JPH11128924A - 純水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体製造などの電子産業分野、医薬用水関連
分野などで用いられる、ホウ素濃度を大幅に低減し、か
つ比抵抗を高めた純水又は超純水の製造に適した純水製
造装置を提供する。 【解決手段】（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加して
pHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｂ）pH
の調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆
浸透膜及び（Ｃ）耐アルカリ性逆浸透膜透過水が通水さ
れる混床型イオン交換装置を有することを特徴とする純
水製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、純水製造装置に関
する。さらに詳しくは、本発明は、半導体製造などの電
子産業分野、医薬用水関連分野などで用いられる、ホウ
素濃度を大幅に低減し、比抵抗を高めた純水又は超純水
の製造に適した純水製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホウ素を含有する原水を処理して純水又
は超純水を製造するために、混床型イオン交換装置に通
水することによるホウ素の除去が行われている。しか
し、混床型イオン交換装置は、新しい樹脂を充填した直
後のホウ素除去率は極めて高いが、再生を行った後に通
水すると、ホウ素の除去率が著しく低下するという問題
があった。また、混床型イオン交換装置では、ホウ素の
破過が他のイオンの破過に比べて早く、水中のホウ素濃
度を安定して低減することは困難であった。電子産業分
野や医薬用水関連分野では、ホウ素濃度が０.３ppb以
下、より好ましくは０.１ppb以下である純水が要求され
る。このようにホウ素濃度の低い純水を、混床型イオン
交換装置を用いて長時間破過することなく、安定して製
造することができる純水製造装置が求められていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体製造
などの電子産業分野、医薬用水関連分野などで用いられ
る、ホウ素濃度を大幅に低減し、かつ比抵抗を高めた純
水又は超純水の製造に適した純水製造装置を提供するこ
とを目的としてなされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ホウ素含有水にア
ルカリを添加してpHを９.２以上に調整するアルカリ添
加装置と、pH調整されたホウ素含有水を通水する耐アル
カリ性逆浸透膜と、耐アルカリ性逆浸透膜透過水が通水
される混床型イオン交換装置を組み合わせることによ
り、処理水中のホウ素濃度を顕著に低減し、しかも混床
型イオン交換装置の破過時間を延長し得ることを見いだ
し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。す
なわち、本発明は、（１）(Ａ)ホウ素含有水にアルカリ
を添加してpHを９.２以上に調整するアルカリ添加装
置、(Ｂ)pHの調整されたホウ素含有水が通水される耐ア
ルカリ性逆浸透膜及び(Ｃ)耐アルカリ性逆浸透膜透過水
が通水される混床型イオン交換装置を有することを特徴
とする純水製造装置、（２）耐アルカリ性逆浸透膜が、
前段の膜の透過水が後段の膜の供給水となるよう多段に
設けられてなる第(１)項記載の純水製造装置、及び、
（３）(Ｄ)前処理工程として、陽イオン交換装置と脱炭
酸装置を有する第(１)項又は第(２)項記載の純水製造装
置、を提供するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１(ａ)は、本発明の純水製造装
置の一態様の構成図である。本態様の純水製造装置は、
アルカリ添加装置、耐アルカリ性逆浸透膜１及び混床型
イオン交換装置２を有する。本発明装置におけるアルカ
リ添加装置には特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリ
ウムなどのアルカリ水溶液を添加する装置や、塩基性樹
脂イオン交換塔、あるいはその両方を設置することがで
きる。アルカリ水溶液を添加する装置としては、例え
ば、撹拌機つきのpH調整槽を設けたり、通水ラインにア
ルカリ水溶液注入口を設け、その下流側にスタチックミ
キサーなどを設置することができる。アルカリ添加装置
は、ホウ素含有水にアルカリを添加して、pHをホウ酸の
ｐＫa９.２（２５℃）以上に調整し得るものであること
が好ましく、pHを１０以上に調整し得るものであること
がより好ましい。

【０００６】本発明装置における耐アルカリ性逆浸透膜
は、長期的にpH１０以上となっても劣化を受けないもの
であることが好ましい。この場合、供給されるアルカリ
性のホウ素含有水のpHよりも、濃縮水の方がpHが高くな
るので、濃縮水のpHを考慮して耐アルカリ性逆浸透膜を
選択する必要がある。このような耐アルカリ性逆浸透膜
としては、例えば、pH１１まで長期耐久性のあるものと
して市販されているＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０
などを挙げることができる。また、pH１０まで長期耐久
性のあるものとしては、日東電工(株)製ＥＳ２０、ＥＳ
１０、ＮＴＲ７５９、東レ(株)製ＳＵ７００などのポリ
アミド系の膜などを挙げることができる。逆浸透膜のホ
ウ素に対する除去性能は、高アルカリ条件の方が高いこ
とは知られていたが、ナトリウムイオンなどのカチオン
成分に対する除去性能と異なり、濃度依存性が少なく、
特に低濃度においても除去率の低下の度合が少ないこと
が、新たな知見として明らかになった。このため、逆浸
透膜を多段に組み合わせ、少なくとも１段目において、
供給水のpHをホウ素のｐＫaである９.２（２５℃）以上
に調整とすることにより、ホウ素除去率を向上すること
ができるものと考えられる。

