WO2024150621A1 - 超純水製造装置、超純水の製造方法、及び超純水の製造プログラム - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to an ultrapure water production apparatus, an ultrapure water production method, and an ultrapure water production program.
- the pure water production equipment included in the production line of the ultrapure water production equipment is equipped with a membrane treatment system that performs membrane treatment for a specific purpose on the water to be treated (i.e., the water to be treated).
- Specific membrane treatments include, for example, reverse osmosis (RO) membrane separation treatment, ultrafiltration (UF) membrane treatment, microfiltration (MF) membrane treatment, nanofiltration (NF) membrane treatment, and electrodeionization (EDI) membrane treatment.
- RO reverse osmosis
- UF ultrafiltration
- MF microfiltration
- NF nanofiltration
- EDI electrodeionization
- Each membrane treatment device system may be configured in multiple stages with multiple membrane treatment devices included within the system.
- the treated water is obtained in the form of permeated water, which is filtered water that has been subjected to a specified membrane treatment, and concentrated water that is discharged without being filtered.
- both the concentrated water and permeated water obtained in a preceding membrane treatment device may be used as the water to be treated that is supplied to a subsequent membrane treatment device.
- the pure water production apparatus of JP 2020-163254 A discloses a reverse osmosis membrane separation treatment apparatus equipped with a raw water supply channel, a supply pump, and a reverse osmosis membrane that separates raw water into permeate and concentrated water.
- JP 2020-163254 A also provides a return pipe as a circulating water channel that branches off from the permeate channel of the reverse osmosis membrane and can return a portion of the permeate to the raw water supply channel.
- the circulating water channel is opened, and when the flow rate of the permeate falls outside a predetermined reference flow rate range, the supply amount of raw water by the supply pump is controlled.
- JP 2020-163254 A claims that it is possible to prevent the quality of the pure water from deteriorating and to prevent excessive production of pure water even when the water temperature rises.
- a process is carried out to adjust the liquid property (pH) of the water to be treated to be basic, in other words, to increase the pH, in order to promote the ionization of weak electrolytes such as boron and silica and increase the removal rate in the reverse osmosis membrane.
- a pH adjuster such as sodium hydroxide (NaOH) is added to the water to be treated.
- the first permeate that passes through the first RO device which is a reverse osmosis membrane separation device serving as the first stage of membrane treatment device in a membrane treatment device system, is adjusted to a pH of 8.5 or higher by adding a basic pH adjuster.
- the first permeate adjusted to a basic pH is desalted by being supplied under pressure to the second RO device, which is a reverse osmosis membrane separation device located downstream of the first RO device.
- silica, boron and remaining carbon dioxide gas are removed in an ionized state, and impurities that can be removed under basic conditions are also removed.
- the concentrated water from the second RO device is oxidized in a separate treatment device and then returned to the upstream side of the first RO device.
- the returned concentrated water from the second RO device is then supplied again to the first RO device.
- the concentrated water from the second RO device and the concentrated water from the third RO device are subjected to a degassing treatment together with the permeate water from each RO device by a membrane degassing device.
- the degassed concentrated water from the second RO device and the concentrated water from the third RO device are returned to the upstream side of the first RO device and are supplied again to the first RO device.
- Patent Document 1 JP 2020-163254 A
- Patent Document 2 JP 2000-015257 A
- Patent Document 3 JP 2000-061464 A
- the treated water to which a pH adjuster has been added is treated in a membrane treatment device
- the amount of pH adjuster returned to the system of the membrane treatment device increases. This causes the pH adjuster to be concentrated in the system, i.e., in-system concentration. If the basicity of the treated water increases as the in-system concentration progresses, the membrane of the membrane treatment device is likely to clog, and the pH of the permeate water is likely to fluctuate beyond the design range.
- unexpected malfunctions such as membrane clogging (i.e., unanticipated malfunctions) may occur in conjunction not only in the membrane treatment device to which the treated water to which a pH adjuster has been added is directly supplied, but also in other membrane treatment devices that are placed in the same system and to which the treated water to which a pH adjuster has been added is not directly supplied.
- JP 2020-163254 A only improves the quality and production amount of pure water when the water temperature rises, and does not consider the concentration of the pH adjuster in the system.
- JP 2000-015257 A and JP 2000-061464 A only disclose that a pH adjustment is performed to adjust the pH to a basic pH, and do not consider the concentration of the pH adjuster in the system.
- This disclosure provides a technology that can suppress the concentration of pH adjusters in the membrane treatment system even when the treated water to which the pH adjusters have been added is returned to the system.
- the method for producing ultrapure water according to the first embodiment includes a first step of adding a pH adjuster that increases the basicity of the water to be treated and supplied to the membrane treatment device, sending a portion of the treated water from the membrane treatment device downstream and returning another portion of the treated water upstream of the position where the pH adjuster was added, and a second step of reducing the amount of pH adjuster added to the water to be treated and supplied to the membrane treatment device in response to a change in a preset index of the water to be treated after the treated water has been returned.
- a pH adjuster that increases the basicity is added to the water to be treated that is supplied to the membrane treatment device.
- a portion of the treated water from the membrane treatment device is sent downstream, and another portion of the treated water is returned upstream of the position where the pH adjuster is added.
- the amount of pH adjuster added to the water to be treated that is supplied to the membrane treatment device is reduced according to a change in a preset index of the water to be treated after the treated water is returned.
- the amount of pH adjuster added to the treated water supplied to the membrane treatment device is reduced according to a change in a preset index of the treated water after the treated water is returned. Therefore, even if the treated water to which the pH adjuster has been added is returned to the membrane treatment device system, the concentration of the pH adjuster in the system can be suppressed.
- the indicator is the pH of the water to be treated
- the second step if the basicity of the pH of the water to be treated after the treated water is returned is higher than a preset threshold value, the amount of the pH adjuster added to the water to be treated supplied to the membrane treatment device is reduced.
- the amount of pH adjuster added to the water to be treated is reduced in response to an increase in the basicity of the pH of the treated water being returned upstream of the addition position of the pH adjuster. Therefore, even if the water to be treated to which the pH adjuster has been added is returned to the system of the membrane treatment device, the concentration of the pH adjuster in the system can be suppressed.
- the membrane processing performed by the membrane processing device in the first or second aspect is reverse osmosis membrane processing.
- the third aspect can effectively suppress concentration within the reverse osmosis membrane treatment device.
- the method for producing ultrapure water according to the fourth aspect includes a first step of adding a pH adjuster to the water to be treated that is to be supplied to the membrane treatment device to increase its basicity, sending a portion of the treated water from the membrane treatment device downstream, and returning another portion of the treated water to the upstream side of the position where the pH adjuster was added at a preset return amount, and a second step of decreasing the amount of pH adjuster added to the water to be treated that is to be supplied to the membrane treatment device when increasing the return amount to the water from the membrane treatment device.
- a pH adjuster that increases the basicity is added to the water to be treated that is supplied to the membrane treatment device.
- a portion of the treated water from the membrane treatment device is sent downstream, and another portion of the treated water is returned upstream of the position where the pH adjuster is added.
- the amount of treated water returned is increased compared to the first step, and the amount of pH adjuster added to the water to be treated that is supplied to the membrane treatment device is reduced.
- the amount of pH adjuster added to the water to be treated is reduced in accordance with an increase in the amount of treated water returned upstream of the addition position of the pH adjuster. Therefore, even if the first treated water to which the pH adjuster has been added is returned to the membrane treatment device system, the concentration of the pH adjuster within the system can be suppressed.
- the ultrapure water production system includes a membrane treatment device that performs membrane treatment on the water to be treated that is supplied to the system, a pH adjuster adding device that is disposed upstream of the membrane treatment device and that adds a pH adjuster to the water to be treated to increase the basicity of the water to be treated, piping that sends a portion of the water treated by the membrane treatment device downstream, a return pipe that returns another portion of the treated water to the upstream side of the pH adjuster adding device, and a control device that controls the pH adjuster adding device to reduce the amount of pH adjuster added to the water to be treated that is supplied to the membrane treatment device in response to a change in a preset index of the water to be treated after the return.
- the concentration of the pH adjuster in the system can be suppressed.
- the ultrapure water production program causes the processor to execute a first process of adding a pH adjuster to increase the basicity of the water to be treated and supplied to the membrane treatment device, sending a portion of the treated water from the membrane treatment device downstream and returning another portion of the treated water upstream of the position where the pH adjuster was added, and a second process of reducing the amount of pH adjuster added to the water to be treated and supplied to the membrane treatment device in response to a change in a preset index of the water to be treated after the treated water has been returned.
- the concentration of the pH adjuster in the system can be suppressed.
- the concentration of the pH adjuster within the system can be suppressed.
- 1 is a block diagram illustrating an ultrapure water production apparatus according to an embodiment of the present invention.
- 1 is a block diagram illustrating a pure water producing apparatus according to an embodiment of the present invention.
- 1 is a graph illustrating the relationship between the pH of the water to be treated and the boron removal rate of the treated water when the weak electrolyte to be measured is boron.
- 1 is a graph illustrating the relationship between the boron concentration in the water to be treated and the pH required to achieve a boron concentration of 1 ppb in the treated water.
- 2 is a block diagram showing the hardware configuration of a processor of the ultrapure water producing apparatus according to the present embodiment.
- FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for producing ultrapure water using the ultrapure water production apparatus according to the present embodiment.
- 10 is a flowchart illustrating a method for producing ultrapure water using an ultrapure water production apparatus according to a modified example of the present embodiment.
- the number of each component of the present disclosure is not limited to one, and there may be multiple components.
- the components including element steps, etc.
