JP2002210335A

JP2002210335A - 逆浸透膜を用いる脱塩装置及び脱塩方法

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Publication number: JP2002210335A
Application number: JP2001007302A
Authority: JP
Inventors: Madoka Tanabe; 円田辺
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2002-07-30
Anticipated expiration: 2021-01-16
Also published as: JP4798644B2

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間運転しても、阻止率の低下や透過水量
の低下がなく、更には、従来河川や海洋へ放流していた
排水を回収再利用することを可能にする逆浸透膜を用い
る脱塩装置及びこれを用いた脱塩方法を提供すること。【解決手段】被処理液を流入させる被処理液入口４ａ
と、濃縮液を排出させる濃縮液出口５ａと、脱塩液を流
出させる脱塩液出口６ａを備えた逆浸透膜モジュール１
０ａを用いた脱塩装置２０において、被処理液入口４ａ
を濃縮液出口に切替え、且つ濃縮液出口５ａを被処理液
入口に切替える流路切替え手段を有する配管構造を備え
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、逆浸透膜を用いる
脱塩方法及び脱塩装置に関するものであり、例えば、海
水淡水化工業用水、半導体デバイス製造工程で使用され
る洗浄用超純水、ボイラ給水、又は医製薬製造に用いる
注射用水の製造装置において使用されるか、あるいは該
製造装置が排出する脱塩排水の脱塩処理において使用さ
れる、逆浸透膜を用いる脱塩装置及び脱塩方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】逆浸透膜を用いた脱塩装置は、海水淡水
化やかん水の淡水化に限らず、下排水の脱塩再利用や食
塩工業などにおける有価物の濃縮等、さまざまな分野で
使用されおり、さらには、半導体デバイス製造工程で使
用される洗浄用超純水の製造装置から排出される脱塩排
水の脱塩処理に用いられている。

【０００３】従来の被処理水の脱塩処理を行う逆浸透膜
モジュールは、図１１に示すように、被処理水は被処理
水供給配管５４を流通し、不図示の流入ポートから逆浸
透膜モジュール５０の被処理水側５３に流入し、不図示
の流出ポートへ流通するとともに、一部が逆浸透膜５１
を透過して、脱塩水となる。生成した脱塩水は、脱塩水
流出配管５６から取出され、洗浄用超純水の原水等とし
て利用されるとともに、濃縮された被処理水は、濃縮液
として、濃縮液流出配管５５から取出される。

【０００４】また、従来の逆浸透膜モジュールを組み合
わせてなる逆浸透膜モジュール集合体は、例えば、図１
２に示すように、前段に並列接続された２台の逆浸透膜
モジュール６０ａ、６０ｂと、後段の逆浸透膜モジュー
ル６０ｃとから構成される。先ず、被処理水は分岐して
前段の逆浸透膜モジュール６０ａ、６０ｂの被処理水側
６３ａ、６３ｂにそれぞれ流入し、不図示の流出ポート
へ流通するとともに、一部が逆浸透膜６１ａ、６１ｂを
透過して、それぞれ脱塩水となる。一方、濃縮された被
処理水は、濃縮液として取出され、それぞれ取出された
濃縮液は合流して後段の逆浸透膜モジュール６０ｃの被
処理水側６３ｃに流入し、不図示の流出ポートへ流通す
るとともに、一部が逆浸透膜６１ｃを透過して脱塩水と
なる。生成した脱塩水は、前段の２台の逆浸透膜モジュ
ール６０ａ、６０ｂから得られた脱塩水と合流して、洗
浄用超純水の原水等として利用されるとともに、濃縮さ
れた被処理水は、濃縮水として取り出される。このよう
な逆浸透膜モジュール集合体６０を使用すれば、処理量
を増大できると共に、水の利用率を高めることができ
る。

【０００５】しかしながら、このような逆浸透膜モジュ
ール５０や逆浸透膜モジュール集合体６０では、長期間
の運転により、シリカや炭酸カルシウム等のスケールが
逆浸透膜５１の膜表面に形成され、塩除去率の低下、透
過水量の低下など脱塩性能の低下をもたらす。従来か
ら、このような膜面上のスケールを除去するために、酸
洗浄や、アルカリ洗浄等の薬品洗浄が行われてきた。し
かし、薬品洗浄を実施するためには、逆浸透膜を用いた
脱塩装置の運転を停止する必要があるほか、薬品貯槽、
薬品供給ポンプ、薬品供給配管系、薬品廃水処理系を必
要とするため、これらの薬品洗浄設備コスト負担も大き
いという問題がある。そこで、長期間運転しても、逆浸
透膜の膜面が汚染することがなく、常設の薬品洗浄設備
を要することのない逆浸透膜を用いる脱塩装置が望まれ
ていた。

