JP2009183800A - 純水製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造した処理水（純水）の温度を精度良く一定に安定化することができ、しかも、エネルギー消費量が小さい純水製造方法及び装置を提供すること。
【解決手段】原水槽１から取り出して前処理槽２で前処理をした原水を、供給ポンプ３で第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４に順次通した後、脱気装置５と冷却用熱交換器５２に通して受水槽６で受水し、ＲＯ装置７に供給して純水の分離処理を行い、処理後の処理水をリソグラフィー工程等に送給する。制御部２０により、原水槽１内の原水の温度と、受水槽６内の原水の温度に基づいて、ＲＯ装置７から第１加熱用熱交換器４１に供給するブラインの流量と、冷凍装置１０１から第２加熱用熱交換器４２に供給する熱媒体の流量と、コンプレッサー装置１０２から第３加熱用熱交換器４３に供給する熱媒体の流量と、ボイラー装置１０３から第４加熱用熱交換器４４に供給する熱媒体の流量と制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原水を逆浸透膜分離装置に通して純水を製造する純水製造方法及び装置に関するものである。

従来、逆浸透膜分離装置（以下、ＲＯ装置と記す）を用いて純水を製造する純水製造装置としては、図２に示すように、原水槽２０１の２０℃〜２５℃の原水を、熱回収用熱交換器２０２に通すことで３０℃〜３５℃に予熱してから加熱用熱交換器２０３に通して４０℃〜４５℃に加温し、供給ポンプ２０４にて逆浸透膜にて純水の分離処理を行うＲＯ装置２０５に供給し、ＲＯ装置２０５で処理した処理水を脱気装置２０６で脱気処理した後、上記熱回収用熱交換器２０２に通すことで熱回収して３０℃〜３５℃の処理水とし、イオン交換設備２０７にてイオン交換して処理水（純水）を製造するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。処理水は、例えば、リソグラフィー工法でのフォトレジストの現像液を作成するための希釈水等として随時に取り出して使用される。

この純水製造装置は、原水の温度を加熱用熱交換器２０３で４０℃〜４５℃と比較的高くすることにより、ＲＯ装置２０５でのスライム汚染による透過水量の低下を防止するとともに、熱効率の向上とイオン交換樹脂の熱劣化の防止を図るようにしている。
特開平１０−３０９５７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の純水製造装置においては、ＲＯ装置２０５に入る原水の温度が４０℃〜４５℃と高いので、上記のようにスライム汚染を防止できるが、逆浸透膜の標準設計温度は２５℃であり、水温が変われば当然のように透過水量、水質等が変動する。また、膜の許容温度は一般に４５℃と言われているが、劣化の観点から３０℃程度以下に抑えるのが良いとされているのに加えて、処理水の温度を精度良く一定に安定させることができないという問題がある。

また、原水の温度を４０℃〜４５℃にする加熱用熱交換器２０３の熱源におけるエネルギー消費量が大きいという問題がある。

また、イオン交換設備２０７により原水中のイオン成分は除去できるものの、原水に溶存する二酸化炭素及び酸素の除去が不十分であるため、リソグラフィー工法でのフォトレジストの現像液を作成するための希釈水として用いた場合、炭酸塩が生じてフォトレジストの現像不良を招く場合があるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、製造した処理水（純水）の温度を精度良く一定に安定化することができ、しかも、工場等の空調機用冷凍装置、空気圧縮装置、ボイラー装置等の廃熱を利用することで、エネルギー消費量が小さい純水製造方法及び装置を提供することを目的とする。さらに、原水に溶存する二酸化炭素及び酸素を除去することができる純水製造方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の純水製造方法は、複数の熱交換器を通して温度制御した原水をＲＯ装置に通して純水を製造する純水製造方法であって、原水槽及び受水槽内の原水の温度を検出し、その検出温度に応じて、複数の熱交換器の熱出力を制御して受水槽内の原水の温度を所定値に制御し、受水槽からＲＯ装置に原水を送給するものである。

この構成によると、複数の熱交換器の前段に設けた原水槽内及びＲＯ装置の前段に設けた受水槽内の原水温度に応じて、複数の熱交換器の熱出力を制御して受水槽内の原水の温度を所定値に制御することで、ＲＯ装置の効率を最適に保ち、透過水（処理水）量・水質などを安定化させると共に、ＲＯ装置にて製造された処理水（純水）の温度を精度良く一定に安定化することができる。

