JP2001205297A

JP2001205297A - 純水製造装置

Info

Publication number: JP2001205297A
Application number: JP2000012789A
Authority: JP
Inventors: Teruhiko Kasai; 輝彦葛西; Akira Yoshida; 晃吉田
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2001-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】原水が空気中の微生物や微粒子により汚染さ
れることがなく、小型で低騒音で、特に気密構造を必要
としない脱炭酸装置を使用した純水製造装置を提供する
こと。【解決手段】膜脱炭酸装置１、逆浸透膜装置２及びイ
オン交換装置３をこの順で直列に接続してなる純水製造
装置１０において、膜脱炭酸装置１は脱気膜７により液
体流通側１２と気体流通側１１に区画され、液体流通側
１２には原水を通水し、気体流通側１１には空気を流通
させることにより脱炭酸を行うことにより、小型で設置
面積が小さく、騒音の小さい脱炭酸装置を使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子工業、医製薬
工業、食品工業、発電所などで用いる純水を得るための
純水製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】市水や工業用水などの原水から純水を製
造するには、典型的にはイオン交換装置が用いられてい
る。しかし、イオン交換装置のみでは負荷が大きすぎて
頻繁に再生や交換を余儀なくされる。そこで、イオン交
換装置の前段に逆浸透膜装置を設置して、原水中の塩
類、微粒子、有機化合物などを有効に除去し、後段のイ
オン交換装置で残存する不純物成分を除去して、効率的
に高度な水質の純水を得ている。

【０００３】しかし、逆浸透膜装置では原水中の炭酸な
どの溶存気体を除去することはできない。原水中に炭酸
などの溶存気体を多く含んだままの場合、後段のイオン
交換装置の負荷が大きくなる。また、原水中に炭酸を含
み、且つカルシウムイオンが含まれていると、逆浸透膜
装置の膜面で炭酸カルシウムが析出して、膜面を汚染す
る可能性がある。このため、原水を脱炭酸処理し、炭酸
を除去する必要がある。

【０００４】従って、原水中に含まれる炭酸などの溶存
気体を除去するため、従来から脱炭酸装置が利用されて
いる。脱炭酸装置としては、気液接触を利用した脱炭酸
塔を用いた例、真空脱気を利用した真空脱気塔を用いた
例及び多孔質の脱気膜を用いた例がある。脱炭酸塔は、
例えば、ラシヒリングを充填した充填塔に、この上方か
ら原水を散水状に供給し、下方から空気を原水と向流に
流し、気液接触の効率を高めて原水中の炭酸などを除去
し、充填塔の下方に設置されるタンクに脱炭酸水を溜め
つつ、後段に送水するものである。また、真空脱気を利
用する方法は高さ１０ｍ以上の真空脱気塔に水を１０ｍ
張り、上方の空間部を真空にしつつ、原水中の炭酸など
を除去するものである。また、脱気膜を用いた装置は脱
気膜で区画される原水側と反対側を真空ポンプで排気す
ることにより、水を透過させることなく、溶存ガスのみ
を排気除去するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、脱炭酸
塔は原水が空気と接触するため、炭酸は除去されるもの
の、同時に空気中の微生物や微粒子が原水中に混入し汚
染する。また、原水中の溶存酸素がほぼ飽和になり、微
生物が繁殖し易い環境となるため、後段の逆浸透膜装置
では膜面に微生物が繁殖し、膜の閉塞を起こすという問
題がある。更に、脱炭酸塔は大型であり、また、大容量
の送風機を必要とするため、設置スペースが多くなると
共に、騒音の問題も発生する。

【０００６】また、真空脱気塔を用いた場合、原水中に
含まれる炭酸等の溶存ガス成分の除去能は高く、空気中
の微生物や微粒子が原水を汚染することはないものの、
高さ１０ｍ以上の真空脱気塔が必要であり、且つ真空脱
気塔を気密構造とする必要があること、更に、真空ポン
プが必要で、装置が大型で複雑となるという問題があ
る。

【０００７】また、脱気膜装置を用いた場合、真空脱気
塔を用いた場合と同様に、炭酸等の溶存ガス成分の除去
能は高く、空気中の微生物や微粒子が原水を汚染するこ
とはないものの、真空ポンプが必要であり、且つ装置を
気密構造とする必要があるという問題がある。

【０００８】従って、本発明の目的は、原水が空気中の
微生物や微粒子により汚染されることがなく、小型で低
騒音で、特に気密構造とする必要がない脱炭酸装置を使
用した純水製造装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者は鋭意検討を行った結果、従来の脱気膜装置の脱
気膜で区画される原水側と反対側を真空ポンプで排気す
ることに代えて、空気を流通させれば、原水中に含まれ
る炭酸は空気中に含まれる炭酸濃度にまで除去でき、し
かも原水が空気中の微生物や微粒子により汚染されるこ
とがなく、小型で低騒音で、特に気密構造とする必要が
ないことなどを見出し、本発明を完成するに至った。