【０００６】一方、半導体デバイス製造工場の洗浄工程
から排出される排水、例えば、３００mg/l程度のカルシ
ウムと１０mg/l程度のフッ化物イオンを含有する排水、
あるいは半導体デバイス製造工場から排出される、冷却
水系からの１mg/l程度のカルシウムが混入した数百mg/l
のフッ化物イオンを含有する排水は、難溶性のフッ化カ
ルシウムが膜面に析出し、急激な透過水量の低下を生じ
ることから、逆浸透膜を用いる脱塩装置により脱塩処理
することは困難であった。従って、従来、前者の排水
は、河川や海洋に直接放流するか、下水道設備を経由し
て放流されており、後者の排水は、多量の石灰などのカ
ルシウム化合物を投入してフッ素を凝集処理した後、放
流されていた。このような処理方法は、環境保護の観点
から好ましいことではない。そこで、これら半導体デバ
イス製造工場で発生する排水など、従来河川や海洋へ放
流していた廃水も、逆浸透膜装置などの回収処理装置を
設置して処理した後、再利用することが求められてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、長期間運転しても、スケールによる逆浸透膜の膜面
の汚染が無いため、脱塩率の低下や透過水量の低下がな
く、更には、上記した半導体デバイス製造工場の排水な
ど、従来河川や海洋へ放流していた排水を回収再利用す
ることを可能にする逆浸透膜を用いる脱塩装置及びこれ
を用いた脱塩方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者らは鋭意検討を行った結果、逆浸透膜モジュール
（以下、単に「ＲＯ」とも言う。）の膜面上のスケール
汚染は、膜表面の流体の塩濃度が高い場合に生じ易いこ
と、また、高い塩濃度の液に暴露して膜面が汚染されて
も、その後、当該汚染部分を低い塩濃度の液に暴露すれ
ば、汚染物質は再溶解して膜面から除去されること、従
って、膜面を高濃度の液と低濃度の液に交互に暴露すれ
ば、長期間運転しても、膜面の汚染による脱塩率の低下
及び透過水量の低下がないことなどを見出し、本発明を
完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明（１）は、被処理液を流
入させる被処理液入口と、濃縮液を排出させる濃縮液出
口と、脱塩液を流出させる脱塩液出口を備えた逆浸透膜
モジュールを用いた脱塩装置において、前記被処理液入
口を濃縮液出口に切替え、且つ前記濃縮液出口を被処理
液入口に切替える流路切替え手段を有する配管構造を備
える逆浸透膜を用いる脱塩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、長期間運転しても、膜面
の汚染による脱塩率の低下及び透過水量の低下がない脱
塩装置とすることができ、さらには、従来、河川や海洋
に放流していた排水、例えば半導体デバイス工場の洗浄
排水を回収再利用することが可能な装置とすることがで
きる。

【００１０】また、本発明（２）は、複数の逆浸透膜モ
ジュールを組み合わせてなり、被処理液を流入させる被
処理液入口と、濃縮液を排出させる濃縮液出口と、脱塩
液を流出させる脱塩液出口とを備える逆浸透膜モジュー
ル集合体を用いる脱塩装置において、前記濃縮液出口側
の逆浸透膜モジュールに被処理液を流入させ、且つ前記
被処理液入口側の逆浸透膜モジュールから濃縮液を排出
させるように流路を切替える、流路切り替え手段を有す
る配管構造を備えることを特徴とする逆浸透膜を用いる
脱塩装置を提供するものである。ＲＯを組合わせて形成
される逆浸透膜モジュール集合体においては、後段側Ｒ
Ｏの膜表面の流体の塩濃度は、前段側ＲＯの膜表面の流
体の塩濃度に比べて、当然に高い。従って、所定の処理
時間経過後、流路切り替えにより、前段側ＲＯを後段側
ＲＯとし、後段ＲＯを前段ＲＯとなるようにすれば、前
記本発明（１）と同様の効果を奏することができる。

【００１１】また、本発明（３）は、前記の本発明
（１）または（２）において、更に、被処理水にスケー
ル防止剤を添加するためのスケール防止剤添加手段を備
える逆浸透膜を用いる脱塩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、本発明（１）又は（２）
と同様の効果を奏する他、スケール防止剤により、逆浸
透膜の膜面へのスケール発生を更に防止することがで
き、さらなる長期間運転が可能な装置とすることができ
る。

【００１２】また、本発明（４）は、前記の本発明
（１）〜（３）において、更に、被処理水のｐＨを２．
０〜６．５に調整するためのｐＨ調整手段を備える逆浸
透膜を用いる脱塩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、本発明（１）〜（３）と同様の効
果を奏する他、スケール発生の原因となるカルシウムや
シリカ由来の化合物の溶解性を高めて、スケールの発生
を防止することができ、安定した連続運転が可能な装置
とすることができる。

【００１３】また、本発明（５）は、逆浸透膜モジュー
ルを用いる脱塩方法であって、被処理液を被処理液入口
から流入させ、濃縮液を濃縮液出口から排出するととも
に、脱塩液出口より脱塩液を得る脱塩工程と、前記被処
理液入口を濃縮液出口に切替え、且つ前記濃縮液出口を
被処理液入口に切替えた後、被処理液を切替え後の被処
理液入口から流入させ、濃縮液を切替え後の濃縮液出口
から排出するとともに、前記脱塩液出口より脱塩液を得
る逆フロー脱塩工程と、を交互に行う逆浸透膜を用いる
脱塩方法を提供するものである。かかる構成とすること
により、長期間運転しても、膜面の汚染による脱塩率の
低下及び透過水量の低下がなく、さらには、流路切替え
工程を頻繁に行うことにより、従来、河川や海洋に放流
していた程の不純物を高濃度で含む廃水、例えば、半導
体デバイス製造工場の洗浄廃水を回収再利用することが
可能となる。