- the components are not essential unless otherwise specified.
- the numerical ranges indicated using “to” include the numerical values before and after "to" as the minimum and maximum values, respectively.
- the upper or lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper or lower limit value of another numerical range described in stages.
- the upper or lower limit value of the numerical range may be replaced with a value shown in the examples.
- each component when components are included, each component may contain multiple types of corresponding substances.
- the content or amount of each component means the total content or amount of the multiple substances present in the composition, unless otherwise specified.
- the particles corresponding to each component may include multiple types of particles.
- the particle size of each component means the value for a mixture of the multiple types of particles present in the composition, unless otherwise specified.
- the terms "layer” and "film” include cases where the layer or film is formed over the entire area when the area in which the layer or film is present is observed, as well as cases where the layer or film is formed over only a portion of the area.
- the ultrapure water production system 2 includes a primary pure water system 21 and a secondary pure water system 22 through which water to be treated is passed.
- the water to be treated may be raw water such as groundwater, river water, city water, other industrial water, or recovered ultrapure water from semiconductor factories, liquid crystal factories, etc.
- the boron concentration in the water to be treated is preferably, for example, 5 ⁇ g/L to 200 ⁇ g/L, particularly 10 ⁇ g/L to 100 ⁇ g/L.
- the pH of the water to be treated is preferably near neutral, for example, in the range of pH 5 to pH 8.
- the water to be treated may be raw water or reclaimed water that has been treated in a pretreatment system or a similar device.
- the pretreatment system is composed of, for example, a coagulation sedimentation device, a pressure flotation device, a filtration device, an activated carbon device, etc., and removes turbidity components from the raw water.
- the total carbonate concentration (CO 2 +HCO 3 - +CO 3 2- ) of the water to be treated is preferably 3 mg/L to 50 mg/L, and more preferably 30 mg/L or less.
- the total carbonate concentration is a CO 2 equivalent concentration.
- the pure water production apparatus 1 of the primary pure water system 21 is provided with a decarbonation device that removes carbon dioxide gas from the water to be treated, located before the first reverse osmosis membrane device 11, i.e., upstream.
- the decarbonation device is not particularly limited as long as it can remove carbon dioxide gas, and a degassing tower, degassing membrane device, vacuum degassing device, etc. can be used.
- the primary pure water system 21 is configured, for example, by combining an electrodeionization device (EDI) 23, an ultraviolet oxidation device (in other words, TOC-UV) 24, and a regenerative mixed bed ion exchange device (MB) 25 downstream of the pure water production system 1.
- EDI electrodeionization device
- TOC-UV ultraviolet oxidation device
- MB regenerative mixed bed ion exchange device
- the total organic carbon (TOC) concentration of the primary pure water is, for example, 10 ⁇ g C/L or less, and the specific resistance of the primary pure water is, for example, 17 M ⁇ cm or more.
- the primary pure water system 21 may also include other devices for increasing the purity of the water in addition to or instead of the electrodeionization device 23, ultraviolet oxidation device 24, and regenerative mixed-bed ion exchange device 25.
- examples of other devices that can be used include a membrane degassing device or vacuum degassing device for removing dissolved gases in the water, an anion exchange resin device or a cation exchange resin device for removing ionic components, and a boron resin device filled with boron-selective ion exchange resin, or an ion exchange device with a multi-layer bed of these ion exchange resins.
- the electrodeionization device 23 may be a multi-stage type in which multiple electrodeionization devices are connected in series.
- the pure water production apparatus 1 included in the primary pure water system 21 according to this embodiment will be described.
- the pure water production apparatus 1 includes a first reverse osmosis membrane device (first RO) 11, a second reverse osmosis membrane device (second RO) 12, and a third reverse osmosis membrane device (third RO) 13.
- first RO first reverse osmosis membrane device
- second RO second reverse osmosis membrane device
- third RO third reverse osmosis membrane device
- the first reverse osmosis membrane device 11 includes a supply pipe 11a for introducing the water to be treated, a permeated water pipe 11b, and a concentrated water pipe 11c.
- the first permeate is supplied to the second reverse osmosis membrane device 12 via a permeate pipe 11b.
- the first concentrated water is supplied to the third reverse osmosis membrane device 13 via a concentrated water pipe 11c. .
- the upstream end of the supply pipe 11a is connected to the first pit 17.
- the water to be treated is supplied to the first reverse osmosis membrane device 11 from the first pit 17.
- a portion of the first permeate is returned to the first pit 17 via the permeate return pipe 11d, which connects the first pit 17 and the permeate pipe 11b.
- the first reverse osmosis membrane device 11 has a reverse osmosis membrane.
- the reverse osmosis membrane of the first reverse osmosis membrane device 11 performs reverse osmosis membrane separation processing on the water to be treated under pressure, and separates the water into a first concentrated water in which salts have been concentrated and a first permeate water from which salts have been removed.
- any reverse osmosis membrane device that is normally used for producing pure water can be used without any particular limitation.
- an ultra-low pressure type, low pressure type, medium pressure type, or high pressure type reverse osmosis membrane device can be used.
- the reverse osmosis membrane of the first reverse osmosis membrane device 11 may be, for example, a cellulose triacetate-based asymmetric membrane, or a polyamide-based, polyvinyl alcohol-based, or polysulfone-based composite membrane.
- the membrane shape may be, without particular limitation, a flat sheet membrane, a spiral membrane, a tubular membrane, a hollow fiber membrane, or the like.
- the reverse osmosis membrane is preferably a polyamide-based composite membrane, in view of its high salt removal rate, and is particularly preferably a crosslinked fully aromatic polyamide-based composite membrane.
- the membrane shape is preferably a spiral membrane.
- the supply pressure of the water to be treated to the first reverse osmosis membrane device 11 is preferably set in the range of 0.4 MPa to 6 MPa depending on the type of the first reverse osmosis membrane device.
- the supply pressure of the water to be treated is preferably 0.4 MPa to 0.8 MPa, and more preferably 0.6 MPa to 0.7 MPa.
- the supply pressure of the water to be treated is preferably greater than 0.8 MPa and less than 2.0 MPa, and more preferably 1 MPa to 1.6 MPa. If the first reverse osmosis membrane device 11 is a medium pressure type, the supply pressure of the water to be treated is preferably 2 MPa to 4 MPa, and more preferably 2 MPa to 3 MPa.
- the supply pressure of the water to be treated is preferably greater than 4 MPa and less than 8 MPa, and more preferably greater than 4 MPa and less than 6 MPa. For this reason, it is preferable to provide a water supply pump in front of the first reverse osmosis membrane device 11, i.e., on the upstream side.
- the salt removal rate can be improved by setting the supply pressure of the water to be treated to the first reverse osmosis membrane device 11 to 0.4 MPa or more, and the boron and silica concentrations in the pure water obtained by the pure water production system 1 can be further reduced.
- the supply pressure of the water to be treated to 6 MPa or less, membrane blockage caused by scaling can be suppressed, and as a result, pure water with reduced boron can be obtained stably for a long period of time.
- the water recovery rate in the first reverse osmosis membrane device 11 is preferably 50% to 95%, more preferably 60% to 90%, and even more preferably 65% to 85%.
- the supply flow rate of the water to be treated to the first reverse osmosis membrane device 11 is preferably 100 m3 /h to 1000 m3 /h. This is because by continuing operation using the circulation flow path of the first reverse osmosis membrane device 11, the amount of wastewater discharged due to flushing at the start-up of intermittent operation can be significantly reduced.
- the water to be treated is treated in the first reverse osmosis membrane device 11 to obtain a first permeate and a first concentrated water.
- the first concentrated water contains a high concentration of salts due to the concentration, and is supplied to the third reverse osmosis membrane device 13 via the concentrated water pipe 11c.
- the electrical conductivity of the first permeate is, for example, 5 ⁇ S/cm or more.
- an acid or alkali may be added to prevent scaling in the first reverse osmosis membrane device 11.
- the scale inhibitor prevents hardness (i.e., calcium and magnesium) and silica in the raw water from adhering to the RO membrane as scale.
- the chemicals (i.e., scale inhibitor, acid, alkali) added to prevent scaling in the first reverse osmosis membrane device are concentrated in the concentrated water.
- the concentrated water in which the chemicals added to prevent scaling are concentrated is supplied to the third reverse osmosis membrane device 13, and also contributes to preventing scaling in the third reverse osmosis membrane device 13.
- the scale inhibitor, acid, and alkali may be added to the inlet of the third reverse osmosis membrane device 13 (i.e., to the concentrated water of the first reverse osmosis membrane device 11). It is also possible to add the scale inhibitor at the position of the second reverse osmosis membrane device. In this case, the scale inhibitor can effectively prevent scaling in the first reverse osmosis membrane device and also in the third reverse osmosis membrane device to which the first concentrated water is supplied, since the concentrated water returns to the previous stage in addition to preventing scaling in the second reverse osmosis membrane device.
- the second reverse osmosis membrane device 12 is connected to the first reverse osmosis membrane device 11 by a permeate pipe 11b.
- the second reverse osmosis membrane device 12 is connected to a permeate pipe 12b and a concentrated water pipe 12c.
- the permeate return pipe 12b corresponds to the "pipe for sending a part of the treated water of the membrane treatment device downstream" of the present disclosure. corresponds to the "reflux tube" in this disclosure.
- a second pit 18 is provided in the permeate pipe 11b at a position between the first reverse osmosis membrane device 11 and the pH adjuster adding device 15.
- the water to be treated is supplied to the second reverse osmosis membrane device 12 from the second pit 18.
- the permeate return pipe 12d may be returned to the first pit 17 without providing the second pit 18.
