JP3899583B2

JP3899583B2 - 純水製造方法

Info

Publication number: JP3899583B2
Application number: JP08031097A
Authority: JP
Inventors: 伸佐藤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2017-03-31
Also published as: JPH10272455A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高純度の純水を効率的に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、市水、井水、工水、回収水、その他の水から純水を製造する方法として、これらの水を前処理（除濁、除塩素）した後、酸を添加して脱気装置で脱炭酸処理し、脱炭酸処理水を２段に直列配置した逆浸透（ＲＯ）膜分離装置に順次通水処理（２段ＲＯ処理）し、更にＲＯ処理水をイオン交換装置で処理する方法がある。
【０００３】
また、このような２段ＲＯ処理において、処理水質の改善を図るために、ＲＯ膜分離装置の給水に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリを注入し、ＲＯ膜分離装置に供給される水中に残留する炭酸（ＣＯ₂）をイオン化（ＨＣＯ₃ ^-，ＣＯ₃ ^2-）してＲＯ処理する方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特公平８−２９３１５号公報には、原水に酸を添加して炭酸成分をＣＯ₂ガス化した後、膜脱気装置で脱気処理し、その後、脱気処理水にアルカリを添加して残留するＣＯ₂をイオン化し、次いで２段ＲＯ処理する方法が記載されている。この特公平８−２９３１５号公報の第３図のｐＨとＣＯ₂，ＨＣＯ₃ ^-，ＣＯ₃ ^2-の分布との関係を示すグラフから明らかなように、膜脱気装置におけるＣＯ₂の除去にはｐＨ４以下の酸性条件が最適である。
【０００５】
また、特公平６−４９１９１号公報にも、原水に酸を加えて脱炭酸処理し、脱炭酸処理水にアルカリを添加した後、２段に直列に配置したＲＯ膜分離装置に順次通水する方法が記載されている。
【０００６】
なお、特開平６−１３４４４６号公報には、溶存酸素（ＤＯ）濃度５０ｐｐｂ以下、更には１０ｐｐｂ以下にまで低減可能な膜脱気装置として、原水の流路間隔を１９０μｍ以下としたものが記載されているが、この特開平６−１３４４４６号公報の記載は脱気法に留まり、ＲＯ処理との組み合せについての記載はない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では、酸を添加して脱炭酸処理した後、ＲＯ処理に先立ち、更にアルカリを添加して、残留するＣＯ₂をイオン化する必要がある。
【０００８】
このため、原水には、脱炭酸処理に先立ち酸を添加し、その後ＲＯ処理に先立ちアルカリを添加することとなり、薬剤を多く必要とするという欠点があった。特に、特公平８−２９３１５号公報記載の方法では、ＣＯ₂の除去が不十分であるため、ＲＯ処理に先立ち添加するアルカリの添加量が多かった。また、特公平６−４９１９１号公報記載の方法でも、脱炭酸処理後、若干のｐＨの上昇があるが、やはり、ＲＯ処理に先立ってアルカリを添加する必要がある。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決し、原水を脱炭酸処理した後脱イオン処理して純水を製造する方法において、脱炭酸処理後のアルカリ添加を不要とし、薬剤使用量を低減する純水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】
本発明の純水製造方法は、原水を酸性条件下に膜脱気装置で脱炭酸処理してｐＨ６．０〜６．８の脱炭酸処理水を得、該脱炭酸処理水にアルカリを添加することなく活性炭と接触させた後、脱イオン処理する純水製造方法であって、該膜脱気装置が、酸素透過速度が１×１０ ^-5 ｃｍ ³ ／ｃｍ ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以上、水蒸気の透過速度が４００ｃｍ ³ （ＳＴＰ）／ｃｍ ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以下の疎水性中空糸膜を用いた、処理水のＤＯを２ｐｐｂ以下にまで低減可能な膜脱気装置であることを特徴とする。
【００１１】
即ち、本発明ではＣＯ₂除去効率の高い脱炭酸手段を用い、ｐＨ６．０〜６．８の脱炭酸処理水が得られるようにＣＯ₂を高度に除去する。このようにＣＯ₂が少なくｐＨの上昇した脱炭酸処理水を得ることで、脱イオン処理に先立つアルカリ添加が不要となる。
【００１２】
以下に本発明に好適な高ＣＯ₂除去効率の脱炭酸手段及びその作用効果について説明する。
