JP2004000919A - 脱塩水製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ホウ素及びTOC濃度が著しく低い高水質の脱塩水を、高い水回収率で安定に製造する。
【解決手段】脱塩装置2の濃縮水をホウ素除去装置5で処理した後脱塩装置2の入口側へ戻して循環処理する脱塩水製造装置。濃縮水の循環処理で水回収率を高める。濃縮水をホウ素除去装置5で処理して循環処理することにより、ホウ素の濃縮を防止して高水質の脱塩水を得る。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は脱塩水製造装置に係り、特に、ホウ素及びTOCが著しく低減された高水質の脱塩水を、高い水回収率で製造することができる脱塩水製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、市水、地下水、工水等の原水から超純水を製造する超純水製造装置は、基本的に、前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製造装置から構成される。このうち、前処理装置は、凝集、浮上、濾過、除濁膜装置等で構成される。一次純水製造装置は、活性炭吸着塔、紫外線(UV)酸化装置、化学的酸化装置、脱気装置等のうちの1種又は2種以上の装置と、脱塩装置とで構成され、このうち脱塩装置は、逆浸透(RO)膜分離装置、電気再生式脱塩装置、イオン交換装置(混床式イオン交換装置ないしはイオン交換純水装置)の1種或いは2種以上の組み合わせにより構成される。また、二次純水製造装置は、一次純水製造装置と同様な装置単位を適宜組み合わせたものであり、一般的には、低圧UV酸化装置、混床式イオン交換装置及び限外濾過(UF)膜分離装置で構成される。
【0003】
これらの各装置単位において、原水の脱塩は、RO膜分離装置、電気再生式脱塩装置及び混床式イオン交換装置で行われる。また、原水中の微粒子の除去は、RO膜分離装置及びUF膜分離装置で行われ、TOC成分の除去は、RO膜分離装置、イオン交換純水装置、低圧UV酸化装置で行われる。
【0004】
このような超純水製造装置により工水、その他の水を原水として超純水を製造する場合、得られる超純水の純度が悪く、管理値を満足し得ない場合がある。例えば、抵抗率18.24MΩ・cmの超純水を製造する超純水製造装置において、得られる超純水の抵抗率が18.0MΩ・cmあるいはそれ以下にまで低下する場合がある。このような純度低下は、特に、装置の運転時間が長くなった場合に著しい。
【0005】
しかして、この純度低下の原因は、原水中のホウ素にあることが知られている。
【0006】
従来、ホウ素の除去手段としては、強塩基性アニオン交換樹脂、ホウ素選択性キレート樹脂、或いはpH9以上のアルカリ性条件でのRO膜分離処理が知られており、本出願人は、先に脱塩装置の後段にホウ素選択性キレート樹脂を充填したホウ素吸着樹脂塔を設けてホウ素を除去するようにした超純水製造装置を提案した(特開平8−89956号公報)。
【0007】
しかし、強塩基性アニオン交換樹脂は、単位樹脂量当たりのホウ素の吸着量が少なく、ホウ素の除去効率が悪い。また、RO膜分離処理では、pH9以上のアルカリ性であればホウ素を除去し得るが、超純水の製造プロセスのように、pH中性の系内では、ホウ素は解離せずにホウ酸として存在するため、除去し得ず、濃縮水中に濃縮される。
【0008】
ホウ素選択性キレート樹脂は、一般の強塩基性アニオン交換樹脂よりも単位樹脂量当たりのホウ素の吸着量は多いが、被処理水中のホウ素濃度が低いと単位樹脂量当たりのホウ素吸着量は小さいものとなる。このため、脱塩装置の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けた特開平8−89956号公報の装置では、ホウ素濃度の低い脱塩水がホウ素吸着樹脂塔に導入されるため、単位樹脂量当たりのホウ素吸着量が少なく、ホウ素吸着樹脂塔への通水可能な時間が短く、ホウ素吸着樹脂塔を頻繁に再生する必要があるという欠点がある。即ち、原水である市水、工水等のホウ素濃度は、通常20μg/L程度である。従って、このような低ホウ素濃度の原水を脱塩処理して得られる処理水のホウ素濃度は更に低く、このため、ホウ素選択性キレート樹脂の吸着能を有効利用することができない。
【0009】
また、ホウ素選択性キレート樹脂は、有機物(TOC)の溶出の問題があり、ホウ素吸着樹脂塔の後段にRO膜分離装置やUV酸化装置等を設けてTOCの除去を行わないと、得られる超純水のTOCが安定しないという問題もある。そして、ホウ素吸着樹脂塔の後段にRO膜分離装置やUV酸化装置を設けた場合には、これらの装置の負荷が大きいという問題もある。
【0010】
ところで、脱塩装置としてのRO膜分離装置や電気再生式脱塩装置にあっては、水回収率を高めるために、濃縮水を循環処理することが行われている。この場合、例えば、脱塩装置として、RO膜分離装置を2段に直列に配置した場合、或いは、RO膜分離装置とその後段の電気再生式脱塩装置を設けた場合に、比較的純度の高い、後段のRO膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水を前段のRO膜分離装置の導入側に戻すことが考えられる。しかしながら、このように濃縮水を回収して循環処理を行う場合、前述の如く、pH中性におけるRO膜分離処理ではホウ素の除去率は低く、50〜60%程度であるため、RO膜分離装置で除去し得なかったホウ素が系内で濃縮され、経時により処理水水質の悪化を招くという問題がある。
【0011】
【特許文献1】
