の再生化学薬品の使用を避けることができるということである。そして、排水においてでさえ、この現在の方法を使用する利益があるかもしれない。ここに述べられたように操作すると、ROシステムは、高いｐＨでイオン化種をかなり除去するので、そのような成分に対する高い排除率が達成されると、再生および再利用のため、そのような成分含有の低いRO透過水が生成される。製錬所、パルプおよび製紙業、および下水処理プラントからの排水は、全て候補成分（脂肪酸または芳香族有機酸およびその誘導体）をかなり多く含んでいるが、有機的ファウリングや関連の生物的成長のために、従来のRO膜では操作が最も困難である。廃水処理で、十分な質の水が達せられるであろう産業上の使用としては、冷却塔、ボイラー、スクラバーなどの用水がある。HERO ブランドROユニットプロセス設計と操作の利点 HEROブランドROユニットシステムプロセスの設計および操作から得ている多くの典型的で望ましいプロセスの利点を22-23頁に列挙した。その利点についての詳細な説明は以下の通りである。（Ａ）汚染物質の高い排除 HEROブランドROユニットプロセスパイロットプラントのデータを要約して、表４に示してあるように、あらゆる物質の除去率は、従来のRO操作において達成されることができる除去率よりも顕著に高い。特に、TOC、シリカ、ホウ素のような弱い陰イオンの除去における改善が目立っている。フミン酸／フルボ酸誘導体 (TOC)、ケイ酸、ホウ酸は、全て比較的弱酸であるので、高いpH操作ではこれらの酸は、非常に大きな範囲まで解離し(中性近くのpH操作に比較して)、それ故RO 膜でさらによく排除される。強イオン化種（中性近くのpHにおいて）の排除における改善もまた認められた。強イオン化種の除去率における改善には、いくつかの要因が考えられる。膜形態の変化が生じると考えられている。この改善は、主に、膜表面近傍の濃度分極層の厚さが顕著に減っていることによる（腐食性のない状態で表面張力が低下したことによる）と考えられる。また、Ｏリングのようなエラストマーの膨張およびその結果として生じるモジュール内の良好な密閉も要因である。シリカなどの非常に高い除去率が、RO後のイオン交換システムの運転／操作に及ぼす影響は、非常に重要である。RO後のイオン交換のほとんどは、シリカまたはホウ素のどちらかの破過を基に再生されるので、流入水のシリカ／ホウ素含有量の１０の減少（ten reduction）の１要因により、再生の間の運転時間がずっと長くなる。RO透過水中の重炭酸塩と同様（高いｐＨ、典型的には少なくともｐＨ１０、による）二酸化炭素が存在しなければ、シリカ／ホウ素漏出量が正常な閾値を越えるまで運転時間は増加する。ほとんどのRO後イオン交換は、結局シリカまたはホウ素で制限されているので、RO透過水中の強イオン化種濃度の減少は、あまり重要でない。従来の薄層複合膜RO操作におけるホウ素の60-70％の除去率に比較して、新しいプロセスでは、約99％のホウ素除去率が得られる。２回通過構成で、この新しいプロセスは、検出可能な限界以下のホウ素含有量の透過水を生成することができる。表４ HEROブランドROユニット対従来のROの比較表５水分析注:1.RO供給水の分析は、表に示していないし、またRO排除水およびRO生成水の水酸化物の含有量も示していない。 2.最大回収率の可能性は約96%であるが、化学的性質は、RO回収率90％に基づいたものである。 3.pHを除いて、全ての成分は、炭酸カルシウムCaCO₃と同じmg/lで報告されている。表６改造の費用見積もり表７費用比較注：ベースとしてセクション5.0参照 HEROブランドROユニットシステムからの透過水でイオン交換して得られる非常に重要なもう一つの利点は、陽イオン樹脂からのナトリウム漏出が、流入水の高い周囲pHにより、数オーダー減少することである。その結果、既存のイオン交換システムのための再生の間の運転時間が延長する。つまり化学薬品や人力の必要が減り、再生消耗量も減少することになる。新しいシステムについて、または発展している既存のシステムについても、この新しいHEROブランドROユニットプロセス設計と操作は、イオン交換システムの設備費用に強力な影響を持つことができる。（Ｂ）高回収率カルシウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム、アルミニウム、鉄、マンガンなどの硬度誘発イオン(hardness-causing ions)は、ROの前に除去されるので、炭酸カルシウム、フッ化カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、ケイ酸アルミニウム／マグネシウムなどの望ましくない沈殿物は、HEROブランドROユニットプロセスには生じないし、またしたがって、この種の沈殿物は、ROシステムにより達成できる回収率をもはや制限しない。重要なことは、標準的なHEROブランドROユニット操作のpH（約11が好ましい）で、シリカの溶解性が劇的に高まることである。RO排除水中のシリカ濃度が450から5O0ppmの範囲での操作だと、実質的に長期間持続できることは判明しているし、この新しいRO操作法では、1,000ppm以上の濃度でも達成可能であろうことを理論モデルが示している。 RO供給水中のシリカ25ppmをベースにした場合、95％回収率のRO操作（排除水中約500ppm）が試験により証明されている。更に97.5％回収率（ＲＯ排除水中シリカ約１，０００ｐｐｍ）は、操作上の見地から実用的かどうかは別として、理論上実行可能である。通常、シリカは、ROシステムでの最大許容回収率の最終限界基準を表しているので、RO供給水中のカルシウムやバリウムなどの物質が本質的に全て存在しなくなると共に高まったシリカの溶解性により、RO操作は、大量の供給水を得て非常に高い回収率（90-98％）を達成できるはずである。バリウム含有量の比較的高い供給水については、ROシステムの回収率は、排除水末端の硫酸バリウム沈殿生成可能性により限定される。このHEROシステムでは、ROの前にバリウムを定量的に除去するので、この心配を除外できる。また、硫酸ストロンチウム、硫酸カルシウム、フッ化カルシウム、その他のわずかに溶解しているカルシウム、マグネシウム、鉄、アルミニウム塩により制限されるROシステムについても、同じ結果が当てはまる。