JP2001286738A

JP2001286738A - 純水製造装置

Info

Publication number: JP2001286738A
Application number: JP2000103756A
Authority: JP
Inventors: Kiminobu Osawa; 公伸大澤; Takayuki Moribe; 隆行森部
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2001-10-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ＲＯ膜装置と電気脱イオン装置で構成される
純水製造装置において、ＮａＣｌ等の薬剤注入を行うこ
となく、電気脱イオン装置における必要塩類濃度を確保
して脱塩に必要な電流値を十分に高め、安定かつ効率的
な脱塩を行って高水質の処理水を得る。【解決手段】ＲＯ膜装置２の透過水を電気脱イオン装
置３に通水する純水製造装置において、ＲＯ膜装置２の
ＲＯ膜として、１価塩類の脱塩率が９７％以下のＲＯ膜
を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、液晶、製
薬、食品、電力等の分野の各種産業、民生用又は研究設
備で利用される脱イオン水を製造する純水製造装置に係
り、特に逆浸透（ＲＯ）膜脱塩装置（以下「ＲＯ膜装
置」と称す。）と電気脱イオン装置とを備える純水製造
装置において、電気脱イオン装置の消費電力を低減した
上で高純度の脱イオン水を製造する純水製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造工場、液晶工場、食品
工業、電力工業等の各種産業、民生用ないし研究施設に
おいて使用される脱イオン水の製造には、図１に示す如
く電極（陽極１１、陰極１２）の間に複数のアニオン交
換膜１３及びカチオン交換膜１４を交互に配列して濃縮
室１５と脱塩室１６とを交互に形成し、脱塩室１６にイ
オン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体
等からなるアニオン交換体とカチオン交換体とを混合も
しくは複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されて
いる（特許第１７８２９４３号、特許第２７５１０９０
号、特許第２６９９２５６号）。なお、図１において１
７は陽極室、１８は陰極室である。

【０００３】電気脱イオン装置は、水解離によってＨ^＋
イオンとＯＨ⁻イオンとを生成させ、脱塩室内に充填さ
れているイオン交換体を連続して再生することによっ
て、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から脱塩処理
に広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品
を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能
で、高純度の水が得られるという優れた効果を奏し、純
水製造装置などに組み込まれて広く使用されている。

【０００４】図２は、このような電気脱イオン装置を組
み込んだ一般的な純水製造装置を示す系統図であり、市
水等の原水は、活性炭装置１及びＲＯ膜装置２で処理さ
れた後、電気脱イオン装置３で処理される。ここで、Ｒ
Ｏ膜装置２は電気脱イオン装置の有機物、硬度成分、塩
類の負荷を軽減させるために設けられており、ＲＯ膜と
しては、通常、ポリアミド製のＲＯ膜が用いられてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示す
ように、電気脱イオン装置では、濃縮水の導電率が１０
０μＳ／ｃｍ以下の水質になると急激に電気抵抗が上昇
し、濃縮水導電率１０〜２０μＳ／ｃｍでは、全く電流
が流れなくなってしまう。そして、この結果、脱塩室内
に通水された被処理水の水質が全く向上しなくなる。

【０００６】このようなことから、図２に示す如く、電
気脱イオン装置の負荷を軽減するために電気脱イオン装
置の前段にＲＯ膜装置を配置した純水製造装置にあって
は、電気脱イオン装置の給水の導電率が低くなりすぎる
ために、得られる処理水の水質が低下する場合があっ
た。

【０００７】即ち、例えば、日東電工（株）製ＲＯ膜
「ＮＴＲ７５９」を採用したＲＯ膜装置を電気脱イオン
装置の前段に配置した場合、このＲＯ膜の初期塩類除去
率（ＮａＣｌの脱塩率）は９９．５％であるので、導電
率２００μＳ／ｃｍの市水、工水程度の水を原水として
水回収率７５％でＲＯ膜処理して得られる透過水の導電
率は２．５μＳ／ｃｍとなる。この水を電気脱イオン装
置の給水として通水した場合、水回収率８０％で運転す
ると濃縮水の導電率は１０μＳ／ｃｍとなり、電気抵抗
が著しく高まって、必要な電流値を確保し得なくなる。

