JP3593932B2 - 高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法 - Google Patents
高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法に係り、特に、逆浸透（ＲＯ）膜装置と、このＲＯ膜装置の後段に２段に設けられた電気脱イオン装置に原水を順次通水することにより、より高純度で水質の安定した高純度水を連続的に製造する高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＲＯ膜装置と電気脱イオン装置とを組み合わせ、更に必要に応じて後段にイオン交換樹脂塔を設けて高純度化を図った純水製造装置が公知であり、このような装置において、更に純度を向上するためにＲＯ膜装置を２段に設けたものや前段にアニオン交換樹脂塔を設けたものも提案されている。
【０００３】
従来の装置構成において、シリカ２０ｍｇ／Ｌ、ボロン０．２ｍｇ／Ｌ、比抵抗０．００４ＭΩ・ｃｍ、炭酸ガス約５ｍｇ／Ｌの原水を処理した場合、各装置の処理水の水質は下記の通りである。
【０００４】
【表１】
【０００５】
【表２】
【０００６】
【表３】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の純水製造装置では、シリカ０．００５ｍｇ／Ｌ以下、ボロン０．０００５ｍｇ／Ｌ以下、比抵抗１７．５ＭΩ・ｃｍ以上を処理水の水質の目標値とした場合、図２（ａ）に示す如く２段ＲＯ膜装置と電気脱イオン装置とを組み合わせたもの、及び、図２（ｂ）に示す如くＲＯ膜装置と電気脱イオン装置とを組み合わせたものでは、この水質の目標値に到達するためには、更に後段に非再生型混床式イオン交換装置等のイオン交換装置を設置する必要があり、そのための装置コストや設置スペースが問題となる。しかも、その場合においても、ボロンの低濃度化は困難であり、また水質が安定せず、その上、イオン交換装置の交換や再生が必要であるために長期連続運転に適さないという欠点がある。
【０００８】
また、図２（ｃ）に示す如くアニオン交換樹脂塔、ＲＯ膜装置及び電気脱イオン装置を組み合わせたものでは、ほぼ目標水質に到達するが、ＲＯ膜装置の前段のアニオン交換樹脂塔の負荷が大きく、装置コストや設置スペース、更にはアニオン交換樹脂の再生等の面で不利である。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決し、より高純度で水質の安定した高純度水を長期に亘り連続的に製造することができる高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の高純度水の製造装置は、ＲＯ膜装置と該ＲＯ膜装置の後段に設けられた第１の電気脱イオン装置と、該第１の電気脱イオン装置の後段に設けられた第２の電気脱イオン装置とを有する高純度水の製造装置であって、該第１の電気脱イオン装置と第２の電気脱イオン装置との間にアニオン交換装置を有することを特徴とする。
【００１１】
この高純度水の製造装置において、ＲＯ膜装置の前段に脱炭酸手段を設けるのが好ましい。
【００１２】
本発明の高純度水の製造方法は、原水をＲＯ膜装置、第１の電気脱イオン装置及び第２の電気脱イオン装置に順次通水して高純度水を製造する方法であって、該第１の電気脱イオン装置の処理水をアニオン交換処理した後、該第２の電気脱イオン装置に通水することを特徴とする。
【００１３】
この高純度水の製造方法において、ＲＯ膜装置への通水に先立ち原水を脱炭酸処理するのが好ましい。
【００１４】
従来の純水製造装置では、電気脱イオン装置を１段のみで使用しているが、本発明においては、電気脱イオン装置を２段に直列に配置してシリカやボロンを高度に除去し、処理水の比抵抗を高める。即ち、電気脱イオン装置を２段に設けると、２段目の電気脱イオン装置では、１段目の電気脱イオン装置においてシリカやボロンが十分に除去され、比抵抗も十分に向上した水を処理することになることから、２段目の電気脱イオン装置では原水（給水）条件が、性能面、回収率、電圧電流負荷に対して良好なものとなるため、得られる処理水の水質は著しく高くなり、水質が安定すると共に、長期連続運転が可能となる。
【００１５】