もちろん、RO排除水の浸透圧で表される、RO回収率における最終限界は、特定の供給水についての最大限達成可能な回収率を制御するが、この限界は、普通ほとんどの供給水について99％以下の回収率になることはない。（Ｃ）生物的ファウリングは、本質的に除去される最も多く生じる微生物は、高い操作pHで完全に溶解する(物理的に破壊される) 。実際、ウイルス、胞子、エンドトキシンでさえ、非常に高いpHレベルで破壊されるか、再生／増殖ができなくなる。脂肪酸およびにそれに相応するグリセリドは、高いPH操作で溶解性の“石けん”を形成するので、脂質（脂肪）の加水分解は、このプロセスにおいて同様に役割をはたすことが期待される。長期間の試験が実行されたある場所で、HERO技術の試験中、生物的ファウリングが生じなかったことは顕著であった。このパイロットROシステムは、標準透過水流およびシステム圧力損失について非常に安定した操作性能をあらわした。さらに定期的な間隔でのROエレメント分析で、生物ファウリングが存在しないことが確認された。フィルムテックFT30のエレメントについての試験および分析の段階的プログラムが、15カ月間にわたって行われた。このデータは、標準の試験状況下で、初期品質保証より高い塩排除率を示した。また、膜表面は清潔で、生物ファウリングの存在は認められなかった。この新しいプロセスの特質は、知られている生物ファウリング問題を持つ場所または生物汚染／生物活性に影響を及ぼす廃水処理に、重要な利益を持つ。また周囲温度より高い温度のRO操作は、システムにとって非常に効果的である。（Ｄ）微粒子ファウリングは、かなり減少する約３０年間、RO供給水の軟化が供給水中に存在するコロイド状の固形物を不安定にし、それに関連したファウリング問題を顕著に減少することは知られていた(実行されてきた)。１９６０年代末期および１９７０年代初めに、中空糸ROエレメントのための前処理として義務的に軟化を必要としていたことが、これを裏付ける。さらに、高いpHでは、表面とファウリング微粒子の間のゼータ電位が通常減少し、それにより付着の可能性も減ずる。この性質は、自然に存在する微粒子（細菌を含む）のほとんどの表面が負に荷電しているという事実から強められる。並んでいるゼータ電位が、今なお測定されることになっている一方で、この新しいプロセスは、微粒子ファウリング問題を除外できないとしても、顕著に減少することが期待されている。ゼータポテンシャルの減少は、わずかに陰性に荷電している膜表面への微粒子付着の可能性もまた減少させる。細菌の脂質からの表面活性剤のin situでの形成が、もし存在するならば、膜表面への微粒子付着減少に更に役立つ。新しいプロセスのこの独特の性質は、ROシステムの設計に、特に投資費用やUP W処理の操作複雑性を減少する可能性において重要な価値を持つことができる。この新しいプロセスは、あるレベルの微粒子ファウラントを受容する能力に加えて、マルチメディアろ過、凝固剤／凝集剤添加、珪藻土ろ過などROシステムへの前処埋としての必要性を最小限にする。（Ｅ）化学薬品使用の顕著な減少非常に高い操作pHでは、遊離（解離していない）の次亜塩素酸（ＨＯＣＬ）の濃度が極端に低いので、化学薬品添加によるかまたは活性炭による脱塩素は、明らかに不必要である。（Ｆ）スケール抑制剤使用の排除抗スケール剤またはスケール抑制剤の使用は、新しいプロセスに有害でも不適合でもないが、半導体製造設備での１８カ月間の試験により判明したように、完全に排除できる。（Ｇ）高流束率生物ファウリングの除去、膜表面への微粒子付着の減少だけでなく、濃度分極層の厚さの低下により、この新しいプロセスを使用しているROシステムは、従来の操作に比較して高い流束で操作できることは、驚くべきことではない。普通の設計流束15gfd（１日１平方フィート当たりのガロン）に比べて、HEROブランドR Oユニットシステムは、15gfdより多く、好ましくは約20gfd、更に好ましくは約2 5gfdまで、実行可能ならば25gfdより多くで設計される。（Ｈ）生産物の高純度性 ROシステムへの投資費用減少に加えて、RO透過水の質は、高い設計流束により顕著に改善される。例えば、25gfdの場合、RO透過水は、１５gfd設計基準に比較して40％低い溶解固形物を含む。高い生産水流束と高いpH操作を組み合わせると、塩流束（圧依存性というよりむしろ、濃度依存性）は、顕著に減少するという結果になる。このROシステムは、他のパラメーター全てが等しいときでも、この要因だけでも約20％経費節減を期待できる。（Ｉ）洗浄用水としての排除水使用 HEROブランドROユニットシステムからの排除水は、高pHで、低炭酸塩アルカリ、ほとんど硬度がなく、酸性ガススクラバー用水として使用することができる。スクラバー内のpHは顕著に低下すると、シリカ沈殿の可能性があるため、RO排除水は、１回通過を基準に使用されるべきであり、蒸発率は制限されるべきではない。プロセスの化学性前述の通り、排除水の非常に高いpHは、HEROブランドROユニットシステムの操作を特徴づける要因の一つである。TOC、シリカ、ホウ素などのような弱イオン化陰イオンの極端に高い除去率は、そのような特徴に関連がある。シリカについての次の例は、この関係を検討するに使用することができる。自然に発生する水において、また中性付近のpHの範囲（6−8）で、シリカは、主にオルトケイ酸（H₄SiO₄）として存在する。オルトケイ酸は、普通、ケイ酸と呼ばれるが、水に存在する最も弱い酸の一つである。ケイ酸の最初の解離定数（すなわち、４つの水素全体からの最初の陽子の解離）は、約２ｘ10^-10、周囲温度で相応するpKa値は9.7、その溶液のバックグランドのイオン強度は非常に低い。 pKa₁9.7でのケイ酸の比較強度を明確化する便利な方法は、pH9.7で、50％がイオン化している、すなわち50％が非解離のオルトケイ酸として存在していて、残り50％は解離していて一価のケイ酸イオン、オルトケイ酸の結合塩基として存在するとするものである。pH10.7では、非解離酸への結合塩基のlogが一致しているとき、約91％がケイ酸イオンとして、他方9％は非解離酸として存在する。pH1 1.7での分配は、それぞれ99％と1％である。逆に、pH8.7（比率のlogは、0.1）では、約91％が非解離酸として、また9％がイオン化したケイ酸として存在する。pH7.7では、約99％が非解離ケイ酸として、1％はイオン化した一価のケイ酸イオンとして存在する。自然に発生する供給水のほとんどは、pH８以下なので、本質的にはシリカは全て、これらの条件下で非解離のケイ酸として存在する。