JP6799657B1 - 水処理システム及び超純水製造システム並びに水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でＥＤＩのホウ素除去効率を高める。【解決手段】水処理システム２はホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室４３と濃縮水が流通する濃縮室４２，４４とを備えるＥＤＩ２５と、脱塩室４３に供給される被処理水または濃縮室４２，４４に供給される濃縮水を冷却する冷却手段２４と、を有する。あるいは、水処理システム２は、ホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室４３と、濃縮水が流通する濃縮室４２，４４と、電極水が流通する電極室４１，４５とを備えるＥＤＩ２５と、被処理水または濃縮室４２，４４に供給される濃縮水の温度を調整する冷却手段２４と、被処理水、ＥＤＩ２５の処理水、濃縮水、または電極水の温度に基づき脱塩室４３に供給される被処理水または濃縮室４２，４４に供給される濃縮水の温度を１０〜２３℃の範囲に調整するように冷却手段２４を制御する制御手段２７と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は水処理システム及び超純水製造システム並びに水処理方法に関する。

従来から、半導体装置の製造工程や液晶装置の製造工程において、有機物、イオン成分、微粒子、細菌等が高度に除去された純水（含超純水）が洗浄水として使用されている。特に、半導体装置を含む電子部品の洗浄工程で使用される純水については、その水質に対する要求が年々高まっている。その一環として、近年、ホウ素の低減が求められている。弱酸成分であるホウ素は、逆浸透膜装置（以下、ＲＯ装置という）や電気再生式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩという）で除去されることが知られている（特許文献１）。ホウ素を高度に除去するために、ホウ素選択性イオン交換樹脂が使用されることもある。

特許第４０４５６５８号公報

上述の方法はホウ素を選択的に除去するための設備を必要とするためイニシャルコストの増加を招く。

本発明は簡易な構成でＥＤＩのホウ素除去効率を高めることが可能な水処理システムと水処理方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、水処理システムはホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室と濃縮水が流通する濃縮室とを備える電気再生式脱イオン水製造装置と、脱塩室に供給される被処理水または濃縮室に供給される濃縮水を冷却する冷却手段と、被処理水、電気再生式脱イオン水製造装置の処理水または濃縮水の温度に基づき、脱塩室に供給される被処理水または濃縮室に供給される濃縮水の温度を１０〜２３℃の範囲に調整するように冷却手段を制御する制御手段と、を有する。
本発明の他の態様によれば、水処理システムはホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室と、濃縮水が流通する濃縮室と、電極水が流通する電極室とを備える電気再生式脱イオン水製造装置と、被処理水または濃縮室に供給される濃縮水の温度を調整する冷却手段と、被処理水、電気再生式脱イオン水製造装置の処理水、濃縮水または電極水の温度に基づき、脱塩室に供給される被処理水または濃縮室に供給される濃縮水の温度を１０〜２３℃の範囲に調整するように冷却手段を制御する制御手段と、を有する。
本発明のさらに他の態様によれば、水処理方法は、ホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室と濃縮水が流通する濃縮室とを備える電気再生式脱イオン水製造装置において、被処理水または濃縮室に供給される濃縮水を冷却手段で冷却することと、冷却された被処理水または濃縮水を電気再生式脱イオン水製造装置に供給し、脱塩室で被処理水を脱塩することと、を有し、被処理水、電気再生式脱イオン水製造装置の処理水または濃縮水の温度に基づき、脱塩室に供給される被処理水または濃縮室に供給される濃縮水の温度が１０〜２３℃の範囲に調整される。
本発明のさらに他の態様によれば、水処理方法は、ホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室と濃縮水が流通する濃縮室と電極水が流通する電極室とを備える電気再生式脱イオン水製造装置において、被処理水または濃縮室に供給される濃縮水の温度を冷却手段で調整することを有し、被処理水、電気再生式脱イオン水製造装置の処理水、濃縮水または電極水の温度に基づき、脱塩室に供給される被処理水または濃縮室に供給される濃縮水の温度が１０〜２３℃の範囲に調整される。