また、複数の熱交換器に、ＲＯ装置のブライン廃熱、冷凍廃熱、コンプレッサー廃熱及びボイラー廃熱のうちの少なくとも一つを供給するようにすると、専ら原水を制御するための熱源を設ける場合と比較して、エネルギー消費量を削減することで省エネルギー化を図ることができ、地球温暖化の原因の一つである二酸化炭素の発生量削減にも寄与することができる。

また、本発明の純水製造装置は、複数の熱交換器を通して温度制御した原水をＲＯ装置に通して純水を製造する純水製造装置であって、原水槽と、熱媒体の供給量を調整する調整弁が夫々設けられた複数の熱交換器と、受水槽と、ＲＯ装置とをこの順に接続し、原水槽内の原水の温度を検出する第１水温センサと、受水槽内の原水の温度を検出する第２水温センサとに応じて複数の熱交換器の調整弁を制御する制御部を設けたものである。

この構成によると、制御部にて複数の熱交換器の調整弁を制御して上記純水製造方法を実施することで、ＲＯ装置の効率を最適に保ち、透過水（処理水）量・水質などを安定化させると共に、逆浸透膜分離装置にて製造された処理水（純水）の温度を精度良く一定に安定化することができる。

また、複数の熱交換器に、ＲＯ装置のブライン廃熱、冷凍廃熱、コンプレッサー廃熱及びボイラー廃熱（蒸気）で加熱された熱媒体のうちの少なくとも一つを供給することで、専ら原水を制御するための熱源（ヒーター、ボイラー等）を設ける場合と比較して、エネルギー消費量を削減することができる。

また、複数の熱交換器の下流側に、ボイラー廃熱を熱源として原水を脱気する脱気装置を設けたことで、新たに熱源を設けることなく、エネルギー消費量を削減しながら、原水に溶存する二酸化炭素及び酸素を除去することができる。

本発明の純水製造方法及び装置によれば、複数の熱交換器の前段に設けた原水槽内及びＲＯ装置の前段に設けた受水槽内の原水温度に応じて、工場等の空調機用冷凍装置、空気圧縮装置、ボイラー装置等の廃熱を利用して複数の熱交換器で熱交換させて、受水槽内の原水の温度を所定値に制御することで、ＲＯ装置の効率を最適に保ち、透過水（処理水）量・水質などを安定化させると共に、ＲＯ装置にて製造された処理水（純水）の温度を精度良く一定に安定化することができる。

以下、本発明の純水製造方法及び装置の一実施形態について、図１を参照して説明する。

図１において、本実施形態の純水製造装置は、原水槽１から原水を取り出して前処理槽２にて逆浸透膜ヘのスライムの付着を防止するため等の所要の前処理を行い、前処理後の原水を供給ポンプ３にて第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４に順次通した後、脱気装置５に通し、所定の温度に加温された原水をＲＯ装置７の前段に設けた受水槽６を介してＲＯ装置７に供給し、ＲＯ装置７の逆浸透膜にて純水の分離処理を行い、処理後の処理水（純水）をリソグラフィー工程等に送給するように構成されている。

原水槽１には、原水の水温を検出する第１水温センサ１１が配設され、検出した第１水温検出信号ｔ１が制御部２０に入力されている。また、受水槽６には、原水の水温を検出する第２水温センサ１２と原水の水位を検出する水位センサ１３とが配設され、検出した第２水温検出信号ｔ２及び水位検出信号ｈが制御部２０に入力されている。また、使用水量信号ｗも制御部２０に入力される。この使用水量信号ｗは、リソグラフィー工程等の利用側への流出流量を流量センサ（図示せず）にて検出することができる。

制御部２０は、供給ポンプ３を駆動するインバータ３１に制御信号ｉ１を出力し、供給ポンプ３を作動制御するように構成されている。

第１加熱用熱交換器４１は、ＲＯ装置７の逆浸透膜の洗浄に用いられるブライン（洗浄水）の廃熱によって原水を加熱するものであり、ＲＯ装置７からブラインが供給されるブライン配管１１１に接続されている。ブライン配管１１１には、ブラインの流量を調整して第１加熱用熱交換器４１の熱出力を調整する調整弁１２１が介設されている。調整弁１２１には、弁体を駆動する弁制御部１３１が接続されている。ＲＯ装置７から供給されるブラインの温度は、例えば２５℃である。