【００１４】また、本発明（６）は、複数の逆浸透膜モ
ジュールを組み合わせてなる逆浸透膜モジュール集合体
の被処理液入口から被処理液を流入させると共に、濃縮
液出口から濃縮液を排出させ、脱塩液出口から脱塩液を
得る脱塩工程と、流路切替えにより、前記逆浸透膜モジ
ュール集合体を構成する逆浸透膜モジュールのうち、前
記濃縮液出口側の逆浸透膜モジュールに被処理液を流入
し、且つ前記被処理液入口側の逆浸透膜モジュールから
濃縮液を排出すると共に、前記脱塩液出口より脱塩液を
得る逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程と、を交互に
行う逆浸透膜を用いる脱塩方法を提供するものである。
かかる構成を採ることにより、逆浸透膜モジュール集合
体を用いる場合においても、前記本発明（５）と同様の
効果を奏することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態にかか
る逆浸透膜を用いる脱塩装置２０を図１を参照して説明
する。逆浸透膜を用いる脱塩装置２０は、被処理水を流
入させる被処理水入口ポート４ａと、濃縮水を排出させ
る濃縮水出口ポート５ａと、脱塩水を流出させる脱塩水
出口ポート６ａを備えた逆浸透膜モジュール１０ａと、
被処理水入口ポート４ａを濃縮水出口ポートに切替え、
且つ濃縮水出口ポート５ａを被処理液入口に切替える流
路切替え手段を有する配管構造と、被処理水のｐＨを
２．０〜６．５に調整するためのｐＨ調整手段８ａと、
スケール防止剤添加手段９ａを備える。流路切替え手段
を有する配管構造は、被処理水供給配管１２、濃縮水排
出配管１７、及び配管１４の連結箇所に三方弁７ａを配
設し、被処理水供給配管１３、濃縮水排出配管１８、及
び配管１５の連結箇所に三方弁７ｂを配設する構造であ
る。三方弁７ａ及び三方弁７ｂは、後述する被処理水の
脱塩方法において、流路切替え手段としての働きをする
が、流路切替え手段は、三方弁に限定されるものではな
い。

【００１６】逆浸透膜モジュール１０ａとしては、例え
ば、逆浸透膜３ａの膜面上の被処理水の流れ方向と、透
過水の流れ方向とが直交する方式のものが挙げられる。
逆浸透膜モジュール１０ａは逆浸透膜と支持構造物から
構成され、例えば、中空糸型、のり巻型、平板型、管状
型などの公知のものが使用できる。逆浸透膜３ａとして
は、特に制限されず、酢酸セルロース系非対称膜、合成
高分子系複合膜など、公知の逆浸透膜を用いることがで
きる。支持構造物はその内部に逆浸透膜３ａを納める圧
力容器であって、前述の被処理水入口ポート、濃縮水出
口ポート、脱塩水出口ポートをそれぞれ具備している。

【００１７】また、被処理水のｐＨを２．０〜６．５に
調整するためのｐＨ調整手段８ａは、塩酸、硝酸、硫酸
など酸性溶液を添加するポンプ、酸性溶液貯槽で構成さ
れ、必要に応じて、ｐＨ計と調節計とを用いて一定のｐ
Ｈを維持する制御系を設けてもよい。図１中、ｐＨ調整
手段８ａは、配管８１を介して被処理水供給配管１１に
接続されるが、これに限定されず、被処理水供給配管１
２、１３及び配管１４、１５のいずれの配管に接続され
るものであってもよい。また、本発明の逆浸透膜を用い
る脱塩装置は、このｐＨ調整手段８ａが省略されていて
もよい。

【００１８】被処理液にスケール防止剤を添加するため
のスケール防止剤添加手段９ａは、スケール防止剤を添
加するポンプ、スケール防止剤貯槽で構成され、流量計
と調節計とを用いて一定のスケール防止剤濃度を維持す
る制御系を設けてもよい。また、添加するスケール防止
剤としては、特に制限されないが、ヘキサメタリン酸ナ
トリウム、トリポリリン酸ナトリウム、及びホスホン酸
系化合物等のリン系分散剤；ポリアクリル酸ナトリウム
等のアクリル酸系分散剤、マレイン酸系（共）重合体、
スルホン酸系（共）重合体などの有機高分子化合物；Ｅ
ＤＴＡ（エチレンジアミンテトラ酢酸）、グルコン酸、
クエン酸などのキレート剤から任意に選択することがで
きる。スケール防止剤の注入方法及び注入量は特に制限
されず、適宜決定される。図１中、スケール防止剤添加
手段９ａは、配管９１を介して被処理水供給配管１１に
接続されるが、これに限定されず、被処理水供給配管１
２、１３及び配管１４、１５のいずれの配管に接続され
るものであってもよい。また、本発明の逆浸透膜を用い
る脱塩装置は、このスケール防止剤添加手段９ａが省略
されていてもよい。

【００１９】次いで、脱塩装置２０を用いる脱塩方法を
以下に示す。ここでは、三方弁７ａにより、被処理水供
給配管１２と配管１４とを連通し、且つ三方弁７ｂによ
り、配管１５と配管１８とを連通させて行う脱塩工程に
ついてまず述べる。脱塩工程において、被処理水は、必
要に応じて、ｐＨ調整又はスケール防止剤が添加され、
被処理水供給配管１１、配管１２、配管１４を順に流通
し、ポート４ａより逆浸透膜装置１０ａの被処理水側１
ａに流入する。流入した被処理水は、ポート５ａに向か
って流通するとともに、濃縮水が、ポート５ａより排出
され、脱塩水は、逆浸透膜装置１０ａの脱塩水側２ａの
ポート６ａより得られる。得られた脱塩水は、例えば、
半導体デバイス工場の洗浄用水である超純水の製造に用
いる原水として、再利用することが可能である。

【００２０】上記の脱塩工程を長時間行うにつれて、逆
浸透膜３ａのポート５ａの近傍部分がスケールなどによ
り汚染され、阻止率の低下、及び透過水量の低下が起こ
る。ここで、三方弁７ａ及び７ｂを、三方弁７ｂによ
り、被処理水供給配管１３と配管１５とを連通し、且つ
三方弁７ａにより配管１４と配管１７とを連通させるよ
う切替えを行い、次いで、逆フロー脱塩工程を行う。逆
フロー脱塩工程において、被処理水は、必要に応じて、
ｐＨ調整又はスケール防止剤が添加され、被処理水供給
配管１３を経て、配管１５から被処理水入口となるポー
ト５ａより逆浸透膜装置１０ａの被処理水側１ａに流入
し、濃縮水が、濃縮水出口となるポート４ａより排出さ
れる。該逆フロー脱塩工程により、逆浸透膜３ａのポー
ト５ａの近傍の汚染された部分が塩濃度が低い被処理水
に暴露されるため、逆浸透膜面上のシリカ、硬度成分及
びその他の難溶性塩類等の汚染物や析出物が少しづつ再
溶解し、汚染物や析出物が消滅し、阻止率及び透過水量
が回復する。また、逆フロー脱塩工程を長時間行うにつ
れて、逆浸透膜３ａのポート４ａの近傍部分がスケール
などにより汚染され、阻止率の低下、及び透過水量の低
下が起こる。そして、再度、さらに、流路切替えによ
り、脱塩工程に切り替え、以後これが繰り返し行われ
る。

