JP3216256B2 - 超純水製造装置 - Google Patents

超純水製造装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明の超純水製造装置に係り、
特に、製造される超純水中のTOC(全有機体炭素)を
現状より大幅に低減化することができる超純水製造装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、市水、地下水、工水等の原水から
超純水を製造する超純水製造装置は、基本的に、前処理
装置、一次純水製造装置及び二次純水製造装置から構成
される。このうち、前処理装置は、凝集、浮上、濾過装
置で構成される。一次純水製造装置は、2基の逆浸透膜
分離装置及び混床式イオン交換装置、或いは、イオン交
換純水装置及び逆浸透膜分離装置で構成され、また、二
次純水製造装置は、低圧紫外線酸化装置、混床式イオン
交換装置及び限外濾過膜分離装置で構成される。
【0003】これらの各装置単位において、原水中のT
OC成分を分離、吸着、分解等の手段で低減化するもの
は、逆浸透膜分離装置、イオン交換純水装置、低圧紫外
線酸化装置である。
【0004】各装置単位におけるTOC低減化機構は次
の通りである。 逆浸透膜分離装置:逆浸透膜を用いた濾過法であり、イ
オン性、コロイド性のTOCを除去する。 イオン交換純水装置:イオン交換樹脂に吸着又はイオン
交換されるTOC成分を除去する。 低圧紫外線酸化装置:低圧紫外線ランプより出される1
85nmの紫外線によりTOCを有機酸さらにはCO2
まで分解する。分解された有機物は後段のイオン交換樹
脂で除去する。特に、揮発性有機物の分解に用いられ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超純水製造装置により製造された超純水中には、T
OCが2〜5ppb程度存在する。この超純水中のTO
Cを更に低減するための方法として、逆浸透膜分離装置
の多段設置、低圧紫外線酸化装置の紫外線照射量の増大
といった手段が考えられるが、発明者らの研究により、
このような手段では、超純水中のTOCを更に低減する
ことはできないことが確認された。
【0006】この原因としては、超純水のようなTOC
の極微量域では、TOC成分の由来として、単に原水中
の除去不能成分のみならず、各装置単位本体や配管等の
水と接触する有機性部材からの溶出成分も考慮する必要
があり、従来技術の応用程度ではTOCの低減は図れな
いことも考えられる。
【0007】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、TOCが著しく低減された超純水を製造
することができる超純水製造装置を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の超純水製造装置
は、原水の前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水
製造装置を備える超純水製造装置において、該前処理装
置は、尿素の酵素分解装置を含むことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明者らは、超純水中のTOCを更に低減す
る技術の開発に先立ち、超純水中のTOC成分の由来が
原水であるか溶出であるかの検討を実施した。
【0010】まず、稼動中の超純水製造装置における超
純水中のTOCの年間データを整理した結果、TOCは
季節変動を繰り返すことが分かった。現状の超純水製造
装置は、水温が一定になるように制御されているため、
系内からの溶出量が変動することは考えにくい。そこ
で、原水由来の有機成分を対象として、原因物質を特定
すべく、鋭意検討した。
【0011】その結果、現状の超純水製造装置で除去で
きない成分として尿素(NH2 CONH2 )があり、し
かも、原水(市水、工水等)中には尿素が数十〜数百p
pb存在していることが判明した。
【0012】また、現状で得られている超純水を濃縮
(20〜30倍)して、超純水中に含有される尿素濃度
を測定した結果、超純水のTOCのうち50%以上を尿
素が占めており、原水中の尿素濃度が上昇するにつれ、
得られる超純水中のTOCが上昇することが判明した。
【0013】以上より、現状の超純水製造装置は、原水
中に存在する尿素を除去し難く、これが超純水中のTO
Cの低減を阻む原因となっていることを見出した。