【００１３】
前述の如く、通常の膜脱気装置でのＣＯ₂の除去効率はｐＨ条件で異なりｐＨが４以下で最も良いとされている。一方、ＤＯの除去は、ｐＨ等の影響を受けることはない。本発明では、ＤＯ除去率の良い高効率脱気装置を用いることにより、ＣＯ₂除去率をも高め、ＣＯ₂の除去を効率的に行う。これにより、水中の溶存炭酸成分がＨ⁺＋ＨＣＯ₃ ^-→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂（ガス）となり、ＣＯ₂がガス化する過程でＨ⁺イオン即ち、酸が消費され、水のｐＨが上昇する。
【００１４】
本発明では、このような高ＣＯ₂除去効率の脱気装置を用いて、ＣＯ₂の除去によりｐＨを高め、アルカリ性の脱炭酸処理水を得る。しかも、本発明では脱炭酸処理水を活性炭処理することで、活性炭の触媒作用によりわずかに残留するＣＯ₂のイオン化を促進するため、アルカリ無添加で効率的な脱イオン処理を行える。
【００１５】
【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説明する。
【００１６】
図１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。
【００１７】
まず、市水、工水、井水、回収水等に必要に応じて除濁、除塩素等の前処理を施して得られる原水に酸を添加した後、脱気装置１で脱気処理する。
【００１８】
なお、この脱気装置１としては、処理水のＤＯを２ｐｐｂ以下にまで低減可能な高ＤＯ除去率で、高ＣＯ₂除去率の高効率膜脱気装置を用いる。このような膜脱気装置の脱気膜の型式としては、コンパトなモジュールで大きな膜面積を得ることができる中空糸膜を用いる。中空糸膜は、内部還流型、外部還流型のどちらも使用することができるが、内部還流型中空糸モジュールにおいては、中空糸膜の内径が１９０μｍ以下特に、中空糸膜の内径が６０μｍ〜１９０μｍであることが好ましい。この内径が６０μｍ未満になると中空糸内部を流れる水の圧力損失が極めて大きくなり、多量の水を処理することが困難となる。
【００１９】
使用される中空糸膜は、液体として水を透過せず脱気対象となる気体を十分良く透過させ、総括透過速度Ｑが膜自身の気体透過速度律速とならない膜であれば良く、酸素透過速度が１×１０^-5ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以上、水蒸気の透過速度が４００ｃｍ³（ＳＴＰ）／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以下の膜を用いる。なお、膜自身の気体の透過速度の測定はＡＳＴＭ−Ｄ１４３４に準拠して容易に行われる。また膜の水蒸気透過速度の測定は、膜の一方の側に水を満たし、反対側を減圧し、透過してきた水をコールドトラップに捕捉しその量を測定することにより容易に求めることができる。この時、膜の両側の水蒸気の圧力差は、水のその測定温度での飽和水蒸気圧から減圧側の真空度を減じた値とする。
【００２０】
脱気膜の材質としては、疎水性の高い材質が好ましく、例えばポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン、フッ素樹脂、ポリメチルペンテン等が挙げられる。親水性の膜は水の遮断性及び水蒸気の遮断性の点で好ましくない。
【００２１】
膜の構造は多孔膜、均質膜、不均質膜、複合膜、その他いずれでも良く特に制限するものではないが、不均質膜、特にポリメチルペンテンを主成分とする不均質膜が、酸素、窒素、炭酸ガス等の気体透過速度が大きく、且つ水蒸気のバリヤー性が高く最も好ましい。
【００２２】
このような高効率の膜脱気装置を用いる場合、脱気装置１に導入される水のｐＨは過度に小さくする必要はなく、ｐＨ４．５〜５．０程度で良い。このｐＨを４．５より低くすると、加える酸が多く残留するため脱炭酸処理によりｐＨの上昇した脱炭酸処理水を得ることが難しい。また、このｐＨが５．０より高いとＣＯ₂の除去効率が低下する。
【００２３】
なお、ここで添加される酸としては硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、塩酸（ＨＣｌ）等が好適である。
【００２４】
また、本発明において、脱炭酸処理水のｐＨは６．０〜６．８である。このｐＨが６．０より低いと脱イオン処理を効率的に行うことができず、６．８より高いｐＨにまで脱炭酸することは実用上困難である。また、ＣＯ₂の除去には水温の影響が大きいため、膜脱気装置入口で熱交換器により温度調整を行うことが望ましい。
【００２５】
脱炭酸によりｐＨ６．０〜６．８とした脱気装置１の流出水は、アルカリを添加することなく、活性炭塔２に通水し、その後、第１段目のＲＯ膜分離装置（以下「第１ＲＯ膜分離装置」と称す。）３、第２段目のＲＯ膜分離装置（以下「第２ＲＯ膜分離装置」と称す。）４に順次通水して脱イオン処理する。
