JPH11197649A

JPH11197649A - 純水の製造方法

Info

Publication number: JPH11197649A
Application number: JP228398A
Authority: JP
Inventors: Shin Sato; 伸佐藤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 1999-07-27
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: JP3536294B2

Abstract

(57)【要約】【課題】原水をアルカリ性として逆浸透膜に通水するこ
とにより純水を製造する方法において、逆浸透膜におけ
るスケール発生のおそれがなく、pH調整のために必要な
アルカリ剤の添加量を低減し、得られる純水中の塩類濃
度を低下させて、水質の向上した純水を得ることができ
る純水の製造方法を提供する。【解決手段】原水のpHを９.２以上に調整して逆浸透膜
に通水することにより純水を製造する方法において、原
水のpHを調整する前に、酸性条件下において脱気処理す
る工程と、強酸性カチオン交換樹脂と接触させるイオン
交換工程とによって、原水を前処理することを特徴とす
る純水の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、純水の製造方法に
関する。さらに詳しくは、本発明は、原水をアルカリ性
として逆浸透膜に通水することにより純水を製造する方
法において、逆浸透膜におけるスケール発生のおそれが
なく、pH調整のために必要なアルカリ剤の添加量を低減
し、得られる純水中の塩類濃度を低下させて、水質の向
上した純水を得ることができる純水の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】逆浸透膜による脱塩において、脱塩率は
逆浸透膜の種類によってほぼ決まるので、逆浸透膜に供
給する水の水質によって透過水として得られる脱塩水の
水質が左右される。高いpH条件下で逆浸透膜を用いて脱
塩する場合、ホウ素、シリカ、有機酸などは、pHの上昇
に応じて解離しやすくなり、イオン化した物質は逆浸透
膜で分離することができる。このために、中性条件下で
は除去できない物質も、高pH条件とすれば逆浸透膜によ
る除去が可能となる。しかし、原水のpHを高めるために
は、アルカリ剤を多量に添加することが必要なので、逆
浸透膜への供給水の塩類濃度が上昇し、脱塩水に含まれ
る塩類濃度も上昇し、水質の低下を招くことになる。例
えば、ＯｉｌａｎｄＧａｓＪｏｕｒｎａｌ、１９９
３年９月２０日号、第８８〜９１頁には、原水を弱酸性
カチオン交換樹脂で処理したのち、pHを１０に調整して
逆浸透膜に通水することにより、ホウ素などが効果的に
除去されることが報告されている。しかし、この方法に
よれば、pH１０のような高pH条件とする際に添加するア
ルカリ剤の量が多く、これらのアルカリ成分が逆浸透膜
の透過水にリークするという問題がある。また、弱酸性
カチオン交換樹脂のみによる前処理では、カルシウム成
分の除去が不十分となり、逆浸透膜でのスケール発生の
原因となるという問題もある。このために、逆浸透膜に
おけるスケール発生のおそれがなく、pH調整のために必
要なアルカリ剤の添加量を低減し、脱塩水中の塩類濃度
を下げて、水質の向上した純水を得ることができる純水
の製造方法が求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、原水をアル
カリ性として逆浸透膜に通水することにより純水を製造
する方法において、逆浸透膜におけるスケール発生のお
それがなく、pH調整のために必要なアルカリ剤の添加量
を低減し、得られる純水中の塩類濃度を低下させて、水
質の向上した純水を得ることができる純水の製造方法を
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、原水のpHをアルカ
リ性に調整する前に、酸性条件下において脱気処理する
工程と、強酸性カチオン交換樹脂と接触させるイオン交
換工程とによって前処理することにより、原水中の炭酸
とカルシウムイオンなどを完全に除去してスケールの発
生を防止するとともに、pH調整に必要なアルカリ剤の量
を低減して、高水質の純水を製造することが可能となる
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）原水のpHを９.
２以上に調整して逆浸透膜に通水することにより純水を
製造する方法において、原水のpHを調整する前に、酸性
条件下において脱気処理する工程と、強酸性カチオン交
換樹脂と接触させるイオン交換工程とによって、原水を
前処理することを特徴とする純水の製造方法、を提供す
るものである。さらに、本発明の好ましい態様として、
（２）原水のpHを６以下に調整して脱気処理する第(１)
項記載の純水の製造方法、（３）イオン交換工程におい
て、弱酸性カチオン交換樹脂との接触を併用する第(１)
項記載の純水の製造方法、及び、（４）逆浸透膜を多段
に設け、前段の逆浸透膜の透過水を後段の逆浸透膜に通
水する第(１)項記載の純水の製造方法、を挙げることが
できる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明方法は、原水のpHを９.２
以上に調整して逆浸透膜に通水することにより純水を製
造する方法において、原水のpHを調整する前に、酸性条
件下において脱気処理する工程と、強酸性カチオン交換
樹脂と接触させるイオン交換工程とによって、原水を前
処理するものである。脱気処理工程とイオン交換工程の
順序には特に制限はなく、脱気処理に続いてイオン交換
処理することができ、あるいは逆にイオン交換処理に続
いて脱気処理することもできる。本発明方法において、
原水を酸性条件下において脱気処理する際に、原水のpH
が６以下であることが好ましく、pHが５以下であること
がより好ましい。原水を酸性条件下で脱気処理すること
により、原水中に含まれる炭酸イオン及び重炭酸イオン
を炭酸ガスとして除去することができる。原水中に炭酸
イオン及び重炭酸イオンが存在すると、炭酸イオン及び
重炭酸イオンはpHの緩衝作用が大きいので、原水のpHを
９.２以上に調整するために必要なアルカリ剤の添加量
が多くなり、逆浸透膜処理におけるアルカリのリーク量
が多くなる。本発明方法においては、原水を酸性条件下
において脱気処理して炭酸を除去するので、pHを９.２
以上に調整するために必要なアルカリ剤の添加量が少な
く、逆浸透膜処理におけるアルカリのリーク量が大幅に
減少する。原水を酸性条件とする方法には特に制限はな
く、例えば、塩酸、硫酸などの添加により酸性とするこ
とができ、あるいは、酸性物質を含む固体粒子に接触さ
せて酸性とすることもできる。酸性物質を含む固体粒子
としては、例えば、塩酸などにより再生した弱酸性カチ
オン交換樹脂や強酸性カチオン交換樹脂などを挙げるこ
とができる。イオン交換樹脂と接触させる方法において
は、イオン交換樹脂塔への通水初期などはpHが低くなり
すぎたり、あるいは通水を進めるとともにpHが少しづつ
上昇するなど、pHが必ずしも一定とならない場合がある
ので、酸の添加によるpHの調整を併用し、pHを一定にし
て、脱気処理における炭酸の除去率を一定とすることが
好ましい。使用する脱気処理装置には特に制限はなく、
例えば、脱炭酸塔、真空脱気塔、窒素脱気塔、膜脱気装
置などを挙げることができる。