【００２１】上記脱塩工程から逆フロー脱塩工程への切
替え、あるいは、逆フロー脱塩工程から脱塩工程への切
替えは、どのような時期で行ってもよいが、塩濃度が高
い液中で逆浸透膜面の汚染が進行することにより、阻止
率や透過水量が所定の許容限界値まで低下するに要する
時間（ｔ）と同等又はそれより短い時間で、低濃度の液
中で阻止率や透過水量が回復するように行えば、常に、
阻止率や透過水量を所定の許容限界値以上に維持しなが
ら長時間連続運転できる点で好適である。この切替え
は、阻止率や透過水流量の経時的低下を最小限に抑制す
るためには、できるだけ短い方が良く、例えば１５分毎
に行うこともできる。しかし、切替え時には、逆浸透膜
装置の運転停止を伴い、このような頻繁な起動−停止
は、逆浸透膜エレメントの接着部や膜面に対して物理的
な損傷を生じさせ、透過水量が増加するものの、阻止率
が使用には適さない程度まで著しく低下してしまう可能
性があるので、エレメントの寿命を長く保つためには、
切替えの頻度はできるだけ少ない方が望ましい。半導体
デバイス製造工場の洗浄工程から排出される排水、例え
ば、３００mg/l程度のカルシウムと１０mg/l程度のフッ
化物イオンを含有する不純物イオンを高濃度で含む排水
を処理する場合、１日〜１８０日に１回といった範囲か
ら、所望の阻止率、透過水量を維持するために必要な最
低限の頻度を経験的に設定することが、エレメントの寿
命を短縮することなく、阻止率及び透過水量の低下がほ
とんど生じることがなく、脱塩工程を継続することがで
きるため好ましい。また、低濃度の液中で阻止率や透過
水量が回復する時間が、上記（ｔ）時間より長い場合で
あっても、酸性溶液の添加やスケール防止剤の添加によ
り液中への再溶解を促進し、この回復時間を短縮でき
る。従って、難溶性塩類を含む被処理水をその溶解度以
上、例えば、フッ化カルシウム塩を構成するフッ化物イ
オンとカルシウムイオンのイオン濃度積が３．５×１０
^-11以上となるような高い回収率で安定した脱塩処理が
可能となる。

【００２２】第１の実施の形態の脱塩装置２０および該
脱塩装置を用いる脱塩方法によれば、長期間運転して
も、膜面の汚染による阻止率の低下及び透過水量の低下
がない脱塩装置とすることができ、さらには、河川や海
洋に放流していた排水、例えば半導体デバイス工場の洗
浄工程で発生する排水を高い回収率で回収し再利用する
ことができる。さらに、スケール防止剤により、逆浸透
膜の膜面へのスケール発生を防止することができ、さら
なる長期間運転が可能な装置及び脱塩方法とすることが
できる。また、ｐＨ調節手段により、スケール発生の原
因となるカルシウムやシリカ由来の化合物の溶解性を高
めて、スケールの発生を防止することができ、安定した
連続運転が可能な脱塩装置及び脱塩方法とすることがで
きる。

【００２３】本発明の第２の実施の形態にかかる脱塩装
置を図２を参照して説明する。逆浸透膜モジュール集合
体を用いる脱塩装置３０は、逆浸透膜モジュール１０
ｂ、１０ｃを直列に組み合わせてなり、被処理液を流入
させる被処理液入口ポート４ｂと、濃縮液を排出させる
濃縮液出口ポート５ｃと、脱塩液を流出させる脱塩液出
口ポート６ｂ、６ｃとを備える逆浸透膜モジュール集合
体と、前記濃縮液出口側の逆浸透膜モジュール１０ｃに
被処理液を流入させ、且つ前記被処理液入口側の逆浸透
膜モジュール１０ｂから濃縮液を排出させるように流路
を切替える、流路切り替え手段を有する配管構造と、被
処理水のｐＨを２．０〜６．５に調整するためのｐＨ調
整手段８ｂと、スケール防止剤添加手段９ｂを備える。

【００２４】流路切り替え手段を有する配管構造は、被
処理水供給配管１０１、被処理水供給配管１０２及び被
処理水供給配管１０３の連結箇所に三方弁７ｃを、配管
１０４、配管１０５及び配管１１９の連結箇所に三方弁
７ｄを、配管１１４、配管１１５及び配管１１９の連結
箇所に三方弁７ｅを、配管１１６、配管１１７及び濃縮
水排出配管１１８の連結箇所に三方弁７ｆを、それぞれ
配設する構造である。三方弁７ｃ、７ｄ、７ｅ及び三方
弁７ｆは、後述する被処理水の脱塩方法において、流路
切替え手段としての働きをするが、流路切替え手段は、
三方弁に限定されるものではない。

【００２５】逆浸透膜モジュール集合体は、複数の逆浸
透膜モジュールを組み合わせてなる集合体であって、前
段の逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水を後段の
逆浸透膜モジュールの被処理水とするものである。第２
の実施の形態例で使用する逆浸透膜モジュール、ｐＨ調
整手段８ｂ及びスケール防止剤添加手段９ｂは、第１の
実施の形態例で使用するものと同様であるので、その説
明を省略する。