なお電気脱イオン装置はコンパクトであるため、２段設けても装置設備が過度に大型化することはなく、設置スペース面でも問題になることはない。
【００１６】
しかも、本発明では、このようにＲＯ膜装置と２段に設けた電気脱イオン装置で処理するに当たり、第１の電気脱イオン装置の処理水をアニオン交換処理してより純度を高めると共に、アニオン交換処理によりｐＨを高めた水を第２の電気脱イオン装置に給水することにより、第２の電気脱イオン装置においてシリカを高度に除去することで、著しく高純度の処理水を得ることができる。
【００１７】
即ち、電気脱イオン装置の給水のｐＨを高めることにより、炭酸ガスが重炭酸イオンに変化すると、電気脱イオン装置の脱塩室から濃縮室側へ容易に移動するようになり、脱イオン効率が高まる。
【００１８】
特に、原水を脱炭酸処理して電気脱イオン装置の炭酸ガス負荷を軽減することで、電気脱イオン装置の脱塩室内のイオン交換樹脂面及びイオン交換膜面でのシリカ、ボロン、その他の塩類に対する吸着、移動速度を向上させ、これらの除去性能を高めることができるため、前処理として脱炭酸装置を設けて原水の炭酸ガス濃度を下げ、また、１段目電気脱イオン装置と２段目電気脱イオン装置との間にアニオン交換樹脂塔を設置することにより、２段目電気脱イオン装置の給水のｐＨを高め、かつ、シリカ、ボロン、炭酸ガスを更に除去することとなり、その結果、シリカトータル除去率９９．９９９％以上、ボロントータル除去率９９％以上、比抵抗値１７．５ＭΩ・ｃｍ以上の性能を確実に得ることができ、２段目電気脱イオン装置の処理水として、シリカ濃度０．０００１ｍｇ／Ｌ以下、ボロン濃度０．０００１ｍｇ／Ｌ以下、比抵抗値１８．０ＭΩ・ｃｍと著しく高純度の処理水を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【００２１】
本発明において、処理する原水は、市水（水道水）、地下水（井戸水）、河川水、その他使用済純水の回収水等である。
【００２２】
図１の高純度水の製造装置は、原水をＲＯ膜装置１，１段目電気脱イオン装置２及び２段目電気脱イオン装置３に順次通水して処理するに当たり、前処理装置として脱炭酸装置４を設け、１段目電気脱イオン装置２と２段目電気脱イオン装置３との間にアニオン交換樹脂塔５を設け、原水を脱炭酸装置４で脱炭酸処理した後、ＲＯ膜装置１、１段目電気脱イオン装置２、アニオン交換樹脂塔５及び２段目電気脱イオン装置３に順次通水して処理するものである。
【００２３】
本発明においては、このように、原水をＲＯ膜装置１，１段目電気脱イオン装置２及び２段目電気脱イオン装置３に順次通水して処理するに当たり、脱炭酸処理、アニオン交換処理を組み込むことにより、１段目電気脱イオン装置２及び／又は２段目電気脱イオン装置３の給水が好ましくは次のような水質となるように調整し、１段目電気脱イオン装置２の水回収率を５０〜９５％、２段目電気脱イオン装置３の水回収率を５０〜９６％で通水することにより、著しく高純度の処理水を得ることができる。
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】
従って、本発明では、電気脱イオン装置の給水として上述のような水質範囲が達成されれば良く、脱炭酸装置を省略しても良い。
【００２７】
なお、上記水質を確保する上で、原水は必要に応じて除濁装置、活性炭塔、或いは軟水器等で前処理した後、本発明に従って処理するのが好ましい。
【００２８】
【実施例】
以下に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。
【００２９】
なお、以下において、原水としては、上水（井水）を活性炭塔で処理した後、軟水器で硬度成分を除去した水（水温２１〜２４℃）を用いた。この原水の水質は次の通りであり、処理水量は４００Ｌ／ｈｒとした。
〔原水水質〕
シリカ ： ３０ｍｇ／Ｌ
ボロン ： ０．０５ｍｇ／Ｌ
炭酸ガス： ８ｍｇ／Ｌ
ｐＨ ： ７．２
比抵抗 ：０．００４ＭΩ・ｃｍ
【００３０】
また、用いたＲＯ膜装置、１段目電気脱イオン装置、２段目電気脱イオン装置、脱炭酸装置及びアニオン交換樹脂塔の仕様及び運転条件は次の通りである。
ＲＯ膜装置：低圧スパイラル型モジュール、ポリイミド系合成複合膜
水回収率： ３０％
