JPH01171689A - ２段式逆浸透膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は電子工業における半導体洗浄用水や、製薬用水
等の製造に用いられる２段式逆浸透膜装置に関するもの
である。

〈従来の技術〉 水中に含有される塩類を除く手段として、蒸留法、イオ
ン交換膜法、イオン交換法、逆浸透膜法等があるが、河
川水、湖沼水あるいは工業用水、上水等の全カチオン３
００■／　１　（Ｃａ　Ｃ０３換算）前後からそれ以下
の水質である被処理水を対象とした場合、エネルギーコ
ストが比較的安い点、および塩類とともに水中に共存す
る有機物や微粒子も同時に除去できる点で、逆浸透膜装
置が採用されるようになって来ている。

また塩類を除くとともに水中の有機物や微粒子を可及的
に除去する必要のある半導体洗浄用水や製薬用水等のい
わゆる超純水レベルの純水製造には逆浸透膜装置が不可
欠となっており、当該純水製造装置は被処理水中の塩類
の大半を逆浸透膜装置で除去し、次いでイオン交換装置
で残留する全カチオンで１ｏｐｐｍ前後ないしそれ以下
の少量の塩類を除くという、逆浸透膜装置とイオン交換
装置とを組み合わせたシステムが主流となっている。

このような逆浸透膜装置とイオン交換装置とを組み合わ
せて純水を製造するシステムにおいては、前段の逆浸透
膜装置で可及的に塩類を除去した方が後段のイオン交換
装置の負担を低減できるから、最近になって２段式逆浸
透膜装置が採用され始めている。

すなわち被処理水を第１段逆浸透膜装置に供給すること
により、全カチオンで１０ｐｐｍ前後ないしそれ以下の
一次透過水を得、また当該一次透過水をさらに第２段逆
浸透膜装置に供給することにより、全カチオンでｌｐｐ
ｍ前後ないしそれ以下の二次透過水を得、当該二次透過
水を後段のイオン交換装置の供給水とするものである。

しかしながら当該２段式逆浸透膜装置には以下の問題点
がある。

すなわち透過水回収率を可及的に大としたいために、系
外に排出する濃縮水の濃縮率が高くなる傾向となり、そ
のため被処理水中にカルシウムイオンが含まれていると
膜面に炭酸カルシウムが析出して膜面を汚染する恐れが
ある。したがってこれを回避するために、被処理水に酸
を添加してｐＨを低下させ炭酸カルシウムの析出を防止
しながら被処理水を第１段逆浸透膜装置で処理するので
ある。

しかしながら被処理水のｐＨを低下させるために酸を添
加する結果、本来ならば第１段逆浸透膜装置でその大半
を除去することができる炭酸水素イオンの一部ないし大
部分を、逆浸透膜装置ではほとんど除去することができ
ない遊離炭酸に変化させてしまう。

なお被処理水に酸を添加した後、脱炭酸塔や真空脱気塔
で被処理水中の遊離炭酸をあらかじめ除去し、この被処
理水を第１逆浸透膜装置で処理することも考えられるが
、脱炭酸塔や真空脱気塔では遊離炭酸の除去効果は不充
分であり、残留した遊離炭酸は第１逆浸透膜装置の一次
透過水に含まれることとなる。

またこの一次透過水を第２逆浸透膜装置で処理したとし
ても、当然のことながら当８亥遊離炭酸は除去すること
ができず、二次透過水中にそのまま透過し、前述したご
とく当該二次透過水をさらに混床式イオン交換装置等の
イオン交換装置で処理する場合は、アニオン交換樹脂の
負担を増大せしめる原因となる。

二次透過水の塩類濃度は、原水である被処理水の塩ｔｉ
　？Ｈ度や使用する逆浸透膜の脱塩率によって変化する
が、前述したごとく全カチオンでｌｐｐｍ前後ないしそ
れ以下であるので、少量たとえば３〜５ｐｐｍの遊離炭
酸と言えども全アニオンに対する比率はかなり大きいも
のとなり、二次透過水中の遊離炭酸の量を低下させるこ
とは重要な問題となっている。