【００１０】すなわち、本発明（１）は、膜脱炭酸装
置、逆浸透膜装置及びイオン交換装置をこの順で直列に
接続してなる純水製造装置において、前記膜脱炭酸装置
は、脱気膜により液体流通側と気体流通側に区画され、
前記液体流通側には原水を通水し、前記気体流通側には
空気を流通させることにより脱炭酸を行うことを特徴と
する純水製造装置を提供するものである。かかる構成を
採ることにより、原水中に含まれる炭酸は空気中に含ま
れる炭酸濃度にまで除去でき、しかも原水が空気中の微
生物や微粒子により汚染されることがなく、小型で低騒
音で、特に気密構造とする必要がない膜脱炭酸装置とす
ることができる。このため、コストの低減された純水製
造装置を得ることができる。

【００１１】また、本発明（２）は、更に、減圧装置を
設置して、前記気体流通側を減圧下、空気を流通させる
ことにより脱炭酸を行うことを特徴とする前記（１）記
載の純水製造装置を提供するものである。かかる構成を
採ることにより、前記発明と同様の効果を奏する他、炭
酸除去能が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態における純水
製造装置を図１を参照して説明する。図１は本実施の形
態例における純水製造装置のブロック図である。純水製
造装置１０は、膜脱炭酸装置１、逆浸透膜装置２及びイ
オン交換装置３をこの順で直列に、配管５ａ、５ｂで接
続されている。膜脱炭酸装置１は脱気膜７により液体流
通側１１と気体流通側１２に区画され、液体流通側１１
の上流側には原水供給管４が接続され、気体流通側１２
には空気流入管６ａと、空気排出管６ｂが接続されてい
る。また、逆浸透膜装置２は透過膜９により濃縮水側２
１と、透過水側２２に区画され、濃縮水側２１には濃縮
水排出管８が接続されている。また、イオン交換装置３
の下流側には純水流出管５ｃが接続されている。

【００１３】膜脱炭酸装置１は、原水中の炭酸などの溶
存ガス成分、特に、炭酸を除去するために設置されるも
ので、公知の膜脱炭酸装置が使用できる。また、膜脱炭
酸装置１で使用される脱気膜７は疎水性の材質からなる
多孔膜であり、気体は透過するが液体は透過しない特性
を有するものである。脱気膜７の材質としては、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン、シリコン樹脂、フッ素樹脂、
ポリエーテルスルホン、シリカ、アルミナなどからなる
多孔膜が挙げられる。

【００１４】膜脱炭酸装置１の気体流通側１２に流通す
る空気としては、特に制限されないが、炭酸ガスを極力
含まない空気が好ましい。従って、大気圧下で流通させ
てもよいが、減圧下で流通させることが、原水中に含ま
れる炭酸などの溶存ガス成分の除去能が向上する点で好
ましい。空気の流通速度は、気体流通側の内表面積
（m²) 当たり、０．５〜５００Ｎリットル／分、好まし
くは５〜５０Ｎリットル／分の範囲とすればよい。ま
た、空気の流通方向は、原水に対して並流であっても、
向流であってもよい。また、空気の流通はブロワーで押
し込んでも、排気ポンプで引っ張ってもよいが、空気の
流通と同時に多少の減圧下の条件とすることができる点
で排気ポンプで引っ張る方法が好ましい。また、空気に
窒素ガスを混合した気体を使用してもよい。これによ
り、空気単独の場合と比較して、原水中の酸素濃度を低
減することができる。

【００１５】逆浸透膜装置２は、後段のイオン交換装置
３の負荷を低減するために設置されるもので、公知の逆
浸透膜装置（「逆浸透膜モジュール」とも言う）が使用
できる。逆浸透膜装置２に使用される逆浸透膜として
は、特に制限されず、酢酸セルロース系非対称性膜、ポ
リアミド系複合合成膜等が例示される。また、逆浸透膜
装置の形態としては、スパイラルモジュール、中空糸モ
ジュール、平膜モジュール等が例示される。

