JPH11114576A

JPH11114576A - 脱イオン水製造装置

Info

Publication number: JPH11114576A
Application number: JP9287054A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kuwata; 政博桑田; Yasutaka Shinmyo; 康孝新明
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-04-27
Anticipated expiration: 2017-10-20
Also published as: JP3484329B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気脱イオン装置を利用して高度の脱イオン
水を得る。【解決手段】被処理水をＥＤＩ装置（電気脱イオン装
置）１０によって処理する。この電気脱イオン装置１０
で得られる濃縮水を脱炭酸装置１２により脱炭酸処理し
た後、被処理水と共にＥＤＩ装置１０に流入する。濃縮
水が回収利用でき、かつＥＤＩ装置１０に流入する炭酸
を減少できるため、処理水の悪化を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脱イオン水を電気
脱イオン装置を利用して効率的に製造する脱イオン水製
造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、脱イオン水の製造には、イオ
ン交換樹脂が利用されている。このイオン交換樹脂は、
通常薬品による再生を必要とする。そこで、このイオン
交換樹脂を利用した脱イオンと電気透析的な処理を組み
合わせ、薬剤による再生が不要で、高度な脱イオン水を
得る電気脱イオン装置が知られている。

【０００３】また、この電気脱イオン装置を利用した脱
イオン水の製造において、電気脱イオン装置の濃縮水を
その供給水側へ返送する方法が提案されている。この方
法を利用することによって、水回収率を上昇することが
できる。

【０００４】さらに、電気脱イオン装置の前段に逆浸透
膜装置を設置し、被処理水を逆浸透膜処理して得られる
透過水を電気脱イオン装置の脱塩室に供給することも提
案されている。これによって、電気脱イオン装置に供給
する被処理水（供給水）中の塩類、特にマグネシウムや
カルシウムといった硬度成分を逆浸透膜装置によって減
少でき、電気脱イオン装置に対する塩類の負荷を減少す
ると共に硬度成分がイオン交換膜の表面やイオン交換体
の充填層中に析出することを防止することができる。特
に、電気脱イオン装置の濃縮水は塩類濃度が高いとはい
え、前段の逆浸透膜装置で被処理水が脱塩されているの
で、逆浸透膜装置の被処理水の塩類濃度と比較して、電
気脱イオン装置の濃縮水の塩類濃度は低く、濃縮水を逆
浸透膜装置の供給水側に返送することで、効果的に水回
収率を上昇することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、電気脱イオン
装置では、その供給水中の炭酸（溶存炭酸ガス（Ｄ−Ｃ
Ｏ₂）、ＨＣＯ₃ ^-等を含む）の量が処理水の比抵抗（Ｍ
Ω・ｃｍ）に大きく影響を与えることが知られている。
例として、図４に示すように、被処理水中の溶解塩類濃
度が一定であっても、被処理水中の炭酸ガス濃度が増加
すると得られる処理水の比抵抗が低下することがわか
る。特に、被処理水の溶存炭酸ガス濃度が５ｍｇＣＯ₂
／Ｌを超えると、処理水の比抵抗が急激に低下する。

【０００６】すなわち、炭酸は弱電解質であり、電気脱
イオン装置では比較的除去が困難な成分である。そこ
で、被処理水中の炭酸濃度がある濃度以上に増加する
と、電気脱イオン装置の処理水比抵抗が急に悪化するこ
とになる。

【０００７】そこで、前述の濃縮水を回収する方法にお
いては、被処理水中の溶解塩類のほとんどが（９９％〜
９９．９％）、及び炭酸の大部分（８０％〜９７％）が
除去されて濃縮水中に濃縮されることになる。従って、
濃縮水は、被処理水に比べ高濃度の塩類と炭酸を含有し
ており、この濃縮水を電気脱イオン装置の供給水側へ返
送した場合、電気脱イオン装置の供給水の塩類濃度及び
炭酸濃度が増加し、電気脱イオン装置の処理水質を悪化
させることになる。

【０００８】ここで、逆浸透膜装置を電気脱イオン装置
の前段に設け、電気脱イオン装置からの濃縮水を逆浸透
膜装置の供給水側に返送する構成であれば、濃縮水中の
塩類を逆浸透膜装置で除去できるので電気脱イオン装置
に対する負荷を減少することができる。

