JPH04100589A - 水処理システムおよび水処理装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体製造工場、原子力発電所、医薬製造工
場等で広く使用されている超高純度の純水、いわゆる超
純水を連続的に製造する水処理システムおよび水処理装
置に関する。

（従来の技術） 半導体製造工場、原子力発電所、医薬製造工場等におい
ては電解質、微粒子、生菌等の極めて少ない超純水が使
用されている。

このような超純水の製造装置としては、第３図に示すよ
うな、濾過機等により前処理された原水を逆浸透膜処理
する第１の逆浸透膜ユニット（ＲＯ）１と、この第１の
逆浸透膜ユニット１の透過水を脱ガスする脱ガス塔２と
、この脱ガス塔２の処理水を最終的にポリッシングする
第２の逆浸透膜ユニット３とからなるシステムが知られ
ている。

このシステムにおいて、脱ガス塔２は第１の逆浸透膜ユ
ニット１て処理した処理水中の炭酸ガス（ＣＯ２）を空
気中に飛散除去するためのものである。このような脱ガ
ス塔２としては、通常、空気または窒素を吹き込む脱炭
酸ガス塔か、塔内を真空にする真空脱気塔かのいずれか
の形式のものが用いられている。

しかしながら、このような従来の超純水の製造装置にお
いては、前者の脱炭酸ガス塔を用いた場合には処理水中
に炭酸ガスが５ｐｐ１１程度残留し、また後者の真空脱
気塔を用いた場合には炭酸ガスが１０ｐｐ■程度残留し
てしまい、しかもこれらの残留した炭酸ガスは次の逆浸
透膜ユニット３ではほとんど除去できないため、これが
超純水の比抵抗を低下させる原因になるという問題があ
った。

このため、第４図に示すように、脱ガス塔２と第２の逆
浸透膜ユニット３との間にアルカリ添加装置４を配置し
、脱ガス塔２の処理水にこのアルカリ添加装置４からカ
セイソーダ（Ｎａ０Ｈ）等のアルカリを添加し、処理水
中の炭酸ガスを重炭酸ソーダ（ＮａＨＣＯｉ　）および
炭酸ソーダ（Ｎａ２ＣＯ３）に変え、逆浸透膜ユニット
３でこれらの重炭酸ソーダや炭酸ソーダ等を除去するシ
ステムも用いられている。なお、第４図において、第３
図と同一符号は第３図と同一のものを示す。

しかしながら、現在人手可能な合成逆浸透膜は重炭酸ソ
ーダや炭酸ソーダ等の除去率が低（、このため、第４図
ののシステムを使用しても、かなりの量の重炭酸ソーダ
や炭酸ソーダ等が第２の逆浸透膜ユニット３の処理水中
にリークするという問題があった。

また、一般に小型の実装置では、これらのシステムの後
に再生済みのカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを
混合したディスポーザル・ポリシャー（Ｄ　Ｐ）を設置
することが行われているが、第２の逆浸透膜ユニット３
からリークした重炭酸ソーダや炭酸ソーダ等のため、２
〜３ケ月使用しただけで充填しているイオン交換樹脂を
全量交換しなければならなくなるという問題もあった。

さらに、大型の実装置では、ディスポーザル・ポリシャ
ーを用いたのでは、その交換回数が多くなるため、ディ
スポーザル・ポリシャーの代わりに、装置内再生型の多
量のカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合充填し
たミックスベツド・ポリシャー（ＭＢＰ）を設置してい
る。しかしながら、逆浸透膜から溶出する有機物の量（
ＴＯＣ）はイオン交換樹脂のそれに比較して１／１０〜
１／１００と少なく、したがって溶解成分の除去という
観点から見れば、二段逆浸透膜で原水の有機物を殆ど除
去してタリノにしても、次段のミックスベツド・ポリシ
ャーから溶出した有機物で処理水を汚してしまう結果に
なるという問題があった。

また一般に逆浸透膜ユニットは、Ｎａ”等の一価のイオ
ンの除去率が低い上に、使用している間に老化、目づま
り等により除去率が低下するため、その処理水の水質が
悪化し次のディスポーザル・ポリシャーに対する負担が
大きくなる。

