JP2013180287A - 純水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アニオン交換樹脂として再生が容易な弱アニオン交換樹脂のみを用いて水質の良好な純水を製造することができる純水製造装置を提供する。
【解決手段】原水はカチオン交換樹脂装置１にてカチオン交換処理され、そのｐＨが低下した処理水が脱炭酸装置２にて脱炭酸処理され、次いで弱アニオン交換樹脂装置３にてアニオン交換処理され、その後、ＲＯ膜装置４にてＲＯ処理されて純水となる。弱アニオン交換樹脂装置３には弱アニオン交換樹脂のみが用いられている。ＲＯ膜装置４のＲＯ膜としては、ホウ素除去率がｐＨ７において７０％以上、特に７５％以上のものが用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は純水製造装置に係り、特にカチオン交換樹脂装置、脱炭酸装置、アニオン交換樹脂装置及びＲＯ（逆浸透）膜装置がこの順に設置された純水製造装置に関する。

特許文献１などに記載されている通り、カチオン交換樹脂装置、脱炭酸装置、アニオン交換樹脂装置及びＲＯ膜装置がこの順に設置された純水製造装置は純水の製造に広く用いられている。この純水製造装置にあっては、原水がカチオン交換樹脂装置でカチオン交換処理され、ｐＨが低下し、脱炭酸装置に供給されて脱炭酸処理される。その後、アニオン交換樹脂装置でアニオン交換処理され、さらにＲＯ膜装置にてイオン、微粒子、細菌等が除去されて純水が得られる。

特許文献１にはカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の種類についての記載はないが、特許文献２には、カチオン交換樹脂として弱カチオン交換樹脂と強カチオン交換樹脂とを併用し、アニオン交換樹脂として弱アニオン交換樹脂と強アニオン交換樹脂とを併用することが記載されている。

特開平５−１６９０６１ 特開２０００−２０２４４０

イオン交換樹脂を用いた純水装置において、アニオン交換樹脂装置における課題は、弱電解質のシリカ、ホウ素が除去されにくいことと、有機汚染による再生効率の低下である。弱電解質は、アルカリ性条件において解離が進行するため、装置内におけるｐＨが中性、アルカリ性となるように、アニオン交換樹脂を多めに使用することが多い。このことが、アニオン交換樹脂装置の樹脂量が増加し、装置コスト及び運転コスト（再生水量、再生頻度）の増大に繋がっていた。

従来、カチオン交換樹脂装置、脱炭酸装置、アニオン交換樹脂装置及びＲＯ膜装置がこの順に設置された純水製造装置のアニオン交換樹脂としては、強アニオン交換樹脂のみが用いられるか又は特許文献２のように強アニオン交換樹脂と弱アニオン交換樹脂とが併用されている。

これは、弱塩基性アニオン交換樹脂は、シリカやホウ素などの弱アニオンの除去性能が劣るためであり、これら弱アニオンの除去率を向上させるためには、強塩基性アニオン交換樹脂を用いる必要があった。この強アニオン交換樹脂は弱アニオン交換樹脂に比べて再生薬品の使用量が多い。

強アニオン交換樹脂は、有機汚染を受け易く、再生を行っても有機汚染を受けた部分が回復せず、イオン交換容量が低下し易い。また、官能基の脱離により臭気が発生することがある。

本発明は、脱炭酸後、ＲＯ処理前のアニオン交換処理用の樹脂として再生が容易な弱アニオン交換樹脂のみを用いて水質の良好な純水を製造することができる純水製造装置を提供することを目的とする。

本発明の純水製造装置は、カチオン交換樹脂装置、脱炭酸装置、アニオン交換樹脂装置及びＲＯ膜装置がこの順に設置された純水製造装置において、該アニオン交換樹脂装置のアニオン交換樹脂が弱アニオン交換樹脂のみであることを特徴とするものである。

本発明の純水製造装置は、ＲＯ膜装置の後段に１塔２床式イオン交換樹脂装置を備えてもよい。

本発明の純水製造装置では、ＲＯ膜装置単独のホウ素除去率がｐＨ７において７０％以上特に７５％以上であることが好ましい。

被処理水をカチオン交換樹脂に通すと、ナトリウムイオンやカルシウムイオンなどのカチオンがイオン交換樹脂の水素イオンと交換し、処理水ｐＨが低下する。ｐＨが低下した状態で脱炭酸処理を行うと炭酸ガスの溶解性が低下しているため、効果的に炭酸ガスを除去することができるが、通常、ｐＨは酸性のままである。ｐＨ酸性の条件で、アニオン交換樹脂に通すと弱電解質であるケイ酸やホウ酸は解離が不十分であるため、除去され難いが、アニオン交換樹脂により、塩化物イオンや硫酸イオンが除去され、水酸化物イオンが放出されると、ｐＨがアルカリ側にシフトして行くため、弱アニオンも除去される。アニオン交換処理後に逆浸透膜装置、さらには混床型イオン交換樹脂装置を通すことにより、１μＳ／ｃｍ以下の純水を製造することが可能となる。

