JP2024063499A - Pure water production method, pure water production device, and ultrapure water production system - Google Patents
Pure water production method, pure water production device, and ultrapure water production system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024063499A JP2024063499A JP2022171509A JP2022171509A JP2024063499A JP 2024063499 A JP2024063499 A JP 2024063499A JP 2022171509 A JP2022171509 A JP 2022171509A JP 2022171509 A JP2022171509 A JP 2022171509A JP 2024063499 A JP2024063499 A JP 2024063499A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reverse osmosis
- water
- osmosis membrane
- pure water
- treated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 576
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 142
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 title claims description 26
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 title claims description 26
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 343
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 claims abstract description 316
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims abstract description 69
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 62
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 50
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 42
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 42
- 238000009296 electrodeionization Methods 0.000 claims description 39
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 37
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 31
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 30
- LNOPIUAQISRISI-UHFFFAOYSA-N n'-hydroxy-2-propan-2-ylsulfonylethanimidamide Chemical compound CC(C)S(=O)(=O)CC(N)=NO LNOPIUAQISRISI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 claims description 22
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 21
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 17
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 108
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 26
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 description 67
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 36
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 23
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 23
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 14
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 14
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 8
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 7
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 6
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000003899 bactericide agent Substances 0.000 description 4
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 4
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 4
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 4
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 4
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 3
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 3
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 3
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 3
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- -1 nitrate ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000002349 well water Substances 0.000 description 3
- 235000020681 well water Nutrition 0.000 description 3
- QNGVNLMMEQUVQK-UHFFFAOYSA-N 4-n,4-n-diethylbenzene-1,4-diamine Chemical compound CCN(CC)C1=CC=C(N)C=C1 QNGVNLMMEQUVQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011001 backwashing Methods 0.000 description 2
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 2
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000009287 sand filtration Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- NTWSIWWJPQHFTO-AATRIKPKSA-N (2E)-3-methylhex-2-enoic acid Chemical class CCC\C(C)=C\C(O)=O NTWSIWWJPQHFTO-AATRIKPKSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003321 atomic absorption spectrophotometry Methods 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 208000018459 dissociative disease Diseases 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229920000110 poly(aryl ether sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000002455 scale inhibitor Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- QDWYPRSFEZRKDK-UHFFFAOYSA-M sodium;sulfamate Chemical compound [Na+].NS([O-])(=O)=O QDWYPRSFEZRKDK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- IIACRCGMVDHOTQ-UHFFFAOYSA-N sulfamic acid Chemical class NS(O)(=O)=O IIACRCGMVDHOTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D19/00—Degasification of liquids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/12—Controlling or regulating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/58—Multistep processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/56—Polyamides, e.g. polyester-amides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
- Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
【課題】前段側で3段の逆浸透膜装置の処理負荷を軽減することで、薬剤使用量を低減することができ、効率よくホウ素濃度の除去された純水を製造することのできる純水製造方法及び純水製造装置の提供。【解決手段】原水を、少なくとも3段の超低圧型の逆浸透膜装置で処理して原水中のホウ素を除去する純水製造方法であって、逆浸透膜は、いずれも、架橋芳香族ポリアミドからなるスキン層を有する負電荷膜であり、原水が、炭酸を1~100mg/L、ホウ素を150μg/L以下含有し、原水を第1段目の逆浸透膜装置で処理する工程と、アルカリ性の被処理水を得る工程と、アルカリ性の被処理水を第2段目の逆浸透膜装置で処理する工程と、その透過水を第3段目の逆浸透膜装置で処理して、ホウ素濃度が3~20μg/L、導電率が、0.3~40μS/cmの純水を得る工程と、を有する。【選択図】図4[Problem] To provide a pure water production method and pure water production apparatus that can reduce the amount of chemicals used by reducing the processing load of three-stage reverse osmosis membrane devices on the front side, and can efficiently produce pure water from which the boron concentration has been removed. [Solution] A pure water production method in which raw water is treated with at least three stages of ultra-low pressure reverse osmosis membrane devices to remove boron from the raw water, in which the reverse osmosis membranes are all negatively charged membranes with a skin layer made of crosslinked aromatic polyamide, and the raw water contains 1 to 100 mg/L of carbon dioxide and 150 μg/L or less of boron, and the method includes the steps of treating the raw water with the first-stage reverse osmosis membrane device, obtaining alkaline water to be treated, treating the alkaline water to be treated with the second-stage reverse osmosis membrane device, and treating the permeate through the third-stage reverse osmosis membrane device to obtain pure water with a boron concentration of 3 to 20 μg/L and a conductivity of 0.3 to 40 μS/cm. [Selected Figure] Figure 4
Description
本発明は、原水中に含まれるホウ素を除去して、ホウ素濃度を著しく低減することのできる、純水製造方法及び純水製造装置、並びにこれらを用いて高水質の超純水を得ることのできる超純水製造システムに関する。 The present invention relates to a pure water production method and apparatus that can remove boron from raw water and significantly reduce the boron concentration, as well as an ultrapure water production system that can use these to obtain high-quality ultrapure water.
ホウ素を含有する原水を処理して純水を製造する方法として、原水にアルカリを添加してpHを9.2以上に調整したのち、逆浸透膜処理を行う純水製造方法が知られている。この方法では、後段に薬品再生を行わない非再生型イオン交換装置が配置されており、この非再生型イオン交換装置の負荷を低減するために、ホウ素の除去された透過水に酸を添加し、さらに、正電荷逆浸透膜装置という特殊な逆浸透膜を用いて逆浸透膜処理することで、処理水の比抵抗を例えば、5.0MΩ・cmまで高めることも行われている。また、アルカリ性の被処理水を処理する逆浸透膜装置では、硬度によるスケール閉塞が進行しやいため、逆浸透膜装置の前段に、硬度除去機構や、脱炭酸機能の高い脱気装置を設けることで、スケール閉塞の抑制が図られている(例えば、特許文献1、2を参照。)。 A method for producing pure water by treating raw water containing boron is known in which an alkali is added to the raw water to adjust the pH to 9.2 or more, and then reverse osmosis membrane processing is performed. In this method, a non-regenerative ion exchange device that does not perform chemical regeneration is placed in the latter stage, and in order to reduce the load on this non-regenerative ion exchange device, an acid is added to the permeate from which boron has been removed, and further, a special reverse osmosis membrane called a positive charge reverse osmosis membrane device is used to perform reverse osmosis membrane processing, thereby increasing the resistivity of the treated water to, for example, 5.0 MΩ·cm. In addition, in a reverse osmosis membrane device that treats alkaline treated water, scale blockage due to hardness is likely to progress, so scale blockage is suppressed by providing a hardness removal mechanism and a deaeration device with high decarbonation function in the upstream stage of the reverse osmosis membrane device (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
また、酸を用いた脱炭酸を行わずに、膜脱気装置と3段の逆浸透膜装置を組み合わせて、原水にスケール防止剤とアルカリを添加して第1段目の逆浸透膜分離装置に通水し、第3段目の逆浸透膜分離装置の逆浸透膜として、低塩類濃度域における塩類阻止率の高い逆浸透膜を使用することで、15MΩ・cmという高純度の純水を製造する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照。)。 In addition, a method has been proposed in which, without using acid for decarbonation, a membrane degassing device is combined with a three-stage reverse osmosis membrane device, a scale inhibitor and an alkali are added to the raw water before it is passed through the first-stage reverse osmosis membrane separation device, and a reverse osmosis membrane with a high salt rejection rate in the low salt concentration range is used as the reverse osmosis membrane of the third-stage reverse osmosis membrane separation device to produce pure water with a high purity of 15 MΩ cm (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、上記した従来の純水製造方法では、逆浸透膜の後段側でのイオン除去の負荷は軽減されるものの、前段側の複数の逆浸透膜へのイオン除去負荷が著しく高い。例えば、酸性の被処理水を処理する正電荷逆浸透膜では、シリカによるスケールや微粒子の付着が生じやすいため、イオン除去負荷の高いほど、逆洗や洗浄、洗浄設備の設置、膜交換が頻回に行われることとなり、その都度装置を停止せざるを得ず、純水製造効率が低下するという問題があった。また、前段側に硬度除去機構や脱気装置、膜脱気装置を配置するため、装置の規模が大きくなり、設置のための広大な敷地が必要であるという問題もある。さらに、脱気やイオン成分除去ために添加される酸や、頻回に行われる逆浸透膜装置の洗浄・逆洗のための洗浄剤などの薬品使用量が多いので、環境負荷が高いという問題があった。 However, in the conventional pure water production method described above, although the load of ion removal on the downstream side of the reverse osmosis membrane is reduced, the load of ion removal on the multiple reverse osmosis membranes on the upstream side is extremely high. For example, in a positively charged reverse osmosis membrane that treats acidic water to be treated, scale and fine particles due to silica are likely to adhere, so the higher the ion removal load, the more frequently backwashing, cleaning, installation of cleaning equipment, and membrane replacement are required, and the equipment must be stopped each time, resulting in a problem of reduced efficiency in pure water production. In addition, there is also the problem that the scale of the equipment becomes large and a large site is required for installation because a hardness removal mechanism, degassing device, and membrane degassing device are installed on the upstream side. Furthermore, there is a problem that a large amount of chemicals, such as acids added for degassing and ion component removal, and detergents for frequent cleaning and backwashing of the reverse osmosis membrane equipment, are used, resulting in a high environmental load.
また、3段の逆浸透膜を用いた上記従来の方法で製造された純水は、そのまま半導体や液晶等の製造に用いるには不十分な水質である。そのため、半導体や液晶等の製造に使用可能な水質を得るために、後段で、例えば、混床式イオン交換樹脂塔や電気式脱イオン装置等により、さらなる脱イオン処理を行う必要がある。これら脱イオン処理を行う装置においては、装置の仕様上の要求水質を満たしていれば、処理を行うことができるところ、当該装置の前段の処理においては、従来の方法で得られるような高い水質は必須ではないため、前段の処理にかかる設備が過剰で無駄であるという問題もある。例えば、3段逆浸透膜の前段に炭酸除去のために脱気装置(脱気塔)を設けると、脱気塔の処理水を後段に供給するためのポンプが必須となるので、さらに装置が大きくなってしまう。また、高圧型の逆浸透膜を用いることで水質を向上させることも可能であるが、この場合、高圧での運転が必要であり、消費電力が高いことが問題である。 In addition, the pure water produced by the conventional method using the three-stage reverse osmosis membrane is of insufficient quality to be used directly in the manufacture of semiconductors, liquid crystals, etc. Therefore, in order to obtain water quality usable in the manufacture of semiconductors, liquid crystals, etc., further deionization processing is required in the subsequent stage, for example, by a mixed bed ion exchange resin tower or an electric deionization device. In these deionization processing devices, processing can be performed as long as the required water quality in the device specifications is met, but the high water quality obtained by the conventional method is not essential in the processing in the previous stage of the device, so there is a problem that the equipment for the processing in the previous stage is excessive and wasteful. For example, if a degassing device (degassing tower) is provided in the previous stage of the three-stage reverse osmosis membrane to remove carbon dioxide, a pump is required to supply the treated water from the degassing tower to the subsequent stage, which makes the device even larger. In addition, it is possible to improve the water quality by using a high-pressure reverse osmosis membrane, but in this case, operation at high pressure is required, and the problem is that power consumption is high.
本発明においては、混床式イオン交換樹脂装置や電気式脱イオン装置等の再生式の脱イオン装置に供給可能な純水を、超低圧型の逆浸透膜装置を用いて製造することのできる、純水製造方法及び純水製造装置を提供することを目的とし、これにより、ホウ素の除去された純水の製造効率の向上を図るものである。 The present invention aims to provide a method and apparatus for producing pure water using an ultra-low pressure reverse osmosis membrane device, which can produce pure water that can be supplied to regenerative deionization devices such as mixed bed ion exchange resin devices and electrical deionization devices, thereby improving the efficiency of producing pure water from which boron has been removed.
