JP2022002831A - 純水製造装置及び純水製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】難分解性有機物をより効果的に除去する。【解決手段】純水製造装置3Aは、有機物とアニオンを含む被処理水に次亜ハロゲン酸を添加する次亜ハロゲン酸添加手段21と、次亜ハロゲン酸添加手段21の下流に位置し、次亜ハロゲン酸が添加された被処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置15と、紫外線照射装置15の下流に位置し、紫外線が照射された被処理水に過酸化水素を添加する過酸化水素添加手段24と、過酸化水素添加手段24の下流に位置し、過酸化水素が添加された被処理水からアニオンを除去するアニオン除去手段16と、アニオン除去手段16の下流に位置し、アニオンが除去された被処理水に含まれる過酸化水素を除去する白金族触媒担体(触媒塔20)と、を有する。【選択図】図3A
Description
本発明は純水製造装置及び純水製造方法に関する。
純水水質への高度な要求が顕在化するに伴って、近年、純水中に含まれる微量の有機物を分解し除去する様々な方法の検討がなされている。そのような方法の代表的なものとして、紫外線酸化処理による有機物の分解除去工程が導入されるようになってきている。
特許文献1〜3には、被処理水に過酸化水素を添加し、紫外線を照射することで有機物を除去する方法が開示されている。
過酸化水素は尿素などの難分解性有機物を十分に除去することができない。本発明は難分解性有機物をより効果的に除去することの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、有機物とアニオンを含む被処理水に次亜ハロゲン酸を添加する次亜ハロゲン酸添加手段と、次亜ハロゲン酸添加手段の下流に位置し、次亜ハロゲン酸が添加された被処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置と、紫外線照射装置の下流に位置し、紫外線が照射された被処理水に過酸化水素を添加する過酸化水素添加手段と、過酸化水素添加手段の下流に位置し、過酸化水素が添加された被処理水からアニオンを除去するアニオン除去手段と、アニオン除去手段の下流に位置し、アニオンが除去された被処理水に含まれる過酸化水素を除去する白金族触媒担体と、を有する。
本発明によれば、難分解性有機物をより効果的に除去することのできる純水製造装置を提供することができる。
(実施形態1A〜1C)
以下、図面を参照して本発明の純水製造装置と純水製造方法の実施形態について説明する。図1Aは本発明の実施形態1Aに係る純水製造装置1Aの概略構成を示している。純水製造装置1(1次システム)は上流側の前処理システムと下流側のサブシステム(2次システム)とともに超純水製造装置を構成する。前処理システムで製造された原水(以下、被処理水という)は尿素を含む有機物を含有している。
以下、図面を参照して本発明の純水製造装置と純水製造方法の実施形態について説明する。図1Aは本発明の実施形態1Aに係る純水製造装置1Aの概略構成を示している。純水製造装置1(1次システム)は上流側の前処理システムと下流側のサブシステム(2次システム)とともに超純水製造装置を構成する。前処理システムで製造された原水(以下、被処理水という)は尿素を含む有機物を含有している。
純水製造装置1Aは、ろ過器11、活性炭塔12、第1のイオン交換装置13、逆浸透膜装置14、紫外線照射装置(紫外線酸化装置)15、第2のイオン交換装置16、脱気装置17と、を有し、これらは被処理水の流通方向Dに関し上流から下流に向かって、母管L1に沿って直列に配置されている。被処理水は原水ポンプ(図示せず)で昇圧された後、ろ過器11で比較的粒径の大きな塵埃等が除去され、活性炭塔12で高分子有機物などの不純物が除去される。第1のイオン交換装置13は、カチオン交換樹脂が充填されたカチオン塔(図示せず)と、脱炭酸塔(図示せず)と、アニオン交換樹脂が充填されたアニオン塔(図示せず)と、を有し、これらは上流から下流に向けてこの順で直列に配置されている。被処理水はカチオン塔でカチオン成分を、脱炭酸塔で炭酸を、アニオン塔でアニオン成分をそれぞれ除去され、逆浸透膜装置14でイオン成分をさらに除去される。
純水製造装置1Aは、被処理水に次亜ハロゲン酸を添加する次亜ハロゲン酸添加手段21を有している。本実施形態では、次亜ハロゲン酸は次亜臭素酸であるが、次亜塩素酸または次亜ヨウ素酸であってもよい。次亜ハロゲン酸添加手段21は、臭化ナトリウム(NaBr)の貯蔵タンク21a(臭化ナトリウムの供給手段)と、次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)の貯蔵タンク21b(次亜塩素酸ナトリウムの供給手段)と、臭化ナトリウムと次亜塩素酸ナトリウムの攪拌槽21c(臭化ナトリウムと次亜塩素酸ナトリウムの混合手段)と、移送ポンプ21dと、を有する。次亜臭素酸は長期間の保存が困難であるため、使用するタイミングに合わせて臭化ナトリウムと次亜塩素酸ナトリウムを混合して生成する。攪拌槽21c(混合手段)で生成された次亜臭素酸は、移送ポンプ21dで昇圧され、逆浸透膜装置14と紫外線照射装置15との間で母管L1を通る被処理水に添加される。臭化ナトリウムと次亜塩素酸ナトリウムを直接母管L1に供給し、母管L1内の被処理水の流れによってこれらを攪拌して、次亜臭素酸を生成してもよい。
