JP2004057935A - 超純水製造システム - Google Patents
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Abstract
【課題】製造される超純水の水質を維持した上で、より簡素化された超純水システムを提供する。
【解決手段】前処理部１、超純水製造部２及び端末配管部３からなり、サブシステムのない超純水製造システム。超純水製造部２はタンク２１、ＲＯ膜装置２２、脱気装置２３、電気脱イオン装置２４及び濾過膜装置２５を備え、ユースポイントからの余剰の超純水はタンク２１に戻される。或いは、前処理部は除濁装置、活性炭吸着装置及びＲＯ膜装置を備え、超純水製造部はタンク、脱気装置、電気脱イオン装置及び濾過膜装置を備え、ユースポイントからの余剰の超純水はタンクに戻される。
【選択図】 図１
【解決手段】前処理部１、超純水製造部２及び端末配管部３からなり、サブシステムのない超純水製造システム。超純水製造部２はタンク２１、ＲＯ膜装置２２、脱気装置２３、電気脱イオン装置２４及び濾過膜装置２５を備え、ユースポイントからの余剰の超純水はタンク２１に戻される。或いは、前処理部は除濁装置、活性炭吸着装置及びＲＯ膜装置を備え、超純水製造部はタンク、脱気装置、電気脱イオン装置及び濾過膜装置を備え、ユースポイントからの余剰の超純水はタンクに戻される。
【選択図】 図１
Description
【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又は研究施設等において利用される超純水製造システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超純水製造システムは、図３に示す如く、一般的には前処理部、一次純水システム、サブシステム、及び端末配管部で構成されている。前処理部では、後段の装置が安定して運転を行えるよう、不溶解性物質の除去を主目的として、凝集、沈殿、濾過、軟化、除鉄、除マンガン、吸着などの処理が行われる。一次純水システムは、前処理部とサブシステムとの中間に位置し、前処理水を処理して一次純水を製造するものであり、主にイオン交換装置、脱気装置、逆浸透（ＲＯ）膜装置で構成されている。最近では、環境保全の観点から、再生薬品を用いることなく連続採水が可能な電気脱イオン装置が、イオン交換装置に変わる脱塩装置の主流になりつつある。
【０００３】
サブシステムは、二次純水システムとも呼ばれており、一次純水システムより送られてくる純水グレードの水質を超純水に仕上げるものであり、一般的にはサブタンク、紫外線（ＵＶ）酸化装置、イオン交換装置、限外濾過（ＵＦ）膜装置で構成されている。サブシステムで製造された超純水は、端末配管部でユースポイントに送水され、ユースポイントで使用されなかった余剰の超純水は、サブシステムのサブタンクに戻され、循環処理される。
【０００４】
このような従来の超純水システムは、高純度の超純水を安定的にユースポイントに送水する点においては、理想的な装置構成となっているが、ユーザーからの設備投資費及び運転コストの削減要求から、近年、超純水システムの簡素化が強く求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、製造される超純水の水質を維持した上で、より簡素化された超純水システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の超純水製造システムは、原水が導入される前処理部と、該前処理部で処理された前処理水が導入される超純水製造部と、該超純水製造部で製造された超純水をユースポイントに送水し、余剰の超純水を該超純水製造部に戻す端末配管部とを備える超純水製造システムであって、該超純水製造部は、少なくとも、前処理水が導入されるタンクと、タンクからの水を処理する逆浸透膜装置、脱気装置、電気脱イオン手段、及び濾過膜装置で構成され、かつ、前記端末配管部から戻される余剰の超純水は、該タンクに導入されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の超純水製造システムは、原水が導入される前処理部と、該前処理部で処理された前処理水が導入される超純水製造部と、該超純水製造部で製造された超純水をユースポイントに送水し、余剰の超純水を該超純水製造部に戻す端末配管部とを備える超純水製造システムであって、該前処理部は、少なくとも除濁装置、活性炭吸着装置、及び逆浸透膜装置で構成され、該超純水製造部は、少なくとも、前処理水が導入されるタンクと、タンクからの水を処理する、脱気装置、電気脱イオン手段、及び濾過膜装置で構成され、かつ、前記端末配管部から戻される余剰の超純水は、該タンクに導入されることを特徴とする。
【０００８】
即ち、本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究を進めた結果、従来の超純水製造システムの構成部のうち、サブシステムを削減することによって、設備投資費及び運転コストを大幅に低減することができ、しかも、電子産業分野等における厳しい要求水質を十分に満たす超純水を製造することも可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
本発明においては、特に、超純水製造部の電気脱イオン手段は、複数段の電気脱イオン装置を備え、最前段の電気脱イオン装置は、ｐＨ８．５以下の原水をアルカリ薬剤を添加することなしに処理したときに、該原水のｐＨよりも１．０以上高いｐＨの処理水が得られるように、脱塩室厚みが７ｍｍ以上で、セルあたりの操作電圧が１〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、ＳＶが３０〜１５０／ｈｒである装置であり、かつ、２段目以降の電気脱イオン装置は、脱塩室内が区画部材によって多数の小室に区画されており、各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止するものであることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の超純水製造システムの実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は請求項１の超純水製造システムの実施の形態を示す系統図であり、図２は請求項２の超純水製造システムの実施の形態を示す系統図である。
【００１２】
図１，２の超純水製造システムは、市水、工水、河川水、井水等の原水が導入される前処理部１、前処理部１で処理された前処理水が導入される超純水製造部２、超純水製造部２で製造された超純水をユースポイント４に送水し、余剰水を超純水製造部２に戻す端末配管部３とからなる。
【００１３】
図１の超純水製造システムでは、前処理部１は、除濁装置１１と活性炭吸着装置１２とで構成され、超純水製造部２は、前処理水をタンク２１に受け、このタンク２１内の水をポンプＰ１によりＲＯ膜装置２２、脱気装置２３、電気脱イオン装置２４に順次通水して処理し、電気脱イオン装置２４の処理水をポンプＰ２で昇圧した後濾過膜装置２５で処理して超純水を得る。製造された超純水は端末配管部３の送水配管３１よりユースポイント４に送水され、ユースポイント４で使用されなかった余剰水は戻り配管３２より超純水製造部２のタンク２１に戻される。