【０００８】この問題を解決するために、電気脱イオン
装置の給水、もしくは濃縮水ラインにＮａＣｌなどの薬
剤を添加して、脱塩に必要な電流値を確保する方法が考
えられるが、本来、電気脱イオン装置は薬品を用いない
で処理することが特徴であるため、このような薬品添加
は、その利点を損ない、好ましい方法とは言えない。

【０００９】本発明はＲＯ膜装置と電気脱イオン装置で
構成される純水製造装置において、ＮａＣｌ等の薬剤注
入を行うことなく、電気脱イオン装置における必要塩類
濃度を確保して脱塩に必要な電流値を十分に高め、安定
かつ効率的な脱塩を行って高水質の処理水を得ることが
できる純水製造装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の純水製造装置
は、逆浸透膜脱塩装置と電気脱イオン装置とを有し、該
逆浸透膜脱塩装置の透過水を該電気脱イオン装置の脱塩
室へ供給するようにした純水製造装置において、該逆浸
透膜脱塩装置は、１価塩類の脱塩率が９７％以下の逆浸
透膜で形成されていることを特徴とする。

【００１１】なお、以下において、ＲＯ膜の「１価塩類
の脱塩率」を単に「脱塩率」と称す。

【００１２】図３より明らかなように、電気脱イオン装
置の濃縮水の導電率が５０μＳ／ｃｍより小さいと急激
に電気抵抗が高くなることから、この導電率ば５０μＳ
／ｃｍ以上、好ましくは７５μＳ／ｃｍ以上であれば、
電気抵抗が比較的小さく、電気脱イオン装置における脱
塩に必要な電流値を十分に確保することができる。

【００１３】一般的な純水製造装置の原水である導電率
２００μＳ／ｃｍ程度の市水、工水を脱塩率９７％のＲ
Ｏ膜を装填したＲＯ膜装置に通水して、水回収率７５％
の条件で処理した場合、得られるＲＯ透過水の導電率は
次の通りである。ＲＯ透過水の導電率＝（２００＋８００）÷２×（１−０．９７）＝１５μＳ／ｃｍ

【００１４】このＲＯ透過水を電気脱イオン装置に通水
して水回収率８０％で運転した場合、得られる濃縮水の
導電率は１５×５＝７５μＳ／ｃｍとなる。

【００１５】この濃縮水の導電率は、ＲＯ膜装置の原水
の導電率、ＲＯ膜装置の水回収率、電気脱イオン装置の
水回収率により変わるが、脱塩率９７％以下のＲＯ膜で
あれば、一般的な原水及び水回収率の運転で概ね導電率
７５μＳ／ｃｍ以上の濃縮水を得ることができ、電気脱
イオン装置における電流値を確保することが可能とな
る。

【００１６】なお、本発明において、このように比較的
脱塩率の低いＲＯ膜で処理して得られた透過水を電気脱
イオン装置の脱塩室に供給することは、極めて重要であ
り、この透過水を電気脱イオン装置の濃縮室のみに供給
しても、濃縮水の導電率を確保することはできず、結果
として電気抵抗の低減、電流値の向上を図ることはでき
ない。

【００１７】このＲＯ膜は、更に硬度成分及びシリカの
除去率が９７％以上であることが好ましい。即ち、２価
カチオン、例えばＣａ^２＋に代表される硬度成分やシリ
カは電気脱イオン装置内においてスケール化し易く、ま
た、これらを電気脱イオン装置において除去するために
は電流値を相当に高くする必要がある。従って、硬度成
分及びシリカは、電気脱イオン装置の前段のＲＯ膜装置
で極力除去しておくことが好ましく、そのために硬度成
分及びシリカの除去率が９７％以上のＲＯ膜を用いるこ
とが好ましい。

【００１８】このようなＲＯ膜は、市販品を用いても良
いが、酸化剤による親水化処理を施して脱塩率９７％以
下、硬度成分及びシリカの除去率９７％以上となるよう
に調整することもできる。