次亜ハロゲン酸添加手段21の下流に位置する紫外線照射装置15は、次亜ハロゲン酸が添加された被処理水に紫外線を照射する。紫外線照射装置15としては、例えば254nmまたは185nmの少なくとも一方の波長を含む紫外線ランプを用いることができる。紫外線は、エネルギーが高く有機物の分解能力に優れた185nmの波長成分を含んでいることが好ましい。紫外線照射によって次亜臭素酸による有機物(尿素)の分解促進効果が得られる。しかし、次亜塩素酸は次亜臭素酸よりも紫外線によって分解されやすいため、多量の紫外線が照射されると次亜塩素酸の分解反応が促進され、エネルギーが無駄に消費される。また、次亜臭素酸を生成するための次亜塩素酸が不足し、次亜臭素酸の生成反応が進まない可能性がある。
従来、有機物を除去するために、被処理水に過酸化水素を添加する方法が知られている。紫外線を照射することで過酸化水素からヒドロキシラジカルが発生し、ヒドロキシラジカルによって有機物の酸化分解が促進される。しかし、実施例1で説明するように、尿素などの難分解性有機物を除去する場合、過酸化水素よりも次亜ハロゲン酸のほうがはるかに効果的である。従って、本実施形態によれば、ユースポイントに供給される超純水における尿素などの難分解性有機物の濃度を低下させることができる。
紫外線照射装置15の下流に位置する第2のイオン交換装置16は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが充填された再生式イオン交換樹脂塔である。紫外線照射によって被処理水中に発生する有機物の分解生成物は、第2のイオン交換装置16によって除去される。その後、被処理水中の溶存酸素が脱気装置17によって除去される。
実施例1で詳しく述べるように、被処理水のpHが8以下であると尿素除去率が大きく改善される。このため、純水製造装置1Aは、紫外線照射装置15の上流側にpH調整手段22を有する。pH調整手段22は例えば、硫酸や塩酸などのpH調整液の貯蔵タンク22aと、移送ポンプ22bと、を有している。pH調整液は、移送ポンプ22bで昇圧され、逆浸透膜装置14と紫外線照射装置15との間で母管L1を通る被処理水に添加される。pH調整手段22は被処理水のpHを8以下、好ましくは7以下、より好ましくは5以下、さらに好ましくは4以下に調整する。pHの下限は尿素除去率の観点からは限定されないが、後段の設備への影響を考慮して3以上とすることが好ましい。
同じく実施例1で詳しく述べるように、次亜ハロゲン酸添加手段21の上流側の被処理水のTOCに対して30重量倍以上、好ましくは60重量倍以上、より好ましくは120重量倍以上、さらに好ましくは250重量倍以上の次亜ハロゲン酸を添加することでTOC除去率が大きく改善される。このため、純水製造装置1Aは、次亜ハロゲン酸添加手段21の上流側の被処理水のTOCを測定するTOC計などのTOC分析手段18を有している。TOC分析手段18の設置位置は次亜ハロゲン酸添加手段21の上流側である限り限定されないが、次亜ハロゲン酸が添加される直前の位置とすることが好ましい。このため、TOC分析手段18は逆浸透膜装置14と次亜ハロゲン酸添加手段21との間に設けられている。次亜ハロゲン酸の添加量はTOC除去率の観点からは限定されないが、後段の設備への影響を考慮してTOCの2000重量倍以下とすることが好ましい。あるいは、TOC分析手段18として、尿素濃度計などの尿素分析手段を用いてもよい。この場合、次亜ハロゲン酸添加手段21の上流側の被処理水の尿素濃度に対して5重量倍以上、好ましくは12重量倍以上、より好ましくは25重量倍以上、さらに好ましくは50重量倍以上の次亜ハロゲン酸を添加することで尿素除去率が大きく改善される。次亜ハロゲン酸の添加量は尿素除去率の観点からは限定されないが、後段の設備への影響を考慮して、尿素の400重量倍以下とすることが好ましい。
図1Bは本発明の実施形態1Bに係る純水製造装置1Bの概略構成を示している。本実施形態では、紫外線照射装置15の後段、具体的には紫外線照射装置15と第2のイオン交換装置16との間に、他の紫外線照射装置15aが直列で設置されており、それ以外の構成は実施形態1Aと同様である。後段の紫外線照射装置15aは被処理水中に残存した次亜ハロゲン酸を光分解によって除去する。従って、第2のイオン交換装置16の負荷を低減するとともに、第2のイオン交換装置16の樹脂の酸化劣化を抑制することができる。他の紫外線照射装置15aとしては、紫外線照射装置15と同様、254nmまたは185nmの少なくとも一方の波長を含む紫外線ランプを用いることができる。