したがって、ミックスベツド・ポリシャーを使用しない
場合、この樹脂の交換をさらに頻繁に行わなければなら
ないという問題があった。

なお、米国においては二段逆浸透膜方式の前に電気透析
ユニットを設置したものも使用されているが、電気透析
ユニットの最大の問題点は膜がつまり易いことてあり、
このため米国の例でも電気透析ユニットの前に軟化器を
設置したり、電極の＋−を逆転させることにより炭酸カ
ルシウムの沈殿を防止する等の手段かとられている。

しかし、実際には通常、前処理程度では電気透析膜のつ
まりがおこり　１ケ月に　１回はスタックの解体、洗浄
が必要である。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来の二段逆浸透膜方式の超純水製造
装置において、炭酸ガスの除去のために脱ガス塔を用い
たものでは、炭酸ガスの除去を完全に行うことは困難で
あり、またアルカリ添加により炭酸ガスを重炭酸ソーダ
や炭酸ソーダ等に変えて除去する方式のものでは、これ
らの重炭酸ソーダや炭酸ソーダ等が第２の逆浸透膜ユニ
ットから相当処理水中にリークしてしまうという問題が
あった。

さらに第２の逆浸透膜ユニットからの重炭酸ソーダや炭
酸ソーダ等のリークを捕捉するため、二段逆浸透膜方式
のシステムの後にディスポーザル・ポリシャーを設置し
たものでは、リークした重炭酸ソーダや炭酸ソーダ等の
ため短期間でイオン交換樹脂を交換しなければならない
という問題があり、ディスポーザル・ポリシャーの代わ
りにミックスベツド・ポリシャーを設置したものでは、
イオン交換樹脂からの溶解する有機物のために二段逆浸
透膜でせっかくタリノにした純水を汚してしまうという
問題があった。

また、二段逆浸透膜方式のシステムでは、−価のイオン
の除去率が低い上に、老化等により除去率が低下すると
その後に設置されるポリシャーの負荷が高くなり、交換
または再生頻度が高くなるという問題があった。

さらにまた、二段逆浸透膜方式の前に電気透析ユニット
を設置したものでは、電気透析膜がつまって直ぐに性能
が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上述した各種の問題のない水処理システムお
よび水処理装置を提供することを目的とする。

Ｃ発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の水処理システムは、被処理水を第１の逆浸透膜
ユニットで処理する第１の工程と、第１の逆浸透膜ユニ
ットの透過水にアルカリを添加してｐＨを７．５〜９．
５とする第２の工程と、第２の工程においてアルカリの
添加された処理水を電気透析ユニットで処理する第３の
工程と、前記電気透析ユニットの透過水を第２の逆浸透
膜ユニットで処理する第４の工程とを含むことを特徴と
しており、また本発明の水処理装置は、被処理水を処理
する第１の逆浸透膜ユニットと、前記第１の逆浸透膜ユ
ニットの透過水にアルカリを添加するアルカリ添加装置
と、前記アルカリ添加装置でアルカリの添加された処理
水を透過する電気透析ユニットと、前記電気透析ユニッ
トの透過水を処理する第２の逆浸透膜ユニットとを備え
たことを特徴としている。

上記アルカリとしては、Ｎａ”″、Ｋ＋のような一価の
イオンを用いてもよいが、Ｃａ”″　８ｇ２−のような
二価のイオンのアルカリが適している。

また、上記電気透析ユニットは、カチオン交換膜とアニ
オン交換膜をスペーサを挟んで多数積層し、積層方向の
両端に陽極と陰極の電極板を配置するとともに各層と平
行に原水を通水するように構成したものである。

電気透析ユニットでは、膜間を通過する原水中のカチオ
ンは陰極側に、アニオンは陽極側に引かれてイオンの濃
縮が行われる。そしてカチオンはカチオン交換膜を通過
するが次のアニオン交換膜で捕捉される。またアニオン
はこの逆でアニオン交換膜を通過するが次のカチオン交
換膜で捕捉される。