特開平8−89956号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ホウ素及びTOC濃度が著しく低い高水質の脱塩水を、高い水回収率で安定に製造することができる脱塩水製造装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱塩水製造装置は、ホウ素含有水が供給され、該ホウ素含有水を脱塩水と濃縮水とに分離する脱塩装置と、該脱塩装置から排出される濃縮水を、該脱塩装置の上流側に戻す返送路と、該返送路の途中に設けられ、該濃縮水中のホウ素を除去するホウ素除去装置とを有することを特徴とする。
【0014】
本発明の脱塩水製造装置では、脱塩装置から排出される濃縮水を循環処理することにより水回収率を高めることができる。このように、脱塩装置の濃縮水を循環処理した場合、前述の如く、系内でのホウ素の濃縮の問題があるが、本発明では、この循環濃縮水をホウ素除去装置で処理してホウ素を除去した後脱塩装置の上流側に戻すため、濃縮水を循環処理することによるホウ素の濃縮の問題は解消される。しかも、本発明では、比較的ホウ素濃度の高い脱塩装置の濃縮水をホウ素除去装置で処理するため、例えば、ホウ素選択性キレート樹脂等のホウ素選択性吸着体による処理において、単位吸着体当たりのホウ素吸着量が多くなり、従って、処理水量を大きく(通水時間を長く)することができ、吸着体の再生頻度を低減することができる。
【0015】
また、ホウ素選択性キレート樹脂等のホウ素選択性吸着体から溶出するTOCは、脱塩装置で除去することができるため、このホウ素選択性吸着体から溶出するTOCの除去のための装置を設ける必要もなく、脱塩水のTOCの増加も防止することができる。
【0016】
ところで、特開平8−89956号公報に記載される装置のように、脱塩装置の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けたものでは、ホウ素選択性キレート樹脂からのTOCの溶出の問題に加えて、次のような不具合もある。即ち、脱塩処理系統にホウ素吸着樹脂塔を設けた場合、樹脂の再生時に通水を中断することは、脱塩水の製造を中止することになる。このため、再生時も連続通水を行うために、ホウ素吸着樹脂塔を2塔設ける必要がある。
【0017】
これに対して本発明の脱塩水製造装置であれば、ホウ素吸着樹脂塔の再生時又は交換時には、通水を中断して濃縮水を系外に排出すれば良く、再生のためにホウ素吸着塔を2塔設ける必要はない。
【0018】
なお、このように濃縮水を処理する場合、脱塩処理系統での処理に比べて、ホウ素吸着塔に通水される処理水量が少ないことにより、ホウ素吸着塔の再生頻度を低減することができるという効果を得ることもできる。
【0019】
また、特開平8−89956号公報に記載される装置のように脱塩装置の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けた場合には、脱塩装置の後段にブースターポンプを設け、脱塩装置の処理水を昇圧してホウ素吸着樹脂塔に通水する必要が生じる場合もあるが、本発明のように、濃縮水を通水する場合には、このような問題も解消される。
【0020】
本発明において、脱塩装置は、RO膜分離装置及び/又は電気再生式脱塩装置により構成されることが好ましく、例えば、
▲1▼ RO膜分離装置とこのRO膜分離装置の透過水が導入される電気再生式脱塩装置とで構成される脱塩装置
或いは
▲2▼ 前段のRO膜分離装置と、この前段のRO膜分離装置の透過水が導入される後段のRO膜分離装置とで構成される脱塩装置
等を採用することができる。
【0021】
なお、電気再生式脱塩装置は、電極(陽極、陰極)の間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂、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ものであり、特公平4−72567号公報、特許第2751090号公報、特許第2699256号公報等に記載されている。電気再生式脱塩装置は、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あるという利点がある。
【0022】
このような本発明の脱塩水製造装置において、循環処理する濃縮水は、比較的純度の高いRO膜分離装置の後段の電気再生式脱塩装置又は後段のRO膜分離装置の濃縮水であることが好ましい。
【0023】
脱塩装置の前段のRO膜分離装置の濃縮水を循環処理する場合、或いは、脱塩装置としてRO膜分離装置を1段のみ設け、その濃縮水を循環処理する場合、この濃縮水は塩類濃度が高いため、これを脱塩装置に循環すると脱塩装置の負荷が大きくなり過ぎ、好ましくない。従って、この場合には、濃縮水の返送路にこの濃縮水を脱塩処理するためのRO膜分離装置(以下このRO膜分離装置を「回収RO膜分離装置」と称す場合がある。)を設け、濃縮水を回収RO膜分離装置で脱塩処理した後ホウ素除去装置でホウ素の除去を行い、その後脱塩装置に導入することが好ましい。
【0024】
この回収RO膜分離装置で濃縮水中の塩類を除去する場合、この濃縮水中にシリカが濃縮されていると、回収RO膜分離装置においてシリカスケールが生成して脱塩が困難になる恐れがあるため、回収RO膜分離装置に導入する濃縮水にスケール防止剤を添加するか、酸を添加してスケールの生成し難い条件に調整することが好ましい。
【0025】
本発明において、ホウ素除去装置としては、
(i) ホウ素選択性吸着体を充填したホウ素吸着塔
(ii) ホウ素と錯体を形成するキレート剤を添加するキレート剤添加装置
(iii) 被処理水をアルカリ性にして通水するRO膜分離装置(以下「ホウ素除去用アルカリRO膜分離装置」と称す場合がある。)
又は
(iv) 電気再生式脱塩装置(以下「ホウ素除去用電気再生式脱塩装置」と称す場合がある。)
等を用いることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の脱塩水製造装置の実施の形態を詳細に説明する。
【0027】
図1〜6は本発明の脱塩水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【0028】