【０００９】しかし、この逆浸透膜装置における溶解塩
類の除去率は一般に極めて高い（９９．３％〜９９．７
％）が、炭酸除去率は比較的低い（４０％〜８０％）。
従って、電気脱イオン装置に対する炭酸の負荷はそれほ
ど減少することができず、電気脱イオン装置の被処理水
の炭酸濃度が上昇することはさけられず、結果的には処
理水比抵抗の低下を招いてしまうという問題があった。

【００１０】なお、特開平２−４０２２１号公報には、
脱炭酸手段を電気脱イオン装置の前段に設けることが示
されている。しかし、この公報に示されている装置で
は、供給水または濃縮水を含む供給水から炭酸を除去す
ることを示すだけであり、後述のごとく炭酸の除去率が
十分なものにできにくいという問題点があった。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、電気脱イオン装置を利用して、効率的に脱イオン
処理を行うことができる脱イオン水製造装置を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理水が供
給されるイオン交換体を充填した脱塩室と、この脱塩室
とイオン交換膜を介して仕切られ濃縮水が供給される濃
縮室と、を有すると共に、一対の電極に電圧を印加する
ことで脱塩室から脱イオン水を得る電気脱イオン装置
と、この電気脱イオン装置の濃縮室から排出される濃縮
水に対し、脱炭酸処理を行う脱炭酸装置と、を有し、こ
の脱炭酸装置において脱炭酸処理した濃縮水を前記電気
脱イオン装置の被処理水供給側へ供給することを特徴と
する。

【００１３】この脱イオン水製造装置によれば、電気脱
イオン装置の濃縮水を脱炭酸処理する。濃縮水中には、
炭酸が多く含まれている。従って、脱炭酸装置におい
て、効率のよい脱炭酸処理が行える。特に、前記特開平
２−４０２２１号公報に記載の方法のように電気脱イオ
ン装置に供給される被処理水に濃縮水を混合した後脱炭
酸処理した場合には、被処理水の希釈効果によって炭酸
濃度が低くなっており、十分な炭酸除去が行えない。す
なわち、本発明のごとく炭酸濃度の高い濃縮水に対して
脱炭酸処理を行うことによって、効果的な脱炭酸処理を
行うことができ、電気脱イオン装置において、高比抵抗
の脱イオン水を得ることができる。

【００１４】また、本発明は、前記電気脱イオン装置の
前段に被処理水を逆浸透膜処理する逆浸透膜装置をさら
に設け、前記脱炭酸処理された濃縮水を被処理水と共に
逆浸透膜装置に供給することを特徴とする。逆浸透膜処
理によれば、カルシウムイオンなどの析出しやすい硬度
成分を除去でき、硬度成分をほとんど含まない透過水を
得ることができる。従って、得られた透過水を電気脱イ
オン装置に供給することにより、被処理水（供給水）が
カルシウムイオンなどの硬度成分を含むものであって
も、電気脱イオン装置において、イオン交換体やイオン
交換膜等にカルシウムなどが析出することを防止して、
効果的な処理が行える。また、逆浸透膜処理によれば、
アルカリ分である陽イオンがが比較的多く除去され、処
理水である透過水が酸性側にシフトする傾向にある。従
って、逆浸透処理後の被処理水（透過水）を電気脱イオ
ン装置で処理することによって、その濃縮水も酸性側に
傾く。従って、この濃縮水を脱炭酸処理する場合に、そ
の脱炭酸処理の効率を高くすることができる。

【００１５】また、本発明は、前記脱炭酸装置は、濃縮
水中の炭酸を膜を介し除去する膜脱気装置であることを
特徴とする。膜脱気装置は、密閉型であり、濃縮水を圧
送しながら処理できる。従って、濃縮水返送用のポンプ
を１台で脱炭酸処理後の濃縮液を電気脱イオン装置また
は逆浸透装置に供給できる。また、濃縮液が大気にふれ
ることがないため、微粒子などの混入を防止することが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１７】「実施形態１」図１は、実施形態１の脱イ
オン水製造装置の構成を示すブロック図である。市水、
工業用水、あるいは半導体ウェハーを超純水で洗浄した
際に排出される洗浄排水等の被処理水は、電気脱イオン
装置（ＥＤＩ装置）１０に流入される。この電気脱イオ
ン装置１０は、イオン交換樹脂、イオン交換繊維等のイ
オン交換体が充填された脱塩室と、この脱塩室とイオン
交換膜を介して仕切られた濃縮室と、これら脱塩室及び
濃縮室に電圧を印加する一対の電極（陽電極と陰電極）
を有している。そして、脱塩室に被処理水を、また濃縮
室に濃縮水を流通することで、塩類をイオン交換膜を介
し濃縮室を流れる濃縮水中に移動させる。これによっ
て、塩類が除去された脱イオン水を脱塩室から得、塩類
が濃縮された濃縮水を濃縮室に得る。従って、脱塩室か
ら処理水が排出され、濃縮室から濃縮水が排出される。
また、一対の電極を収容する各電極室にも電極水を流通
する。したがって、この電極室からも、若干の電極水が
排出される。なお、上記濃縮室及び電極室に供給する濃
縮水及び電極水としては、通常、被処理水が使用され
る。

