JP2004167423A - 純水製造装置及び純水製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第2RO膜分離装置4の濃縮水と第3RO膜分離装置又は電気脱イオン装置5の濃縮水を脱炭酸塔1又はその上流側に返送する。脱炭酸塔でCO2及びMアルカリを除去することができ、濃縮水の循環によるCO2及びMアルカリの蓄積を防止することができ、高水質の純水を得ることができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水を脱炭酸処理した後、3段に直列に配置された逆浸透(RO)膜分離装置、或いは2段に直列に配置されたRO膜分離装置とその後段の電気脱イオン装置に順次通水して純水を製造する純水製造装置及び純水製造方法に係り、特にこのような純水製造に当たり、系内の炭酸成分及びMアルカリの蓄積を防止して、高純度の純水を製造する純水製造装置及び純水製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、市水、井水、工水、回収水、その他の水から純水を製造する方法として、これらの水を前処理(除濁、除塩素)した後、酸を添加して脱炭酸塔、真空脱気装置又は膜脱気装置で脱炭酸処理し、脱炭酸処理水を3段に直列配置したRO膜分離装置、或いは、2段に直列配置されたRO膜分離装置とその後段の電気脱イオン装置に順次通水して処理する方法がある。このような多段RO処理においては、処理水質の改善を図るために、1段目のRO膜分離装置又は2段目のRO膜分離装置の給水に水酸化ナトリウム(NaOH)等のアルカリを注入し、RO膜分離装置に供給される水中に残留する炭素(CO2)をイオン化(HCO3 −,CO3 2−)してRO処理することが行われている。
【0003】
図3は、このような従来の純水製造装置の一例を示す系統図であって、適当な前処理を施された原水は、酸が添加されてpH酸性に調整された後、脱炭酸塔1で脱炭酸処理される。脱炭酸処理水は水槽2を経て、1段目のRO膜分離装置(以下「第1RO膜分離装置」と称す場合がある。)3、2段目のRO膜分離装置(以下「第2RO膜分離装置」と称す場合がある。)4及び電気脱イオン装置5(この電気脱イオン装置はRO膜分離装置(第3RO膜分離装置)であっても良い。)に順次通水され、純水が製造される。なお、第2RO膜分離装置4の入口側ではアルカリが添加される。
【0004】
従来、このような多段処理においては、水回収率の向上を目的として、第2RO膜分離装置4の濃縮水及び電気脱イオン装置5(又は第3RO膜分離装置)の濃縮水を循環処理することが行われている。即ち、第2RO膜分離装置4及び電気脱イオン装置5(又は第3RO膜分離装置)には、既に前段のRO膜分離装置により原水中のイオン成分の多くが除去された透過水が流入するため、その濃縮水の水質は良好であることから、節水のために循環処理が行われている。なお、第1RO膜分離装置3の濃縮水中には、原水中のイオン成分の殆どが濃縮されているため、系内のイオン成分の蓄積を防止するために、その全量を排出するか、或いは、図3に示す如く、この濃縮水を処理するための濃縮水処理用RO膜分離装置6を設け、第1RO膜分離装置3の濃縮水をこのRO膜分離装置6で処理し、このRO膜分離装置6の濃縮水を系外へ排出し、透過水は循環処理することが行われている。
【0005】
従来において、第2RO膜分離装置4の濃縮水及び電気脱イオン装置5の濃縮水、更には濃縮水処理用RO膜分離装置6の濃縮水は、図3に示す如く、水槽2に返送され、従って、これらの濃縮水については、脱炭酸処理されることなく、第1RO膜分離装置3、第2RO膜分離装置4及び電気脱イオン装置5(又は第3RO膜分離装置)による脱塩処理のみで水の循環が行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図3に示すような従来の純水製造装置において、第2RO膜分離装置4ではMアルカリが濃縮されるため、第2RO膜分離装置4の濃縮水中には5〜10ppmオーダーのMアルカリが存在する。また、電気脱イオン装置5においても、イオンが濃縮水中に濃縮されるため、10ppmオーダーのCO2及びMアルカリが含まれる。更に、濃縮水処理用RO膜分離装置6では、CO2,Mアルカリ濃度の高い第1RO膜分離装置3の濃縮水が導入され、しかも、この濃縮水は、脱炭酸塔1の入口での酸添加によりpH酸性で、従って水中の炭酸成分がイオン化していないものであるため、濃縮水処理用RO膜分離装置6の透過水には、数ppmオーダーのCO2が含まれる。
【0007】