図1の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置1で処理した後RO膜分離装置3及び電気再生式脱塩装置4よりなる脱塩装置2で処理して脱塩水を製造するものである。前段のRO膜分離装置3の濃縮水は、系外へ排出し、このRO膜分離装置3の透過水を電気再生式脱塩装置4で処理して脱塩水を得ると共に、濃縮水をホウ素除去装置5に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をRO膜分離装置3の入口側に戻して循環処理する。
【0029】
図2の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置1で処理した後、2段に配置したRO膜分離装置3A,3B及び電気再生式脱塩装置4よりなる脱塩装置2Aで処理して脱塩水を製造するものである。前段のRO膜分離装置3Aの濃縮水は系外へ排出し、このRO膜分離装置3Aの透過水を後段のRO膜分離装置3Bで処理し、このRO膜分離装置3Bの透過水を電気再生式脱塩装置4で処理して脱塩水を得る。後段のRO膜分離装置3Bの濃縮水及び電気再生式脱塩装置4の濃縮水はホウ素除去装置5に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をRO膜分離装置3Aの入口側に戻して循環処理する。
【0030】
図3の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置1で処理した後、RO膜分離装置3及び混床式イオン交換装置6よりなる脱塩装置2Bで処理して脱塩水を製造するものである。前段のRO膜分離装置3の透過水は混床式イオン交換装置6で処理して脱塩水を得る。RO膜分離装置3の濃縮水は回収RO膜分離装置3Kで処理し、得られた透過水をホウ素除去装置5に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をRO膜分離装置3の入口側に戻して循環処理する。回収RO膜分離装置3Kの濃縮水は系外へ排出する。
【0031】
図4の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置1で処理した後、RO膜分離装置3及び2段に配置した電気再生式脱塩装置4A,4Bよりなる脱塩装置2Cで処理して脱塩水を製造するものである。RO膜分離装置3の濃縮水は系外へ排出し、このRO膜分離装置3の透過水を前段の電気再生式脱塩装置4Aで処理し、この電気再生式脱塩装置4Aの透過水を後段の電気再生式脱塩装置4Bで処理して脱塩水を得る。前段の電気再生式脱塩装置4Aの濃縮水及び後段の電気再生式脱塩装置4Bの濃縮水はホウ素除去装置5に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をRO膜分離装置3の入口側に戻して循環処理する。
【0032】
図5の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置1で処理した後、2段に配置したRO膜分離装置3A,3B及び2段に配置した電気再生式脱塩装置4A,4Bよりなる脱塩装置2Dで処理して脱塩水を製造するものである。前段のRO膜分離装置3Aの濃縮水は系外へ排出し、このRO膜分離装置3Aの透過水を後段のRO膜分離装置3Bで処理し、このRO膜分離装置3Bの透過水を前段電気再生式脱塩装置4Aで処理し、この電気再生式脱塩装置4Aの透過水を後段の電気再生式脱塩装置4Bで処理して脱塩水を得る。後段のRO膜分離装置3Bの濃縮水及び前段の及び後段の電気再生式脱塩装置4A,4Bの濃縮水はホウ素除去装置5に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をRO膜分離装置3Aの入口側に戻して循環処理する。
【0033】
図6の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置1で処理した後、2段に配置したRO膜分離装置3A,3B及び混床式イオン交換装置6よりなる脱塩装置2Eで処理して脱塩水を製造するものである。前段のRO膜分離装置3Aの濃縮水は系外へ排出し、このRO膜分離装置3Aの透過水を後段のRO膜分離装置3Bで処理し、このRO膜分離装置3Bの透過水を混床式イオン交換装置6で処理して脱塩水を得る。後段のRO膜分離装置3Bの濃縮水はホウ素除去装置5に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をRO膜分離装置3Aの入口側に戻して循環処理する。
【0034】
本発明において、原水としては、市水、工水、井水、その他のプロセス排水、或いはこれらの混合水を用いることができる。一般に、これらの原水のホウ素濃度は20〜30μg/Lの範囲であるが、本発明はホウ素濃度1〜500μg/Lの原水に適用可能である。
【0035】
前処理装置1としては、特に制限はなく、除濁装置、活性炭吸着塔、脱気装置、脱炭酸装置等が必要に応じて組み合わせて用いられる。
【0036】
脱塩装置としては、前処理水を脱塩水と濃縮水とに分離する装置を含むものであれば良く、一般的には、RO膜分離装置及び/又は電気再生式脱塩装置、更に必要に応じてイオン交換装置等が用いられる。本発明の脱塩水製造装置の脱塩装置は、図1に示すRO膜分離装置3と電気再生式脱塩装置4との組み合せ、図2に示す2段RO膜分離装置3A,3Bと電気再生式脱塩装置4との組み合せ、図3に示すRO膜分離装置3と混床式イオン交換装置6との組み合せ、図4に示すRO膜分離装置3と2段電気再生式脱塩装置4A,4Bとの組み合せ、図5に示す2段RO膜分離装置3A,3Bと2段電気再生式脱塩装置4A,4Bとの組み合せ、図6に示す2段RO膜分離装置3A,3Bと混床式イオン交換装置6との組み合せに何ら限定されず、例えば、