本発明によれば、簡易な構成でＥＤＩのホウ素除去効率を高めることが可能な水処理システムと水処理方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る超純水製造システムの概略構成図である。 ＥＤＩの概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る超純水製造システムの概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る超純水製造システムの概略構成図である。 第２の熱交換器の他の設置場所を示す図である。 実施例１における水温とホウ素除去率の関係を示すグラフである。 実施例２における水温とＥＤＩの電圧の関係を示すグラフである。 実施例３における水温とＥＤＩの電圧の関係を示すグラフである。 実施例４における水温とホウ素除去率の関係を示すグラフである。 実施例５における水温とホウ素及びシリカの除去率の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る超純水製造システム１の概略構成図である。超純水製造システム１は、前処理水から１次純水を製造する１次純水製造装置（以下、水処理システム２という）と、水処理システム２の後段に位置し、水処理システム２から供給される１次純水をさらに処理して２次純水（超純水である処理水）を製造する２次純水製造装置（以下、サブシステム３という）と、を有している。サブシステム３で製造された２次純水はユースポイント８に供給される。前処理水は市水などをフィルタや砂ろ過装置（図示せず）で処理したろ過水であり、ろ過水タンク４に貯蔵される。ろ過水タンク４に貯蔵されたろ過水はろ過水ポンプ５によって水処理システム２に供給される。水処理システム２とサブシステム３で処理される水を被処理水という。水処理システム２で処理される被処理水、具体的には電気再生式脱イオン水製造装置に供給される被処理水はホウ素を含んでおり、特にホウ素濃度が１０ｐｐｔ以上である場合、本発明は大きな効果を奏する。以下の説明において、「前段」「後段」は被処理水の流通する方向における上流側と下流側を意味する。サブシステム３においては、「前段」「後段」は再循環ラインＬ３ではなく、装置が配置される第２のラインＬ２を基準として定義する。

水処理システム２には、被処理水の流通する第１のラインＬ１に沿って、被処理水の流通する方向に、上流側から下流側に、第１の熱交換器２１と、第１の逆浸透膜装置（以下、第１のＲＯ装置２２Ａという）と、第２の逆浸透膜装置（以下、第２のＲＯ装置２２Ｂという）と、第１の膜脱気装置２３と、第２の熱交換器２４（水温調整手段）と、電気再生式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩ２５という）とが直列に配置されている。第２のＲＯ装置２２Ｂは省略することもできるが、２つのＲＯ装置を直列配置することで、脱塩室４３に供給される被処理水の導電率を下げることができる。第１の膜脱気装置２３と第２のＲＯ装置２２Ｂはどちらが上流側に配置されてもよい。すなわち、第１の膜脱気装置２３は第１のＲＯ装置２２Ａと第２のＲＯ装置２２Ｂとの間に設けてもよい。この場合、第２の熱交換器２４は第２のＲＯ装置２２ＢとＥＤＩ２５との間に位置する。第１の熱交換器２１は第１のＲＯ装置２２Ａに供給される被処理水の温度を調整する。水の粘性は温度が低いと高く、温度が高いと低くなる。第１のＲＯ装置２２Ａに温度の低い被処理水が供給されると、高い粘性のために被処理水が膜を透過しにくくなり、所望の流量を得ることが困難になる場合がある。第１のＲＯ装置２２Ａに供給される被処理水の温度は第１の熱交換器２１によって２５℃程度に調整される。被処理水の第１のＲＯ装置２２Ａの入口温度が２５℃以上である場合や、低水温で高い粘性を有する被処理水を膜に透過しても、所望の流量が得られるだけのろ過水ポンプ５の圧力が確保できる場合などは、第１の熱交換器２１は省略してもよい。第１の膜脱気装置２３は第２のＲＯ装置２２ＢとＥＤＩ２５との間に設けられ、被処理水中の溶存ガスを除去する。被処理水は第２の熱交換器２４を経てＥＤＩ２５に供給される。従って、ＥＤＩ２５には、その前段に設けられた第１及び第２のＲＯ装置２２Ａ，２２Ｂと第１の膜脱気装置２３で処理された被処理水が供給される。被処理水中に溶解している炭酸（溶存二酸化炭素）が少ない場合や、第１のＲＯ装置２２Ａ等でｐＨが調整されることによって第１の膜脱気装置２３の前段で炭酸が除去される場合、ＥＤＩ２５の負荷が減少する。これらの場合には、第１の膜脱気装置２３を省略し、溶存ガスはサブシステム３の第２の膜脱気装置３４で除去することができる。水処理システム２には、適宜中間タンクやポンプが追加されてもよい。

図２（ａ）はＥＤＩ２５の概略構成を示している。ＥＤＩ２５は陽極（図示せず）を収容した陽極室４１と、陰極（図示せず）を収容した陰極室４５と、陽極室４１と陰極室４５との間に位置し被処理水を脱塩する脱塩室４３と、陽極室４１と陰極室４５との間に位置し、脱塩室４３の陽極側で脱塩室４３に隣接する第１の濃縮室４２と、脱塩室４３の陰極側で脱塩室４３に隣接する第２の濃縮室４４と、を有している。第１の濃縮室４２は第１のカチオン交換膜４７を介して陽極室４１と隣接しており、第２の濃縮室４４は第１のアニオン交換膜５１を介して陰極室４５と隣接している。脱塩室４３は第２のアニオン交換膜４８を介して第１の濃縮室４２と隣接し、第２のカチオン交換膜５０を介して第２の濃縮室４４と隣接している。脱塩室４３は電圧の印加方向に第１の小脱塩室４３Ａと第２の小脱塩室４３Ｂとに分割され、第１の小脱塩室４３Ａと第２の小脱塩室４３Ｂは、カチオン交換膜、アニオン交換膜、バイポーラ膜などからなる中間イオン交換膜４９で仕切られている。