【００２６】脱塩装置３０を用いる脱塩方法は、逆浸透
膜モジュール集合体の被処理液入口ポート４ｂから被処
理液を流入させると共に、濃縮液出口ポート５ｃから濃
縮液を排出させ、脱塩液出口ポート６ｂ、６ｃから脱塩
液を得る脱塩工程と、流路切替えにより、前記逆浸透膜
モジュール集合体を構成する逆浸透膜モジュールのう
ち、濃縮液出口側（後段）の逆浸透膜モジュール１０ｃ
に被処理液を流入し、且つ前記被処理液入口側（前段）
の逆浸透膜モジュール１０ｂから濃縮液を排出すると共
に、前記脱塩液出口ポート６ｂ、６ｃより脱塩液を得る
逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程と、を交互に行
う。

【００２７】脱塩工程は次のように行われる。先ず、三
方弁７ｃにより被処理水供給配管１０１と被処理水供給
配管１０２を、三方弁７ｄにより配管１１９と配管１０
５を、三方弁７ｅにより配管１１４と配管１１９を、三
方弁７ｆにより配管１１７と濃縮水排出配管１１８を連
通させる。次いで、被処理水は、必要に応じて、ｐＨ調
整又はスケール防止剤が添加され、被処理水供給配管１
０１、１０２、１０６を順に流通し、ポート４ｂより逆
浸透膜モジュール１０ｂの被処理水側１ｂに流入する。
流入した被処理水は、処理水出口となるポート５ｂに向
かって流通するとともに、中間濃縮水がポート５ｂより
排出され、脱塩水は、逆浸透膜モジュール１０ｂの脱塩
水側２ｂのポート６ｂから得られる。ポート５ｂより排
出された中間濃縮水は、配管１１１、１１４、１１９、
１０５及び１０７を順に流通し、ポート４ｃより逆浸透
膜モジュール１０ｃの被処理水側１ｃに流入する。流入
した中間濃縮水（逆浸透膜モジュール１０ｃの被処理
水）は、処理水出口となるポート５ｃに向かって流通す
るとともに、濃縮水がポート５ｃより排出され、脱塩水
は、逆浸透膜モジュール１０ｃの脱塩水側２ｃのポート
６ｃから得られる（以上の水の流れは図中、実線の矢印
で示す。）。

【００２８】上記脱塩工程を長時間行うにつれて、後段
側逆浸透膜モジュール１０ｃの逆浸透膜３ｃがスケール
などにより汚染され、阻止率の低下、及び透過水量の低
下が起こる。ここで、流路の切替えを三方弁で行うこと
により逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程に移行す
る。すなわち、三方弁７ｃにより配管１０１と配管１０
３を、三方弁７ｄにより配管１１９と配管１０４を、三
方弁７ｅにより配管１１５と配管１１９を、三方弁７ｆ
により配管１１６と配管１１８を連通させる。この切替
えにより、後段側逆浸透膜モジュール１０ｃは前段側と
なり、前段側逆浸透膜モジュール１０ｂは後段側とな
る。すなわち、被処理水は、必要に応じて、ｐＨ調整又
はスケール防止剤が添加され、被処理水供給配管１０
１、１０３、１０７を順に流通し、ポート４ｃより逆浸
透膜モジュール１０ｃの被処理水側１ｃに流入する。流
入した被処理水は、処理水出口となるポート５ｃに向か
って流通するとともに、中間濃縮水がポート５ｃより排
出され、脱塩水は、逆浸透膜モジュール１０ｃの脱塩水
側２ｃのポート６ｃから得られる。ポート５ｃより排出
された中間濃縮水は、配管１１２、１１５、１１９、１
０４及び１０６を順に流通し、ポート４ｂより逆浸透膜
モジュール１０ｂの被処理水側１ｂに流入する。流入し
た中間濃縮水（逆浸透膜モジュール１０ｂの被処理水）
は、処理水出口となるポート５ｂに向かって流通すると
ともに、濃縮水がポート５ｂより排出され、脱塩水は、
逆浸透膜モジュール１０ｂの脱塩水側２ｂのポート６ｂ
から得られる（以上の水の流れは図中、破線の矢印で示
す。）。

【００２９】逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程によ
り、逆浸透膜モジュール１０ｃの汚染された逆浸透膜３
ｃが塩濃度が低い被処理水に暴露されるため、逆浸透膜
面上のシリカ、硬度成分及びその他の難溶性塩類等の汚
染物や析出物が少しづつ再溶解し、汚染物や析出物が消
滅し、阻止率及び透過水量が回復する。また、逆浸透膜
モジュール配置変換脱塩工程を長時間行うにつれて、今
度は逆浸透膜モジュール１０ｂの逆浸透膜３ｂがスケー
ルなどにより汚染され、阻止率の低下、及び透過水量の
低下が起こる。そして、再度、さらに、流路切替えによ
り、脱塩工程に切り替え、以後これが繰り返し行われ
る。

【００３０】上記脱塩工程から逆浸透膜モジュール配置
変換脱塩工程への切替え、あるいは、逆浸透膜モジュー
ル配置変換脱塩工程から脱塩工程への切替えは、第１の
実施の形態例における切替え時期と同様に行えばよい。
また、第２の実施の形態例により、逆浸透膜モジュール
集合体を用いる脱塩装置及び脱塩方法においても、上記
第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

【００３１】本発明の逆浸透膜を用いる脱塩装置及び脱
塩方法の被処理水としては、特に制限されず、井戸水、
工業用水、海水などを挙げることができるが、本発明の
逆浸透膜を用いる脱塩装置及び脱塩方法は、特に、半導
体デバイス製造工程の洗浄排水の脱塩処理に好適に用い
ることができる。半導体デバイスの洗浄排水としては、
０．０１〜１０mg/lのカルシウムと１００〜１０００mg
/lのフッ化物イオンを含有する排水又は半導体デバイス
製造工場から排出される１０〜８００mg/lのカルシウム
と１０〜３００mg/lのフッ化物イオンを含有する水質の
ものを挙げることができる。

