JP3617468B2

JP3617468B2 - 脱炭酸方法及び純水製造方法

Info

Publication number: JP3617468B2
Application number: JP2001114262A
Authority: JP
Inventors: 求小泉; 聡山田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2002307059A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は脱炭酸方法及び純水製造方法に係り、特に、簡易な装置により長期に亘り安定に、しかも、安価に効率的な脱炭酸を行うことができ、超純水の製造における一次純水製造工程の炭酸除去に好適な脱炭酸方法と、この脱炭酸方法を採用した純水製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中の脱炭酸方法として、被処理水をｐＨ５．５以下に調整して水中の炭酸成分を二酸化炭素（ＣＯ_２）とした後、空気と向流接触させる脱炭酸塔、真空脱気装置又は膜脱気装置に通水する方法がある。
【０００３】
この脱炭酸塔は安価であるが、大量の空気を必要とする。真空脱気装置は、高さ１０ｍ程度の脱気塔を必要とするため、設置場所に制約を受けるという欠点がある。また、膜脱気装置は、装置の小型化が可能で、脱炭酸効率にも優れるが、次のような欠点がある。
【０００４】
即ち、膜脱気装置は、疎水性の高分子気体透過膜（脱気膜）で内部を水室と気室とに仕切り、気室を真空ポンプ等で減圧することにより、水室に流入させた被処理水中のガスを膜透過させて除去するものであるため、気室を減圧するために真空ポンプ等の真空設備を必要とし、この真空設備に要する設備コスト、稼動コストが高い。また、脱気膜が汚れ易く、膜汚染により脱炭酸効率が低下する。汚染した脱気膜の交換のためのコストも高い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の問題点を解決し、膜脱気装置を用いて長期に亘り安定に、しかも効率的に脱炭酸を行うことができる脱炭酸方法と、この脱炭酸方法を採用した純水製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱炭酸方法は、純水製造用の脱イオン装置へのＣＯ _２負荷を低減すると共にＣＯ _２負荷を一定にするための脱炭酸方法であって、脱気膜により隔てられた水室及び気室を有する膜脱気装置の該水室に被処理水を通水して水中の二酸化炭素を除去する脱炭酸方法において、被処理水を、ＦＩ値３未満、ｐＨ４〜５．５に調整した後、該膜脱気装置の水室に供給すると共に、該膜脱気装置の気室に気体を供給して脱炭酸を行う方法であって、該気室への気体供給流量Ｇ（Ｎｍ^３／ｈｒ）と該水室への水の供給流量Ｌ（ｍ^３／ｈｒ）との比Ｇ／Ｌを１０〜１５とすることを特徴とする。
【０００７】
本発明の純水製造方法は、被処理水をＦＩ値３未満に処理する前処理工程と、ＦＩ値３未満に処理された水をｐＨ４〜５．５に調整して水中の炭酸イオンを二酸化炭素に変換するｐＨ調整工程と、脱気膜により隔てられた水室及び気室を有する膜脱気装置の該水室に、ｐＨ調整後の水を供給すると共に、気体を該膜脱気装置の気室に供給して脱気を行う脱気膜工程であって、該気室への気体供給量Ｇ（Ｎｍ^３／ｈｒ）と該水室への水の供給流量Ｌ（ｍ^３／ｈｒ）との比Ｇ／Ｌが１０〜１５となるようにして行う膜脱気工程と、膜脱気後の水を脱イオン装置に通水して脱塩する脱塩工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
なお、ＦＩ（ｆｏｕｌｉｎｇｉｎｄｅｘ）値は、孔径０．４５μｍのフィルターを用いて０．２１ＭＰａの圧力下で濾過したときの、初期５００ｍＬの濾過時間Ｔ_１と１５分後の５００ｍＬ濾過時間Ｔ_２から次式により求められる値であり、水の清浄度を表す指標である。
【０００９】
【数１】

【００１０】