従って、このようなCO2やMアルカリを含む第2RO膜分離装置4、電気脱イオン装置5の濃縮水や、濃縮水処理用RO膜分離装置6の透過水を、脱炭酸処理することなく、系内を循環させる従来の純水製造装置では、処理を継続することにより、得られる純水の比抵抗、SiO2水質が悪化する。即ち、系内の炭酸成分の蓄積により、イオンの移動速度が低下し、特に移動速度が遅いCO2、SiO2は電気脱イオン装置5の処理水(脱塩水)にリークする。
【0008】
本発明は上記従来の問題点を解決し、原水を脱炭酸処理した後、3段に直列に配置されたRO膜分離装置、或いは2段に直列に配置されたRO膜分離装置とその後段の電気脱イオン装置に順次通水して純水を製造するに当たり、濃縮水の循環による系内の炭酸成分及びMアルカリの蓄積を防止して、水回収率を維持した上で高純度の純水を製造する純水製造装置及び純水製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の純水製造装置は、原水を脱炭酸処理する脱炭酸手段と、該脱炭酸手段の処理水が導入される第1の逆浸透膜分離装置と、該第1の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される第2の逆浸透膜分離装置と、該第2の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される第3の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置とを備えてなる純水製造装置において、該第2の逆浸透膜分離装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段と、該第3の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段とを備えてなることを特徴とする。
【0010】
本発明の純水製造方法は、原水を脱炭酸手段で脱炭酸処理した後、2段に直列に配置された第1の逆浸透膜分離装置及び第2の逆浸透膜分離装置に順次通水した後、第3の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置に通水して処理する純水製造方法において、該第2の逆浸透膜分離装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送すると共に、該第3の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送することを特徴とする。
【0011】
本発明では、第2RO膜分離装置の濃縮水及び第3RO膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を脱炭酸手段又は脱炭酸手段よりも上流側に返送するため、脱炭酸手段でCO2及びMアルカリを除去することができ、濃縮水の循環によるCO2及びMアルカリの蓄積を防止することができ、高水質の純水を得ることができる。
【0012】
なお、本発明においては、原水に酸を添加して脱炭酸処理し、第1RO膜分離装置及び/又は第2RO膜分離装置の入口側でアルカリを添加してRO膜処理することが好ましい。
【0013】
また、本発明において、第1RO膜分離装置の濃縮水を処理する濃縮水処理用RO膜分離装置を設けた場合、この濃縮水処理用RO膜分離装置の透過水についても脱炭酸手段又はその上流側に返送することが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の純水製造装置及び純水製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
【0015】
図1,2は本発明の純水製造装置及び純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。図1,2において、図3に示す部材と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【0016】
図1の方法においては、原水にHCl,H2SO4等の酸を添加してpH3〜5.5程度とした後、脱炭酸塔1で脱炭酸処理し、脱炭酸処理水を水槽2に送給する。この水槽2の脱炭酸処理水を第1RO膜分離装置3,第2RO膜分離装置4及び電気脱イオン装置5に順次通水して純水を得る。第1RO膜分離装置3の濃縮水の少なくとも一部は濃縮水処理用RO膜分離装置6で処理し、濃縮水を系外へ排出する。
【0017】
図1では、第2RO膜分離装置4の濃縮水、電気脱イオン装置5の濃縮水及び濃縮水処理用RO膜分離装置6の透過水は、脱炭酸塔1に返送して循環処理される。
【0018】