通水圧力： ６．４ｋｇ／ｃｍ２（６．２７×１０５Ｐａ）
１段目電気脱イオン装置：脱塩室と濃縮室にアニオンとカチオンとの混合イオン交換樹脂を充填したオールフィルド型
水回収率： ８８％
電圧 ： ９８Ｖ
電流 ： ０．４Ａ
２段目電気脱イオン装置：１段目電気脱イオン装置と同じ型を使用
水回収率： ９０％
電圧 ： １００Ｖ
電流 ：０．０４Ａ
脱炭酸装置：外圧式中空糸型脱気膜（膜材質：ポリプロピレン）
アニオン交換樹脂塔：強塩基性アニオン交換樹脂量１５Ｌ（１基）
【００３１】
実施例１
図１に示す高純度水の製造装置で原水を処理したところ、各段階における水質及び除去率は次の通りであった。
【００３２】
【表６】
【００３３】
比較例１
図２（ｂ）に示す高純度水の製造装置で原水を処理した。なお、電気脱イオン装置としては脱塩室と濃縮室にアニオンとカチオンの混合イオン交換樹脂を充填したオールフィルド型を用い、水回収率８５％、電圧１１５Ｖ，電流０．５Ａで処理を行った。
【００３４】
各段階における水質及び除去率は次の通りであった。
【００３５】
【表７】
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、より高純度で水質の安定した高純度水を長期に亘り連続的に製造することができるため、後段の装置設備の負荷を軽減して装置のコンパクト化、設備コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す系統図である。
【図２】従来例を示す系統図である。
【符号の説明】
１：ＲＯ膜装置
２：１段目電気脱イオン装置
３：２段目電気脱イオン装置
４：脱炭酸装置
５：アニオン交換樹脂塔
【発明の属する技術分野】
本発明は高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法に係り、特に、逆浸透（ＲＯ）膜装置と、このＲＯ膜装置の後段に２段に設けられた電気脱イオン装置に原水を順次通水することにより、より高純度で水質の安定した高純度水を連続的に製造する高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＲＯ膜装置と電気脱イオン装置とを組み合わせ、更に必要に応じて後段にイオン交換樹脂塔を設けて高純度化を図った純水製造装置が公知であり、このような装置において、更に純度を向上するためにＲＯ膜装置を２段に設けたものや前段にアニオン交換樹脂塔を設けたものも提案されている。
【０００３】
従来の装置構成において、シリカ２０ｍｇ／Ｌ、ボロン０．２ｍｇ／Ｌ、比抵抗０．００４ＭΩ・ｃｍ、炭酸ガス約５ｍｇ／Ｌの原水を処理した場合、各装置の処理水の水質は下記の通りである。
【０００４】
【表１】
【表２】
【表３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の純水製造装置では、シリカ０．００５ｍｇ／Ｌ以下、ボロン０．０００５ｍｇ／Ｌ以下、比抵抗１７．５ＭΩ・ｃｍ以上を処理水の水質の目標値とした場合、図２（ａ）に示す如く２段ＲＯ膜装置と電気脱イオン装置とを組み合わせたもの、及び、図２（ｂ）に示す如くＲＯ膜装置と電気脱イオン装置とを組み合わせたものでは、この水質の目標値に到達するためには、更に後段に非再生型混床式イオン交換装置等のイオン交換装置を設置する必要があり、そのための装置コストや設置スペースが問題となる。しかも、その場合においても、ボロンの低濃度化は困難であり、また水質が安定せず、その上、イオン交換装置の交換や再生が必要であるために長期連続運転に適さないという欠点がある。
【０００８】
また、図２（ｃ）に示す如くアニオン交換樹脂塔、ＲＯ膜装置及び電気脱イオン装置を組み合わせたものでは、ほぼ目標水質に到達するが、ＲＯ膜装置の前段のアニオン交換樹脂塔の負荷が大きく、装置コストや設置スペース、更にはアニオン交換樹脂の再生等の面で不利である。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決し、より高純度で水質の安定した高純度水を長期に亘り連続的に製造することができる高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の高純度水の製造装置は、ＲＯ膜装置と該ＲＯ膜装置の後段に設けられた第１の電気脱イオン装置と、該第１の電気脱イオン装置の後段に設けられた第２の電気脱イオン装置とを有する高純度水の製造装置であって、該第１の電気脱イオン装置と第２の電気脱イオン装置との間にアニオン交換装置を有することを特徴とする。
