JP4993136B2 - 純水製造装置及び純水製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超純水製造システム等に組み込むのに好適な純水製造装置に関し、特にホウ素濃度の低い純水を製造するための純水製造装置に関する。また、本発明は、超純水製造システム等に好適な純水製造方法に関し、特にホウ素濃度の低い純水を製造するための純水製造方法に関する。

超純水製造システムは、通常、前処理システム、一次純水システム、及びサブシステムより構成される。前処理システムは、凝集濾過、ＭＦ膜（精密濾過膜）、ＵＦ膜（限外濾過膜）等による除濁処理装置、活性炭等による脱塩素処理装置により構成される。

一次純水システムは、ＲＯ（逆浸透膜）装置、脱気膜装置、電気脱イオン装置等により構成され、かかる一次純水システムにより、ほとんどのイオン成分やＴＯＣ成分が除去される。また、サブシステムは、ＵＶ装置（紫外線酸化装置）、非再生型イオン交換装置、ＵＦ装置（限外濾過装置）等により構成され、微量イオンの除去、特に低分子の微量有機物の除去、微粒子の除去が行われる。このサブシステムで作られた超純水は、ユースポイントに送水され、余剰の超純水はサブシステムの前段のタンクに返送されるのが一般的である。

ところで、超純水の要求水質は年々厳しくなり、現在、最先端の電子産業分野ではホウ素濃度１ｐｐｔ以下の超純水が要求されるようになってきている。このホウ素は、超純水中ではほとんどホウ酸イオンとして存在することになるが、このホウ酸イオンは弱イオンであるので除去するのが難しい。そこで、ホウ素濃度の低い純水を製造するために、ＲＯ装置の給水をｐＨ１０以上にしてＲＯ装置でのホウ素除去率を向上させることが提案されている（特許文献１参照）。

また、前処理後の処理水をホウ素選択性イオン交換樹脂と接触させること（特許文献２参照）、原水をＲＯ装置等の脱塩装置で脱塩した後、ホウ素吸着樹脂塔に通水することが提案されている（特許文献３参照）。

さらに、原水を前処理装置、２段ＲＯ装置、電気再生式脱塩装置等に通水させた処理水を、ホウ素選択性イオン交換樹脂に接触させる超純水製造装置が提案されている（特許文献４参照）。
特許第３３２１１７９号公報 特許第３２００３０１号公報 特開平８−８９９５６号公報 特開平９−１９２６６１号公報

特許文献１に記載された純水製造方法では、ＲＯ装置の給水をｐＨ１０以上に調整するためにアルカリを使用するか、アニオン交換樹脂塔を設ける必要があり、薬品コスト又は装置的負荷がかかる上に、連続運転ができないという問題点がある。

また、特許文献２〜４に記載された純水製造方法は、処理水をホウ素選択性イオン交換樹脂やホウ素吸着樹脂に流通することにより、ホウ素を除去するものであるが、被処理水のホウ素濃度が高いと、これらのホウ素吸着樹脂等が短期間で破過してしまい、被処理水のホウ素濃度が例えば１０ｐｐｂ以下程度の低濃度であるとホウ素除去率が低下してしまうという問題点がある。さらに、ホウ素吸着樹脂からのＴＯＣの溶出のおそれもあるため、ホウ素吸着樹脂の洗浄、コンディショニングが必要であるという問題点もある。

さらに、電気脱イオン装置を用い、陰イオンであるホウ酸イオンを同時に除去することが考えられるが、ホウ酸イオンは弱イオンであるので、電気脱イオン装置の電流密度を上げて運転しても除去率を９０％以上にすることは困難である。また、ＲＯ装置を組み合わせてもホウ素除去率を９８％以上にすることが困難である。

近年、超純水の要求水質は年々厳しくなり、ホウ素濃度１００ｐｐｔ以下、最先端の電子産業分野ではホウ素濃度１０ｐｐｔ以下、場合によっては１ｐｐｔ以下の水質が要求されるにもかかわらず、簡単な構造でこれを達成できる純水製造装置はなかった。これを、電気脱イオン装置を用いて達成するためには、少なくとも電気脱イオン装置におけるホウ素除去率を９９％以上、特に９９．５％以上にすることが必要である。

電気脱イオン装置における９９％以上のホウ素除去率を達成するためには、純水製造装置系内のホウ素濃縮を抑制すべく、水回収率を約８０％程度に設定して電気脱イオン装置を運転し、約２０％の濃縮水を系外に排出する必要がある。そのため、電気脱イオン装置を用いると水回収率が低いという問題点があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ホウ素濃度の極めて低い純水を、高い水回収率で製造することのできる純水製造装置を提供することを目的とする。また、本発明は、ホウ素濃度の低い純水を、高い水回収率で製造することのできる純水製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第一に本発明は、原水を処理する前処理装置と、前記前処理装置からの処理水を脱塩室に受け入れて脱イオン処理を行う第１の電気脱イオン装置と、前記第１の電気脱イオン装置からの濃縮水を脱塩室に受け入れて脱イオン処理を行う第２の電気脱イオン装置とを備え、前記第２の電気脱イオン装置からの脱塩水を前記第１の電気脱イオン装置の前段に供給することを特徴とする純水製造装置を提供する（発明１）。

純水製造装置における水回収率を向上させるためには、電気脱イオン装置からの濃縮水を廃棄することなく、純水製造装置の系内に返送することが考えられるが、かかる濃縮水はホウ素を高濃度で含有しているため、そのまま返送すると系内のホウ素濃度が上昇してしまう。しかしながら、上記発明（発明１）によれば、第１の電気脱イオン装置からの濃縮水を第２の電気脱イオン装置にて処理することで、前処理装置からの処理水よりもホウ素濃度を低減させた脱塩水を得ることができるため、かかる脱塩水を第１の電気脱イオン装置の前段に供給することで、純水製造装置による生産水（脱塩水）のホウ素濃度を効果的に低減しつつ、水回収率を向上させることができる。