以上を要するに、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであって、前段側の逆浸透膜装置の処理負荷を軽減することで、薬剤使用量を低減することができ、効率よくホウ素の除去された純水を製造することのできる、純水製造方法、純水製造装置及びこれを用いた超純水製造システムを提供することを目的とする。 In summary, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a pure water production method, a pure water production apparatus, and an ultrapure water production system using the same, which can reduce the amount of chemicals used by reducing the processing load on the upstream reverse osmosis membrane device and efficiently produce pure water from which boron has been removed.
本発明の純水製造方法は、原水を、少なくとも3段の超低圧型の逆浸透膜装置で処理して原水中のホウ素を除去する純水製造方法であって、前記3段の逆浸透膜装置に備えられる逆浸透膜は、いずれも、架橋芳香族ポリアミドからなるスキン層を有する負電荷膜であり、前記原水が、炭酸を1mg/L以上100mg/L以下、ホウ素を150μg/L以下含有し、前記原水を第1段目の逆浸透膜装置で処理して第1の透過水を得る工程と、前記第1の透過水をアルカリ性に調整してアルカリ性の被処理水を得る工程と、前記アルカリ性の被処理水を第2段目の逆浸透膜装置で処理して第2の透過水を得る工程と、前記第2の透過水を第3段目の逆浸透膜装置で処理して、ホウ素濃度が3μg/L以上20μg/L以下、導電率が、0.3μS/cm以上40μS/cm以下の純水を得る工程と、を有することを特徴とする。 The pure water production method of the present invention is a method for treating raw water with at least three stages of ultra-low pressure reverse osmosis membrane devices to remove boron from the raw water, and the reverse osmosis membranes provided in the three stages of reverse osmosis membrane devices are all negatively charged membranes having a skin layer made of crosslinked aromatic polyamide, the raw water contains 1 mg/L to 100 mg/L of carbon dioxide and 150 μg/L or less of boron, and the method includes the steps of treating the raw water with a first stage reverse osmosis membrane device to obtain a first permeate, adjusting the first permeate to an alkaline state to obtain alkaline water to be treated, treating the alkaline water to be treated with a second stage reverse osmosis membrane device to obtain a second permeate, and treating the second permeate with a third stage reverse osmosis membrane device to obtain pure water with a boron concentration of 3 μg/L to 20 μg/L and a conductivity of 0.3 μS/cm to 40 μS/cm.
本発明の純水製造方法において、アルカリ性の被処理水のpHは、9.0以上10.0以下であることが好ましい。 In the pure water production method of the present invention, the pH of the alkaline water to be treated is preferably 9.0 or more and 10.0 or less.
本発明の純水製造方法は、さらに、前記第2の透過水に酸を添加して第2の被処理水を得る工程を有し、前記第2の被処理水を第3段目の逆浸透膜装置で処理することが好ましい。 The pure water production method of the present invention further includes a step of adding an acid to the second permeate to obtain a second treated water, and it is preferable that the second treated water is treated in a third stage reverse osmosis membrane device.
本発明の純水製造方法において、前記原水が塩素を含有し、前記第2の被処理水を得る工程において、第2の透過水に、スルファミン酸が添加され、前記第3段目の逆浸透膜装置の濃縮水が、原水に混合されて前記第1の逆浸透膜装置で処理されることが好ましい。 In the pure water production method of the present invention, it is preferable that the raw water contains chlorine, and in the step of obtaining the second treated water, sulfamic acid is added to the second permeate, and the concentrated water from the third stage reverse osmosis membrane device is mixed with the raw water and treated in the first reverse osmosis membrane device.
本発明の純水製造方法において、前記第2の被処理水のpHは、5.5以上7.5以下であることが好ましい。 In the pure water production method of the present invention, it is preferable that the pH of the second treated water is 5.5 or more and 7.5 or less.
本発明の純水製造方法において、前記第3段目の逆浸透膜装置の透過水として得られた前記純水をさらに、電気式脱イオン装置で処理することが好ましい。 In the pure water production method of the present invention, it is preferable that the pure water obtained as the permeate of the third stage reverse osmosis membrane device is further treated with an electrodeionization device.
本発明の純水製造装置は、直列に接続された第1の逆浸透膜装置、第2の逆浸透膜装置及び第3の逆浸透膜装置を有し、ホウ素を除去するための純水製造装置であって、前記第1の逆浸透膜装置、第2の逆浸透膜装置及び第3の逆浸透膜装置は超低圧型の逆浸透膜装置であり、前記第1の逆浸透膜装置、第2の逆浸透膜装置及び第3の逆浸透膜装置に備えられる逆浸透膜は、架橋芳香族ポリアミドからなるスキン層を有する負電荷膜であり、炭酸を1mg/L以上100mg/L以下、ホウ素を150μg/L以下含有する原水を第1の逆浸透膜装置に供給する原水供給機構と、前記第1の逆浸透膜装置の透過水を前記第2の逆浸透膜装置に送る第1の供給管と、前記第1の供給管の経路に設けられ、前記第1の供給管内を通流する被処理水をアルカリ性に調整するアルカリ調整機構と、前記第2の逆浸透膜装置の透過水を前記第3の逆浸透膜装置に送る第2の供給管と、を有し、前記第3の逆浸透膜装置の透過水として、ホウ素濃度が3μg/L以上20μg/L以下、導電率が0.3μS/cm以上40μS/cm以下の純水を得ることを特徴とする。 The pure water production apparatus of the present invention has a first reverse osmosis membrane device, a second reverse osmosis membrane device, and a third reverse osmosis membrane device connected in series, and is a pure water production apparatus for removing boron, the first reverse osmosis membrane device, the second reverse osmosis membrane device, and the third reverse osmosis membrane device are ultra-low pressure reverse osmosis membrane devices, the reverse osmosis membranes provided in the first reverse osmosis membrane device, the second reverse osmosis membrane device, and the third reverse osmosis membrane device are negatively charged membranes having a skin layer made of crosslinked aromatic polyamide, and the pure water production apparatus removes boron from raw water containing 1 mg/L or more and 100 mg/L or less of carbon dioxide and 150 μg/L or less of boron. The system has a raw water supply mechanism that supplies water to a first reverse osmosis membrane device, a first supply pipe that sends the permeate of the first reverse osmosis membrane device to the second reverse osmosis membrane device, an alkali adjustment mechanism that is provided in the path of the first supply pipe and adjusts the alkalinity of the water to be treated flowing through the first supply pipe, and a second supply pipe that sends the permeate of the second reverse osmosis membrane device to the third reverse osmosis membrane device, and is characterized in that the permeate of the third reverse osmosis membrane device is pure water having a boron concentration of 3 μg/L to 20 μg/L and a conductivity of 0.3 μS/cm to 40 μS/cm.
本発明の純水製造装置は、前記第3の逆浸透膜装置の後段に電気式脱イオン装置を有することが好ましい。 The pure water production system of the present invention preferably has an electrical deionization device downstream of the third reverse osmosis membrane device.
本発明の超純水製造システムは、一次純水装置と二次純水装置をこの順に備える超純水製造システムであって、前記一次純水装置は、請求項7又は8に記載の純水製造装置と、前記純水製造装置の後段に配置される電気式脱イオン装置とを備え、前記二次純水装置は、紫外線酸化装置、非再生式ポリッシャー、膜脱気装置及び限外ろ過装置をこの順に備え、ホウ素濃度が0.1μg/L以下の超純水を製造する。
なお、本明細書において「~」の符号は、符号の左の値以上右の値以下の数値範囲を表す。
The ultrapure water production system of the present invention is an ultrapure water production system comprising a primary pure water apparatus and a secondary pure water apparatus in this order, wherein the primary pure water apparatus comprises the pure water production apparatus described in
In this specification, the symbol "~" indicates a range of values from the value to the left of the symbol to the value to the right of the symbol.
本発明の純水製造方法及び純水製造装置によれば、前段側で3段の逆浸透膜装置を用いながら、これら前段側の逆浸透膜装置における処理負荷を軽減することで、薬剤使用量を低減することができ、効率よくホウ素濃度の除去された純水を製造することができる。
本発明の超純水製造システムによれば、前段側で3段の逆浸透膜装置を用いる純水製造装置における薬剤使用量を低減することができるので、効率よく高水質の超純水を製造することができる。
According to the pure water producing method and pure water producing apparatus of the present invention, while using three upstream reverse osmosis membrane devices, the processing load of these upstream reverse osmosis membrane devices can be reduced, thereby reducing the amount of chemicals used and efficiently producing pure water from which the boron concentration has been removed.
According to the ultrapure water producing system of the present invention, the amount of chemicals used in a pure water producing apparatus that uses a three-stage reverse osmosis membrane device on the upstream side can be reduced, so that ultrapure water of high quality can be produced efficiently.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態の純水製造方法100を概略的に示すフロー図である。図1に示す純水製造方法100においては、原水が、少なくとも3段の超低圧型の逆浸透膜装置で処理される。純水製造方法100は、例えば、電気式脱イオン装置や、再生式イオン交換樹脂装置に供給される純水の製造に適している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow diagram that shows a schematic diagram of a pure
純水製造方法100は、原水を第1段目の逆浸透膜装置で処理して透過水W10(第1の透過水)を得る逆浸透膜処理工程101と、透過水W10をアルカリ性に調整してアルカリ性の被処理水W11を得るアルカリ調整工程102と、アルカリ性の被処理水W11を第2段目の逆浸透膜装置で処理して透過水W20(第2の透過水)を得る逆浸透膜処理工程103と、透過水W20を被処理水として第3段目の逆浸透膜処理を施し、透過水W30を得る逆浸透膜処理工程104を有している。透過水W30が、純水製造方法100で製造される純水である。
The pure