図1Cは本発明の実施形態1Cに係る純水製造装置1Cの概略構成を示している。本実施形態では、紫外線照射装置15の後段に還元剤添加手段23が設置されており、さらに還元剤添加手段23の後段且つ第2のイオン交換装置16の前段に逆浸透膜装置19が設けられている。それ以外の構成は実施形態1Aと同様である。還元剤添加手段23は被処理水中に残存した次亜ハロゲン酸を除去する。還元剤としては過酸化水素、亜硫酸ナトリウム等を用いることができる。還元剤添加手段23は還元剤の貯蔵タンク23aと、移送ポンプ23bと、を有している。還元剤は、移送ポンプ23bで昇圧され、紫外線照射装置15と逆浸透膜装置19との間で母管L1を通る被処理水に添加される。逆浸透膜装置19は余剰の還元剤を除去する。還元剤の除去手段は、イオン交換樹脂、電気式脱イオン装置などであってもよい。あるいは、これらの還元剤除去手段を直列で組み合わせてもよい。
次亜ハロゲン酸の除去手段は実施形態1B,1Cに限定されず、他の紫外線照射装置15aや還元剤添加手段23は次亜ハロゲン酸を除去する手段の一例であることから、同様の効果を有する次亜ハロゲン酸除去手段(酸化剤除去手段)、例えばパラジウム(Pd)等の白金族触媒、活性炭などであってもよい。あるいは、これらの次亜ハロゲン酸の除去手段を直列で組み合わせてもよい。
(実施形態2A〜2B)
図2Aは本発明の実施形態2Aに係る純水製造装置2Aの概略構成を示している。本実施形態では有機物などの化合物の酸化分解のために過酸化水素を用いており、被処理水は、過酸化水素で酸化分解される任意の化合物の他、アニオンを含んでいる。純水製造装置2Aはろ過器11、活性炭塔12、第1のイオン交換装置13、逆浸透膜装置14、紫外線照射装置15、第2のイオン交換装置16、脱気装置17と、を有し、これらは、被処理水の流通方向Dに関し上流から下流に向かって、母管L1に沿って直列に配置されている。これらの装置11〜17は実施形態1A〜1Cと同じ構成を有している。本実施形態では、逆浸透膜装置14と紫外線照射装置15との間に過酸化水素添加手段24が設けられている。過酸化水素添加手段24は過酸化水素の貯蔵タンク24aと、移送ポンプ24bと、を有している。過酸化水素は、移送ポンプ24bで昇圧され、逆浸透膜装置14と紫外線照射装置15との間で母管L1を通る被処理水に添加される。過酸化水素が添加された被処理水に、紫外線照射装置15によって紫外線が照射される。これによって過酸化水素からヒドロキシラジカルが発生し、ヒドロキシラジカルによって有機物の酸化分解が促進される。上述の通り、過酸化水素は尿素などの難分解性有機物を除去する効率は低いが、難分解性ではない一般的な化合物の酸化分解には有効である。第2のイオン交換装置16(アニオン除去装置)の下流、すなわち第2のイオン交換装置16と脱気装置17との間に、白金族触媒担体が充填された触媒塔20が設けられている。
図2Aは本発明の実施形態2Aに係る純水製造装置2Aの概略構成を示している。本実施形態では有機物などの化合物の酸化分解のために過酸化水素を用いており、被処理水は、過酸化水素で酸化分解される任意の化合物の他、アニオンを含んでいる。純水製造装置2Aはろ過器11、活性炭塔12、第1のイオン交換装置13、逆浸透膜装置14、紫外線照射装置15、第2のイオン交換装置16、脱気装置17と、を有し、これらは、被処理水の流通方向Dに関し上流から下流に向かって、母管L1に沿って直列に配置されている。これらの装置11〜17は実施形態1A〜1Cと同じ構成を有している。本実施形態では、逆浸透膜装置14と紫外線照射装置15との間に過酸化水素添加手段24が設けられている。過酸化水素添加手段24は過酸化水素の貯蔵タンク24aと、移送ポンプ24bと、を有している。過酸化水素は、移送ポンプ24bで昇圧され、逆浸透膜装置14と紫外線照射装置15との間で母管L1を通る被処理水に添加される。過酸化水素が添加された被処理水に、紫外線照射装置15によって紫外線が照射される。これによって過酸化水素からヒドロキシラジカルが発生し、ヒドロキシラジカルによって有機物の酸化分解が促進される。上述の通り、過酸化水素は尿素などの難分解性有機物を除去する効率は低いが、難分解性ではない一般的な化合物の酸化分解には有効である。第2のイオン交換装置16(アニオン除去装置)の下流、すなわち第2のイオン交換装置16と脱気装置17との間に、白金族触媒担体が充填された触媒塔20が設けられている。