本発明に従って、膜脱気装置に通水する被処理水を、ＦＩ値が３未満となるように処理して清浄度を高めた後、膜脱気装置に通水することにより、脱気膜の汚染を抑制し、膜汚染による膜脱気装置の性能低下を防止して、ＣＯ_２除去効率を高く維持することが可能となる。
【００１１】
本発明では、このように膜脱気装置のＣＯ_２除去効率を高く維持することができるため、従来の脱炭酸塔に比べて、脱炭酸に必要な気体量を低減することができ、Ｇ／Ｌ比が１０〜１５となる少ない気体量で効率的に脱炭酸することができる。また、従来の膜脱気装置のように気室の真空度を高める必要はなく、真空ポンプを省略したり、後段に設けた逆浸透（ＲＯ）膜装置の濃縮水の残圧を利用したエゼクタによる吸引力により膜脱気装置の気室を減圧する程度で十分な脱炭酸効果を得ることができる。
【００１２】
請求項２の脱炭酸方法及び請求項４の純水製造方法は、膜脱気装置の気室の圧力を水室の圧力以下で大気圧以上とするものであり、真空ポンプを用いることなく、安価に脱炭酸を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の脱炭酸方法及び純水製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ）は本発明の脱炭酸方法の実施の形態を示す系統図であり、図１（ｂ）は本発明の純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１５】
本発明の脱炭酸方法及び純水製造方法において、被処理水（原水）としては、市水、工水、井水、プロセス排水の回収水或いはこれらの混合水が用いられる。一般に、このような原水は、ＦＩ値３〜６程度であるため、本発明の脱炭酸方法及び純水製造方法においては、このような原水を前処理手段（ＦＩ値調整手段）１でＦＩ値３未満となるように処理する。
【００１６】
前処理手段１には、原水をＦＩ値３未満とすることができる各種の装置、方法を採用することができ、例えば、精密濾過（ＭＦ）膜装置や限外濾過（ＵＦ）膜装置を用いることができる。特に、孔径０．４５μｍ以下のＭＦ膜を用いる処理方法、分画分子量２０万以下のＵＦ膜を用いる処理方法、原水に有機又は無機凝集剤を添加して孔径３μｍ以下のＭＦ膜で処理する方法が好ましく、とりわけ、凝集剤を添加してＭＦ膜処理する方法が好適である。
【００１７】
前処理手段１によって、ＦＩ値を３未満とすることにより、膜脱気装置の膜汚染を防止することができる。ＦＩ値は低い程膜汚染の防止効果が高いが、ＦＩ値を低くするほど、前処理手段１による処理のためのコストがかかる。従って、一般的には、前処理手段１により、原水をＦＩ値２以上３未満程度に処理するのが好ましい。
【００１８】
前処理手段１で処理された水は、次いで酸、好ましくは塩酸（ＨＣｌ）や硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）等の鉱酸を添加してｐＨ４〜５．５に調整する。この調整後のｐＨが５．５よりも高いと、水中の炭酸成分が十分にＣＯ_２の形態とならず、膜脱気装置において、良好なＣＯ_２除去効率を得ることができない。なお、ｐＨを過度に低くすることは、後段の装置にイオン負荷がかかり好ましくないことから、ｐＨが４〜５．５、好ましくは４．５〜５．０となるように酸を添加する。
【００１９】
ｐＨ調整された水は、次いで膜脱気装置２の水室に導入される。この膜脱気装置２の気室には空気を導入する。膜脱気装置２の気室に導入する気体は、空気に限らず、窒素ガス、アルゴンガス等のＣＯ_２含有率の低い気体であれば良いが、コストの点からは空気を用いるのが好ましい。
【００２０】
膜脱気装置２では、脱気膜を介して水と空気とが接触することにより、濃度分圧の差により水中のＣＯ_２が気室の気体へ移行して脱炭酸が行われ、これによりＣＯ_２濃度の低い脱炭酸処理水を得ることができる。
【００２１】
本発明において、この膜脱気装置におけるＧ（Ｎｍ^３／ｈｒ）／Ｌ（ｍ^３／ｈｒ）比が１０〜１５となるように被処理水と気体（空気）の供給量を設定する。このＧ／Ｌ比が１０未満では、気体（空気）量が少なく、脱炭酸を十分に行うことができない。Ｇ／Ｌ比が１５を超えるような気体（空気）量では、本発明による気体量の低減効果が損なわれる。