【００１４】
図２の超純水製造システムは、ＲＯ膜装置を超純水製造部２ではなく、前処理部１に設けた点が図１の超純水製造システムと異なる。即ち、前処理部１は、除濁装置１１、活性炭吸着装置１２及びＲＯ膜装置１３で構成され、超純水製造部２は、タンク２１、ポンプＰ１、脱気装置２３、電気脱イオン装置２４、ポンプＰ２及び濾過膜装置２５で構成される。
【００１５】
この超純水製造システムでは、ＲＯ膜装置１３が前処理部１に含まれており、超純水製造部２の構成ユニット数が少ないため、ユースポイント４での水使用量が変動しても、対応が容易となる。また、ユースポイント４で水を使用しない場合は、前処理部１を停止させることが可能となり、運転管理費を低減することができるという利点がある。
【００１６】
図１，２の超純水製造システムにおいて、除濁装置１１としては、加圧浮上装置、砂濾過装置の他、精密濾過（ＭＦ）膜や限外濾過（ＵＦ）膜などの除濁膜装置も用いることができる。
【００１７】
また、脱気装置２３としては、真空脱気装置、窒素脱気装置、膜脱気装置等を用いることができ、特に制限されるものではないが、超純水製造部２からの不純物溶出の防止、及びコンパクト性を考慮すると、膜脱気装置が好ましい。また、濾過膜装置２５の濾過膜は、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、逆浸透（ＲＯ）膜のいずれでも良いが、現在の超純水水質を満足させるためにはＵＦ膜又はＲＯ膜が好ましい。
【００１８】
超純水製造部２に設置されている電気脱イオン装置２４の処理水は直接、超純水水質に影響を与えるため、現状の超純水要求水質を達成できるような高性能のものを使用することが好ましい。具体的には、電気脱イオン装置２４の処理水の水質としては、比抵抗値１８ＭΩ・ｃｍ以上、シリカ濃度１ｐｐｂ以下を達成するものが好ましく、このために、後述の電気脱イオン手段を用いることが好ましい。
【００１９】
図１，２に示す超純水製造システムは、本発明の実施の形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２０】
例えば、図１の超純水製造システムにおいて、前処理部１の構成については特に制限はなく、例えば、除濁装置１１は必ずしも必要とされず、原水の濁度が低い場合には、これを省略しても良い。また、超純水製造部２において、ＲＯ膜装置２２、脱気装置２３及び電気脱イオン装置２４は、図１に示す順で直列に接続したものが好ましいが、脱気装置２３がＲＯ膜装置２２の上流側に設置されていても良い。
【００２１】
また、図１，２の超純水製造システムにおいて、原水の水質によっては、前処理部１に更に除鉄、除マンガン装置等が必要となる場合もある。
【００２２】
ユースポイント４での超純水使用量が少ない場合には、余剰水として戻される循環水量が増大するため、必要に応じて超純水製造部２に熱交換器を設置して、超純水の水温を一定にすることが好ましい。更に、超純水の要求ＴＯＣ濃度が厳しい場合には、前処理部１又は超純水製造部２にＴＯＣ分解装置を設置しても良い。ＴＯＣ分解装置としては生物活性炭装置、ＲＯ膜装置の多段化、ＵＶ酸化装置などを用いることができる。
【００２３】
前述の如く、本発明の超純水製造システムの超純水製造部に設置される電気脱イオン手段の処理水は、得られる超純水の水質に直接影響し、この電気脱イオン手段の処理水の比抵抗値は１８ＭΩ・ｃｍ以上、シリカ濃度は１ｐｐｂ以下であることが好ましいことから、このような処理水が得られるように、本発明では、電気脱イオン手段として、本出願人より、特開２００１−１１３２８１に提案した、電気脱イオン装置を複数段直列に接続し、最前段の電気脱イオン装置（以下、「第１電気脱イオン装置」と称す。）として、ｐＨ８．５以下の原水をアルカリ薬剤を添加することなしに処理したときに、該原水のｐＨよりも１．０以上高いｐＨの処理水が得られるように、脱塩室厚みが７ｍｍ以上で、セルあたりの操作電圧が１〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、ＳＶが３０〜１５０／ｈｒである装置を用い、２段目以降の電気脱イオン装置（以下、「第２以降電気脱イオン装置」と称す。）として、脱塩室内が区画部材によって多数の小室に区画されており、各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止するものを用いることが好ましい。
【００２４】
以下に本発明の超純水製造システムの超純水製造部に好適な電気脱イオン手段について説明する。
【００２５】
このような電気脱イオン手段において、第１電気脱イオン装置は、ｐＨ８．５以下の被処理水（電気脱イオン装置の給水）にアルカリ薬剤を添加することなく処理した場合において、被処理水よりもｐＨが１．０以上、好ましくは１．３〜３．０程度高い処理水（脱イオン水）を得ることができるものであり、電気脱イオン装置内において、水のｐＨが上昇することにより、シリカやホウ素等の弱電解物質及び硬度成分が効率よく除去される。
【００２６】
第１の電気脱イオン装置は、次のｉ），ｉｉ）の構成を採用することが好ましい。
ｉ） 脱塩室の厚さは７ｍｍ以上とする。処理水のｐＨを効率良く上げるために、脱塩室の厚さは８〜３０ｍｍがより好ましい。脱塩室の厚みとは、陽極と陰極との間の脱塩室の厚みを指す。
ｉｉ） 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い。印加電圧が高いときには、アニオン交換体の単独層でもよい。一部の脱塩室に混合層が充填され、他の脱塩室にアニオン交換体層が充填されてもよい。
【００２７】
脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体が交互に充填される複層充填は、脱塩室が７ｍｍ以上の厚さであっても、処理水比抵抗値が上昇し、ｐＨは中性となる。これは、ナトリウムイオンなどの１価のカチオンがカチオン交換層で除去されてしまうためである。
【００２８】
第１又は第２以降電気脱イオン装置の濃縮室にイオン交換体が充填されていてもよく、このようにすればセル電圧が低減され、消費電力が減少する。濃縮室にイオン交換体が無く、セル電圧が１５Ｖ／ｃｅｌｌの場合と、濃縮室にイオン交換体が充填され、セル電圧が３〜６Ｖ／ｃｅｌｌの場合とで、同等の処理が可能である。
【００２９】
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などのいずれであっても良い。
【００３０】
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％が平均ビーズ寸法の１０％以内にあり、ビーズ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】
第１電気脱イオン装置では、前記ｉ）及びｉｉ）の構成を採用した電気脱イオン装置が次の条件で運転される。
【００３２】
脱塩室セルは１〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、好ましくは６〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、特に好ましくは１０〜３０Ｖ／ｃｅｌｌの電圧が印加される。水は３０〜１５０／ｈｒ、好ましくは５０〜１００／ｈｒのＳＶで流れる。印加電圧が低すぎる場合、及びＳＶが高すぎる場合は処理水に塩化物イオン等の１価のアニオンやシリカ、ホウ素が漏出する。逆に印加電圧が高すぎる場合及びＳＶが低すぎる場合は１価のカチオンが過度に除去される。