本実施形態の純水製造方法100で用いられる原水は、例えば、市水、井水、工業用水等である。また、原水は、超純水の使用場所で使用され、回収され、その後必要に応じて薬品除去処理等の施された使用済み回収水であってもよい。逆浸透膜処理工程101に供される原水(又は後述する前処理水)は、炭酸を1mg/L~100mg/L、ホウ素を150μg/L以下含有する。原水中のホウ素濃度は、好ましくは5μg/L以上であり、この範囲であると本発明の効果が顕著に得やすい。また、原水は、例えば、カルシウム、マグネシウム等の硬度成分を、炭酸カルシウム換算の合計で10mg/L~300mg/L含んでいてもよい。また、原水は、例えば、シリカ(Si)を1mg/L~50mg/L程度、塩素をCl換算で、0.1mg/L~0.6mg/L程度、含んでいてもよい。原水のpHは、例えば、5.0~7.5程度である。なお、炭酸は、二酸化炭素、炭酸水素イオン及び炭酸イオンを含み、炭酸濃度は、全炭酸(CO2+HCO3
-+CO3
2-)濃度をCO2濃度に換算した値である。
The raw water used in the pure
逆浸透膜処理工程101に供される原水に代えて、または、原水に加えて、純水製造方法100で使用される前に予め、原水が前処理された前処理水を用いてもよい。前処理としては、例えば、凝集沈殿処理、加圧浮上処理、砂ろ過処理、精密ろ過処理であり、これらによって原水中の、懸濁物質やコロイダル物質等の濁質分が除去される。前処理において、活性炭処理を施してもよく、これにより水中の塩素が除去される。また、前処理において、熱交換器によって水温が、15℃~30℃の範囲に調節されていてもよい。
Instead of or in addition to the raw water supplied to the reverse osmosis
純水製造方法100で用いられる3段の逆浸透膜装置のすべてが超低圧型の逆浸透膜装置である。超低圧型の逆浸透膜は、例えば、運転圧力がそれぞれ、0.4MPa~1.1MPaであり、好ましくは0.6MPa~0.7MPaである。なお、逆浸透膜装置の運転圧力は、各逆浸透膜の製造時の設計圧力であり、実際には、上記範囲以外の圧力で運転されることもある。
All three stages of reverse osmosis membrane devices used in the pure
純水製造方法100においては、第1~第3の逆浸透膜装置にそれぞれ、好ましくは、0.4MPa~1.1MPa、より好ましくは0.6MPa~0.7MPaの給水圧で被処理水が供給されるように、第1段目の逆浸透膜装置への供給圧が調整される。給水圧は、逆浸透膜装置の供給側の圧力(供給水圧と濃縮水圧の平均)から透過水圧力を減じた差圧で表される。逆浸透膜処理工程101においては、原水は、逆浸透膜処理されて、原水中のカルシウム、マグネシウム等の硬度成分が除去される。第1段目の逆浸透膜装置の濃縮水は系外に排出され、透過水W10は後段に送られる。逆浸透膜処理工程101における硬度成分の除去率は99%~99.9%を得ることができる。透過水W10の水質は、例えば、カルシウム、マグネシウム等の硬度成分が、炭酸カルシウム換算の合計で0.1mg/L~3mg/Lを得ることができる。また、透過水W10の水質は、例えば、炭酸濃度が、0.5mg/L~50mg/L、ホウ素濃度が3μg/L~120μg/L、導電率が、2μS/cm~10μS/cmである。
In the pure
アルカリ調整工程102では、逆浸透膜処理工程101で得られた透過水W10をアルカリ性に調整して、アルカリ性の被処理水W11を得る。例えば、アルカリ調整工程102において、透過水10に、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液、好ましくは水酸化ナトリウム水溶液が添加されて、被処理水W11が生成される。被処理水W11のpHは、好ましくは9.0~10.0であり、導電率は、好ましくは10μS/cm~50μS/cmである。また、被処理水W11の炭酸濃度及びホウ素濃度は、上記透過水10と同様である。被処理水W11のpHを9.0以上にすることで、続く逆浸透膜処理工程103におけるホウ素の除去率を向上させることができる。また、被処理水W11のpHを10.0以下にすることで、薬品使用量を抑えつつ、純水製造方法100においてイオン成分を十分に除去することができる。また、被処理水W11のpHを10.0以下にすることで、薬品(アルカリ)使用量を低減できるので、後段へのナトリウムリーク(透過水W20中へのナトリウムの漏れ出し)を低減することができる。
In the
逆浸透膜処理工程103においては、被処理水W11が、第2段目の逆浸透膜装置に供給され、逆浸透膜処理される。第2段目の逆浸透膜装置の濃縮水は系外に排出されるか、第1段目の逆浸透膜装置の前段側に戻される。第2段目の逆浸透膜装置の透過水W20は後段に送られる。
In the reverse osmosis
逆浸透膜処理工程103においては、上述した通り、アルカリ性に調整された被処理水が処理されるため、ホウ素の除去率を向上させることができ、逆浸透膜処理工程103におけるホウ素の除去率は50%~90%を達成することができる。また、逆浸透膜処理工程103においては、炭酸の除去率も向上することができ、炭酸の除去率は、95%~98%を達成することができる。透過水W20の水質は、例えば、炭酸濃度が、0.025mg/L~2.5mg/L、ホウ素濃度が3μg/L~40μg/L、導電率が、1μS/cm~40μS/cm、pHは8.5~10程度である。なお、ホウ素の除去率は、[1-(透過水W20中のホウ素濃度/被処理水W11中のホウ素濃度)]×100(%)で算出される値である。炭酸除去率は、[1-(透過水W20中の炭酸濃度/被処理水W11中の炭酸濃度)]×100(%)で算出される値である。
In the reverse osmosis
逆浸透膜処理工程104においては、上記の通り、ホウ素及び炭酸の除去された透過水W20が被処理水として、第3段目の逆浸透膜装置に供給され、逆浸透膜処理される。第3段目の逆浸透膜装置の濃縮水は系外に排出されるか、第1段目の逆浸透膜装置の前段側に戻される。第3段目の逆浸透膜装置の透過水W30は純水として後段に送られて処理された後、または、そのまま、使用場所(POU)に供給される。
In the reverse osmosis
逆浸透膜処理工程104においては、被処理水(透過水W20)中のイオン成分、例えば、塩化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、フッ化物イオン、重炭酸イオン等のアニオン成分や、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のカチオン成分、ホウ素、シリカ等の弱電解質が除去される。逆浸透膜処理工程104で得られる透過水(純水)W30の水質は、ホウ素濃度が3μg/L~20μg/L、好ましくは5μg/L~10μg/Lであり、炭酸濃度が例えば、0.005mg/L~0.5mg/L、導電率が、0.3μS/cm~40μS/cm、好ましくは1μS/cm~20μS/cm、より好ましくは1μS/cm~10μS/cmである。
In the reverse osmosis
上記水質の純水を得る点で、3段の逆浸透膜装置における水回収率は、逆浸透膜処理工程101が50%~80%、逆浸透膜工程102が70%~90%、逆浸透膜工程104が80%~95%であることが好ましい。
In order to obtain pure water of the above water quality, it is preferable that the water recovery rate in the three-stage reverse osmosis membrane device is 50% to 80% in the reverse osmosis
また、3段の逆浸透膜装置(工程101、102、104)を通じた総ホウ素除去率は、40%~95%を得ることができる。
In addition, the total boron removal rate through the three-stage reverse osmosis membrane device (
以上では、逆浸透膜処理を3段のみ行う方法について説明したが、逆浸透膜処理は4段以上であってもよい。この場合、第1段目の逆浸透膜装置の上流側でさらに逆浸透膜処理を行う方法、第1段目と第2段目の逆浸透膜装置の間でさらに逆浸透膜処理を行う方法、第2段目と第3段目の逆浸透膜装置の間でさらに逆浸透膜処理を行う方法、第3段目の逆浸透膜装置の下流側でさらに逆浸透膜処理を行う方法、あるいはこれらの任意の組み合わせの方法を採用することができる。追加で行う逆浸透膜処理では、超低圧型、低圧型、高圧型の逆浸透膜装置のいずれを使用してもよい。中でも、第2段目と第3段目の逆浸透膜装置の間でさらに、超低圧型で逆浸透膜処理を行う方法が好ましく、この方法によってさらなるホウ素濃度の低減を図ることができる。 Although the above describes a method in which reverse osmosis membrane treatment is performed in only three stages, reverse osmosis membrane treatment may be performed in four or more stages. In this case, a method in which reverse osmosis membrane treatment is performed upstream of the first stage reverse osmosis membrane device, a method in which reverse osmosis membrane treatment is performed between the first and second stage reverse osmosis membrane devices, a method in which reverse osmosis membrane treatment is performed between the second and third stage reverse osmosis membrane devices, a method in which reverse osmosis membrane treatment is performed downstream of the third stage reverse osmosis membrane device, or any combination of these methods can be adopted. In the additional reverse osmosis membrane treatment, any of ultra-low pressure, low pressure, and high pressure reverse osmosis membrane devices may be used. Among them, a method in which reverse osmosis membrane treatment is performed in an ultra-low pressure between the second and third stage reverse osmosis membrane devices is preferable, which can further reduce the boron concentration.
なお、低圧型の逆浸透膜は、例えば、運転圧力が0.8MPaを超え2.5MPa未満であり、好ましくは1MPa~1.6MPaである。低圧型の逆浸透膜は、例えば、運転圧力が0.8MPaを超え2.5MPa未満である。高圧型の逆浸透膜は、例えば、運転圧力が2.5MPaを超え8MPa以下である。なお、上記超低圧型、低圧型、高圧型の逆浸透膜装置の運転圧力は、各逆浸透膜の製造時の設計圧力であり、実際には、上記範囲以外の圧力で運転されることもある。 The operating pressure of a low-pressure reverse osmosis membrane is, for example, greater than 0.8 MPa and less than 2.5 MPa, preferably 1 MPa to 1.6 MPa. The operating pressure of a low-pressure reverse osmosis membrane is, for example, greater than 0.8 MPa and less than 2.5 MPa. The operating pressure of a high-pressure reverse osmosis membrane is, for example, greater than 2.5 MPa and 8 MPa or less. The operating pressures of the ultra-low pressure, low pressure, and high pressure reverse osmosis membrane devices described above are the design pressures at the time of manufacture of each reverse osmosis membrane, and in reality, they may be operated at pressures outside the above ranges.
以上で説明した実施形態の純水製造方法100によれば、第2段目の逆浸透膜装置で行われる逆浸透膜処理工程103において、優れた炭酸除去率が達成されるため、前段側での硬度除去機構や炭酸除去のための脱気装置を省略することができる。そのため、薬剤の使用量が削減されるとともに、装置を簡素化できるので、低コストで効率的に純水を製造することができる。さらに、3段の逆浸透膜処理工程における給水圧を、上記した通り超低圧に設定すれば、給水ポンプの台数や出力を低減することができるので、さらなる装置の簡素化、純水製造コストの低減、製造効率の向上につながる。
According to the embodiment of the pure
次に、透過水W30の好ましい処理方法について説明する。図2は、実施形態の純水製造方法110を概略的に示すフロー図である。純水製造方法110は、透過水W30を処理してさらに高純度の純水を製造する方法の一例である。純水製造方法110は、透過水W30を電気式脱イオン装置で処理する電気式脱イオン処理工程111と、電気式脱イオン処理工程111で得られる脱塩水W40を被処理水として紫外線酸化処理する紫外線酸化処理工程112と、紫外線酸化処理工程112の処理水中のイオン成分を除去する非再生型イオン交換(Primary/Polisher)処理工程113を備えている。
Next, a preferred method for treating the permeated water W30 will be described. FIG. 2 is a flow diagram showing a schematic of a pure
電気式脱イオン処理工程111では、透過水W30が電気式脱イオン装置(EDI)に供給されて、透過水W30中のイオン成分が除去される。電気式脱イオン装置は、例えば、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜によって仕切られた脱塩室と、除去されたイオン成分を含む濃縮水が流入する濃縮室とを交互に有している。電気式脱イオン装置はさらに、脱塩室内に充填された陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂との混合体と、直流電圧を印加するための電極を有している。
In the
電気式脱イオン装置内では、電極に直流電流が印加された状態で、陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂に被処理水が通水されることで、被処理水中のイオン成分がイオン交換樹脂に吸着される。吸着されたイオン成分は電気泳動によってイオン交換膜面まで泳動し、イオン交換膜において電気透析されて濃縮室に移行され、濃縮水中に排出される。脱塩室内では、水の解離反応が進行し、H+とOH―が生成することで、脱塩室内のイオン交換樹脂が連続再生される。脱塩室に収集された脱塩水W40は後段に送られ、濃縮室の濃縮水は系外に排出される。 In the electrodeionization device, the water to be treated is passed through the anion exchange resin and the cation exchange resin with a direct current applied to the electrodes, so that the ionic components in the water to be treated are adsorbed onto the ion exchange resin. The adsorbed ionic components migrate to the ion exchange membrane surface by electrophoresis, are electrodialyzed in the ion exchange membrane, and are transferred to the concentration compartment and discharged into the concentrated water. In the desalting compartment, a dissociation reaction of water proceeds, producing H + and OH- , thereby continuously regenerating the ion exchange resin in the desalting compartment. The desalted water W40 collected in the desalting compartment is sent to the subsequent stage, and the concentrated water in the concentration compartment is discharged outside the system.