- the second reverse osmosis membrane device 12 corresponds to the "membrane treatment device" of the present disclosure. That is, in this embodiment, reverse osmosis membrane treatment is performed as the membrane treatment of the present disclosure.
- the membrane treatment may be, for example, ultrafiltration membrane treatment, microfilter treatment, nanofilter treatment, and electrodeionization membrane treatment, in addition to reverse osmosis membrane treatment.
- the concentrated water return pipe 12c is connected to the first pit 17.
- the permeate return pipe 12d is connected to the second pit 18 on the upstream side between the first reverse osmosis membrane device 11 and the second reverse osmosis membrane device 12. If the second pit 18 is not provided, the permeate return pipe 12d may be returned to the first pit 17.
- a pH adjuster adding device 15 is connected to the permeate pipe 11b downstream of the connection position of the permeate return pipe 12d to the permeate pipe 11b and upstream of the second reverse osmosis membrane device 12.
- a pH measuring device 14 is connected to the permeate pipe 11b downstream of the connection position of the pH adjuster adding device 15 to the permeate pipe 11b and upstream of the second reverse osmosis membrane device 12.
- the pH adjuster adding device 15 is disposed upstream of the second reverse osmosis membrane device 12.
- a flowmeter 16 that measures the return flow rate of the second permeate is also connected to the permeate return pipe 12d.
- the pH measuring device 14, the pH adjuster adding device 15, and the flow meter 16 are each connected to the control device 30.
- Data on the pH of the water to be treated supplied to the second reverse osmosis membrane device 12, data on the amount of pH adjuster added to the water to be treated, and data on the return flow rate of the second permeate are continuously input to the control device 30.
- a portion of the permeate (i.e., second permeate) obtained in the second reverse osmosis membrane device 12 is sent downstream of the second reverse osmosis membrane device 12 via the permeate piping 12b.
- a portion of the second permeate obtained in the second reverse osmosis membrane device 12 is returned to the second pit 18 upstream of the second reverse osmosis membrane device 12 via the permeate return piping 12d.
- the concentrated water obtained in the second reverse osmosis membrane device 12 i.e., second concentrated water
- the pH of the water to be treated i.e., the permeate water of the reverse osmosis membrane device.
- the present inventors generated raw water to be treated for the experiment by injecting boric acid into ultrapure water.
- the boron concentration of the generated raw water was approximately 50 ppb.
- the basicity of pH and the concentration of weak electrolytes correspond to the "preset index" of this disclosure.
- the second permeate obtained by the second reverse osmosis membrane device 12 is sent downstream.
- the second permeate has a conductivity of, for example, 50 ⁇ S/cm or less.
- the sent second permeate is used as is.
- the second permeate is further processed to produce primary pure water, secondary pure water, or ultrapure water.
- the second permeate may be further processed by a reverse osmosis membrane device.
- the second concentrated water obtained by the second reverse osmosis membrane device 12 is introduced into the supply pipe 11a via the concentrated water return pipe 12c, and then returned to the first pit 17 via the concentrated water return pipe 12c.
- the second concentrated water returned to the first pit 17 is supplied to the first reverse osmosis membrane device 11.
- the water recovery rate in the second reverse osmosis membrane device 12 is preferably 50% to 95%, more preferably 60% to 90%, even more preferably 65% to 90%, and may be 65% to 85%.
- the combination of the first reverse osmosis membrane device 11 and the second reverse osmosis membrane device 12 is such that one is an ultra-low pressure type or low pressure type and the other is a high pressure type or medium pressure type. It is more preferable that the first reverse osmosis membrane device 11 is a high pressure type or medium pressure type and the second reverse osmosis membrane device 12 is a low pressure type or ultra-low pressure type. Alternatively, in order to lower the operating pressure and reduce operating costs, it is preferable that both the first reverse osmosis membrane device 11 and the second reverse osmosis membrane device 12 are low pressure type or ultra-low pressure type.
- the third reverse osmosis membrane device 13 includes a concentrated water discharge pipe 13b and a permeate return pipe 13c.
- the first concentrated water supplied from the first reverse osmosis membrane device 11 is The concentrated water obtained in the third reverse osmosis membrane device 13 (i.e., the third concentrated water) is discharged to the outside of the system via the concentrated water discharge pipe 13b.
- the permeate return pipe 13c is connected to the supply pipe 11a at a position upstream of the first reverse osmosis membrane device 11.
- the permeate obtained in the third reverse osmosis membrane device 13 (i.e., the third permeate) is The third permeate is returned to the first pit 17 on the upstream side of the first reverse osmosis membrane device 11 via the permeate return pipe 13c.
- the third permeate returned to the first pit 17 is supplied to the first reverse osmosis membrane device 11. will be done.
- the pH adjuster adding device 15 adjusts the pH of the first permeated water to be basic. That is, the pH adjuster adding device 15 adds a pH adjuster that increases the basicity to the first permeated water.
- the pH adjuster can be any water-soluble agent that adjusts the pH of the first permeate, which is the supply water to the second reverse osmosis membrane device 12, to a basic value, and can be used without any particular restrictions.
- Examples of pH adjusters that adjust the pH to a basic value include alkali metal salts such as potassium hydroxide and sodium hydroxide.
- alkali metal salts such as potassium hydroxide and sodium hydroxide.
- One type of pH adjuster may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the pH of the first permeate may be adjusted to be alkaline by using a scale inhibitor having a basic pH as a pH adjuster.
- the pH adjuster adding device 15 may be equipped with a membrane blockage prevention agent adding device that adds a scale inhibitor or slime control agent to the first permeate as a membrane blockage prevention agent to prevent scale formation in the first reverse osmosis membrane device 11.
- the pH value after adjustment is not particularly limited, but is preferably 8.5 to 10.5, and more preferably 9 to 9.5.
- weak electrolytes such as silica and boron can be ionized, and the removal rate in the first reverse osmosis membrane device 11 can be increased. If the pH is less than 8.5, the removal rate of weak electrolytes decreases slightly. Furthermore, if the pH exceeds 10.5, the amount of alkali metal in the added pH adjuster increases, and the amount of alkali metal in the treated water increases. In this case, the removal rate is 90% or more for both silica and boron.
- the scale of the apparatus is not particularly limited, but an apparatus with a treatment volume (i.e., supply water volume) of 100 m3 /h to 1000 m3 /h is preferred.
- a treatment volume i.e., supply water volume
- Control device 2 is an arithmetic control unit that controls the flow rate, temperature, pH, etc. of the water to be treated and the treated water in the pure water producing apparatus 1. Specifically, when the basicity of the pH of the water to be treated after reflux is higher than a preset threshold value, the control unit 30 adds a smaller amount of pH adjuster than the current amount of pH adjuster added to the water to be treated that is supplied to the second reverse osmosis membrane device 12.
- control device 30 controls the pH adjuster addition device 15 to add an amount of pH adjuster less than the current amount of pH adjuster added to the treated water supplied to the second reverse osmosis membrane device 12 in response to a change in a preset index of the treated water after reflux.
- the amount of pH adjuster added that is reduced by the control includes zero.
- the control device 30 has a CPU (Central Processing Unit: processor) 31, a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a storage 34, a user interface 35, and a communication interface 36.
- a CPU Central Processing Unit: processor
- ROM Read Only Memory
- RAM Random Access Memory
- storage 34 a storage 34
- user interface 35 a user interface 35
- communication interface 36 a communication interface 36.
- Each component of the control device 30 is connected to each other so as to be able to communicate with each other via a bus 37.
- CPU 31 is a central processing unit that executes various programs and controls each part. That is, CPU 31 reads programs from ROM 32 or storage 34, and executes the programs using RAM 33 as a working area. CPU 31 controls each of the above components and performs various calculation processes according to the programs recorded in ROM 32 or storage 34.
- CPU 31 is the processor of the present disclosure.
- the ROM 32 or storage 34 stores an ultrapure water production program.
- the ultrapure water production program is a calculation program for producing ultrapure water.
- ROM 32 stores various programs and data.
- RAM 33 temporarily stores programs or data as a working area.
- Storage 34 is composed of a HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive) and stores various programs including the operating system and various data.
- the user interface 35 is an interface used by the operator of the pure water production apparatus 1 to operate the control device 30.
- the user interface 35 may include, for example, at least one of a liquid crystal display equipped with a touch panel that allows the operator to perform touch operations, a voice input receiving unit that receives voice input from the operator, and a button that can be pressed by the operator.
- the communication interface 36 is an interface that allows the control device 30 to communicate with other devices, and uses standards such as Ethernet (registered trademark), FDDI, and Wi-Fi (registered trademark).
- the pure water production apparatus 1 When executing the ultrapure water production program, the pure water production apparatus 1 realizes various functions using the above hardware resources.
- the functional configuration realized by the pure water production apparatus 1 includes a pH adjuster addition section, a treated water delivery section, a treated water reflux section, a pH comparison section, a reflux amount comparison section, and a pH adjuster addition amount reduction section.
- Each functional configuration is realized by the CPU 31 reading and executing the ultrapure water production program stored in the ROM 32 or storage 34.
- the water to be treated is supplied to the first reverse osmosis membrane device 11 via the supply pipe 11a and undergoes reverse osmosis membrane treatment in the first reverse osmosis membrane device 11.
- the temperature of the water to be treated supplied to the first reverse osmosis membrane device 11 is adjusted as necessary.
- the temperature of the water to be treated may be, for example, about room temperature (i.e., 20°C to 30°C).
- step of adding the scale inhibitor may be performed either before or after step S11, which is the step of adding the pH adjuster, or simultaneously with step S11.