ＥＤＩ２５には、被処理水が流れる被処理水ラインＬ４と、処理水が流れる処理水ラインＬ５と、濃縮水が流れる濃縮水ラインＬ６と、電極水が流れる電極水ラインＬ７と、が接続されている。被処理水ラインＬ４は第１の小脱塩室４３Ａに接続され、処理水ラインＬ５は第２の小脱塩室４３Ｂに接続され、濃縮水ラインＬ６は第１の濃縮室４２と第２の濃縮室４４とに接続され、電極水ラインＬ７は陽極室４１と陰極室４５とに接続されている。なお、被処理水ラインＬ４は、第１のラインＬ１のうちＥＤＩ２５の上流側の区間と、第１の小脱塩室４３Ａと第２の小脱塩室４３Ｂとを接続するラインに対応し、処理水ラインＬ５は第１のラインＬ１のうちＥＤＩ２５の下流側の区間に対応する。

第１の小脱塩室４３Ａと第２の小脱塩室４３Ｂは被処理水ラインＬ４を介して直列に接続されており、被処理水は第１の小脱塩室４３Ａ、第２の小脱塩室４３Ｂの順に流通する。被処理水は、第１の小脱塩室４３Ａと第２の小脱塩室４３Ｂとで互いに逆方向に（向流で）流通する。図示は省略するが、２以上の脱塩室が設けられてもよい。この場合、各脱塩室の両側に濃縮室が配置される。すなわち、陽極室４１と陰極室４５との間に濃縮室と脱塩室が交互に配置され、陽極室４１と陰極室４５は濃縮室に隣接する。陽極室４１を区画する第１のカチオン交換膜４７を省略し、第１の濃縮室４２が陽極室４１を兼ねてもよい。同様に、陰極室４５を区画する第１のアニオン交換膜５１を省略し、第２の濃縮室４４が陰極室４５を兼ねてもよい。陽極室４１と陰極室４５には第１の濃縮室４２及び第２の濃縮室４４を流れる濃縮水と逆向きに電極水が流通する。図示の例では、陽極室４１と陰極室４５に並列に電極水が供給されているが、例えば陰極室４５を出た電極水を陽極室４１に供給してもよい。

第１の小脱塩室４３Ａにはアニオン交換樹脂ＡＥＲが充填され、第２の小脱塩室４３Ｂには被処理水の流通方向に関し上流側にカチオン交換樹脂ＣＥＲが、下流側にアニオン交換樹脂ＡＥＲが充填されている。従って、被処理水はアニオン交換樹脂ＡＥＲ、カチオン交換樹脂ＣＥＲ、アニオン交換樹脂ＡＥＲの順に流通する。このような樹脂の充填方法は、被処理水に含まれるホウ素を効率的に除去するうえで効果的である。第１及び第２の濃縮室４２，４４にはアニオン交換樹脂が単床で充填されている。第１及び第２の濃縮室４２，４４に充填されるアニオン交換樹脂は、導電性を有するため陽極・陰極間の電気抵抗の増大を抑制する。従って、導電性を有する材料として、第１及び第２の濃縮室４２，４４にはカチオン交換樹脂が単床で充填されてもよいし、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が混床で充填されてもよい。図示は省略するが、第１及び第２の濃縮室４２，４４には、イオン交換樹脂の代わりに、イオン交換繊維が充填されていてもよい。すなわち、第１及び第２の濃縮室４２，４４には、なんらかのイオン交換体が充填されていることが好ましいが、電気抵抗の増大が許容できる範囲内であれば、イオン交換体が充填されなくてもよい。

ＥＤＩ２５の構成は図２（ａ）に示すものに限定されない。例えば、図２（ｂ）に示すように、第２の小脱塩室４３Ｂにカチオン交換樹脂だけが充填されてもよい。この場合、被処理水は第１の小脱塩室４３Ａと第２の小脱塩室４３Ｂを同じ方向に流通するのが好ましい。あるいは、図２（ｃ）に示すように、脱塩室４３は小脱塩室に分割されず、単一の脱塩室となっていてもよい。脱塩室４３にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が混床（ＭＢ）で充填される。