電気式脱イオン処理工程111における処理条件としては、脱塩室における電流密度が0.2A/dm2~1.0A/dm2であることが好ましく、これにより、脱塩室内のイオン交換樹脂の再生効率を向上させて、イオン除去効率を向上させることができる。脱塩室の電流密度は、電気式脱イオン装置の陽極と陰極の間の電圧によって調整することができる。また、電気式脱イオン処理工程で得られる脱塩水の水質は、例えば、抵抗率が、15MΩ・cm~18MΩ・cmである。
As a treatment condition in the
電気式脱イオン処理工程111において用いられる電気式脱イオン装置(EDI)としては、型式IP―VNX―MAX等のVNXシリーズ(EVOQUA社製)、型式SUEZMK3-27EU等のE-Cellシリーズ(SUEZ社製)、型式UX5015等のMDIシリーズ(ECORBIT社製)が挙げられる。
Examples of electrodeionization devices (EDI) used in the
本実施形態の純水製造方法110では、純水製造方法100で得られる純水の水質が、電気式脱イオン処理工程111の受け入れ可能な水質を得られるため、電気式脱イオン処理工程111における脱イオン処理を適切に行うことができる。電気式脱イオン処理工程111の受け入れ可能な水質として具体的には、例えば、ホウ素濃度が3μg/L~20μg/L、導電率が0.3μS/cm~40μS/cm、炭酸濃度が0.001mg/L~3mg/Lである。
In the pure
続いて、電気式脱イオン処理工程111で得られた脱塩水W40は、紫外線酸化処理工程112において紫外線酸化装置に供給される。紫外線酸化装置は、例えば、185nm付近の波長を有する紫外線を照射可能な紫外線ランプを有し、この紫外線ランプから紫外線を被処理水に照射することで、被処理水中の全有機炭素成分(TOC)を酸化分解する。紫外線酸化装置に用いられる紫外線ランプは、185nm付近の波長の紫外線を発生するランプを使用することができ、185nm付近の波長の紫外線とともに254nm付近の波長の紫外線を放射する低圧水銀ランプを使用してもよい。紫外線酸化装置の放射する紫外線により、水が分解されてOHラジカルが生成し、このOHラジカルによって被処理水(前述の脱塩水W40)中の有機物が有機酸に酸化分解される。紫外線酸化処理工程112における紫外線照射量は、被処理水の水質によって適宜変更することができる。
Next, the desalted water W40 obtained in the
紫外線酸化処理工程112で生成された処理水W41は続いて、非再生型イオン交換樹脂処理工程113において、非再生型イオン交換樹脂装置(Primary/Polisher)に供給される。非再生型イオン交換樹脂装置は、樹脂塔内に強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基性陰イオン交換樹脂が混合され、充填されて成り、処理水W41中のイオン成分を除去する。ここで除去されるイオン成分は、主に、紫外線酸化工程112で有機物が分解されて生成する微量の有機酸などである。
The treated water W41 produced in the ultraviolet
非再生型イオン交換樹脂処理工程113を経て生成される処理水W42は、その抵抗率は、18MΩ・cm以上を得ることができ、TOC濃度が、例えば、10μgC/L以下にまで低減される。なお、非再生型イオン交換樹脂処理工程113は行われなくてもよく、この場合は、紫外線酸化処理工程112を電気式脱イオン工程111の前に行い、透過水W30を、紫外線酸化処理工程112と、電気式脱イオン工程111でこの順に処理することも可能である。
The treated water W42 produced through the non-regenerative ion exchange
以上説明した純水製造方法110によれば、電気式脱イオン処理工程111を採用するため、通常イオン交換樹脂の再生に用いられる酸やアルカリのような薬剤を一切使用せずに連続的にイオン成分の除去を行うことができる。そのため、純水製造コスト削減や装置の小型化、環境負荷の低減などを実現することができ、製造効率の向上につながる。また、電気式脱イオン処理工程111において、イオン成分のほとんどが除去できるので、前段の3段逆浸透膜装置の処理負荷を軽減することができ、これによって純水製造コスト削減や装置の小型化、環境負荷の低減などを実現することができる。
According to the pure
次に、実施形態の純水製造方法100の変形例の純水製造方法120について図3を参照して説明する。この変形例の純水製造方法は、純水製造方法100において、透過水W20に酸を添加してアルカリ性の被処理水よりpHの低い第2の被処理水を生成する酸調整工程を有する点で、図1に示される純水製造方法100とは異なっている。すなわち、変形例の純水製造方法120は、原水を第1段目の逆浸透膜装置で処理して透過水W10(第1の透過水)を得る逆浸透膜処理工程101と、透過水W10をアルカリ性に調整してアルカリ性の被処理水W11を得るアルカリ調整工程102と、アルカリ性の被処理水W11を第2段目の逆浸透膜装置で処理して透過水W20(第2の透過水)を得る逆浸透膜処理工程103と、透過水W20に酸を添加して第2の被処理水W21を得る酸調整工程121と、第2の被処理水W21を第3段目の逆浸透膜装置で処理して、透過水W31を得る逆浸透膜処理工程122を有している。透過水W31が、純水製造方法120で製造される純水である。
Next, a pure
酸調整工程121では、逆浸透膜処理工程103で得られた透過水W20に酸性を添加して、第2の被処理水W21を得る。例えば、酸調整工程121において、透過水W20に、塩酸、硫酸、スルファミン酸水溶液などが添加されて、被処理水W21が生成される。被処理水W21の液性は、環境負荷の低減の観点から、弱酸性から弱アルカリ性であることが好ましく、具体的に、被処理水W21のpHは好ましくは5.5~7.5であり、より好ましくは、6.5~7.5である。第2の被処理水W21のpHを、5.5以上にすることで、続く逆浸透膜処理工程122におけるカチオン成分の除去率を向上させることができ、また、過剰に酸を添加しないため、処理水質を向上させることができる。逆浸透膜処理工程102で微量に透過してくる塩類(イオン成分)は、水酸化ナトリウム等の水酸化物塩の形態として逆浸透膜処理工程102の透過水W20中に存在しているところ、被処理水W21のpHを、7.5以下にすることで、この水酸化物塩が、スルファミン酸ナトリウム等のスルファミン酸塩の形態に変換されるため、逆浸透膜処理工程122で除去されやすくなる。また、被処理水W21のpHを、5.5以上にすることで、逆浸透膜処理工程122における処理負荷を軽減することができる。また、酸調整工程121で添加される酸は、薬剤使用量を削減し、環境負荷を小さくする点で、上記した中でもスルファミン酸水溶液を用いることが好ましい。
In the
酸調整工程121でスルファミン酸を用いる場合、原水は活性炭処理されずに、原水中の塩素濃度が、0.1μg/L~0.4μg/Lであることが好ましい。逆浸透膜処理工程122で生成する濃縮水を第1段目の逆浸透膜装置の供給側に循環させることで、原水中の塩素と濃縮水中のスルファミン酸が反応して殺菌力を生じ、3段の逆浸透膜装置におけるバイオファウリングを抑制する効果が得られる。特に、バイオファウリングがもっとも激しく起こりやすい1段目の逆浸透膜におけるバイオファウリングを防ぐことができる。これにより、通常殺菌のために被処理水に添加される殺菌剤の量を低減することができるので、環境負荷の低減につながる。また、逆浸透膜を劣化させる被処理水中の遊離塩素を、スルファミン酸を添加することで結合塩素に変化させることができ、これにより、逆浸透膜の負荷を軽減する効果もある。このように、本変形例の純水製造方法120では、酸調整工程121でスルファミン酸を添加することで、逆浸透膜処理工程122における弱電解質の除去率向上と、3段の逆浸透膜におけるバイオファウリングの抑制の2つの効果を得ることができる。したがって、従来の純水製造方法では、1段目の逆浸透膜の供給水と、3段目の逆浸透膜の供給水の2か所で2種類の酸を添加する必要があったが、本変形例の純水製造方法120では、酸調整工程121の1か所の1種類の酸の添加に削減することができる。
When sulfamic acid is used in the
酸調整工程121でスルファミン酸を用いる場合、添加されるスルファミン酸の量は、上記殺菌剤の削減量と、スルファミン酸の添加量とのバランスで、純水製造方法120で使用される薬剤総量が低減できる範囲であることが好ましく、例えば、被処理水に対して、1mg/L~10mg/Lである。
When sulfamic acid is used in the
次に、本発明の実施形態の純水製造装置200について説明する。図4は、実施形態の純水製造装置200を備える純水製造システム4を模式的に示すブロック図である。純水製造装置200は、3段の超低圧型の逆浸透膜装置201、202、203を有している。
Next, a pure
純水製造装置200の前段には、原水供給機構として、前処理装置210が備えられている。前処理装置210は、活性炭装置(AC)211、貯留タンクTK、ポンプP1、熱交換器(HEX)212、精密ろ過装置(PF)213をこの順に備えて成る。前処理装置210は、原水の水質によって適宜構成を変更することができ、例えば、前処理装置210には、活性炭装置(AC)211、熱交換器(HEX)212、精密ろ過装置(PF)213は備えられてなくてもよいし、上記した活性炭装置(AC)211、貯留タンクTK、熱交換器(HEX)212及び精密ろ過装置(PF)213以外に、凝集沈殿装置、加圧浮上装置、砂ろ過装置などを任意に組み合わせて構成されていてもよい。
The
純水製造装置200の後段には、電気式脱イオン装置(EDI)221と紫外線酸化装置(TOC-UV)222、非再生型イオン交換装置(Primary/Polisher)223がこの順に配置されている。電気式脱イオン装置(EDI)221と紫外線酸化装置(TOC-UV)222、非再生型イオン交換装置(Polisher)223についても、所望の水質に応じて適宜配置すればよい。
Arranged downstream of the pure
純水製造装置200は、逆浸透膜装置201の透過水を逆浸透膜装置202に送る供給管L1(第1の供給管)と、逆浸透膜装置202の透過水を逆浸透膜装置203に送る供給管L2(第2の供給管)とを有している。また、逆浸透膜装置201、202、203の濃縮側にはそれぞれ排出管L3、L4、L5が接続されている。純水製造装置200は、循環配管L6を有している。循環配管L6の一端はタンクTKに接続され、他端側には、排出管L4、L5が接続されることで、循環配管L6が逆浸透膜装置202、203の濃縮水をタンクTKに循環させる。
The pure
逆浸透膜装置201、202、203は、例えば、ケーシング内に、逆浸透膜と、逆浸透膜に被処理水を通水するための流路材とを収容して構成された逆浸透膜モジュールを1又は複数備えて成る。逆浸透膜装置201、202、203に備えられる逆浸透膜は、架橋芳香族ポリアミドからなるスキン層を有する負電荷膜である。これらの逆浸透膜は、非対称膜又は複合膜であり、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンのようなポリアリールエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン等からなり、微細多孔を有する支持層を有し、支持層上に上記スキン膜が備えられる複合膜であることが好ましい。なお、負電荷膜とは、pHが7のとき、スキン層からなる膜が負の荷電を示すことをいう。逆浸透膜の形状は、中空糸状、スパイラル状、平板状、チューブ状等である。これらの逆浸透膜は、耐圧性を高くして処理効率を向上させる点から、スパイラル状であることが好ましい。
The reverse
逆浸透膜装置201、202、203に用いられる逆浸透膜は、塩阻止率(塩除去率)が99.0%以上であることが好ましく、99.2%以上であることがより好ましく、99.5%以上であることがさらに好ましく、99.6%以上であることがよりさらに好ましい。なお、塩阻止率は、pHが7で濃度が500ppm又は1500ppmの塩化ナトリウム水溶液を、水温25℃、水回収率15%、供給圧力1.03MPa又は0.69~0.7MPaで供給したときの塩化ナトリウムの除去率で示される。
The reverse osmosis membranes used in the reverse
逆浸透膜装置201、202、203として超低圧型が使用される超低圧型の逆浸透膜装置としては、例えば、日東電工社製ESPAシリーズ、東レ社製TBWシリーズ・TMHAシリーズなどが挙げられる。
Examples of ultra-low pressure reverse osmosis membrane devices in which ultra-low pressure types are used as the reverse
供給管L1には、供給管L1内を通流する被処理水をアルカリ性に調整するアルカリ調整機構204が設けられている。アルカリ調整機構204は、例えば、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウムなどのアルカリ調整剤を貯留するタンクと、当該タンク内のアルカリ調整剤を所定量で計量して、供給管L1内に添加する薬注ポンプからなる。
The supply pipe L1 is provided with an
図4に示される純水製造装置200を用いた純水の製造は上記した実施形態の純水製造方法100(図1)と同様である。まず、市水、井水、工業用水、使用済み回収水などからなる原水が、前処理装置210に供給される。原水は、前処理装置を経ることで、水中の濁質分及び塩素が除去されて、さらに、水温が15~30℃に調整され、前処理水が生成する。
The production of pure water using the pure
このようにして得られる前処理水は、炭酸を1mg/L~100mg/L、ホウ素を150μg/L以下含有し、ホウ素濃度は好ましくは、5μg/L以上である。前処理水のpHは例えば、5.0~7.5程度である。 The pretreated water obtained in this manner contains 1 mg/L to 100 mg/L of carbon dioxide and 150 μg/L or less of boron, with the boron concentration preferably being 5 μg/L or more. The pH of the pretreated water is, for example, about 5.0 to 7.5.