【００３２】

【実施例】実施例１下記装置仕様及び運転条件において、ｐＨ調整手段８ａ
とスケール防止剤添加手段９ａを省略した以外は、図１
と同様の構成の逆浸透膜モジュールを使用した。結果を
図３及び図４に示す。図３は、運転日数に対する透過流
束保持率（％）の変化を示す。透過流束保持率（％）は
操作圧力と水温の補正をした透過水流量を初期の透過水
流量で除して百分率で表した値であり、膜面が汚染して
くると低い値となる。図４は、運転日数に対するシリカ
阻止率（％）の変化を示す。

【００３３】（運転の条件）・被処理水；表１に示す水質を有する工業用水・逆浸透膜モジュール（ＲＯ）；型式；NTR-759 （日東電工社製）逆浸透膜；全芳香族ポリアミド系回収率；５０％操作圧力；１．２MPa ・脱塩工程２０日間、逆フロー脱塩工程２０日間の繰り
返し連続８０日間運転

【００３４】

【表１】

【００３５】比較例１逆フロー脱塩工程を行うことなく、脱塩工程を連続して
行った以外は、実施例１と同様の方法で行った。結果を
図３及び図４に示す。

【００３６】本例の装置において、ＲＯの回収率５０％
は、濃縮水の濃度が、原水の約２倍の濃度となるが、明
らかにその溶解度を超える成分は存在しないにも係わら
ず、約２０日間で透過水量が初期の８０％に、シリカの
阻止率が初期の９９％に対して９５％にそれぞれ低下し
た。実施例１においては、その後、逆フロー脱塩工程を
行ったため、流路切り替え後のＲＯの入口側近傍の膜面
の部位、すなわち、汚染により水が透過し難くなった部
位の透過水流量が徐々に回復するため、全体の透過水流
量が増加してくる。一方、流路切り替え後のＲＯの出口
側近傍の膜面の部位は、新たに汚染され、徐々に水が透
過し難くなるので、全体の透過水量は減少に転じた。４
０日後の再度の脱塩工程により、再び透過水流量は初期
の８０％まで減少したので、逆フロー脱塩工程に切替
え、回復させた。以上の操作を繰り返し、薬品洗浄を実
施することなく、透過水流束保持率８０％以上を維持し
て８０日間、運転することができた。また、シリカ阻止
率も透過水流束保持率と同様の低下傾向を示し、シリカ
阻止率９５％以上を維持して８０日間、運転することが
できた（図４）。一方、比較例１は８０日後、透過水流
束保持率５０％程度まで減少した。また、シリカの阻止
率は８７％に低下した。

【００３７】実施例２下記装置仕様及び運転条件において、ｐＨ調整手段８ｂ
とスケール防止剤添加手段９ｂを省略した以外は、図２
と同様の構成の逆浸透膜モジュール集合体を使用した。
結果を図５及び図６に示す。図５は運転日数に対する透
過流束保持率（％）の変化を示し、図６は運転日数に対
するシリカ阻止率（％）の変化を示す。

【００３８】（運転の条件）・被処理水；半導体デバイス製造工場の廃水を水酸化ナ
トリウムで中和したものであって表２に示す水質を有す
るもの。・逆浸透膜モジュール集合体で使用する逆浸透膜モジュ
ール（ＲＯ）；型式；NTR-759 （日東電工社製）逆浸透膜；全芳香族ポリアミド系回収率；７５％操作圧力；１．２MPa ・脱塩工程１５日間、逆浸透膜モジュール配置変換脱塩
工程１５日間の繰り返し連続９０日間運転

【００３９】

【表２】

【００４０】比較例２逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程を行うことなく、
脱塩工程を連続して行った以外は、実施例２と同様の方
法で行った。結果を図５及び図６に示す。

【００４１】本例では、被処理水は、カルシウムとフッ
化物イオンについて、フッ化カルシウムとしてのイオン
濃度積が、その溶解度積である３．５×１０^-11を超え
て、１５．９×１０^-11となっており、過飽和の状態で
ある。本例のＲＯでは回収率が７５％であり、濃縮水は
元の濃度の約４倍となるため、上記イオン濃度積は６４
倍の１０．２×１０^-9となる。このような状態では、フ
ッ化カルシウムがＲＯの膜面に析出し、透過水流量や阻
止率が低下してしまう。すなわち、３０日間の脱塩工程
で、初期の透過水流量の７０％まで、ナトリウムの阻止
率は初期値９５％に対して、８８％に低下してしまう
（比較例２）。実施例２においては、１５日経過後、逆
浸透膜モジュール配置変換脱塩工程を行ったため、後段
側のＲＯの膜が洗浄され透過水量が徐々に回復し、全体
の透過水量が増加した。一方、前段側のＲＯの膜が新た
に汚染され、徐々に水が透過し難くなり、全体の透過水
量は減少に転じた。３０日以降の再度の脱塩工程によ
り、再び透過水流量は初期の９０％まで減少したので、
逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程に切替え、回復さ
せた。以上の操作を繰り返し、薬品洗浄を実施すること
なく、透過水流束保持率９０％以上を維持して９０日
間、運転することができた。また、シリカ阻止率も透過
水流束保持率と同様の低下傾向を示し、シリカ阻止率９
０％以上を維持して９０日間、運転することができた
（図６）。一方、比較例２は９０日後、透過水流束保持
率６０％程度まで減少した。また、ナトリウム阻止率は
８７％に低下した。