【０００７】本発明装置における混床型イオン交換装置
には特に制限はなく、公知の強酸性陽イオン交換樹脂と
強塩基性陰イオン交換樹脂を充填したイオン交換塔など
を使用することができる。本発明装置において、イオン
交換樹脂の再生は、ホウ素の破過が生じたとき、水力分
級により比重の大きい陽イオン交換樹脂を下に、比重の
小さい陰イオン交換樹脂を上に分離し、陰イオン交換樹
脂は上部から水酸化ナトリウムなどの通水により、陽イ
オン交換脂は下部より塩酸などの通水により再生するこ
とができる。これらの再生薬液は、塔中間部に集水管を
設けて排出することができる。混床型イオン交換装置に
おいては、樹脂の再生を行う際に、ホウ素を除去する働
きをもつ陰イオン交換樹脂の再生が不十分となる場合が
ある。このような再生において、集水管周辺の樹脂は十
分に再生液と接触しにくいことから、一部の樹脂の再生
が不十分となり、特に陰イオン交換樹脂の再生が不十分
となったとき、他のイオンよりも樹脂に吸着しにくいホ
ウ素のリーク量が多くなることをつきとめた。

【０００８】このため、本発明装置においては、ホウ素
を除去する働きを有する陰イオン交換樹脂の再生を十分
に行うために、集水管の位置を再生時の陰イオン交換樹
脂層の下端よりも低くすることが好ましく、集水管の位
置を陰イオン交換樹脂層の下端よりも塔直径の１／１０
以上低くすることがより好ましく、塔直径の１／８以上
低くすることがさらに好ましい。このように集水管の位
置を陰イオン交換樹脂層の下端よりも低くすることによ
り、通常は陰イオン交換樹脂層の下端から集水管までの
間には陽イオン交換樹脂が存在することになるが、陰イ
オン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の中間の比重を有する
不活性樹脂を用いて、陰イオン交換樹脂層の下端と集水
管の間に不活性樹脂層を設けることもできる。また、陰
イオン交換樹脂の再生を十分に行うために、陰イオン交
換樹脂と陽イオン交換樹脂を分離したのち、分離した樹
脂の上部から下部まで水酸化ナトリウム水溶液を通液し
て、陰イオン交換樹脂を完全に再生したのち、陽イオン
交換樹脂のみを中間部より下部まで塩酸を通液すること
により再生することもできる。この方法によれば、再生
に必要な時間はやや長くなるが、陰イオン交換樹脂の再
生を十分に行うことができる。本発明装置においては、
上記の集水管の位置を陰イオン交換樹脂層の下端よりも
低くする方法、分離した樹脂の上部から下部まで水酸化
ナトリウム水溶液を通液して再生する方法、あるいは、
これらの二つの方法の組み合わせにより、陰イオン交換
樹脂を完全に再生することができる。

【０００９】本発明装置においては、このようにして陰
イオン交換樹脂を完全に再生した混床型イオン交換装置
に通水することにより、得られる純水中のホウ素濃度を
極めて低くすることができる。従来は、処理水中のホウ
素濃度を低減することを目的とした場合は、混床型イオ
ン交換装置でのホウ素の破過が他のイオンに比べて早い
ことから、再生頻度を多くしなければならないという問
題があった。しかし、本発明装置においては、アルカリ
添加装置においてホウ素含有水にアルカリを添加してpH
を９.２以上に調整したのち、耐アルカリ性逆浸透膜に
通水するので、逆浸透膜によるホウ素の除去率が高く、
逆浸透膜透過水中のホウ素濃度が低くなり、混床型イオ
ン交換装置の再生頻度を大きく減少することができる。
本発明装置において、耐アルカリ性逆浸透膜への供給水
のpHを９.２以上とすることにより、ホウ素の除去率は
高くなるが、透過水中にリークするアルカリ成分、例え
ば、水酸化ナトリウムの量は多くなる。しかし、混床型
イオン交換装置における水酸化ナトリウムなどの吸着力
は極めて大きく、例えば、耐アルカリ性逆浸透膜透過水
の電気伝導率が１０μＳ／cm程度であっても、混床型イ
オン交換装置に通水することにより、比抵抗１５ＭΩ・c
m以上の純水を得ることができる。