前処理水は、ポンプP1により加圧され、逆浸透膜装置201に供給される。前処理水が逆浸透膜装置201において逆浸透膜処理されて水中の硬度成分が除去され、透過水W10が生成する(図1の逆浸透膜処理工程101)。逆浸透膜装置201の濃縮水は排出管L3を介して系外に排出される。透過水W10は供給管L1を介して後段に送られる。
The pretreated water is pressurized by pump P1 and supplied to the reverse
透過水W10は供給管L1を通流する過程で、アルカリ調整機構204によりアルカリ性に調整される(図1のアルカリ調整工程102)。具体的には、アルカリ調整機構204が、供給管L1内に、アルカリ調整剤を定量的に注入することで、透過水W10にアルカリ調整剤が混合されて、アルカリ性に調整された被処理水W11が生成する。被処理水W11のpHは好ましくは9.0~10.0である。
As the permeate W10 flows through the supply pipe L1, it is adjusted to be alkaline by the alkali adjustment mechanism 204 (
アルカリ性の被処理水W11は続いて、逆浸透膜装置202に供給される。被処理水W11は逆浸透膜装置202において逆浸透膜処理されて水中のホウ素及び炭酸が除去され、透過水W20が生成する(図1の逆浸透膜処理工程103)。被処理水W11が上記の通りアルカリ性であるため、逆浸透膜装置202におけるホウ素の除去率は50%~90%、炭酸の除去率は95%~98%を達成することができる。逆浸透膜装置202の濃縮水は排出管L4及び循環配管L6を介してタンクTKに循環される。透過水W20は供給管L2を介して後段に送られる。
The alkaline water to be treated W11 is then supplied to the reverse
透過水W20は続いて、逆浸透膜装置203に供給される。被処理水W11は逆浸透膜装置203において逆浸透膜処理されて水中のイオン成分が除去され、透過水W30が生成する(図1の逆浸透膜処理工程104)。逆浸透膜装置203の濃縮水は排出管L5及び循環配管L6を介してタンクTKに循環される。透過水(純水)W30は後段に送られる。
The permeated water W20 is then supplied to the reverse
逆浸透膜処理工程104で得られる透過水(純水)W30の水質は、例えば、ホウ素濃度が3μg/L~20μg/L、好ましくは5μg/L~10μg/Lであり、炭酸濃度が0.005mg/L~0.5mg/L、導電率が、0.3μS/cm~40μS/cm、好ましくは1μS/cm~20μS/cm、より好ましくは1μS/cm~10μS/cmである。
The water quality of the permeate (pure water) W30 obtained in the reverse osmosis
また、上記水質の純水(透過水W30)を得る点から、3段の逆浸透膜装置における水回収率は、逆浸透膜装置201が50%~80%、逆浸透膜装置202が70%~90%、逆浸透膜装置203が80%~95%であることが好ましい。
In order to obtain pure water (permeate water W30) of the above water quality, it is preferable that the water recovery rate in the three-stage reverse osmosis membrane device is 50% to 80% for reverse
透過水W30は、その後、電気式脱イオン装置(EDI)221、紫外線酸化装置222及び非再生型イオン交換装置223に順に供給される。これにより、図2に示される純水製造方法110が実行される。まず、透過水W30が電気式脱イオン装置221に供給されて、透過水W30中のイオン成分が除去される(図2の電気式脱イオン処理工程111)。電気式脱イオン装置内221では、電極に直流電流が印加された状態で、陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂に被処理水が通水されることで、被処理水中のイオン成分がイオン交換樹脂に吸着される。吸着されたイオン成分は電気泳動によってイオン交換膜面まで泳動し、イオン交換膜において電気透析されて濃縮室に移行され、濃縮水中に排出される。イオン成分の除去された脱塩水W40は、後段に送られ、濃縮室の濃縮水は系外に排出される。
The permeate W30 is then supplied to an electrodeionization device (EDI) 221, an
脱塩水W40は、紫外線酸化装置222に供給されて、脱塩水W40に紫外線が照射される(図2の紫外線酸化処理工程112)。これにより、脱塩水W40中の全有機炭素分(TOC)が酸化分解される。照射される紫外線は、185nm付近の波長を有する紫外線であることが好ましく、185nm付近の波長を有する紫外線及び254nm付近の波長の紫外線であることがより好ましい。
The desalted water W40 is supplied to the
紫外線酸化装置222で生成された処理水W41は続いて、非再生型イオン交換装置223に供給され、処理水W41中のイオン成分が除去される。再生型イオン交換樹脂装置223を経て生成される処理水W42は、その抵抗率は、18MΩ・cm以上を得ることができ、TOC濃度が、例えば、10μgC/L以下にまで低減される。
The treated water W41 produced in the
なお、非再生型イオン交換装置(Primary/Polisher)223は備えられなくてもよく、この場合、紫外線酸化装置222を電気式脱イオン装置(EDI)221の前に配置し、透過水W30を、紫外線酸化装置222と、電気式脱イオン装置(EDI)221とでこの順に処理することも可能である。
The non-regenerative ion exchange device (Primary/Polisher) 223 does not have to be provided. In this case, the
以上で説明した純水製造装置200によれば、逆浸透膜装置202において、優れた炭酸除去率が達成されるため、前段側の硬度除去機構や炭酸除去のための脱気装置を省略することができる。また、硬度除去機構及び脱気装置が省略できるうえに、純水製造装置200の処理負荷が軽減されるので、薬剤の使用量が削減されるとともに、装置を簡素化できる。その結果、低コストで効率的に純水を製造することができる。さらに、3段の逆浸透膜処理工程における給水圧を、上記した通り超低圧に設定すれば、給水ポンプの台数や出力を低減することができるので、さらなる装置の簡素化、純水製造コストの低減、製造効率の向上につながる。
According to the pure
次に、実施形態の純水製造装置200の変形例である純水製造装置300について説明する。図5は、純水製造装置300を備える純水製造システム5を模式的に示すブロック図である。純水製造装置300は、上述した実施形態の純水製造方法120を実現するための装置であり、供給管L2の経路に酸調整機構205を備える点で、図4に示される純水製造システム4とは異なっており、その結果、3段目の逆浸透膜装置における処理態様が異なり、その他の構成及び効果は純水製造装置200と同様である。そのため、純水製造装置200と同様の機能を奏する構成には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
Next, a pure
純水製造システム5は、純水製造装置300の前段に配置された前処理装置310を備えている。前処理装置310は、貯留タンクTK、ポンプP1、熱交換器(HEX)212、精密ろ過装置(PF)213をこの順に備えて成る。純水製造装置300の後段には、電気式脱イオン装置(EDI)221と紫外線酸化装置(TOC-UV)222と、非再生型イオン交換樹脂装置223がこの順に配置されている。
The pure
純水製造装置300は、3段の逆浸透膜装置201、202、303を備えている。また、純水製造装置300は、逆浸透膜装置201の透過水を逆浸透膜装置202に送る供給管L1(第1の供給管)と、逆浸透膜装置202の透過水を逆浸透膜装置203に送る供給管L2(第2の供給管)とを有している。また、逆浸透膜装置201、202、303の濃縮側にはそれぞれ排出管L3、L4、L35が接続されている。純水製造装置300は、循環配管L6を有しており、循環配管の一端はタンクTKに接続され、他端側には、排出管L4及びL35が接続されることで、循環配管L6が逆浸透膜装置202、303の濃縮水をタンクTKに循環させる。
The pure
逆浸透膜装置303の構成は、上述した逆浸透膜装置201、202と同様であり、超低圧型の逆浸透膜装置である。
The configuration of the reverse
供給管L1には、供給管L1内を通流する被処理水をアルカリ性に調整するアルカリ調整機構204が設けられている。アルカリ調整機構204は、例えば、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウムなどのアルカリ調整剤を貯留するタンクと、当該タンク内のアルカリ調整剤を所定量で計量して、供給管L1内に添加する薬注ポンプからなる。
The supply pipe L1 is provided with an
供給管L2には、供給管L2内を通流する被処理水に酸を添加する酸調整機構205が設けられている。酸調整機構205は、例えば、塩酸、硫酸、スルファミン酸などの酸調整剤を貯留するタンクと、当該タンク内の酸調整剤を所定量で計量して、供給管L2内に添加する薬注ポンプからなる。酸調整機構205で添加される酸は、上記した中でも、スルファミン酸であることが好ましい。
The supply pipe L2 is provided with an
図5に示される純水製造装置300を用いた純水の製造は上記した実施形態の純水製造方法120(図3)と同様である。まず、市水、井水、工業用水、使用済み回収水などからなる原水が、前処理装置310に供給される。原水は、前処理装置310を経ることで、水中の濁質分が除去されて、さらに、水温が15℃~30℃に調整され、前処理水が生成する。
The production of pure water using the pure
このようにして得られる前処理水は、炭酸を1mg/L~100mg/L、ホウ素を150μg/L以下含有する。また、前処理水は、塩素をCl換算で、例えば、0.1mg/L~0.4mg/L程度、含んでいる。前処理水のpHは例えば、5.0~7.5程度である。 The pretreated water obtained in this manner contains 1 mg/L to 100 mg/L of carbon dioxide and 150 μg/L or less of boron. The pretreated water also contains, for example, about 0.1 mg/L to 0.4 mg/L of chlorine, calculated as Cl. The pH of the pretreated water is, for example, about 5.0 to 7.5.