上記発明（発明１）においては、前記第２の電気脱イオン装置からの濃縮水を脱塩室に受け入れて脱イオン処理を行う第３の電気脱イオン装置をさらに備え、前記第２の電気脱イオン装置からの脱塩水及び前記第３の電気脱イオン装置からの脱塩水を、前記第１の電気脱イオン装置の前段に供給するのが好ましい（発明２）。

第２の電気脱イオン装置からの濃縮水から、さらにホウ素を除去することで、前処理装置の処理水よりもホウ素濃度を低減させた脱塩水を得ることができるため、上記発明（発明２）によれば、かかる脱塩水を第１の電気脱イオン装置の前段に供給することで、さらに水回収率を向上させることができる。

上記発明（発明２）においては、前記第１の電気脱イオン装置の脱塩室に受け入れられる前記前処理装置からの処理水のシリカ濃度が、３０ｐｐｂ（ＳｉＯ_２換算）以下であるのが好ましい（発明３）。

シリカを含有する被処理水を電気脱イオン装置にて処理すると、１体の電気脱イオン装置あたりシリカ濃度が５倍に濃縮され、電気脱イオン装置にて処理する被処理水のシリカ濃度が基準値の８００ｐｐｂを超えると、当該電気脱イオン装置においてシリカスケールが生じてしまうおそれがある。しかしながら、上記発明（発明３）のように、前処理装置の処理水のシリカ濃度が３０ｐｐｂ（ＳｉＯ_２換算）以下であることで、第３の電気脱イオン装置の脱塩室に受け入れられる被処理水（第２の電気脱イオン装置からの濃縮水）のシリカ濃度を８００ｐｐｂ以下とすることができるため、電気脱イオン装置（特に、第３の電気脱イオン装置）でのシリカスケールの発生を防止することができ、純水製造装置を安定的に運転することができる。

上記発明（発明１〜３）においては、前記第１の電気脱イオン装置の後段に設けられ、前記第１の電気脱イオン装置からの脱塩水を脱塩室に受け入れて脱イオン処理を行う第４の電気脱イオン装置をさらに備え、前記第４の電気脱イオン装置からの濃縮水を前記第１の電気脱イオン装置の前段に供給するのが好ましい（発明４）。

第４の電気脱イオン装置からの濃縮水は、前段の第１の電気脱イオン装置にてホウ素が除去されていることで、前処理装置の処理水よりもホウ素濃度が低いものとなるため、上記発明（発明４）によれば、第４の電気脱イオン装置からの濃縮水を第１の電気脱イオン装置の前段に供給することで、さらに水回収率を向上させることができるとともに、第１の電気脱イオン装置からの脱塩水をさらに第４の電気脱イオン装置にて処理することで、極めて低いホウ素濃度の生産水（脱塩水）を製造することができる。

上記発明（発明１〜４）においては、前記電気脱イオン装置の脱塩室内には、前記脱塩室内を複数の小室に区画する区画部材が設けられているのが好ましい（発明５）。

上記発明（発明５）によれば、脱塩室内において、各小室内の略全体に被処理水を通水することができるため、被処理水の短絡を防止することができ、これにより脱塩室内にイオン交換体を充填した場合に、当該イオン交換体と被処理水とをより効果的に接触させて脱塩室内でのホウ素の移動を促進させることができるため、よりホウ素濃度を低減させた生産水（脱塩水）を製造することができる。

上記発明（発明１〜５）においては、前記電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を、当該電気脱イオン装置の濃縮室に前記脱塩室への処理水の導入方向と反対方向から一過式に導入するのが好ましい（発明６）。

水質の良好な脱塩室からの排出水（脱塩水）を脱塩室の出口側から入口側の方向に向けて濃縮室に導入することにより、脱塩室と濃度室との間のホウ素の濃度勾配を緩和することができ、特に向流一過式に脱塩水を濃縮室に導入することで濃縮室における脱塩室出口側での濃縮水のホウ素濃度が低くなり、濃度拡散による脱塩室側への影響（濃縮室側から脱塩室側へのホウ素の拡散）を抑制することができるため、上記発明（発明６）によれば、電気脱イオン装置によるホウ素の除去率を飛躍的に向上させることができる。

第二に本発明は、原水を前処理装置で処理した処理水を第１の電気脱イオン装置の脱塩室に導入して脱イオン処理を行う純水製造方法であって、前記第１の電気脱イオン装置からの濃縮水を、第２の電気脱イオン装置の脱塩室に導入し、前記第２の電気脱イオン装置からの脱塩水を、前記第１の電気脱イオン装置の前段に導入することを特徴とする純水製造方法を提供する（発明７）。

上記発明（発明７）によれば、第１の電気脱イオン装置からの濃縮水を第２の電気脱イオン装置にて処理することで、前処理装置の処理水よりもホウ素濃度を低減させた脱塩水を得ることができる。そのため、かかる脱塩水を第１の電気脱イオン装置の前段に供給することで、生産水（脱塩水）のホウ素濃度を効果的に低減しつつ、水回収率を向上させることができる。

上記発明（発明７）においては、前記第２の電気脱イオン装置からの濃縮水を、第３の電気脱イオン装置の脱塩室に導入し、前記第２の電気脱イオン装置からの脱塩水及び前記第３の電気脱イオン装置からの脱塩水を、前記第１の電気脱イオン装置の前段に導入するのが好ましい（発明８）。

第２の電気脱イオン装置からの濃縮水から、さらにホウ素を除去することで、前処理装置の処理水よりもホウ素濃度を低減させた脱塩水を得ることができるため、上記発明（発明８）によれば、かかる脱塩水を第１の電気脱イオン装置の前段に供給することで、さらに水回収率を向上させることができる。