このような２段式逆浸透膜装置において、二次透過水中
の遊離炭酸の量を低下させるべく、一次透過水に水酸化
ナトリウムや炭酸ナトリウム等のアルカリ溶液を添加す
ることによりｐＨを上昇させ、一次透過水中の遊離炭酸
を炭酸水素イオンや炭酸イオンに変え、これを第２逆浸
透膜装置で除去する方法が提案（特開昭６１−４５９１
号公報）されている。

しかしながら当該方法も以下のような欠点がある。

すなわちアルカリ剤を添加することにより、−次透過水
中の塩類が増加し、当該増加した分だけ確実に第２逆浸
透膜装置の負担が増大するという問題がある他、アルカ
リ剤が過剰であった場合は高ｐＨのため膜が劣化すると
いう問題点がある。

したがって−次透過水中にアルカリ剤を添加する場合は
、極めて厳密な制御が要求され、そのためｐＨ制御機構
が冑価となる。

〈発明が解決しようとする問題〉 本発明は従来の２段式逆浸透膜装置における上述した欠
点を解決するもので、アルカリ剤を用いることな（確実
に、かつ比較的簡単な装置で一次透過水あるいは二次透
過水中の遊離炭酸を除去し、後段のイオン交換装置の負
担を可及的に低下させることのできる２段式逆浸透膜装
置を提供することを目的とするものである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は被処理水を逆浸透膜処理することにより、一次
透過水と一次濃縮水とを得る第１逆浸透膜装置と、当該
一次透過水をさらに逆浸透膜処理することにより、二次
透過水と二次濃縮水とを得る第２逆浸透膜装置と、前記
一次透過水あるいは二次透過水中の溶存ガスを非化学的
手段で除去する溶存ガス除去装置とからなり、当該溶存
ガス除去装置は、流入水管と流出水管とをそれぞれ付設
した密閉状の貯水槽と、当該貯水槽内で変化する脱ガス
水の水位を制御する水面制御機器と、前記貯水槽内の上
方に窒素ガスを供給する装置と、前記流入水管に連通ず
るようにして貯水槽内の上方位置に配設した散水機構と
、当該散水機構の取り付け位置より下方であって、かつ
前記水面制御機器で設定した高レベル水位より上方の位
置に配設した集気機構と、当該集気機構に連通した気体
排出管とからなることを特徴とする２段式逆浸透膜装置
に関する。

く作用〉 以下に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の実施態様の一例を示すフローの説明図
であり、１は第１逆浸透膜装置、２は第２逆ｔ＋　Ｓ膜
装置、３は本発明に用いる非化学的手段からなる溶存ガ
ス除去装置である。

本発明の２段式逆浸透膜装置においては、被処理水流入
管４を用いて、被処理水５をまず加圧下で第１逆浸透膜
装置１で処理するが、被処理水５中にカルシウムイオン
が含まれる場合は、第１逆浸透膜装置１に装着した逆浸
透膜面に炭酸カルシウムが析出するのを防止するために
、必要に応じ塩酸貯槽６、注入ポンプ（図示せず）、塩
酸注入管７からなる酸添加手段８によって、被処理水５
に酸を添加し、当該被処理水のｐＨを５〜６に調整する
。

なお当該ｐＨの調整により、被処理水５中に炭酸水素イ
オンが含まれている場合は、当該ｐ　Ｈに応じて炭酸水
素イオンの一部あるいは大部分が遊離炭酸となるので、
被処理水５中にもともと含まれている遊離炭酸とともに
、これを予め除去するために、公知の脱炭酸塔や真空脱
気装置などの脱炭酸装置９を設けることが好ましい。

なお当該脱炭酸装置９を設けたとしてもその出口の遊離
炭酸は３ないし５ｐｐｍ程度しかならない。

このような手段によりｐＨを低下させた被処理水５を被
処理水流入管４からポンプ（図示せず）を用いて第１逆
浸透膜装置ｌに加圧下で供給する。

当該供給により第１濃縮水管１０から一次濃縮水が得ら
れるとともに、第１透過水管１１から一次透過水が得ら
れるが、−次濃縮水は系外にブローし、一次透過水は続
いて以下の処理を行う。