【0014】即ち、原水中に存在する尿素に対しては、
現状の超純水製造システムでTOC低減化に寄与してい
るシステムでの除去率、分解率が低い。例えば、逆浸透
膜分離装置での尿素の除去率は約60%であるが、イオ
ン交換樹脂では尿素は交換されず、また、低圧紫外線酸
化装置では尿素は分解されない。
【0015】このようなことから、現状の超純水中のT
OCを更に低減するためには、従来の単位操作を多段に
使用するだけでは限界があり、別途、尿素除去のための
手段が必要であることが判明した。
【0016】そして、原水中に存在する尿素を低減する
装置として、尿素の酵素分解装置が好適であることを見
出し、発明を達成した。
【0017】本発明の超純水製造装置によれば、原水
(市水、地下水、工業用水など)の前処理装置の一部と
して、尿素の酵素分解装置を組み込んだことにより、従
来の前処理装置では除去し得ず、超純水中のTOC源と
なる、原水中の尿素を高度に除去することができ、TO
C濃度が著しく低減された超純水を得ることが可能とさ
れる。
【0018】なお、従来、尿素の分解手段として、血中
の尿素濃度を測定するために尿素分解酵素(ウレアー
ゼ)を用いた例があるが、超純水製造システムのように
大容量かつ連続処理システムにおいて、市水、地下水、
工業用水等に含有される微量尿素を分解するために尿素
分解酵素を用いることは知られていない。
【0019】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。
【0020】図1は本発明の超純水製造装置の一実施例
を示す系統図、図2は本発明の超純水製造装置の前処理
装置の尿素の酵素分解装置として好適なウレアーゼ担体
分解装置の断面図である。
【0021】図1(a)に示す超純水製造装置は、前処
理装置Aとしてウレアーゼ担体分解装置とメンブレンフ
ィルター、即ち限外濾過(UF)又は精密濾過(MF)
膜分離装置2を、一次純水製造装置Bとして第1逆浸透
(RO)膜分離装置3と第2逆浸透(RO)膜分離装置
4と混床式イオン交換装置5を、また、二次純水製造装
置Cとして(タンク6と)低圧紫外線酸化装置7と、混
床式イオン交換装置8とUF膜分離装置9を設け、この
順で直列に設置したものである。
【0022】即ち、市水、工水、地下水等の原水は、ま
ずウレアーゼ担体分解装置1に導入されて酵素分解処理
され、尿素が分解除去される。酵素分解処理水は、次い
でUF又はMF膜分離装置2に導入され、膜分離され
る。
【0023】このような前処理装置Aで処理された前処
理水は、次いで一次純水製造装置Bにおいて、まず、第
1RO膜分離装置3及び第2RO膜分離装置4にて2段
RO膜分離処理され、更に混床式イオン交換装置5でイ
オン交換される。
【0024】更に、一次純水製造装置Bの処理水は、二
次純水製造装置Cにて、タンク6を経て低圧紫外線酸化
装置7に導入され、含有されるTOCがイオン化ないし
分解され、このうち、イオン化された有機物は、後段の
混床式イオン交換装置8で除去される。この混床式イオ
ン交換装置8の処理水は更にUF膜分離装置で膜分離処
理され、超純水が得られる。
【0025】図1(b)に示す超純水製造装置は、一次
純水製造装置Bがイオン交換純水装置10とRO膜分離
装置11で構成されること以外は図1(a)に示す超純
水製造装置と同様の構成とされている。
【0026】即ち、本発明の超純水製造装置において
は、原水を直接通水する前処理装置として尿素の酵素分
解装置を設けること以外は、基本的に従来の超純水製造
装置と同様の構成とすることができ、一次純水製造装置
及び二次純水製造装置におけるRO膜分離装置やイオン
交換純水装置等の各装置単位の組み合せや構成は従来の
ものをそのまま採用することができる。
【0027】本発明においては、連続処理を行なう必要
上、ウレアーゼを担体に固定したウレアーゼ担体分解装
置を用いる必要がある。
【0028】担体の種類としては活性炭、アンスラサイ
ト、砂、ゼオライト、イオン交換樹脂、プラスチック製
成型品等が考えられるが、長期的安定性といった点から
は、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂が最適であ
る。
【0029】ウレアーゼの担持量は、剥離、劣化等の点
からは多い程良く、一般的には、0.01〜1重量%の
範囲が有効である。
【0030】図2は、活性炭にウレアーゼを担持させて
原水を上向流で接触させる上向流式ウレアーゼ担体分解