【００３３】
第１電気脱イオン装置の脱塩室内部のｐＨが９．０以上であると、シリカ、ホウ素が除去され易い。脱塩室内部のｐＨを９以上にするには、セルの厚みが異なる脱塩室を形成することにより可能である。具体的には、例えば（セル出口近傍の厚み／最大のセル厚み）の比率が０．６以下とする。
【００３４】
イオン交換膜は均一膜及び不均一膜のいずれでも良いが、不均一膜は均一膜よりもＮａ＋リーク率が高く、処理水ｐＨが上昇する。したがって、カチオン膜は不均一膜が好ましい。アニオン膜はシリカ、ホウ素除去率維持のため均一膜の方がよい。
【００３５】
０．８以下のアニオン交換膜の電気抵抗とカチオン交換膜の電気抵抗との比（Ａ／Ｃ）は、Ｎａ＋を容易に除去する。
【００３６】
このような処理効率を得るためには、特に上記構成において、脱塩室厚みが１０〜２０ｍｍであり、脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体との混床が充填され、イオン交換体は混合層とし、通水ＳＶが５０〜１００／ｈｒであり、印加電圧が１０〜３０Ｖ／ｃｅｌｌであると、被処理水中の硬度成分を５０％以上、ホウ素、シリカ等の弱電解物質を９０％以上除去できる。
【００３７】
第２以降電気脱イオン装置の脱塩室の厚みは第１電気脱イオン装置のそれよりも薄いことが好ましく、その厚みは２．０〜６．０ｍｍが望ましい。さらに第２以降電気脱イオン装置は、高流速化、コンパクト化のために、次のような構造のものを用いる。
【００３８】
即ち、第２以降電気脱イオン装置では、脱塩室内を区画部材によって多数の小室に区画する。この各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は、脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対して傾斜しており、この傾斜した部分は、水は通過させるが、イオン交換体は通過させない構造となっている。このため、脱塩室内に流入した水の少なくとも一部は、平均的な水の流れ方向に対し斜め方向に流れるようになり、脱塩室内の全体に分散して流れる。さらに膜面方向におけるイオンの濃度境界層を破壊する攪拌効果も有する。これによって、イオン拡散抵抗が緩和するため、高流速処理が可能となる。従って、水とイオン交換体との接触効率が向上し、脱イオン特性が向上する。
【００３９】
この小室を平均的な水の流れ方向及びこれと直交方向のいずれにおいても膜面に沿って複数個配置することにより、（例えば縦横に多数配置することにより、）水とイオン交換体との接触効率がきわめて高いものとなる。また、各小室内の上下方向の高さが小さくなり、イオン交換体が局部的に圧縮されにくくなる。従って、小室に隙間が生じることがなく、イオン交換体の充填密度が平均化する。
【００４０】
この小室は、イオン交換膜面に投影した形状が六角形又は四角形であることが好ましい。六角形の場合には、１対の平行な辺が平均的な水の流れ方向となるように各小室を配置するのが好ましい。四角形の場合には、各辺が平均的な水の流れ方向に対し傾斜するように配置する。
【００４１】
すべての小室に同種類のイオン交換体を充填してもよく、一部の小室に他の小室とは異なるイオン交換特性のイオン交換体を充填してもよい。例えば、第１の小室にアニオン交換体を充填し、第２の小室にカチオン交換体を充填し、第３の小室に両性イオン交換体（又はアニオン交換体とカチオン交換体との混合物）を充填してもよい。
【００４２】
上記構造を有する電気脱イオン装置を第１電気脱イオン装置の後段に設置すると、ＳＶを１２０〜２５０ｈ−１と高流速で通水しても、前段からリークしてきたＮａ＋等の一価のカチオンを除去することが可能となる。
【００４３】
以下にこのような電気脱イオン装置を図４，５を参照して説明する。図４は第２以降電気脱イオン装置の脱塩室の構成を示す分解斜視図、図５は区画部材の通水状況を示す正面図である。
【００４４】
この脱塩室は、長方形状のフレーム１２０と、このフレーム１２０内に配置された区画部材１２１と、区画部材１２１によって形成された小室１２２内に充填されたイオン交換体１２３と、フレーム１２０を挟むように配置されたアニオン交換膜１２４及びカチオン交換膜１２５とによって構成されている。区画部材１２１は導電性を有していても良い。
【００４５】
フレーム１２０の上部には被処理水（給水）の導入用の通水孔１２６及び濃縮水（流入側）の通水孔１２７が穿孔され、下部には脱塩水の通水孔１２８及び濃縮水（排出側）の通水孔１２９が穿孔されている。この原水導入用通水孔１２６及び脱塩水の通水孔１２８は切欠状の水路１２６ａ，１２８ａを介してそれぞれフレーム１２０の内側に連通している。
【００４６】
水路１２６ａは、図４では左上の小室にのみ連通するように図示しているが、左右方向の各小室に原水が均等に分配されるように水路１２６ａは実際にはフレーム１２０の上部に複数設けられ、通水孔１２６は最上部の各小室に直接に連通している。同様に、図４では水路１２８ａは右下の小室にのみ連通するように図示してあるが、実際には水路１２８ａはフレーム１２０の下部に複数個設けられており、通水孔１２８は最下部の各小室に直接に連通している。
【００４７】
この実施の形態に係る区画部材１２１は六角形のハニカム形状のものであり、小室１２２は上下左右に多数配置されている。各小室１２２の１対の側辺がフレーム１２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されている。長手方向面１３１は通水性を有していてもよく、有していなくてもよい。
【００４８】
長手方向面１３１が通水性を有していないと、小室内において水がイオン交換体と満遍なく接触しがちとなり、これにより処理水質が向上する。
【００４９】
この脱塩室を有した電気脱イオン装置の全体構造それ自体は通常の電気脱イオン装置と同じであり、原水、濃縮水及び電極水の通水系路も同じであり、陰極電極板、陰極用スペーサ及びカチオン交換膜によって囲まれて陰極室が形成される。
【００５０】
この電気脱イオン装置に通水して脱塩運転を行う場合、脱塩室に流入した原水は、図５の通り小室１２２を囲む区画部材１２１を通過して隣接する小室１２２に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、水路１２８ａを介して脱塩水取出用の通水孔１２８に流入し、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。
【００５１】
この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の水路１２６ａがフレーム１２０の上部に存在し、脱塩水取出用の水路１２８ａがフレーム１２０の下部に存在するところから、上から下に向う鉛直方向となっている。この平均的な水の流れ方向に対し小室の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は１つの小室２２から左及び右側の小室１２２へ斜めに分かれて流下するようになる。このため、被処理水が各小室１２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換体との接触効率が良好なものとなる。