第2のイオン交換装置16は、少なくともアニオン交換樹脂などのアニオン交換体が充填されたイオン交換塔であり、過酸化水素が添加された被処理水から少なくともアニオンを除去する。イオン交換塔は再生型であることが好ましい。本実施形態では、第2のイオン交換装置16にはアニオン交換樹脂が充填されている。第2のイオン交換装置16にはさらにカチオン交換樹脂が充填されていてもよい。この場合、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂は複床充填されてもよく、混床充填されてもよい。特に、再生型複床式のイオン交換塔は再生操作が容易な点で好ましい。複床充填の場合、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂のどちらが被処理水の流通方向Dに関し上流側に配置されていてもよい。あるいは、アニオン交換樹脂が充填されたアニオン塔と、カチオン交換樹脂が充填されたカチオン塔とを別々に設けてもよい。第2のイオン交換装置16は、過酸化水素とアニオンとを含む被処理水からアニオンを除去するアニオン除去手段として作動する限り、構成は限定されない。
触媒塔20に充填された白金族触媒担体は、アニオン交換体、本実施形態ではアニオン交換樹脂に、白金族金属からなる白金族触媒が担持されたものである。白金族触媒担体は、アニオンが除去された被処理水に含まれる過酸化水素を除去する。アニオン交換体としては、モノリス状有機多孔質アニオン交換体を用いることもできる。白金族触媒は、その触媒作用によって過酸化水素を分解する。白金族金属としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)などが挙げられ、これらの一種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの白金族金属の中ではPtとPdが好ましく、コストの観点からはPdがさらに好ましい。
被処理水に添加され、化合物の分解に利用されなかった余剰の過酸化水素は、白金族触媒と接触することで、水と酸素に分解されて除去される。後述の実施例2で説明するように、白金族触媒が過酸化水素を除去する効率は、被処理水に含まれるアニオン成分が少ないほど向上する。このため、本実施形態では、白金族触媒の前段に第2のイオン交換装置16を配置している。
従来、過酸化水素はイオン交換体を酸化劣化させると考えられてきたことから、イオン交換体と接触する過酸化水素の量を抑えるために、白金族触媒はイオン交換体の前段に配置されている。しかし、今回行った実験によれば、過酸化水素がアニオン交換体に与えるダメージはほとんど確認されなかった。これは、純水製造の用途では過酸化水素の濃度が低く、アニオン交換体にダメージを与える濃度ではないためであると考えられる。また、過酸化水素は最終的に白金族触媒によって分解されるため、ユースポイントに供給される超純水の水質に影響を与えることもない。
図2Bは本発明の実施形態2Bに係る純水製造装置2Bの概略構成を示している。本実施形態では、第2のイオン交換装置16aにアニオン交換体と白金族触媒担体とが充填されており、それ以外の構成は実施形態2Aと同様である。すなわち、実施形態2Aでは第2のイオン交換装置16と触媒塔20が別々に設置されているが、本実施形態ではアニオン交換体と白金族触媒担体が一つのイオン交換塔(第2のイオン交換装置16a)に充填されている。これによって純水製造装置2Bのコンパクト化を図ることができる。実施形態2Aと同様、第2のイオン交換装置16aにはカチオン交換体がさらに充填されていてもよい。すなわち、第2のイオン交換装置16aは、アニオン交換体とカチオン交換体と白金族触媒担体が互いに分離して充填された再生型イオン交換塔であってよい。この場合、白金族触媒担体がアニオン交換体の下流側にある限り、カチオン交換体の位置は限定されない。具体的には、アニオン交換体とカチオン交換体と白金族触媒担体は、被処理水の流通方向Dに関し上流から下流に向けて、第2のイオン交換装置16aに以下の順序で充填することができる。
(1)アニオン交換体/白金族触媒担体/カチオン交換体
(2)カチオン交換体/アニオン交換体/白金族触媒担体
(3)アニオン交換体/カチオン交換体/白金族触媒担体
上述のように白金族触媒担体はアニオン交換体であるため、白金族触媒担体とアニオン交換体は互いに隣接して充填されることが好ましい((1)または(2))。これによって再生時に白金族触媒担体とアニオン交換体を一括して取り扱うことができ、再生の手順を簡略化できる。また、従来アニオン交換体が充填されていた部分の一部を白金族触媒担体に置き換えることで、既存のイオン交換塔を用いることも容易である。
(1)アニオン交換体/白金族触媒担体/カチオン交換体
(2)カチオン交換体/アニオン交換体/白金族触媒担体
(3)アニオン交換体/カチオン交換体/白金族触媒担体
上述のように白金族触媒担体はアニオン交換体であるため、白金族触媒担体とアニオン交換体は互いに隣接して充填されることが好ましい((1)または(2))。これによって再生時に白金族触媒担体とアニオン交換体を一括して取り扱うことができ、再生の手順を簡略化できる。また、従来アニオン交換体が充填されていた部分の一部を白金族触媒担体に置き換えることで、既存のイオン交換塔を用いることも容易である。
