JP4710176B2

JP4710176B2 - 超純水製造装置

Info

Publication number: JP4710176B2
Application number: JP2001189935A
Authority: JP
Inventors: 求小泉
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2003001259A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気脱イオン装置を用いた超純水製造装置に係り、特に電気脱イオン装置におけるシリカの除去率を高めるようにした超純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、図４に示す如く、電極（陽極１１、陰極１２）の間に複数のアニオン交換膜（Ａ膜）１３及びカチオン交換膜（Ｃ膜）１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されている（特許第１７８２９４３号、特許第２７５１０９０号、特許第２６９９２５６号）。なお、図４において、１７は陽極室、１８は陰極室である。
【０００３】
脱塩室１６に流入したイオンはその親和力、濃度及び移動度に基いてイオン交換体と反応し、電位の傾きの方向にイオン交換体中を移動し、更に膜を横切って移動し、すべての室において電荷の中和が保たれる。そして、膜の半浸透特性のため、及び電位の傾きの方向性のために、イオンは脱塩室１６では減少し、隣りの濃縮室１５では濃縮される。即ち、カチオンはカチオン交換膜１４を透過して、また、アニオンはアニオン交換膜１３を透過して、それぞれ濃縮室１５内に濃縮される。このため、脱塩室１６から生産水として脱イオン水（純水）が回収される。
【０００４】
なお、陽極室１７及び陰極室１８にも電極水が通液されており、一般に、この電極水としては、電気伝導度の確保のためにイオン濃度の高い濃縮室１５の流出水（濃縮水）が通液されている。
【０００５】
即ち、原水は脱塩室１６と濃縮室１５とに導入され、脱塩室１６からは脱イオン水（純水）が取り出される。一方、濃縮室１５から流出するイオンが濃縮された濃縮水は、ポンプ（図示せず）により一部が水回収率の向上のために、濃縮室１５の入口側に循環され、一部（例えば５〜３０％程度）が陽極室１７の入口側に送給され、残部が系内のイオンの濃縮を防止するために排水として系外へ排出される。そして、陽極室１７の流出水は、陰極室１８の入口側へ送給され、陰極室１８の流出水は排水として系外へ排出される。
【０００６】
このような電気脱イオン装置にあっては、陽極室１７では、水解離によるＨ＋の生成でｐＨが低下する。一方、陰極室１８ではＯＨ−の生成でｐＨが高くなる。このため、ｐＨが低下した酸性の陽極室１７の流出水を陰極室１８に通液することで、陰極室１８におけるアルカリを中和してスケール障害を抑制している。
【０００７】
この電気脱イオン装置は、水解離によってＨ^＋イオンとＯＨ⁻イオンを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるという優れた効果を発揮する。この電気脱イオン装置は、連続再生式電気脱イオン装置、電気再生式電気脱イオン装置等と称されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電気脱イオン装置にあっては、シリカの除去が若干不十分であった。
【０００９】
即ち、上記のような電気脱イオン装置で、炭酸ガス（ＣＯ_２）、シリカなどの弱電解物質を除去するためには、下記のようなイオン化反応を脱塩室内で生起させ、イオンを発生させる必要がある。
ＣＯ_２＋ＯＨ⁻→ＨＣＯ_３ ⁻ （ｐＫａ＝６．３５）
ＳｉＯ_２＋ＯＨ⁻→ＨＳｉＯ_３ ⁻ （ｐＫａ＝９．８６）
これらの弱電解物質のうち、ＣＯ_２のように解離定数ｐＫａ値が低い物質は印加電圧を高めて水解離を起こさせれば除去することができるが、シリカなどの解離定数が高い物質は印加電圧を上げても高度には除去することができない。
【００１０】