- the first permeate with the adjusted pH is supplied to the second reverse osmosis membrane device 12 via the permeate piping 11b, and then undergoes reverse osmosis membrane treatment in the second reverse osmosis membrane device 12.
- step S15 the control device 30 adds a smaller amount of pH adjuster than the amount added in step S11 to the water to be treated that is supplied to the second reverse osmosis membrane device 12.
- the pH of the preceding water to be treated to which the pH adjuster has been added is monitored, and the amount of pH adjuster added to the subsequent water to be treated is feedback-controlled based on the monitoring results.
- control device 30 may be configured to determine whether the basicity of the measured pH is lower than a preset threshold value. For example, if the result of the determination in step S14 in FIG. 6 is that the basicity of the measured pH is lower than the preset threshold value, i.e., if the basicity of the water to be treated has decreased compared to before reflux, the process may proceed to step S15 in FIG. 6. In step S15, the control device 30 adds a larger amount of pH adjuster to the water to be treated that is supplied to the second reverse osmosis membrane device 12 than the amount added in step S11 in FIG. 6.
- condition A may include a case where the amount of permeated water in the permeated water pipe 12b is set to 100, and the amount of permeated water in the permeated water return pipe 12d is set to 0 (zero).
- Condition B may include a case where the amount of permeated water in the permeated water pipe 12b is set to 0 (zero), and the amount of permeated water in the permeated water return pipe 12d is set to 100. In other words, one of the amount of permeated water in the permeated water pipe 12b and the amount of permeated water in the permeated water return pipe 12d is 0 (zero) and the other is 100.
- the excess alkali in the water supplied to the second reverse osmosis membrane device 12 is supplied to the first pit 17 via the concentrated water return pipe 12c, resulting in the consumption of the acid added to the supply side of the first reverse osmosis membrane device 11.
- This increases the pH of the water supplied to the first reverse osmosis membrane device 11.
- the Langerer index in the supply water increases by about 1 to 2, making it easier for hardness scale to form.
- control is performed to reduce the amount of alkali injected, so the formation of hardness scale in the first reverse osmosis membrane device 11 and the third reverse osmosis membrane device 13 can be suppressed.
- the amount of alkali to be added may be set to a specified set amount or to 0 (zero). This is because, even if treated water from the downstream stage is being supplied, if the circulation flow rate is high, the quality of the treated water can be maintained without supplying a pH adjuster. For example, the quality of the treated water does not exceed the allowable value of the supply water quality of the downstream device (e.g., EDI, etc.).
- First reverse osmosis membrane device 11 a low-pressure reverse osmosis membrane device (TM720, manufactured by Toray Industries, Inc.), the supply water pressure was adjusted so that the water recovery rate was 85%.
- Second reverse osmosis membrane device 12 a low-pressure reverse osmosis membrane device (TM720, manufactured by Toray Industries, Inc.), the supply water pressure was adjusted so that the water recovery rate was 90%.
- pH adjuster adding device 15 Sodium hydroxide solution was added to adjust the pH to 9.2.
- Third reverse osmosis membrane device 13 a low-pressure reverse osmosis membrane device (TM720, manufactured by Toray Industries, Inc.), the supply water pressure was adjusted so that the water recovery rate was 65%.
- the pure water production system 1 was operated for 15 days by the control device 30 under the above operating conditions. During operation, the pure water production system 1 was switched between supplying treated water to the downstream stage without circulation and circulation operation within the system of the pure water production system 1 at cycles of approximately 3 to 4 hours, using the on/off pattern described above.
- the ultrapure water production apparatus 2 of this embodiment illustrated in Figures 1 to 5 can also be used in the ultrapure water production method according to the modified example. Furthermore, in the ultrapure water production method according to the modified example, the process of adding a pH adjuster that increases the basicity of the water to be treated and supplied to the second reverse osmosis membrane device 12 (step S11 in Figure 7) is the same as step S11 in Figure 6 of this embodiment.
- step S12 in FIG. 7 the process of sending treated water from the second reverse osmosis membrane device 12 downstream (step S12 in FIG. 7) is the same as step S12 in FIG. 6 of this embodiment.
- step S15 in FIG. 7 the process of reducing the amount of pH adjuster added to the treated water supplied to the second reverse osmosis membrane device 12 (step S15 in FIG. 7) is the same as step S15 in FIG. 6 of this embodiment.
- the modified example differs from the present embodiment in that it determines whether the return amount of the treated water increases in step S14A in FIG. 7, i.e., whether the return amount of the treated water in step S14A is greater than the return amount of the treated water in the preceding step S13A.
- the return flow rate of the treated water in step S13A in FIG. 7 corresponds to the "preset return flow rate" of the present disclosure.
- the preset return flow rate is not limited to this.
- a specific return flow rate set based on empirical rules, or a range having an upper limit and a lower limit, can be set as the preset return flow rate.
- step S14A if the result of the determination in step S14A is that the return flow rate of the treated water is greater than the return flow rate in step S13A, the process proceeds to step S15 in FIG. 7.
- step S15 the control device 30 of the ultrapure water production system 2 adds a smaller amount of pH adjuster than the amount added in step S11 to the treated water supplied to the second reverse osmosis membrane device 12.
- step S14A determines whether the return flow rate of the treated water does not increase, i.e., if the return flow rate of the treated water is equal to or less than the return flow rate of the treated water in step S13A.
- the process ends without proceeding to step S15.
- the other configurations in the modified example are the same as those of the present embodiment illustrated in Figures 1 to 6, so a duplicated description will be omitted.
- the ultrapure water production process executed by the CPU 31 reading the software (program) in the above embodiment may be executed by various processors other than the CPU.
- processors in this case include PLDs (Programmable Logic Devices) such as FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) whose circuit configuration can be changed after manufacture, and dedicated electrical circuits such as ASICs (Application Specific Integrated Circuits) that are processors with a circuit configuration designed specifically to execute specific processes.
- PLDs Programmable Logic Devices
- FPGAs Field-Programmable Gate Arrays
- ASICs Application Specific Integrated Circuits
- the ultrapure water production process may be performed by one of these various processors, or by a combination of two or more processors of the same or different types (e.g., multiple FPGAs, or a combination of a CPU and an FPGA, etc.). More specifically, the hardware structure of these various processors is an electric circuit that combines circuit elements such as semiconductor elements.
- the ultrapure water production program is described as being pre-stored (installed) in ROM 32 or storage 34, but this is not limiting.
- the program may be provided in a form recorded on a recording medium such as a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a DVD-ROM (Digital Versatile Disk Read Only Memory), or a USB (Universal Serial Bus) memory.
- the program may also be downloaded from an external device via a network.
- the present disclosure can also be constructed by partially combining the configurations illustrated in Figures 1 to 7. As described above, the present disclosure includes various embodiments not described above, and the technical scope of the present disclosure is determined only by the invention-specific matters of the claims that are appropriate from the above explanation.