前述したごとく、第１逆浸透膜装置１の一次透過水中に
は、遊離炭酸が含まれているので、本発明においては非
化学的手段からなる溶存ガス除去装置３により一次透過
水中の遊離炭酸を除去する。

本発明に用いる溶存ガス除去装置３は、第２図に示した
ごとくのものであって、流入水管１２と流出水管１３と
を有する貯水槽１４を設置し、当該貯水槽１４内に貯留
される脱ガス水の水位をコントロールする水面制御ｐｍ
器１５を設置する。

なお流出水管１３から流出する脱ガス水の流量より、流
入水管１２から流入する一次透過水の流星の方が大きく
なるように予め設定しておき、貯水槽１４内の圧力が常
に加圧側になるようにするが、たとえば図示の低レベル
Ｈまで水位が下がったときに一次透過水の流入を開始し
、高レベルＨＨのところで一次透過水の流入が自動的に
停止するようにしておく。

また図示のＬＬはポンプ１６の引き切り防止点を示し、
Ｌは当該ポンプ１６の起動復帰点を示す。

１７は窒素ガスの供給装置であり、当該供給装置１７は
窒素ガス源１８から窒素ガス供給管１９を介して貯水槽
１４の上方内部に窒素ガスを送り込むもので、窒素ガス
供給管１９には減圧弁２０を付設してお（。

２１は流入水管１２に連通ずるようにして貯水槽１４内
の上方位置に配設した散水機構であり、第２図に示す実
施態様では配管に下向きに多数の流出水孔２２を設けた
ものである。なお散水機構２１としてはこれに限らず、
要は一次透過水を分散して散水可能なものであればいか
なるものでもよい。

また２３は散水機構２１の配設位置よりも下方であって
、前記水面制御機器１５で設定した高レベルＨＨの水位
より上方の位置に配設した集気機構であり、第２図に示
す実施態様では配管に下向きに多数の集気孔２４を設け
たものである。なお集気機構２３もこれに限らず、要は
貯水槽１４に形成される水面の上方から、当該位置の気
体を貯水槽横断面から平均して集合できるものであれば
いかなるものでもよい。

２６は前記集気機構２３に気体排出管２５を介して貯水
槽１４の外側に付設した水封槽を示す。

以上のような構成からなる溶存ガス除去装置３の作用は
以下の通りである。

窒素ガスの供給装置１７から送られてくる窒素ガスは減
圧弁２０と水封槽２６によって圧力がコントロールされ
た状態で貯水槽１４内に充満している。流入水管１２か
ら貯水槽１４内に送られてくる一次透過水は、散水機構
２１によって分散され、窒素ガスとの接触表面積が大と
なり、効率よく一次透過水中の遊超炭酸と貯水槽１４内
の窒素ガスとの交換が行われる。なお貯水槽１４内への
窒素ガスの供給圧力は貯水槽１４の圧力強度との関係で
定まるので特に限定する必要はないが、貯水槽１４の耐
圧は、±５００ｍｍＡｑのものを使用するのが普通なの
で、５００　ｍｍＡｑ以下の圧力とするが、水封槽２６
との圧力制御の関連もあるので、１５０〜４００曹ｍＡ
ｑ位とするとより）。

散水機構２１によって分散されながら貯水槽１４内に落
下する一次透過水の水面は供給量に比例して上昇してく
るが、水位の上昇にしたがって貯水槽１４内の圧力も上
昇してくる。そして、貯水槽内圧力が予め設定しである
圧力以上になると、窒素ガスと交換された遊離炭酸が集
気機構２３に穿設しである集気孔２４を介して気体排出
管２５を通って水封槽２６より大気中に放散される。な
お、窒素ガスと遊離炭酸とでは、′Ｍ離炭酸の方が比重
が大きいため、集気機構２３からは主に遊離炭酸が排除
され、水封槽２Ｇ内の水封水の水頭圧力に打ち勝って遊
離炭酸は大気中に排気され、貯水槽１４内は常に窒素雰
囲気となっている。