▲1▼ RO膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の1段処理
▲2▼ RO膜分離装置の2段又は3段以上の多段処理
▲3▼ RO膜分離装置と電気再生式脱塩装置と混床式イオン交換装置
等を採用することもできる。また、RO膜分離装置の2段処理において、2段目のRO膜分離装置の入口水に、炭酸成分のイオン化の目的でNaOH,KOH等のアルカリ剤を添加してpH調整を行うなどの処理も任意に採用することができる。また、非再生式イオン交換装置を併用しても良く、例えば、図1において、電気再生式脱塩装置4の後段に更に非再生式イオン交換装置を設けても良い。また、図6の混床式イオン交換装置6の代りに非再生式イオン交換装置を設けても良い。また、これらの脱塩装置を構成する装置単位間に脱気装置等の脱塩装置以外の装置を設けても良い。
通常の場合、このような脱塩装置の被処理水のpHは3〜10の範囲とされる。
【0037】
本発明の脱塩水製造装置では、水回収率の向上のために、脱塩装置から排出される濃縮水を循環処理するが、この循環処理による系内でのホウ素の濃縮を防止するために、濃縮水をホウ素除去装置5で処理してホウ素を除去する。
【0038】
本発明において、ホウ素を除去して循環処理する濃縮水は、RO膜分離装置及び/又は電気再生式脱塩装置を2段以上に設けた脱塩装置の場合には、塩類濃度の高い前段の装置の濃縮水は系外へ排出し、比較的純度の高い後段の電気再生式脱塩装置又はRO膜分離装置の濃縮水であることが好ましい。このため、図1,4の脱塩水製造装置では、RO膜分離装置3の後段の電気再生式脱塩装置4又は電気再生式脱塩装置4A,4Bの濃縮水を循環処理し、図2,5,6の脱塩水製造装置では、RO膜分離装置3Aの後段のRO膜分離装置3Bの濃縮水と更にその後段の電気再生式脱塩装置4,4A,4Bの濃縮水を循環処理し、いずれも前段のRO膜分離装置3,3Aの濃縮水を系外へ排出している。
【0039】
RO膜分離装置又は電気再生式脱塩装置を1段のみ設けた脱塩装置の場合や、1段目のRO膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水を循環処理する必要がある場合には、図3に示す如く、濃縮水の返送系路にこの濃縮水を処理するための回収RO膜分離装置3Kを設けてRO膜分離処理し、濃縮水を系外へ排出し、得られた透過水を循環処理することが好ましい。
【0040】
図3に示す如く、回収RO膜分離装置3Kで濃縮水中の塩類を除去する場合、この濃縮水中にシリカが濃縮されていると、回収RO膜分離装置3Kにおいてシリカスケールが生成して脱塩が困難になる恐れがあるため、回収RO膜分離装置に導入する濃縮水にスケール防止剤を添加するか、酸を添加してpH4程度のスケールの生成し難い条件に調整することが好ましい。
【0041】
この回収RO膜分離装置3KにおけるRO膜分離処理は、pH中性又は酸性条件となり、このようなpH条件ではホウ素はイオン化しないため、回収RO膜分離装置3Kでは除去されず、その殆どが透過水中に移行するようになる。通常の場合、回収RO膜分離装置3Kにおけるホウ素除去率は20〜30%程度である。このような回収RO膜分離装置3Kを設ける場合、この回収RO膜分離装置3Kの水回収率は50〜70%程度とすることが好ましい。
【0042】
なお、図1,2や図4〜6の脱塩水製造装置にあっても前段のRO膜分離装置3,3Aの濃縮水を回収RO膜分離装置で処理した後ホウ素除去装置5に送給して循環処理することも可能であるが、一般的には、前段RO膜分離装置の濃縮水は系外へ排出することが好ましい。
【0043】
本発明において、循環濃縮水を処理するホウ素除去装置5としては、
(i) ホウ素選択性吸着体を充填したホウ素吸着塔
(ii) ホウ素と錯体を形成するキレート剤を添加するキレート剤添加装置
(iii) 被処理水をアルカリ性にして通水するRO膜分離装置(ホウ素除去用アルカリRO膜分離装置)
又は
(iv) 電気再生式脱塩装置(ホウ素除去用電気再生式脱塩装置)
等を用いることができる。
【0044】
ホウ素選択性吸着体としては、ホウ素選択性キレート樹脂のような粒状物でも良く、また、繊維状物でも良い。これらを吸着塔内に充填し、循環濃縮水を通水することによりホウ素を吸着除去することができる。また、ホウ素選択性吸着体の微粒子を循環濃縮水に添加してホウ素を除去しても良い。しかし、微粒子を使用する場合は後段に微粒子除去工程が必要になり、また、吸着塔の場合は運転操作が容易であり、再生により繰り返し使用できることから、吸着塔方式を採用することが好ましい。吸着塔方式を採用した場合、一塔式でも良く、また、二塔式など複数塔式でも良い。複数塔式では吸着塔を直列に配置して使用しても良く、並列に配置して使用しても良い。また、吸着塔は再生が必要になった時にその場で再生する再生型でも良いし、別途再生済みの吸着塔と交換する非再生型でも良い。
【0045】
ホウ素選択性吸着体としては、イオン交換作用でホウ素を吸着するものや、キレート作用でホウ素を吸着するものがあるが、本発明においてはいずれをも用いることができる。なお、ホウ素選択性のない通常のイオン交換樹脂では、濃縮水の処理であり、共存塩類によって速やかに樹脂の吸着能が飽和し、再生頻度が高くなるので好ましくない。
【0046】
本発明において、ホウ素選択性吸着体としては、各種のものを用いることができるが、例えば、市販のホウ素選択性キレート樹脂の「ダイヤイオンCRB」(三菱化学(株))、ホウ素選択性キレート繊維の「キレストファイバーGRY」(キレスト(株))等を用いることができる。
【0047】
例えば、「ダイヤイオンCRB02」は、以下に示す如く、スチレン・ジビニルベンゼンの骨格にホウ素選択性の高いキレート形成基としてNグルカミン基を導入した化学構造を有している。
【0048】
【化1】
【0049】
このNグルカミン基は、弱塩基性アニオン交換樹脂と同様の3級アミン型になっており、次のような反応でホウ酸性ホウ素を吸着する。