ホウ酸（H₃BO₃、pKa約9. 2）やシアン酸（HCN、pKa約9.3）のような他の非常に弱い酸は、非常に類似した性質を表すが、もちろん両方ともシリカに比較して幾分強い酸である。 RO膜を通過する個々の物質の除去率の特徴は、その溶質のサイズ、形、電荷密度の影響を受ける。サイズや形が匹敵するならば、イオン化した溶質は、非解離状態で存在する溶質に比較してよく排除されることは一般的に認められている。例えば、フッ化物の除去率は、pHが３より低い場合は本質的に0、pH3 .5で30％、pH4で50％、pH5で75％、pH７で98％（あるいはそれより上）である。フッ化水素酸（pKa3.2の弱酸）は、イオン化したフッ化物の対応物であり、低pH 値での主要成分である。しかし、シリカ／ケイ酸の除去率は、主要構成成分が非解離ケイ酸でイオン化したケイ酸塩ではないというpH７で、驚くほど高い98％である。この矛盾は、（オルト）ケイ酸の分子が水和の水分子６個までと結合することから、（オルト）ケイ酸の実際の大きさは予想される大きさよりもはるかに大きいという事実から、少なくとも部分的には説明される。このように、pH７では、ケイ酸はほとんどイオン化していないので(0.2％より少ない)、この高い除去率は、サイズ／形の要因によるものである。これらの要因に基づくと、シリカが、実質的にイオン化しているとき、硫酸（ SO₄）イオンに至適する除去率をもつと思われる。この予想は、硫酸イオンがやはり水和の６個の水分子に結合していること、また硫酸イオンが中性近くのpH値では完全にイオン化しているという事実に基づいている。記録をみると、硫酸塩の除去率は、標準のRO操作で通常99.5から99.9％が認められ、シリカの除去率は、HEROシステムにおいて10.5から11.0の範囲のpHで99.9％以上である。言い換えれば、pH７での硫酸塩の除去率は、pH10以上でのシリカの除去率と匹敵する。これらの相応する酸の強度と分子のサイズを比較すると、この効果は、利用されるばかりでなく合理的に説明できる。更なる検討に値するこの新しいプロセスの別の局面は、RO供給水の pH調整（増加）の前に、本質的に完全なアルカリ度除去を必要とすることである。全く実際的な見地からすると、アルカリ度が少しでも残っていると強力な緩衝作用を持ち、正常な操作範囲までpHを上げるのに必要なアルカリの量がかなり増加するので、ゼロに近いアルカリ度が必要である。増加したアルカリ要求に必要な直接的な経費に加えて、RO透過水のナトリウム含有量がまた非常に高いので、結果的にRO後のイオン交換負担や経費が不必要に高くなる。しかし、概念的見地からすると、アルカリ度除去の必要性は、かなり差し迫っているが、簡単である。炭酸カルシウムの溶解性に基づいた次の例は、この関係を数量化するのに用いられている。炭酸カルシウムの溶解積(Ksp)は、周囲温度および非常に低いイオン強度で約8 .7ｘ10^-9平方モルである。RO通過、90％回収率を目標とするならば、RO供給水の CaCO₃最大許容イオン積は、約8.7ｘ10^-11平方モルである。更に、軟化した供給水中のカルシウムを0.1mg/lと仮定するならば、RO供給水の炭酸塩の許容最大含有量は、全てイオンとして表した場合約2.1mg/lである。 pH11.0の排除水の状態では、そこに含まれる炭酸塩類の約85％は炭酸塩として、残りは重炭酸塩として存在する。pH増加前の全剰余二酸化炭素同等物を5mg/l とすると、RO供給水中に約5.8mg/lの炭酸塩（イオンとして）が存在する。炭酸塩の最大許容量2.1mg/lと比較すると、この5.8mg/lは３倍高い。 90％の回収率でスケールのない操作を行うためには、次の１つ以上を守らなくてはならない。一残っているカルシウム含有量を0.1mg/lより少なくしなければならない、またはRO操作条件を変えなくてはならない。炭酸カルシウムスケール抑制剤は、一般的に高いKspを許すことが知られているが、私は、効果的にかつ経費効率よく、高いpHでの持続的RO操作可能などんな方法も知らない。重要なことは、ROシステムの長期間の試験の間、スケール抑制剤は、どんなものも使用されなかったということである。マグネシウムは弱酸性陽イオン交換体から早期に漏出する傾向があるので、約 1.2ｘ10^-11平方モルのKspを持つ水酸化マグネシウムは、許容できる残余物に関しては、いろいろな点で更に要求が厳しい。それ故、水酸化マグネシウムスケールを防ぐために、さらに注意を要する。典型的な例 HEROシステムを典型的に適用している例を以下にあげる。シリカ含有量の高い、南日本、熊本地区の供給水を、例として選んだ。示された経費は予算である( ＋または−30％精度)。見積価格は、次の前提に基づいている。（１）システムの名目上の処理能力：1,500,000 US GPD （２）通常の回収率75％対HEROシステム回収率 90％（３）UPW 品質（化学）基準は（ａ）シリカ＜１ PPB （ｂ）TOC＜１ PPBと（ｃ）酸素＜５ PPB （４）消費コスト（ａ）硫酸（93％） 100米ドル／トン（ｂ）水酸化ナトリウム（100％） 450米ドル／トン（ｃ）抗スケール剤 1.50米ドル／ポンド（ｄ）電気 0.075米ドル／kwh （ｅ）水購入および廃水放流コスト（併せて）３米ドル／1,000 米ガロン既存のROシステムの転換表６には、表５に示した供給水を用いて75％の回収率で操作する既存の150万G PD（US）のシステムを、90％回収率のHEROブランドROユニットプロセスシステムに換え、ROシステム以外は変化なしの見積もりを示した。従来のROシステムからの排除水を処理することによって、また（ａ）WACシステムで、硬度とアルカリ度を同時に低下させることによって、（ｂ）脱炭酸、（ｃ）２番目のROシステムに水流を供給する前に、pHをあげることによって、全体のRO回収率が増加するようにHEROブランドROユニットプロセス設計を使用することが、実行可能な場合がある。また、既存のシステムを変換することで、ROシステムの処理能力を高めるというすばらしい機会を得ることができる。これは、操作をHEROブランドROユニットプロセス設計および操作配置に換えると、従来のROシステムでは約15gfdの流束を、約20gfdまで、または恐らく25gfd以上まで増加することができるので、可能である。