図2A,2Bに示した実施形態では紫外線照射装置15の前段に過酸化水素添加手段24が設けられているが、過酸化水素添加手段24は省略することもできる。紫外線照射装置15から紫外線を照射することで被処理水に過酸化水素が発生するため、第2のイオン交換装置16,16aは同様の効果を奏する。また、図示は省略するが、第2のイオン交換装置16,16aとして、脱塩室に白金族触媒担体が充填された電気式脱イオン装置を用いてもよい。
(第3の実施形態3A〜3B)
実施形態3A〜3Bは実施形態1A〜1Cと実施形態2A〜2Bを合わせた構成を有している。従って、個々の装置の構成や効果については上述の各実施形態を参照されたい。図3Aは本発明の実施形態3Aに係る純水製造装置3Aの概略構成を示している。純水製造装置3Aはろ過器11、活性炭塔12、第1のイオン交換装置13、逆浸透膜装置14、紫外線照射装置15、第2のイオン交換装置16、触媒塔20(白金族触媒担体)、脱気装置17と、を有し、これらは被処理水の流通方向Dに関し上流から下流に向かって、母管L1に沿って直列に配置されている。これらの装置11〜17,20は実施形態2Aと同じ構成を有している。また、純水製造装置3Aは、被処理水に次亜ハロゲン酸を添加する次亜ハロゲン酸添加手段21を有している。次亜ハロゲン酸添加手段21は実施形態1A〜1Cと同様の構成を有し、逆浸透膜装置14と紫外線照射装置15の間で被処理水に次亜ハロゲン酸を添加する。さらに、純水製造装置3Aは実施形態1A〜1Cと同様、紫外線照射装置15の上流側にpH調整手段22を有している。さらに、純水製造装置3Aは、実施形態1A〜1Cと同様、次亜ハロゲン酸添加手段21の上流側の被処理水のTOCを測定するTOC計などのTOC分析手段18を有している。
実施形態3A〜3Bは実施形態1A〜1Cと実施形態2A〜2Bを合わせた構成を有している。従って、個々の装置の構成や効果については上述の各実施形態を参照されたい。図3Aは本発明の実施形態3Aに係る純水製造装置3Aの概略構成を示している。純水製造装置3Aはろ過器11、活性炭塔12、第1のイオン交換装置13、逆浸透膜装置14、紫外線照射装置15、第2のイオン交換装置16、触媒塔20(白金族触媒担体)、脱気装置17と、を有し、これらは被処理水の流通方向Dに関し上流から下流に向かって、母管L1に沿って直列に配置されている。これらの装置11〜17,20は実施形態2Aと同じ構成を有している。また、純水製造装置3Aは、被処理水に次亜ハロゲン酸を添加する次亜ハロゲン酸添加手段21を有している。次亜ハロゲン酸添加手段21は実施形態1A〜1Cと同様の構成を有し、逆浸透膜装置14と紫外線照射装置15の間で被処理水に次亜ハロゲン酸を添加する。さらに、純水製造装置3Aは実施形態1A〜1Cと同様、紫外線照射装置15の上流側にpH調整手段22を有している。さらに、純水製造装置3Aは、実施形態1A〜1Cと同様、次亜ハロゲン酸添加手段21の上流側の被処理水のTOCを測定するTOC計などのTOC分析手段18を有している。
本実施形態では、実施形態1A〜1Cと同様、尿素などの難分解性有機物を除去するために被処理水に次亜ハロゲン酸が添加され、さらにpH調整手段22で被処理水のpHが3〜8、好ましくは3〜5に調整される。紫外線照射装置15で発生する紫外線によって、次亜臭素酸による難分解性有機物(尿素)の分解促進効果が得られる。次亜ハロゲン酸は酸化力が強いため、後段の第2のイオン交換装置16のイオン交換体を酸化劣化させる可能性がある。このため、残留した次亜ハロゲン酸を除去するため、被処理水に過酸化水素が添加される。この目的で、純水製造装置3Aは紫外線照射装置15の下流、より具体的には紫外線照射装置15と第2のイオン交換装置16との間に位置する過酸化水素添加手段24を有している。つまり、過酸化水素添加手段24は紫外線が照射された被処理水に過酸化水素を添加する。過酸化水素添加手段24は実施形態2A〜2Cと同様、過酸化水素の貯蔵タンク24aと、移送ポンプ24bと、を有している。次亜ハロゲン酸は例えば亜硫酸塩でも除去できるが、後段のイオン交換体の負荷が大きくなるため、過酸化水素のほうがより好ましい。次亜ハロゲン酸が過酸化水素で除去された後、実施形態2A,2Bと同様にして、余剰の過酸化水素が白金族触媒で除去される。この際、予めアニオン成分が第2のイオン交換装置16で除去されるため、白金族触媒による過酸化水素の除去効率が向上する。
図3Bは本発明の実施形態3Bに係る純水製造装置3Bの概略構成を示している。本実施形態では、第2のイオン交換装置16aにアニオン交換体と白金族触媒担体とが充填されており、それ以外の構成は実施形態3Aと同様である。すなわち、本実施形態は実施形態2Bと同様、アニオン交換体と白金族触媒担体が一つのイオン交換塔(第2のイオン交換装置16a)に充填されている。第2のイオン交換装置16aにはカチオン交換体がさらに充填されていてもよい。詳細については実施形態2Bを参照されたい。