【００１８】そして、ＥＤＩ装置１０の濃縮室から排出
される濃縮水は、その一部が系外に排出され、他部は脱
炭酸装置１２に供給される。この脱炭酸装置１２は、膜
脱気装置が好適である。この膜脱気装置では、被処理水
が流通される処理室に対し、脱気膜で仕切った排気室を
設ける。そして、排気室を減圧することで、被処理水中
の炭酸ガス等の溶存ガスを排気室へ拡散除去する。この
膜脱気装置は、装置が比較的小型であり、また被処理水
を圧送した状態で処理が行える。従って、１つのポンプ
で、濃縮水の循環返送を行うことができるというメリッ
トがある。さらに、膜脱気装置では、基本的に大気など
との接触がない。そこで、濃縮水中への微粒子の混入な
ど不純物の混入を防止しやすい。さらに、本実施形態で
は、濃縮水のみを処理するため、脱炭酸処理の対象が比
較的少ない。そこで、膜脱気装置は有効に適用できる。
なお、脱炭酸装置１２としては上記膜脱気装置に限定さ
れるものではなく、炭酸を除去できるものであればいか
なるものでもよく、例えば窒素ガスなどの曝気によるも
の、シャワーリングによるもの、スプレーノズルによる
もの、脱炭酸塔、真空脱気塔等公知の脱炭酸装置を利用
することができる。なお、脱炭酸処理の対象となる濃縮
水に酸を添加してｐＨを酸性にして、炭酸の除去率を上
昇することも好適である。

【００１９】この脱炭酸装置１２において、炭酸が除去
された濃縮水は、ＥＤＩ装置１０への被処理水と混合さ
れ、ＥＤＩ装置１０に供給され、回収される。

【００２０】このようにして、本実施形態においては、
ＥＤＩ装置１０で得られる濃縮水を回収し、ＥＤＩ装置
１０に循環する。従って、水回収率を上昇することがで
きる。そして、ＥＤＩ装置１０の濃縮水を脱炭酸装置１
２に供給し、ここで脱炭酸処理するため、被処理水と混
合される濃縮水中の炭酸濃度は十分低いものになってい
る。そこで、ＥＤＩ装置１０に供給される被処理水の炭
酸濃度は十分低く、ＥＤＩ装置１０の処理水（脱イオン
水）として比抵抗の大きなものを得ることができる。ま
た、脱炭酸装置１２に供給される濃縮水は、比較的高濃
度の炭酸を含んでおり、脱炭酸装置１２において、効果
的な脱炭酸処理が行える。すなわち、前記特開平２−４
０２２１号公報記載の方法のように濃縮水と電気脱イオ
ン装置１０に供給する被処理水（原水）を混合した後、
脱炭酸処理を行うと、処理対象となる水の炭酸濃度が希
釈によって低くなるので、炭酸を除去しにくい。従っ
て、本発明のごとく濃縮水について脱炭酸処理を行い、
その後、被処理水と混合してＥＤＩ装置１０に供給する
ことが非常に有効である。

【００２１】「実施形態２」図２に、実施形態２の脱イ
オン水製造装置の構成を示す。この装置では、ＥＤＩ装
置１０の前段に逆浸透膜装置（ＲＯ装置）１４を配置
し、このＲＯ装置１４から得られる透過水をＥＤＩ装置
１０の脱塩室、濃縮室および電極室に供給すると共に、
ＥＤＩ装置１０から排出される濃縮水の全量を脱炭酸装
置１２に供給して脱炭酸処理する構成としてある。そし
て、脱炭酸装置１２において脱炭酸処理された濃縮水
は、ＲＯ装置１４の前段に供給される。

【００２２】このように、実施形態２においても、ＥＤ
Ｉ装置１０の濃縮水について、脱炭酸処理を行う。従っ
て、上述の場合と同様に、効果的な炭酸の除去が行われ
る。さらに、本実施形態においては、ＲＯ装置１４にお
いて、塩類を除去する。この時、通常の場合アルカリ成
分が多く除去される。従って、ＲＯ装置１４の透過水は
酸性側にシフトし、ＥＤＩ装置１０の濃縮水も酸性にな
る。そこで、脱炭酸装置１２において、酸の添加をしな
くても効果的な脱炭酸処理を行うことができる。