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
超純水の製造方法は、第2逆浸透膜装置に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤を添加し、第2逆浸透膜装置の処理水の一部を下流側に送り出すと共に処理水の他の一部をpH調整剤の添加位置に対する上流側に還流する第1工程と、処理水が還流した後の被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、第2逆浸透膜装置に供給する被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる第2工程と、を含む。
Description
本開示は、超純水製造装置、超純水の製造方法、及び超純水の製造プログラムに関する。
超純水製造装置の製造ラインに含まれる純水製造装置は、所定の目的のために実行される膜処理を、被処理水(すなわち、処理対象水)に対して施す膜処理装置系を備える。具体的な膜処理としては、例えば、逆浸透膜分離(Reverse Osmosis,RO)処理、限外濾過膜処理(Ultra Filtration,UF)、マイクロフィルター処理(Micro Filtration,MF)、ナノフィルター処理(Nano Filtration,NF)、電気脱イオン膜処理(Electro Deionization,EDI)等がある。
それぞれの膜処理装置系は、系内に含まれる複数の膜処理装置によって多段に構成され得る。膜処理装置に被処理水が供給されると、所定の膜処理が施された濾過水としての透過水と、濾過されることなく排出される濃縮水とが、処理水として得られる。なお、本明細書では、先行する膜処理装置で得られる濃縮水と透過水とは、いずれも、後続する膜処理装置に供給される被処理水として使用され得る。
膜処理装置系として、例えば特開2020-163254号公報の純水製造装置では、原水供給路と、供給ポンプと、原水を透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜を備える逆浸透膜分離処理装置が開示されている。また、特開2020-163254号公報では、逆浸透膜の透過水路から分岐され透過水の一部を原水供給路に還流可能な循環水路としての還流管が設けられる。そして、原水等の温度が基準温度を超えた場合に循環水路が開かれると共に、透過水の流量が所定の基準流量範囲から外れた場合に、供給ポンプによる原水の供給量が制御される。特開2020-163254号公報では、水温が上昇した場合であっても、純水の水質を低下させず、かつ、純水の生産量を過剰にさせないことが可能であるとされている。
一方、純水製造装置では、ホウ素、シリカ等の弱電解質のイオン化を促進し、逆浸透膜での除去率を上げる目的のため、被処理水の液性(pH)を塩基性に調整する工程、すなわち、pHを高める処理が行われる。具体的には、被処理水に水酸化ナトリウム(NaOH)等のpH調整剤が添加される。
例えば、特開2000-015257号公報では、膜処理装置系における第1段目の膜処理装置としての逆浸透膜分離装置である第1RO装置を透過した第1の透過水は、塩基性のpH調整剤が添加されることによって、pH8.5以上に調整される。塩基性に調整された第1の透過水は、第1RO装置の後段に配置された逆浸透膜分離装置である第2RO装置に、加圧された状態で供給されることによって脱塩される。pH調整によって、シリカ、ホウ素及び残留する炭酸ガスは、イオン化状態で除去されると共に、塩基性条件下で除去可能な不純物が除去できるとされている。
また、特開2000-015257号公報では、水回収率を高める目的で、第2RO装置の濃縮水は、別の処理装置において酸化処理が施された後、第1RO装置の上流側へ還流される。還流された第2RO装置の濃縮水は、第1RO装置に再度供給される。
また、特開2000-061464号公報では、活性炭処理等の前処理が施された被処理水としての原水は、pH6以下に調整して脱気処理された後、膜処理装置系における第1段目の膜処理装置としての逆浸透膜分離装置である第1RO装置に通水される。第1RO装置の透過水は、水酸化ナトリウム(NaOH)等のpH調整剤が添加されることによって、塩基性に調整される。塩基性に調整された第1RO装置の透過水は、第2段目の逆浸透膜分離装置である第2RO装置及び第3段目の逆浸透膜分離装置である第3RO装置に順次通水される。
また、特開2000-061464号公報では、原水中に含まれる炭酸成分を二酸化炭素(CO2)の形態で効率的に除去する目的で、第2RO装置の濃縮水と第3RO装置の濃縮水とは、それぞれの透過水と共に膜脱気装置によって脱気処理が施される。脱気処理が施された第2RO装置の濃縮水と第3RO装置の濃縮水は、第1RO装置の上流側へ還流されると共に、第1RO装置に再度供給される。
特許文献1:特開2020-163254号公報
特許文献2:特開2000-015257号公報
特許文献3:特開2000-061464号公報
特許文献2:特開2000-015257号公報
特許文献3:特開2000-061464号公報
しかし、pH調整剤が添加された被処理水が膜処理装置で処理が施された後、膜処理装置から得られる処理水が膜処理装置の上流側へ還流すると、膜処理装置の系内へのpH調整剤の還流量が増大する。このため、pH調整剤が系内で濃縮される状態、すなわち、系内濃縮が生じる。系内濃縮が進行することによって被処理水の塩基性が高くなると、膜処理装置の膜の詰まりや、透過水のpHに設計範囲を超える変動が生じ易い。特に、系内濃縮が生じると、pH調整剤が添加された被処理水が直接供給される膜処理装置だけでなく、同じ系内に配置されpH調整剤が添加された被処理水が直接供給されない他の膜処理装置においても、膜の詰まり等の思いがけない不具合(すなわち、予期せぬ不具合)が連動して発生し得る。
この点、特開2020-163254号公報では、水温が上昇した場合における純水の水質及び生産量が改善されるだけであると共に、pH調整剤の系内濃縮については何ら検討されていない。また、特開2000-015257号公報及び特開2000-061464号公報においても、pHを塩基性に調整するpH調整が行われることが開示されているだけであると共に、pH調整剤の系内濃縮については何ら検討されていない。
本開示は、pH調整剤が添加された被処理水を膜処理装置の系内に還流させてもpH調整剤の系内濃縮を抑制できる技術を提供する。
第一態様に係る超純水の製造方法は、膜処理装置に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤を添加し、膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出すと共に処理水の他の一部をpH調整剤の添加位置に対する上流側に還流する第1工程と、処理水が還流した後の被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、膜処理装置に供給する被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる第2工程と、を含む。
第一態様では、第1工程で、膜処理装置に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤が添加される。また、膜処理装置の処理水の一部が、下流側に送り出されると共に、処理水の他の一部が、pH調整剤の添加位置に対する上流側に還流される。また、第2工程で、処理水が還流した後の被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、膜処理装置に供給される被処理水に対するpH調整剤の添加量が低下する。
第一態様では、処理水が還流した後の被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、膜処理装置に供給する被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる。このため、pH調整剤が添加された被処理水を膜処理装置の系内に還流させても、pH調整剤の系内濃縮を抑制できる。
第二態様では、第一態様において、指標は、被処理水のpHであり、第2工程では、処理水が還流した後の被処理水のpHの塩基性が予め設定された閾値よりも高い場合、膜処理装置に供給する被処理水に対する前記pH調整剤の添加量を低下させる。
第二態様では、pH調整剤の添加位置に対する上流側へ還流する処理水のpHの塩基性の高まりに応じて、被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる。このため、pH調整剤が添加された被処理水を膜処理装置の系内に還流させても、pH調整剤の系内濃縮を抑制できる。
第三態様では、第一態様又は第二態様において、膜処理装置によって実行される膜処理は、逆浸透膜処理である。
第三態様によれば、特に、逆浸透膜処理装置の系内濃縮を効果的に抑制できる。
第四態様に係る超純水の製造方法は、膜処理装置に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤を添加し、膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出すと共に処理水の他の一部をpH調整剤の添加位置に対する上流側に予め設定された還流量で還流する第1工程と、膜処理装置処理水への還流量を増加させる場合、膜処理装置に供給する被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる第2工程と、を含む。
第四態様では、第1工程で、膜処理装置に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤が添加される。また、膜処理装置の処理水の一部が、下流側に送り出されると共に、処理水の他の一部が、pH調整剤の添加位置に対する上流側に還流される。また、第2工程で、処理水の還流量を第1工程よりも増加させ、膜処理装置に供給される被処理水に対するpH調整剤の添加量が低下する。
すなわち、pH調整剤の添加位置に対する上流側への処理水の還流量の増加に応じて、被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる。このため、pH調整剤が添加された第一処理水を膜処理装置の系内に還流させても、pH調整剤の系内濃縮を抑制できる。
第五態様に係る超純水製造装置は、供給される被処理水に膜処理を施す膜処理装置と、膜処理装置の上流側に配置され、被処理水の塩基性を高めるpH調整剤を被処理水に添加するpH調整剤添加装置と、膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出す配管と、処理水の他の一部をpH調整剤添加装置に対する上流側に還流する還流管と、還流後の被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、膜処理装置に供給する被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させるようにpH調整剤添加装置を制御する制御装置と、を備える。
第五態様では、第一態様と同様、pH調整剤が添加された第一処理水を膜処理装置の系内に還流させても、pH調整剤の系内濃縮を抑制できる。