上記発明（発明７，８）においては、前記第１の電気脱イオン装置の脱塩室に導入される処理水のシリカ濃度が３０ｐｐｂ（ＳｉＯ_２換算）以下となるように、前記前処理装置にて原水を処理するのが好ましい（発明９）。

上記発明（発明９）のように、第１の電気脱イオン装置の脱塩室に導入される処理水のシリカ濃度が３０ｐｐｂ（ＳｉＯ_２換算）以下となるように前処理装置にて原水を処理することで、第３の電気脱イオン装置の脱塩室に導入される被処理水（第２の電気脱イオン装置からの濃縮水）のシリカ濃度を８００ｐｐｂ以下とすることができるため、電気脱イオン装置でのシリカスケールの発生を防止することができ、ホウ素濃度の低い生産水（脱塩水）を安定的に製造することができる。

上記発明（発明７〜９）においては、前記第１の電気脱イオン装置からの脱塩水を、第４の電気脱イオン装置の脱塩室に導入し、前記第４の電気脱イオン装置からの濃縮水を、前記第１の電気脱イオン装置の前段に導入するのが好ましい（発明１０）。

第４の電気脱イオン装置の脱塩室に導入する第１の電気脱イオン装置からの脱塩水が、十分にホウ素が除去された脱塩水であることで、第４の電気脱イオン装置からの濃縮水は、前処理装置の処理水よりもホウ素濃度が低いものとなるため、上記発明（発明１０）によれば、第４の電気脱イオン装置からの濃縮水を第１の電気脱イオン装置の前段に供給することで、さらに水回収率を向上させることができるとともに、第１の電気脱イオン装置からの脱塩水をさらに第４の電気脱イオン装置にて処理することで、極めて低いホウ素濃度の生産水（脱塩水）を製造することができる。

上記発明（発明７〜１０）においては、前記電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を、当該電気脱イオン装置の濃縮室に前記脱塩室への処理水の導入方向と反対方向から一過式に導入するのが好ましい（発明１１）。

水質の良好な脱塩室からの排出水（脱塩水）を脱塩室の出口側から入口側の方向に向けて濃縮室に導入することにより、脱塩室と濃度室との間のホウ素の濃度勾配を緩和することができ、特に一過式に脱塩水を濃縮室に導入することで濃縮室における脱塩室出口側での濃縮水のホウ素濃度が低くなり、濃度拡散による脱塩室側への影響（濃縮室側から脱塩室側へのホウ素の拡散）を抑制することができるため、上記発明（発明１１）によれば、電気脱イオン装置によるホウ素の除去率を飛躍的に向上させることができ、よりホウ素濃度の低い生産水（脱塩水）を製造することができる。

本発明によれば、ホウ素濃度の低い純水を、高い水回収率で製造することのできる純水製造装置を提供することができる。また、本発明によれば、ホウ素濃度の低い純水を、高い水回収率で製造することができる純水製造方法を提供することができる。

以下、本発明の純水製造装置の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る純水製造装置を示すフロー図であり、図２は、本実施形態における第１〜第４の電気脱イオン装置を示す概略構成図である。

図１に示すように、純水製造装置１０は、活性炭装置１と、ヒータ２と、膜式濾過装置３と、原水タンク４と、前処理装置５と、貯水タンクＴ１〜Ｔ３と、第１〜第４の電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄと、一次純水のサブタンク７とから構成されている。

本実施形態において、前処理装置５は、第１の逆浸透膜（ＲＯ）装置５１と、第２の逆浸透膜（ＲＯ）装置５２と、脱炭酸膜装置５３とにより構成されている。この前処理装置５は、原水Ｗ０の水質に応じて、シリカ濃度３０ｐｐｂ（ＳｉＯ_２換算）以下の処理水Ｗ１が第１の電気脱イオン装置６Ａの脱塩室に導入されるように設計されていればよい。

上述したような純水製造装置１０において、第１〜第４の電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄは、図２に示すように、陽極１５Ａ〜１５Ｄと陰極１６Ａ〜１６Ｄとの間に複数のアニオン交換膜１３Ａ〜１３Ｄとカチオン交換膜１４Ａ〜１４Ｄとを交互に配列し、これらのアニオン交換膜１３Ａ〜１３Ｄ及びカチオン交換膜１４Ａ〜１４Ｄにより区画されてなる脱塩室１１Ａ〜１１Ｄと濃縮室１２Ａ〜１２Ｄとを備えている。

第１の電気脱イオン装置６Ａの脱塩室１１Ａの入口側には、前処理装置５からの処理水Ｗ１の流路Ｒ１１が接続され、脱塩室１１Ａの出口側には、脱塩水Ｗ２の流路Ｒ１２が接続されており、前処理装置５からの処理水Ｗ１を処理し、脱塩水Ｗ２として取り出すことのできる構成となっている。

流路Ｒ１２の途中には、流路Ｒ１２から分岐して濃縮室１２Ａに接続する分岐流路Ｒ１３が設けられており、脱塩室１１Ａからの脱塩水Ｗ２の一部を、脱塩室１１Ａの出口側から入口側の方向に向けて濃縮室１２Ａに導入することができる。脱塩水Ｗ２の一部を濃縮室１２Ａに導入する場合、一過式に導入するのが好ましい。このように濃縮室１２Ａに脱塩水Ｗ２の一部を向流一過式に導入することで、濃縮室１２Ａにおける脱塩室１１Ａ出口側での濃縮水のホウ素濃度が低くなり、濃度拡散による脱塩室１１Ａ側への影響（濃縮室１２Ａ側から脱塩室１１Ａ側へのホウ素の拡散）を抑制することができるため、ホウ素除去率を飛躍的に向上させることができる。