（作　用） 予め濾過され、炭酸ガスの除去された原水は、まず第１
の逆浸透膜ユニットで処理され、ここでＣａ”、Ｍｇ２
＋、ｓｏ４’−のような多価のイオンや、シリカ、生菌
等の多くが除去されるが、残留した微量の炭酸ガスはほ
とんどそのまま通過する。

次いでこの透過水にアルカリがｐＨ７，５〜９．５にな
るように添加されされると残留した炭酸ガスはアルカリ
と反応して重炭酸カルシウムや炭酸カルシウムとなる。

続いて、重炭酸カルシウムや炭酸カルシウムを含む処理
水は、電気透析ユニットで処理されるが、ここではＮａ
″″、Ｋ′″　　Ｃｆｌ　−、ＮＯ３−ＩＣ０３等の動
き易い一価のイオンがほとんど除去される。

さらに、電気透析ユニットの透過水は、第２の逆浸透膜
ユニットで処理され、ここで水中の主にＣａ２“、Ｍｇ
２′″、８０４′−のような二価イオンからなる不純物
はほとんど完全に除去される。

（実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す系統図である。

この実施例の装置は、濾過器１１、貯槽１２、原水に硫
酸を添加する酸添加装置１３、脱炭酸ガス塔１４、第１
の逆浸透膜ユニット１５、アルカリ添加装置１６、電気
透析ユニット１７、第２の逆浸透膜ユニット１８及びデ
ィスポーザル・ポリシャー１９から構成されている。

原水は、この装置を使用して次のようにして処理される
。

原水は、まず、濾過器１１で処理され一旦貯槽１２に溜
められる。この原水に酸添加装置１３で硫酸が添加され
、原水中の重炭酸ソーダは、硫酸ソーダと炭酸ガスに分
解される。次の脱炭酸ガス塔１４で、炭酸ガスの溶解し
た原水中にクリンエアーが吹き込まれ、原水中のほとん
どの炭酸ガスはここで飛散除去される。

炭酸ガスがほとんど除去された原水は、第１の逆浸透膜
ユニット１５に送られ、ここで原水中の不純物であるイ
オン、微粒子、細菌及び有機物（ＴＱＣ）が除去され、
次いでアルカリ添加装置１６で消石灰［Ｃａ（ＯＨ）２
］が添加され、わずかに残留したＣＯ２は重炭酸カルシ
ウムに変えられ、次の電気透析ユニット１７で処理する
際に除去しやすい形態にされる。一方、原水に含まれて
いた不純物を濃縮した濃縮水は排水される。

電気透析ユニット１７では、次の第２の逆浸透膜ユニッ
ト１８で除去し難い一価のイオンが主として除去される
。この電気透析ユニット１７で処理された処理水は第２
の逆浸透膜ユニット１８で処理され、水中の不純物はほ
とんど完全に除去される。第２の逆浸透膜ユニット１８
で処理された水中には、極く僅かにイオンが残存するが
、比抵抗をさらに上昇させるため、この処理水はディス
ポーザル・ポリシャー１９で処理される。なお、電気透
析ユニット１７と第２の逆浸透膜ユニット１８の濃縮水
は原水ヘリタンされ、再利用される。

次に実験例について説明する。

第１図に示した実施例の高純度水製造装置を用いて神奈
川県厚木市の市水を１０８ｍの安全フィルターで濾過処
理した原水を使用して、立証実験を行った。この実験に
用いる逆浸透膜ユニットには、架橋アラミド系複合膜を
使用した。また、電気透析膜にはフッソ系カチオン及び
アニオン交換膜を使用した。なお、回収率は第１の逆浸
透膜ユニット１５で８０％、第２の逆浸透膜ユニット１
８で９０％、電気透析ユニット１７で９０％となるよう
に設定し、第２の逆浸透膜ユニット１８および電気透析
ユニット１７の濃縮水はブローせす、全量第１の逆浸透
膜ユニット１５の原水中に戻した。

このようにして運転を３ケ月継続して得られた処理水（
０，５ｉ／ｆ（ｒ）の水質は次表の通りであった。

（以下余白） なお、上表中従来装置として示したものは、第２図に示
した電気透析装置を備えない従来の二段逆浸透膜方式の
水処理装置を用いて実施例と同様に処理して得られた処
理水の水質であって、本発明との比較のために示したも
のである。

なお、第２図の水処理装置は、実施例の装置における脱
ガス塔１４を第１の逆浸透膜ユニット１５の後に配置し
、第２の逆浸透膜ユニット１８の前にアルカリ添加装置
１６を配置し、さらに第２の逆浸透膜ユニット１８とデ
ィスポーザル・ポリラシャ−との間にミックストベツド
・ポリラシャ−２０を配置したものであって、第１図と
同一符号で示したものは第１図と同一のものである。

上表からも明らかなように、この実施例では、次のよう
な顕著な効果を得ることができた。

すなわち、第２の逆浸透膜ユニット１８の処理水の比抵
抗を、従来装置の第２の逆浸透膜ユニットの処理水に比
べて、４〜５倍向上させることができた。また、第２の
逆浸透膜ユニット１８の処理水の比抵抗が高くなったた
め次段のディスポーザル・ポリラシャ−１９の交換頻度
が少なくなり、２０　ｍ３／ｈｒ以上の大型装置にも二
段逆浸透膜方式が使用可能となった。さらに、第２の逆
浸透膜ユニットの後には、イオン交換樹脂充填装置とし
て高流速通水のディスポーザル・ポリラシャ−以外特に
配設する必要がないので、最終の超純水中へイオン交換
樹脂から溶出する有機物の混入が低減された。また、デ
ィスポーザル・ポリラシャ−を使用した場合でも、充填
しているイオン交換樹脂の交換は１年に　１回程度で比
抵抗約１８ＭＱｃｌｌ＋の極めて高純度の超純水を製造
することが可能である。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明によれば次のような優れた効
果を奏することができる。

■　微量残存する炭酸ガスを重炭酸カルシウムや炭酸カ
ルシウム等を電気透析ユニットおよび逆浸透膜ユニット
により除去するので処理水中にこれらはほとんどリーク
することがない。

■　第２の逆浸透膜ユニットの後に重炭酸ソーダや炭酸
ソーダ等のリークを捕捉するためディスポーザル・ポリ
シャーを設置した場合には、そのイオン交換樹脂の交換
頻度を大幅に減少させることができる。

■　電気透析ユニットは第１の逆浸透膜ユニットの後に
配設されるので、原水は、第１の逆浸透膜ユニットによ
り次の電気透析膜をつまらせる物質を除去した後、電気
透析ユニットに供給される。したがって電気透析ユニッ
トにつまりを発生させることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超純水の製造装置を示す系統図、第２
図は比較例に用いた従来の二段逆浸透膜方式の超純水の
製造装置を示す系統図、第３図および第４図はそれぞれ
従来の二段逆浸透膜方式の超純水の製造装置を示す系統
図である。 １１・・・・・・・・・濾過器 １２・・・・・・・・・貯槽 １３・・・・・・・・・酸添加装置 １４・・・・・・・・・脱炭酸ガス塔 １５・・・・・・・・・第１の逆浸透膜ユニット１６・
・・・・アルカリ添加装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理水を第１の逆浸透膜ユニットで処理する第
   １の工程と、第１の逆浸透膜ユニットの透過水にアルカ
   リを添加してｐＨを７．５〜９．５とする第２の工程と
   、第２の工程においてアルカリの添加された処理水を電
   気透析ユニットで処理する第３の工程と、前記電気透析
   ユニットの処理水を第２の逆浸透膜ユニットで処理する
   第４の工程とを含むことを特徴とする水処理システム。
2. （２）被処理水を処理する第１の逆浸透膜ユニットと、
   前記第１の逆浸透膜ユニットの透過水にアルカリを添加
   するアルカリ添加装置と、前記アルカリ添加装置でアル
   カリの添加された処理水を透析する電気透析ユニットと
   、前記電気透析ユニットの処理水を処理する第２の逆浸
   透膜ユニットとを備えたことを特徴とする水処理装置。