第六態様に係る超純水の製造プログラムは、膜処理装置に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤を添加し、膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出すと共に処理水の他の一部をpH調整剤の添加位置に対する上流側に還流する第1処理と、処理水が還流した後の被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、膜処理装置に供給する被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる第2処理と、をプロセッサに実行させる。
第六態様では、第一態様と同様、pH調整剤が添加された第一処理水を膜処理装置の系内に還流させても、pH調整剤の系内濃縮を抑制できる。
本開示によれば、pH調整剤が添加された被処理水を膜処理装置の系内に還流させてもpH調整剤の系内濃縮を抑制できる。
以下に本開示の実施の形態を説明する。但し、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。本開示において図面を参照して実施形態を説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
以下の図面の記載において、同一の部分及び類似の部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや平面寸法は、以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、明細書中に特段の断りが無い限り、本開示の各構成要素の個数は、1つに限定されず、複数存在してもよい。
以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本開示を制限するものではない。本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値が、それぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、成分が含まれる場合、各成分には、該当する物質が複数種含まれていてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において、各成分に該当する粒子には、複数種の粒子が含まれていてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
以下の図面の記載において、同一の部分及び類似の部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや平面寸法は、以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、明細書中に特段の断りが無い限り、本開示の各構成要素の個数は、1つに限定されず、複数存在してもよい。
以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本開示を制限するものではない。本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値が、それぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、成分が含まれる場合、各成分には、該当する物質が複数種含まれていてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において、各成分に該当する粒子には、複数種の粒子が含まれていてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
<超純水製造装置>
まず、本実施形態に係る純水製造装置1を備える超純水製造装置2を、図1~図5を参照して説明する。図1に示すように、超純水製造装置2は、被処理水がそれぞれ通水される一次純水システム21と二次純水システム22とを備える。
まず、本実施形態に係る純水製造装置1を備える超純水製造装置2を、図1~図5を参照して説明する。図1に示すように、超純水製造装置2は、被処理水がそれぞれ通水される一次純水システム21と二次純水システム22とを備える。
(被処理水)
被処理水としては、地下水、河川水、市水、その他の工業用水等の原水、又は半導体工場や液晶工場等の使用済み超純水を回収した回収水が用いられる。被処理水中のホウ素濃度は、例えば、5μg/L~200μg/L、特に10μg/L~100μg/L程度が好適である。また被処理水のpHは、中性付近、例えばpH5~pH8の範囲であることが好ましい。
被処理水としては、地下水、河川水、市水、その他の工業用水等の原水、又は半導体工場や液晶工場等の使用済み超純水を回収した回収水が用いられる。被処理水中のホウ素濃度は、例えば、5μg/L~200μg/L、特に10μg/L~100μg/L程度が好適である。また被処理水のpHは、中性付近、例えばpH5~pH8の範囲であることが好ましい。
なお、本明細書における「5μg/L~200μg/L」のような数値範囲の表記は、下限値及び上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「5μg/L~200μg/L」とは「5μg/L以上200μg/L以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
被処理水として回収水を用いる場合、回収水は、イオン交換処理又は中和処理によって、pHを例えばpH5~pH8の範囲に調整されることが好ましい。被処理水は、原水又は回収水を、前処理システム又はこれと同様の装置で処理したものであってもよい。前処理システムは例えば、凝集沈殿装置、加圧浮上装置、ろ過装置、活性炭装置等により構成され、原水中の濁質分等を除去する。
また、被処理水の全炭酸(CO2+HCO3
-+CO3
2-)濃度は、3mg/L~50mg/Lであることが好ましく、30mg/L以下であることがより好ましい。全炭酸濃度は、CO2換算濃度である。全炭酸濃度が3mg/L~50mg/Lであることによって、逆浸透膜装置への供給水中の炭酸イオン濃度又は炭酸水素イオン濃度が低減される。結果、逆浸透膜装置への供給水のpHを調整するために必要とされるpH調整剤又はpH調整のためのスケール防止剤の量を低減できる。
そのため、図2に示すように、一次純水システム21の純水製造装置1は、第1逆浸透膜装置11の前段、すなわち上流側に被処理水中の炭酸ガスを除去する脱炭酸装置を備えることが好ましい。脱炭酸装置としては、炭酸ガスを除去できるものであれば特に限定されず、脱気塔、脱気膜装置、真空脱気装置等を使用できる。
なお、純水製造装置では、一般的に、脱炭酸装置により溶存炭酸を除去する場合、溶存炭酸の除去率を上げる目的で、脱炭酸装置の供給水に酸を注入して、供給水のpHを6以下に設定することが行われる。本実施形態の純水製造装置1では、酸や塩基等薬品の使用量の増加を抑えるため、脱炭酸装置の供給水への酸の添加量は極力少ない方がよい。
(一次純水システム)
図1に示すように、一次純水システム21は、例えば、純水製造装置1の下流側に、電気脱イオン装置(EDI)23、紫外線酸化装置(換言すると、TOC-UV)24、再生型混床式イオン交換装置(MB)25を組み合わせることによって構成される。一次純水システム21では、純水製造装置1でホウ素が除去された処理水から、電気脱イオン装置23によって微量のイオン成分が除去される。
図1に示すように、一次純水システム21は、例えば、純水製造装置1の下流側に、電気脱イオン装置(EDI)23、紫外線酸化装置(換言すると、TOC-UV)24、再生型混床式イオン交換装置(MB)25を組み合わせることによって構成される。一次純水システム21では、純水製造装置1でホウ素が除去された処理水から、電気脱イオン装置23によって微量のイオン成分が除去される。
さらに、残存する有機物が紫外線酸化装置24で分解及び除去された後、紫外線酸化装置24で生じた低分子量の有機酸等が、再生型混床式イオン交換装置25によって除去される。結果、一次純水システム21で、一次純水が製造される。一次純水の全有機体炭素(Total Organic Carbon,TOC)濃度は、例えば、10μgC/L以下であると共に、一次純水の比抵抗率は、例えば、17MΩ・cm以上である。
また、一次純水システム21は、電気脱イオン装置23、紫外線酸化装置24、再生型混床式イオン交換装置25以外に、又は、これらに代えて、水の純度を高めるその他の装置を備えてもよい。その他の装置としては、例えば、水中の溶存ガスを除去する膜脱気装置又は真空脱気装置、イオン成分を除去する陰イオン交換樹脂装置又は陽イオン交換樹脂装置、及びホウ素選択性イオン交換樹脂を充填したホウ素樹脂装置、又は、これらイオン交換樹脂を複層床としたイオン交換装置等を採用できる。電気脱イオン装置23は、複数台の電気脱イオン装置が直列に接続された、多段形式であってもよい。
(二次純水システム)
二次純水システム22は、一次純水システム21で製造された一次純水中の微量有機物や微量微粒子を除去する装置である。二次純水システム22は、紫外線酸化装置、膜脱気装置、非再生型混床式イオン交換装置、及び、限外ろ過装置を組み合わせることによって構成できる。二次純水システム22により得られる超純水のTOC濃度は、例えば、5μgC/L以下まで低減される。また、超純水の比抵抗率は、例えば、17.5MΩ・cm以上まで低減される。また、超純水のホウ素濃度は、例えば、1ng/L以下まで低減される。
二次純水システム22は、一次純水システム21で製造された一次純水中の微量有機物や微量微粒子を除去する装置である。二次純水システム22は、紫外線酸化装置、膜脱気装置、非再生型混床式イオン交換装置、及び、限外ろ過装置を組み合わせることによって構成できる。二次純水システム22により得られる超純水のTOC濃度は、例えば、5μgC/L以下まで低減される。また、超純水の比抵抗率は、例えば、17.5MΩ・cm以上まで低減される。また、超純水のホウ素濃度は、例えば、1ng/L以下まで低減される。
<純水製造装置>
次に、本実施形態に係る一次純水システム21に含まれる純水製造装置1を説明する。図2に示すように、純水製造装置1は、第1逆浸透膜装置(第1RO)11と、第2逆浸透膜装置(第2RO)12と、第3逆浸透膜装置(第3RO)13と、を備える。
次に、本実施形態に係る一次純水システム21に含まれる純水製造装置1を説明する。図2に示すように、純水製造装置1は、第1逆浸透膜装置(第1RO)11と、第2逆浸透膜装置(第2RO)12と、第3逆浸透膜装置(第3RO)13と、を備える。
第1逆浸透膜装置11は、被処理水を逆浸透膜処理して被処理水中の塩類を除去する。第2逆浸透膜装置12は、第1逆浸透膜装置11の透過水(すなわち、第1透過水)を逆浸透膜処理して第1透過水中に残留する有機物、微粒子等の不純物及びホウ素を除去する。第3逆浸透膜装置13は、第1逆浸透膜装置11の濃縮水(すなわち、第1濃縮水)を逆浸透膜処理することによって、第1逆浸透膜装置11への被処理水を回収する。
(第1逆浸透膜装置)
図2に示すように、第1逆浸透膜装置11は、被処理水を導入する供給管11aと、透過水配管11bと、濃縮水配管11cとを備える。第1逆浸透膜装置11で得られる第1透過水は、透過水配管11bを介して第2逆浸透膜装置12に供給される。第1濃縮水は、濃縮水配管11cを介して第3逆浸透膜装置13に供給される。
図2に示すように、第1逆浸透膜装置11は、被処理水を導入する供給管11aと、透過水配管11bと、濃縮水配管11cとを備える。第1逆浸透膜装置11で得られる第1透過水は、透過水配管11bを介して第2逆浸透膜装置12に供給される。第1濃縮水は、濃縮水配管11cを介して第3逆浸透膜装置13に供給される。