【００１１】
この高純度水の製造装置において、ＲＯ膜装置の前段に脱炭酸手段を設けるのが好ましい。
【００１２】
本発明の高純度水の製造方法は、原水をＲＯ膜装置、第１の電気脱イオン装置及び第２の電気脱イオン装置に順次通水して高純度水を製造する方法であって、該第１の電気脱イオン装置の処理水をアニオン交換処理した後、該第２の電気脱イオン装置に通水することを特徴とする。
【００１３】
この高純度水の製造方法において、ＲＯ膜装置への通水に先立ち原水を脱炭酸処理するのが好ましい。
【００１４】
従来の純水製造装置では、電気脱イオン装置を１段のみで使用しているが、本発明においては、電気脱イオン装置を２段に直列に配置してシリカやボロンを高度に除去し、処理水の比抵抗を高める。即ち、電気脱イオン装置を２段に設けると、２段目の電気脱イオン装置では、１段目の電気脱イオン装置においてシリカやボロンが十分に除去され、比抵抗も十分に向上した水を処理することになることから、２段目の電気脱イオン装置では原水（給水）条件が、性能面、回収率、電圧電流負荷に対して良好なものとなるため、得られる処理水の水質は著しく高くなり、水質が安定すると共に、長期連続運転が可能となる。
【００１５】
なお電気脱イオン装置はコンパクトであるため、２段設けても装置設備が過度に大型化することはなく、設置スペース面でも問題になることはない。
【００１６】
しかも、本発明では、このようにＲＯ膜装置と２段に設けた電気脱イオン装置で処理するに当たり、第１の電気脱イオン装置の処理水をアニオン交換処理してより純度を高めると共に、アニオン交換処理によりｐＨを高めた水を第２の電気脱イオン装置に給水することにより、第２の電気脱イオン装置においてシリカを高度に除去することで、著しく高純度の処理水を得ることができる。
【００１７】
即ち、電気脱イオン装置の給水のｐＨを高めることにより、炭酸ガスが重炭酸イオンに変化すると、電気脱イオン装置の脱塩室から濃縮室側へ容易に移動するようになり、脱イオン効率が高まる。
【００１８】
特に、原水を脱炭酸処理して電気脱イオン装置の炭酸ガス負荷を軽減することで、電気脱イオン装置の脱塩室内のイオン交換樹脂面及びイオン交換膜面でのシリカ、ボロン、その他の塩類に対する吸着、移動速度を向上させ、これらの除去性能を高めることができるため、前処理として脱炭酸装置を設けて原水の炭酸ガス濃度を下げ、また、１段目電気脱イオン装置と２段目電気脱イオン装置との間にアニオン交換樹脂塔を設置することにより、２段目電気脱イオン装置の給水のｐＨを高め、かつ、シリカ、ボロン、炭酸ガスを更に除去することとなり、その結果、シリカトータル除去率９９．９９９％以上、ボロントータル除去率９９％以上、比抵抗値１７．５ＭΩ・ｃｍ以上の性能を確実に得ることができ、２段目電気脱イオン装置の処理水として、シリカ濃度０．０００１ｍｇ／Ｌ以下、ボロン濃度０．０００１ｍｇ／Ｌ以下、比抵抗値１８．０ＭΩ・ｃｍと著しく高純度の処理水を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の高純度水の製造装置及び高純度水の製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【００２１】
本発明において、処理する原水は、市水（水道水）、地下水（井戸水）、河川水、その他使用済純水の回収水等である。
【００２２】
図１の高純度水の製造装置は、原水をＲＯ膜装置１，１段目電気脱イオン装置２及び２段目電気脱イオン装置３に順次通水して処理するに当たり、前処理装置として脱炭酸装置４を設け、１段目電気脱イオン装置２と２段目電気脱イオン装置３との間にアニオン交換樹脂塔５を設け、原水を脱炭酸装置４で脱炭酸処理した後、ＲＯ膜装置１、１段目電気脱イオン装置２、アニオン交換樹脂塔５及び２段目電気脱イオン装置３に順次通水して処理するものである。
【００２３】