【００１０】本発明の純水製造装置においては、耐アル
カリ性逆浸透膜を、前段の膜の透過水が後段の膜の供給
水となるよう多段に設けることができる。耐アルカリ性
逆浸透膜を直列に設置して多段に設けることにより、ホ
ウ素除去率をより一層高めることができる。例えば、耐
アルカリ性逆浸透膜を２段に設置し、前段の耐アルカリ
性逆浸透膜にホウ素を２０ppb程度含有する水のpHを１
０程度に調整して通水することにより、前段の耐アルカ
リ性逆浸透膜透過水のホウ素濃度は１ppb程度になり、
この透過水をさらに後段の耐アルカリ性逆浸透膜に通水
することにより、後段の耐アルカリ性逆浸透膜透過水の
ホウ素濃度は０.１ppb以下となる。本発明の純水製造装
置においては、前処理工程として、陽イオン交換装置と
脱炭酸装置を設けることができる。前処理工程に用いる
陽イオン交換装置には特に制限はなく、例えば、一部を
Ｎａ型とした弱酸性陽イオン交換樹脂を用いた陽イオン
交換装置、弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交
換樹脂を混合した陽イオン交換装置などを挙げることが
できる。一部をＮａ型とした弱酸性陽イオン交換樹脂
は、弱酸性陽イオン交換樹脂を塩酸などの酸で再生した
のち、水酸化ナトリウム水溶液を通水して一部の弱酸性
陽イオン交換樹脂をＮａ型に変えることにより調製する
ことができる。一部の樹脂がＮａ型となっていると、通
水により、カルシウムが重炭酸カルシウムであっても、
塩化カルシウムであっても、その形態によらずカルシウ
ムを除去することができる。すなわち、一部をＮａ型と
した弱酸性陽イオン交換樹脂を用いることにより、安定
してカルシウムを除去することができる。陽イオン交換
装置として、弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン
交換樹脂を混合した陽イオン交換装置を用いることによ
り、水中のカルシウム以外のカチオン成分の交換量を減
らし、カルシウムを選択的に除去することが可能とな
り、イオン交換樹脂の再生頻度を少なくすることができ
る。

【００１１】本発明装置において、使用する脱炭酸装置
には特に制限はなく、例えば、脱気膜などを挙げること
ができる。脱炭酸装置を設けて水中の炭酸を除去するこ
とにより、耐アルカリ性逆浸透膜に通水する前のpH調整
に必要なアルカリ添加量を減少することができる。炭酸
が存在すると必要なアルカリ添加量が多くなるのは、水
中の全炭酸濃度が多いほど、pHの緩衝作用が大きいため
であると考えられる。アルカリ添加量が多くなると、耐
アルカリ性逆浸透膜からのアルカリリーク量が多くな
り、例えば、アルカリとして水酸化ナトリウムを使用し
た場合には、ナトリウムのリーク量が多くなる。脱炭酸
装置として脱気膜を用いることにより、炭酸の除去と酸
素の除去を同時に行うことができる。本発明装置におい
ては、上記のような前処理を行ったのち、供給水にアル
カリを添加してpHを高め、耐アルカリ性逆浸透膜に通水
することにより、高い除去率でホウ素を除去し、しかも
耐アルカリ性逆浸透膜におけるスケールの発生を効果的
に防ぐことができる。上記の前処理により、特に、高ア
ルカリ条件で析出しやすい炭酸カルシウムのスケールの
析出を有効に防止することができる。

【００１２】図１(ｂ)は、本発明の純水製造装置の他の
態様の構成図である。原水は、陽イオン交換装置３に導
かれ、あらかじめ水中のカルシウムなどのカチオン成分
が除去されたのち、脱気膜を用いた脱炭酸装置４におい
て水中の炭酸が除去される。次いで、被処理水は、アル
カリ添加装置においてアルカリが添加され、pH９.２以
上に調整されたのち、前段の耐アルカリ性逆浸透膜１及
び後段の耐アルカリ性逆浸透膜１に通水されて、水中の
ホウ素が除去される。後段の耐アルカリ性逆浸透膜の透
過水は、混床型イオン交換装置２に通水され、水中のナ
トリウムなどのイオン成分が除去されて、ホウ素濃度が
低く、比抵抗の高い純水が得られる。本発明の純水製造
装置によれば、従来は逆浸透膜では除去が困難であった
ホウ素を、容易に濃度０.１ppb以下まで除去することが
できる。さらに、処理水中のカチオン成分を効率的に除
去して、比抵坑も高い純水を得ることができる。