第２加熱用熱交換器４２は、このＲＯ装置７が設置された工場に存在する冷凍装置１０１の廃熱によって原水を加熱するものであり、冷凍装置１０１の廃熱を受け取った熱媒体が供給される熱媒体配管１１２に接続されている。第２加熱用熱交換器４２に導かれる熱媒体は、冷凍装置１０１の冷凍サイクルの蒸発器によって加熱された熱媒体である。熱媒体配管１１２には、熱媒体の流量を調整して第２加熱用熱交換器４２の熱出力を調整する調整弁１２２が介設されており、調整弁１２２には、弁体を駆動する弁制御部１３２が接続されている。冷凍装置１０１から供給される熱媒体の温度は、例えば２８℃である。熱媒体としては、冷却装置１０１からの加熱された廃水、工水、井水、市水、冷媒等を用いることができる。

第３加熱用熱交換器４３は、このＲＯ装置７が設置された工場に存在するコンプレッサー装置１０２の廃熱によって原水を加熱するものであり、コンプレッサー装置１０２の廃熱を受け取った熱媒体が供給される熱媒体配管１１３に接続されている。熱媒体配管１１３には、熱媒体の流量を調整して第３加熱用熱交換器４３の熱出力を調整する調整弁１２３が介設されており、調整弁１２３には、弁体を駆動する弁制御部１３３が接続されている。コンプレッサー装置１０２から供給される熱媒体の温度は、例えば３２℃である。熱媒体としては、コンプレッサー装置１０２からの加熱された廃水、工水、井水、市水、冷媒等を用いることができる。

第４加熱用熱交換器４４は、ＲＯ装置７前段での原水の温度が所定の温度以下である場合に、ＲＯ装置７が設置された工場に存在するボイラー装置１０３によって原水を加熱するものであり、ボイラー装置１０３の廃熱を受け取った熱媒体が供給される熱媒体配管１１４に接続されている。熱媒体配管１１４には、熱媒体の流量を調整して第４加熱用熱交換器４４の熱出力を調整する調整弁１２４が介設されており、調整弁１２４には、弁体を駆動する弁制御部１３４が接続されている。ボイラー装置１０３から供給される熱媒体の温度は、例えば１２０℃である。熱媒体としては、ボイラー装置１０３からの加熱された工水、井水、市水、冷媒等を用いることができる。また、熱媒体に代えて、ボイラー装置の余剰スチームを第４加熱用熱交換器４４に供給してもよい。

また、脱気装置５は、原水に溶存する二酸化炭素及び酸素を脱気するものであり、ＲＯ装置７の寿命を延ばすため、予めＲＯ装置７の前段に脱気装置５を設けることで、原水に溶存する二酸化炭素及び酸素を所定の溶存濃度以下に脱気することができる。

制御部２０は、第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４の弁制御部１３１、１３２、１３３、１３４に制御信号ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４を出力し、第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４の熱出力を夫々制御するように構成されている。

以上の構成において、原水槽１内の原水が、前処理槽２で所要の前処理が行われた後、供給ポンプ３にて第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４に送給されて加温され、脱気装置５に供給されて溶存二酸化炭素及び溶存酸素が脱気され、受水槽６に送給される。受水槽６では、貯留されている原水の水位が水位センサ１３にて検出され、その水位検出信号ｈが制御部２０に入力される。制御部２０は、水位検出信号ｈに基づいてインバータ３１を作動制御し、供給ポンプ３を駆動することで、上記受水槽６ヘの原水の送給量が制御され、受水槽６の水位が常に一定に維持される。

また、原水槽１の原水の水温が第１水温センサ１１で検出され、その第１水温検出信号ｔ１が制御部２０に入力される。また、受水槽６の原水の水温が第２水温センサ１２で検出され、その第２水温検出信号ｔ２が制御部２０に入力される。これらの水温検出信号ｔ１、ｔ２に基づいて、制御部２０は、弁制御部１３１、１３２、１３３、１３４、１３５を作動制御する。