【００５２】
この脱塩室にあっては、小室１２２が比較的小さく、イオン交換体の自重及び水圧によって各小室１２２内においてイオン交換体に対し加えられる下向きの圧力が小さい。従って、いずれの小室１２２内においてもイオン交換体が圧縮されることがなく、イオン交換体が小室内の下部において局部的に圧密化されることがない。
【００５３】
各小室１２２に対して充填されるイオン交換体としては、アニオン交換体、カチオン交換体、両性イオン交換体、これらの２以上の混合物のいずれでもよい。
【００５４】
図４，５では小室は六角形であるが、図６の小室１４５の如く四角形例えば菱形であってもよい。
【００５５】
このような第２以降電気脱イオン装置において、小室のイオン交換膜面への投影面積は１〜１００ｃｍ２とくに２〜５０ｃｍ２とりわけ３〜１０ｃｍ２程度が好ましい。小室を小さくするほど１つの小室に充填するイオン交換体の量が少なくなり、イオン交換体の流動が抑制されると共に、区画部材及び脱塩室の強度も大きくなるが、脱塩室の通水圧損が大きくなる。
【００５６】
充填するイオン交換体は、通常イオン交換樹脂が使用されるが、イオン交換繊維やイオン交換不織布でもよく、イオン交換樹脂とイオン交換繊維の混合物でもよい。導電性の樹脂のようなイオン伝導体であってもよい。
【００５７】
特に、第１電気脱イオン装置の脱塩室の厚みが７ｍｍ以上、特に８〜３０ｍｍであり、第２以降電気脱イオン装置の脱塩室の厚みが２．０〜６．０ｍｍであると、第１電気脱イオン装置でシリカ、ホウ素等の弱電解物質及び硬度成分が除去され、第２以降電気脱イオン装置でシリカ及びホウ素がさらに除去される。第２以降電気脱イオン装置は、第１電気脱イオン装置からリークしたアルカリ成分を除去するので、高水質の処理水が得られる。
【００５８】
【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。
【００５９】
実施例１
図１に示す本発明の超純水製造システムにより、市水を原水として超純水の製造を行い、得られた超純水の水質を表１に示した。
【００６０】
用いた各装置の仕様は下記の通りであり、２ｍ３／ｈｒの処理量で運転を行った。
［前処理部１］
除濁装置１１：（株）クラレ製濾過膜装置「ＭＬ−７１０１」
活性炭吸着装置１２：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
［超純水製造部２］
ＲＯ膜装置２２：栗田工業（株）製「マクエースＫＮ２００」
脱気装置（膜脱気装置）２３：Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 製「Ｌｉｑｕｉ−Ｃｅｌ」
電気脱イオン装置２４：栗田工業（株）製「ＫＣＤＩ−ＵＰ」
濾過膜装置（ＵＦ膜装置）２５：栗田工業（株）製「ＫＵ−１０１０ＨＴ」
【００６１】
なお、表１には、超純水製造システムの装置構成単位数（ただしポンプは含まず）を併記した。
【００６２】
実施例２
図２に示す本発明の超純水製造システムを用いたこと以外は、実施例１と同条件で超純水の製造を行い、超純水製造システムの装置構成単位数と得られた超純水の水質を表１に示した。
【００６３】
用いた各装置の仕様は下記の通りである。
［前処理部１］
除濁装置１１：（株）クラレ製濾過膜装置「ＭＬ−７１０１」
活性炭吸着装置１２：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
ＲＯ膜装置１３：栗田工業（株）製「マクエースＫＮ２００」
［超純水製造部２］
脱気装置（膜脱気装置）２３：Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 製「Ｌｉｑｕｉ−Ｃｅｌ」
電気脱イオン装置２４：栗田工業（株）製「ＫＣＤＩ−ＵＰ」
濾過膜装置（ＵＦ膜装置）２５：栗田工業（株）製「ＫＵ−１０１０ＨＴ」
【００６４】
比較例１
図３に示す従来の超純水製造システムを用いたこと以外は、実施例１と同条件で超純水の製造を行い、超純水製造システムの装置構成単位数と得られた超純水の水質を表１に示した。
【００６５】
用いた各装置の仕様は下記の通りである。
［前処理部］
除濁装置：（株）クラレ製濾過膜装置「ＭＬ−７１０１」
活性炭吸着装置：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
［一次純水システム］
ＲＯ膜装置：栗田工業（株）製「マクエースＫＮ２００」
脱気装置（膜脱気装置）：Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 製「Ｌｉｑｕｉ−Ｃｅｌ」
ＲＯ膜装置：栗田工業（株）製「マクエースＫＮ２００」
電気脱イオン装置：栗田工業（株）製「ＫＣＤＩ−ＵＰ」
［サブシステム］
ＵＶ酸化装置：（株）日本フォトサイエンス社製ＵＶ酸化器ランプ「ＡＺ−２６」 ２本
イオン交換装置：栗田工業（株）製「ＤＫ−２５０」
濾過膜装置（ＵＦ膜装置）：栗田工業（株）製「ＫＵ−１０１０ＨＴ」
【００６６】
【表１】
【００６７】
表１より、本発明によれば、簡素化された超純水製造システムにより、現状の超純水製造システムと同等の水質の超純水を製造することができることがわかる。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の超純水製造システムによれば、従来の超純水製造システムからサブシステムを削減して装置構成を簡素化した上で、近年益々厳しくなりつつある電子産業分野等の超純水の要求水質をも十分に満たす高水質の超純水を製造することができる。本発明によれば、サブシステムの削減で、
▲１▼ サブタンク設備費の削減
▲２▼ シール用窒素ガス量の削減
▲３▼ イオン交換純水装置の削減によるイオン交換樹脂交換費等の削減
▲４▼ 装置の簡素化による省スペース化
といった効果のもとに、超純水製造システムの初期設備費及び運転コストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超純水製造システムの実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の超純水製造システムの他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】従来の超純水製造システムを示す系統図である。
【図４】第２以降電気脱イオン装置の脱塩室の構成を示す分解斜視図である。
【図５】第２以降電気脱イオン装置の区画部材の通水状況を示す正面図である。
【図６】第２以降電気脱イオン装置の区画部材の一例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 前処理部
２ 超純水製造部
３ 端末配管部
４ ユースポイント
１１ 除濁装置
１２ 活性炭吸着装置
１３ ＲＯ膜装置
２１ タンク
２２ ＲＯ膜装置
２３ 脱気装置
２４ 電気脱イオン装置
２５ 濾過膜装置
