JPH07284799A

JPH07284799A - 超純水製造装置

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Publication number: JPH07284799A
Application number: JP6076982A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Oinuma; 正芳老沼
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 1995-10-31
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP3491328B2

Abstract

(57)【要約】【目的】水道水又はこれに準ずる水質の原水を、生物
処理手段を含む前処理装置、一次純水製造装置及び二次
純水製造装置で処理して超純水を製造するに当り、前処
理装置のＴＯＣ濃度を低減する。【構成】前処理装置に化学的酸化処理手段及び生物処
理手段を設ける。【効果】化学的酸化処理手段により、生物難分解性の
ＴＯＣ成分であるフミン質が効率的に分解される。後段
の一次純水製造装置及び二次純水製造装置の負荷が大幅
に軽減され、これら一次又は二次純水製造装置の逆浸透
膜分離装置、イオン交換純水装置、低圧紫外線酸化装置
といった、設備費、運転費が共に高価な装置の不要化、
或いは、運転費の低減及び装置の小型化を図ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超純水製造装置に係り、
特に、水道水又はこれに準ずる水質の原水から製造され
る超純水中のＴＯＣ（全有機体炭素）を現状より大幅に
低減化することができる超純水製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び先行技術】従来、市水、地下水、工水
等の原水から超純水を製造する超純水製造装置は、基本
的に、前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製造
装置から構成される。このうち、前処理装置は、凝集、
浮上、濾過装置で構成される。一次純水製造装置は、２
基の逆浸透膜分離装置及び混床式イオン交換装置、或い
は、イオン交換純水装置及び逆浸透膜分離装置で構成さ
れ、また、二次純水製造装置は、低圧紫外線酸化装置、
混床式イオン交換装置及び限外濾過膜分離装置で構成さ
れる。

【０００３】これらの各装置単位において、原水中のＴ
ＯＣ成分を分離、吸着、分解等の手段で低減化するもの
は、逆浸透膜分離装置、イオン交換純水装置、低圧紫外
線酸化装置である。

【０００４】各装置単位におけるＴＯＣ低減化機構は次
の通りである。

【０００５】逆浸透膜分離装置：逆浸透膜を用いた濾過
法であり、イオン性、コロイド性のＴＯＣを除去する。

【０００６】イオン交換純水装置：イオン交換樹脂に吸
着又はイオン交換されるＴＯＣ成分を除去する。

【０００７】低圧紫外線酸化装置：低圧紫外線ランプよ
り出される１８５ｎｍの紫外線によりＴＯＣを有機酸さ
らにはＣＯ₂ まで分解する。分解された有機物は後段の
イオン交換樹脂で除去する。特に、揮発性有機物の分解
に用いられる。

【０００８】しかしながら、上記従来の超純水製造装置
により製造された超純水中には、ＴＯＣが２〜５ｐｐｂ
程度存在する。

【０００９】本発明者らは、原水中に存在する不純物の
うち、従来の超純水製造装置で除去不可能な物質が尿素
化合物であること、そして、この尿素化合物の分解法と
しては原水を直接生物処理することが有効な方法である
ことを見出し、生物処理手段を含む原水の前処理装置、
一次純水製造装置及び二次純水製造装置を備える超純水
製造装置を先に本出願人より特許出願した（特願平４−
２２５６８１号。以下「先願」という。）上記先願の超純水製造装置によれば、従来の超純水製造
装置に比べて、製造される超純水中のＴＯＣ濃度は大幅
に低減される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、生物処
理手段を設けた上記先願の超純水製造装置を用いて、各
種の原水（工業用水、市水、地下水等）を処理した場合
のＴＯＣ除去能について検討した結果、本発明者は次の
ような知見を得た。即ち、生物処理手段の出口部の生物
処理水の水質を調べたところ、尿素については高い分解
率（通常の場合９０％を超える分解率）が得られたが、
ＴＯＣについては、原水のＴＯＣ濃度に係わらず、生物
処理水ＴＯＣは２００ｐｐｂ前後と、比較的高い値を示
し、これよりもＴＯＣ濃度の低い生物処理水を得ること
はできなかった。