濃縮室１２Ａの出口側には、濃縮水の流路Ｒ１４を介して貯水タンクＴ２が接続されており、濃縮室１２Ａから排出された濃縮水Ｗ４が流路Ｒ１４を通じて貯水タンクＴ２に貯留されるように構成されている。

第２の電気脱イオン装置６Ｂの脱塩室１１Ｂの入口側には、流路Ｒ２１を介して貯水タンクＴ２が接続されており、これにより、第１の電気脱イオン装置６Ａの濃縮室１２Ａから排出された濃縮水Ｗ４が、流路Ｒ２１を通じて脱塩室１１Ｂに導入されるように構成されている。

第２の電気脱イオン装置６Ｂの脱塩室１１Ｂの出口側には、脱塩水Ｗ５の流路Ｒ２２を介して貯水タンクＴ１が接続されており、脱塩室１１Ｂからの脱塩水Ｗ５が流路Ｒ２２を通じて貯水タンクＴ１に貯留されるように構成されている。

流路Ｒ２２の途中には、流路Ｒ２２から分岐して濃縮室１２Ｂに接続する分岐流路Ｒ２３が設けられており、脱塩室１１Ｂからの脱塩水Ｗ５の一部を、脱塩室１１Ｂの出口側から入口側の方向に向けて濃縮室１２Ｂに導入することができる。脱塩水Ｗ５の一部を濃縮室１２Ｂに導入する場合、一過式に導入するのが好ましい。このように濃縮室１２Ｂに脱塩水Ｗ５の一部を向流一過式に導入することで、濃縮室１２Ｂにおける脱塩室１１Ｂ出口側での濃縮水のホウ素濃度が低くなり、濃度拡散による脱塩室１１Ｂ側への影響（濃縮室１２Ｂ側から脱塩室１１Ｂ側へのホウ素の拡散）を抑制することができるため、ホウ素除去率を飛躍的に向上させることができる。

濃縮室１２Ｂの出口側には、濃縮水の流路Ｒ２４を介して貯水タンクＴ３が接続されており、濃縮室１２Ｂから排出された濃縮水Ｗ６が流路Ｒ２４を通じて貯水タンクＴ３に貯留されるように構成されている。

第３の電気脱イオン装置６Ｃの脱塩室１１Ｃの入口側には、流路Ｒ３１を介して貯水タンクＴ３が接続されており、これにより、第２の電気脱イオン装置６Ｂの濃縮室１２Ｂから排出された濃縮水Ｗ６が、流路３１を通じて脱塩室１１Ｃに導入されるように構成されている。

第３の電気脱イオン装置６Ｃの脱塩室１１Ｃの出口側には、脱塩水Ｗ７の流路Ｒ３２を介して貯水タンクＴ１が接続されており、脱塩室１１Ｃからの脱塩水Ｗ７が流路Ｒ３２を通じて貯水タンクＴ１に貯留されるように構成されている。

流路Ｒ３２の途中には、流路３２から分岐して濃縮室１２Ｃに接続する分岐流路Ｒ３３が設けられており、脱塩室１１Ｃからの脱塩水Ｗ７の一部を、脱塩室１１Ｃの出口側から入口側の方向に向けて濃縮室１２Ｃに導入することができる。脱塩水Ｗ７の一部を濃縮室１２Ｃに導入する場合、一過式に当該脱塩水Ｗ７の一部を導入するのが好ましい。このように濃縮室１２Ｃに脱塩水Ｗ７の一部を向流一過式に導入することで、濃縮室１２Ｃにおける脱塩室１１Ｃ出口側での濃縮水の濃度が低くなり、濃度拡散による脱塩室１１Ｃ側への影響（濃縮室１２Ｃ側から脱塩室１１Ｃ側へのホウ素の拡散）を抑制することができるため、ホウ素除去率を飛躍的に向上させることができる。

第４の電気脱イオン装置６Ｄの脱塩室１１Ｄの入口側には、第１の電気脱イオン装置６Ａからの脱塩水Ｗ２の流路Ｒ４１（Ｒ１２）が接続され、脱塩室１１Ｄの出口側には、脱塩水Ｗ８の流路Ｒ４２が接続されている。これにより、脱塩水Ｗ２を第４の電気脱イオン装置６Ｄにて処理し、脱塩水（最終生産水）Ｗ８として取り出すことができる構成となっている。

流路Ｒ４２の途中には、流路Ｒ４２から分岐して濃縮室１２Ｄに接続する分岐流路Ｒ４３が設けられており、脱塩室１１Ｄからの脱塩水Ｗ８の一部を、脱塩室１１Ｄの出口側から入口側の方向に向けて濃縮室１２Ｄに導入することができる。脱塩水Ｗ８の一部を濃縮室１２Ｄに導入する場合、一過式に当該脱塩水Ｗ８の一部を導入するのが好ましい。このように濃縮室１２Ｄに脱塩水Ｗ８の一部を向流一過式に導入することで、濃縮室１２Ｄにおける脱塩室１１Ｄ出口側での濃縮水の濃度が低くなり、濃度拡散による脱塩室１１Ｄ側への影響（濃縮室１２Ｄ側から脱塩室１１Ｄ側へのホウ素の拡散）を抑制することができるため、ホウ素除去率を飛躍的に向上させることができる。

濃縮室１２Ｄの出口側には、濃縮水の流路Ｒ４４を介して貯水タンクＴ１が接続されており、濃縮室１２Ｄから吐出された濃縮水Ｗ３が流路Ｒ４４を通じて貯水タンクＴ１に貯留されるように構成されている。

第１〜第４の電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄの脱塩室１１Ａ〜１１Ｄ内には、図３（Ａ）に示すような複数の小室９に区画されてなるハニカム構造体からなる区画部材８が設けられており、かかる複数の小室９にはそれぞれイオン交換体（図示せず）が充填されている。小室９は、上下左右に多数配置されており、各小室９の１対の側辺が脱塩室１１Ａ〜１１Ｄにおける通水方向、すなわち図２における上下方向となるように配置されている。