【００１３】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。 実施例１ 図１(ｃ)に示す構成の純水製造装置を用いて、純水の製
造を行った。この装置は、限外ろ過装置５、陽イオン交
換装置３、脱気膜を用いた脱炭酸装置４、耐アルカリ性
逆浸透膜１［ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０、］２
段及び混床型イオン交換装置２［塔径２００mm、栗田工
業(株)製のＥＸ−ＡＧ２２リットル及びＥＸ−ＣＧ１４
リットル充填］をこの順に直列に連結し、脱炭酸装置と
前段の耐アルカリ性逆浸透膜の間にアルカリ添加装置を
設けたものである。なお、混床型イオン交換装置では、
陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の分離界面より２
５mm下方に集水管を設けた。この装置に、厚木市水を２
トン／hrで通水した。アルカリ添加装置より水酸化ナト
リウムを添加して、前段の耐アルカリ性逆浸透膜への供
給水のpHを１０.３５に調整した。また、それぞれの耐
アルカリ性逆浸透膜の回収率は９０％とした。限外ろ過
膜透過水の水質は、pH７.４４、電気伝導率１６６μＳ
／cm、ホウ素濃度１４.９ppbであった。後段の耐アルカ
リ性逆浸透膜透過水の水質は、pH８.８５、電気伝導率
１１.２μＳ／cm、ホウ素濃度０.０９ppbであった。混
床型イオン交換装置を通過して得られた純水の水質は、
pH７.０２、比抵抗１７.８６ＭΩ・cm、ホウ素濃度０.０
１ppb以下であった。また、混床型イオン交換装置のホ
ウ素の破過時間は５３０時間であった。 比較例１ 水酸化ナトリウムの添加による前段の耐アルカリ性逆浸
透膜への供給水のpH調整を６.８２とした以外は、実施
例１と同様にして純水を製造した。後段の耐アルカリ性
逆浸透膜透過水の水質は、pH５.４０、電気伝導率０.６
１μＳ／cm、ホウ素濃度３.１０ppbであった。混床型イ
オン交換装置を通過して得られた純水の水質は、pH７.
０２、比抵抗１７.８８ＭΩ・cm、ホウ素濃度０.６８ppb
であった。また、混床型イオン交換装置のホウ素の破過
時間３０時間であった。実施例１の各段階の水質を第１
表に、比較例１の各段階の水質を第２表に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】実施例１と比較例１の結果を比較すると、
前段及び後段の耐アルカリ性逆浸透膜透過水のホウ素濃
度は実施例１の方が低いが、電気伝導率は比較例１の方
が低く、この段階ではイオン成分の除去は比較例１の方
が効果的になされている。しかし、混床型イオン交換装
置を通過して得られた純水の比抵抗は、実施例１、比較
例１のいずれも１７.９ＭΩ・cmという高い値を示し、最
終的に得られる純水中のイオン成分は、実施例１も比較
例１も同等に除去されていることが分かる。一方、混床
型イオン交換装置を通過して得られた純水のホウ素濃度
は、実施例１では０.０１ppb以下とホウ素がほぼ完全に
除去されているのに対して、比較例１では０.６８ppbで
あり、ホウ素の除去が不十分である。さらに、混床型イ
オン交換装置のホウ素の破過時間は、実施例１が５３０
時間、比較例１が３０時間で、実施例１の方が１７倍以
上長い。以上の結果から、本発明の純水製造装置を用い
ることにより、ホウ素濃度が低く、かつ比抵抗の高い純
水が、安定して得られることが分かる。

【００１７】

【発明の効果】本発明の純水製造装置によれば、従来は
逆浸透膜では除去が困難であったホウ素を、容易に濃度
０.１ppb以下まで除去することができ、さらに、処理水
中のイオン成分を効率的に除去して、比抵坑も高い純水
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の純水製造装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 耐アルカリ性逆浸透膜 ２ 混床型イオン交換装置 ３ 陽イオン交換装置 ４ 脱炭酸装置 ５ 限外ろ過装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加して
   pHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｂ）pH
   の調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆
   浸透膜及び（Ｃ）耐アルカリ性逆浸透膜透過水が通水さ
   れる混床型イオン交換装置を有することを特徴とする純
   水製造装置。
2. 【請求項２】耐アルカリ性逆浸透膜が、前段の膜の透過
   水が後段の膜の供給水となるよう多段に設けられてなる
   請求項１記載の純水製造装置。
3. 【請求項３】（Ｄ）前処理工程として、陽イオン交換装
   置と脱炭酸装置を有する請求項１又は請求項２記載の純
   水製造装置。