【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又は研究施設等において利用される超純水製造システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超純水製造システムは、図３に示す如く、一般的には前処理部、一次純水システム、サブシステム、及び端末配管部で構成されている。前処理部では、後段の装置が安定して運転を行えるよう、不溶解性物質の除去を主目的として、凝集、沈殿、濾過、軟化、除鉄、除マンガン、吸着などの処理が行われる。一次純水システムは、前処理部とサブシステムとの中間に位置し、前処理水を処理して一次純水を製造するものであり、主にイオン交換装置、脱気装置、逆浸透（ＲＯ）膜装置で構成されている。最近では、環境保全の観点から、再生薬品を用いることなく連続採水が可能な電気脱イオン装置が、イオン交換装置に変わる脱塩装置の主流になりつつある。
【０００３】
サブシステムは、二次純水システムとも呼ばれており、一次純水システムより送られてくる純水グレードの水質を超純水に仕上げるものであり、一般的にはサブタンク、紫外線（ＵＶ）酸化装置、イオン交換装置、限外濾過（ＵＦ）膜装置で構成されている。サブシステムで製造された超純水は、端末配管部でユースポイントに送水され、ユースポイントで使用されなかった余剰の超純水は、サブシステムのサブタンクに戻され、循環処理される。
【０００４】
このような従来の超純水システムは、高純度の超純水を安定的にユースポイントに送水する点においては、理想的な装置構成となっているが、ユーザーからの設備投資費及び運転コストの削減要求から、近年、超純水システムの簡素化が強く求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、製造される超純水の水質を維持した上で、より簡素化された超純水システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の超純水製造システムは、原水が導入される前処理部と、該前処理部で処理された前処理水が導入される超純水製造部と、該超純水製造部で製造された超純水をユースポイントに送水し、余剰の超純水を該超純水製造部に戻す端末配管部とを備える超純水製造システムであって、該超純水製造部は、少なくとも、前処理水が導入されるタンクと、タンクからの水を処理する逆浸透膜装置、脱気装置、電気脱イオン手段、及び濾過膜装置で構成され、かつ、前記端末配管部から戻される余剰の超純水は、該タンクに導入されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の超純水製造システムは、原水が導入される前処理部と、該前処理部で処理された前処理水が導入される超純水製造部と、該超純水製造部で製造された超純水をユースポイントに送水し、余剰の超純水を該超純水製造部に戻す端末配管部とを備える超純水製造システムであって、該前処理部は、少なくとも除濁装置、活性炭吸着装置、及び逆浸透膜装置で構成され、該超純水製造部は、少なくとも、前処理水が導入されるタンクと、タンクからの水を処理する、脱気装置、電気脱イオン手段、及び濾過膜装置で構成され、かつ、前記端末配管部から戻される余剰の超純水は、該タンクに導入されることを特徴とする。
【０００８】
即ち、本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究を進めた結果、従来の超純水製造システムの構成部のうち、サブシステムを削減することによって、設備投資費及び運転コストを大幅に低減することができ、しかも、電子産業分野等における厳しい要求水質を十分に満たす超純水を製造することも可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
本発明においては、特に、超純水製造部の電気脱イオン手段は、複数段の電気脱イオン装置を備え、最前段の電気脱イオン装置は、ｐＨ８．５以下の原水をアルカリ薬剤を添加することなしに処理したときに、該原水のｐＨよりも１．０以上高いｐＨの処理水が得られるように、脱塩室厚みが７ｍｍ以上で、セルあたりの操作電圧が１〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、ＳＶが３０〜１５０／ｈｒである装置であり、かつ、２段目以降の電気脱イオン装置は、脱塩室内が区画部材によって多数の小室に区画されており、各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止するものであることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の超純水製造システムの実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は請求項１の超純水製造システムの実施の形態を示す系統図であり、図２は請求項２の超純水製造システムの実施の形態を示す系統図である。
【００１２】
図１，２の超純水製造システムは、市水、工水、河川水、井水等の原水が導入される前処理部１、前処理部１で処理された前処理水が導入される超純水製造部２、超純水製造部２で製造された超純水をユースポイント４に送水し、余剰水を超純水製造部２に戻す端末配管部３とからなる。
【００１３】
図１の超純水製造システムでは、前処理部１は、除濁装置１１と活性炭吸着装置１２とで構成され、超純水製造部２は、前処理水をタンク２１に受け、このタンク２１内の水をポンプＰ１によりＲＯ膜装置２２、脱気装置２３、電気脱イオン装置２４に順次通水して処理し、電気脱イオン装置２４の処理水をポンプＰ２で昇圧した後濾過膜装置２５で処理して超純水を得る。製造された超純水は端末配管部３の送水配管３１よりユースポイント４に送水され、ユースポイント４で使用されなかった余剰水は戻り配管３２より超純水製造部２のタンク２１に戻される。
【００１４】
図２の超純水製造システムは、ＲＯ膜装置を超純水製造部２ではなく、前処理部１に設けた点が図１の超純水製造システムと異なる。即ち、前処理部１は、除濁装置１１、活性炭吸着装置１２及びＲＯ膜装置１３で構成され、超純水製造部２は、タンク２１、ポンプＰ１、脱気装置２３、電気脱イオン装置２４、ポンプＰ２及び濾過膜装置２５で構成される。
【００１５】
この超純水製造システムでは、ＲＯ膜装置１３が前処理部１に含まれており、超純水製造部２の構成ユニット数が少ないため、ユースポイント４での水使用量が変動しても、対応が容易となる。また、ユースポイント４で水を使用しない場合は、前処理部１を停止させることが可能となり、運転管理費を低減することができるという利点がある。
【００１６】
図１，２の超純水製造システムにおいて、除濁装置１１としては、加圧浮上装置、砂濾過装置の他、精密濾過（ＭＦ）膜や限外濾過（ＵＦ）膜などの除濁膜装置も用いることができる。
【００１７】
また、脱気装置２３としては、真空脱気装置、窒素脱気装置、膜脱気装置等を用いることができ、特に制限されるものではないが、超純水製造部２からの不純物溶出の防止、及びコンパクト性を考慮すると、膜脱気装置が好ましい。また、濾過膜装置２５の濾過膜は、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、逆浸透（ＲＯ）膜のいずれでも良いが、現在の超純水水質を満足させるためにはＵＦ膜又はＲＯ膜が好ましい。
【００１８】
超純水製造部２に設置されている電気脱イオン装置２４の処理水は直接、超純水水質に影響を与えるため、現状の超純水要求水質を達成できるような高性能のものを使用することが好ましい。具体的には、電気脱イオン装置２４の処理水の水質としては、比抵抗値１８ＭΩ・ｃｍ以上、シリカ濃度１ｐｐｂ以下を達成するものが好ましく、このために、後述の電気脱イオン手段を用いることが好ましい。