区画部材８は、予め一体成形されたものであってもよいし、複数の部材を組み合わせて形成されるものであってもよい。区画部材８は、図３（Ｂ）に示すように、例えば、長手方向面８１と、長手方向面８１に対して１２０°の角度に屈曲し、長手方向面８１に連続する通水性を有する射向面８２とを有する屈曲板８３の長手方向面８１，８１同士を、接着剤等を用いて連結することにより構成される。屈曲板８３は、通水性を有する材料、例えば織布、不織布、メッシュ、多孔質材料等により構成されているのが好ましい。

なお、屈曲板８３の長手方向面８１は、通水性を有していてもよいし、通水性を有していなくてもよい。長手方向面８１が通水性を有していなければ、小室９内の被処理水が屈曲板８３の射向面８２を通じてのみ下方の小室９内に流れることになり、小室９内の全体に被処理水が略均一に流れることになるため、脱塩室１１Ａ〜１１Ｄに充填されたイオン交換体と被処理水（処理水Ｗ１，脱塩水Ｗ２，濃縮水Ｗ４，Ｗ６）とを効果的に接触させることができる。

脱塩室１１Ａ〜１１Ｄに充填されるイオン交換体としては、アニオン交換体、カチオン交換体、両性イオン交換体等が挙げられ、これらを単独で用いてもよいし、２種以上の混合物として用いてもよい。また、これらのイオン交換体のうちの２種以上が脱塩室１１Ａ〜１１Ｄに複層状に充填されていてもよい。

なお、濃縮室１２Ａ〜１２Ｄ内にもイオン交換体が充填されていてもよい。濃縮室１２Ａ〜１２Ｄ内にもイオン交換体が充填されていることで、より電流が流れやすくなるため、脱塩室１１Ａ〜１１Ｄから濃縮室１２Ａ〜１２Ｄへのホウ素等の弱イオンの移動をより促進することができ、被処理水からのホウ素の除去率を向上させることができる。

このような構成を有する純水製造装置１０においては、まず、原水Ｗ０を活性炭装置１に導入して有機物を除去した後、ヒータ２にて所定の温度にまで加温し、その後、膜式濾過装置３に導入して固体微粒子を除去し、原水タンク４に一旦貯留する。続いて、この原水タンク４に貯留された原水Ｗ０を前処理装置５にて処理する。

この前処理装置５では、第１の逆浸透膜（ＲＯ）装置５１と、第２の逆浸透膜（ＲＯ）装置５２とにより原水Ｗ０中の強イオン性の不純物が除去され、さらに、脱炭酸膜装置５３により炭酸イオン（ＣＯ_２）が除去され、処理水Ｗ１を得ることができる。

この前処理装置５は、処理水Ｗ１中のシリカ濃度が３０ｐｐｂ（ＳｉＯ_２換算）以下、好ましくは２０ｐｐｂ以下、特に好ましくは１０ｐｐｂ以下となるように設計する。電気脱イオン装置における被処理水のシリカ濃度が８００ｐｐｂを超えると、シリカスケールが生じてしまうという問題がある一方、後述するように、各電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄにおいて９９％以上のホウ素除去率を達成するためには、各電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄにおける水回収率を８０％程度で運転する必要があり、そのような条件で電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄを運転すると、シリカの濃縮率が５倍程度となる。そのため、処理水Ｗ１のシリカ濃度が３０ｐｐｂを超えてしまうと（例えば、４０ｐｐｂ）、第１の電気脱イオン装置６Ａからの濃縮水Ｗ４のシリカ濃度が２００ｐｐｂとなり、第２の電気脱イオン装置６Ｂからの濃縮水Ｗ６のシリカ濃度が１０００ｐｐｂとなってしまい、第３の電気脱イオン装置６Ｃにおいてシリカスケールが生じてしまうおそれがある。したがって、処理水Ｗ１中のシリカ濃度が３０ｐｐｂ以下とすることで、第３の電気脱イオン装置６Ｃに導入される濃縮水Ｗ６のシリカ濃度が、基準値である８００ｐｐｂ以下となり、シリカスケールが生じるのを防止することができる。

このようにして得られた処理水Ｗ１を第１の電気脱イオン装置６Ａの脱塩室１１Ａに導入して処理する。この第１の電気脱イオン装置６Ａにおいては、電流密度３００ｍＡ／ｄｍ^２以上で運転するのが好ましい。このような電流密度で運転を行うことにより、電気脱イオン装置の性能にもよるが、従来の電気脱イオン装置では達成できなかった９９％以上、特に９９．５％以上のホウ素除去率とすることができる。

このとき、第１の電気脱イオン装置６Ａからの脱塩水Ｗ２の回収率（脱塩水量／処理水量）が８０％程度となるように、第１の電気脱イオン装置６Ａを運転するのが好ましい。脱塩水Ｗ２の回収率を上記範囲内とすることで、第１の電気脱イオン装置６Ａでのホウ素除去率を９９％以上とすることができる。

なお、第１の電気脱イオン装置６Ａから得られた脱塩水Ｗ２の一部を、向流一過式に濃縮室１２Ａに導入する。これにより、濃縮室１２Ａ入口側での濃縮水のホウ素濃度を低くすることができ、濃度拡散による脱塩室１１Ａ側への影響を抑制することができるため、ホウ素除去効率を飛躍的に向上させることができる。

第１の電気脱イオン装置６Ａの濃縮室１２Ａから排出され、貯水タンクＴ２に貯留された濃縮水Ｗ４を、第２の電気脱イオン装置６Ｂの脱塩室１１Ｂに導入して処理する。第２の電気脱イオン装置６Ｂにおいても同様に、９９％以上、特に９９．５％以上のホウ素除去率を確保するために、電流密度３００ｍＡ／ｄｍ^２以上で運転するのが好ましい。