【０００６】本発明方法においては、原水を強酸性カチ
オン交換樹脂と接触させることにより、原水中のカルシ
ウムイオン、マグネシウムイオンなどを除去する。原水
中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどは、原
水のpHを９.２以上に調整する際にアルカリ剤を消費す
るので、カルシウムイオン、マグネシウムイオンなどを
除去することにより、pHを９.２以上に調整するために
必要なアルカリ剤の添加量を少なくし、逆浸透膜処理に
おけるアルカリのリーク量を大幅に減少することができ
る。弱酸性カチオン交換樹脂はカルシウム吸着量が大き
く、再生頻度が小さいという利点はあるものの、弱酸性
カチオン交換樹脂は重炭酸カルシウムのようなアルカリ
性塩の分解能を有するが、塩化カルシウムのような中性
塩に対しては分解能を有しない。このために、弱酸性カ
チオン交換樹脂によって原水中のカルシウムの一部は除
去されるが、すべてのカルシウムを除去することはでき
ない。本発明方法においては、強酸性カチオン交換樹脂
を使用するので、アルカリ性塩も中性塩も分解すること
ができ、原水中のカルシウムイオンをほぼ完全に除去す
ることができる。本発明方法において、強酸性カチオン
交換樹脂は、Ｈ形で用いることも、Ｎａ形で用いること
も可能である。イオン交換工程の後に脱気処理工程があ
る場合には、脱気処理は酸性条件下において行うので、
強酸性カチオン交換樹脂をＨ形で使用した場合は、水中
へ水素イオンＨ⁺が遊離して酸性となり、脱気処理にお
いて酸性条件とするための酸の使用量を低減することが
できる。強酸性カチオン交換樹脂をＮａ型で使用した場
合でも、強酸性カチオン交換樹脂はナトリウムよりもカ
ルシウムの方が選択性が高いので、カルシウムを除去す
ることができる。したがって、強酸性カチオン交換樹脂
が、カルシウムやマグネシウムでほぼ飽和されるまで通
水することができ、Ｈ形で使用する場合より処理水量が
多くなるので好ましい。なお、強酸性カチオン交換樹脂
の再生は、Ｈ形の場合は鉱酸で再生し、Ｎａ形の場合
は、食塩水で再生するか、あるいは鉱酸で再生する。鉱
酸で再生するとＨ形になるが、通水中に徐々にＨ形から
Ｎａ形に変化する。本発明方法においては、強酸性カチ
オン交換樹脂とともに、弱酸性カチオン交換樹脂を併用
することができる。Ｈ形の弱酸性カチオン交換樹脂でア
ルカリ性塩のカルシウムを除去し、強酸性カチオン交換
樹脂で中性塩のカルシウムを除去することにより、弱酸
性カチオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂の特性を
生かし、カルシウムの除去量を大きく、再生頻度を小さ
くすることができる。