シリカ除去率を高めるために、濃縮水にＮａＣｌを添加し、電気伝導度を上げる方法も採用されている。しかし、濃縮水の一部を電極水に用いているため、電極水にＣｌイオンの酸化による残留Ｃｌが生成したり、Ｈ^＋イオン発生によりＨＣｌが生成し、腐食トラブル発生要因となっている。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決し、シリカを高度に除去することができる電気脱イオン装置を用いた超純水製造装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の超純水製造装置は、原水を前処理する前処理手段と、該前処理手段で処理された水を電気脱イオン処理する電気脱イオン装置とを有する超純水製造装置であって、該電気脱イオン装置は、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室と、これらの陽極室と陰極室との間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列することにより交互に形成された濃縮室及び脱塩室と、該脱塩室に充填されたイオン交換体と、該陽極室及び陰極室にそれぞれ電極水を通水する手段と、該濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段と、該脱塩室に被処理水を通水して脱イオン水を取り出す手段とを有する電気脱イオン装置である超純水製造装置において、前記前処理手段は、原水を処理して比抵抗を１ＭΩ・ｃｍ以上の被処理水とするものであり、前記濃縮室に供給される濃縮水及び前記電極室に供給される電極水の導電率を０．５ｍＳ／ｍ以上にする導電率調節手段と、を備え、前記濃縮室から取り出された水の一部を前記濃縮水及び電極水として濃縮室及び電極室に供給する手段が設けられており、前記導電率調節手段は、前記前処理手段から得られる導電率が０．５ｍＳ／ｍ以上の水を前記濃縮水及び電極水に補給する手段であり、前記前処理手段は、原水を処理して比抵抗１ＭΩ・ｃｍ以上の高比抵抗水を生成させると共に、この処理によって高導電率水を発生させる処理手段であり、前記導電率調節手段は、この高導電率水を前記濃縮水及び電極水に補給するものであり、前記前処理手段が逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の処理水が導入される前処理用の連続再生式脱イオン装置とを備えており、前記導電率調節手段が、該逆浸透膜手段の処理水の一部及び／又は該前処理用の連続再生式脱イオン装置の濃縮水の一部を前記濃縮水及び電極水に補給するものであることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の超純水製造装置は、電気脱イオン装置に導入される被処理水の比抵抗が１ＭΩ・ｃｍ以上の場合に、濃縮室に供給される濃縮水及び電極室に供給される電極水の導電率を０．５ｍＳ／ｍ好ましくは１ｍＳ／ｍ以上とすることにより、電気脱イオン装置において低電圧でも高電流を流すことができるようにし、これによってシリカの除去を高度に行うようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は参考例に係る超純水製造装置の系統図である。
【００１５】
この超純水製造装置は、前処理装置としての逆浸透膜分離装置（以下、ＲＯ装置という）１，２と、このＲＯ装置の処理水を脱イオン処理する電気脱イオン装置１０とを備えている。ＲＯ装置１，２は直列に接続されており、ＲＯ装置１の透過水がＲＯ装置２にてさらに脱塩処理される。
【００１６】
この電気脱イオン装置１０は、前記図４の電気脱イオン装置と同じく、電極（陽極１１、陰極１２）の間に複数のアニオン交換膜（Ａ膜）１３及びカチオン交換膜（Ｃ膜）１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填したものである。
【００１７】
ＲＯ装置２の透過水は、１ＭΩ・ｃｍ以上の比抵抗を有している。この透過水はこの電気脱イオン装置１０の各脱塩室１６に通水され、脱塩処理されて生産水となる。即ち、脱塩室１６に流入したイオンはその親和力、濃度及び移動度に基いてイオン交換体と反応し、電位の傾きの方向にイオン交換体中を移動し、更に膜を横切って移動し、全ての室において電荷の中和が保たれる。そして、膜の半浸透特性のため、及び電位の傾きの方向性のために、イオンは脱塩室１６では減少し、隣りの濃縮室１５では濃縮される。カチオンはカチオン交換膜１４を透過して、また、アニオンはアニオン交換膜１３を透過して、それぞれ濃縮室１５内に濃縮される。このため、脱塩室１６から生産水として脱イオン水（純水）が回収される。
