JP5382282B2 - 純水製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気脱イオン装置を有する純水製造装置に関し、特に電気脱イオン装置におけるスケール障害を防止し得る純水製造装置に関する。

近年、半導体製造工場や液晶製造工場等の電子産業分野や研究開発分野において、超純水を製造する手段として電気脱イオン装置が定着しつつある。この電気脱イオン装置では、電気脱イオン装置に供給される水のカルシウム濃度及び炭酸イオン濃度等が制限されている。電気脱イオン装置に供給される水のカルシウム濃度及び炭酸イオン濃度が高いと、電気脱イオン装置の陰極側の濃縮室に炭酸カルシウムのスケールが発生しやすくなる。スケールが発生すると、電気抵抗が増すため、電気脱イオン装置を運転する際の電圧が上昇してしまい、処理水の水質の低下を招くことになる。

従来、このような純水製造装置の電気脱イオン装置における炭酸カルシウムのスケールの発生を防止するために、電気脱イオン装置に供給される被処理水中のカルシウムを除去するか、無機炭酸を除去することが考えられる。当該被処理水中のカルシウムを除去するために、従来の純水製造装置は、電気脱イオン装置の前段に、カチオン交換樹脂等を充填した軟水器と逆浸透膜とからなる前処理装置を設けたり、２段の逆浸透膜からなる前処理装置を設けたりしている。

また、図２に示すように、被処理水中の無機炭酸を除去するために、従来の純水製造装置１０は、電気脱イオン装置３０の前段に、活性炭吸着装置２０２、逆浸透膜２０３及び脱気膜２０４をこの順に接続してなる前処理装置２０を設け、逆浸透膜２０３からの処理水に酸（Ｈ_２ＳＯ_４等）を添加している。

しかしながら、電気脱イオン装置の前段に設けられている前処理装置が、軟水器及び逆浸透膜からなるもの、又は２段の逆浸透膜からなるものは、純水製造装置が大掛かりなものとなってしまい、設備コストがかかってしまうという問題があった。

また、図２に示す純水製造装置１０においては、前処理装置２０にて無機炭酸を除去するために、逆浸透膜２０３からの処理水に酸（Ｈ_２ＳＯ_４等）を添加しているが、当該処理水のｐＨに応じて酸の添加量を適宜調整する必要があったり、酸添加機構等により酸を添加する場合にはその酸添加機構のタンク等に酸を定期的に補充する必要があったりし、純水製造装置を無人で運転させることができないという問題があった。

さらに、純水製造装置は、原水の水質を基準として設計されるため、原水の水質が良好である場合には、設備コストや設置スペース等を考慮して、図２に示すような一段の逆浸透膜を有する純水製造装置が設計されるのが一般的であるが、原水の水質が後発的に又は一時的に悪化した場合には即座に対応することができないため、電気脱イオン装置３０にスケールが発生するおそれがある。この対策として、逆浸透膜を増設することが考えられるが、逆浸透膜の設置スペースを確保したり、逆浸透膜に電力を供給するための設備を整備したりする必要がある等、既存の純水製造装置自体を大幅に改修せざるを得ず、現実的ではないという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、酸等の薬品を添加することなく電気脱イオン装置の炭酸カルシウムのスケールの発生を防止することができ、かつ電気脱イオン装置により所定のレベル（水質）の純水を製造することができる純水製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、原水が供給される前処理装置と、前記前処理装置からの処理水が供給され、当該処理水中のイオン性物質を除去する電気脱イオン装置とを有する純水製造装置であって、前記前処理装置は、脱炭酸塔と、逆浸透膜と、脱気膜とをこの順に備え、前記前処理装置は、活性炭吸着装置をさらに有し、前記活性炭吸着装置は、前記脱炭酸塔と前記逆浸透膜との間に設けられている純水製造装置を提供する（発明１）。

上記発明（発明１）によれば、原水が、最初に脱炭酸塔に供給されることで、脱炭酸塔において原水中の無機炭酸成分がある程度除去され、さらに脱気膜により原水中の溶存炭酸ガスを除去することができるため、無機炭酸成分を除去した処理水を電気脱イオン装置に供給することができ、電気脱イオン装置における炭酸カルシウム等のスケールの発生を防止することができる。また、脱気膜に供給される前に原水を脱炭酸塔、逆浸透膜に順に通過させることで原水のｐＨが低下するため、酸（Ｈ_２ＳＯ_４）等の薬品を添加せずに逆浸透膜からの処理水を脱気膜に供給しても、脱気膜において被処理水中の溶存炭酸ガスを除去することができる。また、原水を脱炭酸塔により処理することで、得られた処理水に微粒子等が混入してしまうことがあるが、脱炭酸塔の後段に活性炭吸着装置を備えることで、処理水中の微粒子等を吸着・除去することができるため、逆浸透膜に負荷をかけることなく純水を製造することができる。

