JPH03154601A - 水中の溶存酸素の除去方法 - 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、水中の溶存酸素（以下Ｄｏと称す）を除去す
る方法に係り、特に低濃度（ｌ　ｍｇ／　（ｉ以下）の
Ｄｏを除去する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

水のＤＯを除去する方法としては、従来より加熱脱気、
真空脱気、Ｎ２ガスパージ等の物理的方法と還元剤を添
加する化学的方法とがある。

加熱脱気は蒸気と水を直接接触させ加熱することにより
、ガスの水への溶解度を低減してＤＯを除去する方法で
ある。主として多量の水を必要とする発電所で用いられ
、ボイラー等の腐食防止を目的としてボイラー給水のＤ
Ｏの除去に用いている。

真空脱気は、主に冷水の脱気に用いられる。

真空脱気塔はラシヒリング等を充填した塔であり、塔上
部より水を噴霧し、塔内の水の表面積を大きくして更に
塔内を真空状態にすることで、水に溶存しているガスを
塔外へ放出する。このため真空脱気塔は地上約１０ｍの
高さが必要である。疎水性膜を介して真空脱気を行う膜
脱気法が最近注目されている。この方法は液相と気相（
真空）を膜で隔離しているため、脱気塔の場合のような
塔高の制約を受けない。

また、Ｎ、ガスを水中に曝気し水中のＮ２ガス分圧を高
めることで０２ガスの分圧を小さくし水中から０゜ガス
をパージする方法もある。

以上は物理的にＤＯを除去するものであるが、別に化学
的反応を利用する化学的方法がある。

例えばヒドラジン（Ｎ２１１．）又は亜硫酸ナトリウム
（Ｎ　ａ　２　Ｓ　０３　）等の還元剤を水に添加する
ことで、以下に示す化学反応によりＤＯを除去すること
ができる。

Ｎ２Ｈ４＋　０２　　　　　Ｎ２　＋　　２８２０２　
Ｎａ２５Ｏ＋　　０２　−　２　Ｎａ２５Ｏ＋〔発明が
解決しようとする課題〕 近年、半導体集積回路の高密度化に伴い、要求される超
純水の水質もますます厳しくなりつつある。例えば表１
に示すように、電解質、微粒子、生菌等が極めて少なく
ＤＯも５０μｇ／ｌ以下を要求される。

表１　　超純水水質とＬＳＩ集積度 このように、極く低濃度のＤＯを、従来の加熱鋭気或い
は真空脱気単独で達成することは、原理的に困難なだけ
でなく、装置規模や処理時間の点から経済的にみて実現
が難しい。そのため例えば貫流型ボイラ等のボイラ給水
では、ＤＯを１００μｇ／ｉ以下とするため該物理的方
法の他にヒドラジン（Ｎ２Ｈ，）を注入する化学的方法
を併用している。

しかし、化学的方法でＤＯを除去する場合ＤＯより過剰
に添加した薬品（Ｎ２Ｈ４，Ｎａ２５Ｏ＋等）が残留し
、イオン交換処理におけるイオン交換樹脂の負荷となる
ばかりか、ＤＯと反応して生成したＳＯ１′−イオン等
も同様にイオン交換樹脂の負荷となる。

またＮ２パージ法では１〜２Ｎｍ３／ｍ３と多量のＮ２
ガスを必要として不経済である。

以上示したように、従来の脱気法で極く低濃度のＤＯを
達成しようとするならば、設備が大掛りとなったり、不
純物イオンの増加を生じたり、多量の薬品域はＮ２ガス
が必要となるなどの問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解決し、ＤＯ
の極力少ない水を安価に安定して得ることのできるＤＯ
の除去方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、酸素を溶存す
る水から溶存酸素を除去するに際し、真空脱気処理する
第１工程と、次いで、ガス透過膜を介して一方に水を通
水し、他方は酸素含有ガス以外のガスで加圧し、膜処理
する第２工程と、更に真空脱気処理する第３工程とから
なり、原水を第１工程から順に第３工程まで連続して通
水することを特徴とする水中の溶存酸素の除去方法とし
たものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明においてはＤＯを有する原水を処理するに際し、
第１図に示すごとく原水を第１工程で真空脱気し、次の
第２工程でガス透過膜を介して一方に水を通水し、他方
を酸素及び空気等の酸素含有ガス以外のガスで加圧する
ことにより水に酸素以外のガスを溶解させ、次の第３工
程で真空脱気を行うものである。