即ち、この方法では、脱炭酸塔1の後段でアルカリの添加が行われていないため、第2RO膜分離装置4及び電気脱イオン装置5の濃縮水と濃縮水処理用RO膜分離装置6の透過水は、脱炭酸塔1に直接導入されて処理される。
【0019】
図2の方法においては、原水は、水槽2を経てHCl,H2SO4等の酸が添加されてpH3〜5.5程度に調整された後、膜脱気装置7で脱炭酸処理され、その後、第1RO膜分離装置3,第2RO膜分離装置4及び電気脱イオン装置5に順次通水して処理され、純水が製造される。この方法では、第2RO膜分離装置4の入口側で、第1RO膜分離装置3の透過水にNaOH等のアルカリが添加され、pH7〜9程度に調整されている。
【0020】
第1RO膜分離装置3の濃縮水は、図1と同様にして濃縮水処理用RO膜分離装置6で処理される。
【0021】
図2の方法では、第2RO膜分離装置4の濃縮水及び電気脱イオン装置5の濃縮水と濃縮水処理用RO膜分離装置6の透過水は水槽2に返送され原水と共に循環処理される。即ち、この方法では、第2RO膜分離装置4の入口側でアルカリが添加されるため、第2RO膜分離装置4及び電気脱イオン装置5の濃縮水は膜脱気装置7の入口側の酸添加箇所よりも上流側で原水と混合され、膜脱気装置7の流入水が所定のpHとなるように調整される。
【0022】
図1,2に示すように、第2RO膜分離装置4の濃縮水、電気脱イオン装置5の濃縮水及び濃縮水処理用RO膜分離装置6の透過水を脱炭酸塔1又は膜脱気装置7の上流側に戻すことにより、これらの水を脱炭酸処理して循環させることができるため、系内におけるCO2及びMアルカリの濃縮を防止することができる。
【0023】
なお、図1,2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。
【0024】
例えば、電気脱イオン装置の代りに第3RO膜分離装置を設けても良い。また、アルカリは第1RO膜分離装置の入口側で添加しても良い。
【0025】
脱炭酸手段としては、図1の脱炭酸塔や図2の膜脱気装置の他、真空脱気装置等を用いることができる。また、第1RO膜分離装置の前段に活性炭塔を設け、脱炭酸処理水を活性炭で処理しても良い。
【0026】
即ち、前段の脱炭酸手段で酸を添加してCO2を高度に除去すると、水中の溶存炭酸成分がH++HCO3 −→H2O+CO2(ガス)となり、CO2がガス化する過程でH+イオン即ち、酸が消費され、水のpHが上昇する。このようにpHが上昇した脱炭酸処理水は、RO膜分離装置での脱イオン処理に先立ちアルカリの添加が不要である。
【0027】
このようにして得られた純水は、更にイオン交換装置や限外濾過膜分離装置等で処理してその純度を高めても良い。
【0028】
【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。
【0029】
実施例1
図2に示す純水製造装置により、工水濾過水(導電率:20〜21mS/m,SiO2:25〜26mg/L)を原水として1m3/hの処理量で純水の製造を行った。用いた各装置の仕様及び処理条件は次の通りである。
【0030】
[膜脱気装置7]
セルガード社製「X−40」
この膜脱気装置の入口側では酸(HCl)を添加してpH4.5に調整した。
【0031】
[第1RO膜分離装置3]
日東電工社製「ES−20」
膜脱気装置7の処理水1.9m3/hをRO膜処理して透過水1.4m3/hと濃縮水0.5m3/hに分離した。濃縮水0.5m3/hは濃縮水処理用RO膜分離装置6に送給した。
【0032】
[第2RO膜分離装置4]
日東電工社製「ES−20」
第1RO膜分離装置3の透過水にアルカリ(NaOH)を添加してpH8.5に調整した後RO膜処理して透過水1.2m3/hと濃縮水0.2m3/hに分離した。濃縮水はその全量を水槽2に戻した。
【0033】
[電気脱イオン装置5]
栗田工業社製「P−30型」
第2RO膜分離装置4の透過水から脱塩水(純水)1m3/hと濃縮水0.2m3/hを得、濃縮水はその全量を水槽2に戻した。
【0034】
[濃縮水処理用RO膜分離装置6]
日東電工社製「NTR−739HR」
第1RO膜分離装置3の濃縮水をRO膜処理して透過水0.3m3/hと濃縮水0.2m3/hに分離した。透過水0.3m3/hは水槽2に戻した。
【0035】
このような処理を10日間継続して行い、得られた純水の運転開始時の水質と10日間継続運転後の水質を調べ、結果を表1に示した。
【0036】
比較例1
実施例1において、水槽2を膜脱気装置7と第1RO膜分離装置3との間に設け、第2RO膜分離装置4の濃縮水、電気脱イオン装置5の濃縮水及び濃縮水処理用RO膜分離装置6の濃縮水をこの水槽2に戻したこと以外は同様にして処理を行い、得られた純水の運転開始時の水質と10日間継続運転後の水質を調べ、結果を表1に示した。