次に、第２の熱交換器２４（水温調整手段）についてより詳細に説明する。第２の熱交換器２４はＥＤＩ２５の前段、正確には第２のＲＯ装置２２ＢとＥＤＩ２５との間、より正確には第１の膜脱気装置２３とＥＤＩ２５との間に設けられ、ＥＤＩ２５の脱塩室４３に供給される被処理水の温度を、概ね１０〜２３℃、好ましくは１５〜２３℃の範囲に調整する。被処理水の温度をこの範囲に調整することによって、ＥＤＩ２５のホウ素除去効率を高めることができる。これについては、実施例でより詳細に説明する。被処理水の温度は第１のＲＯ装置２２Ａの入口で２５℃程度に調整されるため、本実施形態においては、被処理水は第２の熱交換器２４で冷却される。第２の熱交換器２４としては、シェルアンドチューブ式、プレート式などの一般的なものを使用することができる。

第２の熱交換器２４には冷却水が流通する冷却配管２８が接続され、冷却配管２８には冷却水の流量を調整するための弁２９が設けられている。温度調整のため、温度計２６と制御手段２７が設けられている。温度計２６は第１のラインＬ１の第２の熱交換器２４とＥＤＩ２５との間に設けられ、ＥＤＩ２５の脱塩室４３に供給される被処理水の温度を測定する。制御手段２７は温度計２６で測定された被処理水の温度に基づき弁２９の開度を制御し、ＥＤＩ２５の脱塩室４３に供給される被処理水の温度を１０〜２３℃、好ましくは１５〜２３℃の範囲に調整する。このようにして、制御手段２７は第２の熱交換器２４の作動を制御する。制御手段２７は超純水製造システム１の制御用コンピュータ（図示せず）に組み込まれたソフトウエアによって実現することができる。熱交換方式はこれに限らず、空冷式など他の方式であってもよく、被処理水の温度を１０〜２３℃、好ましくは１５〜２３℃の範囲に調整する任意の熱交換手段を用いることができる。前処理水の温度が低温の場合やろ過水ポンプ５の圧力に余裕がある場合、被処理水の第１のＲＯ装置２２Ａの入口温度を２５℃未満とすることもある。この場合、第２の熱交換器２４は被処理水を加温することもあり得る。温度計２６は被処理水ラインＬ４、処理水ラインＬ５、濃縮水ラインＬ６の入口側か出口側，電極水ラインＬ７の入口側か出口側のいずれかに設けることもできる。温度計２６は設置されるラインに応じて被処理水、処理水、濃縮水または電極水の温度を測定する。被処理水と処理水の温度には相関関係があり、濃縮水と電極水の温度も被処理水の温度と相関関係がある。従って、温度計２６をこれらのラインＬ４〜Ｌ７のいずれに設置しても、ＥＤＩ２５の被処理水の温度を制御することが可能である。一例として、以下に述べる実施例４（図２（ａ）に示す構成）において、被処理水の温度が２４．９℃のとき、処理水の温度は２５．４℃、濃縮水（出口側）の温度は２５．１℃、電極水（出口側）の温度は２６．４℃であった。

実施例で詳細に説明するように、被処理水の温度の低下に伴いＥＤＩ２５のホウ素除去率は単調増加する。従って、ホウ素除去率の観点からみれば被処理水の温度は低いほうが好ましい。一方、サブシステム３における被処理水の温度は熱交換器３１により、ユースポイントで所定の範囲になるように調整される必要がある。サブシステム３に供給される被処理水の温度が低すぎると、サブシステム３において被処理水を加温するために、余分なエネルギーを消費することになる。従って、ＥＤＩ２５の脱塩室４３に供給される被処理水の温度の下限は１０℃程度とするのが好ましい。なお、本実施形態では水処理システム２（第２の熱交換器２４）において、被処理水の冷却のためのエネルギー（例えば、冷水を製造するための電気エネルギー）が必要となるが、通常、被処理水はサブシステム３の第２のラインＬ２と再循環ラインＬ３で構成される循環ラインを循環する際に、純水ポンプ７からの入熱などによって昇温する。そのため、第２の熱交換器２４で被処理水を冷却することは、第３の熱交換器３１の負荷が低下することになり、第２の熱交換器２４を設けることは、超純水製造システム１全体でみれば大きなエネルギーの増加を招くことはない。

実施例で詳細に説明するように、第１及び第２の濃縮室４２，４４にイオン交換樹脂を充填することによって、被処理水の温度や導電率によらず、陽極・陰極間の電圧をほぼ一定とすることができる。従って、低い導電率の被処理水を冷却することでＥＤＩ２５の消費エネルギーを増加させないためには、第１及び第２の濃縮室４２，４４にイオン交換樹脂を充填することが好ましい。被処理水の導電率は、本実施形態のようにＲＯ装置を二段直列で配置することで、概ね５μＳ／ｃｍ以下になる。

第１の膜脱気装置２３は第２の熱交換器２４の前段に設けられている。第１の膜脱気装置２３は主に溶存二酸化炭素や溶存酸素の除去を目的とするものであるが、被処理水の温度が低下すると気体の溶解度が増加し、脱気性能が低下する可能性がある。このため、第１の膜脱気装置２３には第２の熱交換器２４で冷却されていない被処理水が供給される。

ＥＤＩ２５は１次純水を貯蔵するサブタンク６に接続されている。ＥＤＩ２５で処理された水（１次純水）はサブタンク６に貯蔵され、純水ポンプ７によってサブシステム３に供給される。サブシステム３には、被処理水の流通する第２のラインＬ２に沿って、被処理水の流通する方向に、上流側から下流側に、第３の熱交換器３１と、ＵＶ酸化装置３２と、カートリッジポリッシャ３３と、第２の膜脱気装置３４と、限外ろ過膜装置３５と、が直列に配置されている。サブシステム３で製造された２次純水はユースポイント８に供給される。ユースポイント８で使用されなかった２次純水は再循環ラインＬ３によってサブシステム３に戻される。再循環ラインＬ３はサブタンク６に接続されている。

前述したとおり、被処理水は、第２のラインＬ２と再循環ラインＬ３で構成される循環ラインを循環する際に、純水ポンプ７からの入熱などによって温度が変動する。このため、被処理水は第３の熱交換器３１で温度調整される。次に、被処理水はＵＶ酸化装置３２で紫外線を照射される。紫外線照射によって発生したＯＨラジカルによって、被処理水中に含まれるＴＯＣが二酸化炭素や有機酸に分解される。被処理水はさらにカートリッジポリッシャ３３に送られ、イオン成分を除去される。カートリッジポリッシャ３３は、イオン交換樹脂がボンベに充填された非再生型のイオン交換装置である。カートリッジポリッシャ３３を通過した被処理水は第２の膜脱気装置３４に送られ、溶存酸素が除去される。さらに、被処理水に含まれる微粒子が限外ろ過装置で除去され、２次純水が製造される。このようにして製造された２次純水はユースポイント８に送られる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る超純水製造システム１の概略構成図である。ここでは主に第１の実施形態との差異を説明する。説明を省略した構成は第１の実施形態と同様である。本実施形態では２台のＥＤＩが直列に配置されており、前段のＥＤＩが第１の実施形態に対して追加されている。後段のＥＤＩは第１の実施形態のＥＤＩ２５と同じであってもよいし、異なっていてもよい。以下の説明では前段のＥＤＩを第１のＥＤＩ２５Ａといい、第１のＥＤＩ２５Ａの後段に設けられたＥＤＩを第２のＥＤＩ２５Ｂという。第２のＥＤＩ２５Ｂの被処理水は第１のＥＤＩ２５Ａの処理水になる。２台のＥＤＩを直列に配置することで１次純水の水質をさらに改善することができる。第１のＥＤＩ２５Ａの処理水の導電率は０．０５５〜０．１０μＳ／ｃｍ（比抵抗で１０．０〜１８．２ＭΩ・cm程度）、ホウ素濃度は１０〜１００ｐｐｔ程度まで低減される。第２の熱交換器２４は第１のＥＤＩ２５Ａと第２のＥＤＩ２５Ｂとの間に位置している。後段に熱交換器を設置することで、処理すべき流量を低減し熱交換器を小型化できる。加えて、後述するとおり、シリカは水温が低下すると除去率が低くなることが想定される。ＥＤＩでは、ホウ素よりもシリカの除去率が高いため、前段の第１のＥＤＩ２５Ａである程度のシリカを除去した後、水温を下げることが好ましい。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る超純水製造システム１の概略構成図である。ここでは主に第１の実施形態との差異を説明する。説明を省略した構成は第１の実施形態と同様である。本実施形態では第２の熱交換器２４は第１のＲＯ装置２２Ａと第２のＲＯ装置２２Ｂとの間に設けられている。前述のように、第１の膜脱気装置２３は、冷却されていない被処理水を処理することで脱気効率が向上するため、第１のＲＯ装置２２Ａと第２の熱交換器２４との間に設けられている。

ＲＯ装置のホウ素除去率は被処理水が低温であるときに向上する。一方、ＲＯ装置の１次側（入口側）ではイオンが濃縮されている。このため、低温の被処理水をＲＯ装置に供給すると、ＲＯ装置の１次側で各イオン種の溶解度が低下し、イオンが析出する可能性がある。特に、イオン濃度の高い第１のＲＯ装置２２Ａの１次側でこの傾向が高い。これに対して、第２のＲＯ装置２２Ｂの１次側ではイオン成分の濃度が低下しているため、イオンが析出する可能性は小さい。第１のＲＯ装置２２Ａに相対的に高温の被処理水を供給することでイオンの析出の可能性を抑え、第２のＲＯ装置２２Ｂに相対的に低温の被処理水を供給することでホウ素除去率を高めることができる。

（変形例）
第２の熱交換器２４は、被処理水ラインＬ４の濃縮水ラインＬ６及び電極水ラインＬ７の分岐部の下流側に設けられているが、これ以外の位置に設けることができる。図５（ａ）に示すように、第２の熱交換器２４は、被処理水ラインＬ４の上記分岐部の上流側（図中Ａ部）や、濃縮水ラインＬ６（図中Ｂ部）に設けることができる。濃縮水及び電極水としてＥＤＩの処理水を利用する構成の場合、図５（ｂ）に示すように、第２の熱交換器２４は被処理水ラインＬ４の他、濃縮水ラインＬ６（図中Ａ部）に設けることができる。これらの例のように、濃縮水ラインＬ６に第２の熱交換器２４を設けた場合、濃縮水の温度が低下する。これによって、濃縮室４２，４４から脱塩室４３への濃度拡散が生じにくくなり、ホウ素除去効率が向上する。濃縮室４２，４４に供給される濃縮水の温度は被処理水と同様、概ね１０〜２３℃、好ましくは１５〜２３℃の範囲に調整される。図５（ｃ）に示すように、第２の熱交換器２４はろ過水タンク４の上流の前処理水供給ラインＬ８（図中Ａ部）に設けてもよい。あるいは、ろ過水タンク４に第２の熱交換器２４（図中Ｂ部）を設けた循環ラインＬ９を接続し、ろ過水タンク４に貯蔵されているろ過水（前処理水）を直接冷却してもよい。なお、図５では濃縮室４２，４４と電極室４１，４５をそれぞれ一つの部屋で示している。

（実施例）
図２に示すＥＤＩ２５（以下、単にＥＤＩという）を用いていくつかの試験を行った。各試験の概要を表１に示す。

実施例１ではＥＤＩに供給される被処理水の温度を変えてＥＤＩのホウ素除去率を求めた。図６に結果を示す。ホウ素除去率は水温の低下とともに上昇した。特に２３℃で急激にホウ素除去率が上昇しており、水温が２３℃以下では８５％以上のホウ素除去率が得られた。図６に示す近似直線によれば、水温が２２℃のときのホウ素除去率は８８．５％であり、水温が２１℃のときのホウ素除去率は８９．４％である。また、水温が３０℃のときのホウ素除去率は７２．８％であり、水温が２９℃のときのホウ素除去率は７３．９％である。これより、水温を１℃低下させることにより、ホウ素除去率が約１％上昇することがわかる。よって、ＥＤＩに供給される被処理水を、冷却後の水温が冷却前の水温より１℃以上低下するように冷却することがより好ましい。上述の変形例で説明したように第１及び第２の濃縮室４２，４４に供給される濃縮水を冷却する場合も、第１及び第２の濃縮室４２，４４に供給される濃縮水を水温が１℃以上低下するように冷却することで同様の効果が得られる。

次に、第１及び第２の濃縮室４２，４４（以下、単に濃縮室という）へのイオン交換樹脂の充填の有無と、陽極・陰極間の電圧との関係を求めた。図７に結果を示す。実施例２は、濃縮室にアニオン交換樹脂が充填されていないことを除き実施例１と同じである。実施例２ではＥＤＩに供給される被処理水の温度が低下すると電圧が上昇する。つまり、ホウ素除去効率を高めるためにＥＤＩに供給される被処理水の温度を下げると、エネルギー消費が増加する。これに対して実施例１では、ＥＤＩに供給される被処理水の温度によらず電圧は一定である。ホウ素除去効率を高めるためにＥＤＩに供給される被処理水の温度を下げても、エネルギー消費の増加を招かない。電圧の大きさも実施例１のほうが低く、実施例１は実施例２と比べエネルギー消費が少ない。従って、エネルギー効率の観点からは濃縮室にイオン交換樹脂を充填するほうが有利である。

次に、被処理水の導電率と、濃縮室へのイオン交換樹脂の充填の有無と、陽極・陰極間の電圧との関係を求めた。図８に結果を示す。実施例３は実施例３−１と実施例３−２とからなり、実施例３−１では実施例１と同様、濃縮室にアニオン交換樹脂を充填しており、実施例３−２では実施例２と同様、濃縮室にイオン交換樹脂を充填していない。実施例３−１，３−２では、被処理水として、２段ＲＯ透過水（導電率低）と、２段ＲＯ透過水にＮａＣｌを添加したもの（導電率高）を用いた。実施例３−１（図８（ａ））では、被処理水の導電率及びＥＤＩに供給される被処理水の温度に拘わらず、電圧は低く抑えられている。実施例３−２（図８（ｂ））は概ね実施例２と同様の結果が得られたが、導電率が低い被処理水では導電率が高い被処理水と比べて電圧が増加する傾向がみられる。つまり、ホウ素含有率の低い超純水を高いエネルギー効率で製造するためには、濃縮室にイオン交換樹脂を充填するほうが有利である。

実施例１〜３では単一の脱塩室４３に樹脂を混床充填しているが、他の脱塩室４３の構成及び他の樹脂充填方法でも同様の効果が得られることを確認するため、実施例４，５を行った。実施例４の脱塩室４３の構成と樹脂充填方法は図２（ａ）に示す通りである。脱塩室４３は２つの小脱塩室に区分され、一方にアニオン交換樹脂が、他方にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が充填されている。実施例５の脱塩室４３の構成と樹脂の充填方法は図２（ｂ）に示す通りである。脱塩室４３は２つの小脱塩室に区分され、一方にアニオン交換樹脂が、他方にカチオン交換樹脂が充填されている。実施例１と同様、ＥＤＩに供給される被処理水の温度を変えてＥＤＩのホウ素除去率を求めた。図９に実施例４の結果を，図１０に実施例５の結果を示す。ホウ素除去率は水温の低下とともに上昇しており、実施例１と同様の結果が得られた。実施例４では水温が１９．７℃のときのホウ素除去率が９９．７％となっている。これより、ＥＤＩの脱塩室に供給される被処理水の温度は、概ね１０〜１９．７℃、好ましくは１５〜１９．７℃の範囲に調整することがさらに望ましい。実施例５ではシリカ除去率も併せて求めた。シリカ除去率は水温の低下とともに低下しており、ホウ素除去率と逆の傾向を示す。シリカの影響を抑制するためには被処理水に含まれるシリカ濃度は低いほうがよく、例えば１００ｐｐｂ以下とすることが好ましい。

１ 超純水製造システム
２ 水処理システム
３ サブシステム
８ ユースポイント
２２Ａ 第１のＲＯ装置（第１の逆浸透膜装置）
２２Ｂ 第２のＲＯ装置（第２の逆浸透膜装置）
２３ 第１の膜脱気装置
２４ 熱交換手段（第２の熱交換器）
２５ ＥＤＩ（電気再生式脱イオン水製造装置）
２５Ａ 第１のＥＤＩ（第１の電気再生式脱イオン水製造装置）
２５Ｂ 第２のＥＤＩ（第２の電気再生式脱イオン水製造装置）
２６ 温度計
２７ 制御手段
４１ 陽極室（電極室）
４２ 第１の濃縮室
４３ 脱塩室
４３Ａ 第１の小脱塩室
４３Ｂ 第２の小脱塩室
４４ 第２の濃縮室
４５ 陰極室（電極室）
Ｌ１ 第１のライン
Ｌ２ 第２のライン
Ｌ３ 再循環ライン

Claims (18)

1. ホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室と濃縮水が流通する濃縮室とを備える電気再生式脱イオン水製造装置と、
   前記脱塩室に供給される被処理水または前記濃縮室に供給される濃縮水を冷却する冷却手段と、
   前記被処理水、前記電気再生式脱イオン水製造装置の処理水または前記濃縮水の温度に基づき、前記脱塩室に供給される前記被処理水または前記濃縮室に供給される前記濃縮水の温度を１０〜２３℃の範囲に調整するように前記冷却手段を制御する制御手段と、を有する水処理システム。
2. 前記冷却手段は前記被処理水または濃縮水を１℃以上冷却する、請求項１に記載の水処理システム。
3. ホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室と、濃縮水が流通する濃縮室と、電極水が流通する電極室とを備える電気再生式脱イオン水製造装置と、
   前記被処理水または前記濃縮室に供給される前記濃縮水の温度を調整する冷却手段と、
   前記被処理水、前記電気再生式脱イオン水製造装置の処理水、前記濃縮水または前記電極水の温度に基づき、前記脱塩室に供給される前記被処理水または前記濃縮室に供給される前記濃縮水の温度を１０〜２３℃の範囲に調整するように前記冷却手段を制御する制御手段と、を有する水処理システム。
4. 前記電気再生式脱イオン水製造装置に接続され、前記被処理水が流れる被処理水ラインと、
   前記電気再生式脱イオン水製造装置に接続され、前記処理水が流れる処理水ラインと、
   前記電気再生式脱イオン水製造装置に接続され、前記濃縮水が流れる濃縮水ラインと、
   前記電気再生式脱イオン水製造装置に接続され、前記電極水が流れる電極水ラインと、
   前記被処理水ラインと、前記処理水ラインと、前記濃縮水ラインと、前記電極水ライン
   のいずれかに設けられ、前記被処理水、前記処理水、前記濃縮水または前記電極水の温度を測定する温度計を有する、請求項３に記載の水処理システム。
5. 前記温度計は前記冷却手段と前記電気再生式脱イオン水製造装置との間に設けられ、前記被処理水の前記温度を測定する、請求項４に記載の水処理システム。
6. 前記電気再生式脱イオン水製造装置の前段に設けられた逆浸透膜装置を有し、前記冷却手段は前記逆浸透膜装置と前記電気再生式脱イオン水製造装置との間に位置する、請求項１から５のいずれか１項に記載の水処理システム。
7. 前記逆浸透膜装置は第１の逆浸透膜装置であり、前記第１の逆浸透膜装置の後段且つ前記電気再生式脱イオン水製造装置の前段に設けられた第２の逆浸透膜装置をさらに有し、前記冷却手段は前記第１の逆浸透膜装置と前記第２の逆浸透膜装置との間に位置する、請求項６に記載の水処理システム。
8. 前記逆浸透膜装置と前記電気再生式脱イオン水製造装置との間に設けられた膜脱気装置を有し、前記冷却手段は前記膜脱気装置と前記電気再生式脱イオン水製造装置との間に位置する、請求項６に記載の水処理システム。
9. 前記逆浸透膜装置は第１の逆浸透膜装置であり、前記第１の逆浸透膜装置の後段に設けられた第２の逆浸透膜装置と、前記第２の逆浸透膜装置の後段且つ前記電気再生式脱イオン水製造装置の前段に設けられた膜脱気装置とをさらに有し、前記冷却手段は前記膜脱気装置と前記電気再生式脱イオン水製造装置との間に位置する、請求項６に記載の水処理システム。
10. 前記逆浸透膜装置は第１の逆浸透膜装置であり、前記第１の逆浸透膜装置の後段に設けられた膜脱気装置と、前記膜脱気装置の後段且つ前記電気再生式脱イオン水製造装置の前段に設けられた第２の逆浸透膜装置とをさらに有し、前記冷却手段は前記第２の逆浸透膜装置と前記電気再生式脱イオン水製造装置との間に位置する、請求項６に記載の水処理システム。
11. 前記電気再生式脱イオン水製造装置は第２の電気再生式脱イオン水製造装置であり、前記第２の電気再生式脱イオン水製造装置の前段に設けられた第１の電気再生式脱イオン水製造装置をさらに有し、前記冷却手段は前記第１の電気再生式脱イオン水製造装置と前記第２の電気再生式脱イオン水製造装置との間に位置する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の水処理システム。
12. 前記被処理水に含まれるホウ素の濃度は１０ｐｐｔ以上である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の水処理システム。
13. 前記濃縮室にはイオン交換体が充填されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載の水処理システム。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の水処理システムと、
    前記水処理システムの後段に位置し、前記水処理システムから供給される処理水を被処理水としてさらに処理してユースポイントに供給するサブシステムと、
    前記ユースポイントで使用されなかった処理水を前記サブシステムに戻す再循環ラインと、を有する超純水製造システム。
15. ホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室と濃縮水が流通する濃縮室とを備える電気再生式脱イオン水製造装置において、前記被処理水または前記濃縮室に供給される前記濃縮水を冷却手段で冷却することと、
    冷却された前記被処理水または前記濃縮水を電気再生式脱イオン水製造装置に供給し、前記脱塩室で前記被処理水を脱塩することと、を有し、
    前記被処理水、前記電気再生式脱イオン水製造装置の処理水または前記濃縮水の温度に基づき、前記脱塩室に供給される前記被処理水または前記濃縮室に供給される前記濃縮水の温度が１０〜２３℃の範囲に調整される水処理方法。
16. ホウ素を含む被処理水を脱塩する脱塩室と濃縮水が流通する濃縮室と電極水が流通する電極室とを備える電気再生式脱イオン水製造装置において、前記被処理水または前記濃縮室に供給される前記濃縮水の温度を冷却手段で調整することを有し、
    前記被処理水、前記電気再生式脱イオン水製造装置の処理水、前記濃縮水または前記電極水の温度に基づき、前記脱塩室に供給される前記被処理水または前記濃縮室に供給される前記濃縮水の温度が１０〜２３℃の範囲に調整される水処理方法。
17. 前記被処理水に含まれるホウ素の濃度は１０ｐｐｔ以上である、請求項１５または１６に記載の水処理方法。
18. 前記脱塩室に供給される被処理水の導電率が５μＳ／ｃｍ以下である、請求項１５から１７のいずれか１項に記載の水処理方法。

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