【００１１】このため、先願の超純水製造装置において
は、製造される超純水として、ＴＯＣ１ｐｐｂ以下とい
った極めて高純度の処理水を得るためには、生物処理手
段の後段に設けられる一次純水製造装置及び二次純水製
造装置のうちのＴＯＣ処理装置、具体的には逆浸透膜分
離装置、イオン交換純水装置、低圧紫外線酸化装置とい
った、設備費、運転費が共に高価な装置を必要とし、ま
た、これらの装置に対するＴＯＣ負荷が大きいことか
ら、運転費がより一層高価となる、或いは、装置が大型
化するといった不具合があった。

【００１２】本発明は、上記先願の問題点を解決し、生
物処理手段を備える前処理装置、一次純水製造装置及び
二次純水製造装置を備える超純水製造装置において、前
処理装置の処理水のＴＯＣ濃度を低減して一次純水製造
装置及び二次純水製造装置のＴＯＣ負荷を軽減すること
により、逆浸透膜分離装置、イオン交換純水装置、低圧
紫外線酸化装置といった、設備費、運転費が共に高価な
装置の不要化、或いは、運転費の低減及び装置の小型化
を可能とする超純水製造装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の超純水製造装
置は、水道水又はこれに準ずる水質の原水を前処理する
前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製造装置を
備える超純水製造装置において、該前処理装置は、化学
的酸化処理手段及び生物処理手段を含むことを特徴とす
る。

【００１４】請求項２の超純水製造装置は、請求項１の
超純水製造装置において、化学的酸化処理手段はオゾン
又は過酸化水素の導入手段を有する酸素溶解槽を備え、
生物処理手段は活性炭を担体として内蔵する生物処理槽
を備えてなり、前記酸素溶解槽と該生物処理槽とは上部
と下部にそれぞれ設けられた接続管で接続されているこ
とを特徴とする。

【００１５】請求項３の超純水製造装置は、請求項２の
超純水製造装置において、酸素溶解槽は内部に紫外線照
射装置を備えてなることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明者は、原水を生物処理手段に通水して得
られる生物処理水中の残留ＴＯＣ成分について検討を行
った結果、生物処理水中の残留ＴＯＣ成分として、生物
難分解性のフミン質の存在を確認した。

【００１７】そこで、このフミン質を何らかの手段で生
物分解可能なものに分解させるべく検討を重ね、前処理
装置の生物処理手段に化学的酸化処理手段を併設し、こ
の化学的酸化処理手段でフミン質を酸化分解する本発明
の超純水製造装置を見出した。

【００１８】ところで、従来、上水処理の分野では、フ
ミン質の分解法としてオゾンを原水に注入し、その処理
水を生物処理する方法が広く採用されている。

【００１９】しかし、本発明者による研究の過程で、こ
の方法を利用して単に原水タンクにオゾンを注入し、こ
れを生物処理した場合に得られる生物処理水のＴＯＣは
２００ｐｐｂ前後で、オゾンを注入しない場合と殆ど変
化はなく、オゾン注入によるＴＯＣ分解能の向上効果は
得られない場合があることを知見した。本発明者は、こ
の原因は、原水に注入したオゾンが生物易分解性有機物
の分解に寄与し、生物難分解性のフミンの分解に有効に
寄与していないためと推測した。

【００２０】そこで、請求項２の如く、生物処理手段の
生物処理槽と、化学的酸化処理手段の酸素溶解槽とを、
各々の槽の上部と下部に設けられた接続管で接続し、生
物処理槽の流出水を酸素溶解槽に送給して処理した後、
再度生物処理槽に返送して処理する、或いは、酸素溶解
槽の流出水を生物処理槽に送給して処理した後、再度酸
素溶解槽に返送して、生物処理水を酸化処理するといっ
た、循環処理を行うことにより、フミン質を効率的に酸
化分解することを可能とした。

【００２１】また、オゾンは、フミン質の酸化分解に有
効ではあるが、酸化力が非常に強く、配管やタンク等の
構成部材の材質を耐オゾン性材料とする必要がある。

【００２２】そこで、本発明者は、オゾンを用いる方法
以外の簡易な酸化法として、請求項３の如く、紫外線酸
化用ランプ（以下「ＵＶランプ」と称す。）を酸素溶解
槽内に設けることにより、フミン質を効率的に分解する
ことができることを確認した。