【００２２】
膜脱気装置２の気室を減圧状態とすることにより、水中からのＣＯ_２除去効果を高めることができる。ただし、本発明では、ＦＩ値の低い水を膜脱気装置に導入するので、膜汚染が抑制され、高いＣＯ_２除去効果が維持されることから、気室は必ずしも減圧する必要はない。水室側の圧力以下であれば気室は大気圧であってもよく、気体の供給によって多少加圧された状態であってもよい。
【００２３】
なお、膜脱気装置２の脱気膜としては、通常の膜脱気装置に用いられるポリプロピレン系、ポリウレタン系のものを用いることができ、具体的には、ＭＪ−５１０（大日本インキ社製）、ＭＨＦ１７０４（三菱レイヨン社製）、Ｌｉｑｕｉ−Ｃｅｌ（登録商標）（セルガード社製）等を用いることができる。
【００２４】
図１（ｂ）の純水製造方法では、膜脱気装置２の後段に、活性炭塔３と、ＲＯ膜装置４が直列に設けられている。膜脱気装置２の気室は、ＲＯ膜装置４の濃縮水の排出配管に設けられたエゼクタ５の吸引側に連通され、このエゼクタ５により気室が減圧されるように構成されている。即ち、ＲＯ膜装置４から排出される濃縮水は十分な残圧を有し、この濃縮水の流出流速を利用したエゼクタ５により、膜脱気装置２の気室を減圧することができる。
【００２５】
エゼクタ５により、気室内を１００〜３００Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−２〜４．０×１０^−２ＭＰａ）、好ましくは１５０〜２５０Ｔｏｒｒ（２．０×１０^−２〜３．３×１０^−２ＭＰａ）の真空度まで減圧するのが望ましい。
【００２６】
このように、真空ポンプを用いることなく、エゼクタ５により膜脱気装置２の気室を減圧することにより、効率的な脱炭酸を行える。
【００２７】
図１（ｂ）において、膜脱気装置２の脱炭酸処理水は、活性炭塔３で有機物（ＴＯＣ）成分等が吸着除去された後、更にＲＯ膜装置４で脱塩処理されて処理水となる。
【００２８】
このＲＯ膜装置４における脱塩処理に当っては、脱炭酸処理水中に残留するＣＯ_２成分をイオン化してＲＯ膜装置４で除去するために、活性炭塔３の流出水に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリを添加してｐＨ６〜７．５程度に調整した後ＲＯ膜装置４に導入しても良い。
【００２９】
このＲＯ膜装置４としては特に制限はなく、各種の膜種及び型式のものを用いることができる。
【００３０】
本発明の脱炭酸方法は、超純水製造における一次系の純水製造工程における脱炭酸処理手段として適用される。即ち、本発明の脱炭酸方法によれば、簡易な装置構成で、稼動コストを低く抑えて長期間安定して大部分のＣＯ_２を除去することができ、純水製造用の脱イオン装置へのＣＯ_２負荷を低減すると共にＣＯ_２負荷を一定にすることができる。そして、これにより、純水製造用の脱イオン装置から高水質の純水を安定して取り出すことができるようになる。
【００３１】
図１（ｂ）においては、膜脱気装置の後段に活性炭塔とＲＯ膜装置を設けたものを例示したが、ＲＯ膜装置の代りに、イオン交換純水装置（多床式、混床式）、連続再生式電気脱塩装置などの各種の脱イオン装置を用いることができ、複数種類の脱イオン装置を組み合わせて用いることもできる。
【００３２】
また、本発明による脱炭酸工程が適用される純水製造工程には、上記の活性炭塔以外の有機物（ＴＯＣ）除去手段、例えば、紫外線照射手段、酸化剤添加手段などが設けられていても良い。
【００３３】
【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。
【００３４】
実施例１、比較例１〜３
市水（ＦＩ値：４．９〜５．０，Ｔ−ＣＯ_２：２７〜２８ｍｇ／Ｌ）に有機凝集剤（ＰＡＣ：ポリ塩化アルミニウム）を１０ｍｇ／Ｌの割合にて添加した後、ＭＦ膜装置（栗田工業（株）製ＭＦ膜，孔径０．２μｍ）に通水してＦＩ値調整処理することにより、ＦＩ値２．５〜２．７の水を得た。
【００３５】