上記発明（発明１）においては、前記脱炭酸塔からの処理水中の無機炭酸濃度が、２０ｐｐｍ以下であることが好ましい（発明２）。かかる発明（発明２）によれば、脱炭酸塔により、原水中の無機炭酸濃度が２０ｐｐｍ以下にまで低減されるため、電気脱イオン装置に供給される被処理水中の無機炭酸濃度が効果的に低減され、これにより、電気脱イオン装置における炭酸カルシウム等のスケールの発生を効果的に防止することができる。

上記発明（発明１、２）においては、前記電気脱イオン装置に供給される被処理水の無機炭酸濃度が、３ｐｐｍ以下であることが好ましい（発明３）。かかる発明（発明３）のように、電気脱イオン装置に供給される被処理水の無機炭酸濃度が３ｐｐｍ以下であれば、電気脱イオン装置における炭酸カルシウム等のスケールの発生をより効果的に防止することができる。

本発明によれば、酸等の薬品を添加することなく電気脱イオン装置の炭酸カルシウムのスケールの発生を防止することができ、かつ電気脱イオン装置により所定のレベル（水質）の純水を安定的に製造することができる純水製造装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る純水製造装置について説明する。図１は、本実施形態に係る純水製造装置のフロー図を示す。

図１に示すように、本実施形態に係る純水製造装置１は、原水槽（図示せず）と前処理装置２と電気脱イオン装置３とから構成されている。前処理装置２は、脱炭酸装置２１、活性炭吸着装置２２、逆浸透膜２３及び脱気膜２４をこの順に接続することにより構成されている。電気脱イオン装置３は、前処理装置２の後段に接続されている。

脱炭酸装置２１としては、原水中の無機炭酸を除去し得るものであれば特に限定されるものではなく、例えば、曝気装置を備える脱炭酸塔等を用いることができる。また、活性炭吸着装置２２としては、活性炭を充填した活性炭塔等を用いることができる。さらに、脱気膜２４としては、逆浸透膜２３からの処理水中の溶存炭酸ガスを除去し得るものであれば特に限定されず、例えば、中空糸膜等により構成される膜脱気装置等を用いることができる。

電気脱イオン装置３は、陽極と陰極との間がアニオン交換膜とカチオン交換膜とで区画され、陽極室、陰極室、脱塩室及び濃縮室が形成されてなるものである。脱気膜２４からの処理水Ｗ４が電気脱イオン装置３の脱塩室に供給されると、処理水Ｗ４中の陰イオンは、アニオン交換膜を通過して陽極側の濃縮室に移動し、処理水Ｗ４中の陽イオンは、カチオン交換膜を通過して陰極側の濃縮室に移動する。これにより、脱塩室から排出される処理水は、イオン性物質の除去されたものとなり、これにより純水を製造することができる。

このような構成を有する本実施形態に係る純水製造装置１において、前処理装置２の最前段に設けられている脱炭酸装置２１に、原水槽から原水Ｗ（例えば、水道水等）が供給されると、脱炭酸装置２１において原水Ｗに含まれる無機炭酸成分が除去される。

脱炭酸装置２１からの処理水Ｗ１中の無機炭酸濃度は、２０ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に１５ｐｐｍ以下であることが好ましい。処理水Ｗ１中の無機炭酸濃度が２０ｐｐｍ以下であれば、その後段の脱気膜２４からの処理水Ｗ４中の無機炭酸濃度を３ｐｐｍ以下にすることができ、電気脱イオン装置における炭酸カルシウムのスケールの発生を効果的に防止することができる。したがって、脱炭酸装置２１は、当該脱炭酸装置２１からの処理水Ｗ１中の無機炭酸濃度を２０ｐｐｍ以下にし得るものであることが好ましい。

次に、脱炭酸装置２１からの処理水Ｗ１は、活性炭吸着装置２２に供給される。脱炭酸装置２１にて処理された処理水Ｗ１には、微粒子等が含まれることがあるため、処理水Ｗ１が活性炭吸着装置２２に供給されることで、処理水Ｗ１中の微粒子等が除去される。

そして、活性炭吸着装置２２からの処理水Ｗ２は、逆浸透膜２３に供給される。これにより、逆浸透膜２３にて処理水Ｗ２中の濁質成分、カルシウム等が除去される。

その後、逆浸透膜２３からの処理水Ｗ３が脱気膜２４に供給される。原水が、脱炭酸装置２１、活性炭吸着装置２２及び逆浸透膜２３にて処理されることで、逆浸透膜２３からの処理水Ｗ３のｐＨが低下して、下記式で示されるイオン平衡の式において、平衡が左側に移動する。したがって、逆浸透膜２３からの処理水Ｗ３が脱気膜２４に供給されることで、当該処理水Ｗ３中の溶存無機炭酸ガスを脱気膜２４において除去することができる。