前処理水は、ポンプP1により加圧され、好ましくは、0.4MPa~1.1MPa、より好ましくは0.6MPa~0.7MPaの給水圧で、逆浸透膜装置201に供給され、水中の硬度成分が除去され、透過水W10が生成する(図3の逆浸透膜処理工程101)。逆浸透膜装置201の濃縮水は排出管L3を介して系外に排出される。透過水W10は供給管L1を介して後段に送られる。
The pretreated water is pressurized by pump P1 and supplied to the reverse
透過水W10は供給管L1を通流する過程で、アルカリ調整機構204によりアルカリ性に調整される(図3のアルカリ調整工程102)。具体的には、アルカリ調整機構204が、供給管L1内に、アルカリ調整剤を定量的に注入することで、透過水W10にアルカリ調整剤が混合されて、アルカリ性に調整された被処理水W11が生成する。被処理水W11のpHは、酸調整機構205でスルファミン酸が用いられる場合に、好ましくは9.0~10.0である。
While passing through the supply pipe L1, the permeate water W10 is adjusted to be alkaline by the alkali adjustment mechanism 204 (
アルカリ性の被処理水W11は続いて、逆浸透膜装置202に供給される。被処理水W11は逆浸透膜装置202において逆浸透膜処理されて水中のホウ素及び炭酸が除去され、透過水W20が生成する(図3の逆浸透膜処理工程103)。逆浸透膜装置202の濃縮水は排出管L4及び循環配管L6を介してタンクTKに循環される。透過水W20は供給管L2を介して後段に送られる。
The alkaline water to be treated W11 is then supplied to the reverse
透過水W20は供給管L2を通流する過程で、酸調整機構205により酸が添加される(図3の酸調整工程121)。具体的には、酸調整機構205が、供給管L2内に、酸調整剤を定量的に注入することで、透過水W20に酸調整剤、好ましくはスルファミン酸が混合されて、被処理水W11よりもpHの低い被処理水W21が生成する。被処理水W21のpHは、酸調整機構205でスルファミン酸が用いられる場合に、好ましくは5.5~7.5であり、より好ましくは、6.5~7.5である。
As the permeate W20 flows through the supply pipe L2, acid is added by the acid adjustment mechanism 205 (
被処理水21は続いて、逆浸透膜装置303に供給され、水中のイオン成分が除去され、透過水W30が生成する(図3の逆浸透膜処理工程122)。逆浸透膜装置303の濃縮水は排出管L35及び循環配管L6を介してタンクTKに循環される。透過水(純水)W31は後段に送られる。被処理水21に酸が添加されていることで、逆浸透膜装置303におけるイオン成分の除去率を向上させることができる。
The water to be treated 21 is then supplied to the reverse
逆浸透膜装置303で得られる透過水(純水)W31の水質は、ホウ素濃度が3μg/L~20μg/L、好ましくは5μg/L~10μg/Lであり、炭酸濃度が例えば、0.1mg/L~1mg/L、好ましくは、0.2mg/L~0.5mg/L、導電率が、0.3μS/cm~40μS/cm、好ましくは1μS/cm~20μS/cm、より好ましくは1μS/cm~10μS/cmである。
The quality of the permeate (pure water) W31 obtained by the reverse
透過水W31は、その後、電気式脱イオン装置(EDI)221、紫外線酸化装置222及び非再生型イオン交換装置223に順に供給される。電気式脱イオン装置221において、透過水W31中のイオン成分が除去される。イオン成分の除去された脱塩水は、後段に送られ、濃縮室の濃縮水は系外に排出される。紫外線酸化装置222において、脱塩水に上述の通りに紫外線が照射され、脱塩水中の全有機炭素分(TOC)が酸化分解される。紫外線が照射されて生成された処理水は、続いて、非再生型イオン交換装置223に供給され、処理水中のイオン成分が除去される。再生型イオン交換樹脂装置223を経て生成される処理水は、その抵抗率は、18MΩ・cm以上を得ることができ、TOC濃度が、例えば、10μgC/L以下にまで低減される。
The permeate W31 is then supplied to an electrodeionization device (EDI) 221, an
なお、本変形例においても、非再生型イオン交換装置(Primary/Polisher)223は備えられなくてもよく、この場合、紫外線酸化装置222を電気式脱イオン装置(EDI)221の前に配置し、透過水W30を、紫外線酸化装置222と、電気式脱イオン装置(EDI)221とでこの順に処理することも可能である。
In this modified example, the non-regenerative ion exchange device (Primary/Polisher) 223 does not have to be provided. In this case, the
酸調整機構205でスルファミン酸が用いられる場合、逆浸透膜装置303で生成する濃縮水を逆浸透膜装置201の前段のタンクTK循環させることで、原水中の塩素と濃縮水中のスルファミン酸が反応して殺菌力を生じ、3段の逆浸透膜装置におけるバイオファウリングを抑制する効果が得られる。特に、バイオファウリングがもっとも激しく起こりやすい1段目の逆浸透膜におけるバイオファウリングを防ぐことができる。これにより、通常殺菌のために被処理水に添加される殺菌剤の量を低減することができるので、環境負荷の低減につながる。また、逆浸透膜を劣化させる被処理水中の遊離塩素を、スルファミン酸を添加することで結合塩素に変化させることができ、これにより、逆浸透膜の負荷を軽減する効果もある。酸調整機構205によってスルファミン酸を添加することで、逆浸透膜装置202における弱電解質の除去率向上と、3段の逆浸透膜装置303におけるバイオファウリングの抑制の2つの効果を得ることができる。従来の純水製造方法では、1段目の逆浸透膜の供給水と、3段目の逆浸透膜の供給水の2か所で2種類の酸を添加する必要があったが、純水製造装置200では、酸調整機構205の1か所の1種類の酸の添加に削減することができる。
When sulfamic acid is used in the
酸調整機構205でスルファミン酸が用いる場合、添加されるスルファミン酸の量は、上記殺菌剤の削減量と、スルファミン酸の添加量とのバランスで、使用される薬剤総量が低減できる範囲であることが好ましい。
When sulfamic acid is used in the
次に、上記した純水製造装置200を用いた、実施形態の超純水製造システム6について、図6を参照して説明する。図6は、超純水製造システム6の構成を概略的に示すブロック図である。
Next, an embodiment of an ultrapure
図6に示すように、超純水製造システム6は、前処理装置60と、一次純水装置61と二次純水装置(サブシステム)62とをこの順に備えている。二次純水装置62はユースポイント(POU)63に配管によって接続されており、これにより超純水製造システム6により製造された超純水がPOU63に供給される。
As shown in FIG. 6, the ultrapure
前処理装置60は、凝集、ろ過、膜分離等の処理を行い、必要に応じて熱交換器等により温度調節を行い、被処理水(原水)に含まれる懸濁物質やコロイダル物質等の濁質分を取り除く。具体的には、前処理装置60は、活性炭装置、凝集沈殿装置、加圧浮上装置、砂ろ過装置、精密ろ過装置、限外濾過装置、熱交換器などを適宜組み合わせて備えている。また、前処理装置60は、上述した前処理装置210(図4)又は前処理装置310(図5)と同様の構成であってもよい。なお、原水の水質が一次純水装置61に供給するために十分な水質である場合には、前処理装置60は省略されてもよい。
The
超純水製造システム6は、前処理装置60の後段に、タンクTK1を備えており、前処理装置60によって前処理された被処理水はタンクTK1に導入されて、一旦貯留される。タンクTK1内の被処理水はポンプP2によって一次純水装置61に供給される。
The ultrapure
一次純水装置61は、前処理水から有機物、イオン成分及び溶存気体を除去して一次純水を製造する。一次純水装置61は、ポンプP2、上記実施形態の純水製造装置200、電気式脱イオン装置(EDI)611、紫外線酸化装置(TOC-UV)612、非再生型イオン交換樹脂装置(Primary/Polisher)613をこの順に備えている。なお、一次純水装置61は、純水製造装置200に代えて、上記実施形態の純水製造装置300又はこれらの変形例の純水製造装置を備えていてもよい。
The primary
一次純水装置61では、まず、純水製造装置200において、前処理水中の硬度成分、炭酸及びホウ素が除去される。
In the primary
次いで、被処理水は電気式脱イオン装置(EDI)611に供給される。電気式脱イオン装置611は、例えば、陽極と陰極の間に交互に配置された陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを有し、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜によって仕切られた脱塩室と、除去されたイオン成分を含む濃縮水が流入する濃縮室とを交互に有している。そして、電気式脱イオン装置は、脱塩室内に充填された陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂との混合体と、直流電圧を印加するための電極を有している。
The water to be treated is then supplied to an electrodeionization device (EDI) 611. The
電気式脱イオン装置611において、例えば、被処理水は脱塩室及び濃縮室に並行して供給され、脱塩室の陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合体が被処理水中のイオン成分を吸着する。吸着されたイオン成分は直流電流の作用により濃縮室に移行されて、濃縮室の濃縮水は系外に排出される。
In the
電気式脱イオン装置611は、イオン交換樹脂を再生するための、酸やアルカリのような薬品を一切使用せずに連続的にイオン成分の除去を行うことができる。そのため、超純水製造における安全性の向上や製造コスト削減、装置の小型化などを実現することができ、製造効率の向上につながる。
The
次いで、電気式脱イオン装置611で生成される脱塩水が、紫外線酸化装置612に供給される。紫外線酸化装置612は、例えば、185nm付近の波長を有する紫外線を照射可能な紫外線ランプを有し、この紫外線ランプから紫外線を被処理水に照射することで、被処理水中の全有機炭素成分(TOC)を酸化分解する。紫外線酸化装置612に用いられる紫外線ランプは、185nm付近の波長の紫外線を発生するランプを使用することができ、185nm付近の波長の紫外線とともに254nm付近の波長の紫外線を放射する低圧水銀ランプを使用してもよい。紫外線酸化装置612の放射する紫外線により、水が分解されてOHラジカルが生成し、このOHラジカルによって被処理水中の有機物が有機酸に酸化分解される。一次純水装置61の紫外線酸化装置612における紫外線照射量は、被処理水の水質によって適宜変更することができる。
Next, the desalted water generated by the
紫外線酸化装置612の処理水は、非再生型イオン交換樹脂装置(Primary/Polisher)613で処理される。非再生型イオン交換樹脂装置613により、主に、紫外線酸化装置612によって有機物が分解されて生成した微量の有機酸などのイオン成分が除去される。
The treated water from the
このようにして得られる一次純水は、例えば抵抗率が18MΩ・cm以上、TOC濃度が10μgC/L以下である。 The primary pure water obtained in this manner has, for example, a resistivity of 18 MΩ·cm or more and a TOC concentration of 10 μg C/L or less.
本実施形態の超純水製造システムは、一次純水装置61の後段に、一次純水を貯留する一次純水タンクTK2、ポンプP3、二次純水装置62をこの順に備えている。一次純水装置で製造された一次純水は、一次純水タンクTK2に一旦貯留された後、ポンプP3によって二次純水装置62に送られる。二次純水装置62は、紫外線酸化装置(TOC-UV)621、非再生式ポリッシャー(Polisher)622、膜脱気装置(MDG)623及び限外ろ過装置(UF)624を備えている。
The ultrapure water production system of this embodiment comprises, in this order, a primary pure water tank TK2 for storing primary pure water, a pump P3, and a secondary
二次純水装置62における紫外線酸化装置621の構成は、一次純水装置61の紫外線酸化装置612と同様である。非再生式ポリッシャー622は、ボンベ等の容器に強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基性陰イオン交換樹脂が混合充填されて成る混床式のイオン交換樹脂装置である。また、非再生式ポリッシャー622は、容器内のイオン交換樹脂の再生を行わずに、イオン交換能が低下したときに別のものに取り換えられる。非再生式ポリッシャー622は、紫外線酸化装置621が有機物を分解することで生成したイオン成分を吸着除去する。
The
膜脱気装置623は、脱気膜を介して溶存気体を除去する。膜脱気装置623は、一次純水中の微量溶存酸素を除去して溶存酸素濃度を例えば1μg/L程度以下まで低減する。限外ろ過膜装置624は、限外ろ過膜によってろ過処理を行い、上流側のイオン交換樹脂からの微量溶出物や微粒子成分を除去して、例えば、0.05μm以上の微粒子数を250Pcs./L以下程度まで低減する。
The
本実施形態の超純水製造システム6では、純水製造装置200において、優れた炭酸除去率が達成されるため、前段側の硬度除去機構や炭酸除去のための脱気装置を省略することができる。また、硬度除去機構及び脱気装置が省略できるうえに、純水製造装置200の処理負荷が軽減されるので、薬剤の使用量が削減されるとともに、装置を簡素化できる。その結果、低コストで効率的に純水を製造することができる。さらに、純水製造装置200における3段の逆浸透膜処理工程における給水圧を、超低圧に設定すれば、給水ポンプの台数や出力を低減することができるので、さらなる装置の簡素化、純水製造コストの低減、製造効率の向上につながる。
In the ultrapure
なお、上述した各実施形態において、原水、前処理水、純水又は超純水の水質はそれぞれ、次の方法又は装置によって測定することができる。
pH:電極法
ホウ素濃度:ICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分光法又はICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析)法
硬度成分:ICP-MS法
溶存炭酸ガス(炭酸カルシウム換算):SUEZ社製 Sievers M9e
シリカ(Si):原子吸光光度法・吸光光度法
塩素(Cl換算):DPD(ジエチルパラフェニレンジアミン)法
導電率:導電率計(堀場製作所製 HE-960CW)
抵抗率(比抵抗):抵抗率計(堀場製作所製 HE-960RW)
全有機炭素(TOC)濃度:TOC計(超純水以外:SUEZ社製 Sievers M9e、超純水:BECKMAN COULTER社製 Anatel A―1000XP)
0.05μm以上の微粒子数:パーティクルカウンター(Particle Measuring Systems社製 UDI―50)
In each of the above-mentioned embodiments, the quality of the raw water, pretreated water, pure water, or ultrapure water can be measured by the following method or device.
pH: Electrode method Boron concentration: ICP (inductively coupled plasma) emission spectroscopy or ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) method Hardness components: ICP-MS method Dissolved carbon dioxide (calcium carbonate equivalent): Sievers M9e manufactured by SUEZ Co., Ltd.
Silica (Si): Atomic absorption spectrophotometry/absorption spectrophotometry Chlorine (Cl equivalent): DPD (diethyl paraphenylenediamine) method Conductivity: Conductivity meter (HORIBA, Ltd. HE-960CW)
Resistivity (specific resistance): Resistivity meter (Horiba, Ltd., HE-960RW)
Total organic carbon (TOC) concentration: TOC meter (other than ultrapure water: SUEZ Sievers M9e, ultrapure water: BECKMAN COULTER Anatel A-1000XP)
Number of particles of 0.05 μm or more: Particle counter (UDI-50, manufactured by Particle Measuring Systems, Inc.)