このとき、第２の電気脱イオン装置６Ｂからの脱塩水Ｗ５の回収率（脱塩水量／処理水量）が８０％程度となるように、第２の電気脱イオン装置６Ｂを運転するのが好ましい。脱塩水Ｗ５の回収率を上記範囲内とすることで、第２の電気脱イオン装置６Ｂでのホウ素除去率を９９％程度とすることができる。

このようにして処理された第２の電気脱イオン装置６Ｂからの脱塩水Ｗ５は、そのホウ素濃度が前処理装置５からの処理水Ｗ１のホウ素濃度よりも低いものとなるため、当該脱塩水Ｗ５を第１の電気脱イオン装置６Ａの前段の貯水タンクＴ１に導入する。これにより、純水製造装置１０の系内のホウ素濃度を上昇させることなく、水回収率を向上させることができる。

なお、第２の電気脱イオン装置６Ｂから得られた脱塩水Ｗ５の一部を、向流一過式に濃縮室１２Ｂに導入する。これにより、濃縮室１２Ｂ入口側での濃縮水のホウ素濃度を低くすることができ、濃度拡散による脱塩室１１Ｂ側への影響を抑制することができるため、ホウ素除去効率を飛躍的に向上させることができる。

第２の電気脱イオン装置６Ｂの濃縮室１２Ｂから排出され、貯水タンクＴ３に貯留された濃縮水Ｗ６を、第３の電気脱イオン装置６Ｃの脱塩室１１Ｃに導入して処理する。第３の電気脱イオン装置６Ｃにおいても同様に、９９％以上、特に９９．５％以上のホウ素除去率を確保するために、電流密度３００ｍＡ／ｄｍ^２以上で運転するのが好ましい。

このとき、第３の電気脱イオン装置６Ｃからの脱塩水Ｗ７の回収率（脱塩水量／処理水量）が８０％程度となるように、第３の電気脱イオン装置６Ｃを運転するのが好ましい。脱塩水Ｗ７の回収率を上記範囲内とすることで、第３の電気脱イオン装置６Ｃでのホウ素除去率を９９％程度とすることができる。

このようにして処理された第３の電気脱イオン装置６Ｃからの脱塩水Ｗ７もまた、そのホウ素濃度が前処理装置５からの処理水Ｗ１のホウ素濃度よりも低いものとなるため、当該脱塩水Ｗ７を第１の電気脱イオン装置６Ａの前段の貯水タンクＴ１に導入する。これにより、純水製造装置１０の系内のホウ素濃度を上昇させることなく、水回収率をさらに向上させることができる。

なお、第３の電気脱イオン装置６Ｃから得られた脱塩水Ｗ７の一部を、向流一過式に濃縮室１２Ｃに導入する。これにより、濃縮室１２Ｃ入口側での濃縮水のホウ素濃度を低くすることができ、濃度拡散による脱塩室１１Ｃ側への影響を抑制することができるため、ホウ素除去効率を飛躍的に向上させることができる。

第１の電気脱イオン装置６Ａからの脱塩水Ｗ２を、第４の電気脱イオン装置６Ｄの脱塩室１１Ｄに導入して処理する。これにより、ホウ素濃度が極めて低い最終生産水（脱塩水）Ｗ８を製造することができる。第４の電気脱イオン装置６Ｄにおいても同様に、９９％以上、特に９９．５％以上のホウ素除去率を確保するために、電流密度３００ｍＡ／ｄｍ^２以上で運転するのが好ましい。

このとき、第４の電気脱イオン装置６Ｄからの脱塩水Ｗ８の回収率（脱塩水量／処理水量）が８０％程度となるように、第４の電気脱イオン装置６Ｄを運転するのが好ましい。脱塩水Ｗ８の回収率を上記範囲内とすることで、第４の電気脱イオン装置６Ｄでのホウ素除去率を９９％程度とすることができる。

このようにして処理された後の第４の電気脱イオン装置６Ｄからの濃縮水Ｗ３は、そのホウ素濃度が前処理装置５からの処理水Ｗ１のホウ素濃度よりも低いものとなるため、当該濃縮水Ｗ３を第１の電気脱イオン装置６Ａの前段の貯水タンクＴ１に導入する。これにより、純水製造装置１０の系内のホウ素濃度を上昇させることなく、水回収率をさらにまた向上させることができる。

なお、第４の電気脱イオン装置６Ｄから得られた脱塩水Ｗ８の一部を、向流一過式に濃縮室１２Ｄに導入する。これにより、濃縮室１２Ｄ入口側での濃縮水のホウ素濃度を低くすることができ、濃度拡散による脱塩室１１Ｄ側への影響を抑制することができるため、ホウ素除去効率を飛躍的に向上させることができる。

このように、本実施形態に係る純水製造装置１０においては、第２の電気脱イオン装置６Ｂからの脱塩水Ｗ５、第３の電気脱イオン装置６Ｃからの脱塩水Ｗ７及び第４の電気脱イオン装置６Ｄからの濃縮水Ｗ３を第１の電気脱イオン装置６Ａの前段の貯水タンクＴ１に返送することにより、各電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄにおける水回収率を８０％程度として９９％以上のホウ素除去率を確保するとともに、最終生産水（脱塩水）Ｗ８の回収率を９８％以上という高い水準に維持することができる。したがって、本実施形態に係る純水製造装置１０は、ホウ素を効果的に除去した脱塩水を、高い水回収率で効率的に生産することができるという効果を奏することができる。

また、本実施形態に係る純水製造装置１０によれば、２段直列的に接続された第１及び第４の電気脱イオン装置６Ａ，６Ｄを備えることにより、処理水Ｗ１からのホウ素の十分な除去が可能となるとともに、連続運転が可能となるばかりか、アルカリ等の薬品を使用しないので環境負荷が少ない。さらに、給水（原水）のホウ素濃度の広い領域に対応することができ、また、ホウ素吸着樹脂等に比べて破過が生じないので、数年間に渡り安定的にホウ素濃度を低減させた純水を製造することができる。