装置20を示し、原水はポンプP、バルブVを備える配
管21より上向流式ウレアーゼ担体分解装置20の下部
より導入され、目皿22上のウレアーゼ担体担体23と
上向流で接触し、ウレアーゼにより尿素が二酸化炭素と
アンモニアに分解された後、上部の配管24より排出さ
れる。
【0031】このような上向流式ウレアーゼ担体分解装
置であれば、HRT(充填材に対する接触時間)10分
以上で尿素分解率90%を達成することができ、十分に
実用的な結果が得られる。
【0032】図示の超純水製造装置は本発明の一実施例
であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示
のものに限定されるものではない。
【0033】例えば、ウレアーゼ担体分解装置の通水方
式は図示の如く、上向流式とする他、下向流方式でも良
い。ただし、下向流方式の場合には、担体間に原水中の
SSが詰まり差圧が上昇することから、一定期間毎に逆
洗を行なう必要がある。
【0034】また、ウレアーゼ担体分解装置の前段又は
後段に凝集沈殿装置や凝集濾過装置を設けても良い。更
に、ウレアーゼ担体分解装置の後段には膜分離装置の代
りに、メンブレンフィルターの他、砂濾過装置等を用い
ても良い。
【0035】なお、ウレアーゼ(EC 3.5.1.
5)は市販品で良く、東洋紡(株)等から販売されてい
るものを用いることができる。ウレアーゼを担体に担持
させるには、ウレアーゼの水溶液を活性炭やアニオン交
換樹脂の充填カラムに通液すれば良く、その担持量は、
ウレアーゼの濃度や通液量により容易に制御することが
できる。
【0036】以下に具体的な実施例及び比較例を挙げて
本発明をより具体的に説明する。
【0037】実施例1 図1(a)に示す超純水製造装置により原水(厚木市水
(平成4年6月〜7月))の処理を行なった。なお、ウ
レアーゼ担体分解装置としては、図2に示す、活性炭に
ウレアーゼを0.1重量%担持させて用いた上向流式ウ
レアーゼ担体分解装置を用い、その後段にUF膜分離装
置を設けた。上向流式ウレアーゼ担体分解装置のHRT
は10分とした。
【0038】その結果、得られた超純水のTOCを表1
に示す。
【0039】比較例1 生物処理装置を設けなかったこと以外は実施例1と同様
に処理を行なった。得られた超純水のTOCを表1に示
す。
【0040】
【表1】
【0041】表1より明らかなように、本発明の超純水
製造装置によれば、TOCが0.5〜0.8ppbまで
低下し、著しく高水質の超純水が得られる。
【0042】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の超純水製造
装置によれば、市水、地下水、工業用水を原水として超
純水を製造するに当り、得られる超純水に含まれるTO
Cを著しく低減し、極めて純度の高い超純水を製造する
ことが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超純水製造装置の一実施例を示す系統
図である。
【図2】本発明の超純水製造装置の前処理装置として好
適な上向流式ウレアーゼ担体分解装置の断面図である。
【符号の説明】
A 前処理装置 B 一次純水製造装置 C 二次純水製造装置 1 ウレアーゼ担体分解装置 2 UF又はMF膜分離装置 3 第1RO膜分離装置 4 第2RO膜分離装置 5,8 混床式イオン交換装置 6 タンク 7 低圧紫外線酸化装置 9 UF膜分離装置 10 イオン交換純水装置 11 RO膜分離装置 20 上向流式ウレアーゼ担体分解装置 22 目皿 23 ウレアーゼ担持担体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C02F 9/00 504 C02F 9/00 504B 1/00 1/00 P 1/44 1/44 J (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 9/00 501 - 504 C02F 1/00 C02F 1/44

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原水の前処理装置、一次純水製造装置及
    び二次純水製造装置を備える超純水製造装置において、 該前処理装置は、尿素の酵素分解装置を含むことを特徴
    とする超純水製造装置。
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