【０００７】本発明方法においては、酸性条件下におけ
る脱気処理工程と強酸性カチオン交換樹脂との接触によ
るイオン交換工程を終えた原水のpHを９.２以上に調整
して、逆浸透膜に通水する。本発明方法において、原水
のpHを９.２以上に調整する方法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
する方法や、強塩基性アニオン交換樹脂と接触させる方
法などを挙げることができる。アルカリ水溶液を添加す
る方法としては、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などが
できる。原水のpHは、ホウ酸の酸解離指数ｐＫa９.２
（２５℃）以上に調整し、より好ましくは１０以上に調
整する。本発明方法に使用する逆浸透膜は、長期的にpH
１０以上となっても劣化を受けない耐アルカリ性逆浸透
膜であることが好ましい。この場合、供給されるアルカ
リ性の原水の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ＦＩＬＭＴＥＣｔｙｐｅＦＴ３０な
どや、pH１０まで長期耐久性のあるものとして市販され
ている日東電工(株)製のＥＳ２０、ＥＳ１０、ＮＴＲ７
５９、東レ(株)製のＳＵ７００などのポリアミド系の膜
などを挙げることができる。本発明方法において、pHを
９.２以上に調整した原水を通水する逆浸透膜は、多段
に設けて、前段の逆浸透膜の透過水を後段の逆浸透膜の
供給水とすることができる。逆浸透膜により原水からホ
ウ素を除去する場合、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、供給水のpHをホウ酸の酸解離指数ｐＫaである
９.２（２５℃）以上に調整することにより、ホウ素除
去率を高めることができる。

【０００８】以下、図面により本発明方法の実施の態様
を説明する。図１は、本発明方法の一態様の工程系統図
である。本態様においては、原水は強酸性カチオン交換
樹脂塔１に通水されたのち、膜脱気装置２において脱気
処理される。膜脱気装置より流出する水は、pHセンサー
３、制御器４、アルカリ貯槽５及び薬注ポンプ６を備え
たアルカリ添加装置により、アルカリ剤が添加され、pH
９.２以上に調整される。pHが９.２以上に調整された水
は、前段の逆浸透膜７及び後段の逆浸透膜８に通水さ
れ、不純物が除去されて、純水が得られる。図２は、本
発明方法の他の態様の工程系統図である。本態様におい
ては、原水は、弱酸性カチオン交換樹脂塔９に通水され
てカルシウムのアルカリ性塩が除去されたのち、膜脱気
装置２において脱気処理される。膜脱気装置より流出す
る水は強酸性カチオン交換樹脂塔１に通水されて残存す
るカルシウムの中性塩が除去されたのち、pHセンサー
３、制御器４、アルカリ貯槽５及び薬注ポンプ６を備え
たアルカリ添加装置により、アルカリ剤が添加され、pH
９.２以上に調整される。pHが９.２以上に調整された水
は、前段の逆浸透膜７及び後段の逆浸透膜８に通水さ
れ、不純物が除去されて、純水が得られる。図３は、本
発明方法の他の態様の工程系統図である。本態様におい
ては、原水は、pHセンサー１０、制御器１１、酸貯槽１
２及び薬注ポンプ１３を備えた酸添加装置により酸が添
加され、pH６以下に調整され、次いで、膜脱気装置２に
おいて脱気処理される。膜脱気装置より流出する水は強
酸性カチオン交換樹脂塔１に通水されたのち、pHセンサ
ー３、制御器４、アルカリ貯槽５及び薬注ポンプ６を備
えたアルカリ添加装置により、アルカリ剤が添加され、
pH９.２以上に調整される。pHが９.２以上に調整された
水は、前段の逆浸透膜７及び後段の逆浸透膜８に通水さ
れ、不純物が除去されて、純水が得られる。図４は、本
発明方法の他の態様の工程系統図である。本態様におい
ては、原水は、弱酸性カチオン交換樹脂塔９に通水され
てカルシウムのアルカリ性塩が除去されたのち、強酸性
カチオン交換樹脂塔１に通水されて残存するカルシウム
の中性塩が除去される。強酸性カチオン交換樹脂塔より
流出する水は、次いで、膜脱気装置２において脱気処理
される。膜脱気装置より流出する水は、pHセンサー３、
制御器４、アルカリ貯槽５及び薬注ポンプ６を備えたア
ルカリ添加装置により、アルカリ剤が添加され、pH９.
２以上に調整される。pHが９.２以上に調整された水
は、前段の逆浸透膜７及び後段の逆浸透膜８に通水さ
れ、不純物が除去されて、純水が得られる。