さらに、本実施形態に係る純水製造装置１０によれば、処理水Ｗ１よりもホウ素濃度の低い脱塩水Ｗ５，Ｗ７及び濃縮水Ｗ３が貯水タンクＴ１に返送されることで、経時的には処理水Ｗ１のホウ素濃度が低下するため、ホウ素濃度１ｐｐｔ以下の純水を製造することも可能となる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上記実施形態において、第３の電気脱イオン装置６Ｃ及び第４の電気脱イオン装置６Ｄは、いずれか一方を備えていなくてもよいし、両方とも備えていなくてもよい。本実施形態に係る純水製造装置１０にて所望される最終生産水のホウ素濃度に応じて、第３の電気脱イオン装置６Ｃ及び第４の電気脱イオン装置６Ｄを設けるか否かにつき適宜決定すればよい。また、さらにホウ素濃度の低い超純水が要求される場合には、第４の電気脱イオン装置６Ｄの後段に、直列的に電気脱イオン装置を備えるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、前処理装置５は、第１の電気脱イオン装置６Ａに３０ｐｐｂ以下のシリカ濃度の処理水Ｗ１を供給でき、かつ所望とするホウ素濃度の超純水が得られるように、原水Ｗ０の水質に応じて種々設定することができる。

具体的には、前処理装置５を以下のような構成のものにすることができる。
（１）ＲＯ装置＋脱炭酸膜装置
（２）第１のＲＯ装置＋第２のＲＯ装置＋脱炭酸膜装置
（３）イオン交換樹脂装置（２Ｂ３Ｔ）＋ＲＯ装置＋脱炭酸膜装置
（４）イオン交換樹脂装置（４Ｂ５Ｔ）＋ＲＯ装置＋脱炭酸膜装置

さらに、上記実施形態において、第１〜第４の電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄの脱塩室１１Ａ〜１１Ｄ内に配設される区画部材８が、六角形状の小室９を有するハニカム構造体からなるものとして構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、方形状や三角形状の小室を有するものであってもよいし、方形状又は三角形状の小室と六角形状の小室とを有するものであってもよい。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
なお、本実施例においては、下記の電気脱イオン装置を用いた。
・第１の電気脱イオン装置６Ａ（栗田工業社製，製品名：ＫＣＤＩ−ＵＰｚ−２５０Ｈ，処理水量：２５ｍ^３／ｈｒ）
・第２の電気脱イオン装置６Ｂ（栗田工業社製，製品名：ＫＣＤＩ−ＵＰｚ−１５０Ｈ，処理水量：１５ｍ^３／ｈｒ）
・第３の電気脱イオン装置６Ｃ（栗田工業社製，製品名：ＫＣＤＩ−ＵＰｚ−０２０Ｈ，処理水量：２ｍ^３／ｈｒ）
・第４の電気脱イオン装置６Ｄ（栗田工業社製，製品名：ＫＣＤＩ−ＵＰｚ−２００Ｈ，処理水量：２０ｍ^３／ｈｒ）

〔実施例１〕
図４に示すように、第１〜第４の電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄを備える純水製造装置を製造した。そして、ホウ素濃度が３１ｐｐｂの被処理水Ｗ０（２段逆浸透膜装置により処理した処理水に相当する被処理水）を貯水タンクＴ１に６１．９ｍ^３／ｈｒで供給し、この純水製造装置を用いて処理した。

処理開始から所定時間経過後における第１の電気脱イオン装置６Ａの脱塩室１１Ａに導入される被処理水Ｗ１、各電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄからの脱塩水Ｗ２，Ｗ５，Ｗ７，Ｗ８及び濃縮水Ｗ３，Ｗ４，Ｗ６，Ｗ９のホウ素イオン濃度とそれらの水量（ｍ^３／ｈｒ）とを測定し、水回収率（％）を算出した。なお、第１〜第４の電気脱イオン装置６Ａ〜６Ｄにおける水回収率を、それぞれ８２％、８３％、８５％及び８３％と設定した。
結果を表１に示す。

〔比較例１〕
第２の電気脱イオン装置６Ｂ及び第３の電気脱イオン装置６Ｃを備えずに、第１の電気脱イオン装置６Ａからの濃縮水Ｗ４を廃棄する以外は実施例１と同様の構成を有する純水製造装置にて被処理水Ｗ０を処理し、処理開始から所定時間経過後における第１の電気脱イオン装置６Ａの脱塩室１１Ａに導入される被処理水Ｗ１、第１及び第４の電気脱イオン装置６Ａ，６Ｄからの脱塩水Ｗ２，Ｗ８及び濃縮水Ｗ３，Ｗ４のホウ素イオン濃度と水量（ｍ^３／ｈｒ）とを測定し、水回収率（％）を算出した。なお、第１及び第４の電気脱イオン装置６Ａ，６Ｄにおける水回収率を、それぞれ８２％及び８３％と設定した。
結果を表１にあわせて示す。

表１から明らかなように、実施例１の純水製造装置においては、第４の電気脱イオン装置６Ｄからの最終生産水（脱塩水）Ｗ８のホウ素濃度が０．４ｐｐｔであり、最先端の電子産業分野における要求水質（ホウ素濃度：１ｐｐｔ以下）を充足する超純水を製造可能であることが確認された。

一方、比較例１の純水製造装置においても、第４の電気脱イオン装置６Ｄからの生産水（脱塩水）のホウ素濃度が０．５ｐｐｔであり、実施例１と同様に最先端の電子産業分野における要求水質（ホウ素濃度：１ｐｐｔ以下）を充足する超純水を製造可能であることが確認された。