【0037】
【表1】
【0038】
表1より、本発明によれば、濃縮水の循環によるCO2及びMアルカリの蓄積を防止して、長期に亘り高純度の純水を製造することができることがわかる。
【0039】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の純水製造装置及び純水製造方法によれば、原水を脱炭酸処理した後、3段に直列に配置されたRO膜分離装置、或いは2段に直列に配置されたRO膜分離装置とその後段の電気脱イオン装置に順次通水して純水を製造するに当たり、第2RO膜分離装置の濃縮水と第3RO膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を脱炭酸手段又はその上流側に返送することにより、脱炭酸塔でCO2及びMアルカリを除去することができ、濃縮水の循環によるCO2及びMアルカリの蓄積を防止することにより、高水質の純水を高い水回収率で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の純水製造装置及び純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【図2】本発明の純水製造装置及び純水製造方法の他の実施の形態を示す系統図である。
【図3】従来例を示す系統図である。
【符号の説明】
1 脱炭酸塔
2 水槽
3 第1RO膜分離装置
4 第2RO膜分離装置
5 電気脱イオン装置
6 濃縮水処理用RO膜分離装置
7 膜脱気装置
Claims (8)
- 原水を脱炭酸処理する脱炭酸手段と、該脱炭酸手段の処理水が導入される第1の逆浸透膜分離装置と、該第1の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される第2の逆浸透膜分離装置と、該第2の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される第3の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置とを備えてなる純水製造装置において、
該第2の逆浸透膜分離装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段と、
該第3の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段とを備えてなることを特徴とする純水製造装置。 - 請求項1において、脱炭酸手段に流入する水に酸を添加する酸添加手段を備えることを特徴とする純水製造装置。
- 請求項2において、第1の逆浸透膜分離装置及び/又は第2の逆浸透膜分離装置に流入する水にアルカリを添加するアルカリ添加手段を備えることを特徴とする純水製造装置。
- 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記第1の逆浸透膜分離装置の濃縮水が導入される濃縮水処理用逆浸透膜分離装置と、該濃縮水処理用逆浸透膜分離装置の透過水を前記脱炭酸手段又は脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段とを備えることを特徴とする純水製造装置。
- 原水を脱炭酸手段で脱炭酸処理した後、2段に直列に配置された第1の逆浸透膜分離装置及び第2の逆浸透膜分離装置に順次通水した後、第3の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置に通水して処理する純水製造方法において、
該第2の逆浸透膜分離装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送すると共に、
該第3の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送することを特徴とする純水製造方法。 - 請求項5において、原水に酸を添加した後脱炭酸処理することを特徴とする純水製造方法。
- 請求項6において、第1の逆浸透膜分離装置及び/又は第2の逆浸透膜分離装置に流入する水にアルカリを添加することを特徴とする純水製造方法。
- 請求項5ないし7のいずれか1項において、前記第1の逆浸透膜分離装置の濃縮水を濃縮水処理用逆浸透膜分離装置で処理し、得られた透過水を前記脱炭酸手段又は脱炭酸手段よりも上流側に返送することを特徴とする純水製造装置。
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