【００１９】
図１，２に示す超純水製造システムは、本発明の実施の形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２０】
例えば、図１の超純水製造システムにおいて、前処理部１の構成については特に制限はなく、例えば、除濁装置１１は必ずしも必要とされず、原水の濁度が低い場合には、これを省略しても良い。また、超純水製造部２において、ＲＯ膜装置２２、脱気装置２３及び電気脱イオン装置２４は、図１に示す順で直列に接続したものが好ましいが、脱気装置２３がＲＯ膜装置２２の上流側に設置されていても良い。
【００２１】
また、図１，２の超純水製造システムにおいて、原水の水質によっては、前処理部１に更に除鉄、除マンガン装置等が必要となる場合もある。
【００２２】
ユースポイント４での超純水使用量が少ない場合には、余剰水として戻される循環水量が増大するため、必要に応じて超純水製造部２に熱交換器を設置して、超純水の水温を一定にすることが好ましい。更に、超純水の要求ＴＯＣ濃度が厳しい場合には、前処理部１又は超純水製造部２にＴＯＣ分解装置を設置しても良い。ＴＯＣ分解装置としては生物活性炭装置、ＲＯ膜装置の多段化、ＵＶ酸化装置などを用いることができる。
【００２３】
前述の如く、本発明の超純水製造システムの超純水製造部に設置される電気脱イオン手段の処理水は、得られる超純水の水質に直接影響し、この電気脱イオン手段の処理水の比抵抗値は１８ＭΩ・ｃｍ以上、シリカ濃度は１ｐｐｂ以下であることが好ましいことから、このような処理水が得られるように、本発明では、電気脱イオン手段として、本出願人より、特開２００１−１１３２８１に提案した、電気脱イオン装置を複数段直列に接続し、最前段の電気脱イオン装置（以下、「第１電気脱イオン装置」と称す。）として、ｐＨ８．５以下の原水をアルカリ薬剤を添加することなしに処理したときに、該原水のｐＨよりも１．０以上高いｐＨの処理水が得られるように、脱塩室厚みが７ｍｍ以上で、セルあたりの操作電圧が１〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、ＳＶが３０〜１５０／ｈｒである装置を用い、２段目以降の電気脱イオン装置（以下、「第２以降電気脱イオン装置」と称す。）として、脱塩室内が区画部材によって多数の小室に区画されており、各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止するものを用いることが好ましい。
【００２４】
以下に本発明の超純水製造システムの超純水製造部に好適な電気脱イオン手段について説明する。
【００２５】
このような電気脱イオン手段において、第１電気脱イオン装置は、ｐＨ８．５以下の被処理水（電気脱イオン装置の給水）にアルカリ薬剤を添加することなく処理した場合において、被処理水よりもｐＨが１．０以上、好ましくは１．３〜３．０程度高い処理水（脱イオン水）を得ることができるものであり、電気脱イオン装置内において、水のｐＨが上昇することにより、シリカやホウ素等の弱電解物質及び硬度成分が効率よく除去される。
【００２６】
第１の電気脱イオン装置は、次のｉ），ｉｉ）の構成を採用することが好ましい。
ｉ） 脱塩室の厚さは７ｍｍ以上とする。処理水のｐＨを効率良く上げるために、脱塩室の厚さは８〜３０ｍｍがより好ましい。脱塩室の厚みとは、陽極と陰極との間の脱塩室の厚みを指す。
ｉｉ） 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い。印加電圧が高いときには、アニオン交換体の単独層でもよい。一部の脱塩室に混合層が充填され、他の脱塩室にアニオン交換体層が充填されてもよい。
【００２７】
脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体が交互に充填される複層充填は、脱塩室が７ｍｍ以上の厚さであっても、処理水比抵抗値が上昇し、ｐＨは中性となる。これは、ナトリウムイオンなどの１価のカチオンがカチオン交換層で除去されてしまうためである。
【００２８】
第１又は第２以降電気脱イオン装置の濃縮室にイオン交換体が充填されていてもよく、このようにすればセル電圧が低減され、消費電力が減少する。濃縮室にイオン交換体が無く、セル電圧が１５Ｖ／ｃｅｌｌの場合と、濃縮室にイオン交換体が充填され、セル電圧が３〜６Ｖ／ｃｅｌｌの場合とで、同等の処理が可能である。
【００２９】
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などのいずれであっても良い。
【００３０】
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％が平均ビーズ寸法の１０％以内にあり、ビーズ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】
第１電気脱イオン装置では、前記ｉ）及びｉｉ）の構成を採用した電気脱イオン装置が次の条件で運転される。
【００３２】
脱塩室セルは１〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、好ましくは６〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、特に好ましくは１０〜３０Ｖ／ｃｅｌｌの電圧が印加される。水は３０〜１５０／ｈｒ、好ましくは５０〜１００／ｈｒのＳＶで流れる。印加電圧が低すぎる場合、及びＳＶが高すぎる場合は処理水に塩化物イオン等の１価のアニオンやシリカ、ホウ素が漏出する。逆に印加電圧が高すぎる場合及びＳＶが低すぎる場合は１価のカチオンが過度に除去される。
【００３３】
第１電気脱イオン装置の脱塩室内部のｐＨが９．０以上であると、シリカ、ホウ素が除去され易い。脱塩室内部のｐＨを９以上にするには、セルの厚みが異なる脱塩室を形成することにより可能である。具体的には、例えば（セル出口近傍の厚み／最大のセル厚み）の比率が０．６以下とする。
【００３４】
イオン交換膜は均一膜及び不均一膜のいずれでも良いが、不均一膜は均一膜よりもＮａ＋リーク率が高く、処理水ｐＨが上昇する。したがって、カチオン膜は不均一膜が好ましい。アニオン膜はシリカ、ホウ素除去率維持のため均一膜の方がよい。
【００３５】
０．８以下のアニオン交換膜の電気抵抗とカチオン交換膜の電気抵抗との比（Ａ／Ｃ）は、Ｎａ＋を容易に除去する。
【００３６】
このような処理効率を得るためには、特に上記構成において、脱塩室厚みが１０〜２０ｍｍであり、脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体との混床が充填され、イオン交換体は混合層とし、通水ＳＶが５０〜１００／ｈｒであり、印加電圧が１０〜３０Ｖ／ｃｅｌｌであると、被処理水中の硬度成分を５０％以上、ホウ素、シリカ等の弱電解物質を９０％以上除去できる。
【００３７】
第２以降電気脱イオン装置の脱塩室の厚みは第１電気脱イオン装置のそれよりも薄いことが好ましく、その厚みは２．０〜６．０ｍｍが望ましい。さらに第２以降電気脱イオン装置は、高流速化、コンパクト化のために、次のような構造のものを用いる。
【００３８】