【００４２】実施例３下記装置仕様及び運転条件において、図２と同様の構成
の逆浸透膜モジュール集合体を使用した。結果を図７及
び図８に示す。図７は運転日数に対する透過流束保持率
（％）の変化を示し、図８は運転日数に対するシリカ阻
止率（％）の変化を示す。

【００４３】（運転の条件）・被処理水；半導体デバイス製造工場からの廃水を電気
透析装置で脱塩したものであって、表３に示す水質を有
するもの・逆浸透膜モジュール集合体で使用する逆浸透膜モジュ
ール（ＲＯ）；型式；NTR-759 （日東電工社製）逆浸透膜；全芳香族ポリアミド系回収率；７５％操作圧力；１．２MPa ・脱塩工程１５日間、逆浸透膜モジュール配置変換脱塩
工程１５日間の繰り返し連続９０日間運転・ｐＨ調整手段；被処理水をｐＨ６以下となるように調
整する・スケール防止剤添加手段；スケール防止剤として、Ａ
Ｃ−３００（オルガノ社製）を使用し、濃縮水中の濃度
が６mg/lとなるように調整する

【００４４】

【表３】

【００４５】比較例３逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程を行うことなく、
脱塩工程を連続して行った以外は、実施例３と同様の方
法で行った。結果を図７及び図８に示す。

【００４６】本例では、被処理水は、カルシウムとフッ
化物イオンについて、フッ化カルシウムとしてのイオン
濃度積が０．２７×１０^-11であり、原水のままであれ
ば、その溶解度積である３．５×１０^-11を超えてはい
ない。しかし、本例のＲＯでは回収率が７５％であり、
濃縮水は元の濃度の約４倍となるため、上記イオン濃度
積は６４倍の４．１×１０^-11となる。このような状態
では、フッ化カルシウムがＲＯの膜面に析出し、透過水
流量や阻止率が低下してしまう。また、この水はシリカ
濃度が１０９mg as SiO₂ /l であり、ほぼ飽和濃度に達
している。濃縮水は元の濃度の約４倍となるため、シリ
カは４４０mg as SiO₂ /l もの濃度に達し、膜面にスケ
ールとして析出し、透過水流量や阻止率が低下してしま
う。本例の装置では、３０日間の脱塩工程で、初期の透
過水流量の７５％に、シリカの阻止率は初期値９８％に
対して、９０％にそれぞれ低下してしまう（比較例
３）。このように、比較例３ではｐＨを６以下に調整し
ても、また、スケール防止剤を添加してもフッ化カルシ
ウムの析出による膜面の汚染を同時に防止することはで
きない。実施例３においては、１５日間の脱塩工程の実
施により、透過水量は徐々に減少し、初期の９０％まで
達する。ここで、逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程
を行ったため、後段側のＲＯの膜が洗浄され透過水量が
徐々に回復し、全体の透過水量が増加する。一方、前段
側のＲＯの膜が新たに汚染され、徐々に水が透過し難く
なり、全体の透過水量は減少に転じた。３０日以降の再
度の脱塩工程により、再び透過水流量は初期の９０％ま
で減少したので、逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程
に切替え、回復させた。以上の操作を繰り返し、薬品洗
浄を実施することなく、透過水流束保持率９０％以上を
維持して９０日間、運転することができた。また、シリ
カ阻止率も透過水流束保持率と同様の低下傾向を示し、
シリカ阻止率９５％以上を維持して９０日間、運転する
ことができた（図８）。一方、比較例３は９０日後、透
過水流束保持率６０％程度まで減少した。また、シリカ
の阻止率は８８％に低下した。

【００４７】実施例４スケール防止剤添加手段９ｂを省略した以外は、実施例
３と同様の方法で行った。結果を図９及び図１０に示
す。

【００４８】比較例４逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程を行うことなく、
脱塩工程を連続して行った以外は、実施例４と同様の方
法で行った。結果を図９及び図１０に示す。

【００４９】図９に示すように、実施例４は実施例３と
比較して、逆浸透膜モジュール配置変換脱塩工程を実施
した後の回復度が小さいため、透過水量が徐々に低下し
ていくものの、９０日間運転しても８０％を維持してい
た。シリカ阻止率の推移も、同様の傾向にあり、逆浸透
膜モジュール配置変換脱塩工程を実施した後、徐々に低
下していくものの、薬品洗浄を実施することなく、９０
日間運転してもシリカ阻止率９０％以上を維持してい
た。また、比較例４は、透過水流量が１５日間で初期の
７５％に低下し、シリカ阻止率は９０％まで低下した。

【００５０】

【発明の効果】本発明（１）によれば、長期間運転して
も、膜面の汚染による阻止率の低下及び透過水量の低下
がない脱塩装置とすることができ、さらには、従来、河
川や海洋に放流していた排水、例えば半導体デバイス工
場の洗浄排水を回収再利用することが可能な装置とする
ことができる。また、本発明（２）によれば、逆浸透膜
モジュール集合体を用いる脱塩装置においても、前記本
発明（１）と同様の効果を奏することができる。また、
本発明（３）によれば、本発明（１）又は（２）と同様
の効果を奏する他、スケール防止剤により、逆浸透膜の
膜面へのスケール発生を防止することができ、さらなる
長期間運転が可能な装置とすることができる。また、本
発明（４）によれば、本発明（１）〜（３）と同様の効
果を奏する他、スケール発生の原因となるカルシウムや
シリカ由来の化合物の溶解性を高めて、スケールの発生
を防止することができ、安定した連続運転が可能な装置
とすることができる。