例えば、冬季において、原水槽１の原水の水温が５℃であることが検出されると、制御部２０は、全ての弁制御部１３１、１３２、１３３、１３４に弁体の全開を指令する制御信号ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４を出力し、第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４への熱媒体の供給量を最大にする。これにより、第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４の熱出力が最大となり、第１加熱用熱交換器４１で加熱された原水の温度が６．５℃となり、さらに第２加熱用熱交換器４２で加熱された原水の温度が１４℃となり、さらに第３加熱用熱交換器４３で加熱された原水の温度が２５℃となり、さらに第４加熱用熱交換器４４では補助的に原水の温度が２５℃を維持するように構成されており、これにより、受水槽６を経たＲＯ装置７の入口での原水の温度が２５℃±０．５℃となる。

また、例えば、春季又は秋季において、原水槽１の原水の水温が１５℃であることが検出されると、制御部２０は、第１、第２及び第４加熱用熱交換器４１、４２、４４の弁制御部１３１、１３２、１３４に弁体の全閉を指令する制御信号ｖ１、ｖ２、ｖ４を出力する一方、第３加熱用熱交換器４３の弁制御部１３３に弁体の全開を指令する制御信号ｖ３を出力する。こうして、第１、第２及び第４加熱用熱交換器４１、４２、４４の熱出力を停止する一方、第３加熱用熱交換器４３の熱出力を最大にする。これにより、第３加熱用熱交換器４３で加熱された原水の温度が２５℃となり、受水槽６を経たＲＯ装置７の入口での原水の温度が２５℃±０．５℃となる。

また、例えば、夏季において、原水槽１の原水の水温が２９℃であることが検出されると、制御部２０は、全ての弁制御部１３１、１３２、１３３、１３４に弁体の全閉を指令する制御信号ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４を出力し、第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４への熱媒体の供給量を停止する。これにより、第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４の熱出力が零となり、第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４での熱交換を不要とする。

以上のように、制御部２０により、原水槽１の水温に応じて第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４の熱出力を制御することにより、原水の温度を安定して所定の温度に制御することにより、所定の温度に加温された原水をＲＯ装置７の前段に配設された受水槽６を介してＲＯ装置７に供給することができる。なお、第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４の熱出力は、使用水量信号ｗ又はインバータ３１に対する作動制御値に応じて適宜調整してもよい。

このように、第１加熱用熱交換器４１の熱出力にＲＯ装置７のブラインの廃熱を利用し、第２加熱用熱交換器４２の熱出力に冷凍装置１０１の廃熱を利用し、第３加熱用熱交換器４３の熱出力にコンプレッサー装置１０２の廃熱を利用し、予備的に第４加熱用熱交換器４４の熱出力を利用することにより、熱出力を専用の熱機器で生成する場合と比較して、大幅なエネルギー消費量を削減することができる。表１は、本実施形態の純水製造装置が動作する際、各廃熱を使用する廃熱使用エネルギーと、原水の加熱に必要な必要エネルギーとを併せて示した表である。表１には、定常時と、回収ＮＧ時とにおける使用エネルギー及び必要エネルギーを示している。ここで、定常時とは、原水の加熱に必要な量の加温された工水等の排水を回収できる場合をいう。また、回収ＮＧ時とは、原水の加熱に必要な量の加温された工水等の排水を回収できない場合をいう。

表１から明らかなように、定常時と回収ＮＧ時のいずれにおいても、ＲＯブライン廃熱、冷凍装置廃熱、コンプレッサー廃熱及びボイラー廃熱により、原水の加熱に必要な全てのエネルギーを賄うことができる。例えばコンプレッサーの廃熱を利用する場合、必要エネルギーを都市ガス及び電力で得る場合と比較して、１年間で２，３１８ｔの二酸化炭素の排出を削減することができる。また、冷凍装置としてターボ冷凍装置の廃熱を利用する場合、必要エネルギーを都市ガス及び電力で得る場合と比較して、１年間で７００ｔの二酸化炭素の排出を削減することができる。すなわち、コンプレッサーの廃熱とターボ冷凍装置の廃熱との利用により、約３，０００ｔの二酸化炭素の排出を削減でき、その結果、１．３％の省エネルギー効果を奏することができる。