即ち、第２以降電気脱イオン装置では、脱塩室内を区画部材によって多数の小室に区画する。この各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は、脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対して傾斜しており、この傾斜した部分は、水は通過させるが、イオン交換体は通過させない構造となっている。このため、脱塩室内に流入した水の少なくとも一部は、平均的な水の流れ方向に対し斜め方向に流れるようになり、脱塩室内の全体に分散して流れる。さらに膜面方向におけるイオンの濃度境界層を破壊する攪拌効果も有する。これによって、イオン拡散抵抗が緩和するため、高流速処理が可能となる。従って、水とイオン交換体との接触効率が向上し、脱イオン特性が向上する。
【００３９】
この小室を平均的な水の流れ方向及びこれと直交方向のいずれにおいても膜面に沿って複数個配置することにより、（例えば縦横に多数配置することにより、）水とイオン交換体との接触効率がきわめて高いものとなる。また、各小室内の上下方向の高さが小さくなり、イオン交換体が局部的に圧縮されにくくなる。従って、小室に隙間が生じることがなく、イオン交換体の充填密度が平均化する。
【００４０】
この小室は、イオン交換膜面に投影した形状が六角形又は四角形であることが好ましい。六角形の場合には、１対の平行な辺が平均的な水の流れ方向となるように各小室を配置するのが好ましい。四角形の場合には、各辺が平均的な水の流れ方向に対し傾斜するように配置する。
【００４１】
すべての小室に同種類のイオン交換体を充填してもよく、一部の小室に他の小室とは異なるイオン交換特性のイオン交換体を充填してもよい。例えば、第１の小室にアニオン交換体を充填し、第２の小室にカチオン交換体を充填し、第３の小室に両性イオン交換体（又はアニオン交換体とカチオン交換体との混合物）を充填してもよい。
【００４２】
上記構造を有する電気脱イオン装置を第１電気脱イオン装置の後段に設置すると、ＳＶを１２０〜２５０ｈ−１と高流速で通水しても、前段からリークしてきたＮａ＋等の一価のカチオンを除去することが可能となる。
【００４３】
以下にこのような電気脱イオン装置を図４，５を参照して説明する。図４は第２以降電気脱イオン装置の脱塩室の構成を示す分解斜視図、図５は区画部材の通水状況を示す正面図である。
【００４４】
この脱塩室は、長方形状のフレーム１２０と、このフレーム１２０内に配置された区画部材１２１と、区画部材１２１によって形成された小室１２２内に充填されたイオン交換体１２３と、フレーム１２０を挟むように配置されたアニオン交換膜１２４及びカチオン交換膜１２５とによって構成されている。区画部材１２１は導電性を有していても良い。
【００４５】
フレーム１２０の上部には被処理水（給水）の導入用の通水孔１２６及び濃縮水（流入側）の通水孔１２７が穿孔され、下部には脱塩水の通水孔１２８及び濃縮水（排出側）の通水孔１２９が穿孔されている。この原水導入用通水孔１２６及び脱塩水の通水孔１２８は切欠状の水路１２６ａ，１２８ａを介してそれぞれフレーム１２０の内側に連通している。
【００４６】
水路１２６ａは、図４では左上の小室にのみ連通するように図示しているが、左右方向の各小室に原水が均等に分配されるように水路１２６ａは実際にはフレーム１２０の上部に複数設けられ、通水孔１２６は最上部の各小室に直接に連通している。同様に、図４では水路１２８ａは右下の小室にのみ連通するように図示してあるが、実際には水路１２８ａはフレーム１２０の下部に複数個設けられており、通水孔１２８は最下部の各小室に直接に連通している。
【００４７】
この実施の形態に係る区画部材１２１は六角形のハニカム形状のものであり、小室１２２は上下左右に多数配置されている。各小室１２２の１対の側辺がフレーム１２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されている。長手方向面１３１は通水性を有していてもよく、有していなくてもよい。
【００４８】
長手方向面１３１が通水性を有していないと、小室内において水がイオン交換体と満遍なく接触しがちとなり、これにより処理水質が向上する。
【００４９】
この脱塩室を有した電気脱イオン装置の全体構造それ自体は通常の電気脱イオン装置と同じであり、原水、濃縮水及び電極水の通水系路も同じであり、陰極電極板、陰極用スペーサ及びカチオン交換膜によって囲まれて陰極室が形成される。
【００５０】
この電気脱イオン装置に通水して脱塩運転を行う場合、脱塩室に流入した原水は、図５の通り小室１２２を囲む区画部材１２１を通過して隣接する小室１２２に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、水路１２８ａを介して脱塩水取出用の通水孔１２８に流入し、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。
【００５１】
この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の水路１２６ａがフレーム１２０の上部に存在し、脱塩水取出用の水路１２８ａがフレーム１２０の下部に存在するところから、上から下に向う鉛直方向となっている。この平均的な水の流れ方向に対し小室の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は１つの小室２２から左及び右側の小室１２２へ斜めに分かれて流下するようになる。このため、被処理水が各小室１２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換体との接触効率が良好なものとなる。
【００５２】
この脱塩室にあっては、小室１２２が比較的小さく、イオン交換体の自重及び水圧によって各小室１２２内においてイオン交換体に対し加えられる下向きの圧力が小さい。従って、いずれの小室１２２内においてもイオン交換体が圧縮されることがなく、イオン交換体が小室内の下部において局部的に圧密化されることがない。
【００５３】
各小室１２２に対して充填されるイオン交換体としては、アニオン交換体、カチオン交換体、両性イオン交換体、これらの２以上の混合物のいずれでもよい。
【００５４】
図４，５では小室は六角形であるが、図６の小室１４５の如く四角形例えば菱形であってもよい。
【００５５】
このような第２以降電気脱イオン装置において、小室のイオン交換膜面への投影面積は１〜１００ｃｍ２とくに２〜５０ｃｍ２とりわけ３〜１０ｃｍ２程度が好ましい。小室を小さくするほど１つの小室に充填するイオン交換体の量が少なくなり、イオン交換体の流動が抑制されると共に、区画部材及び脱塩室の強度も大きくなるが、脱塩室の通水圧損が大きくなる。
【００５６】
充填するイオン交換体は、通常イオン交換樹脂が使用されるが、イオン交換繊維やイオン交換不織布でもよく、イオン交換樹脂とイオン交換繊維の混合物でもよい。導電性の樹脂のようなイオン伝導体であってもよい。
【００５７】
特に、第１電気脱イオン装置の脱塩室の厚みが７ｍｍ以上、特に８〜３０ｍｍであり、第２以降電気脱イオン装置の脱塩室の厚みが２．０〜６．０ｍｍであると、第１電気脱イオン装置でシリカ、ホウ素等の弱電解物質及び硬度成分が除去され、第２以降電気脱イオン装置でシリカ及びホウ素がさらに除去される。第２以降電気脱イオン装置は、第１電気脱イオン装置からリークしたアルカリ成分を除去するので、高水質の処理水が得られる。