新しいROシステム設計および操作表７に、従来の方法（図１３を参照）を利用する場合、および簡単なポリッシングループ設計を含むHEROブランドROユニットシステム（図１４を参照）を使用する場合の２種類の真新しいUPWシステムが建設されることを基にした見積もりを示している。両方のシステムとも、二回通過RO、中空糸限外ろ過器および複床式でないイオン交換体を使用する。UPWの約40％は、高温で使用されるので、その見積もり費用はDIW加熱器を含む。限外ろ過システムの上の分配パイプ輸送システム、またはシステム設置、あるいはPVDFにつながる貯蔵タンクなどは経費見積もりには含まれない。こうした部品のサイズは、非常に場所特異性があるからである。要約新しいHEROブランドRO技術は、あらゆる汚染物質、特に弱酸性陰イオンに非常に高い除去率を持つことが示されている。加えて、大抵の供給水について90％以上のＲＯ回収率を達成することができる。生物的ファウリングは、微粒子ファウリングが実質的に減少すると同時に、本質的に除去される。従来のROシステム設計を使用して普通に実用されるよりもずっと高い流束が、この新しいHERO技術を用いて達成される。この新しいプロセスの利益が、UPWシステムの高額な費用を正当化するとしても、まさにその逆が真実である。UPWシステムの複雑さだけでなく、全体にかかる経費もまた両方とも劇的に減少する。膜分離装置により、特にここに述べたHERO逆浸透（“RO”）プロセス設計により、水を処理する方法と装置は、革命的で、かつ矛盾した結果、すなわちRO排除水中のシリカ濃度を高めるが、同時に、精製したRO透過水中のシリカ濃度を下げるという結果をもたらす。膜分離システム操作法、特に逆浸透システム操作の方法は、水処理システムの投資費用と運転費用を同時に減らす一方で、水使用も減らすための重要な選択を表す。水回収率、すなわち、供給水流量に対する透過水流量の割合は、明らかに約50％より多く、また容易に約85％以上まで、しばしば約95％まで、また時には約99％のレベルにまで達する。更にこの効率が得られれば、生成された純水１ガロン当たりに消費される、イオン交換再生またはRO洗浄のための化学薬品は劇的に減少する。このように、上述の記載から明らかにされたことも含めて、上記に述べた目的は、効果的に達せられていることがわかる。また、上記の方法を実行するにあたって、またこの方法を実行し、ここの述べたような希望の製品を作るための適切な装置の建設にあたっては、変更を加えてもよく、本発明が、その意図または本質的な特徴からはずれないで、他の特定の形に具体化される可能性があることを理解するべきである。例えば、私は、同時に硬度とアルカリを除去するという設計例を述べたが、別の実施の形態により、ここに発表した方法の原理の結果を達成することも可能である。それ故、本発明の代表的な実施の形態について先の説明は、説明の目的のため、および本発明の理解のためだけに紹介されてきたということが理解されよう。また網羅的あるいは制限的であること、または本発明を開示した形そのままに制限することを意図してはいないということも理解されよう。反対に、本発明は、巻末の請求項に表現されている本発明の意図および範囲内で、変更された方法や装置、同等な方法や装置、および代替の方法や装置を全てカバーしている。このように、請求項は、ここに述べられた方法および構造、またこの中にある方法や構造の同等なもの、そしてあらゆる同等な方法や構造をカバーするよう意図されている。巻末の請求項に示されるように、本発明の範囲は、広い意味で、また請求項の文言あるいは請求項の中の均等な文言に正しく許される範囲で述べられている実施の形態からのさまざまな変化を含むことを意図している。【手続補正書】【提出日】平成１２年３月２４日（２０００．３．２４）【補正内容】１．特許請求の範囲［請求項１］膜分離装置により供給水流を処理する方法において、（ａ）前記供給水流から１）硬度、２）アルカリ度および３）溶存ガスを任意の順序でこれらの２つ以上除去する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程で処理された水流のｐＨを少なくとも８．５まで上昇させる工程と、（ｃ）前記（ｂ）の工程で処理された水流を前記膜分離装置に通過させる工程とを有することを特徴とする水処理方法。［請求項２］膜分離装置により供給水流を処理する方法において、（ａ）前記供給水流から硬度とアルカリ度を除去する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程で処理された水流から溶存ガスを除去する工程と、（ｃ）前記（ｂ）の工程で処理された水流のｐＨを８．５以上まで上昇させる工程と、（ｄ）前記（ｃ）の工程で処理された水流を前記膜分離装置に通過させる工程とを有することを特徴とする水処理方法。［請求項３］供給水流のアルカリ度に比べて供給水流の硬度が高い場合に、請求項２の（ａ）の工程に先だって、前記供給水流にアルカリを加える工程を有することを特徴とする請求項２記載の水処理方法。［請求項４］膜分離装置により供給水流を処理する方法において、（ａ）前記供給水流から硬度を除去する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程で処理された水流からアルカリ度を除去する工程と、（ｃ）前記（ｂ）の工程で処埋された水流から溶存ガスを除去する工程と、（ｄ）前記（ｃ）の工程で処理された水流のｐＨを８．５以上まで上昇させる工程と、（ｅ）前記（ｄ）の工程で処理された水流を前記膜分離装置に通過させる工程とを有することを特徴とする水処理方法。［請求項５］前記アルカリ度が、非水酸化アルカリ度であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の水処理方法。［請求項６］前記水流のｐＨを８．５以上まで上昇させる工程が、アニオン交換システムにより行われる請求項１乃至５のいずれか１項記載の水処理方法。［請求項７］供給水流を１つ以上の膜分離装置に通過させて溶質含有量の低い生成水流と溶質含有量の高い排除水流をつくるための膜分離システムによって前記供給水流の透過水生産量及び透過水の純度を同時に高めるための方法であって、（ａ）前記供給水流は、１）硬度、２）アルカリ度、３）中性又は中性付近のｐＨの水溶液でわずかにイオン化している少なくとも１つ以上の分子種の存在によって特徴づけられ、（ｂ）前記供給水流を選択されたｐＨで所定の濃度要素まで濃縮する際に、次の２つ以上の工程を任意の順序で達成して前記供給水流のスケール形成傾向を効果的に排除し、１）前記供給水流から硬度を除去する工程２）前記供給水流からアルカリ度を除去する工程３）最初から存在していたか、あるいは前記硬度を除去する工程で発生した溶存ガスを前記供給水流から除去する工程（ｃ）中性または中性付近のｐＨの水溶液で、わずかにイオン化している１つ以上の分子種のイオン化を増加させるために選択した塩基を加えることで、前記（ｂ）の工程からの生成水のｐＨを８．