【0050】
【化2】
【0051】
ホウ素選択性吸着体を充填した吸着塔への濃縮水の通水SVは特に限定されない。ホウ素を吸着して破過したホウ素選択性吸着体は、HCl、HSO等の酸、又はNaOH、KOH等のアルカリ剤を用いて任意の方法で再生することができる。
【0052】
一方、ホウ素と錯体を形成するキレート剤としては、液体キレート剤として知られているタイロン:(OH)(SONa)やクロモトロープ酸ナトリウム:(OH)10(SONa)などが使用でき、また、ソルビット、マンニットなどの多価アルコール類或いはクルクミンなどを用いることができる。濃縮水をpH5以下の酸性としてこれらのキレート剤を添加すると、ホウ素と錯体を形成してホウ素を捕捉する。形成された錯体は脱塩装置で排除される。
【0053】
本発明においては、ホウ素濃度の高い濃縮水を処理することから、前述の如く、ホウ素選択性キレート樹脂等のホウ素選択性吸着体のホウ素吸着量を高めることができる。即ち、工水等の原水のホウ素濃度は20〜30μg/L程度であり、この程度の希薄水では、ホウ素吸着量が低く、ホウ素選択性吸着体の再生頻度が高いものとなるが、例えば、このような原水を1段目のRO膜分離装置で処理して得られる透過水のホウ素濃度は10〜15μg/L程度であり、この透過水を電気再生式脱塩装置で4〜5倍程度に濃縮処理して得られる濃縮水のホウ素濃度は80μg/L程度となる。
【0054】
また、pH中性の処理において、1段目RO膜分離装置の濃縮水のホウ素濃度は50〜60μg/L程度であり、これを回収RO膜分離装置で処理して得られる透過水は、回収RO膜分離装置のホウ素除去率が20〜30%程度と低いため、処理する前のホウ素濃度と大差はなく、50〜60μg/L程度である。
【0055】
このように、濃縮水を処理することで、ホウ素濃度50〜100μg/L程度の水がホウ素除去装置5に導入されるようになるため、ホウ素選択性吸着体の単位量当たりのホウ素吸着量を増大させることができる。なお、温泉地区の市水のようにホウ素濃度が100μg/L程度の原水の場合には、ホウ素除去装置5にはホウ素濃度200μg/L程度の濃縮水が導入されるようになる。
【0056】
本発明ではまた、脱塩装置で脱塩水と濃縮水とに分離され、原水に対して水量が低減された濃縮水をホウ素除去装置5で処理することによっても、ホウ素選択性吸着体の再生頻度を低減することができる。
【0057】
ホウ素除去装置としてホウ素除去用アルカリRO膜分離装置を用いる場合、ホウ素除去用アルカリRO膜分離装置の給水のpHは8以上のアルカリ性、好ましくはpH8〜11、より好ましくは9〜11とする。これは、水中のホウ酸は中性付近では殆ど解離せず、RO膜分離装置では分離することはできないが、pHが高くなるほど解離してRO膜分離装置で分離できるようになるためである。図11にRO膜分離装置の給水のpHとホウ素除去率との関係を示すが、このグラフからも、RO膜分離装置のホウ素除去率はpHに依存し、pHが上昇するに従い除去率が向上すること、特にpH9以上で高い除去率を得ることができることがわかる。
【0058】
このホウ素除去用アルカリRO膜分離装置の給水のpH調整のためのアルカリ剤としては、特に制限はなく、NaOH、KOH等の一般的なアルカリ剤を用いることができる。
【0059】
ホウ素除去用アルカリRO膜分離装置のその他の運転条件、使用膜、圧力、透過水量(水回収率)には特に制限はない。このホウ素除去用アルカリRO膜分離装置の処理水(透過水)は必要に応じてHCl、HSO等の酸を添加してpH4〜11、好ましくはpH6〜8に調整した後ホウ素除去装置の上流側に循環する。
【0060】
一方、ホウ素除去装置としてホウ素除去用電気再生式脱塩装置を用いる場合には、電気再生式脱塩装置に導入された水は、電気再生式脱塩装置内部に充填されているアニオン交換樹脂の表面で部分的にアルカリ性になるので、ホウ酸は解離し、電気的に濃縮水側へ移動して分離される。ただし、ホウ素除去用電気再生式脱塩装置においても給水をアルカリ性にしておくのが好ましく、NaOH、KOH等のアルカリ剤の添加によりpH7〜10程度に調整しておくことが好ましい。
【0061】
このホウ素除去用電気再生式脱塩装置の処理水も必要に応じてpH4〜11、好ましくはpH6〜8に調整した後ホウ素除去装置の上流側に循環する。
【0062】
ところで、ホウ素除去装置としてRO膜分離装置又は電気再生式脱塩装置を用いる場合、装置内で水が濃縮されることにより、Ca等の硬度成分の濃度が高くなり、炭酸カルシウム等のスケールが発生し、運転に支障をきたす場合がある。特に、pHアルカリ性ではこのスケールによる問題が起こり易く、短時間で運転ができなくなる場合がある。
【0063】
従って、ホウ素除去装置としてRO膜分離装置又は電気再生式脱塩装置を採用する場合には、特に、脱塩装置として前段にRO膜分離装置が設けられ、その後段にRO膜分離装置又は電気再生式脱塩装置が設けられている場合には、前段のRO膜分離装置の濃縮水ではなく、図1,2、図4〜6に示す如く、前段のRO膜分離装置の透過水を脱塩処理して得られる後段のRO膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水を処理して循環させるようにすることが好ましい。
【0064】
この場合には、前段のRO膜分離装置で水中のCa等の硬度成分が除去され、この透過水中のCa等の硬度成分濃度は微量となっているため、その後段のRO膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水のCa等の硬度成分濃度もスケールが発生するほどに高くなることはなく、従って、このような濃縮水をホウ素除去用アルカリRO膜分離装置又はホウ素除去用電気再生式脱塩装置で処理してもスケール障害に到ることはなく安定運転が可能である。
【0065】