(実施例1)
実施形態1A〜1Cの効果を確認するため、図4に示す試験装置を用いて尿素除去率の測定を行った。超純水に酸化剤を添加し、その下流で難分解性有機物として尿素を添加した。紫外線照射装置の上流側の被処理水のTOCが16μg/L、尿素濃度が80μg/Lとなるように尿素の添加量を調整した。株式会社日本フォトサイエンス社の紫外線照射装置を用いて、照射量0.70kWh/m3で紫外線を照射した。紫外線照射装置の下流に容量300mLの非再生型混床式イオン交換装置(以下、イオン交換装置という)を設け、イオン成分を除去した。紫外線照射装置の入口側とイオン交換装置の出口側に尿素測定器(オルガノ製ORUREA)を設け、尿素濃度を測定した。実施例1では酸化剤として次亜臭素酸を2mg−Cl2/L(塩素換算濃度)の濃度で添加した。次亜臭素酸は実施形態1A〜1Cと同様、NaBrとNaClOとを混合して生成した。次亜臭素酸の濃度は試料水にグリシンを添加し、遊離塩素を結合塩素に変化させた後、遊離塩素試薬にて残塩濃度計(HANNA製)を用いて測定した。比較例1−1では酸化剤は添加しなかった。比較例1−2では酸化剤として過酸化水素を2mg/Lの濃度で添加した。被処理水のpHは7とした。尿素除去率は、紫外線照射装置の入口側における被処理水の尿素濃度をC1,イオン交換装置の処理水の尿素濃度をC2としたときに、(C1−C2)/C1×100(%)として求めた。
実施形態1A〜1Cの効果を確認するため、図4に示す試験装置を用いて尿素除去率の測定を行った。超純水に酸化剤を添加し、その下流で難分解性有機物として尿素を添加した。紫外線照射装置の上流側の被処理水のTOCが16μg/L、尿素濃度が80μg/Lとなるように尿素の添加量を調整した。株式会社日本フォトサイエンス社の紫外線照射装置を用いて、照射量0.70kWh/m3で紫外線を照射した。紫外線照射装置の下流に容量300mLの非再生型混床式イオン交換装置(以下、イオン交換装置という)を設け、イオン成分を除去した。紫外線照射装置の入口側とイオン交換装置の出口側に尿素測定器(オルガノ製ORUREA)を設け、尿素濃度を測定した。実施例1では酸化剤として次亜臭素酸を2mg−Cl2/L(塩素換算濃度)の濃度で添加した。次亜臭素酸は実施形態1A〜1Cと同様、NaBrとNaClOとを混合して生成した。次亜臭素酸の濃度は試料水にグリシンを添加し、遊離塩素を結合塩素に変化させた後、遊離塩素試薬にて残塩濃度計(HANNA製)を用いて測定した。比較例1−1では酸化剤は添加しなかった。比較例1−2では酸化剤として過酸化水素を2mg/Lの濃度で添加した。被処理水のpHは7とした。尿素除去率は、紫外線照射装置の入口側における被処理水の尿素濃度をC1,イオン交換装置の処理水の尿素濃度をC2としたときに、(C1−C2)/C1×100(%)として求めた。
尿素除去率は実施例1で61.5%、比較例1−1で3.2%、比較例1−2で4.0%であった。これより、次亜臭素酸を添加することで尿素除去率が大幅に向上することが分かった。また、過酸化水素を添加することで尿素除去率は若干改善されるものの、次亜臭素酸と比べると効果は限定的であることが分かった。
次に、被処理水のpHの尿素除去率への影響を評価するため、pHを4,5,7,8,9としたときの尿素除去率を測定した。pHは被処理水に硫酸を添加することで調整し、それ以外の条件は上述の実施例と同様とした。図5に結果を示す。pHが低下するにつれ尿素除去率が増加する。pHを8以下、好ましくは7以下、より好ましくは5以下、さらに好ましくは4以下とすることで、尿素除去率を向上させることができる。
さらに、被処理水中の次亜臭素酸の濃度を0,0.5.1.0,2.0,4.0,6.0mg−Cl2/Lとしたときの尿素除去率を測定した。図6に結果を示す。次亜臭素酸の濃度が増加するにつれ尿素除去率が増加する。次亜臭素酸の濃度を0.5mg−Cl2/L以上、好ましくは1.0mg−Cl2/L以上、より好ましくは2.0mg−Cl2/L以上、さらに好ましくは4.0mg−Cl2/L以上とすることで、尿素除去率を向上させることができる。ただし、次亜臭素酸の濃度が4.0mg−Cl2/L以上では尿素除去率は大きく変化しない。図6にはTOCに対する次亜臭素酸の重量比を併せて示す。
(実施例2)