５以上の選択されたｐＨまで高め、（ｄ）前記（ｃ）の工程からの生成水を、前記溶質の通過を実質的に阻止する膜分離装置に通すことからなる、１）溶質含有量の高い排除水流を作り、２）溶質含有量の低い透過水流を作り３）透過水生産量が１日あたり０．８１５ｍ³／ｍ²以上（２０ガロン／ｆｅｅｔ²以上）であることを特徴とする水処理方法。［請求項８］膜分離装置により供給水流を処理する装置において、（ａ）前記供給水流から硬度とアルカリ度を除去する手段と、（ｂ）前記硬度とアルカリ度を除去する手段（ａ）で処理された水流から溶存ガスを除去する手段と、（ｃ）前記溶存ガスを除去する手段（ｂ）で処理された水流のｐＨを少なくとも８．５まで上昇させる手段と、（ｄ）前記水流のｐＨを少なくとも８．５まで上昇させる手段（ｃ）で処理された水流を前記膜分離装置に通過させる手段とを有することを特徴とする水処理装置。［請求項９］膜分離装置により供給水流を処理する装置において、（ａ）前記供給水流から硬度とアルカリ度を除去する手段と、（ｂ）前記硬度とアルカリ度を除去する手段（ａ）で処理された水流から溶存ガスを除去する手段と、（ｃ）前記溶存ガスを除去する手段（ｂ）で処理された水流のｐＨを少なくとも８．５まで上昇させる手段と、（ｄ）前記水流のｐＨを少なくとも８．５まで上昇させる手段（ｃ）で処理された水流を前記膜分離装置に通過させる手段と、（ｅ）前記膜分離装置に通過させる手段（ｄ）で処理された水流をイオン交換システムで処理する手段とを有することを特徴とする水処理装置。［請求項１０］前記硬度とアルカリ度を除去する手段が、陽イオン交換システムであることを特徴とする請求項８又は９記載の水処理装置。［請求項１１］膜分離装置により、１）硬度、２）アルカリ度、３）中性または中性付近のｐＨの水溶液でわずかにイオン化している１つ以上の分子種の存在によって特徴づけられる供給水流を処理して、溶質含有量の低い生成水流と溶質含有量の高い排除水流を生成する装置であって、前記装置は、（ａ）前記供給水を選択されたｐＨで所定の濃度要素まで濃縮したとき前記供給水のスケール形成傾向を効果的に排除するための任意の順序で配列された次の２つ以上の手段と、１）前記供給水流から硬度を除去する手段２）前記供給水流からアルカリ度を除去する手段３）前記供給水流から溶存ガスを除去する手段（ｂ）中性または中性付近のｐＨの水溶液で、わずかにイオン化している１つ以上の分子種のイオン化を増加させるために選択した塩基を加えることで、前記手段（ａ）の生成水のｐＨを、８．５以上の選択されたｐＨまで高める手段と、（ｃ）１）前記供給水流を所定の濃度要素まで濃縮し、２）排除水流と、中性または中性付近のｐＨの水溶液でわずかにイオン化している分子種を実質的に含まない生成水流とを生成すべく、前記手段（ｂ）の生成水を、イオン化している分子種の通過を実質的に阻止する逆浸透膜に通過させる第１の逆浸透膜ユニットとを有することを特徴とする供給水流処理のための水処理方法。［請求項１２］前記第１の逆浸透膜ユニットの生成水流を処理するために、前記第１の逆浸透膜ユニットと直列に配列された第２の逆浸透膜ユニットを有することを特徴とする請求項１１に記載の水処理装置。［請求項１３］前記硬度がイオン交換システムによって除去されることを特徴とする請求項１、２、３，４及び７のいずれか１項記載の水処埋方法。［請求項１４］前記アルカリ度がイオン交換システムによって除去されることを特徴とする請求項１３記載の水処理方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/42 Ｃ０２Ｆ 1/42 Ａ 5/00 ６１０ 5/00 ６１０Ｚ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ【要約の続き】テムに比較して、投資費用が30-50％、運転費用が少なくとも25％減額するであろう。

Claims

【特許請求の範囲】１．溶質含有量の低い生成水流と溶質含有量の高い排除水流をつくるための供給水流の処理のためのプロセスプロセスであって、前記供給水流は、（i）硬度、（ii）アルカリ度、（iii）中性、または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している１つ以上の分子種の存在によって特徴づけられ、前記プロセスは、（ａ）前記供給水を選択されたpHで所定の濃度要素(concentration facto r)まで濃縮する際に、次の１つ以上の工程を任意の順序で達成して、前記供給水のスケール形成傾向を低下させる（i）前記供給水流から硬度を除去する（ii）前記供給水流からアルカリ度を除去する（iii）最初から存在していたあるいは前記硬度除去工程で発生した溶解ガスを前記供給水流から除去する（ｂ）中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記１つ以上の分子種のイオン化を増加させるように、(ａ)工程からの生成水のpHを、少なくとも約8.5である選択されたpＨまで高める、（ｃ）(ｂ)工程からの生成水を、溶解種の通過を実質的に阻止する膜分離装置に通し（i）前記供給水流を前記所定の濃度要素に濃縮し、（ii）中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記１つ以上の分子種を実質的に含んでいない生成水流を生成することを特徴とする供給水流の処理のためのプロセス。２．