【００１６】イオン交換装置３は、逆浸透膜装置２の透
過水の水質を更に高度の純水にするもので、例えば、強
酸性カチオン交換体（強酸性カチオン交換樹脂）（以
下、「交換体」及び「交換樹脂」を含めて「交換樹脂」
という）、弱酸性カチオン交換樹脂などのカチオン交換
樹脂又は強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン
交換樹脂などのアニオン交換樹脂、又はこれらを組み合
わせたものなどが挙げられる。これらは単床又は混合床
のいずれであってもよい。また、アニオン交換樹脂とカ
チオン交換樹脂の混合樹脂を充填したイオン交換装置と
しては、該混合樹脂が貫流点に到達した段階で新品の樹
脂に交換する非再生型のイオン交換装置及び同様に該混
合樹脂が貫流点に到達した段階で現地で酸又はアルカリ
で再生する現場再生型のイオン交換装置などが使用でき
る。また、イオン交換装置３として、上記非電気式イオ
ン交換装置以外に、電気式脱イオン水製造装置を使用し
てもよい。

【００１７】本発明において、原水としては、特に制限
されず、例えば、井水、工業用水及び半導体製造工場の
半導体デバイス等の洗浄排水が挙げられる。当該原水に
は、本発明の純水製造装置で除去されるカルシウムイオ
ン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウム
イオン、塩化物イオン、硫酸イオン等の強電解質、炭酸
イオン、シリカ等の弱電解質等の不純物が含まれる。ま
た、膜脱炭酸装置１の前段において、原水中に塩酸、硫
酸等のｐＨ調整剤を添加して、原水のｐＨを下げてもよ
い。これにより、膜脱炭酸装置１において炭酸除去効果
を高めることができる。

【００１８】次に、原水を本実施の形態例に示す純水製
造装置１０で処理して、純水を製造する方法について説
明する。原水を原水供給管４で膜脱炭酸装置１の液体流
通側１１に供給すると同時に、空気を空気流入管６ａで
膜脱炭酸装置１の気体流通側１２に供給する。サブミク
ロンの多孔質を有する脱気膜７を介して原水と空気が接
触するため、空気中のチリや微生物などの汚染物質は原
水に入り込まず、一方、空気中の炭酸濃度と原水中の炭
酸濃度が平衡となり、原水中の炭酸濃度は、約０．３mg
/Lまで除去される。膜脱炭酸装置１で脱炭酸された脱炭
酸水は配管５ａを通って後段の逆浸透膜装置２に送ら
れ、一方、供給空気は空気排出管６ｂを通って系外へ排
出される。

【００１９】逆浸透膜装置２に供給された脱炭酸水は、
逆浸透膜装置２において、脱炭酸水中に含まれるマグネ
シウムやカルシウムの硬度成分及び硬度成分以外のイオ
ン成分やシリカなどが除去され、その透過水は配管５ｂ
を通ってイオン交換装置３に供給される。一方、濃縮水
は濃縮水排出管８から系外へ排出される。

【００２０】イオン交換装置３に供給された透過水は、
イオン交換装置３において、透過水に残存する微量の不
純物が除去され、高度に精製された純水となる。

【００２１】本実施の形態例によれば、膜脱炭酸装置１
ではサブミクロンの多孔質を有する脱気膜７を介して原
水と空気が接触するため、空気中の微粒子や微生物など
の汚染物質は脱気膜７のフィルター効果により原水への
混入がなく、バイオファウリングや微粒子汚染の無い処
理水が得られる。一方、空気中の炭酸濃度と原水中の炭
酸濃度が平衡となり、原水中の炭酸濃度は約０．３mg/L
まで除去される。また、膜脱炭酸装置１は従来の脱炭酸
装置と比較して小型で低騒音であり、設置面積も小さく
て済み省スペース化が図れる。また、従来の真空脱気塔
と比較して小型で気密構造を採る必要がなく、装置の簡
素化が図れる。また、従来の脱気膜装置と比較して真空
ポンプを必要としないため投資コストの低減が図れる。
また、脱炭酸水を後段の逆浸透膜装置２に供給するた
め、逆浸透膜装置２の膜面９上に炭酸カルシウムが析出
することを極力抑制することができる。更に、逆浸透膜
装置２の透過水中の微量の残存イオン成分は後段のイオ
ン交換装置３で除去され、高度に精製された純水を効率
的に得ることができる。

【００２２】

【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的
に説明する。実施例１下記仕様の装置及び図１に示す配置構造を採る純水製造
装置を用いて処理実験を行った。原水は水道水を活性炭
吸着塔に通水した水（炭酸ガス濃度;31.1mg/L）を用い
た。評価は脱炭酸装置の構造、付帯設備の有無及び脱炭
酸水の溶存炭酸ガス濃度値を測定することなどにより行
った。結果を表１に示す。

【００２３】（脱炭酸装置）・脱炭酸装置；膜脱気装置・気体流通側の内表面積；１９m² ・脱気膜；疎水性ポリプロピレン膜、×１本Ｘ−３０
型（セルガード社製）・液体流通側への原水供給量；3.9m³/時間・気体流通側への空気供給量；50.0Ｎリットル/ 分・空気供給方法；送風機（最大排気容量：100.0 Ｎリッ
トル/ 分）を使用し、原水と向流の方向で供給。