本発明の脱塩水製造装置は、一般的には、前述のような前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製造装置から構成される超純水製造装置に組み込まれて用いられ、従って、図1〜6に示した脱塩装置とホウ素除去装置の他に、任意の処理装置が前段又は後段に設けられていても良い。
【0066】
【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。説明の便宜上、まず、比較例を挙げる。
【0067】
比較例1
図7に示す脱塩水製造装置により脱塩水の製造を行った。
【0068】
原水は野木町水(pH:6.9,導電率:13.0mS/m、ホウ素濃度:21〜25μg/L)であり、この原水を、前処理装置1としての精密濾過(MF)膜分離装置(孔径:0.2μm)で濾過した後、脱炭酸塔(入口pH:5〜5.5)にて脱炭酸処理し、前処理水(pH:5.8〜6.2,導電率:14.4mS/m、ホウ素濃度:21〜25μg/L)を得た。
【0069】
この前処理水をRO膜分離装置(日本電工(株)製「ES20」4インチ,2本)3に0.8MPaの圧力で通水して下記条件で処理し、濃縮水を系外へ排出した。RO膜分離装置3の透過水を電気再生式脱塩装置(栗田工業(株)製「M40型」1台)4に通水して下記条件で処理して脱塩水を得、濃縮水を系外へ排出した。
[RO膜分離装置3の処理条件]
水回収率:75%
給水量:444L/hr
処理水(透過水)量:333L/hr
[電気再生式脱塩装置4の処理条件]
水回収率:90%
処理水(脱塩水)量:300L/hr
濃縮水量:33L/hr
【0070】
この処理において、RO膜分離装置3の処理水(透過水:RO処理水)のホウ素濃度、脱塩水(電気再生式脱塩装置4の処理水)のホウ素濃度及びTOC濃度、及び系全体の水回収率は表1に示す通りであった。
【0071】
比較例2
図8に示す脱塩水製造装置により、比較例1において、電気再生式脱塩装置4の濃縮水をそのままRO膜分離装置3の入口側に戻して循環処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行い、このときのRO処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びTOC濃度、及び系全体の水回収率を表1に示した。
【0072】
この比較例2では、電気再生式脱塩装置4の濃縮水を循環処理したため水回収率は比較例1よりも高くなったが、循環処理によるホウ素の濃縮でRO処理水及び脱塩水のホウ素濃度が高くなっている。
【0073】
実施例1
図1に示す本発明の脱塩水製造装置により、比較例2において、電気再生式脱塩装置4の濃縮水の返送路にホウ素除去装置5を設け、電気再生式脱塩装置4の濃縮水を、ホウ素除去装置5でホウ素の除去処理を行った後RO膜分離装置3の入口側に戻したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。
【0074】
用いたホウ素除去装置5は、三菱化学(株)製ホウ素選択性キレート樹脂「ダイヤイオンCRB02」を3.3L充填したホウ素吸着樹脂塔であり、このホウ素吸着樹脂塔に電気再生式脱塩装置4の濃縮水(給水ホウ素濃度:130〜150μg/L)をSV:10hr−1で通水して処理した。
【0075】
このときのRO処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びTOC濃度、及び系全体の水回収率は表1に示す通りであり、濃縮水の循環処理で水回収率を高めたにもかかわらず、ホウ素及びTOC濃度の低い高水質の脱塩水を得ることができた。
【0076】
このホウ素吸着樹脂塔は、通水1060hrで破過したため、通水1060hrに1回の頻度で再生を行った。
【0077】
比較例3
図9に示す脱塩水製造装置により、比較例2において、RO膜分離装置3と電気再生式脱塩装置4との間に実施例1で用いたものと同様のホウ素吸着樹脂塔(ホウ素選択性キレート樹脂量は実施例1と同量の3.3L,通水SVは100hr−1,給水量は333L/hr)を設け、RO膜分離装置3の透過水をホウ素吸着樹脂塔で処理した後電気再生式脱塩装置4に通水して脱塩水を得ると共に、電気再生式脱塩装置4の濃縮水をそのままRO膜分離装置3の入口側に戻して循環処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。
【0078】
このときのRO処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びTOC濃度、及び系全体の水回収率は表1に示す通りであり、電気再生式脱塩装置4の濃縮水を循環処理したため水回収率は高く、また、RO膜分離装置3と電気再生式脱塩装置4との間にホウ素吸着樹脂塔を設けたため脱塩水のホウ素濃度も低いが、TOC濃度が高い。このTOC濃度の増加は、ホウ素選択性キレート樹脂からのTOCの溶出に起因するものと認められる。
【0079】
また、ホウ素吸着樹脂塔の給水であるRO処理水のホウ素濃度は15〜17μg/Lで、このホウ素吸着樹脂塔は通水640hrで破過したため、通水640hrに1回の頻度で再生を行う必要があり、再生頻度が高かった。
【0080】
また、このように、ホウ素吸着樹脂塔を脱塩処理系統に設ける比較例3では、次の点からも工業的に不利である。即ち、実施例1のように濃縮水をホウ素吸着樹脂塔に通水する場合には、ホウ素吸着樹脂塔の再生時には通水を中断して濃縮水を系外へ排出すれば良いが、脱塩処理系統の水の通水を中断することはできないため、ホウ素吸着樹脂塔の再生の際も連続通水するために、ホウ素吸着樹脂塔が2塔必要となる。
【0081】
比較例4
図10に示す脱塩水製造装置により、比較例1において、電気再生式脱塩装置4の後段に実施例1で用いたものと同様のホウ素吸着樹脂塔(ホウ素選択性キレート樹脂量は実施例1と同量の3,3L,通水SVは91hr−1,給水量は300L/hr)を設け、電気再生式脱塩装置4の処理水をホウ素吸着樹脂塔で処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。濃縮水の循環処理は行わなかった。