一方、ポンプ１６を運転すると、貯水槽１４内の脱炭酸
された一次透過水は流出水管１３より第２逆浸透膜装置
２へ送られていき、貯水槽１４内の水位は低下してくる
。水面の低下に伴って３００■峠ｑ程度に減圧された窒
素ガスが供給装置１７から貯水槽１４内に送られてくる
。水位が低下し、一次透過水供給の設定位置、たとえば
図示の低レベルＨの位置までくると水面制御機器１５が
作動して一次透過水が流入水管１２より貯水槽１４内に
供給され始め水位は徐々に上昇してくる。

貯水槽１４内の気体部分はほぼ１００％窒素ガスである
ため、その窒素の分圧もまた１００％であるから、散水
機構２１から分散された一次透過水中の遊離炭酸は貯水
槽１４内の窒素ガスと効率よく置換され、貯水槽１４内
の水面より上部の気体部分に存する。そして、水面の上
昇に伴い水封槽２６で設定した水頭以上に貯水槽１４内
の圧力が高（なると、前記したように′ｉｔ！離炭酸を
主体とした気体が集気機構２３及び気体排出管２５を経
由して水封槽２６より大気中に放散される。

このように本発明で用いる溶存ガス除去装置は、脱炭酸
塔や真空脱気塔と相違して、窒素ガスを用い、水中の溶
存ガスを窒素ガスとほぼ完全に置換するので、遊離炭酸
の除去効果が優れているとともに、酸素等の他の溶存ガ
スも同時に除去することができる。

また本発明に用いる溶存ガス除去装置はその構造的特徴
により貯水槽としても用いることもできる。

なお第２図において気体排出管２５から排出される気体
を水封槽２６から外気に放出するのにかえて、当該気体
排出管２５から排出される気体を水酸化ナトリウム溶液
やモレキュラシーブ等の公知の炭酸ガス吸収剤あるいは
吸着剤で処理して、当該気体中の遊離炭酸を除去し、遊
離炭酸を含まない窒素ガスとして、窒素ガス源１８に回
収することもできる。なおこの場合、貯水槽１４に別系
統で緊急用の気体排出管の一端を連通し、他端を水封す
ることで貯水槽１４内が過度に加圧されないように考慮
することが好ましい。

また集気機構２３の下方にさらに別の集気機構を設置し
、当該集気機構に水面と連動して開閉する自動弁を有す
る別の気体排出管を連通して、水面がかなり低下した場
合に、当該自動弁を開閉して、貯水槽１４内の気体を抜
くようにしても差し支えない。

、このようにして遊離炭酸を除去した一次透過水を第１
図に示したごとく、第２逆浸透膜装置２に加圧下で供給
し、二次透過水２７および二次濃縮水２８を得る。なお
全体的な透過水の回収率を高めるために二次濃縮水の全
部ないし一次を循環水配管２９を用いて回収し、これを
第１逆浸透膜装置１の供給水と混合することが好ましい
。また二次透過水２７は必要に応じ、たとえば強酸性カ
チオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂を用いた混
床式ポリシャー３０で処理する。

第１図に示した実施態様においては溶存ガス除去装置３
を第１逆浸透膜装置１の後段に設置して、一次透過水ｌ
ｌ中の遊離炭酸を除去しているが、本発明の目的は２段
式逆浸透膜装置としての最終透過水中の遊離炭酸を除去
するところにあるので、溶存ガス除去装置３を第２逆浸
透膜装置２の後段に設置し、二次透過水２７中の遊離炭
酸を除去しても差し支えない。

く効果〉 以上説明したごとく本発明の２段式逆浸透膜装置は、一
次透過水あるいは二次透過水中の遊離炭酸を除去するた
めの非化学的手段からなる溶存ガス除去装置を用いてい
るので、従来装置のように一次透過水にアルカリを添加
して遊離炭酸を炭酸水素イオンあるいは炭酸イオンに変
化させて第２逆浸透膜装置で除去するものと比較して、
透過水の塩類）農度を増加させることなく、したがって
第２逆浸透膜装置の負担を増加させることがない。