【０００９】図５は、本発明方法の他の態様の工程系統
図である。本態様においては、原水は強酸性カチオン交
換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂の混合塔１４に通水さ
れたのち、膜脱気装置２において脱気処理される。膜脱
気装置より流出する水は、pHセンサー３、制御器４、ア
ルカリ貯槽５及び薬注ポンプ６を備えたアルカリ添加装
置により、アルカリ剤が添加され、pH９.２以上に調整
される。pHが９.２以上に調整された水は、前段の逆浸
透膜７及び後段の逆浸透膜８に通水され、不純物が除去
されて、純水が得られる。本態様においては、酸の添加
が不要であり、イオン交換樹脂塔が１塔のみであり、さ
らに弱酸性カチオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂
の混合塔とすることにより、イオン交換樹脂の再生頻度
を低くすることができるので、本態様の純水の製造方法
は経済的に優れている。図６は、本発明方法の他の態様
の工程系統図である。本態様においては、原水は、pHセ
ンサー１０、制御器１１、酸貯槽１２及び薬注ポンプ１
３を備えた酸添加装置により酸が添加され、pH６以下に
調整され、次いで、膜脱気装置２において脱気処理され
る。膜脱気装置より流出する水は強酸性カチオン交換樹
脂と弱酸性カチオン交換樹脂の混合塔１４に通水された
のち、pHセンサー３、制御器４、アルカリ貯槽５及び薬
注ポンプ６を備えたアルカリ添加装置により、アルカリ
剤が添加され、pH９.２以上に調整される。pHが９.２以
上に調整された水は、前段の逆浸透膜７及び後段の逆浸
透膜８に通水され、不純物が除去されて、純水が得られ
る。本発明方法によれば、原水をアルカリ条件下におい
て逆浸透膜に通水し、純水を製造するに際して、原水中
のカルシウムなどや炭酸を十分に除去しているので、pH
を調整するために添加するアルカリ剤の量を低減し、逆
浸透膜からリークするアルカリ成分の濃度を減少し、純
度の高い純水を得ることができる。また、逆浸透膜への
炭酸カルシウムなどのスケールの沈積も防止することが
できる。