実施形態2A,2Bの効果を確認するため、図7に示す試験装置を用いて処理水の過酸化水素濃度の測定を行った。実施例2−1では、図7(a)に示すように、超純水に過酸化水素を添加し、その下流でアニオン負荷として炭酸を添加した。アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を複床充填した再生式イオン交換装置と、Pd触媒担体とに被処理水を順次通水し、処理水(Pd樹脂塔出口水)の過酸化水素濃度を測定した。実施例2−2では、図7(a)に示すように、同様にして被処理水を作成し、アニオン交換樹脂とPd触媒担体とカチオン交換樹脂とをこの順で通水順に充填した再生式イオン交換装置に通水し、処理水(再生式イオン交換装置出口水)の過酸化水素濃度を測定した。比較例2は図示を省略しているが、実施例2−1において再生式イオン交換装置を省略した。すなわち、被処理水からアニオン成分を除去することなく、被処理水をPd触媒担体に通水し、処理水(Pd触媒担体出口水)の過酸化水素濃度を測定した。
実施形態2A,2Bの効果を確認するため、図7に示す試験装置を用いて処理水の過酸化水素濃度の測定を行った。実施例2−1では、図7(a)に示すように、超純水に過酸化水素を添加し、その下流でアニオン負荷として炭酸を添加した。アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を複床充填した再生式イオン交換装置と、Pd触媒担体とに被処理水を順次通水し、処理水(Pd樹脂塔出口水)の過酸化水素濃度を測定した。実施例2−2では、図7(a)に示すように、同様にして被処理水を作成し、アニオン交換樹脂とPd触媒担体とカチオン交換樹脂とをこの順で通水順に充填した再生式イオン交換装置に通水し、処理水(再生式イオン交換装置出口水)の過酸化水素濃度を測定した。比較例2は図示を省略しているが、実施例2−1において再生式イオン交換装置を省略した。すなわち、被処理水からアニオン成分を除去することなく、被処理水をPd触媒担体に通水し、処理水(Pd触媒担体出口水)の過酸化水素濃度を測定した。
実施例2−1,2−2、比較例2とも、過酸化水素濃度が100μg/L、炭酸濃度が1.5mg/Lとなるように過酸化水素と炭酸を添加した。被処理水の再生式イオン交換装置とPd触媒担体への通水量は36L/hとした。過酸化水素除去率は、イオン交換装置の入口側における被処理水の過酸化水素濃度をC1,Pd触媒担体(実施例2−1,比較例2)または再生式イオン交換装置(実施例2−2)の処理水の過酸化水素濃度をC2としたときに、(C1−C2)/C1×100(%)として求めた。過酸化水素除去率は実施例2−1,2−2ともで99%以上、比較例2では60%であった。これより、アニオン成分を予め除去してからPd触媒担体に通水するほうが過酸化水素を効率的に除去できることが確認された。
(実施例3)
実施形態3A,3Bの効果を確認するため、図8,9に示す試験装置を用いて比較例3−1〜3−5と実施例3−1,3−2を行った。概要を表1に示す。
実施形態3A,3Bの効果を確認するため、図8,9に示す試験装置を用いて比較例3−1〜3−5と実施例3−1,3−2を行った。概要を表1に示す。
まず、図8(a)に示す試験装置を用いて、比較例3−1〜3−3を行った。超純水に難分解性有機物として尿素を、アニオン負荷として炭酸を添加し、紫外線照射装置によって被処理水に紫外線を照射した。比較例3−1では被処理水に酸化剤を添加していない。比較例3−2では酸化剤として、過酸化水素を2mg/Lの濃度で添加し、比較例3−3では酸化剤として、次亜臭素酸を2mg−Cl2/Lの濃度で添加した。次亜臭素酸は実施形態3A〜3Cと同様、NaBrとNaClOとを混合して生成した。尿素濃度は80μg/L(TOC16μg/L)、炭酸濃度は2mg/Lとした。尿素濃度は尿素濃度計(オルガノ株式会社製ORUREA)で測定した。紫外線照射までのプロセスは実施例1と同様である。紫外線照射装置の下流に再生型複床式イオン交換装置(容量300mL)を設け、イオン成分を除去した。実施例1と同様の方法で尿素除去率を求めたところ、比較例3−1で3%、比較例3−2で4%、比較例3−3で60%となった、これは実施例1とほぼ同様の結果である。比較例3−3において、紫外線照射後の被処理水中の次亜臭素酸濃度は1mg−Cl2/Lであった。一方、尿素測定器(ORUREA)で測定した尿素分を差し引いたTOCは比較例3−1,3−2で0.8μg/Lであったのに対し、比較例3−3では40μg/Lとなった。これは、紫外線照射装置からの紫外線照射に対して残留した次亜臭素酸が、後段のイオン交換装置内のイオン交換体を劣化させたためである。
次に、比較例3−4として、図8(b)に示すように、紫外線照射装置の出口側で、被処理水に過酸化水素を2mg/L添加して、同様の測定を行った。尿素除去率は比較例3−3と同程度であった。過酸化水素添加後の被処理水中の次亜臭素酸濃度は0.01未満mg−Cl2/Lであった。比較例3−3と3−4の比較より、次亜臭素酸が過酸化水素によって除去されたことがわかる。過酸化水素濃度はイオン交換装置の入口、出口とも1mg/Lであり、イオン交換装置処理水の尿素分を差し引いたTOCは0.8μg/Lであった。これより、1mg/L度の過酸化水素濃度では、樹脂の劣化によるTOCの溶出は生じなかったものと考えられる。