【００２４】（逆浸透膜装置）・逆浸透膜；ＥＳ−１５Ｄ８×３本並列配置（日東電工
社製）・供給水量；3.9m³/時間、透過水量；3.0m³/時間、濃縮
水量；0.9m³/時間

【００２５】（イオン交換装置）・使用イオン交換体；強酸性カチオン交換樹脂（アンバ
ーライトIRI20B) とII型強塩基性アニオン交換樹脂（ア
ンバーライトIRA410) （いずれもロームアンドハース社
製）、配合容量比率；１：１、充填容量；100 リットル

【００２６】比較例１膜脱気装置を従来の脱炭酸塔（下記仕様）とした以外
は、実施例１と同様の方法及び評価方法で行った。結果
を表１に示す。（脱炭酸装置）・脱炭酸塔；内径400mm ×高さ2,000mm ・脱炭酸水貯槽；内径1,500mm ×高さ1,200mm ・脱炭酸塔への空気供給量；450 Ｎm³/ 分・空気供給方法；送風機（最大排気容量：450 Ｎm³/
分）を使用し、散水状原水と向流の方向で供給。

【００２７】比較例２膜脱気装置を従来の膜脱気モジュール（下記仕様）とし
た以外は、実施例１と同様の方法及び評価方法で行っ
た。結果を表１に示す。（脱炭酸装置）・膜脱気モジュール・真空側の内表面積；１９m² ・脱気膜；疎水性ポリプロピレン膜、×１本Ｘ−３０
型（セルガード社製）・液体流通側への原水供給量；3.9m³/時間・真空側の真空度；５０ｔｏｒｒ

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、膜脱炭酸装置ではサブ
ミクロンの多孔質を有する脱気膜を介して原水と空気が
接触するため、空気中の微粒子や微生物などの汚染物質
は脱気膜のフィルター効果により原水への混入が遮断さ
れ、バイオファウリングや微粒子汚染の無い処理水が得
られる。一方、空気中の炭酸濃度と原水中の炭酸濃度が
平衡となり、原水中に通常２０mg/L含まれる炭酸濃度は
約０．３mg/Lまで除去される。また、本発明で使用する
膜脱炭酸装置は従来の脱炭酸装置と比較して小型で低騒
音であり、設置面積も小さくて済み省スペース化が図れ
る。また、従来の真空脱気塔と比較して小型で気密構造
を採る必要がなく、装置の簡素化が図れる。また、従来
の脱気膜装置と比較して真空ポンプを必要としないため
投資コストの低減が図れる。また、脱炭酸処理水を後段
の逆浸透膜装置に供給するため、逆浸透膜装置の膜面上
に炭酸カルシウムが析出することを極力抑制することが
できる。更に、逆浸透膜装置の透過水中の微量の残存イ
オン成分は後段のイオン交換装置で除去され、高度に精
製された純水を効率的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態例における純水製造装置のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１脱炭酸装置２逆浸透膜装置３イオン交換装置４原水供給管５ａ、５ｂ配管５ｃ純水流出管６ａ空気流入管６ｂ空気排出管７脱気膜８濃縮水排出管９透過膜１０純水製造装置１１液体（原水）流通側１２気体（空気）流通側２１濃縮水側２２透過水側

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｂ０１Ｄ 19/00 Ｂ０１Ｄ 19/00 Ｈ１０１１０１Ｃ０２Ｆ 1/42 Ｃ０２Ｆ 1/42 Ａ 1/44 1/44 ＨＦターム(参考） 4D006 GA03 GA32 HA01 HA41 HA61 KA02 KA72 KB11 KB17 MA01 MA03 MA06 MA25 MC03 MC18 MC22 MC23 MC28 MC54 MC62 MC65 PB06 PB64 4D011 AA14 AA16 AA17 AC04 AD03 4D025 AA04 AB07 AB14 AB17 AB18 AB19 BA09 BA10 BA14 BA15 BB04 CA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】膜脱炭酸装置、逆浸透膜装置及びイオン
交換装置をこの順で直列に接続してなる純水製造装置に
おいて、前記膜脱炭酸装置は、脱気膜により液体流通側
と気体流通側に区画され、前記液体流通側には原水を通
水し、前記気体流通側には空気を流通させることにより
脱炭酸を行うことを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】更に、減圧装置を設置して、前記気体流
通側を減圧下、空気を流通させることにより脱炭酸を行
うことを特徴とする請求項１記載の純水製造装置。