【００１０】

【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３に示す２段の逆浸透膜装置を有する工程により、純
水を製造した。厚木市水を、活性炭［(株)クラレ、クラ
レコールＫＷ１０／３２］３０リットルを充填した塔に
６００リットル／hrで通水し、残留塩素を除いた水を原
水として用いた。原水中のカルシウム濃度は２４mg／リ
ットルであり、ホウ素濃度は３０μｇ／リットルであっ
た。膜脱気装置２には脱気膜［大日本インキ工業(株)、
ＳＥＰＡＲＥＬＥＦ−０４０Ｐ］を装着し、強酸性カ
チオン交換樹脂塔１には、強酸性カチオン交換樹脂［バ
イエル社、ＬｅｗａｔｉｔＳ１００］３０リットルを
充填し、逆浸透膜装置７及び８には耐アルカリ性逆浸透
膜［ＦＩＬＭＴＥＣｔｙｐｅＦＴ３０］を装着した。
原水に硫酸を加えてpHを４.５に調整し、６００リット
ル／hrの速度で通水して、膜脱気装置における脱気処理
と、強酸性カチオン交換樹脂塔におけるイオン交換を行
った。強酸性カチオン交換樹脂塔から流出する水のカル
シウム濃度は、０.０１mg／リットル以下であった。こ
の強酸性カチオン交換樹脂塔から流出する水に、水酸化
ナトリウム水溶液を添加してpHを１０に調整したのち、
前段の逆浸透膜装置に、供給水６００リットル／hr、透
過水５４０リットル／hr、濃縮水６０リットル／hrの条
件で通水し、さらに前段の逆浸透膜装置の透過水を、後
段の逆浸透膜装置に供給水５４０リットル／hr、透過水
４８６リットル／hr、濃縮水５４リットル／hrの条件で
通水して純水を製造した。後段の逆浸透膜装置の透過水
として得られた純水のナトリウム濃度は３８０μｇ／リ
ットルであり、ホウ素濃度は０.１μｇ／リットルであ
った。比較例１厚木市水を活性炭充填塔に通水し、残留塩素を除いた実
施例１と同じ原水を、弱酸性カチオン交換樹脂［バイエ
ル社、ＬｅｗａｔｉｔＣＮＰ８０］３０リットルを充
填した弱酸性カチオン交換樹脂塔に６００リットル／hr
の速度で通水した。弱酸性カチオン交換樹脂塔から流出
する水のカルシウム濃度は、０.２mg／リットルであっ
た。この弱酸性カチオン交換樹脂塔から流出する水に、
水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを１０に調整した
のち、実施例１と同じ耐アルカリ性逆浸透膜［ＦＩＬＭ
ＴＥＣｔｙｐｅＦＴ３０］を装着した逆浸透膜装置に
通水した。前段の逆浸透膜装置には、供給水６００リッ
トル／hr、透過水５４０リットル／hr、濃縮水６０リッ
トル／hrの条件で通水し、さらに前段の逆浸透膜装置の
透過水を、後段の逆浸透膜装置に供給水５４０リットル
／hr、透過水４８６リットル／hr、濃縮水５４リットル
／hrの条件で通水して純水を製造した。後段の逆浸透膜
装置の透過水として得られた純水のナトリウム濃度は
１,８００μｇ／リットルであり、ホウ素濃度は０.１μ
ｇ／リットルであった。実施例１及び比較例１の結果
を、第１表に示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】第１表に見られるように、実施例１で得ら
れた純水も、比較例１で得られた純水も、ホウ素濃度は
０.１μｇ／リットルであり、ホウ素に関しては同等の
除去効果が得られている。しかし、実施例１で得られた
純水はナトリウム濃度が３８０μｇ／リットルであるの
に対して、比較例１で得られた純水のナトリウム濃度は
１,８００μｇ／リットルと実施例１の４倍以上であ
り、実施例１においては、逆浸透膜からのナトリウムの
リークが少ないことが分かる。これは、前段の逆浸透膜
装置への供給水のカルシウム濃度の差からも分かるよう
に、実施例１では原水を強酸性カチオン交換樹脂と接触
させているので、カルシウムが完全に除去され、さらに
脱気処理により炭酸も除去されているので、逆浸透膜へ
の供給水のpHを１０に調整するために添加する水酸化ナ
トリウムの量が少なく、その結果、逆浸透膜からリーク
するナトリウムの量も少なくなったものと考えられる。

【００１３】

【発明の効果】本発明方法によれば、原水をアルカリ条
件下において逆浸透膜に通水し、純水を製造するに際し
て、原水中のカルシウムなどや炭酸を十分に除去してい
るので、pHを調整するために添加するアルカリ剤の量を
低減し、逆浸透膜からリークするアルカリの濃度を減少
し、純度の高い純水を得ることができる。また、逆浸透
膜への炭酸カルシウムなどのスケールの沈積も防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明方法の一態様の工程系統図であ
る。

【図２】図２は、本発明方法の他の態様の工程系統図で
ある。

【図３】図３は、本発明方法の他の態様の工程系統図で
ある。

【図４】図４は、本発明方法の他の態様の工程系統図で
ある。

【図５】図５は、本発明方法の他の態様の工程系統図で
ある。

【図６】図６は、本発明方法の他の態様の工程系統図で
ある。

【符号の説明】

１強酸性カチオン交換樹脂塔２膜脱気装置３ pHセンサー４制御器５アルカリ貯槽６薬注ポンプ７前段の逆浸透膜８後段の逆浸透膜９弱酸性カチオン交換樹脂塔１０ pHセンサー１１制御器１２酸貯槽１３薬注ポンプ１４強酸性カチオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹
脂の混合塔

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原水のpHを９.２以上に調整して逆浸透膜
に通水することにより純水を製造する方法において、原
水のpHを調整する前に、酸性条件下において脱気処理す
る工程と、強酸性カチオン交換樹脂と接触させるイオン
交換工程とによって、原水を前処理することを特徴とす
る純水の製造方法。