供給管11aの上流側の端部は、第一ピット17に接続される。第1逆浸透膜装置11への被処理水は、第一ピット17から供給される。第1透過水の一部は、第一ピット17と透過水配管11bとの間を接続する透過水還流配管11dを介して、第一ピット17に還流する。
本開示では、第一ピット17と第1逆浸透膜装置11との間の供給管11aの位置に、スケール防止剤又は酸を被処理水に添加するための添加装置が設けられてもよい。また、本開示では、第一ピット17と第1逆浸透膜装置11との間の供給管11aの位置に、pH測定装置が設けられると共に、供給管11aの位置で測定されたpHに基づいてpH調整剤添加装置15によるpH調整剤の添加量が制御されてもよい。なお、ピットの代わりにタンクが設けられてもよい。ピットの位置、pH測定装置、pH調整剤添加装置の順は、本開示の趣旨の範囲で任意に変更可能である。
第1逆浸透膜装置11は、逆浸透膜を有する。第1逆浸透膜装置11の逆浸透膜によって、加圧下で被処理水を逆浸透膜分離処理して、塩類を濃縮した第1濃縮水と塩類の除去された第1透過水とに分離できる。第1逆浸透膜装置11としては、純水製造に通常使用される逆浸透膜装置を特に限定なく使用できる。第1逆浸透膜装置11としては、例えば、超低圧型、低圧型、中圧型、又は高圧型の逆浸透膜装置を用いることができる。
第1逆浸透膜装置11が有する逆浸透膜としては、例えば、三酢酸セルロース系非対称膜や、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系又はポリスルホン系の複合膜等が挙げられる。膜形状としては、シート平膜、スパイラル膜、管状膜、中空糸膜等を特に限定されず用いることができる。特に、逆浸透膜としては、塩類の除去率が高い点で、ポリアミド系の複合膜であることが好ましく、架橋全芳香族ポリアミド系の複合膜であることが、特に好ましい。膜形状は、スパイラル膜であることが好ましい。
第1逆浸透膜装置11による被処理水中の塩類除去能は、例えば塩化ナトリウム(NaCl)の除去率として95%以上であることが好ましく、99.5%以上であることが、より好ましい。第1逆浸透膜装置11の市販品としては、東レ社製のTMG20、TM720、TM800K、ダウ社製のBW30等を使用できる。
第1逆浸透膜装置11への被処理水の供給圧は、第1逆浸透膜装置の型式等によって好ましくは0.4MPa~6MPaの範囲で設定される。例えば、第1逆浸透膜装置11が超低圧型である場合、被処理水の供給圧は、0.4MPa~0.8MPaであることが好ましく、0.6MPa~0.7MPaがより好ましい。
第1逆浸透膜装置11が低圧型である場合、被処理水の供給圧は、0.8MPaを超え、且つ、2.0MPa未満であることが好ましく、1MPa~1.6MPaであることが、より好ましい。第1逆浸透膜装置11が中圧型である場合、被処理水の供給圧は、2MPa~4MPaであることが好ましく、2MPa~3MPaであることがより好ましい。
第1逆浸透膜装置11が高圧型である場合、被処理水の供給圧は、4MPaを超え、且つ、8MPa以下であることが好ましく、4MPaを超え、且つ、6MPa以下であることがより好ましい。このため、第1逆浸透膜装置11の前段、すなわち上流側には、給水ポンプが設けられることが好ましい。
逆浸透膜においては一般に、給水圧力が高いほど、塩類の除去率は向上する一方、スケールが生じ易い傾向がある。例えば、第1逆浸透膜装置11が超低圧型の場合、第1逆浸透膜装置11への被処理水の供給圧が0.4MPa以上であることによって、塩類の除去率を向上できるので、純水製造装置1で得られる純水中のホウ素やシリカ濃度をより低減できる。また、被処理水の供給圧が6MPa以下であることによって、スケールに起因する膜閉塞を抑制し、結果、長期間安定してホウ素の低減された純水を得ることができる。
純水製造装置1におけるホウ素の除去率の向上の点で、第1逆浸透膜装置11における水回収率は、50%~95%であることが好ましく、60%~90%であることがより好ましく、65%~85%であることがさらに好ましい。
第1逆浸透膜装置11への被処理水の供給流量は、100m3/h~1000m3/hであることが好ましい。これは、第1逆浸透膜装置11の循環流路を使って、運転を継続することで、断続運転をする場合の立ち上げの際のフラッシングによる排水量を大きく減らせるためである。
被処理水が第1逆浸透膜装置11で処理されることによって、第1透過水及び第1濃縮水が得られる。第1濃縮水は、濃縮によって高濃度の塩類を有するため、濃縮水配管11cを介して第3逆浸透膜装置13に供給される。第1透過水の導電率は、例えば5μS/cm以上である。
本開示では、第1逆浸透膜装置11におけるスケールの防止のために、酸やアルカリを添加する場合がある。スケール防止剤は、原水中の硬度(すなわち、カルシウムやマグネシウム)やシリカが、スケールとしてRO膜に付着することを防ぐ。第1逆浸透膜装置のスケール防止のために添加された薬品(すなわち、スケール防止剤、酸、アルカリ)は、濃縮水中に濃縮される。スケール防止のために添加された薬品が濃縮された濃縮水は、第3逆浸透膜装置13に供給され、第3逆浸透膜装置13でのスケール防止にも寄与する。
なお、スケール防止剤、酸、アルカリは、第3逆浸透膜装置13の入口に(すなわち、第1逆浸透膜装置11の濃縮水に対して)添加される場合もある。また、第2逆浸透膜装置の位置で、スケール防止剤を入れることも可能である。この場合、第2逆浸透膜装置のスケール防止とともに、濃縮水が前段に戻るため、第1逆浸透膜装置のスケール防止と、さらにその第1濃縮水が供給される第3逆浸透膜装置のスケール防止にも、スケール防止剤は、有効に機能できる。
(第2逆浸透膜装置)
図2に示すように、第2逆浸透膜装置12は、透過水配管11bによって第1逆浸透膜装置11に接続される。第2逆浸透膜装置12は、透過水配管12bと、濃縮水還流配管12cと、透過水還流配管12dと、を備える。透過水配管12bは、本開示の「膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出す配管」に対応する。透過水還流配管12dは、本開示の「還流管」に対応する。
図2に示すように、第2逆浸透膜装置12は、透過水配管11bによって第1逆浸透膜装置11に接続される。第2逆浸透膜装置12は、透過水配管12bと、濃縮水還流配管12cと、透過水還流配管12dと、を備える。透過水配管12bは、本開示の「膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出す配管」に対応する。透過水還流配管12dは、本開示の「還流管」に対応する。
透過水配管11bにおいて、第1逆浸透膜装置11とpH調整剤添加装置15との間の位置には、第二ピット18が設けられる。第2逆浸透膜装置12への被処理水は、第二ピット18から供給される。なお、本開示では、第二ピット18を設けることなく、透過水還流配管12dを第一ピット17に戻してもよい。
第2逆浸透膜装置12は、本開示の「膜処理装置」に対応する。すなわち、本実施形態では、本開示の膜処理としての逆浸透膜処理が実施される。なお、本開示では、膜処理としては、逆浸透膜処理以外に例えば、限外濾過膜処理、マイクロフィルター処理、ナノフィルター処理、電気脱イオン膜処理等であってよい。
また、本実施形態では、上流側に還流する処理水が透過水と濃縮水との両方である場合が例示されたが、本開示では、これに限定されない。本開示では、逆浸透膜処理では、上流側に還流する処理水は、透過水と濃縮水とのいずれか一方であってよい。また、本開示では、限外濾過膜処理、マイクロフィルター処理、ナノフィルター処理、電気脱イオン膜処理のそれぞれの処理において上流側に還流する処理水は、濃縮水である。
濃縮水還流配管12cは、第一ピット17に接続される。透過水還流配管12dは、第1逆浸透膜装置11と第2逆浸透膜装置12との間であって上流側の第二ピット18に接続される。また、第二ピット18が設けられない場合は、透過水還流配管12dを第一ピット17に戻してもよい。
透過水還流配管12dの透過水配管11bへの接続位置よりも下流側であって第2逆浸透膜装置12の上流側の位置の透過水配管11bには、pH調整剤添加装置15が接続される。pH調整剤添加装置15の透過水配管11bへの接続位置よりも下流側であって第2逆浸透膜装置12の上流側の位置の透過水配管11bには、pH測定装置14が接続される。すなわち、pH調整剤添加装置15は、第2逆浸透膜装置12の上流側に配置される。また、透過水還流配管12dには第2透過水の還流量を計測する流量計16が接続される。
pH測定装置14とpH調整剤添加装置15と流量計16とは、制御装置30にそれぞれ接続される。制御装置30には、第2逆浸透膜装置12に供給される被処理水のpHのデータ、被処理水に添加されるpH調整剤の添加量のデータ、及び、第2透過水の還流量のデータが、時間的に連続して入力される。
第2逆浸透膜装置12で得られる透過水(すなわち、第2透過水)の一部は、透過水配管12bを介して第2逆浸透膜装置12の下流側に送り出される。第2逆浸透膜装置12で得られる第2透過水の一部は、透過水還流配管12dを介して第2逆浸透膜装置12の上流側の第二ピット18に還流する。第2逆浸透膜装置12で得られる濃縮水(すなわち、第2濃縮水)は、濃縮水還流配管12cを介して第一ピット17に導入され、再度、第1逆浸透膜装置11で処理される。
第2逆浸透膜装置12は、逆浸透膜を有する。第2逆浸透膜装置12の逆浸透膜によって、第1透過水に加圧下で逆浸透膜分離処理が施される。このため、第1透過水は、第1透過水中に残留する有機物、微粒子等の不純物及びホウ素が除去された第2透過水と、上記不純物及びホウ素が濃縮された第2濃縮水とに分離される。第2逆浸透膜装置としては、第1逆浸透膜装置11と同様の装置を用いることができる。第2逆浸透膜装置12は、超低圧型、低圧型、中圧型、又は高圧型のいずれであってもよいが、超低圧型又は低圧型の逆浸透膜装置であることが好ましい。
第2逆浸透膜装置12の塩類除去能は、ホウ素の除去率を向上させる点で、例えば、NaClの除去率としては、95%以上であることが好ましく、99.5%以上であることがより好ましい。
第2逆浸透膜装置12への供給水圧は、第1逆浸透膜装置11への供給水圧と同様に、第2逆浸透膜装置12の型式等によって好ましくは0.4MPa~6MPaの範囲で設定される。超低圧型、低圧型、中圧型、又は高圧型の各型式の逆浸透膜装置を用いた場合の好ましい供給水圧は、第1逆浸透膜装置11における供給水圧と同様である。
第1透過水のpHは、pH測定装置14によって連続的に測定される。なお、本開示では、pH測定装置14の代わりに例えば、シリカ計、ホウ素モニタ等の他の弱電解質測定装置が設置されてもよい。本開示では、シリカ及びホウ素等は、弱電解質である。他の弱電解質測定装置は、被処理水中の弱電解質濃度を測定する。弱電解質濃度の変化に応じて、被処理水のpHは変動する。
例えば、ホウ素を含む被処理水としての原水においては、被処理水中のpHと、処理水、すなわち、逆浸透膜装置の透過水中のホウ素濃度とは、相関を有する。具体的には、本件開示者らは、超純水にホウ酸を注入することによって、実験用の被処理水としての原水を生成した。生成された原水のホウ素濃度は、約50ppbであった。
実験では、本実施形態の第2逆浸透膜装置12に対応する逆浸透膜装置に原水を、約1.3MPaの圧力で透過させると共に回収することによって、ホウ素が除去された。実験用の逆浸透膜装置の逆浸透膜は、ダウ社製のBW30であった。原水の回収率は、約75%であった。そして、処理水中のホウ素除去率と被処理水中のpHとが測定された。図3に示すように、被処理水中のpHが低い程、処理水中のホウ素除去率は、低くなる。換言すると、被処理水中のpHが低い程、逆浸透膜を透過した処理水の中に、より多くのホウ素が残存する。