【００１９】本発明において、電気脱イオン装置の脱塩
室の厚みは７ｍｍ以上であることが好ましい。

【００２０】即ち、このように脱塩室の厚みの厚い電気
脱イオン装置を用い、かつ脱塩室のイオン交換体層をア
ニオン交換体単独もしくはアニオン交換体とカチオン交
換体との混合層とした電気脱イオン装置に、ＮａＣｌ等
が残留するＲＯ膜装置の透過水を被処理水として通水す
ると、得られる処理水（脱塩水）の導電率は変化がない
か、むしろ大きくなるが、被処理水中の炭酸ガス（ＣＯ
_２）やアニオンは除去され、シリカ、ホウ素も約９０％
除去される。また、Ｃａ、Ｍｇ等の硬度成分も除去され
る。ただし、Ｎａ，Ｋ等の１価のカチオンは除去率が悪
く、結果として処理水にはモル伝導率が大きいＮａＯ
Ｈ、ＫＯＨなどのアルカリ成分がリークしてくるため、
ｐＨが上昇すると共に、導電率も若干大きくなる傾向に
ある。

【００２１】電気脱イオン装置がこのような現象を起こ
す原因の詳細は明らかではないが、次のように推定され
る。即ち、電気脱イオン装置では限界電流密度以上の電
流を流して脱塩を行うが、この時、前述のように水解離
が生じてＯＨ⁻、Ｈ^＋が発生し、電荷を運ぶようにな
る。このＨ^＋イオンのイオン移動度は３４９．７ｃｍ^２
Ω^−１ｅｑ^−１で、他のイオンのイオン移動度（３０〜
７０ｃｍ^２Ω^−１ｅｑ⁻ ^１）に比べ、圧倒的に速い（イ
オン移動度は無限希釈溶液におけるデータ、日本化学学
会編「化学便覧」参照）。このため、脱塩室厚みが厚く
なると、水解離が生じたときにイオン移動度の違いによ
る移動速度の差が広がり、Ｈ^＋が一方的に濃縮室側に排
出されることになり、ＯＨ⁻イオンが脱塩室に取り残さ
れるようになる。同時に、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋などの多
価のカチオンやアニオンは比較的容易に濃縮室側に排出
されるが、Ｎａ^＋、Ｋ^＋はＨ^＋イオンが電荷を運ぶ役割
をしているため脱塩室に残る。結果として、処理水から
はＮａＯＨ、ＫＯＨ等の１価のアルカリ金属がリークす
ることとなり、ｐＨが上昇する。なお、同様の理由で濃
縮室では、ＯＨ⁻が排出され難く、Ｈ^＋が排出され易い
ため、ｐＨが酸性となることから、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋
等が高濃度で濃縮されてもスケールを生成することはな
い。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。

【００２３】本発明においては、ＮａＣｌに代表される
１価塩類の脱塩率が９７％以下のＲＯ膜を用い、ＲＯ透
過水に１価塩類をリークさせ、この水を電気脱イオン装
置の脱塩室に供給することにより、電気脱イオン装置の
濃縮水の導電率を高め、電気脱イオン装置の電気抵抗の
低減、電流値の向上を図る。このＲＯ膜の脱塩率が９７
％を超えると、上記効果を十分に得ることができない。
電気脱イオン装置の濃縮水の導電率を高め、電気脱イオ
ン装置の電気抵抗の低減、電流値の向上を図る目的から
は、ＲＯ膜の脱塩率は低い方が良いがこの脱塩率が過度
に低くても、電気抵抗の低下は小さく、逆に電気脱イオ
ン装置の被処理水の水質の低下のために、電気脱イオン
装置の負荷が増大し、処理水（脱塩水）の水質が低下す
ることとなることから、ＲＯ膜の脱塩率は特に９０〜９
５％であることが好ましい。

【００２４】このような脱塩率のＲＯ膜としては、低脱
塩膜として市販されている膜、例えば、ルーズＲＯ膜、
ナノフィルトレーション膜（ＮＦ膜）と呼称される膜、
具体的には、日東電工（株）製「ＬＥＳ９０」や「ＮＴ
Ｒ−７２９ＨＦ」を採用することができる。

【００２５】また、本発明においては、電気脱イオン装
置内におけるスケール成分となる硬度成分及びシリカ成
分を電気脱イオン装置の前段で可能な限り低減するため
に、ＲＯ膜装置のＲＯ膜は、硬度成分及びシリカ成分の
除去率、より好ましくは更にＴＯＣ（全有機物炭素）の
除去率が９７％以上であることが好ましい。