【００２６】
この通水速度は、活性炭による触媒作用のもと、ＣＯ₂のイオン化を十分に進行させるために、活性炭塔２の滞留時間が６０秒以上、特に１５０〜２００秒程度となるような速度とするのが好ましい。
【００２７】
本発明において、アルカリ性の脱炭酸処理水を活性炭処理して得られる活性炭塔２の流出水は、水中のＣＯ₂がほぼ完全にイオン化された水であるため、２段ＲＯ処理による脱イオン処理で、極めて高水質の処理水を得ることができる。
【００２８】
なお、活性炭処理水にも、当然アルカリ添加は不要であるが、ＲＯ膜分離装置でのアンモニアイオン等の除去性を高めるため、微量の酸を添加しても良い。
【００２９】
本発明において、ＲＯ処理に用いるＲＯ膜としては特に制限はなく、通常のＲＯ膜の他、表面をカチオン荷電させた正荷電膜等の荷電膜等を用いることもできる。
【００３０】
なお、図１の方法では、脱イオン処理を２段ＲＯ処理で行っているが、更にＲＯ膜分離装置を設けて３段ＲＯ処理を行っても良い。また、２段ＲＯ処理後、イオン交換処理を行って、純度を高めても良い。
【００３１】
このような本発明の純水製造方法は、特に、半導体工場等の超純水システムの一次純水システムにおける処理コストの低減、水質の向上及び処理効率の向上に有効である。
【００３２】
【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。
【００３３】
実施例１
水道水を原水として、これに酸（ＨＣｌ）を添加してｐＨ４．７〜４．８とした水を、膜脱気装置で脱気処理した後、活性炭塔にＳＶ＝２０ｈｒ^-1（滞留時間３分）で通水し、その後、２段に直列配置したＲＯ膜分離装置に順次通水した。
【００３４】
なお、膜脱気装置に用いた脱気膜は、ポリメチルペンテンからなる不均質中空糸膜（中空糸膜の内径１８５μｍ，酸素透過速度１．０×１０^-5ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ，水蒸気透過速度４００ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ）である。また、第１ＲＯ膜分離装置及び第２ＲＯ膜分離装置で用いたＲＯ膜は次の通りである。
【００３５】
第１ＲＯ膜分離装置：日東電工製「ＥＳ−２０」（４インチ）
第２ＲＯ膜分離装置：日東電工製「ＥＳ−２０」（４インチ）
各部の水のｐＨと、膜脱気処理水のＤＯ濃度及び得られた処理水（第２ＲＯ膜分離装置の透過水）のＩＣ（Inorganic Carbon：全炭酸成分（ＣＯ₂，ＨＣＯ₃ ^-及びＣＯ₃ ^2-）を炭素換算した値）濃度を調べ、結果を表１に示した。
【００３６】
比較例１
実施例１において、活性炭塔への通水を行わず、膜脱気処理水を直接２段ＲＯ処理したこと以外は同様に処理を行い、結果を表１に示した。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１より、本発明によれば、ＲＯ処理に先立ちアルカリを添加することなく、高純度の純水を製造することができることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の純水製造方法によれば、原水を脱炭酸処理した後脱イオン処理して純水を製造するに当り、脱炭酸処理水にアルカリを添加することなく効率的な脱イオン処理を行うことができる。このため、薬剤使用量が低減され、低コストで効率的に高純度の純水を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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脱気装置
２活性炭塔
３第１ＲＯ膜分離装置
４第２ＲＯ膜分離装置

Claims

原水を酸性条件下に膜脱気装置で脱炭酸処理してｐＨ６．０〜６．８の脱炭酸処理水を得、該脱炭酸処理水にアルカリを添加することなく活性炭と接触させた後、脱イオン処理する純水製造方法であって、
該膜脱気装置が、酸素透過速度が１×１０ ^-5 ｃｍ ³ ／ｃｍ ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以上、水蒸気の透過速度が４００ｃｍ ³ （ＳＴＰ）／ｃｍ ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以下の疎水性中空糸膜を用いた、処理水のＤＯを２ｐｐｂ以下にまで低減可能な膜脱気装置である
ことを特徴とする純水製造方法。
請求項１において、原水を膜脱気装置で脱炭酸処理することを特徴とする純水製造方法。
請求項２において、原水に酸を添加してｐＨ４．５〜５．０の条件下で脱炭酸処理することを特徴とする純水製造方法。
請求項１ないし３のいずれか１項において、中空糸膜がポリメチルペンテンを主成分とする不均質膜であることを特徴とする純水製造方法。