【００２３】そして、ＲＯ装置１４により、塩類を除去
するため、ＥＤＩ装置１０に対する塩類の負荷を小さく
して、高度の処理を達成できる。特に、脱炭酸処理が行
われた濃縮水が被処理水に添加されており、ＥＤＩ装置
１０において、比抵抗の十分大きな高純度の脱イオン水
を得ることができる。特に、ＥＤＩ装置１０に流入する
被処理水がカルシウムイオンなどの硬度成分を含むと、
硬度成分がイオン交換体やイオン交換膜に付着し、処理
が十分に行えなくなってしまう。本実施形態によれば、
ＲＯ装置１４により、硬度成分をはじめとする多くの塩
類を除去するため、このような問題点を除去できる。

【００２４】「実施形態３」図３に、実施形態３の脱イ
オン水製造装置の構成を示す。この装置では、上述の実
施形態２の装置において、さらに電極水を回収し、電気
脱イオン装置１０の流入側へ循環する。

【００２５】そして、この電極水の循環経路には、Ｐｄ
（パラジウム）触媒処理装置１６及び活性炭処理装置１
８が設けられている。

【００２６】電極水は、陰極及び陽極の付近の水であ
り、電解生成物を含有する。すなわち、陰極水は水素ガ
ス、陽極水は次亜塩素酸や塩素ガスを含有している場合
が多い。特に、次亜塩素酸や塩素ガスは強力な酸化剤で
あるから、電極水をそのままＥＤＩ装置１０の流入側へ
循環すると、ＥＤＩ装置１０や、逆浸透膜装置１４の
膜、あるいはＥＤＩ装置１０の脱塩室に充填されている
イオン交換体に悪影響を与える。

【００２７】活性炭処理装置１８は、電極水中の次亜塩
素酸や塩素ガスを分解除去する。従って、ＥＤＩ装置１
０またはＲＯ装置１４に返送される電極水中の塩素ガス
などを除去して、膜劣化を引き起こすことを防止するこ
とができる。また、Ｐｄ触媒処理装置１６は、Ｐｄを担
持した触媒と電極水を接触させるものであり、溶存する
水素ガスを酸素ガスと反応させて水を生成する。これに
よって、電極水に溶存する水素ガスを除去することがで
きる。従って、水素ガスがそのまま系外に排出されるこ
とを防止することができる。

【００２８】このように、電極水を処理するためのＰｄ
触媒処理装置１６及び活性炭処理装置１８を設けること
によって、電極水を回収利用するに当たっての問題発生
を防止することができる。なお、Ｐｄ触媒処理装置１６
または活性炭処理装置１８のいずれか一方のみを設けて
もよい。また、逆浸透膜装置１４を省略してもよい。

【００２９】

【実施例】

「実施例１」実施形態１の装置において、処理実験を行
った。ＥＤＩ装置１０は、処理水量２．８ｍ³／ｈ（供
給水量３．０ｍ³／ｈ）、濃縮水量０．２ｍ³／ｈであ
り、脱炭酸装置１２には、膜脱気装置を使用した。ＥＤ
Ｉ装置１０は、次のようなものを使用した。

【００３０】・印加電圧：３００Ｖ、電流１Ａ・使用イオン交換体：カチオン交換樹脂アンバーライト
ＩＲ１２０Ｂ、アニオン交換樹脂アンバーライトＩＲＡ
４００（いずれもロームアンドハース社製）、カチオン
交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合比１：２（容積比）・イオン交換膜：カチオン膜ＣＭＨ、アニオン膜ＡＭＨ
（いずれも（株）トクヤマ製）また、膜脱気装置は、次のようなものを使用した。

【００３１】・使用膜：ＥＦ−０４０Ｐ（大日本インキ
化学工業（株）製）・真空度３．２５ｋＰａこの装置において、半導体ウェハーを超純水で洗浄する
工程から排出された電気伝導率：５μＳ／ｃｍ、溶存炭
酸ガス（Ｄ−ＣＯ₂）濃度：４ｍｇＣＯ２／Ｌ、ｐＨ：
６．２の洗浄排水を被処理水として処理した。その結果
を脱炭酸装置１２を有しない従来例の処理結果と共に、
表１に示す。