溶質含有量の低い生成水流と溶質含有量の高い排除水流をつくるための供給水流の処理のためのプロセスプロセスであって、前記供給水流は、（i）硬度、（ii）アルカリ度、（iii）中性、または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している１つ以上の分子種の存在によって特徴づけられ、前記プロセスは、（ａ）前記供給水を選択されたpHで所定の濃度要素(concentration facto r)まで濃縮する際に、次の１つ以上の工程を任意の順序で達成して、前記供給水のスケール形成傾向を効果的に排除する（i）前記供給水流から硬度を除去する（ii）前記供給水流からアルカリ度を除去する（iii）最初から存在していたあるいは前記硬度除去工程で発生した溶解ガスを前記供給水流から除去する（ｂ）中性または中性付近のpHの水溶液で、わずかにイオン化している前記１つ以上の分子種のイオン化を増加させるために、選択された塩基を加えることで、(ａ)工程からの生成水のpHを、少なくとも約8.5である選択されたpHまで高める、（ｃ）(ｂ)工程からの生成水を、溶解種の通過を実質的に阻止する膜分離装置に通し、下記のようにして排除水流と生成水流をつくる（i）前記供給水流を前記所定の濃度要素に濃縮し、（ii）中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記１つ以上の分子種を実質的に含んでいない生成水流を生成することを特徴とする供給水流の処理のためのプロセス。３．(ａ)硬度除去および(ｂ)アルカリ度除去の工程が、単一ユニット操作で同時に行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。４．前記単一ユニット操作は、弱酸性陽イオン交換システムを有することを特徴とする請求項３に記載のプロセス。５．前記弱酸性陽イオン交換システムは、水素形で操作されることを特徴とする請求項４に記載のプロセス。６．前記弱酸性陽イオン交換システムは、ナトリウム形で操作されることを特徴とする請求項４に記載のプロセス。７．硬度除去工程は、前記供給水をナトリウム形の強酸性陽イオン交換システムに通すことにより行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。８．(ｂ)工程において、pH9〜10に上げることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。９．(ｂ)工程において、pH１０〜１１に上げることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。１０．pHは約10.5にコントロールされることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。１１．(ｂ)工程において、PHを少なくとも約11まで上げることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。１２．(ｂ)工程において、pHを少なくとも約12まで上げることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。１３．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種は、SiO₂を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。１４．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種は、メタ／オルトケイ酸（H₄SiO₄）を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。１５．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種は、ホウ素を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。１６．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種は、オルトホウ酸（H₃BO₃）を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。１７．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種は、イオン化できる有機炭素種を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。１８．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種は、プロトンを受容できる(protonatable)有機炭素種を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。１９．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種は、フミン酸またはその誘導体を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。２０．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種は、フルボ酸またはその誘導体を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。２１．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種はシリカを含み、前記溶質含有量の高い排除水流は約120ppmより多いシリカを含むことを特徴とする請求項１０に記載のプロセス。２２．中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記少なくとも１種はシリカを含み、前記溶質含有量の高い排除水流は約150ppmより多いシリカを含むことを特徴とする請求項１０に記載のプロセス。２３．前記溶質含有量の高い排除水流は約450ppmまでシリカを含むことを特徴とする請求項２２に記載のプロセス。２４．前記溶質含有量の高い排除水流は約450ppmより多くシリカを含むことを特徴とする請求項２２に記載のプロセス。２５．前記溶質含有量の高い排除水流は約600ppmまでシリカを含むことを特徴とする請求項２２に記載のプロセス。２６．前記溶質含有量の高い排除水流は約1000ppmまでシリカを含むことを特徴とする請求項２２に記載のプロセス。２７．前記供給水流がシリカを含み、前記膜分離装置の操作が前記溶質含有量の高い排除水流中に含まれるシリカの濃度で制限されないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。２８．