【００５８】
【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。
【００５９】
実施例１
図１に示す本発明の超純水製造システムにより、市水を原水として超純水の製造を行い、得られた超純水の水質を表１に示した。
【００６０】
用いた各装置の仕様は下記の通りであり、２ｍ３／ｈｒの処理量で運転を行った。
［前処理部１］
除濁装置１１：（株）クラレ製濾過膜装置「ＭＬ−７１０１」
活性炭吸着装置１２：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
［超純水製造部２］
ＲＯ膜装置２２：栗田工業（株）製「マクエースＫＮ２００」
脱気装置（膜脱気装置）２３：Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 製「Ｌｉｑｕｉ−Ｃｅｌ」
電気脱イオン装置２４：栗田工業（株）製「ＫＣＤＩ−ＵＰ」
濾過膜装置（ＵＦ膜装置）２５：栗田工業（株）製「ＫＵ−１０１０ＨＴ」
【００６１】
なお、表１には、超純水製造システムの装置構成単位数（ただしポンプは含まず）を併記した。
【００６２】
実施例２
図２に示す本発明の超純水製造システムを用いたこと以外は、実施例１と同条件で超純水の製造を行い、超純水製造システムの装置構成単位数と得られた超純水の水質を表１に示した。
【００６３】
用いた各装置の仕様は下記の通りである。
［前処理部１］
除濁装置１１：（株）クラレ製濾過膜装置「ＭＬ−７１０１」
活性炭吸着装置１２：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
ＲＯ膜装置１３：栗田工業（株）製「マクエースＫＮ２００」
［超純水製造部２］
脱気装置（膜脱気装置）２３：Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 製「Ｌｉｑｕｉ−Ｃｅｌ」
電気脱イオン装置２４：栗田工業（株）製「ＫＣＤＩ−ＵＰ」
濾過膜装置（ＵＦ膜装置）２５：栗田工業（株）製「ＫＵ−１０１０ＨＴ」
【００６４】
比較例１
図３に示す従来の超純水製造システムを用いたこと以外は、実施例１と同条件で超純水の製造を行い、超純水製造システムの装置構成単位数と得られた超純水の水質を表１に示した。
【００６５】
用いた各装置の仕様は下記の通りである。
［前処理部］
除濁装置：（株）クラレ製濾過膜装置「ＭＬ−７１０１」
活性炭吸着装置：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
［一次純水システム］
ＲＯ膜装置：栗田工業（株）製「マクエースＫＮ２００」
脱気装置（膜脱気装置）：Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 製「Ｌｉｑｕｉ−Ｃｅｌ」
ＲＯ膜装置：栗田工業（株）製「マクエースＫＮ２００」
電気脱イオン装置：栗田工業（株）製「ＫＣＤＩ−ＵＰ」
［サブシステム］
ＵＶ酸化装置：（株）日本フォトサイエンス社製ＵＶ酸化器ランプ「ＡＺ−２６」 ２本
イオン交換装置：栗田工業（株）製「ＤＫ−２５０」
濾過膜装置（ＵＦ膜装置）：栗田工業（株）製「ＫＵ−１０１０ＨＴ」
【００６６】
【表１】
表１より、本発明によれば、簡素化された超純水製造システムにより、現状の超純水製造システムと同等の水質の超純水を製造することができることがわかる。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の超純水製造システムによれば、従来の超純水製造システムからサブシステムを削減して装置構成を簡素化した上で、近年益々厳しくなりつつある電子産業分野等の超純水の要求水質をも十分に満たす高水質の超純水を製造することができる。本発明によれば、サブシステムの削減で、
▲１▼ サブタンク設備費の削減
▲２▼ シール用窒素ガス量の削減
▲３▼ イオン交換純水装置の削減によるイオン交換樹脂交換費等の削減
▲４▼ 装置の簡素化による省スペース化
といった効果のもとに、超純水製造システムの初期設備費及び運転コストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超純水製造システムの実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の超純水製造システムの他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】従来の超純水製造システムを示す系統図である。
【図４】第２以降電気脱イオン装置の脱塩室の構成を示す分解斜視図である。
【図５】第２以降電気脱イオン装置の区画部材の通水状況を示す正面図である。
【図６】第２以降電気脱イオン装置の区画部材の一例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 前処理部
２ 超純水製造部
３ 端末配管部
４ ユースポイント
１１ 除濁装置
１２ 活性炭吸着装置
１３ ＲＯ膜装置
２１ タンク
２２ ＲＯ膜装置
２３ 脱気装置
２４ 電気脱イオン装置
２５ 濾過膜装置
Claims (3)
- 原水が導入される前処理部と、該前処理部で処理された前処理水が導入される超純水製造部と、該超純水製造部で製造された超純水をユースポイントに送水し、余剰の超純水を該超純水製造部に戻す端末配管部とを備える超純水製造システムであって、
該超純水製造部は、少なくとも、前処理水が導入されるタンクと、タンクからの水を処理する、逆浸透膜装置、脱気装置、電気脱イオン手段、及び濾過膜装置で構成され、
かつ、前記端末配管部から戻される余剰の超純水は、該タンクに導入されることを特徴とする超純水製造システム。 - 原水が導入される前処理部と、該前処理部で処理された前処理水が導入される超純水製造部と、該超純水製造部で製造された超純水をユースポイントに送水し、余剰の超純水を該超純水製造部に戻す端末配管部とを備える超純水製造システムであって、
該前処理部は、少なくとも除濁装置、活性炭吸着装置、及び逆浸透膜装置で構成され、
該超純水製造部は、少なくとも、前処理水が導入されるタンクと、タンクからの水を処理する、脱気装置、電気脱イオン手段、及び濾過膜装置で構成され、
かつ、前記端末配管部から戻される余剰の超純水は、該タンクに導入されることを特徴とする超純水製造システム。 - 請求項１又は２において、前記電気脱イオン手段は複数段の電気脱イオン装置を備えるものであり、
最前段の電気脱イオン装置は、ｐＨ８．５以下の原水をアルカリ薬剤を添加することなしに処理したときに、該原水のｐＨよりも１．０以上高いｐＨの処理水が得られるように、脱塩室厚みが７ｍｍ以上で、セルあたりの操作電圧が１〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、ＳＶが３０〜１５０／ｈｒである装置であり、
かつ、２段目以降の電気脱イオン装置は、脱塩室内が区画部材によって多数の小室に区画されており、各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止することを特徴とする超純水製造システム。
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