【００５１】また、本発明（５）によれば、長期間運転
しても、膜面の汚染による阻止率の低下及び透過水量の
低下がなく、さらには、流路切替え工程を頻繁に、例え
ば１５分ごとに、行うことにより、従来、河川や海洋に
放流していた排水、例えば半導体デバイス工場の洗浄排
水を回収再利用することが可能となる。また、本発明
（６）によれば、逆浸透膜モジュール集合体を用いる場
合においても、前記本発明（５）と同様の効果を奏する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態例における逆浸透膜モジュー
ルを使用する脱塩装置のフロー図を示す。

【図２】第２の実施の形態例における逆浸透膜モジュー
ル集合体を使用する脱塩装置のフロー図を示す。

【図３】実施例１及び比較例１の運転時間に対する透過
水流束保持率の変化を示す。

【図４】実施例１及び比較例１の運転時間に対するシリ
カ阻止率の変化を示す。

【図５】実施例２及び比較例２の運転時間に対する透過
水流束保持率の変化を示す。

【図６】実施例２及び比較例２の運転時間に対するナト
リウム阻止率の変化を示す。

【図７】実施例３及び比較例３の運転時間に対する透過
水流束保持率の変化を示す。

【図８】実施例３及び比較例３の運転時間に対するシリ
カ阻止率の変化を示す。

【図９】実施例４及び比較例４の運転時間に対する透過
水流束保持率の変化を示す。

【図１０】実施例４及び比較例４の運転時間に対するシ
リカ阻止率の変化を示す。

【図１１】従来例における逆浸透膜モジュールを使用す
る脱塩装置のフロー図を示す。

【図１２】従来例における逆浸透膜モジュール集合体を
使用する脱塩装置のフロー図を示す。

【符号の説明】

１ａ〜１ｃ、５３、６３ａ〜６３ｃ被処理水側２ａ〜２ｃ、５２、６２ａ〜６２ｃ脱塩水側３ａ〜３ｃ、５１、６１ａ〜６１ｃ逆浸透膜４ａ〜４ｃ被処理水入口（ポート）５ａ〜５ｃ濃縮水出口（ポート）６ａ〜６ｃ脱塩水出口（ポート）７ａ〜７ｆ三方弁８ａ、８ｂｐＨ調整手段９ａ、９ｂスケール防止剤添加手段１０ａ〜１０ｃ、５０、６０、６０ａ〜６０ｃ逆浸透
膜モジュール１１〜１３、１０１〜１０３、５４被処理水
供給配管１４、１５、８１、９１、１０４〜１０９、１１４、１
１５、１１９配管１７、１８、１９、５５、１１１、１１２、１１６、１
１７、１１８濃縮水排出配管２０、３０逆浸透膜を用いる脱塩装置５６、１１０脱塩水出口配管

───────────────────────────────────────────────────── 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 5/00 ６１０Ｃ０２Ｆ 5/00 ６１０Ｅ６１０Ｆ６２０６２０Ｂ６２０Ｃ 5/08 5/08 Ｆ 5/10 ６２０ 5/10 ６２０Ａ６２０Ｄ６２０Ｅ 5/12 5/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理液を流入させる被処理液入口と、
濃縮液を排出させる濃縮液出口と、脱塩液を流出させる
脱塩液出口を備えた逆浸透膜モジュールを用いた脱塩装
置において、前記被処理液入口を濃縮液出口に切替え、
且つ前記濃縮液出口を被処理液入口に切替える流路切替
え手段を有する配管構造を備えることを特徴とする逆浸
透膜を用いる脱塩装置。
【請求項２】複数の逆浸透膜モジュールを組み合わせ
てなり、被処理液を流入させる被処理液入口と、濃縮液
を排出させる濃縮液出口と、脱塩液を流出させる脱塩液
出口とを備える逆浸透膜モジュール集合体を用いる脱塩
装置において、前記濃縮液出口側の逆浸透膜モジュール
に被処理液を流入させ、且つ前記被処理液入口側の逆浸
透膜モジュールから濃縮液を排出させるように流路を切
替える、流路切り替え手段を有する配管構造を備えるこ
とを特徴とする逆浸透膜を用いる脱塩装置。
【請求項３】更に、被処理液にスケール防止剤を添加
するためのスケール防止剤添加手段を備えることを特徴
とする請求項１又は２記載の逆浸透膜を用いる脱塩装
置。
【請求項４】更に、被処理液のｐＨを２．０〜６．５
に調整するためのｐＨ調整手段を備えることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１項に記載の逆浸透膜を用い
る脱塩装置。
【請求項５】逆浸透膜モジュールを用いる脱塩方法で
あって、被処理液を被処理液入口から流入させ、濃縮液
を濃縮液出口から排出するとともに、脱塩液出口より脱
塩液を得る脱塩工程と、前記被処理液入口を濃縮液出口
に切替え、且つ前記濃縮液出口を被処理液入口に切替え
た後、被処理液を切替え後の被処理液入口から流入さ
せ、濃縮液を切替え後の濃縮液出口から排出するととも
に、前記脱塩液出口より脱塩液を得る逆フロー脱塩工程
と、を交互に行うことを特徴とする逆浸透膜を用いる脱
塩方法。
【請求項６】複数の逆浸透膜モジュールを組み合わせ
てなる逆浸透膜モジュール集合体の被処理液入口から被
処理液を流入させると共に、濃縮液出口から濃縮液を排
出させ、脱塩液出口から脱塩液を得る脱塩工程と、流路
切替えにより、前記逆浸透膜モジュール集合体を構成す
る逆浸透膜モジュールのうち、前記濃縮液出口側の逆浸
透膜モジュールに被処理液を流入し、且つ前記被処理液
入口側の逆浸透膜モジュールから濃縮液を排出すると共
に、前記脱塩液出口より脱塩液を得る逆浸透膜モジュー
ル配置変換脱塩工程と、を交互に行うことを特徴とする
逆浸透膜を用いる脱塩方法。