【００２３】以上より、請求項３の超純水製造装置によ
れば、オゾンを用いることなく、フミン質を効率的に分
解することができる。

【００２４】なお、ＵＶランプは、内封された水銀の圧
力により、一般に、低圧、中圧又は高圧ランプに分類さ
れている。このうち、低圧ＵＶランプはＴＯＣ分解用の
波長１８５ｎｍの紫外線が放出されるため、酸化剤の併
用は不要であるが、中圧、高圧ランプでは、過酸化水素
等の酸化剤の注入が必要となる。

【００２５】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例について
詳細に説明する。

【００２６】図１は本発明の超純水製造装置の一実施例
を示す前処理手段の系統図である。

【００２７】図１において、１は配管１１より原水が導
入される原水タンクである。２は上向流式生物反応槽
（生物処理槽）であり、原水タンク１内の原水がポンプ
１２Ａを備える配管１２を経て、槽下部に導入される。
この生物反応槽２の内部には活性炭３が担体として内蔵
されている。４は酸素溶解槽であり、下部にオゾン注入
配管５を備える。生物反応槽２と酸素溶解槽４とは、各
々の槽の上部に設けられた接続管１３及び下部に設けら
れたポンプ１４Ａを備える接続管１４で接続されてお
り、生物反応槽２の流出水が槽上部より接続管１３を経
て酸素溶解槽４の槽上部に導入され、酸素溶解槽４の流
出水が槽下部から接続管１４を経て生物反応槽２の槽下
部に導入されるように構成されている。１５は酸素溶解
槽４の処理水の取出配管である。

【００２８】本実施例の前処理手段にあっては、水道水
又はこれに準ずる水質の原水、具体的には、工水、市
水、地下水等の原水が配管１１、原水タンク１及び配管
１２を経て生物反応槽２に導入され、上向流式生物処理
され、含有される尿素等の生物易分解性のＴＯＣ成分が
生物分解される。

【００２９】生物反応槽２の流出水は、配管１３より酸
素溶解槽４に導入され、酸素溶解槽４を下降する間に、
オゾン注入配管５から注入されるオゾンにより残留する
ＴＯＣ成分が酸化分解される。この酸素溶解槽４におい
て、原水中の生物易分解性のＴＯＣ成分は、前段の生物
反応槽２において既に殆ど除去されているため、注入さ
れたオゾンは、フミン質等の生物難分解性のＴＯＣ成分
に有効に使用され、効率的な酸化分解がなされる。酸素
溶解槽４の流出水は、配管１４を経て生物反応槽２の下
部に導入され、再度生物処理される。このように生物反
応槽２、接続管１３、酸素溶解槽４、接続管１４及び生
物反応槽２を循環されることにより、原水中の尿素等の
生物易分解性ＴＯＣ成分の生物分解、並びに、フミン質
等の生物難分解性ＴＯＣ成分の生物易分解性ＴＯＣ成分
への酸化分解及び該生物易分解性ＴＯＣ成分の生物分解
が効率的に進行し、これらは著しく低い濃度にまで除去
される。

【００３０】しかして、酸素溶解槽４の上部からは、配
管１５を経て、槽内液の一部が処理水として取り出さ
れ、後段の一次純水製造装置及び二次純水製造装置に順
次供給される。

【００３１】図２は本発明の他の実施例を示す前処理手
段の系統図であり、図１に示す部材と同一機能を奏する
部材には同一符号を付してある。図２に示す前処理手段
は、酸素溶解槽４にＵＶランプ６が取り付けられている
点が図１に示す前処理手段と異なり、その他の構成は同
様の構成とされている。

【００３２】本実施例の前処理手段では、酸素溶解槽４
において、ＵＶランプ６と注入配管５から注入される酸
化剤との併用で、生物難分解性のＴＯＣ成分の酸化分解
を行う。これにより、酸素溶解槽４には、酸化剤として
オゾンではなく、酸化力の弱いＨ₂ Ｏ₂ を用いることが
可能となり、装置構成材料の酸化劣化の問題が解消され
る。