続いて、このようにして処理された前処理装置２（脱気膜２４）からの処理水Ｗ４は、電気脱イオン装置３の脱塩室に供給される。処理水Ｗ４が電気脱イオン装置３に供給されると、電気脱イオン装置３にて処理水Ｗ４中のイオン性の不純物が十分に除去されて、脱塩室から純水が排出される。このようにして製造された純水は、そのままユースポイントに供給されてもよいし、デミナー、紫外線処理装置、ＵＦ等を経由して超純水としてユースポイントに供給されてもよい。

以上説明した本実施形態に係る純水製造装置１によれば、無機炭酸成分が十分に除去された状態の処理水Ｗ４が電気脱イオン装置３に供給されるため、電気脱イオン装置３において炭酸カルシウムのスケールの発生を防止することができ、一段の逆浸透膜２３を備える純水製造装置１であっても、脱炭酸装置２１を最前段に備えることで、原水Ｗ中の無機炭酸成分を効果的に除去することができる。

また、本実施形態に係る純水製造装置１によれば、脱気膜２４に供給される前に原水Ｗを脱炭酸装置２１、活性炭吸着装置２２、逆浸透膜２３に順に通過させることで原水ＷのｐＨが低下するため、酸（Ｈ_２ＳＯ_４）等の薬品を添加せずに逆浸透膜２３からの処理水を脱気膜２４に供給しても、脱気膜２４において被処理水中の溶存炭酸ガスを除去することができる。

さらに、図２に示すような従来の純水製造装置１０において、原水Ｗの水質が悪化した場合であっても、前処理装置２０の前段に脱炭酸装置２１を設けることで、酸等の薬品を添加することなく電気脱イオン装置３０における炭酸カルシウムのスケールの発生を防止することができ、水質の良好な純水を安定的に製造することができる。また、脱炭酸装置２１及び脱気膜２４はコンパクトで電力をほとんど必要としないので、さらに一段の逆浸透膜を設けるよりも設備コストを低く抑えることができ、より経済的に純水を製造することができる。

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、本実施形態に係る純水製造装置１は、前処理装置２として活性炭吸着装置２２を備えているが、活性炭吸着装置２２を備えていなくてもよい。

〔実施例１〕
図１に示す純水製造装置に、無機炭酸濃度４８ｐｐｍ、無機炭素（ＩＣ）濃度５９ｐｐｍの水道水（原水Ｗ）を供給し、脱炭酸装置２１からの処理水Ｗ１の無機炭酸濃度（ｐｐｍ）及び無機炭素（ＩＣ）濃度（ｐｐｍ）を測定した。また、脱気膜２４からの処理水Ｗ４の無機炭素（ＩＣ）濃度（ｐｐｍ）も測定した。

測定した結果、脱炭酸装置２１からの処理水Ｗ１の無機炭酸濃度は８ｐｐｍであり、無機炭素（ＩＣ）濃度は１５ｐｐｍであった。このことから、原水を脱炭酸装置２１により処理することで、原水中の炭酸イオンを効果的に除去することができることが確認された。

また、脱気膜２４からの処理水Ｗ４の無機炭素（ＩＣ）濃度は１ｐｐｍ以下であった。このことから、本発明の純水製造装置１によれば、電気脱イオン装置３に供給される被処理水の無機炭酸濃度を低減することができ、電気脱イオン装置３における炭酸カルシウムのスケールの発生を防止し得ることが確認された。

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。 従来の純水製造装置を示すフロー図である。

符号の説明

１…純水製造装置
２…前処理装置
２１…脱炭酸装置
２２…活性炭吸着装置
２３…逆浸透膜
２４…脱気膜
３…電気脱イオン装置

Claims (3)

1. 原水が供給される前処理装置と、前記前処理装置からの処理水が供給され、当該処理水中のイオン性物質を除去する電気脱イオン装置とを有する純水製造装置であって、
   前記前処理装置は、脱炭酸塔と、逆浸透膜と、脱気膜とをこの順に備え、
   前記前処理装置は、活性炭吸着装置をさらに有し、
   前記活性炭吸着装置は、前記脱炭酸塔と前記逆浸透膜との間に設けられており、
   前記前処理装置において酸を添加しないことを特徴とする純水製造装置。
2. 前記脱炭酸塔からの処理水中の無機炭酸濃度が、２０ｐｐｍ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. 前記電気脱イオン装置に供給される被処理水中の無機炭酸濃度が、３ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の純水製造装置。

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