【００２６】ただし、硬度成分及びシリカ成分の濃度が
低い原水を処理する場合或いは別途硬度成分及びシリカ
成分を除去する手段を有し、ＲＯ膜装置の透過水の硬度
成分及びシリカ成分濃度の要求値がさほど低くない場
合、具体的には、次の〜の場合などであれば、この
ような硬度成分及びシリカ成分の除去率の高いＲＯ膜を
用いる必要はない。半導体、液晶分野のように使用済み超純水を処理し
た回収水を原水とする場合。ＲＯ膜装置の上流側に硬度成分除去装置が設けられ
ている場合。電気脱イオン装置の入口、濃縮室、電極室のいずれ
かに硬度成分除去装置が設けられている場合。電気脱イオン装置の下流以降にイオン交換装置、Ｒ
Ｏ膜装置等のシリカ除去装置が設けられている場合。

【００２７】脱塩率が９７％以下、好ましくは９０〜９
５％で、硬度成分及びシリカ成分の除去率が９７％以上
のＲＯ膜としては、市販のＲＯ膜、例えば東レ（株）製
「ＳＵＬ」シリーズ等を用いることができるが、このよ
うなＲＯ膜の硬度成分及びシリカ成分の除去率を維持し
た上で脱塩率を更に低下させるために、酸化剤による親
水化処理を施して脱塩率を下げ、上記脱塩率と硬度成分
及びシリカ成分除去率となるように調整したＲＯ膜を用
いても良い。この場合、この親水化処理としては、具体
的には、ＲＯ膜に次亜塩素酸ナトリウム１００〜１００
００ｐｐｍ（Ｃｌ_２換算）を含んだ水溶液を、６〜１０
００時間程度通水する方法を採用することができる。ま
た、次亜塩素酸ナトリウム以外でも、例えばオゾン、過
酸化水素、過マンガン酸カリウム等の酸化剤を用いても
同等の効果を得ることができる。このような処理で、Ｒ
Ｏ膜の脱塩率を低くすることができるのは、酸化剤によ
り膜表面を処理することにより、膜の緻密性を損なうこ
となく、膜表面の親水化を向上させたことにより、ナト
リウム等の一価陽イオンのみがリークし易くなったため
と考えられる。

【００２８】本発明の純水製造装置においては、また、
前述の理由から、電気脱イオン装置の脱塩室の厚さは７
ｍｍ以上、特に、８〜３０ｍｍとするのが好ましい。な
お、本発明において、脱塩室の厚みとは図１のＷで示す
如く、陽極１１、陰極１２間の脱塩室１６の厚みを指
す。

【００２９】また、脱塩室のイオン交換体はアニオン交
換体とカチオン交換体との混合層が最も良く、印加電圧
を上昇させた場合には、アニオン交換体の単独層でも同
様の効果が得られる。もちろん、混合層とアニオン交換
体層の組み合わせでも構わない。

【００３０】イオン交換体の種類は、ビーズ状、繊維状
のイオン交換樹脂、繊維や不織布等にグラフト重合を利
用して交換基を導入したグラフト重合交換体のいずれで
あっても良く、何ら制限されるものではないが、良好な
水質を得るためには、イオン交換体としては均一寸法の
ビーズ状のイオン交換樹脂が好ましい。この「均一寸法
のイオン交換樹脂」とはビーズの９０％が平均寸法の１
０％以内にあり、混合物内におけるアニオン交換樹脂と
カチオン交換樹脂の相対平均寸法が少なくとも０．８の
ものを指す。

【００３１】また、電気脱イオン装置に用いられるイオ
ン交換膜は均質膜及び不均質膜のいずれでも良く、好ま
しくは、例えば（株）トクヤマからネオセプタＡＨＡ、
ＣＭＢの名称で販売されているポリオレフィン系の強塩
基性、弱酸性の官能基を有した均質型のイオン交換膜が
好ましい。

【００３２】また、電気脱イオン装置の運転方法として
は、脱塩室セルの印加電圧：６〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、好
ましくは１０〜３０Ｖ／ｃｅｌｌ、被処理水通水ＳＶ：
３０〜１５０ｈｒ^−１、好ましくは５０〜１００ｈｒ
^−１とするのが望ましい。

【００３３】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。

【００３４】なお、以下の実施例及び比較例において
は、下記の活性炭装置、ＲＯ膜装置及び電気脱イオン装
置を図２に示すように直列に設置した純水製造装置を用
いた。活性炭装置：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」ＲＯ膜装置：栗田工業（株）製「膜エースＫＮ２００」電気脱イオン装置：栗田工業（株）製「ピュアエースＰＡ−２００」処理量：１００Ｌ／ｈｒ