【００１８】
濃縮室１５から流出する濃縮水は、その一部が排出され、残部がポンプ（図示略）を介して濃縮室１５及び電極室（陽極室１７、陰極室１８）に供給される。
【００１９】
この参考例では、このＲＯ装置１の透過水に電解質好ましくはＮａ_２ＳＯ_４又はＮａＯＨを添加し、この電解質添加水を、循環される濃縮水に対し補給する。これにより、濃縮室１５、陽極室１７、及び陰極室１８に導入される濃縮水の導電率が０．５ｍＳ／ｍ以上とされる。この結果、陽極１１と陰極１２との間の印加電圧が低くても、濃縮室１５及び脱塩室１６における電流値が増大し、シリカを高度に除去することができる。
【００２０】
図２は別の参考例に係る超純水製造装置の系統図である。この参考例でも前処理装置として直列に接続した２基のＲＯ装置１，２を用いている。原水は第１段目のＲＯ装置１にて脱塩処理され、その透過水が第２段目のＲＯ装置２に通水され、比抵抗１ＭΩ・ｃｍ以上とされた透過水が電気脱イオン装置１０の各脱塩室１６に供給される。この電気脱イオン装置１０の構成は図１の電気脱イオン装置１０と同一である。
【００２１】
この参考例では、第１段目のＲＯ装置の透過水の一部Ａ又は第２段目のＲＯ装置の濃縮水の一部Ｂを循環濃縮水に添加している。これにより、電気脱イオン装置１０の濃縮室１５、陽極室１７及び陰極室１８に通水される濃縮水及び電極水の導電率が０．５ｍＳ／ｍ以上とされ、シリカの高度除去が可能とされている。
【００２２】
図３は本発明の実施の形態に係る超純水製造装置の系統図である。この実施の形態では、前処理装置としてＲＯ装置１と連続再生式電気脱イオン装置（ＣＤＩ）３とが設置されている。この電気脱イオン装置３の構成は電気脱イオン装置１０と同一である。電気脱イオン装置１０の構成は図１，２のものと同じである。
【００２３】
原水はＲＯ装置１で脱塩処理され、その透過水が電気脱イオン装置３で脱イオン処理されて比抵抗１ＭΩ・ｃｍ以上のものとされる。この水が電気脱イオン装置１０の各脱塩室１６に通水される。
【００２４】
この実施の形態にあっては、ＲＯ装置１の透過水の一部ａ又は電気脱イオン装置３の循環濃縮水の一部ｂが電気脱イオン装置１０の循環濃縮水に添加され、これにより電気脱イオン装置１０の脱塩室１６、陽極室１７及び陰極室１８に通水される水の導電率を０．５ｍＳ／ｍ以上とし、シリカの高度除去を可能としている。
【００２５】
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態をもとり得ることは明らかである。
【００２６】
【実施例】
以下、参考例、実施例及び比較例について説明する。なお、以下の参考例、実施例及び比較例では１８ｍＳ／ｍ、ｐＨ７．４の市水をＵＦ膜処理及び膜脱気処理した水を原水としている。この原水のＣＯ_２濃度は６０μｇ−Ｃ／Ｌ、ＳｉＯ_２濃度２３μｇ／Ｌである。原水流量は２．０ｍ^３／ｈｒである。電気脱イオン装置としては栗田工業株式会社製Ｐ−３０型を採用した。
【００２７】
〔参考例１〕
図１の超純水製造装置によって原水を処理した。１段目ＲＯ装置１の透過水の導電率は０．３ｍＳ／ｍ、２段目ＲＯ装置透過水の比抵抗は１．６ＭΩ・ｃｍ、２段目ＲＯ装置濃縮水の導電率は０．８ｍＳ／ｍである。
【００２８】
電気脱イオン装置１０の給水量を２．０ｍ^３／ｈｒ、生産水量を１．６ｍ^３／ｈｒ、濃縮水排水量を０．３ｍ^３／ｈｒ、電極水排水量を０．１ｍ^３／ｈｒとした（回収率８０％）。
【００２９】
第２段目ＲＯ装置の透過水を０．４ｍ^３／ｈｒで分取し、ＮａＯＨを添加後の循環濃縮水の導電率が０．７ｍＳ／ｍとなるように添加した。
【００３０】
電気脱イオン装置１０の電圧を２００Ｖとしたときの電流値と、シリカ除去率は、表１に示す通り８２％であった。
【００３１】
〔参考例２〕
参考例１において、ＮａＯＨの添加量を添加後の循環濃縮水の導電率が１．３ｍＳ／ｍとなるように増大させたこと以外は参考例１と同様にして通水を行った。結果を表１に示す。循環濃縮水の導電率が高いので、シリカ除去率が８８％にまで向上した。