次に、比較例3−5として、図9(a)に示すように、イオン交換装置の前にPd触媒担体を配置した。Pd触媒担体の出口水とイオン交換装置の処理水の過酸化水素濃度は0.4mg/Lであり、過酸化水素の除去率は60%であった。Pd触媒担体入口の炭酸濃度は2mg/Lであった。これより、Pd触媒担体の入口側でアニオン(炭酸)が除去されない場合、過酸化水素の除去率はそれほど高くない(60%)ことがわかる。
次に、実施例3−1,3−2として図9(b)に示す試験装置を用いて同様の測定を行った。実施例3−1ではイオン交換装置の後段にPd触媒担体が充填された触媒塔を設け、実施例3−2ではイオン交換装置にPd触媒担体を充填している(通水方向にアニオン交換樹脂、Pd触媒担体、カチオン交換樹脂の順に充填)。実施例3−1における触媒塔出口の過酸化水素濃度、及び実施例3−2におけるイオン交換装置出口の過酸化水素濃度はともに0.01mg/L未満であり、過酸化水素の除去率は99%以上であった。実施例3−2においてイオン交換装置処理水の炭酸濃度を測定したところ1μg/L未満であり、アニオン成分がイオン交換装置で除去されていることが確認された。
なお、処理水のpHと次亜臭素酸の濃度を変えて実施例1と同様の測定を行ったところ、実施例1と同様の結果が得られた。
1A〜1C,2A〜2C,3A〜3C 純水製造装置
15 紫外線照射装置
16,16a,16b 第2のイオン交換装置(アニオン除去手段)
18 TOC計(TOC分析手段)
20 触媒塔
21 次亜ハロゲン酸添加手段
22 pH調整手段
23 還元剤添加手段
24 過酸化水素添加手段
15 紫外線照射装置
16,16a,16b 第2のイオン交換装置(アニオン除去手段)
18 TOC計(TOC分析手段)
20 触媒塔
21 次亜ハロゲン酸添加手段
22 pH調整手段
23 還元剤添加手段
24 過酸化水素添加手段
Claims (11)
- 有機物とアニオンを含む被処理水に次亜ハロゲン酸を添加する次亜ハロゲン酸添加手段と、
前記次亜ハロゲン酸添加手段の下流に位置し、前記次亜ハロゲン酸が添加された前記被処理水に紫外線を照射する紫外線照射装置と、
前記紫外線照射装置の下流に位置し、前記紫外線が照射された前記被処理水に過酸化水素を添加する過酸化水素添加手段と、
前記過酸化水素添加手段の下流に位置し、前記過酸化水素が添加された前記被処理水から前記アニオンを除去するアニオン除去手段と、
前記アニオン除去手段の下流に位置し、前記アニオンが除去された前記被処理水に含まれる前記過酸化水素を除去する白金族触媒担体と、を有する純水製造装置。 - 前記アニオン除去手段はアニオン交換体であり、
前記アニオン交換体と前記白金族触媒担体とが充填されたイオン交換塔を有する、請求項1に記載の純水製造装置。 - 前記イオン交換塔は、前記アニオン交換体とカチオン交換体と前記白金族触媒担体が互いに分離して充填された再生型イオン交換塔であり、前記アニオン交換体と前記白金族触媒担体が隣接して充填されている、請求項2に記載の純水製造装置。
- 前記アニオン除去手段はアニオン交換体であり、
前記アニオン交換体が充填されたイオン交換塔と、前記白金族触媒担体が充填された触媒塔と、を有する、請求項1に記載の純水製造装置。 - 前記イオン交換塔は、カチオン交換体がさらに充填された再生型複床式イオン交換塔である、請求項4に記載の純水製造装置。
- 前記紫外線照射装置の上流に位置し、前記被処理水のpHを3以上、8以下に調整するpH調整手段を有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の純水製造装置。
- 前記次亜ハロゲン酸添加手段の上流側の被処理水のTOCを測定するTOC分析手段を有し、前記次亜ハロゲン酸添加手段は、前記TOC分析手段で測定されたTOCに対し30重量倍以上の次亜ハロゲン酸を添加する、請求項1から6のいずれか1項に記載の純水製造装置。
- 前記有機物は尿素を含み、
前記次亜ハロゲン酸添加手段の上流側の被処理水の尿素濃度を測定する尿素分析手段を有し、前記次亜ハロゲン酸添加手段は、前記尿素分析手段で測定された尿素含有量に対し5重量倍以上の次亜ハロゲン酸を添加する、請求項1から7のいずれか1項に記載の純水製造装置。 - 前記次亜ハロゲンは次亜臭素酸である、請求項1から8のいずれか1項に記載の純水製造装置。
- 有機物とアニオンを含む被処理水に次亜ハロゲン酸を添加することと、
前記次亜ハロゲン酸が添加された前記被処理水に紫外線を照射すること
紫外線が照射された被処理水に過酸化水素を添加することと、
過酸化水素を添加された被処理水から前記アニオンを除去することと、
前記アニオンが除去された被処理水に含まれる前記過酸化水素を白金族触媒で除去することと、を有する純水製造方法。 - 前記有機物は尿素を含む、請求項10に記載の純水製造方法。
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