このように、前処理装置からの処理水Ｗ１を２段直列的に接続した電気脱イオン装置にて処理することで、ホウ素濃度に関する要求水質を十分に満足し得る純水を製造することができる。

しかしながら、実施例１の純水製造装置においては、９８％という極めて高い水回収率であったのに対し、比較例１の純水製造装置においては、７８％という低い水回収率であった。実施例１の純水製造装置においては、第２の電気脱イオン装置６Ｂ及び第３の電気脱イオン装置６Ｃからの脱塩水のホウ素濃度がそれぞれ２ｐｐｂ、１６ｐｐｂであり、前処理装置５からの処理水のホウ素濃度（３１ｐｐｂ）よりも低濃度であることから、かかる脱塩水を貯水タンクＴ１に返送しても系内のホウ素濃度が上昇することがないのに対し、比較例１の純水製造装置においては、第１の電気脱イオン装置６Ａからの濃縮水Ｗ４のホウ素濃度が１５１ｐｐｂであり、被処理水Ｗ０のホウ素濃度よりも高いため、当該濃縮水Ｗ４を貯水タンクＴ１に返送することができないことに起因するものである。

このように、実施例１の純水製造装置によれば、極めて高い水回収率を確保しつつ、ホウ素濃度の低い超純水を製造することができることが確認された。

本発明の純水製造装置及び純水製造方法は、極めて高い水回収率にて、極めてホウ素濃度を低減させた純水の製造に有用である。

本発明の一実施形態に係る純水製造装置を示すフロー図である。 同実施形態における電気脱イオン装置を示す概略構成図である。 同実施形態における電気脱イオン装置の脱塩室に配設される区画部材を示す概略構成図である。 実施例１の純水製造装置を示すフロー図である。

符号の説明

５…前処理装置
５１…第１の逆浸透膜（ＲＯ）装置（前処理装置）
５２…第２の逆浸透膜（ＲＯ）装置（前処理装置）
５３…脱炭酸膜装置（前処理装置）
６Ａ…第１の電気脱イオン装置
６Ｂ…第２の電気脱イオン装置
６Ｃ…第３の電気脱イオン装置
６Ｄ…第４の電気脱イオン装置
８…区画部材
１１Ａ〜Ｄ…脱塩室
１２Ａ〜Ｄ…濃縮室

Claims (9)

1. 原水を処理する前処理装置と、
   前記前処理装置からの処理水を脱塩室に受け入れて脱イオン処理を行ってホウ素を除去する第１の電気脱イオン装置と、
   前記第１の電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を前記第１の電気脱イオン装置の濃縮室に導入して得られた濃縮水を脱塩室に受け入れて脱イオン処理を行ってホウ素を除去する第２の電気脱イオン装置と、
   前記第２の電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を前記第２の電気脱イオン装置の濃縮室に導入して得られた濃縮水を脱塩室に受け入れて脱イオン処理を行ってホウ素を除去する第３の電気脱イオン装置と
   を備え、
   前記第２の電気脱イオン装置からの脱塩水及び前記第３の電気脱イオン装置からの脱塩水を前記第１の電気脱イオン装置の前段に供給することを特徴とする純水製造装置。
2. 前記第１の電気脱イオン装置の脱塩室に受け入れられる前記前処理装置からの処理水のシリカ濃度が、３０ｐｐｂ（ＳｉＯ_２換算）以下であることを特徴とする請求項１に記載の純水製造装置。
3. 前記第１の電気脱イオン装置の後段に設けられ、前記第１の電気脱イオン装置からの脱塩水を脱塩室に受け入れて脱イオン処理を行ってホウ素を除去する第４の電気脱イオン装置をさらに備え、
   前記第４の電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を前記第４の電気脱イオン装置の濃縮室に導入して得られた濃縮水を前記第１の電気脱イオン装置の前段に供給することを特徴とする請求項１または２に記載の純水製造装置。
4. 前記電気脱イオン装置の脱塩室内には、前記脱塩室内を複数の小室に区画する区画部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の純水製造装置。
5. 前記電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を、当該電気脱イオン装置の濃縮室に前記脱塩室への処理水の導入方向と反対方向から一過式に導入することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の純水製造装置。
6. 原水を前処理装置で処理した処理水を第１の電気脱イオン装置の脱塩室に導入して脱イオン処理を行ってホウ素を除去する純水製造方法であって、
   前記第１の電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を前記第１の電気脱イオン装置の濃縮室に導入して得られた濃縮水を、第２の電気脱イオン装置の脱塩室に導入して脱イオン処理を行ってホウ素を除去し、
   前記第２の電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を前記第２の電気脱イオン装置の濃縮室に導入して得られた濃縮水を、第３の電気脱イオン装置の脱塩室に導入して脱イオン処理を行ってホウ素を除去し、
   前記第２の電気脱イオン装置からの脱塩水及び前記第３の電気脱イオン装置からの脱塩水を、前記第１の電気脱イオン装置の前段に導入することを特徴とする純水製造方法。
7. 前記第１の電気脱イオン装置の脱塩室に導入される処理水のシリカ濃度が３０ｐｐｂ（ＳｉＯ_２換算）以下となるように、前記前処理装置にて原水を処理することを特徴とする請求項６に記載の純水製造方法。
8. 前記第１の電気脱イオン装置からの脱塩水を、第４の電気脱イオン装置の脱塩室に導入して脱イオン処理を行ってホウ素を除去し、
   前記第４の電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を前記第４の電気脱イオン装置の濃縮室に導入して得られた濃縮水を、前記第１の電気脱イオン装置の前段に導入することを特徴とする請求項６または７に記載の純水製造方法。
9. 前記電気脱イオン装置からの脱塩水の一部を、当該電気脱イオン装置の濃縮室に前記脱塩室への処理水の導入方向と反対方向から一過式に導入することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の純水製造方法。

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