この水に酸（ＨＣｌ）を添加してｐＨ５．０に調整して膜脱気装置の水室に１．５ｍ^３／ｈｒで通水すると共に、膜脱気装置の気室に大気圧で表１に示すＧ（Ｎｍ^３／ｈｒ）／Ｌ（ｍ^３／ｈｒ）比となるように、空気を供給し、処理水のＣＯ_２濃度をシーバース社製のＴＯＣ計で測定し、原水のＴ−ＣＯ_２に対してＣＯ_２除去率の変化を調べた。なお膜脱気装置としては、脱気膜としてセルガード社製４インチ脱気膜「Ｌｉｑｕｉ−ＣｅｌＸ−４０」を装填したものを用いた。
【００３６】
その結果、通水開始時のＣＯ_２除去率の初期性能は、ほぼ同等で表１に示す通りであったが、通水開始から３週間程度でＣＯ_２除去率に差が生じ始めた。ただし、通水差圧には変化はなかった。
【００３７】
ＣＯ_２除去率の初期性能と１ヶ月通水を継続した後のＣＯ_２除去率を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
比較例４〜７
ＰＡＣの添加割合を５ｍｇ／Ｌとしたこと以外は実施例１及び比較例１〜３と同一条件にて同一市水をＦＩ値調整処理、ｐＨ調整処理及び膜脱気処理した。このＦＩ値調整処理によりＦＩ値は３．１〜３．３となった。ＣＯ_２除去率の測定結果を表１に示す。
【００４０】
比較例８〜１１
ＰＡＣを添加しなかったこと以外は実施例１及び比較例１〜３と同一条件にて同一市水をＦＩ値調整処理、ｐＨ調整処理及び膜脱気処理した。このＦＩ値調整処理によりＦＩ値は３．８〜４．２となった。ＣＯ_２除去率の測定結果を表１に示す。
【００４１】
表１より、本発明によれば、膜脱気装置の膜汚染を抑制することで、膜脱気装置の脱炭酸性能を長期に亘り安定に維持することができることがわかる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の脱炭酸方法によれば、膜脱気装置を用いて長期に亘り安定して脱炭酸を行うことができる。
【００４３】
また、本発明の純水製造方法によれば、このように安定かつ安価に効率的な脱炭酸を行うことで、高純度で純度の安定した純水を安価に製造することができる。
【００４４】
請求項２，４によれば、真空設備を用いることなく、低処理コストにて脱炭酸を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の脱炭酸方法の実施の形態を示す系統図であり、図１（ｂ）は本発明の純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１前処理手段
２膜脱気装置
３活性炭塔
４ＲＯ膜装置
５エゼクタ

Claims

純水製造用の脱イオン装置へのＣＯ _２負荷を低減すると共にＣＯ _２負荷を一定にするための脱炭酸方法であって、脱気膜により隔てられた水室及び気室を有する膜脱気装置の該水室に被処理水を通水して水中の二酸化炭素を除去する脱炭酸方法において、
被処理水を、ＦＩ値３未満、ｐＨ４〜５．５に調整した後、該膜脱気装置の水室に供給すると共に、該膜脱気装置の気室に気体を供給して脱炭酸を行う方法であって、
該気室への気体供給流量Ｇ（Ｎｍ^３／ｈｒ）と該水室への水の供給流量Ｌ（ｍ^３／ｈｒ）との比Ｇ／Ｌを１０〜１５とすることを特徴とする脱炭酸方法。
請求項１において、該膜脱気装置の気室の圧力を水室側圧力以下で大気圧以上とすることを特徴とする脱炭酸方法。
被処理水をＦＩ値３未満に処理する前処理工程と、
ＦＩ値３以下に処理された水をｐＨ４〜５．５に調整して水中の炭酸イオンを二酸化炭素に変換するｐＨ調整工程と、
脱気膜により隔てられた水室及び気室を有する膜脱気装置の該水室に、ｐＨ調整後の水を供給すると共に、気体を該膜脱気装置の気室に供給して脱気を行う脱気膜工程であって、該気室への気体供給量Ｇ（Ｎｍ^３／ｈｒ）と該水室への水の供給流量Ｌ（ｍ^３／ｈｒ）との比Ｇ／Ｌが１０〜１５となるようにして行う膜脱気工程と、
膜脱気後の水を脱イオン装置に通水して脱塩する脱塩工程とを有することを特徴とする純水製造方法。
請求項３において、該膜脱気装置の気室の圧力を水室側圧力以下で大気圧以上とすることを特徴とする純水製造方法。