脱気装置５で溶存二酸化炭素及び酸素が除去され、２５℃に加温された原水は、受水槽６に送給される。こうして、受水槽６内の原水の温度が２５℃±０．５℃の所定温度に精度良く維持される。

このように受水槽６内の原水は、その水位及び温度が高精度に一定に制御されており、その受水槽６内の原水が、Ｒ〇装置７に取り出されて逆浸透膜にて純水が分離処理され、その処理水（純水）は、例えばリソグラフィー工法におけるフォトレジストの現像液を作成するための希釈水等として使用するためリソグラフィー工程等に送給される。その際に、処理水（純水）の温度が高精度に一定に管理されているので、上記現像液などの濃度を精度良く一定に管理することができ、効率的にて精度の良い処理を行うことができる。また、処理水（純水）の溶存二酸化炭素及び溶存炭素が高度に除去されているので、炭酸塩に起因するフォトレジストの現像不良を生じることなく、フォトレジストを高精度に現像して高品質の処理を行うことができる。

なお、純水製造装置には、脱気装置５は必ずしも設置しなくてもよく、この場合、第４加熱用熱交換器４４からの原水を受水槽６に直接流入させるように構成すればよい。この場合において、制御部２０により、第１水温検出信号ｔ１及び第２水温検出信号ｔ２に対応して第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４の熱出力を制御し、受水槽６内の原水の温度を所定値になるように制御すればよい。

また、純水製造装置には、第１乃至第４加熱用熱交換器４１、４２、４３、４４を必ずしも全て設置しなくてもよく、原水を加熱する熱交換器の数は、必要エネルギーに応じて適宜変更することができる。また、冷凍装置１０１、コンプレッサー装置１０２及びボイラー装置１０３の全ての廃熱を利用しなくてもよく、冷凍装置１０１、コンプレッサー装置１０２及びボイラー装置１０３の少なくとも一つの廃熱を利用してもよい。また、他の熱機器の廃熱を利用してもよい。

本発明の純水製造方法及び装置は、複数の熱交換器の前段に設けた原水槽内及びＲＯ装置の前段に設けた受水槽内の原水温度に応じて、複数の熱交換器の熱出力を制御して受水槽内の原水の温度を所定値に制御することで、ＲＯ装置の効率を最適に保ち、透過水（処理水）量・水質などを安定化させると共に、ＲＯ装置にて製造された処理水（純水）の温度を精度良く一定に安定化することができる。

本発明の一実施形態の純水製造装置の概略構成図。 従来例の純水製造装置の概略構成図。

符号の説明

１ 原水層
６ 受水槽
７ ＲＯ装置（逆浸透膜分離装置）
１１ 第１水温センサ
１２ 第２水温センサ
２０ 制御部
４１ 第１加熱用熱交換器
４２ 第２加熱用熱交換器
４３ 第３加熱用熱交換器
４４ 第４加熱用熱交換器

Claims (4)

1. 複数の熱交換器を通して温度制御した原水を逆浸透膜分離装置に通して純水を製造する純水製造方法であって、原水槽及び受水槽内の原水の温度を検出し、その検出温度に応じて、複数の熱交換器の熱出力を制御して受水槽内の原水の温度を所定値に制御し、受水槽から逆浸透膜分離装置に原水を送給することを特徴とする純水製造方法。
2. 複数の熱交換器に、逆浸透膜分離装置のブライン廃熱、冷凍廃熱、コンプレッサー廃熱及びボイラー廃熱のうちの少なくとも一つを供給することを特徴とする請求項１記載の純水製造方法。
3. 複数の熱交換器を通して温度制御した原水を逆浸透膜分離装置に通して純水を製造する純水製造装置であって、原水槽と、熱媒体の供給量を調整する調整弁が夫々設けられた複数の熱交換器と、受水槽と、逆浸透膜分離装置とをこの順に接続し、原水槽内の原水の温度を検出する第１水温センサと、受水槽内の原水の温度を検出する第２水温センサとに応じて複数の熱交換器の調整弁を制御する制御部を設けたことを特徴とする純水製造装置。
4. 複数の熱交換器に、逆浸透膜分離装置のブライン廃熱、冷凍廃熱、コンプレッサー廃熱及びボイラー廃熱で加熱された熱媒体のうちの少なくとも一つを供給することを特徴とする請求項３記載の純水製造装置。

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