前記排除水流が約100,000ppmのTDSを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。２９．中性または中性付近のpHの水溶液中でわずかにイオン化している前記種は、シアン化物を含むことを特徴とする請求項１０に記載のプロセス。３０．前記溶質含有量の高い排除水は、前記供給水流に存在するシアン化物の約 90％を含むことを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。３１．前記溶質含有量の高い排除水は、前記供給水流に存在するシアン化物の約 99％を含むことを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。３２．中性または中性付近のpHの水溶液中でわずかにイオン化している前記種は、pKa₁約7.5以上の弱酸を含むことを特徴とする請求項１０に記載のプロセス。３３．前記供給水が生きている細菌の存在によってさらに特徴づけられ、また前記pHを上げる工程で、生きている細菌を死滅させ、その結果、前記生成水流から細菌が本質的に取り除かれることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。３４．前記生成水流において、pHを上げる工程で細菌破片やエンドトキシンを破壊し、細菌やエンドトキシンが本質的に取り除かれた生成水流をつくることを特徴とする請求項３３に記載のプロセス。３５．前記供給水が生きているウイルスの存在によってさらに特徴づけられ、pH を上げる工程で、生きているウイルスを死滅させ、その結果、前記生成水流から生きているウイルスが本質的に取り除かれることを特徴とする請求項３３に記載のプロセス。３６．生成された透過生成水流量の、供給された供給水流量に対する比率は、約 50％より大きいことを特徴とする請求項２に記載のプロセス。３７．生成された透過生成水流量の、供給された供給水流量に対する比率は、約 85％以上であることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。３８．生成された透過生成水流量の、供給された供給水流量に対する比率は、約 95％以上であることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。３９．生成された透過生成水流量の、供給された供給水流量に対する比率は、約 99％以上であることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。４０．前記膜分離装置は超微細ろ過装置(nanofiltration equipment)を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。４１．前記膜分離装置は逆浸透装置を有することを特徴とする請求項２に記載のプロセス。４２．前記逆浸透装置は前記生成流に関して直列に操作されるＮの逆浸透ユニットを有し、Ｎは正の整数であることを特徴とする請求項４１に記載のプロセス。４３．前記生成水を、少なくとも一つの第一混床式イオン交換ユニットおよび一つの第二混床式交換ユニットに透過させる工程を更に有することを特徴とする請求項４１に記載のプロセス。４４．(ａ)シリカ、(ｂ)ホウ素、または(ｃ)TOCの一つ以上に関して前もって選択された漏出率まで前記第一混床式イオン交換ユニットを稼動させ、そこですぐ、前記第一混床式イオン交換ユニットの媒体樹脂を廃棄し、前記第二混床式イオン交換ユニットの媒体で置換するという工程を更に有することを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。４５．前記第一混床式イオン交換ユニットは、前記プロセスにおいて、再生および再利用されないことを特徴とする請求項４３に記載のプロセス。４６．pHを上げるために選択した塩基を添加するという工程は、(ａ)水酸化ナトリウム、(ｂ)炭酸ナトリウム、(ｃ)水酸化カリウム、および(ｄ)炭酸カリウムからなるグループより選択した一つの塩基の水溶液を添加することで行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス。４７．pHを上げるために選択した塩基を添加するという工程は、水溶性の有機塩基を添加することにより行われることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。４８．pHを上げるために選択した塩基を添加するという工程は、前記供給水流中に存在する水酸イオンの数を増加させるために陰イオン交換体を使用して行うことを特徴とする請求項２に記載のプロセス。４９．前記供給水は、冷却塔のブロウダウン(blowdown)を含むことを特徴とする請求項２に記載のプロセス。５０．前記供給水は、スクラバー(scrubber)のブロウダウンを含むことを特徴とする請求項２に記載のプロセス。５１．前記供給水は、石炭火力蒸気発電プラントの灰輸送に利用された水を含むことを特徴とする請求項２に記載のプロセス。５２．請求項２に記載のプロセスにより生成された水であって、前記プロセスの生成水流であり、前記供給水流のホウ素含有量の約２％より少ないホウ素含有量であることを特徴とする水。５３．請求項２に記載のプロセスにより生成された水であって、前記プロセスの生成水流であり、前記供給水流のホウ素含有量の約1.5％以下のホウ素含有量であることを特徴とする水。５４．請求項２に記載のプロセスにより生成された水であって、前記プロセスの生成水流であり、前記供給水流のホウ素含有量の約１％以下のホウ素含有量であることを特徴とする水。５５．請求項２に記載のプロセスにより生成された水であって、前記プロセスの生成水流であり、前記供給水流のシリカ含有量の約0.05％より少ないシリカの含有量であることを特徴とする水。５６．請求項２に記載のプロセスにより生成された水であって、前記プロセスの生成水流であり、本質的に細菌含有量がゼロであることを特徴とする水。５７．請求項２に記載のプロセスにより生成された水であって、前記プロセスの生成水流であり、本質的に、生きているウイルス含有量がゼロであることを特徴とする水。５８．