【0082】
このときのRO処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びTOC濃度、及び系全体の水回収率は表1に示す通りであり、濃縮水の循環処理を行わないため水回収率は低い。電気再生式脱塩装置4の処理水を更にホウ素吸着樹脂塔で処理したため、脱塩水のホウ素濃度は低いが、ホウ素選択性キレート樹脂からのTOCの溶出でTOC濃度が高いため、後段に更にTOC処理装置が必要となり、このTOC除去装置の負荷が大きいため、装置が大型化する。
【0083】
本比較例のホウ素吸着樹脂塔の給水(電気再生式脱塩装置の処理水)のホウ素濃度は4〜6μg/Lであり、このホウ素吸着樹脂塔は通水1847hrで破過したため、通水1847hrに1回の頻度で再生を行う必要があった。この再生頻度は、ホウ素吸着樹脂塔を用いた実施例1及び比較例3,4の中で最も低いが、このように脱塩処理系統にホウ素吸着樹脂塔を設けることは、前述の比較例3の場合のように、ホウ素吸着樹脂塔の再生のためにホウ素吸着樹脂塔が2塔必要となるという欠点がある上に、電気再生式脱塩装置4の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けることは、TOCの溶出のみならず、次の点からも好ましくない。
【0084】
即ち、電気再生式脱塩装置4の後段に背圧0.1MPa以上の負荷が生じ、給水限界圧力0.4MPa程度となる場合が多いため、送水距離によっては、ホウ素吸着樹脂塔に供給する水の昇圧のために電気再生式脱塩装置4の後段にブースターポンプが必要になる場合がある。
【0085】
【表1】
【0086】
比較例5
図7に示す脱塩水製造装置により脱塩水の製造を行った。
【0087】
原水は野木町水(pH:6.9,導電率:13.0mS/m、ホウ素濃度:25μg/L)であり、この原水を、前処理装置1としての精密濾過(MF)膜分離装置(孔径:0.2μm)で濾過した後、脱炭酸塔(入口pH:5.0)にて脱炭酸処理し、その後活性炭塔に通水して前処理水(pH:6,ホウ素濃度:25μg/L)を得た。
【0088】
この前処理水をRO膜分離装置(超低圧PA膜4インチ,2本)3に0.75MPaの圧力で通水して下記条件で処理し、濃縮水を系外へ排出した。RO膜分離装置3の透過水を電気再生式脱塩装置(栗田工業(株)製「M40型」1台)4に通水して下記条件で処理して脱塩水を得、濃縮水を系外へ排出した。
[RO膜分離装置3の処理条件]
水回収率:80%
給水量:675L/hr
処理水(透過水)量:540L/hr
[電気再生式脱塩装置4の処理条件]
水回収率:80%
処理水(脱塩水)量:432L/hr
濃縮水量:108L/hr
【0089】
この処理において、24時間運転後の脱塩水(電気再生式脱塩装置4の処理水)のホウ素濃度、及び系全体の水回収率は表2に示す通りであった。
【0090】
比較例6
図8に示す脱塩水製造装置により、比較例1において、電気再生式脱塩装置4の濃縮水をそのままRO膜分離装置3の入口側に戻して循環処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行い、このときの24時間運転後の脱塩水のホウ素濃度、及び系全体の水回収率を表2に示した。
【0091】
この比較例6では、電気再生式脱塩装置4の濃縮水を循環処理したため水回収率は比較例5よりも高くなったが、循環処理によるホウ素の濃縮で脱塩水のホウ素濃度が高くなっている。
【0092】
実施例2
図1に示す本発明の脱塩水製造装置により、比較例6において、電気再生式脱塩装置4の濃縮水の返送路にホウ素除去装置5を設け、電気再生式脱塩装置4の濃縮水を、ホウ素除去装置5でホウ素の除去処理を行った後RO膜分離装置3の入口側に戻したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。
【0093】
用いたホウ素除去装置5は、RO膜分離装置(超低圧PA膜4インチ,1本)であり、電気再生式脱塩装置4の濃縮水にNaOHを添加してpH9〜10に調整した後、0.8MPaの圧力で通水し、下記条件で処理した。
[ホウ素除去用アルカリRO膜分離装置の処理条件]
水回収率:80%
給水量:108L/hr
処理水(透過水)量:86L/hr
【0094】
この処理において、24時間運転後の脱塩水のホウ素濃度、及び系全体の水回収率は表2に示す通りであり、濃縮水の循環処理で水回収率を高めたにもかかわらず、ホウ素及びTOC濃度の低い高水質の脱塩水を得ることができた。
【0095】
実施例3
実施例2において、電気再生式脱塩装置4の濃縮水をpH7に調整し、ホウ素除去用アルカリRO膜分離装置の代りにホウ素除去用電気再生式脱塩装置(栗田工業(株)製「M10型」1台)を用い、下記条件で処理したこと以外は、同様にして脱塩水の製造を行った。
[ホウ素除去用電気再生式脱塩装置の処理条件]
水回収率:80%
処理水量:86L/hr
【0096】
この処理において、24時間運転後の脱塩水のホウ素濃度、及び系全体の水回収率は表2に示す通りであり、濃縮水の循環処理で水回収率を高めたにもかかわらず、ホウ素及びTOC濃度の低い高水質の脱塩水を得ることができた。
【0097】
【表2】