次に、実施例について説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Next, examples will be described. The present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
図7に示される純水製造システム7を用いて、純水を製造した。図7に示される純水製造システム7は、図5に示される前処理装置310と純水製造装置300を組み合わせて成る。厚木市水を活性炭処理し、その後、前処理装置310に供給した。前処理装置310で処理されて生成する前処理水W1(pH=7.2、ホウ素濃度150ppb、炭酸濃度30ppmの原水)を、逆浸透膜装置201、202、303で順に逆浸透膜処理した。逆浸透膜装置202の供給水には、そのpHが9.5になるように、アルカリ調整機構204によって水酸化ナトリウム水溶液を添加した。逆浸透膜装置202、303の濃縮水は、タンクTKに還流させた。
Example 1
Pure water was produced using the pure
(実施例2)
図7に示される純水製造システム7を用いて、純水を製造した。前処理装置310で前処理水(pH=7.2、ホウ素濃度50ppb、炭酸濃度15ppmの原水)を製造し、得られた前処理水を、逆浸透膜装置201、202、303で順に逆浸透膜処理した。逆浸透膜装置202の供給水には、そのpHが9.5になるように、アルカリ調整機構204によって水酸化ナトリウム水溶液を添加した。逆浸透膜装置202、303の濃縮水は、タンクTKに還流させた。
Example 2
Pure water was produced using the pure
(実施例3)
実施例1と同様に前処理水W1を得て、前処理水W1を、逆浸透膜装置201、202、303で順に逆浸透膜処理した。逆浸透膜装置202の供給水には、そのpHが9.0になるように、アルカリ調整機構204によって水酸化ナトリウム水溶液を添加した。逆浸透膜装置303の供給水には、そのpHが6.5になるように、スルファミン酸水溶液を添加した。逆浸透膜装置202、303の濃縮水は、タンクTKに還流させた。
Example 3
Pretreated water W1 was obtained in the same manner as in Example 1, and the pretreated water W1 was subjected to reverse osmosis membrane treatment in the reverse
(比較例1)
実施例1と同様に前処理水W1を得て、前処理水W1を、2段の逆浸透膜装置(図7の逆浸透膜装置201、202に相当)で順に逆浸透膜処理した。2段目の逆浸透膜装置の供給水には、そのpHが9.5になるように水酸化ナトリウム水溶液を添加した。2段目の逆浸透膜装置の濃縮水は、実施例1と同様に、タンクTKに還流させた。
(Comparative Example 1)
Pretreated water W1 was obtained in the same manner as in Example 1, and the pretreated water W1 was subjected to reverse osmosis membrane treatment in two stages of reverse osmosis membrane devices (corresponding to the reverse
(比較例2)
実施例1と同様に前処理水W1を得て、前処理水W1を、3段の逆浸透膜装置(図7の逆浸透膜装置201、202、303に相当)で順に逆浸透膜処理した。1段目の逆浸透膜装置の供給水には、そのpHが6.0になるように、硫酸を添加した。また、2段目の逆浸透膜装置の供給水には、そのpHが9.0になるように、水酸化ナトリウム水溶液を添加した。3段目の逆浸透膜装置の供給水には、そのpHが4.7になるように、スルファミン酸水溶液を添加した。2段目と3段目の逆浸透膜装置の濃縮水は、実施例1と同様に、タンクTKに還流させた。
(Comparative Example 2)
Pretreated water W1 was obtained in the same manner as in Example 1, and the pretreated water W1 was sequentially subjected to reverse osmosis membrane treatment in three stages of reverse osmosis membrane devices (corresponding to reverse
(比較例3)
実施例1の同様に前処理水W1を得て、前処理水W1に酸を添加した後、図示しない脱気塔で処理して脱気水を得た。脱気水を原水として、3段の逆浸透膜装置(図7の逆浸透膜装置201、202、303に相当)で順に逆浸透膜処理した。2段目の逆浸透膜装置の供給水には、そのpHが9.0になるように、水酸化ナトリウム水溶液を添加した。また、3段目の逆浸透膜装置の供給水には、そのpHが4.7になるように硫酸を添加した。2段目と3段目の逆浸透膜装置の濃縮水は、実施例1と同様に、タンクTKに還流させた。
(Comparative Example 3)
Pretreated water W1 was obtained in the same manner as in Example 1, and after adding acid to the pretreated water W1, it was treated in a degassing tower (not shown) to obtain degassed water. The degassed water was used as raw water and sequentially treated with reverse osmosis membranes in three stages (corresponding to the reverse
上記した実施例及び比較例において、ポンプP1の吐出圧は1.6MPaとし、逆浸透膜装置としては、超低圧型の逆浸透膜であるTBW-HR(東レ社製)を使用した。 In the above examples and comparative examples, the discharge pressure of pump P1 was 1.6 MPa, and the reverse osmosis membrane device used was a TBW-HR (manufactured by Toray Industries, Inc.), which is an ultra-low pressure reverse osmosis membrane.
(比較例4)
実施例1と同様に前処理水W1を得て、前処理水W1を、高圧型の逆浸透膜装置を用いて逆浸透膜処理した。比較例において、ポンプP1の吐出圧は1.6MPaとし、逆浸透膜装置としては、高圧型の逆浸透膜であるTM820K-400(東レ株式会社製)を使用した。
(Comparative Example 4)
Pretreated water W1 was obtained in the same manner as in Example 1, and the pretreated water W1 was subjected to reverse osmosis membrane treatment using a high-pressure reverse osmosis membrane device. In the comparative example, the discharge pressure of the pump P1 was set to 1.6 MPa, and a high-pressure reverse osmosis membrane TM820K-400 (manufactured by Toray Industries, Inc.) was used as the reverse osmosis membrane device.
上記した実施例及び比較例における前処理水水質、逆浸透膜装置202(2段目の逆浸透膜装置)の供給水質、逆浸透膜装置303(3段目の逆浸透膜装置)の供給水質、各例における処理水水質(最終段の逆浸透膜装置の透過水質)を測定した。結果を表1に示す。また、実施例及び比較例における各成分の除去率と薬剤(水酸化ナトリウム、スルファミン酸、硫酸)使用量の合計を測定した。薬剤使用量については実施例1において、使用される量(g)を1とした値で算出した。なお、薬剤使用量は運転条件による変動が大きいので、100日間の運転の結果をもとにして概算として示した。結果を表2に示す。表1、2において、「DG」は脱気塔を、「RO2」は2段目の逆浸透膜装置(図7の逆浸透膜装置202に相当。)を、「RO3」は3段目の逆浸透膜装置(図7の逆浸透膜装置303に相当。)を意味する。
In the above-mentioned examples and comparative examples, the pretreated water quality, the feed water quality of the reverse osmosis membrane device 202 (second stage reverse osmosis membrane device), the feed water quality of the reverse osmosis membrane device 303 (third stage reverse osmosis membrane device), and the treated water quality (permeate water quality of the final stage reverse osmosis membrane device) in each example were measured. The results are shown in Table 1. In addition, the removal rate of each component and the total amount of chemicals (sodium hydroxide, sulfamic acid, sulfuric acid) used in the examples and comparative examples were measured. The amount of chemicals used was calculated by taking the amount used (g) in Example 1 as 1. Since the amount of chemicals used varies greatly depending on the operating conditions, it is shown as an estimate based on the results of 100 days of operation. The results are shown in Table 2. In Tables 1 and 2, "DG" means the degassing tower, "RO2" means the second stage reverse osmosis membrane device (corresponding to the reverse
実施例及び比較例において、各水質は以下の装置又は方法にて測定した。
pH:堀場製作所社製HP―200
ホウ素濃度:ICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分光法
炭酸濃度:SUEZ社製 Sievers M9e
In the examples and comparative examples, the water qualities were measured using the following devices and methods.
pH: Horiba HP-200
Boron concentration: ICP (inductively coupled plasma) emission spectroscopy Carbonate concentration: SUEZ Sievers M9e
表1、2に示されるように、実施例1~3の純水製造方法では、十分なホウ素濃度の低減と適切な水質の純水が得られている。比較例1の方法では、逆浸透膜が2段のみであるので、十分なホウ素濃度の低減が実現できていない。比較例2の方法では、高水質の純水を得られるが、導電率が低すぎて水質が過剰であり、薬品使用量が多くなっている。また、比較例2の方法では、前段で脱気処理を行わないため、処理水の炭酸濃度もやや高めとなっている。比較例3の方法も、高水質の純水を得られるが、導電率が低すぎて水質が過剰である。また、比較例3の方法は、前段で脱気塔による処理を行うため、薬品使用量の増大と、装置の大型化が問題である。比較例4の方法では、高圧型の逆浸透膜を使用しており、消費電力は実施例1と同等であるが、十分なホウ素濃度の低減が実現できていない。 As shown in Tables 1 and 2, the pure water production methods of Examples 1 to 3 provide pure water with sufficient boron concentration reduction and appropriate water quality. The method of Comparative Example 1 uses only two reverse osmosis membranes, so sufficient reduction in boron concentration is not achieved. The method of Comparative Example 2 provides high-quality pure water, but the conductivity is too low, making the water quality excessive, and a large amount of chemicals is used. In addition, the method of Comparative Example 2 does not perform degassing treatment in the previous stage, so the carbon dioxide concentration of the treated water is also somewhat high. The method of Comparative Example 3 also provides high-quality pure water, but the conductivity is too low, making the water quality excessive. In addition, the method of Comparative Example 3 performs treatment using a degassing tower in the previous stage, so there are problems with increased chemical usage and larger equipment. The method of Comparative Example 4 uses a high-pressure reverse osmosis membrane, and although the power consumption is the same as in Example 1, sufficient reduction in boron concentration is not achieved.
また、実施例1と比較例3の前処理水、各段の逆浸透膜装置の供給水及び処理水の炭酸濃度、ホウ素濃度及び導電率を図8~10に示す。図8は炭酸濃度を対数で表し、図9はホウ素濃度を表し、図10は導電率を表す。また、図8~10において「RO1」は1段目の逆浸透膜装置を意味する。 Figures 8 to 10 show the carbonate concentration, boron concentration, and electrical conductivity of the pretreated water, the feed water, and the treated water of each stage of the reverse osmosis membrane device in Example 1 and Comparative Example 3. Figure 8 shows the carbonate concentration in logarithm, Figure 9 shows the boron concentration, and Figure 10 shows the electrical conductivity. In Figures 8 to 10, "RO1" refers to the first stage reverse osmosis membrane device.
図8で示されるように、実施例1の方法では、1段目と2段目の逆浸透膜装置において炭酸が除去されている。これに対し、比較例3の方法では、脱気塔で炭酸が除去されており、炭酸の除去された被処理水(脱気水)が1段目の逆浸透膜装置に供給されることで、高導電率(導電率0.125μS/cm)の処理水を得ていることがわかる。
また、図9に示されるように、実施例1の方法では、2段目の逆浸透膜装置において、大部分のホウ素が除去され、ホウ素の一部が3段目の逆浸透膜装置において除去されている。これに対し、比較例3の方法では、ホウ素のほとんどが、2段目の逆浸透膜において除去されている。
さらに、図10に示されるように、実施例1の方法では、1段目から3段目の逆浸透膜装置を通じて、導電性の成分(イオン成分など)が除去されている。これに対し、比較例3の方法では、脱気塔と1段目の逆浸透膜装置において、導電性の成分(イオン成分など)のほとんどが除去されている。
8, in the method of Example 1, carbon dioxide is removed in the first and second stage reverse osmosis membrane devices. In contrast, in the method of Comparative Example 3, carbon dioxide is removed in the deaeration tower, and the water to be treated (deaeration water) from which carbon dioxide has been removed is supplied to the first stage reverse osmosis membrane device, thereby obtaining treated water with high conductivity (conductivity 0.125 μS/cm).
9, in the method of Example 1, most of the boron is removed in the second stage reverse osmosis membrane device, and a portion of the boron is removed in the third stage reverse osmosis membrane device, whereas in the method of Comparative Example 3, most of the boron is removed in the second stage reverse osmosis membrane device.
10, in the method of Example 1, conductive components (such as ionic components) are removed through the first to third reverse osmosis membrane devices, whereas in the method of Comparative Example 3, most of the conductive components (such as ionic components) are removed in the degassing tower and the first reverse osmosis membrane device.