【００３２】

【表１】このように、本実施例により、ＥＤＩ装置１０の入り口
における溶存炭酸濃度を従来例より小さくすることがで
き、処理水比抵抗を大きくできることがわかる。

【００３３】「実施例２」実施形態２の装置において、
処理実験を行った。逆浸透膜装置１４は、処理水量：
３．０ｍ³／ｈ（供給水量４．０ｍ³／ｈ、回収率７５
％）、濃縮水量１．０ｍ³／ｈ、使用膜：ＳＵ−７２０
（東レ（株）製）を使用した。また、ＥＤＩ装置１０及
び脱炭酸装置１２は、実施例１と同じものを使用した。

【００３４】この装置において、実施例１と同じ被処理
水について処理した。その結果を脱炭酸装置１２を有し
ない従来例の処理結果と共に、表２に示す。

【００３５】

【表２】このように、ＥＤＩ装置の濃縮水を逆浸透膜装置の前段
に戻すことにより、さらに処理水比抵抗を大きくできる
ことがわかる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気脱イオン装置の濃縮水を脱炭酸処理する。濃縮水中
には、炭酸が多く含まれている。従って、脱炭酸装置に
おいて、効率のよい脱炭酸処理が行える。また、従来の
ように電気脱イオン装置に供給される被処理水に濃縮水
を混合した後脱炭酸処理した場合には、炭酸濃度が低く
なっており、十分な炭酸除去が行えないと共に脱炭酸装
置自体も大型のものが必要になるが、本発明のごとく濃
縮水に対してのみ脱炭酸処理を行うことによって、効果
的な脱炭酸処理を行うことができ、電気脱イオン装置に
おいて、高比抵抗の脱イオン水を得ることができると共
に脱炭酸処理装置を従来より小型化することができる。

【００３７】また、本発明では、電気脱イオン装置の前
段に逆浸透膜装置を設けることによって、ここでカルシ
ウムイオンなどの硬度成分を除去できる。従って、被処
理水（供給水）がカルシウムイオンなどを含むものであ
っても、電気脱イオン装置において、イオン交換体やイ
オン交換膜等にカルシウムなどの硬度成分が析出するこ
とを防止して、効果的な処理が行える。また、逆浸透膜
処理によれば、アルカリ分である陽イオンがが比較的多
く除去され、透過水が酸性側にシフトする傾向にある。
従って、逆浸透処理後の被処理水を電気脱イオン装置で
処理することによって、その濃縮水も酸性側に傾く。従
って、この濃縮水を脱炭酸処理する場合に、その脱炭酸
処理の効率を高くすることができる。

【００３８】さらに、本発明では、前記脱炭酸装置を膜
脱気装置とすることにより、この膜脱気装置を、密閉型
として濃縮水を圧送しながら処理できる。従って、返送
用のポンプを１台で脱炭酸処理後の濃縮水を電気脱イオ
ン装置または逆浸透装置に供給できる。また、濃縮水が
大気にふれることがないため、微粒子などの混入を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の構成を示すブロック図である。

【図２】実施形態２の構成を示すブロック図である。

【図３】実施形態３の構成を示すブロック図である。

【図４】供給水溶存炭酸濃度と処理水比抵抗の関係を
示す図である。

【符号の説明】

１０電気脱イオン装置、１２脱炭酸装置、１４逆
浸透膜装置、１６Ｐｄ触媒処理装置、１８活性炭処
理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０２Ｆ 1/44 Ｃ０２Ｆ 1/44 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理水が供給されるイオン交換体を充
填した脱塩室と、この脱塩室とイオン交換膜を介して仕
切られ濃縮水が供給される濃縮室と、を有すると共に、
一対の電極に電圧を印加することで脱塩室から脱イオン
水を得る電気脱イオン装置と、この電気脱イオン装置の濃縮室から排出される濃縮水に
対し、脱炭酸処理を行う脱炭酸装置と、を有し、この脱炭酸装置において脱炭酸処理した濃縮水を前記電
気脱イオン装置の被処理水供給側へ供給することを特徴
とする脱イオン水製造装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、前記電気脱イオン装置の前段に被処理水を逆浸透膜処理
する逆浸透膜装置をさらに設け、前記脱炭酸処理された
濃縮水を被処理水と共に逆浸透膜装置に供給することを
特徴とする脱イオン水製造装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の装置におい
て、前記脱炭酸装置は、濃縮水中の炭酸を膜を介し除去する
膜脱気装置であることを特徴とする脱イオン水製造装
置。