【0098】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の脱塩水製造装置によれば、ホウ素及びTOC濃度が著しく低い高水質の脱塩水を、高い水回収率で安定に製造することができる。しかも、本発明によれば、ホウ素除去に用いるホウ素選択性吸着体の単位量当たりのホウ素吸着量を増加させることができ、ホウ素選択性吸着体を有効利用して再生頻度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脱塩水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【図2】本発明の脱塩水製造装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【図3】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図4】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図5】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図6】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図7】比較例1で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図8】比較例2で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図9】比較例3で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図10】比較例4で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図11】RO膜分離装置の給水のpHとホウ素除去率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 前処理装置
2,2A,2B,2C,2D,2E 脱塩装置
3,3A,3B,3K RO膜分離装置
4,4A,4B 電気再生式脱塩装置
5 ホウ素除去装置
6 混床式イオン交換装置

Claims (11)

  1. ホウ素含有水が供給され、該ホウ素含有水を脱塩水と濃縮水とに分離する脱塩装置と、
    該脱塩装置から排出される濃縮水を、該脱塩装置の上流側に戻す返送路と、
    該返送路の途中に設けられ、該濃縮水中のホウ素を除去するホウ素除去装置とを有することを特徴とする脱塩水製造装置。
  2. 請求項1において、該脱塩装置は、逆浸透膜分離装置及び/又は電気再生式脱塩装置により構成されることを特徴とする脱塩水製造装置。
  3. 請求項1又は2において、該脱塩装置とホウ素除去装置との間の返送路に濃縮水処理用の逆浸透膜分離装置が設けられており、前記脱塩装置の濃縮水を該濃縮水処理用の逆浸透膜分離装置で処理して得られた透過水が前記返送路を通して前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。
  4. 請求項2又は3において、該脱塩装置は、逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の透過水が導入される電気再生式脱塩装置とを備えることを特徴とする脱塩水製造装置。
  5. 請求項4において、該電気再生式脱塩装置から排出される濃縮水が、前記返送路を経て前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。
  6. 請求項2又は3において、前記脱塩装置が前段の逆浸透膜分離装置と、該前段の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される後段の逆浸透膜分離装置とを備え、該後段の逆浸透膜分離装置の濃縮水が前記返送路を経て前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項において、前記ホウ素除去装置は、ホウ素選択性吸着体を充填したホウ素吸着塔であることを特徴とする脱塩水製造装置。
  8. 請求項1ないし6のいずれか1項において、前記ホウ素除去装置は、ホウ素と錯体を形成するキレート剤を添加するキレート剤添加装置であることを特徴とする脱塩水製造装置。
  9. 請求項1ないし6のいずれか1項において、前記ホウ素除去装置は、被処理水をアルカリ性にして通水する逆浸透膜分離装置、又は電気再生式脱塩装置であることを特徴とする脱塩水製造装置。
  10. ホウ素含有水が供給され、該ホウ素含有水を脱塩水と濃縮水とに分離する脱塩装置と、
    該脱塩装置から排出される濃縮水を、該脱塩装置の上流側に戻す返送路と、
    該返送路の途中に設けられ、該濃縮水中のホウ素を除去するホウ素除去装置とを有する脱塩水製造装置であって、
    該ホウ素除去装置は、被処理水をアルカリ性にして通水する逆浸透膜分離装置、又は電気再生式脱塩装置であり、
    前記脱塩装置は、前段の逆浸透膜分離装置と、該前段の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される後段の逆浸透膜分離装置とを備え、該後段の逆浸透膜分離装置の濃縮水が前記返送路を経て前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。
  11. ホウ素含有水が供給され、該ホウ素含有水を脱塩水と濃縮水とに分離する脱塩装置と、
    該脱塩装置から排出される濃縮水を、該脱塩装置の上流側に戻す返送路と、
    該返送路の途中に設けられ、該濃縮水中のホウ素を除去するホウ素除去装置とを有する脱塩水製造装置であって、
    該ホウ素除去装置は、被処理水をアルカリ性にして通水する逆浸透膜分離装置、又は電気再生式脱塩装置であり、
    前記脱塩装置は、逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の透過水が導入される電気再生式脱塩装置とを備え、該電気再生式脱塩装置から排出される濃縮水が、前記返送路を経て前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。
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