通常のＲＯ膜は、アニオンの除去率が大きく、塩化物イオンや、硫酸イオンを殆ど排除するが、弱電解質であるケイ酸やホウ酸に対する除去率はこれらに比べて低い。ホウ素除去率の高いＲＯ膜を使用したり、その後段に１塔２床式のイオン交換樹脂装置を設置することにより、弱電解質イオン濃度の低い純水が得られる。

本発明では、アニオン交換樹脂として、弱アニオン交換樹脂のみを使用しているので、アニオン交換樹脂の有機汚染の低減を図ることができる。また、ホウ素除去率が高いＲＯ膜装置を使用することにより弱アニオンが十分に除去される。

なお、１塔２床式イオン交換樹脂装置は混床型イオン交換樹脂装置に比べて効率よく再生することができ、処理水水質を高く維持することが容易である。

実施の形態に係る純水製造装置の系統図である。 実施の形態に係る純水製造装置の系統図である。 １塔２床式イオン交換樹脂装置の模式的断面図である。 ＲＯ装置の模式図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

図１は第１の実施の形態を示すものであり、原水はカチオン交換樹脂装置１にてカチオン交換処理され、そのｐＨが低下した処理水が脱炭酸装置２にて脱炭酸処理され、次いで弱アニオン交換樹脂装置３にてアニオン交換処理され、その後、ＲＯ膜装置４にてＲＯ処理されて純水となる。

図２は第２の実施の形態を示すものである。図２の純水製造装置は、図１の純水製造装置において、ＲＯ膜装置４の処理水を１塔２床式イオン交換樹脂装置５に通水して純水を得るようにしたものである。

上記のカチオン交換樹脂装置１としては強カチオン交換樹脂の単床であってもよく、強カチオン交換樹脂と弱カチオン交換樹脂との複床又は混床であってもよい。

脱炭酸装置としては、塔上部から散水を行うものなど各種のものを用いることができる。なお、脱炭酸装置２に導入されるカチオン交換樹脂処理水のｐＨは通常２．５〜５．５程度である。

弱アニオン交換樹脂装置３には弱アニオン交換樹脂のみが用いられている。

この実施の形態では、ＲＯ膜装置４のＲＯ膜としては、ホウ素除去率がｐＨ７において７０％以上、特に７５％以上のものが好ましい。このようなＲＯ膜としては、海水淡水化用ＲＯ膜が好適である。ＲＯ膜装置としては、図４（ａ）のように１本１段型のものであってもよく、図４（ｂ）のように２本直列１段型のものであってもよく、これ以外のものであってもよい。

なお、ＲＯ膜の弱電解質の除去率は以下の式で定義される。

除去率＝１−［透過水濃度］×２／［供給水濃度＋濃縮水濃度］
図２の純水製造装置で用いられている１塔２床式イオン交換樹脂装置５の一例を図３に示す。この１塔２床式イオン交換樹脂装置５は、水は通過させるがイオン交換樹脂は通過させない仕切り材６によって塔内に上下２室を形成し、一方の室に強アニオン交換樹脂ＳＡを充填し、他方の室に強カチオン交換樹脂ＳＣを充填したものである。この１塔２床式イオン交換樹脂装置５では、ＲＯ膜装置４からのＲＯ膜処理水が導入管７によって塔下部に導入され、まず強アニオン交換樹脂ＳＡと接触した後、強カチオン交換樹脂ＳＣと接触し、頂部の流出口８から純水が取り出されるよう構成されている。ただし、１塔２床式イオン交換樹脂装置の構成は、例えば、ＳＡとＳＣの位置を逆にするなどこれ以外であってもよい。