また本発明はアルカリを用いないので、一次透過水のｐ
Ｈ調整のための余分な制御機器も必要としない。

さらに本発明に用いる溶存ガス除去装置は、従来の脱炭
酸塔や真空脱気器と異なり、窒素ガスを用いて強制的に
水中の溶存ガスを窒素と置換するものであるから、ｉ離
炭酸の除去効果が高く、たとえば３〜５　ｐ　ｐ　ｒｒ
＋程度含有されている一次透過水あるいは二次透過水中
の遊離炭酸をｌｐｐｍ以下とすることが可能である。

しかも本発明に用いる溶存ガス除去装置は、貯水槽とし
ての機能も有するので、当該溶存ガス除去装置を設置す
ることにより従来から必要であった貯水槽を省略するこ
とができる。換言すれば、第１逆浸透膜装置と第２逆浸
透膜装置の中間あるいは第２逆浸透膜装置の後段に設置
する窒素封入式の従来の貯水槽を原型として、その上部
構造を本発明に用いる溶存ガス除去装置として改造する
こともできる。

また溶存ガス除去装置から排出されるガス中の遊離炭酸
を公知の吸収剤あるいは吸着剤で除去し、排ガス中の窒
素を回収することもでき、このようにすればランニング
コストも比較的安価とすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施態様を示すもので、第１図
は本発明のフローの一例を示す説明図であり、第２図は
本発明に用いる溶存ガス除去装置の−例を示す説明図で
ある。 １・・・第１逆浸透膜装置 ２・・・第２逆浸透膜装置 ３・・・溶存ガス除去装置 ４・・・被処理水流入管　　　５・・・被処理水６・・
・塩酸貯槽　　　　　　７・・・塩酸注入管８・・・酸
添加手段　　　　　９・・・脱炭酸装置１０・・・第１
濃縮水管　　　１１・・・第１透過水管１２・・・注入
水管　　　　　１３・・・流出水管１４・・・貯水槽　
　　　　　１５・・・水面制御機器１６・・・ポンプ １７・・・窒素ガスの供給装置 １８・・・窒素ガスｍ　　　　　１９・・・窒素ガス供
給管２０・・・減圧弁　　　　　　２１・・・散水機構
２２・・・流出水孔　　　　　２３・・・集気機構２４
・・・集気孔　　　　　　２５・・・気体排出管２６・
・・水封槽　　　　　　２７・・・二次透過水２８・・
・二次濃縮水　　　　２９・・・循環水配管３０・・・
温床式ポリシャー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理水を逆浸透膜処理することにより、一次透過
   水と一次濃縮水とを得る第１逆浸透膜装置と、当該一次
   透過水をさらに逆浸透膜処理することにより、二次透過
   水と二次濃縮水とを得る第２逆浸透膜装置と、前記一次
   透過水あるいは二次透過水中の溶存ガスを非化学的手段
   で除去する溶存ガス除去装置とからなり、当該溶存ガス
   除去装置は、流入水管と流出水管とをそれぞれ付設した
   密閉状の貯水槽と、当該貯水槽内で変化する脱ガス水の
   水位を制御する水面制御機器と、前記貯水槽内の上方に
   窒素ガスを供給する装置と、前記流入水管に連通するよ
   うにして貯水槽内の上方位置に配設した散水機構と、当
   該散水機構の取り付け位置より下方であって、かつ前記
   水面制御機器で設定した高レベル水位より上方の位置に
   配設した集気機構と、当該集気機構に連通した気体排出
   管とからなることを特徴とする２段式逆浸透膜装置。 ２、被処理水のｐＨを低下させるための酸添加手段と、
   脱炭酸装置を第１逆浸透膜装置の前段に設置する特許請
   求の範囲第１項記載の２段式逆浸透膜装置。 ３、第２逆浸透膜装置の二次濃縮水の全部ないし一部を
   第１逆浸透膜装置の被処理水に混合するための循環水配
   管を付設する特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   ２段式逆浸透膜装置。