本発明においては、このように、原水をＲＯ膜装置１，１段目電気脱イオン装置２及び２段目電気脱イオン装置３に順次通水して処理するに当たり、脱炭酸処理、アニオン交換処理を組み込むことにより、１段目電気脱イオン装置２及び／又は２段目電気脱イオン装置３の給水が好ましくは次のような水質となるように調整し、１段目電気脱イオン装置２の水回収率を５０〜９５％、２段目電気脱イオン装置３の水回収率を５０〜９６％で通水することにより、著しく高純度の処理水を得ることができる。
【００２４】
【表４】
【表５】
従って、本発明では、電気脱イオン装置の給水として上述のような水質範囲が達成されれば良く、脱炭酸装置を省略しても良い。
【００２７】
なお、上記水質を確保する上で、原水は必要に応じて除濁装置、活性炭塔、或いは軟水器等で前処理した後、本発明に従って処理するのが好ましい。
【００２８】
【実施例】
以下に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。
【００２９】
なお、以下において、原水としては、上水（井水）を活性炭塔で処理した後、軟水器で硬度成分を除去した水（水温２１〜２４℃）を用いた。この原水の水質は次の通りであり、処理水量は４００Ｌ／ｈｒとした。
〔原水水質〕
シリカ ： ３０ｍｇ／Ｌ
ボロン ： ０．０５ｍｇ／Ｌ
炭酸ガス： ８ｍｇ／Ｌ
ｐＨ ： ７．２
比抵抗 ：０．００４ＭΩ・ｃｍ
【００３０】
また、用いたＲＯ膜装置、１段目電気脱イオン装置、２段目電気脱イオン装置、脱炭酸装置及びアニオン交換樹脂塔の仕様及び運転条件は次の通りである。
ＲＯ膜装置：低圧スパイラル型モジュール、ポリイミド系合成複合膜
水回収率： ３０％
通水圧力： ６．４ｋｇ／ｃｍ２（６．２７×１０５Ｐａ）
１段目電気脱イオン装置：脱塩室と濃縮室にアニオンとカチオンとの混合イオン交換樹脂を充填したオールフィルド型
水回収率： ８８％
電圧 ： ９８Ｖ
電流 ： ０．４Ａ
２段目電気脱イオン装置：１段目電気脱イオン装置と同じ型を使用
水回収率： ９０％
電圧 ： １００Ｖ
電流 ：０．０４Ａ
脱炭酸装置：外圧式中空糸型脱気膜（膜材質：ポリプロピレン）
アニオン交換樹脂塔：強塩基性アニオン交換樹脂量１５Ｌ（１基）
【００３１】
実施例１
図１に示す高純度水の製造装置で原水を処理したところ、各段階における水質及び除去率は次の通りであった。
【００３２】
【表６】
比較例１
図２（ｂ）に示す高純度水の製造装置で原水を処理した。なお、電気脱イオン装置としては脱塩室と濃縮室にアニオンとカチオンの混合イオン交換樹脂を充填したオールフィルド型を用い、水回収率８５％、電圧１１５Ｖ，電流０．５Ａで処理を行った。
【００３４】
各段階における水質及び除去率は次の通りであった。
【００３５】
【表７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、より高純度で水質の安定した高純度水を長期に亘り連続的に製造することができるため、後段の装置設備の負荷を軽減して装置のコンパクト化、設備コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す系統図である。
【図２】従来例を示す系統図である。
【符号の説明】
１：ＲＯ膜装置
２：１段目電気脱イオン装置
３：２段目電気脱イオン装置
４：脱炭酸装置
５：アニオン交換樹脂塔
Claims (4)
- 逆浸透膜装置と該逆浸透膜装置の後段に設けられた第１の電気脱イオン装置と、該第１の電気脱イオン装置の後段に設けられた第２の電気脱イオン装置とを有する高純度水の製造装置であって、
該第１の電気脱イオン装置と第２の電気脱イオン装置との間にアニオン交換装置を有することを特徴とする高純度水の製造装置。 - 請求項１において、該逆浸透膜装置の前段に設けられた脱炭酸手段を有することを特徴とする高純度水の製造装置。
- 原水を逆浸透膜装置、第１の電気脱イオン装置及び第２の電気脱イオン装置に順次通水して高純度水を製造する方法であって、
該第１の電気脱イオン装置の処理水をアニオン交換処理した後、該第２の電気脱イオン装置に通水することを特徴とする高純度水の製造方法。 - 請求項３において、該逆浸透膜装置への通水に先立ち原水を脱炭酸処理することを特徴とする高純度水の製造方法。
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