以下、実施例及び比較例について説明する。

［実施例１］
図２に示す１塔２床式イオン交換樹脂装置５を備えた純水製造装置において、カチオン交換樹脂装置１及び弱アニオン交換樹脂装置３として下記のものを用いた。

カチオン交換樹脂装置
強カチオン交換樹脂：三菱化学株式会社製ＳＫ１Ｂ、
充填量：１２０Ｌ、
層高：１７００ｍｍ
弱アニオン交換樹脂装置
弱アニオン交換樹脂：三菱化学株式会社製ＷＡ３０、
充填量：１００Ｌ、
層高：１４００ｍｍ

ＲＯ膜装置としては、ｐＨ７におけるホウ素除去率が６２％である日東電工株式会社製超低圧膜ＥＳ２０を図４（ａ）に示す１本１段備えたものとし、駆動圧を０．６５ＭＰａとした。

原水として栃木県野木町の水道水を活性炭、フィルター処理したものを用いた。この原水を４０Ｌ／ｍｉｎにて図２の通り通水し、ＲＯ膜装置から２０Ｌ／ｍｉｎにて流出するＲＯ膜透過水を１塔２床式イオン交換樹脂装置５に通水して純水を製造した。

カチオン交換樹脂装置１と弱アニオン交換樹脂装置とを２４時間毎に再生処理し、６ヶ月間運転を行った。

通水開始直後と、６ヶ月経過時とにおける原水及び図２の各装置流出水の水質の測定結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１において、弱アニオン交換樹脂装置３の代わりに次の弱アニオン交換樹脂と強アニオン交換樹脂の１塔２床型アニオン交換樹脂装置を用いた他は同一条件にて６ヶ月通水を行った。通水開始直後、及び６ヶ月経過時の水質を表２に示す。

弱アニオン交換樹脂：三菱化学株式会社製ＷＡ３０、
充填量：８０Ｌ、
層高：１１００ｍｍ
強アニオン交換樹脂：三菱化学株式会社製ＳＡ１２Ａ、
充填量：５０Ｌ、
層高：７００ｍｍ

表１と表２との対比から明らかな通り、運転開始直後は実施例１と比較例１との間に差は見られない。しかしながら、６ヶ月間運転を行った後では、比較例１においてアニオン交換樹脂装置のアニオン交換性能が低下するところから、実施例１の方が比較例１よりも水質が安定している。

［実施例２］
実施例１において、１塔２床式イオン交換樹脂装置５を省略し、図１のフロー構成とした。弱アニオン交換樹脂の充填量及び充填層高を８０Ｌ，１１００ｍｍと若干少なくした。また、ＲＯ膜装置をＲＯ膜を海水淡水化用ＲＯ膜（東レ株式会社製ＴＭ８２０Ｋ ｐＨ７におけるホウ素除去率８０％）の２本直列１段の構成（図４（ｂ）参照）とし、駆動圧を２ＭＰａとした。これ以外は実施例１と同一条件にて原水を処理した。通水開始直後と６ヶ月経過時との水質測定結果を表３に示す。

［比較例２］
実施例２において、弱アニオン交換樹脂の代わりに下記の強アニオン交換樹脂を用いた。また、ＲＯ膜装置として実施例１で用いた超低圧ＲＯ膜日東電工株式会社製ＥＳ２０を実施例１と同じく１本１段設置し、駆動圧を実施例１と同じく０．６５ＭＰａとした。これ以外は実施例２と同一条件にて原水を処理した。通水開始直後と６ヶ月経過時との水質測定結果を表４に示す。

表３，４の対比より明らかな通り、運転開始直後は比較例２の方が水質が優れているが、６ヶ月経過後では実施例２の方が水質が優れており、また水質も安定していた。

１ カチオン交換樹脂装置
２ 脱炭酸装置
３ 弱アニオン交換樹脂装置
４ ＲＯ膜装置
５ １塔２床式イオン交換樹脂装置

Claims (4)

1. カチオン交換樹脂装置、脱炭酸装置、アニオン交換樹脂装置及びＲＯ膜装置がこの順に設置された純水製造装置において、
   該アニオン交換樹脂装置のアニオン交換樹脂が弱アニオン交換樹脂のみであることを特徴とする純水製造装置。
2. 請求項１において、前記ＲＯ膜装置の後段に１塔２床式イオン交換樹脂装置を有することを特徴とする純水製造装置。
3. 請求項１又は２において、前記ＲＯ膜装置単独のホウ素除去率がｐＨ７において７０％以上であることを特徴とする純水製造装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記カチオン交換樹脂装置におけるカチオン交換樹脂が、強カチオン交換樹脂又は強カチオン交換樹脂と弱カチオン交換樹脂によって構成されていることを特徴とする純水製造装置。

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