【００３５】上記電気脱イオン装置のイオン交換膜とし
て下記のものを用い、また、脱塩室に充填するイオン交
換樹脂として下記のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹
脂とをアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝６：４
（体積比）で混合したものを用い、図１に示すような電
気脱イオン装置を組み立てた。なお、アニオン交換樹脂
及びカチオン交換樹脂は超純水で十分に洗浄したものを
用いた。

【００３６】そして、脱塩室の厚みＷを２．５ｍｍと
し、脱塩室のセル枚数を１２枚とした電気脱イオン装置
Ａと、脱塩室の厚みＷを１０ｍｍとし、脱塩室セル枚数
を３枚とした電気脱イオン装置Ｂとの２種類の電気脱イ
オン装置を組み立てた。アニオン交換膜：（株）トクヤマ製「ネオセプタＡＨ
Ａ」カチオン交換膜：（株）トクヤマ製「ネオセプタＣＭ
Ｂ」アニオン交換樹脂：三菱化学（株）製「ＳＡ１０Ａ」カチオン交換樹脂：三菱化学（株）製「ＳＫ１Ｂ」

【００３７】実施例１〜４、比較例１，２ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、表１に示すものを用い、ま
た、電気脱イオン装置として電気脱イオン装置Ａ又は電
気脱イオン装置Ｂを用いて、１００Ｌ／ｈｒの処理量、
電気脱イオン装置の通水ＳＶ７０ｈｒ^−１で、ＲＯ膜装
置での水回収率７５％、電気脱イオン装置での水回収率
８０％で処理した。ＲＯ膜装置における水質と、電気脱
イオン装置における電圧、電流値及び水質を調べ、結果
を表１に示した。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１より、高脱塩率のＲＯ膜を用いた比較
例１，２では、電気脱イオン装置において殆ど電流が流
れず、処理水の水質も向上しなかったが、脱塩率９７％
以下のＲＯ膜、好ましくは脱塩率９７％以下で硬度成分
及びシリカの除去率が９７％以上のＲＯ膜を用いること
により、更に好ましくは、脱塩室の厚みが７ｍｍ以上の
電気脱イオン装置を用いることにより、電気脱イオン装
置での電流値を高めて脱塩効率を高め、高水質の処理水
を得ることができることがわかる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の純水製造装
置によれば、ＲＯ膜装置と電気脱イオン装置で構成され
る純水製造装置において、ＮａＣｌ等の薬剤注入を行う
ことなく、電気脱イオン装置における必要塩類濃度を確
保して脱塩に必要な電流値を十分に高め、安定かつ効率
的な脱塩を行って高水質の処理水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な電気脱イオン装置の構成を示す模式的
な断面図である。

【図２】一般的な純水製造装置の系統図である。

【図３】電気脱イオン装置における濃縮水の導電率と電
気抵抗との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１活性炭装置２ＲＯ膜装置３電気脱イオン装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA04 GA17 HA47 JA30A JA44B KA01 KA31 KA55 KA57 KA72 KB11 KB12 KB30 KE13P KE13R MA11 MA13 MA14 MB01 MB09 MB20 MC22 NA58 PA01 PB06 PB23 PB27 PC03 PC04 PC11 PC31 PC42 4D061 DA03 DB13 EA09 EB13 FA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】逆浸透膜脱塩装置と電気脱イオン装置と
を有し、該逆浸透膜脱塩装置の透過水を該電気脱イオン
装置の脱塩室へ供給するようにした純水製造装置におい
て、該逆浸透膜脱塩装置は、１価塩類の脱塩率が９７％以下
の逆浸透膜で形成されていることを特徴とする純水製造
装置。
【請求項２】請求項１において、該逆浸透膜は、硬度
成分及びシリカの除去率が９７％以上であることを特徴
とする純水製造装置。
【請求項３】請求項１又は２において、該逆浸透膜
は、酸化剤による親水化処理で前記脱塩率となるように
調整された膜であることを特徴とする純水製造装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項におい
て、該電気脱イオン装置の脱塩室の厚みが７ｍｍ以上で
あることを特徴とする純水製造装置。