第１及び第３工程の真空脱気はラシヒリング等の充填材
を充填した塔内に、塔上部から水を噴霧し塔内の水の表
面積を大きくし、更に塔内を真空状態にすることで水に
溶存しているガスを塔外へ放出する真空脱気塔を用いる
か、多孔質で疎水性のいわゆるガス透過膜を介し、一方
に水を通水し他方を真空に保持することで脱気する膜脱
気器を用いるか、更には真空脱気塔と膜脱気器を組合わ
せて用いることもできる。例えば第１工程に真空脱気塔
を用い、第３工程に膜脱気器を用いる等であり、いずれ
の場合も処理水量と経済生を加味して選択されるべきで
ある。

前記ガス透過膜としては、酸素、窒素、蒸気等のガスを
透過し水を透過し難い膜を用いる。

膜の素材としては、例えばシリコンゴム系、ポリ四弗化
エチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系等を用
いることができ、通常これらの素材を中空系に成形する
。膜には孔径２０μｍ以下の気孔があり、−膜内に０．
０１−１μｍの孔径のものが広く用いられ、多孔質で疎
水性の膜である。

第２工程で用いるガス透過膜は、膜脱気器と同様の膜を
用いることができる。膜脱気器は一方に水を通水し他方
を真空に保持して水の溶存ガスを除去するものであるが
、第２工程では一方に水を通水し他方を酸素及び空気等
の酸素含有ガス以外のガスで加圧することにより、水に
酸素以外のガスを溶解せしめることを目的とするもので
ある。第１工程で水の溶存ガスを除去しているため、第
２工程で膜を介して酸素及び空気等の酸素含有ガス以外
のガスを加圧することで、容易にガスは膜を介して水に
溶解し水中で気泡も生じることはない。

〔作　用〕

窒素及び酸素の混合ガスの水への各気体の溶解度は、Ｈ
ｅｎｒｙの法則から計算でき、その結果をグラフにする
と第２図となる。第２図中、横軸は気相の０２のモル分
率、縦軸は水１ｍｌに溶解する気体の体積（ｍｌ）を０
℃、７６０　Ｔｏｒｒに換算した値である。

空気の組成は、Ｌ　７８．０３ｖ／ｖ％、０２２０、９
９　ｖ／ｖ％であるから、第２図中の矢印で示したモル
分率となる。この場合、０□の溶解度は０．５７　Ｘ　
１０−”　（ｍｌ／ｍｌ）となり、ＤＯは約８、１　ｍ
ｇ−Ｌ／　Ｉｔとなる。

第２図から明らかなように、気相の０３モル分率を小さ
くすることで、水のＤＯを大幅に減少する。また液相の
０７モル分率を小さくすると、当然ながら水のＤｏは減
少する。

本発明は、まず第１工程で水を脱気する。脱気された水
は、容易に種々のガスを溶解するため、第２工程で酸素
及び空気等の酸素含有ガス以外のガスをガス透過膜を介
して溶解できる。

この時のガス圧は、３　ｋｇ　／　ｃｍ２以下、好まし
くは０．０５〜０．５　ｋｇ／　ｃｒｎ２の範囲を用い
る。ガス圧が３ｋｇ／ａｍ２以上では、ガス透過膜（中
空系）を圧搾する恐れがある。

第２工程でＮ２ガスを用いる場合、第３図に示すごと＜
Ｎ２の溶解度は圧力に比例して増加する。

このように水にＮ２ガスを溶解し、例えば０２モル分率
を１／１０とするならば、第３工程で脱気された水のＤ
Ｏは当然ｌ／１０に減少し、通常の真空脱気では得るこ
とが困難な極めて低濃度のＤＯまで除去できる。

本発明の主な作用は、酸素及び空気以外のガスを水に溶
解し、液相の０２モル分率を減少させたのち、脱気する
ことにあり、用いるガスとしては、窒素、水素、ヘリウ
ム、アルゴン、の池水に不活性なガスであれば良い。

〔実施例〕

以下に、本発明を実施例及び比較例を挙げて説明す、る
が、本発明は次の実施例に限定されるものではない。

実施例１ 水道水を０．４５μｍのメンブレン・フィルターでろ過
したのち、ポリオレフィン−ポリウレタン系の中空系複
合膜を第４図に示すごとく３本シリーズに設置し、流量
３０Ｉ２／ｈで通水した。

尚、中空系複合膜はモジュール１本当り膜面積０．４５
ｍ”、膜本数３５００本であり、ＤＯ除去性能は第５図
に示すものである。

第４図中Ａ及びＣ膜を６０　Ｔｏｒｒの真空度に保持し
、Ｂ膜に窒素を０．２　ｋｇ　／　ｃｍ”で加圧し、Ｃ
膜を出口水のＤｏを測定したところＤＯは１０μｇ／ｌ
以下となった。

比較例１ 次にＢ膜の窒素による加圧をやめ、八及びＣ膜と同様に
６０　Ｔｏｒｒの真空度に保持した。この条件でＣ膜の
出口水のＤＯを測定したところ、ＤＯは３０５μｓ／ｆ
ｆｌとなった。

〔発明の効果〕

本発明は、ＤＯを含有する原水を真空脱気したのち、ガ
ス透過膜を介して酸素及び空気以外のガスを水に溶解さ
せ、次いで真空脱気することにより、ＤＯを容易に除去
するものであり、以下に示す効果が奏される。

■　窒素等のガスを水に溶解させたのち、再度真空脱気
で水の溶存ガスを除去するため、不純物の増加がない。

■　窒素等によるガスパージ法に比し、ガスの消費量は
ごく少量であり、経済性に優れている。

このため、本発明によれば、高純度の水質が要求される
超純水の製造等、各種分野において工業的に応用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本工程図であり、第２図は、気体
組成と水の溶解度の関係を示すグラフ、第３図は、窒素
の圧力による水への溶解度を示すグラフ、第４図は、本
発明の実施例を用いた工程図、第５図は、実施例に用い
たガス透過膜の脱気性能を示すグラフである。 １１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸素を溶存する水から溶存酸素を除去するに際し、
   真空脱気処理する第１工程と、次いで、ガス透過膜を介
   して一方に水を通水し、他方は酸素含有ガス以外のガス
   で加圧し、膜処理する第２工程と、更に真空脱気処理す
   る第３工程とからなり、原水を第１工程から順に第３工
   程まで連続して通水することを特徴とする水中の溶存酸
   素の除去方法。 ２、真空脱気処理が、充填材を充填した塔内に、塔上部
   から水を噴霧し塔内の水の表面積を大きくした真空脱気
   塔を用いて、真空状態で脱気する処理である請求項１記
   載の水中の溶存酸素の除去方法。 ３、真空脱気処理が、ガス透過膜を介して一方に水を通
   水し、他方は真空に保持する膜脱気器を用いて脱気する
   処理である請求項１記載の水中の溶存酸素の除去方法。 ４、ガス透過膜が、酸素、窒素、蒸気等のガスを透過し
   、水を透過しない膜であり、シリコンゴム系、ポリ四弗
   化エチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系の多
   孔質の疎水性膜である請求項１又は３記載の水中の溶存
   酸素の除去方法。 ５、酸素含有ガス以外のガスが、窒素、水素、ヘリウム
   、アルゴンである請求項１記載の水中の溶存酸素の除去
   方法。