【００３３】図２に示す前処理手段であっても、図１に
示す前処理手段と同様、原水は、生物反応槽２、接続管
１３、酸素溶解槽４、接続管１４及び生物反応槽２を循
環されることにより、原水中の尿素等の生物易分解性Ｔ
ＯＣ成分及びフミン質等の生物難分解性ＴＯＣ成分は著
しく低い濃度にまで除去される。しかして、酸素溶解槽
４の上部からは、配管１５を経て、槽内液の一部が処理
水として取り出され、後段の一次純水製造装置及び二次
純水製造装置に順次供給される。

【００３４】なお、図１，２に示す前処理手段は本発明
の一実施例であって、本発明はその要旨を超えない限り
何ら図示のものに限定されるものではない。

【００３５】例えば、生物反応槽２は上向流式に限ら
ず、下向流式とすることもでき、同様の効果を得ること
ができる。ただし、下向流式生物反応槽では、差圧上昇
時に逆洗等の処理が必要となることから、上向流式とす
るのが望ましい。

【００３６】また、図１，２においては、生物反応槽の
後段に酸素溶解槽を設けているが、生物反応槽の担体と
して活性炭を用いる場合、好ましくは、酸素溶解槽の後
段に生物反応槽を設けるのが望ましい。即ち、後段に生
物反応槽を設けることにより、酸素溶解槽から流出した
酸化剤を生物反応槽の活性炭で捕捉し、前処理手段から
の酸化剤の流出を防止することができる。

【００３７】本発明の超純水製造装置において、前処理
装置は、図１又は図２に示す前処理手段、或いは、図１
又は図２において、生物反応槽２と酸素溶解槽４とを入
れ換えて酸素溶解槽の後段に生物反応槽を配置した前処
理手段のみからなるものであっても良く、更に、このよ
うな前処理手段の前段又は後段に凝集沈殿装置や凝集濾
過装置を設けたものとしても良い。

【００３８】なお、生物処理手段の後段には、生物処理
手段から流出する菌体の除去手段として、メンブレンフ
ィルターや砂濾過装置等を設けるのが好ましい。

【００３９】このような前処理装置を備える本発明の超
純水製造装置において、前処理装置の後段に設ける一次
純水製造装置及び二次純水製造装置の構成としては、次
の例１又は例２のようなものが挙げられる。

【００４０】例１一次純水製造装置：第１ＲＯ膜分離装置→第２ＲＯ膜分
離装置→混床式イオン交換装置二次純水製造装置：低圧紫外線酸化装置→混床式イオン
交換装置→ＵＦ膜分離装置例２一次純水製造装置：多床式イオン交換装置→ＲＯ膜分離
装置二次純水製造装置：低圧紫外線酸化装置→混床式イオン
交換装置→ＵＦ膜分離装置以下に具体的な実施例を挙げて本発明をより具体的に説
明する。

【００４１】実施例１図１に示す前処理手段を用いた超純水製造装置により原
水（厚木市水（平成５年９月１５日〜１０月２２日））
の処理を行なった。

【００４２】なお、前処理手段の各槽の処理条件は次の
通りである。

【００４３】生物反応槽：充填材＝石炭系活性炭（「クラレコールＫＷ２０／４
０」クラレ製）原水滞留時間（ＨＲＴ）＝３０分循環ＬＶ＝１０〜２０ｍ／Ｈｒ酸素溶解槽：オゾン注入量：表１に示す。

【００４４】前処理装置は、このような前処理手段を組
み込んで、下記装置構成とし、この前処理装置の後段に
下記装置構成の一次純水製造装置及び二次純水製造装置
を設けて下記装置仕様及び処理条件にて処理を行った。

【００４５】前処理装置厚木市水→生物反応槽→酸素溶解槽→凝集濾過装置一次純水製造装置第１ＲＯ膜分離装置→第２ＲＯ膜分離装置→混床式イオ
ン交換装置二次純水製造装置低圧紫外線酸化装置→混床式イオン交換装置→ＵＦ膜分
離装置装置運転条件第１ＲＯ膜分離装置：塩除去率９８％以上，回収率８０
％第２ＲＯ膜分離装置：塩除去率９８％以上，回収率９０
％混床式イオン交換装置（一次）：通水ＳＶ１０（Ｈ
ｒ^-1）低圧紫外線酸化装置：照射量０．２ＫＷＨ／ｍ³ 混床式イオン交換装置（二次）：通水ＳＶ６０〜１００
（Ｈｒ^-1）ＵＦ膜分離装置：回収率９０〜９５％前処理水（酸素溶解槽の流出水）及び最終処理水（二次
純水製造装置の流出水）のＴＯＣ濃度を測定し、結果を
表１に示した。