以上のことから、実施例1の方法と比較例3の方法では、3段の逆浸透膜装置を用いる点と、用いる薬剤の一部が共通しているが、各逆浸透膜装置の奏する作用効果が異なっていることがわかる。 From the above, it can be seen that the method of Example 1 and the method of Comparative Example 3 share the same three-stage reverse osmosis membrane device and some of the chemicals used, but the effects of each reverse osmosis membrane device are different.
100,110,120…純水製造方法、101,103,104,122…逆浸透膜処理工程、102…アルカリ調整工程、111…電気式脱イオン処理工程、112…紫外線酸化処理工程、113…非再生型イオン交換(Primary/Polisher)処理工程、121…酸調整工程、W10,20…透過水、W30,31…透過水(純水)、W11,12,21…被処理水、W40…脱塩水、W41,W42…処理水、200,300…純水製造装置、210,310…前処理装置、211…活性炭装置(AC)、TK…貯留タンク、212…熱交換器(HEX)、213…精密ろ過装置(PF)、221,611…電気式脱イオン装置(EDI)、222,612…紫外線酸化装置(TOC-UV)、223,613…非再生型イオン交換装置(Primary/Polisher)、201,202,203,303…逆浸透膜装置、204…アルカリ調整機構、205…酸調整機構、4,5,6…純水製造システム、L1,L2…供給管、L3~L5…排出管、L6…循環配管
100, 110, 120... Pure water production method, 101, 103, 104, 122... Reverse osmosis membrane treatment process, 102... Alkaline adjustment process, 111... Electrical deionization treatment process, 112... Ultraviolet oxidation treatment process, 113... Non-regenerative ion exchange (Primary/Polisher) treatment process, 121... Acid adjustment process, W10, 20... Permeated water, W30, 31... Permeated water (pure water), W11, 12, 21... Water to be treated, W40... Desalted water, W41, W42... Treated water, 200, 300... Pure water production apparatus, 210, 310... Pretreatment apparatus, 2 11: Activated carbon device (AC), TK: Storage tank, 212: Heat exchanger (HEX), 213: Precision filtration device (PF), 221,611: Electrodeionization device (EDI), 222,612: Ultraviolet oxidation device (TOC-UV), 223,613: Non-regenerative ion exchange device (Primary/Polisher), 201,202,203,303: Reverse osmosis membrane device, 204: Alkaline adjustment mechanism, 205: Acid adjustment mechanism, 4,5,6: Pure water production system, L1,L2: Supply pipe, L3 to L5: Discharge pipe, L6: Circulation pipe
Claims (9)
前記3段の逆浸透膜装置に備えられる逆浸透膜は、いずれも、架橋芳香族ポリアミドからなるスキン層を有する負電荷膜であり、
前記原水が、炭酸を1mg/L以上100mg/L以下、ホウ素を150μg/L以下含有し、
前記原水を第1段目の逆浸透膜装置で処理して第1の透過水を得る工程と、
前記第1の透過水をアルカリ性に調整してアルカリ性の被処理水を得る工程と、
前記アルカリ性の被処理水を第2段目の逆浸透膜装置で処理して第2の透過水を得る工程と、
前記第2の透過水を第3段目の逆浸透膜装置で処理して、ホウ素濃度が3μg/L以上20μg/L以下、導電率が、0.3μS/cm以上40μS/cm以下の純水を得る工程と、
を有することを特徴とする、純水製造方法。 A method for producing pure water, comprising treating raw water with at least three stages of ultra-low pressure reverse osmosis membrane devices to remove boron from the raw water,
Each of the reverse osmosis membranes in the three-stage reverse osmosis membrane device is a negatively charged membrane having a skin layer made of a crosslinked aromatic polyamide,
The raw water contains carbon dioxide of 1 mg/L or more and 100 mg/L or less and boron of 150 μg/L or less,
treating the raw water in a first stage reverse osmosis membrane device to obtain a first permeate;
adjusting the first permeate to an alkaline state to obtain alkaline water to be treated;
treating the alkaline water to be treated in a second stage reverse osmosis membrane device to obtain a second permeate;
treating the second permeate in a third stage reverse osmosis membrane device to obtain pure water having a boron concentration of 3 μg/L or more and 20 μg/L or less and a conductivity of 0.3 μS/cm or more and 40 μS/cm or less;
A method for producing pure water, comprising the steps of:
前記第2の被処理水を得る工程において、第2の透過水に、スルファミン酸が添加され、
前記第3段目の逆浸透膜装置の濃縮水が、原水に混合されて前記第1の逆浸透膜装置で処理される、請求項3に記載の純水製造方法。 The raw water contains chlorine,
In the step of obtaining the second treated water, sulfamic acid is added to the second permeate,
4. The method for producing pure water according to claim 3, wherein the concentrated water from the third stage reverse osmosis membrane device is mixed with raw water and treated in the first reverse osmosis membrane device.
前記第1の逆浸透膜装置、第2の逆浸透膜装置及び第3の逆浸透膜装置は超低圧型の逆浸透膜装置であり、
前記第1の逆浸透膜装置、第2の逆浸透膜装置及び第3の逆浸透膜装置に備えられる逆浸透膜は、架橋芳香族ポリアミドからなるスキン層を有する負電荷膜であり、
炭酸を1mg/L以上100mg/L以下、ホウ素を150μg/L以下含有する原水を第1の逆浸透膜装置に供給する原水供給機構と、
前記第1の逆浸透膜装置の透過水を前記第2の逆浸透膜装置に送る第1の供給管と、
前記第1の供給管の経路に設けられ、前記第1の供給管内を通流する被処理水をアルカリ性に調整するアルカリ調整機構と、
前記第2の逆浸透膜装置の透過水を前記第3の逆浸透膜装置に送る第2の供給管と、を有し、前記第3の逆浸透膜装置の透過水として、ホウ素濃度が3μg/L以上20μg/L以下、導電率が0.3μS/cm以上40μS/cm以下の純水を得ることを特徴とする、純水製造装置。 A pure water production apparatus for removing boron, comprising a first reverse osmosis membrane device, a second reverse osmosis membrane device, and a third reverse osmosis membrane device connected in series,
the first reverse osmosis membrane device, the second reverse osmosis membrane device, and the third reverse osmosis membrane device are ultra-low pressure reverse osmosis membrane devices,
the reverse osmosis membranes provided in the first reverse osmosis membrane device, the second reverse osmosis membrane device, and the third reverse osmosis membrane device are negatively charged membranes having a skin layer made of a crosslinked aromatic polyamide;
a raw water supply mechanism that supplies raw water containing 1 mg/L or more and 100 mg/L or less of carbon dioxide and 150 μg/L or less of boron to a first reverse osmosis membrane device;
a first supply pipe for supplying permeate from the first reverse osmosis membrane device to the second reverse osmosis membrane device;
an alkali adjustment mechanism provided in the path of the first supply pipe and configured to adjust the alkalinity of the water to be treated flowing through the first supply pipe;
a second supply pipe for sending the permeate from the second reverse osmosis membrane device to the third reverse osmosis membrane device, wherein the permeate from the third reverse osmosis membrane device is pure water having a boron concentration of 3 μg/L or more and 20 μg/L or less and a conductivity of 0.3 μS/cm or more and 40 μS/cm or less.
前記一次純水装置は、請求項7又は8に記載の純水製造装置と、前記純水製造装置の後段に配置される電気式脱イオン装置とを備え、
前記二次純水装置は、紫外線酸化装置、非再生式ポリッシャー、膜脱気装置及び限外ろ過装置をこの順に備え、
ホウ素濃度が0.1μg/L以下の超純水を製造する、
超純水製造システム。
An ultrapure water production system including a primary water purifier and a secondary water purifier in this order,
The primary pure water system includes the pure water production system according to claim 7 or 8, and an electrodeionization device disposed downstream of the pure water production system,
The secondary water purification device includes an ultraviolet oxidation device, a non-regenerative polisher, a membrane degassing device, and an ultrafiltration device in this order;
Produce ultrapure water with a boron concentration of 0.1 μg/L or less;
Ultrapure water production system.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022171509A JP7460729B1 (en) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | Pure water production method, pure water production equipment, and ultrapure water production system |
PCT/JP2023/038072 WO2024090356A1 (en) | 2022-10-26 | 2023-10-20 | Pure water production method, pure water production device, and ultra-pure water production system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022171509A JP7460729B1 (en) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | Pure water production method, pure water production equipment, and ultrapure water production system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP7460729B1 JP7460729B1 (en) | 2024-04-02 |
JP2024063499A true JP2024063499A (en) | 2024-05-13 |
Family
ID=90474260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022171509A Active JP7460729B1 (en) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | Pure water production method, pure water production equipment, and ultrapure water production system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7460729B1 (en) |
WO (1) | WO2024090356A1 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09234349A (en) * | 1996-03-01 | 1997-09-09 | Kurita Water Ind Ltd | Membrane separation apparatus |
US5997745A (en) * | 1998-04-08 | 1999-12-07 | Zenon Environmental Inc. | Method for producing high purity water using triple pass reverse osmosis (TPRO) |
JP4193234B2 (en) | 1998-08-17 | 2008-12-10 | 栗田工業株式会社 | Pure water production method |
JP2018030065A (en) | 2016-08-23 | 2018-03-01 | 野村マイクロ・サイエンス株式会社 | Ultrapure water production system and method |
WO2020003831A1 (en) | 2018-06-27 | 2020-01-02 | 野村マイクロ・サイエンス株式会社 | Electrical deionization apparatus, ultrapure water manufacturing system, and ultrapure water manufacturing method |
-
2022
- 2022-10-26 JP JP2022171509A patent/JP7460729B1/en active Active
-
2023
- 2023-10-20 WO PCT/JP2023/038072 patent/WO2024090356A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7460729B1 (en) | 2024-04-02 |
WO2024090356A1 (en) | 2024-05-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5733351B2 (en) | Method and apparatus for treating boron-containing water | |
WO2019244443A1 (en) | Method for removing boron from water to be treated, boron removal system, ultrapure water production system, and method for measuring boron concentration | |
JP6161954B2 (en) | Ultrapure water production apparatus and ultrapure water production method | |
JP7289206B2 (en) | Boron removal device, boron removal method, pure water production device, and pure water production method | |
JP6228471B2 (en) | To-be-treated water processing apparatus, pure water production apparatus and to-be-treated water processing method | |
JP3137831B2 (en) | Membrane processing equipment | |
JP4710176B2 (en) | Ultrapure water production equipment | |
JP5114307B2 (en) | Electric deionized water production equipment | |
JP3952127B2 (en) | Electrodeionization treatment method | |
WO2023149415A1 (en) | Pure water production apparatus and operation method for pure water production apparatus | |
JP7460729B1 (en) | Pure water production method, pure water production equipment, and ultrapure water production system | |
JP6924300B1 (en) | Wastewater treatment method, ultrapure water production method and wastewater treatment equipment | |
WO2022024815A1 (en) | Pure water production apparatus, ultrapure water production apparatus, pure water production method, and ultrapure water production method | |
JP7368310B2 (en) | Boron removal equipment and boron removal method, and pure water production equipment and pure water production method | |
JP7246399B2 (en) | Pure water production system and pure water production method | |
TW202417382A (en) | Pure water production method, pure water production equipment and ultrapure water production system | |
WO2024075731A1 (en) | Method for producing pure water from which boron has been removed, pure water production device, and ultrapure water production system | |
JP2020116507A (en) | Ultrapure boron removal type ultrapure water production apparatus and method for producing ultrapure boron removal type ultrapure water | |
WO2022190727A1 (en) | Water treatment method and water treatment apparatus | |
JP7205576B1 (en) | Operation method of pure water production system | |
JP6285645B2 (en) | Waste water treatment method and waste water treatment equipment | |
JP2022138431A (en) | Water treatment method and water treatment apparatus | |
JP2007301477A (en) | Electric softening system, softening system, and soft water manufacturing method | |
JP2022138430A (en) | Water treatment method and water treatment apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221026 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231205 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231221 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240305 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240321 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7460729 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |