JP7200014B2 - 純水製造装置および純水の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、純水の製造装置及び純水の製造方法に関する。
半導体装置の製造工程や液晶装置の製造工程における洗浄水等の用途として、有機物、イオン成分、微粒子、細菌等が高度に除去された超純水が使用されている。超純水製造装置は、一次純水系（純水製造装置）とサブシステムで構成される。純水製造装置としては、逆浸透膜（ＲＯ）装置と電気再生式脱イオン（ＥＤＩ）装置を組み合わせたもの（ＲＯ－ＥＤＩシステム）が広く用いられている。そして、純水製造用のＲＯとして、超低圧～低圧型逆浸透膜が使用されることが多い。
一方、半導体の線幅微細化に伴い、洗浄用として用いられる純水、超純水の要求水質が高まってきており、例えば、微量の不純物としてホウ素の低減が求められている。このため、ホウ素濃度を低減することを目的として、従来海水の淡水化用途で用いられるような高圧型逆浸透膜とイオン交換装置を組み合わせた方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
また、ＲＯ装置の透過水の水質を向上させるため、複数段の低圧型ＲＯ装置を用い、１段目のＲＯ装置の透過水を２段目以降のＲＯ装置で処理し、得られた透過水をＥＤＩ装置に供給することが提案されている（特許文献３）。この場合、２段目以降のＲＯ装置から排出される濃縮水中の不純物の濃度は、１段目のＲＯ装置に供給される給水（被処理水）の不純物濃度と比較して低いため、２段目のＲＯ装置からの濃縮水を被処理水に戻す（混合する）ことにより、被処理水を希釈しつつ、システム全体の水回収率を高めることが可能となる。また、同様の理由で、ＥＤＩ装置から排出される濃縮水も被処理水に戻されることとなる。
さらに、水回収率を上げるために、１段目のＲＯ装置の濃縮水を被処理水として第３のＲＯ装置に通水し、得られた透過水を被処理水に戻すことも行われている。
一方、半導体の線幅微細化に伴い、洗浄用として用いられる純水、超純水の要求水質が高まってきており、例えば、微量の不純物としてホウ素の低減が求められている。このため、ホウ素濃度を低減することを目的として、従来海水の淡水化用途で用いられるような高圧型逆浸透膜とイオン交換装置を組み合わせた方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
また、ＲＯ装置の透過水の水質を向上させるため、複数段の低圧型ＲＯ装置を用い、１段目のＲＯ装置の透過水を２段目以降のＲＯ装置で処理し、得られた透過水をＥＤＩ装置に供給することが提案されている（特許文献３）。この場合、２段目以降のＲＯ装置から排出される濃縮水中の不純物の濃度は、１段目のＲＯ装置に供給される給水（被処理水）の不純物濃度と比較して低いため、２段目のＲＯ装置からの濃縮水を被処理水に戻す（混合する）ことにより、被処理水を希釈しつつ、システム全体の水回収率を高めることが可能となる。また、同様の理由で、ＥＤＩ装置から排出される濃縮水も被処理水に戻されることとなる。
さらに、水回収率を上げるために、１段目のＲＯ装置の濃縮水を被処理水として第３のＲＯ装置に通水し、得られた透過水を被処理水に戻すことも行われている。
ここで、ホウ素除去を目的とする場合、２段目のＲＯ装置として、１段目のＲＯ装置よりホウ素除去性能の高い高圧型ＲＯ装置を使用することが考えられる。低圧型ＲＯはホウ素の除去率が低く、１段目のＲＯ装置が低圧型ＲＯの場合、１段目のＲＯ装置で除去し切れなかったホウ素が２段目のＲＯ装置で濃縮され、濃縮水のホウ素濃度が被処理水より高くなってしまうケースが懸念される。被処理水よりも不純物濃度が高い水を被処理水に戻すと、被処理水に濃縮効果が働き、系内の不純物濃度が徐々に増加し、ＲＯ－ＥＤＩシステムの処理水質が低下するという問題が生じる。
本発明者らは、純水製造装置に関し、複数段ＲＯ－ＥＤＩシステムにおいて、２段目以降の少なくとも１段を高圧型ＲＯにして、高圧型ＲＯの濃縮水をさらにＲＯ処理した透過水を被処理水に戻すことにより上記課題を解決することを見出した。
すなわち、本発明は、被処理水が供給される第１の逆浸透膜装置と、前記第１の逆浸透膜装置からの透過水が供給される第２の逆浸透膜装置と、前記第２の逆浸透膜装置からの透過水が供給される電気再生式脱イオン装置と、前記第１の逆浸透膜装置からの濃縮水が供給されるブラインタンクと、前記ブラインタンクに接続する第３の逆浸透膜装置と、を備え、前記第２の逆浸透膜装置が高圧型逆浸透膜装置であって、前記ブラインタンクには、前記第２の逆浸透膜装置からの濃縮水および前記電気再生式脱イオン装置からの濃縮水からなる群より選択される少なくとも１種の濃縮水が供給され、前記第３の逆浸透膜装置からの透過水が、前記被処理水に供給される、純水製造装置である。
すなわち、本発明は、被処理水が供給される第１の逆浸透膜装置と、前記第１の逆浸透膜装置からの透過水が供給される第２の逆浸透膜装置と、前記第２の逆浸透膜装置からの透過水が供給される電気再生式脱イオン装置と、前記第１の逆浸透膜装置からの濃縮水が供給されるブラインタンクと、前記ブラインタンクに接続する第３の逆浸透膜装置と、を備え、前記第２の逆浸透膜装置が高圧型逆浸透膜装置であって、前記ブラインタンクには、前記第２の逆浸透膜装置からの濃縮水および前記電気再生式脱イオン装置からの濃縮水からなる群より選択される少なくとも１種の濃縮水が供給され、前記第３の逆浸透膜装置からの透過水が、前記被処理水に供給される、純水製造装置である。
また、本発明は、（ａ）被処理水を第１の逆浸透膜装置に供給するステップと、（ｂ）前記第１の逆浸透膜装置からの透過水を第２の逆浸透膜装置に供給するステップと、（ｃ）前記第２の逆浸透膜装置からの透過水を電気再生式脱イオン装置に供給するステップと、（ｄ）前記第１の逆浸透膜装置からの濃縮水をブラインタンクに供給するステップと、（ｅ）前記第２の逆浸透膜装置からの濃縮水および前記電気再生式脱イオン装置からの濃縮水からなる群より選択される少なくとも１種の濃縮水をブラインタンクに供給するステップと、（ｆ）前記ブラインタンクの濃縮水を第３の逆浸透膜装置に供給するステップと、（ｇ）前記第３の逆浸透膜装置からの透過水を被処理水に供給するステップと、（ｈ）前記電気再生式脱イオン装置からの処理水を純水として取り出すステップと、を備え、前記第２の逆浸透膜装置が高圧型逆浸透膜装置である、純水の製造方法である。
複数段ＲＯ－ＥＤＩシステムを有する純水製造装置において、水回収率を下げることなく、ホウ素が低減できる純水を製造することが可能となる。
まず、本発明に係る純水製造装置における第一の実施態様ついて、図１を参照しながら説明する。図１において、被処理水８が被処理水タンク１０から、不図示のポンプによって第１の逆浸透膜装置１４に供給され、第１の逆浸透膜装置１４からその透過水１５が不図示のポンプによって第２の逆浸透膜装置１６に供給され、さらに第２の逆浸透膜装置１６からの透過水１７が不図示のポンプによって電気再生式脱イオン装置（ＥＤＩ）２０に供給されるように互いに接続されている。そして、第１の逆浸透膜装置１４からの濃縮水１９、第２の逆浸透膜装置１６の濃縮水２１およびＥＤＩ２０のから濃縮水２４はブラインタンク１２に供給され、ブラインタンク１２からこれら濃縮水が、不図示のポンプによって第３の逆浸透膜装置１８に供給される。また、第３の逆浸透膜装置１８からの透過水２３は被処理水タンク１０に回収され、濃縮水２６はブローとして排出される。第１の逆浸透膜装置１４として超低圧～低圧型の逆浸透膜装置が、第２の逆浸透膜装置１６として高圧型の逆浸透膜装置が用いられる。
本発明に係る純水製造装置の第一の実施態様は、上記のように構成されており、以下、その作用について説明する。
被処理水タンク１０に供給された被処理水８は、低圧型～超低圧型の第１の逆浸透膜装置１４に供給され、その透過水１５が高圧型の第２の逆浸透膜装置１６に供給され、さらにその透過水１７がＥＤＩ２０に供給されて、最終的に処理水２２が純水として製造される。低圧型～超低圧型ＲＯは、ホウ素や尿素の除去率が低いため、第１の逆浸透膜装置１４の透過水にはホウ素や尿素が含まれる。一方、高圧型ＲＯは低圧型～超低圧型ＲＯに比べホウ素や尿素の除去率が高いため、第２の逆浸透膜装置ではホウ素や尿素を効果的に除去される。第１の逆浸透膜装置１４からの濃縮水１９、第２の逆浸透膜装置１６からの濃縮水２１およびＥＤＩ２０からの濃縮水２４は、ブラインタンク１２に供給される。そして、これらの濃縮水は、第３の逆浸透膜装置１８に供給され、その透過水２３が被処理水タンク１０に回収されることとなる。ここで、第２の逆浸透膜装置１６からの濃縮水２１およびＥＤＩ２０からの濃縮水２４は、第１の逆浸透膜装置１４からの濃縮水１９に比べその不純物の濃度が低いため、ブラインタンク１２において、第１の逆浸透膜装置１４からの濃縮水１９を希釈することができる。
被処理水タンク１０に供給された被処理水８は、低圧型～超低圧型の第１の逆浸透膜装置１４に供給され、その透過水１５が高圧型の第２の逆浸透膜装置１６に供給され、さらにその透過水１７がＥＤＩ２０に供給されて、最終的に処理水２２が純水として製造される。低圧型～超低圧型ＲＯは、ホウ素や尿素の除去率が低いため、第１の逆浸透膜装置１４の透過水にはホウ素や尿素が含まれる。一方、高圧型ＲＯは低圧型～超低圧型ＲＯに比べホウ素や尿素の除去率が高いため、第２の逆浸透膜装置ではホウ素や尿素を効果的に除去される。第１の逆浸透膜装置１４からの濃縮水１９、第２の逆浸透膜装置１６からの濃縮水２１およびＥＤＩ２０からの濃縮水２４は、ブラインタンク１２に供給される。そして、これらの濃縮水は、第３の逆浸透膜装置１８に供給され、その透過水２３が被処理水タンク１０に回収されることとなる。ここで、第２の逆浸透膜装置１６からの濃縮水２１およびＥＤＩ２０からの濃縮水２４は、第１の逆浸透膜装置１４からの濃縮水１９に比べその不純物の濃度が低いため、ブラインタンク１２において、第１の逆浸透膜装置１４からの濃縮水１９を希釈することができる。
本発明で用いる低圧型逆浸透装置に使用される膜は、比較的低い圧力で運転が可能である低圧膜、超低圧膜が好適に使用される。低圧膜、超低圧膜としては、有効圧力１ＭＰａ、水温２５℃における純水の透過流束が０．６５～１．８ｍ／ｄ、好ましくは０．６５～１．０ｍ／ｄのものを使用することができる。
ここで、透過流束は、透過水量を逆浸透膜面積で割ったものである。「有効圧力」とは、ＪＩＳ Ｋ３８０２：２０１５「膜用語」に記載の、平均操作圧から浸透圧差及び２次側圧を差し引いた、膜に働く有効な圧である。なお、平均操作圧は、逆浸透膜の１次側における膜供給水の圧力（運転圧力）と濃縮水の圧力（濃縮水出口圧力）の平均値であり、以下の式により表される。
平均操作圧＝（運転圧力＋濃縮水出口圧力）／２
有効圧力１ＭＰａあたりの透過流束は、膜メーカーのカタログに記載の情報、例えば、透過水量、膜面積、評価時の回収率、ＮａＣｌ濃度等から計算することができる。また、１つ又は複数の圧力容器に同一の透過流束である逆浸透膜が複数本装填されている場合、圧力容器の平均操作圧／２次側圧力、被処理水水質、透過水量、膜本数等の情報より、装填された膜の透過流束を計算することができる。
平均操作圧＝（運転圧力＋濃縮水出口圧力）／２
有効圧力１ＭＰａあたりの透過流束は、膜メーカーのカタログに記載の情報、例えば、透過水量、膜面積、評価時の回収率、ＮａＣｌ濃度等から計算することができる。また、１つ又は複数の圧力容器に同一の透過流束である逆浸透膜が複数本装填されている場合、圧力容器の平均操作圧／２次側圧力、被処理水水質、透過水量、膜本数等の情報より、装填された膜の透過流束を計算することができる。
低圧～超低圧型逆浸透膜として、例えば、ＮＩＴＴＯ製ＥＳシリーズ（ＥＳ１５－Ｄ８、ＥＳ２０－Ｕ８商品名）、ＨＹＤＲＡＮＡＵＴＩＣＳ製ＥＳＰＡシリーズ（ＥＳＰＡＢ、ＥＳＰＡ２、ＥＳＰＡ２－ＬＤ－ＭＡＸ商品名）、ＣＰＡシリーズ（ＣＰＡ５‐ＭＡＸ、ＣＰＡ７－ＬＤ商品名）、東レ製ＴＭＧシリーズ（ＴＭＧ２０‐４００、ＴＭＧ２０Ｄ－４４０商品名）、ＴＭ７００シリーズ（ＴＭ７２０－４４０、ＴＭ７２０Ｄ－４４０商品名）、ダウケミカル社製ＢＷシリーズ（ＢＷ３０ＨＲ、ＢＷ３０ＸＦＲ－４００／３４ｉ）、ＳＧシリーズ（ＳＧ３０ＬＥ－４４０、ＳＧ３０－４００）、ＦＯＲＴＩＬＩＦＥ ＣＲ１００などが挙げられる。
本発明において、第２の逆浸透膜装置は、高圧型のものが用いられる。高圧型逆浸透膜装置は、従来海水淡水化用として開発されたものであるが、塩濃度の低い被処理水に対しては、より低い運転圧力によって、効率的なイオンやＴＯＣ等の除去が可能となる。例えば、超低圧~低圧型逆浸透膜装置２段分の処理能力を、高圧型逆浸透膜装置であれば１段で実現することも可能である。このような逆浸透膜装置を用いることで、超低圧～低圧膜では十分に除去できなかったシリカ、ホウ素、尿素、エタノール、イソプロピルアルコールといった非解離物質の除去率を飛躍的に上昇させることが可能である。また、第３の逆浸透膜装置は、低圧型あるいは高圧型のいずれであってもよいが、高圧型のものが好ましい。第３の逆浸透膜装置を高圧型逆浸透装置にすることで、第３の逆浸透膜装置からの透過水２３の水質が向上し、被処理水の希釈効果を高めることができる。結果として、ＥＤＩ処理水の向上につながることとなる。
本発明において、第２の逆浸透膜装置に用いられる「高圧型」の定義としては、おおよそ、次の性質を示すものを挙げることができる。すなわち、有効圧力１ＭＰａ、水温２５℃における純水の透過流束が０．２～０．６５ｍ／ｄのものである。高圧型逆浸透膜の有効圧力は、１．５～２．０ＭＰａであることが好ましい。有効圧力を１．５ＭＰａ以上にすることで、高圧型逆浸透膜のほう素阻止率を十分に高めることができる。また、有効圧力を２．０ＭＰａ以上にすることで、更なるホウ素阻止率向上効果が見込めるが、装置の耐久圧力を高める必要があるため、設備費用が増加する場合がある。
高圧型逆浸透膜としては、例えば、ＨＹＤＲＡＮＡＵＴＩＣＳ社製ＳＷＣシリーズ（ＳＷＣ４、ＳＷＣ５、ＳＷＣ６）（商品名）、東レ社製ＴＭ８００シリーズ（ＴＭ８２０Ｖ、ＴＭ８２０Ｍ）（商品名）、ダウケミカル社製ＳＷシリーズ（ＳＷ３０ＨＲＬＥ、ＳＷ３０ＵＬＥ）（商品名）などを挙げることができる。
次に、本発明における逆浸透膜装置について説明する。逆浸透膜装置は、逆浸透膜や流路材といった部材から構成された逆浸透膜モジュールと、それが一つ以上装填された、一つ以上の圧力容器（ベッセル）から構成される。膜モジュールが装填されたベッセルに被処理水を圧送することで、有効圧力に見合った量の透過水がベッセルから得られる。また、膜モジュールを透過せず、ベッセル内で濃縮された水は、濃縮水としてベッセルから排出される。逆浸透膜モジュールの形状に特に制限はなく、チューブラー型、スパイラル型、中空糸型モジュールを使用することができる。同一ベッセル内で複数の逆浸透膜モジュールを使用する場合は、各逆浸透膜モジュールは直列に接続される。逆浸透装置で複数本のベッセルを用いる場合、ベッセルは並列もしくは直列に設置することができる。たとえば、圧送された被処理水を、並列に設置された複数本のベッセルに供給し、各ベッセルの透過水および濃縮水を合流させて装置から排出することができる。さらに、各ベッセルから排出された濃縮水を、別のベッセルに供給する、いわゆるクリスマスツリー方式のようなベッセル構成にすることができる。
これら逆浸透膜装置のモジュール構成、ベッセル構成は、求められる透過水質、透過水量、水回収率、フットプリント等によって、適切なものを設計、選定することができる。
これら逆浸透膜装置のモジュール構成、ベッセル構成は、求められる透過水質、透過水量、水回収率、フットプリント等によって、適切なものを設計、選定することができる。
本発明で用いられる各逆浸透膜装置の水回収率は、各逆浸透膜装置の被処理水と、各逆浸透膜装置で得られる透過水の比率によって算出される。すなわち、各逆浸透膜装置の回収率＝（各逆浸透膜装置により得られる透過水量）／（各逆浸透膜装置に供給される被処理水量）である。水回収率は、被処理水水質、求められる透過水質、透過水量、水回収率、フットプリント等によって、適切なものを設計、選定することができる。これらに特に制限はないが、第１の逆浸透装置の回収率は５０～９０％、好ましくは６５～８５％、第２の逆浸透膜装置の回収率は８０～９９％、好ましくは８５～９５％、第３の逆浸透膜装置の回収率は４０～８５％、好ましくは６０～８０％である。特に第２の逆浸透膜の水回収率は、第１の逆浸透膜処理により不純物濃度が低下していることから、高い値を設定することができる。
また、第１及び第２、第３の逆浸透膜装置では、一般的な逆浸透膜装置に用いられる薬品（例えば、還元剤、ｐＨ調整剤、スケール分散剤、殺菌剤等）を用いることができる。
次に、本発明で用いられるＥＤＩについて説明する。ＥＤＩは、イオン交換膜にて区画され、イオン交換体が充填された脱塩室と、脱塩室にて脱塩されたイオンを濃縮する濃縮室と、電流を通電するための陽極と陰極を有する装置であり、電流を通電して運転することで、イオン交換体による被処理水の脱イオン化（脱塩）処理と、イオン交換体の再生処理とを同時に行う装置である。ＥＤＩに通水された被処理水は、脱塩室に充填されたイオン交換体によって脱塩され、ＥＤＩ処理水としてＥＤＩ外部に排出される。同様に、イオン類が濃縮された濃縮水は、ＥＤＩ濃縮水として外部に排出される。
ＥＤＩの回収率は、ＥＤＩに供給される被処理水量と、得られる処理水量によって算出される。すなわち、ＥＤＩ回収率＝（ＥＤＩ処理水流量）／（ＥＤＩ被処理水量）である。ＥＤＩ回収率に特に制限はないが、９０～９５％であることが好ましい。
ＲＯ－ＥＤＩシステムの回収率は、被処理水量と、ＥＤＩによって得られる処理水量の比率によって算出される。すなわち、ＲＯ－ＥＤＩシステムの回収率＝ＥＤＩ処理水量/被処理水量である。ここでの被処理水は、第３の逆浸透装置からの透過水が合流する前の流量を指す。本ＲＯ－ＥＤＩシステムの水回収率に特に制限はないが、８０～９９％、好ましくは８５～９５％である。本システムでは第２の逆浸透装置の濃縮水、ＥＤＩ濃縮水を回収しつつ、系内の濃縮がかからないため、高いシステム回収率と水回収率の両方を満足することができる。
ＥＤＩ処理水について、後処理を実施することにより、ＲＯ－ＥＤＩシステムで得られた透過水の水質をさらに向上さえることができる。後処理装置としては、ＥＤＩ処理水からのイオン除去処理、溶存気体の除去処理、ＴＯＣ成分の除去処理等を行うことができるものであればよく、特に制限はないが、例えば、再生式イオン交換装置、非再生式イオン交換装置、脱気装置、ＵＶ酸化装置、膜ろ過装置等が挙げられる。
なお、これら後処理装置は、ＲＯシステムとＥＤＩシステムの間にあってもよいし、また、第一の逆浸透膜装置と第二の逆浸透膜装置の中間にあってもよい。すなわち、第一の逆浸透膜装置の処理水や、第二の逆浸透膜装置の処理水について、後処理により水質を向上させたのち、後段のシステムに通水してもよい。例えば第一の逆浸透膜装置の透過水を脱気処理してから第二の逆浸透膜装置に通水することで、イオン成分、特にカチオン成分の阻止率を向上させることが可能である。
本発明に用いられる純水装置の被処理水としては、特に制限はないが、工水、地下水、表層水、水道水、海水、海水を逆浸透法または蒸発法等によって脱塩した海水淡水化処理水、下水、下水処理水、各種排水、例えば半導体製造工程で使用された排水、これらの混合水が挙げられる。被処理水成分として、導電率１０～１０００μＳ／ｃｍ、ＴＤＳ＝５～５００ｐｐｍ、ホウ素濃度１０ｐｐｂ～１０ｐｐｍ、尿素濃度１～１００ｐｐｂのいずれか一つ以上を満たすことが好ましい。
被処理水は、逆浸透膜装置に導入される前、前処理により、被処理水中の不純物が除去されていることが望ましい。前処理装置としては、被処理水中の懸濁物質、ＴＯＣ成分、酸化性成分、微生物、およびイオンのうち少なくとも１つを除去することができるものであればよく、特に制限はないが、例えば、凝集沈殿装置、砂ろ過装置、加圧浮上装置、膜ろ過装置、軟化装置、活性炭処理装置等が挙げられる。
本発明で得られる処理水（純水）の水質としては、特に制限はないが、比抵抗１７ＭΩ・ｃｍ以上、ホウ素濃度５０ｐｐｔ以下、シリカ濃度１００ｐｐｔ以下、ＴＯＣ濃度５ｐｐｂ以下のものを挙げることができる。好ましくは、ホウ素濃度１ｐｐｔ以下、シリカ濃度５０ｐｐｔ以下、ＴＯＣ濃度２ｐｐｂ以下である。
次に、本発明に係る第二の実施態様について、図２を参照して説明する。図２において、第一の実施態様に比べ、第２の逆浸透膜装置１６からの濃縮水がブラインタンク１２ではなく、被処理水タンク１０に回収されている。この場合、被処理水タンク内の不純物濃度が上記第一の態様に比べて高くなるが、ＥＤＩ２０からの濃縮水２４は、依然ブラインタンク１２に供給され、さらに第３の逆浸透膜装置１８で処理されてその透過水２３が被処理水タンク１０に回収されるため、全体としての被処理水の不純物濃度は、低く維持されることとなる。
次に、本発明に係る第三の実施態様について、図３を参照して説明する。図３において、第一の実施態様に比べ、ＥＤＩ２０からの濃縮水２４がブラインタンク１２ではなく、被処理水タンク１０に回収されている。この場合、第二の態様と同様に、被処理水タンク内の不純物濃度が上記第一の態様に比べて高くなるが、第２の逆浸透膜装置１６からの濃縮水は、依然ブラインタンク１２に供給され、さらに第３の逆浸透膜装置１８で処理されてその透過水２３が被処理水タンク１０に回収されるため、全体としての被処理水の不純物濃度は、低く維持されることとなる。
次に、本発明に係る第四の実施態様について、図４を参照して説明する。図４において、第一の実施態様に加え、第３の逆浸透膜装置の上流（図４では、ブラインタンク１２と第３の逆浸透膜装置１８との間）に、ｐＨ調整装置２８が備えられている。これにより、第３の逆浸透膜装置１８に供給される水のｐＨを調整することができる。調整するｐＨの値としては、状況により適宜決定することができるが、例えばｐＨ＜６．０とすることが挙げられる。ブラインタンクの水中には、カルシウムやシリカが多く含まれるため、このｐＨの範囲にすることにより、これらに由来するスケールの発生を抑えることができる。
ここで用いられるｐＨ調整剤としては、ｐＨを調整する働きを有するものであれば特に制限はないが、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等を用いることができる。
ここで用いられるｐＨ調整剤としては、ｐＨを調整する働きを有するものであれば特に制限はないが、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等を用いることができる。
次に、本発明に係る第五の実施態様について、図５を参照して説明する。図５において、第四の実施態様に加え、第１の逆浸透膜１４（被処理水タンク１０）の上流に脱炭酸装置３０が備えられている。該脱炭酸装置３０は、被処理水８が供給されると伴に、第３の逆浸透膜装置１８からの透過水２３が供給される。これにより、被処理水のＣＯ２濃度が高いときに、効率的に純水を製造することが可能となる。このとき、第３の逆浸透膜装置からの透過水２３は、ｐＨ調整装置２８によってｐＨが低くなっているため、被処理水８と混合することによりｐＨは低下する。ここで、脱炭酸はｐＨが低いほど効率がよいことが知られているので、ｐＨ調整装置２８の働きにより、さらに効率的に純水が製造できることとなる。さらに、第３の逆浸透装置の供給水には、脱炭酸装置でとりきれなかった炭酸成分が濃縮されているため、第３の逆浸透装置の透過水２３中の炭酸濃度は被処理水よりも高くなる。これを脱炭酸処理してから被処理水タンク１０に合流させることで、システム全体の炭酸濃度を低下させる効果が期待できる。脱炭酸装置としては、脱炭酸塔や脱炭酸膜が用いられる。
次に、本発明に係る第六の実施態様について、図６を参照して説明する。図６において、第五の実施態様のＥＤＩ２０に代えて、複数の電気再生式脱イオン装置３２並びに３４が直列に接続されている。そして、第２の逆浸透膜装置に直接接続する１段目の電気再生式脱イオン装置３２からの濃縮水がブラインタンク１２に供給され、２段目以降の電気再生式脱イオン装置３４からの濃縮水が、第２の逆浸透膜装置１６と１段目の電気再生式脱イオン装置３２との間に供給される。
ＥＤＩを複数段とすることにより、より効率的に純水の製造が可能となる。このとき、２段目以降の電気再生式脱イオン装置の濃縮水の不純物濃度は、１段目のＥＤＩの給水の不純物濃度よりも低いため、ブラインタンクに供給する必要はない。
ＥＤＩを複数段とすることにより、より効率的に純水の製造が可能となる。このとき、２段目以降の電気再生式脱イオン装置の濃縮水の不純物濃度は、１段目のＥＤＩの給水の不純物濃度よりも低いため、ブラインタンクに供給する必要はない。
なお、上述した本発明に係る実施態様は一例を示したものであって、本発明は上記態様に限定されるものではない。
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例及び比較例で用いた被処理水としては、以下のものを使用した。
被処理水２０ｍ３／ｈに対して、ナトリウムが２０ｐｐｍ、カルシウムが２０ｐｐｍ、炭酸水素イオンが３０ｐｐｍＣａＣＯ３、イオン状シリカが１０ｐｐｍ、ホウ素が５０ｐｐｂ、尿素が２０ｐｐｂであり、約５０ｈ運転した。
実施例及び比較例で用いた被処理水としては、以下のものを使用した。
被処理水２０ｍ３／ｈに対して、ナトリウムが２０ｐｐｍ、カルシウムが２０ｐｐｍ、炭酸水素イオンが３０ｐｐｍＣａＣＯ３、イオン状シリカが１０ｐｐｍ、ホウ素が５０ｐｐｂ、尿素が２０ｐｐｂであり、約５０ｈ運転した。
また、純水製造装置としては、以下の逆浸透膜装置およびＥＤＩを備えるものを使用し、運転時のｐＨは次のようであった。
第１の逆浸透膜装置：逆浸透膜（商品名：ＣＰＡ５－ＬＤ、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ社製）、回収率８０％、ｐＨ＝８．０。
第２の逆浸透膜装置：逆浸透膜（商品名：ＳＷ３０ＨＲＬＥ－４４０、ダウケミカル社製）、回収率９０％、ｐＨ＝８．５。
第３の逆浸透膜装置：逆浸透膜（商品名：ＳＷＣ５－ＬＤ、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ社製）、回収率７５％、ｐＨ＝６。
電気再生式脱イオン装置：（商品名：ＥＤＩ－ＸＰ、オルガノ社製）、回収率９０％。
なお、運転電流値は５Ａに設定した。
第１の逆浸透膜装置：逆浸透膜（商品名：ＣＰＡ５－ＬＤ、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ社製）、回収率８０％、ｐＨ＝８．０。
第２の逆浸透膜装置：逆浸透膜（商品名：ＳＷ３０ＨＲＬＥ－４４０、ダウケミカル社製）、回収率９０％、ｐＨ＝８．５。
第３の逆浸透膜装置：逆浸透膜（商品名：ＳＷＣ５－ＬＤ、Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ社製）、回収率７５％、ｐＨ＝６。
電気再生式脱イオン装置：（商品名：ＥＤＩ－ＸＰ、オルガノ社製）、回収率９０％。
なお、運転電流値は５Ａに設定した。
［比較例１］
図７に示す純水製造装置を用いて運転を行い、被処理水タンクの水、および第２の逆浸透膜装置からの透過水について、ホウ素及び尿素の濃度を測定した。結果を表１に示す。
図７に示す純水製造装置を用いて運転を行い、被処理水タンクの水、および第２の逆浸透膜装置からの透過水について、ホウ素及び尿素の濃度を測定した。結果を表１に示す。
［実施例１］
図１に示す本発明に係る第一の実施形態の純水製造装置を用いて運転を行い、被処理水タンクの水、および第２の逆浸透膜装置からの透過水について、ホウ素及び尿素の濃度を測定した。結果を表２に示す。
図１に示す本発明に係る第一の実施形態の純水製造装置を用いて運転を行い、被処理水タンクの水、および第２の逆浸透膜装置からの透過水について、ホウ素及び尿素の濃度を測定した。結果を表２に示す。
比較例１においては、ホウ素の濃度及び尿素の濃度の高い第２の逆浸透膜装置からの濃縮水およびＥＤＩからの濃縮水を被処理水に戻して回収しているため、被処理水タンク内の不純物濃度が上昇し、これに伴い、第２の逆浸透膜装置からの透過水の不純物濃度も上昇することとなった。
一方、実施例１においては、第２の逆浸透膜装置からの濃縮水およびＥＤＩからの濃縮水をブラインタンクに供給しており、第３の逆浸透膜装置の透過水が被処理水タンクに供給される。これにより被処理水タンク内の不純物濃度の上昇が抑えられ、水質が向上した。
一方、実施例１においては、第２の逆浸透膜装置からの濃縮水およびＥＤＩからの濃縮水をブラインタンクに供給しており、第３の逆浸透膜装置の透過水が被処理水タンクに供給される。これにより被処理水タンク内の不純物濃度の上昇が抑えられ、水質が向上した。
［実施例２～５、比較例２］
図１、４～６に示した本発明の純水製造装置（実施例２～５）及び図７に示した純水製造装置（比較例２）を用いて純水を製造し、最終的に得られた処理水２２（純水）の水質を評価した。
その結果、実施例２～５、比較例２のいずれにおいても、比抵抗は１８ＭΩ・ｃｍを超えていた。
また、ホウ素濃度は、実施例２～５のいずれも５０ｐｐｔ未満であったのに対し、比較例２では５０ｐｐｔを超えていた。
尿素濃度は、実施例２～５のいずれも１０ｐｐｂ未満であったのに対し、比較例２では１２ｐｐｂを超えていた。
図１、４～６に示した本発明の純水製造装置（実施例２～５）及び図７に示した純水製造装置（比較例２）を用いて純水を製造し、最終的に得られた処理水２２（純水）の水質を評価した。
その結果、実施例２～５、比較例２のいずれにおいても、比抵抗は１８ＭΩ・ｃｍを超えていた。
また、ホウ素濃度は、実施例２～５のいずれも５０ｐｐｔ未満であったのに対し、比較例２では５０ｐｐｔを超えていた。
尿素濃度は、実施例２～５のいずれも１０ｐｐｂ未満であったのに対し、比較例２では１２ｐｐｂを超えていた。
８ 被処理水
１０ 被処理水タンク
１２ ブラインタンク
１４ 第１の逆浸透膜装置
１５ 第１の逆浸透膜装置からの透過水
１６ 第２の逆浸透膜装置
１７ 第２の逆浸透膜装置からの透過水
１８ 第３の逆浸透膜装置
１９ 第１の逆浸透膜装置からの濃縮水
２０ 電気再生式脱イオン装置（ＥＤＩ）
２１ 第２の逆浸透膜装置からの濃縮水