【００４６】

【表１】

【００４７】実施例２図２に示す前処理手段を用いた超純水製造装置により原
水（厚木市水（平成５年９月１５日〜１０月２２日））
の処理を行なった。

【００４８】なお、前処理手段の各槽の処理条件は次の
通りである。

【００４９】生物反応槽：充填材＝石炭系活性炭（「クラレコールＫＷ２０／４
０」クラレ製）原水滞留時間（ＨＲＴ）＝３０分循環ＬＶ＝１０〜２０ｍ／Ｈｒ酸素溶解槽：Ｈ₂ Ｏ₂ 注入量：表２に示す。

【００５０】中圧ＵＶランプ照射量：表２に示す。

【００５１】前処理装置は、このような前処理手段を組
み込んで、下記装置構成とし、この前処理装置の後段に
実施例１と同じ装置構成の一次純水製造装置及び二次純
水製造装置を設けて下記装置仕様及び処理条件にて処理
を行った。

【００５２】前処理水（酸素溶解槽の流出水）及び最終
処理水（二次純水製造装置の流出水）のＴＯＣ濃度を測
定し、結果を表２に示した。

【００５３】

【表２】

【００５４】表１，２より、本発明の超純水製造装置に
よれば、前処理水のＴＯＣ濃度を、化学的酸化処理手段
を用いない場合に比べて大幅に低減することができ、結
果として、高純度超純水を効率的に得ることができるこ
とが明らかである。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の超純水製造
装置によれば、生物処理手段を含む前処理装置に更に化
学的酸化処理手段を併設して、フミン質等の生物難分解
性の物質を、該化学的酸化処理手段で酸化分解すること
により、前処理装置の流出水中のＴＯＣ濃度を著しく低
減することができる。

【００５６】これにより、後段の一次純水製造装置及び
二次純水製造装置の負荷が大幅に軽減され、これら一次
又は二次純水製造装置の逆浸透膜分離装置、イオン交換
純水装置、低圧紫外線酸化装置といった、設備費、運転
費が共に高価な装置の不要化、或いは、運転費の低減及
び装置の小型化を図ることができる。

【００５７】従って、本発明の超純水製造装置によれ
ば、高純度の超純水を、低コストに、しかも、効率的に
製造することができる。

【００５８】請求項２の超純水製造装置によれば、前処
理装置の流出水のＴＯＣ濃度をより一層確実かつ効率的
に低減することができる。

【００５９】請求項３の超純水製造装置によれば、装置
構成材料に対して酸化腐食力の強いオゾンを用いること
なく、効果的に酸化分解を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超純水製造装置の一実施例を示す前処
理手段の系統図である。

【図２】本発明の超純水製造装置の他の実施例を示す前
処理手段の系統図である。

【符号の説明】

１原水タンク２生物反応槽３活性炭４酸素溶解槽６ＵＶランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０２Ｆ 9/00 ５０３Ｂ５０４Ａ 1/32 1/72 Ｚ１０１ 1/78 3/06 3/10 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水道水又はこれに準ずる水質の原水を前
処理する前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製
造装置を備える超純水製造装置において、該前処理装置は、化学的酸化処理手段及び生物処理手段
を含むことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項２】請求項１の超純水製造装置において、化
学的酸化処理手段はオゾン又は過酸化水素の導入手段を
有する酸素溶解槽を備え、生物処理手段は活性炭を担体
として内蔵する生物処理槽を備えてなり、前記酸素溶解
槽と該生物処理槽とは上部と下部にそれぞれ設けられた
接続管で接続されていることを特徴とする超純水製造装
置。
【請求項３】請求項２の超純水製造装置において、酸
素溶解槽は内部に紫外線照射装置を備えてなることを特
徴とする超純水製造装置。