溶質含有量の低い生成水流と溶質含有量の高い排除水流をつくるための供給水流の処理のための装置であって、前記供給水流は、（i）硬度、（ii）アルカリ度、（iii）中性、または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している１つ以上の分子種の存在によって特徴づけられ、前記装置は、（ａ）前記供給水を選択されたpHで希望の濃度要素まで濃縮する際、次の手段の１つ以上を任意の順序で達成して、前記供給水のスケール形成傾向を効果的に排除する手段と（i）前記供給水流から硬度を除去する手段（ii）前記供給水流からアルカリ度を除去する手段（iii）前記供給水流から溶解ガスを除去する手段（ｂ）中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記１つ以上の分子種のイオン化を増加させるために、選択した塩基を加えることで、(ａ)工程からの生成水のpHを、少なくとも約8.5である選択されたｐＨまで高める手段と、（ｃ）(ｂ)工程からの生成水を、溶解種の通過を実質的に阻止する膜分離装置に通し、下記のようにする第一の逆浸透膜ユニットと（i）前記供給水流を前記所定の濃度要素に濃縮し、（ii）中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記１つ以上の分子種を実質的に含んでいない生成水流を生成するを有することを特徴とする供給水流の処理のための装置。５９．前記第一の逆浸透膜ユニットの生成水流に対して直列に操作される第二の逆浸透膜ユニットを更に有することを特徴とする請求項58に記載の装置。６０．第一混床式イオン交換ユニットおよび第二混床式イオン交換ユニットを更に有することを特徴とする請求項58に記載の装置。６１．最終マイクロフィルターを更に有することを特徴とする請求項６０に記載の装置。６２．紫外線殺菌ユニットを更に有することを特徴とする請求項６０に記載の装置。６３．連続式脱イオン化ユニットで前記生成水流を処理し純水流をつくる工程を更に有することを特徴とする請求項４２に記載のプロセス。６４．前記連続式脱イオン化ユニットからの前記純水流を紫外線殺菌ユニットで浄化する工程を更に有することを特徴とする請求項６３に記載のプロセス。６５．前記紫外線殺菌ユニットからの生成水流を最終サブミクロンフィルター(f inal submicron filter)で浄化して超純水をつくる工程を更に有することを特徴とする請求項６４に記載のプロセス。６６．前記純水流Ｅを混床式イオン交換システムで処理する工程を更に有することを特徴とする請求項６３に記載のプロセス。６７．前記超純水は18.2メグオーム(megohm)抵抗品質基準に合致することを特徴とする請求項６３に記載のプロセス。６８．溶質含有量の低い生成水流と溶質含有量の高い排除水流をつくるための既存の逆浸透システムの透過水生産および透過水の純度を同時に高めるための供給水流の処理のための方法であって、前記供給水流は、（i）硬度、（ii）アルカリ度、（iii）中性、または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している１つ以上の分子種の存在によって特徴づけられ、前記方法は、（ａ）前記供給水を選択されたpHで所定の濃度要素まで濃縮する際、次の１つ以上を任意の順序で達成して、前記供給水のスケール形成傾向を低下させる（i）前記供給水流から硬度を除去する（ii）前記供給水流からアルカリ度を除去する（iii）最初から存在していたあるいは前記硬度除去工程で発生した溶解ガスを前記供給水流から除去する（ｂ）中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記１つ以上の分子種のイオン化を増加させるように、(ａ)工程からの生成水のpHを、少なくとも約8.5である選択されたｐＨまで高める、（ｃ）(ｂ)工程からの生成水を、溶解種の通過を実質的に阻止する膜分離装置に通し（i）前記供給水流を前記所定の濃度要素に濃縮し、（ii）中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記１つ以上の分子種を実質的に含んでいない生成水流を生成することを特徴とする供給水流の処理のための方法。６９．溶質含有量の低い生成水流と溶質含有量の高い排除水流をつくるための既存の膜分離システムの透過水生産および透過水の純度を同時に高めるための供給水流の処理のための方法であって、前記供給水流は、（i）硬度、（ii）アルカリ度、（iii）中性、または中性付近のPHの水溶液でわずかにイオン化している１つ以上の分子種の存在によって特徴づけられ、前記方法は、（ａ）前記供給水を選択されたpHで所定の濃度要素まで濃縮する際、次の１つ以上を任意の順序で達成して、前記供給水のスケール形成傾向を効果的に排除する（i）前記供給水流から硬度を除去する（ii）前記供給水流からアルカリ度を除去する（iii）最初から存在していたあるいは前記硬度除去工程で発生した溶解ガスを前記供給水流から除去する（ｂ）中性または中性付近のpHの水溶液で、わずかにイオン化している前記１つ以上の分子種のイオン化を増加させるために、選択した塩基を加えることで、(ａ)工程からの生成水のpHを、少なくとも約8.5である選択されたｐＨまで高める、（ｃ）(ｂ)工程からの生成水を、溶解種の通過を実質的に阻止する膜分離装置に通し、下記のようにして排除水流ど生成水流をつくる（i）前記供給水流を前記所定の濃度要素に濃縮し、（ii）中性または中性付近のpHの水溶液でわずかにイオン化している前記１つ以上の分子種を実質的に含んでいない生成水流を生成することを特徴とする供給水流の処理のための方法。７０．(ａ)硬度を除去するおよび(ｂ)アルカリ度を除去する工程は、単一のユニット操作で同時に行われることを特徴とする請求項６８または請求項６９に記載の方法。７１．前記単一のユニット操作は、弱酸性陽イオンタイプのイオン交換システムを含むことを特徴とする請求項７０に記載の方法。７２．前記弱酸性陽イオンタイプのイオン交換システムは、水素形で操作されることを特徴とする請求項７１に記載の方法。７３．前記弱酸性陽イオンタイプのイオン交換システムは、ナトリウム形で操作されることを特徴とする請求項７１に記載の方法。７４．(ｂ)工程でpH9〜10にすることを特徴とする請求項６８または請求項６９に記載の方法。７５．(ｂ)工程でpH10〜11にすることを特徴とする請求項６８または請求項６９に記載の方法。７６．pHを約10.5にコントロールすることを特徴とする請求項７５に記載の方法。７７．(ｂ)工程でpHを少なくとも約11に上げることを特徴とする請求項６８または請求項６９に記載のプロセス。