２２ 処理水
２３ 第３の逆浸透膜装置からの透過水
２４ 電気再生式脱イオン装置からの濃縮水
２６ ブロー
２８ ｐＨ調整装置
３０ 脱炭酸装置
３２ １段目のＥＤＩ
３４ ２段目のＥＤＩ
１０ 被処理水タンク
１２ ブラインタンク
１４ 第１の逆浸透膜装置
１５ 第１の逆浸透膜装置からの透過水
１６ 第２の逆浸透膜装置
１７ 第２の逆浸透膜装置からの透過水
１８ 第３の逆浸透膜装置
１９ 第１の逆浸透膜装置からの濃縮水
２０ 電気再生式脱イオン装置（ＥＤＩ）
２１ 第２の逆浸透膜装置からの濃縮水
２２ 処理水
２３ 第３の逆浸透膜装置からの透過水
２４ 電気再生式脱イオン装置からの濃縮水
２６ ブロー
２８ ｐＨ調整装置
３０ 脱炭酸装置
３２ １段目のＥＤＩ
３４ ２段目のＥＤＩ
Claims (10)
- 被処理水が供給される第１の逆浸透膜装置と、
前記第１の逆浸透膜装置からの透過水が供給される第２の逆浸透膜装置と、
前記第２の逆浸透膜装置からの透過水が供給される電気再生式脱イオン装置と、
前記第１の逆浸透膜装置からの濃縮水が供給されるブラインタンクと、
前記ブラインタンクに接続する第３の逆浸透膜装置と、を備え、
前記第２の逆浸透膜装置が高圧型逆浸透膜装置であって、
前記ブラインタンクには、前記第２の逆浸透膜装置からの濃縮水および前記電気再生式脱イオン装置からの濃縮水からなる群より選択される少なくとも１種の濃縮水が供給され、
前記第３の逆浸透膜装置からの透過水が、前記被処理水に供給される、純水製造装置。 - 前記第３の逆浸透膜装置が高圧型逆浸透膜装置である、請求項１に記載の純水製造装置。
- 前記第３の逆浸透膜装置の上流にｐＨ調整装置をさらに備える、請求項１または２に記載の純水製造装置。
- 前記第１の逆浸透膜装置の上流に脱炭酸装置を備え、被処理水および前記第３の逆浸透膜装置からの透過水が前記脱炭酸装置に供給される、請求項１～３のいずれか１項に記載の純水製造装置。
- 前記電気再生式脱イオン装置が直列に接続された複数段の電気再生式脱イオン装置から構成され、前記第２の逆浸透膜装置に直接接続する１段目の電気再生式脱イオン装置からの濃縮水が前記ブラインタンクに供給され、２段目以降の電気再生式脱イオン装置からの濃縮水が、前記第２の逆浸透膜装置と前記１段目の電気再生式脱イオン装置の間に供給される、請求項１～４のいずれか１項に記載の純水製造装置。
- （ａ）被処理水を第１の逆浸透膜装置に供給するステップと、
（ｂ）前記第１の逆浸透膜装置からの透過水を第２の逆浸透膜装置に供給するステップと、
（ｃ）前記第２の逆浸透膜装置からの透過水を電気再生式脱イオン装置に供給するステップと、
（ｄ）前記第１の逆浸透膜装置からの濃縮水をブラインタンクに供給するステップと、
（ｅ）前記第２の逆浸透膜装置からの濃縮水および前記電気再生式脱イオン装置からの濃縮水からなる群より選択される少なくとも１種の濃縮水をブラインタンクに供給するステップと、
（ｆ）前記ブラインタンクの濃縮水を第３の逆浸透膜装置に供給するステップと、
（ｇ）前記第３の逆浸透膜装置からの透過水を被処理水に供給するステップと、
（ｈ）前記電気再生式脱イオン装置からの処理水を純水として取り出すステップと、
を備え、前記第２の逆浸透膜装置が高圧型逆浸透膜装置である、純水の製造方法。 - 前記第２の逆浸透膜装置および前記第３の逆浸透膜装置の少なくとも一方が、高圧型逆浸透膜装置である、請求項６に記載の純水の製造方法。
- 前記第３の逆浸透膜装置の上流でｐＨを調整するステップをさらに備える、請求項６または７に記載の純水の製造方法。
- 前記第１の逆浸透膜装置の上流に備えられた脱炭酸装置に、被処理水および前記第３の逆浸透膜装置からの透過水を供給するステップをさらに備える、請求項６～８のいずれか１項に記載の純水の製造方法。
- 前記電気再生式脱イオン装置が直列に接続された複数段の電気再生式脱イオン装置から構成され、前記第２の逆浸透膜装置に直接接続する１段目の電気再生式脱イオン装置からの濃縮水を前記ブラインタンクに供給し、２段目以降の電気再生式脱イオン装置からの濃縮水を、前記第２の逆浸透膜装置と前記１段目の電気再生式脱イオン装置の間に供給するステップをさらに備える、請求項６～９のいずれか１項に記載の純水の製造方法。
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