【００３２】
〔比較例１〕
参考例１にいおいてＮａＯＨを添加しなかったこと以外は参考例１と同様にして通水を行った。結果を表１に示す。ＮａＯＨを添加しないため、循環濃縮水の導電率は０．３ｍＳ／ｍであった。このためシリカ除去率が７２％と低い。
【００３３】
〔比較例２〕
電気脱イオン装置の印加電圧を３１０Ｖとしたこと以外は比較例１と同様にして通水を行った。結果を表１に示す。表１の通り、印加電圧を高めたことにより、シリカ除去率が高い。
【００３４】
〔参考例３，４〕
図２の超純水製造装置によって原水を処理した。なお、参考例３では１段目ＲＯ装置の透過水（Ａ）を０．４ｍ^３／ｈｒの割合で循環濃縮水に添加した。参考例４では２段目ＲＯ装置の濃縮水（Ｂ）を０．４ｍ^３／ｈｒの割合で循環濃縮水に添加した。結果を表１に示す。
【００３５】
〔実施例１，２〕
図３の超純水製造装置によって原水を処理した。なお、実施例１では１段目ＲＯ装置の透過水（ａ）を０．４ｍ^３／ｈｒの割合で循環濃縮水に添加した。実施例２ではＣＤＩ装置の濃縮水（ｂ）を０．４ｍ^３／ｈｒの割合で循環濃縮水に添加した。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１から明らかな通り、本発明によると電気脱イオン装置の印加電圧が低くても電流値が高く、シリカを高度に除去することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると電気脱イオン装置の印加電圧が低くしてもシリカを高度に除去した超純水を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例に係る超純水製造装置の系統図である。
【図２】別の参考例に係る超純水製造装置の系統図である。
【図３】実施の形態に係る超純水製造装置の系統図である。
【図４】従来の電気脱イオン装置の系統図である。
【符号の説明】
１，２ＲＯ装置
３，１０電気脱イオン装置
１１陽極
１２陰極
１３アニオン交換膜（Ａ膜）
１４カチオン交換膜（Ｃ膜）
１５濃縮室
１６脱塩室
１７陽極室
１８陰極室

Claims

原水を前処理する前処理手段と、該前処理手段で処理された水を電気脱イオン処理する電気脱イオン装置とを有する超純水製造装置であって、
該電気脱イオン装置は、
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
これらの陽極室と陰極室との間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列することにより交互に形成された濃縮室及び脱塩室と、
該脱塩室に充填されたイオン交換体と、
該陽極室及び陰極室にそれぞれ電極水を通水する手段と、
該濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段と、
該脱塩室に被処理水を通水して脱イオン水を取り出す手段とを有する電気脱イオン装置である超純水製造装置において、
前記前処理手段は、原水を処理して比抵抗を１ＭΩ・ｃｍ以上の被処理水とするものであり、
前記濃縮室に供給される濃縮水及び前記電極室に供給される電極水の導電率を０．５ｍＳ／ｍ以上にする導電率調節手段と、
を備え、
前記濃縮室から取り出された水の一部を前記濃縮水及び電極水として濃縮室及び電極室に供給する手段が設けられており、
前記導電率調節手段は、前記前処理手段から得られる導電率が０．５ｍＳ／ｍ以上の水を前記濃縮水及び電極水に補給する手段であり、
前記前処理手段は、原水を処理して比抵抗１ＭΩ・ｃｍ以上の高比抵抗水を生成させると共に、この処理によって高導電率水を発生させる処理手段であり、
前記導電率調節手段は、この高導電率水を前記濃縮水及び電極水に補給するものであり、
前記前処理手段が逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の処理水が導入される前処理用の連続再生式脱イオン装置とを備えており、
前記導電率調節手段が、該逆浸透膜手段の処理水の一部及び／又は該前処理用の連続再生式脱イオン装置の濃縮水の一部を前記濃縮水及び電極水に補給するものであることを特徴とする超純水製造装置。