また、図3の結果をもとに、被処理水中のホウ素濃度と、逆浸透膜を透過した処理水中のホウ素濃度1ppbを得るために必要なpHとの関係を求めた。求められた関係を図4に示す。図4に示すように、被処理水中のホウ素濃度が小さくなる程、処理水中のホウ素濃度1ppbを得るために必要なpHは低く済むことが分かった。
なお、図4では被処理水中のホウ素濃度との関係を説明するパラメータは、処理水中のホウ素濃度1ppbを得るために必要なpHであったが、他のホウ素濃度を得るために必要なpHの場合も、被処理水中のホウ素濃度との関係は、同様の傾向となる。また、図示を省略するが、シリカの場合におけるpHと濃度との関係は、ホウ素の場合とほぼ同等の傾向を有する。また、ホウ素及びシリカ以外の他の弱電解質に関するpHと濃度との関係も、ホウ素及びシリカの場合と同様である。
すなわち、上記の実験のように、pHの塩基性と弱電解質濃度とは、本開示の「予め設定された指標」に対応する。本開示では、他の測定装置の測定値に応じてpH調整剤の添加量を調整することも可能である。調整では、例えば、測定された弱電解質濃度の値が規定値以下に変化した場合、pH調整剤の添加を停止するといったオンオフ制御も可能である。
第2逆浸透膜装置12で得られた第2透過水は、下流側に送り出される。第2透過水は、導電率が例えば50μS/cm以下である。送り出された第2透過水は、そのまま使用される。或いは、第2透過水には、一次純水、二次純水、又は超純水を製造するためのさらなる処理が施される。第2透過水は、さらに逆浸透膜装置で処理してもよい。また、第2逆浸透膜装置12で得られた第2濃縮水は、濃縮水還流配管12cを介して供給管11aに導入された後、濃縮水還流配管12cを介して第一ピット17に還流する。第一ピット17に還流した第2濃縮水は、第1逆浸透膜装置11に供給される。
第2逆浸透膜装置12における水回収率は、50%~95%であることが好ましく60%~90%であることがより好ましく、65%~90%であることがさらに好ましく、65~85%であってもよい。
また、第1逆浸透膜装置11と第2逆浸透膜装置12との組合せとしては、ホウ素除去率を向上させる点で、一方が超低圧型若しくは低圧型であると共に、他方が高圧型若しくは中圧型であることが好ましい。また、第1逆浸透膜装置11が高圧型又は中圧型であると共に、第2逆浸透膜装置12が低圧型又は超低圧型であることが、より好ましい。或いは、運転圧力を下げ、運転コストを低減させるために、第1逆浸透膜装置11と第2逆浸透膜装置12との両方が、低圧型若しくは超低圧型であることが好ましい。
(第3逆浸透膜装置)
図2に示すように、第3逆浸透膜装置13は、濃縮水排水管13bと、透過水還流配管13cとを備える。第1逆浸透膜装置11から供給された第1濃縮水は、第3逆浸透膜装置13で逆浸透膜処理される。第3逆浸透膜装置13で得られる濃縮水(すなわち、第3濃縮水)は、濃縮水排水管13bを介して系外に排出される。透過水還流配管13cは、第1逆浸透膜装置11の上流側の位置の供給管11aに接続される。第3逆浸透膜装置13で得られる透過水(すなわち、第3透過水)は、透過水還流配管13cを介して第1逆浸透膜装置11の上流側の第一ピット17に還流する。第一ピット17に還流した第3透過水は、第1逆浸透膜装置11に供給される。
図2に示すように、第3逆浸透膜装置13は、濃縮水排水管13bと、透過水還流配管13cとを備える。第1逆浸透膜装置11から供給された第1濃縮水は、第3逆浸透膜装置13で逆浸透膜処理される。第3逆浸透膜装置13で得られる濃縮水(すなわち、第3濃縮水)は、濃縮水排水管13bを介して系外に排出される。透過水還流配管13cは、第1逆浸透膜装置11の上流側の位置の供給管11aに接続される。第3逆浸透膜装置13で得られる透過水(すなわち、第3透過水)は、透過水還流配管13cを介して第1逆浸透膜装置11の上流側の第一ピット17に還流する。第一ピット17に還流した第3透過水は、第1逆浸透膜装置11に供給される。
(pH調整剤添加装置)
pH調整剤添加装置15は、第1透過水の液性を塩基性に調整する。すなわち、pH調整剤添加装置15は、塩基性を高めるpH調整剤を第1透過水に添加する。
pH調整剤添加装置15は、第1透過水の液性を塩基性に調整する。すなわち、pH調整剤添加装置15は、塩基性を高めるpH調整剤を第1透過水に添加する。
pH調整剤としては水溶性であり、第2逆浸透膜装置12への供給水としての第1透過水のpHを塩基性に調整するものであれば、特に制限なく使用できる。pHを塩基性に調整するpH調整剤としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属塩が挙げられる。pH調整剤としては、1種が単独で用いられてもよいし、或いは、2種以上が併用されてもよい。
なお、本開示では、液性が塩基性のスケール防止剤をpH調整剤として用いることによって、第1透過水の液性を塩基性に調整してもよい。また、本開示では、pH調整剤添加装置15は、膜閉塞防止剤として、第1逆浸透膜装置11におけるスケール生成を防止するスケール防止剤又はスライムコントロール剤を第1透過水中に添加する膜閉塞防止剤添加装置を備えてもよい。
調整後のpHの値は、特に限定されないが、例えば、8.5~10.5が好ましく、9~9.5がより好ましい。この範囲とすることで、シリカやホウ素などの弱電解質をイオン化させ、第1逆浸透膜装置11における除去率を上げることができる。pH8.5未満では、弱電解質の除去率がやや低下する。また、pH10.5を超えると、添加したpH調整剤のアルカリ金属の量が多くなるので、処理水のアルカリ金属の量が増加してしまう。このとき、除去率は、シリカ、ホウ素ともに、90%以上となる。
本開示において、装置の規模は特に限定されないが、処理量(すなわち、供給水量)が100m3/h~1000m3/hである装置が好ましい。この場合、第2逆浸透膜装置に循環運転を採用し、第2逆浸透膜装置を継続して運転することにより、処理水質を悪化させないことが特に重要である。これは、第2逆浸透膜装置をオンオフ運転した場合に生じる、立ち上げ操作の際の多量の排水の発生を避けることができるためである。
(制御装置)
図2中の制御装置30は、純水製造装置1における被処理水及び処理水に関する、流量、温度、pH等を制御する演算制御部である。具体的には制御装置30は、還流後の被処理水のpHの塩基性が予め設定された閾値よりも高い場合、現在のpH調整剤の添加量よりも少ない量のpH調整剤を第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水に対して添加する。
図2中の制御装置30は、純水製造装置1における被処理水及び処理水に関する、流量、温度、pH等を制御する演算制御部である。具体的には制御装置30は、還流後の被処理水のpHの塩基性が予め設定された閾値よりも高い場合、現在のpH調整剤の添加量よりも少ない量のpH調整剤を第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水に対して添加する。
本開示では、制御装置30は、還流後の被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、現在のpH調整剤の添加量よりも少ない量のpH調整剤を第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水に対して添加するように、pH調整剤添加装置15を制御する。本開示では、制御によって低下されるpH調整剤の添加量は、ゼロを含む。
図5に示すように、制御装置30は、CPU(Central Processing Unit:プロセッサ)31、ROM(Read Only Memory)32、RAM(Random Access Memory)33、ストレージ34、ユーザインタフェース35及び通信インタフェース36を有する。制御装置30のそれぞれの構成は、バス37を介して相互に通信可能に接続されている。
CPU31は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、CPU31は、ROM32又はストレージ34からプログラムを読み出し、RAM33を作業領域としてプログラムを実行する。CPU31は、ROM32又はストレージ34に記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。CPU31は、本開示のプロセッサである。
本実施形態では、ROM32又はストレージ34には、超純水の製造プログラムが格納されている。超純水の製造プログラムは、超純水を製造するための演算プログラムである。
ROM32は、各種プログラム及び各種データを格納する。RAM33は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ34は、HDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
ユーザインタフェース35は、純水製造装置1を操作する作業者が制御装置30を操作する際のインタフェースである。ユーザインタフェース35は、例えば、作業者によるタッチ操作を可能とするタッチパネルを備えた液晶ディスプレイ、作業者による音声入力を受け付ける音声入力受付部、及び作業者が押下可能なボタン等の少なくとも一つを含み得る。
通信インタフェース36は、制御装置30が、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット(登録商標)、FDDI、Wi-Fi(登録商標)等の規格が用いられる。
超純水の製造プログラムを実行する際に、純水製造装置1は、上記のハードウェア資源を用いて、各種の機能を実現する。純水製造装置1が実現する機能構成として、純水製造装置1は、pH調整剤添加部、処理水送出部、処理水還流部、pH比較部、還流量比較部、及びpH調整剤添加量低下部を有する。各機能構成は、CPU31が、ROM32又はストレージ34に記憶された超純水の製造プログラムを読み出し、実行することにより実現される。
<超純水の製造方法>
次に、本実施形態に係る超純水製造装置2を用いた超純水の製造方法について、説明する。まず、超純水製造装置2に含まれる一次純水システム21の純水製造装置1を用いて一次純水を製造する。本実施形態では、一次純水の製造が、作業者ではなく、制御装置30のコンピューター制御によって自動的に実施される場合を例示的に説明する。なお、本開示では、超純水製造装置2の作業者が、制御装置30を用いて一次純水の製造に係る各工程を実施してもよい。
次に、本実施形態に係る超純水製造装置2を用いた超純水の製造方法について、説明する。まず、超純水製造装置2に含まれる一次純水システム21の純水製造装置1を用いて一次純水を製造する。本実施形態では、一次純水の製造が、作業者ではなく、制御装置30のコンピューター制御によって自動的に実施される場合を例示的に説明する。なお、本開示では、超純水製造装置2の作業者が、制御装置30を用いて一次純水の製造に係る各工程を実施してもよい。
具体的には、図2中の純水製造装置1において、被処理水は、供給管11aを介して第1逆浸透膜装置11に供給されると共に第1逆浸透膜装置11で逆浸透膜処理される。本実施形態では、第1逆浸透膜装置11に供給される被処理水の水温は、必要に応じて調整する。被処理水の水温は、例えば室温(すなわち、20℃~30℃)程度でよい。
次に、超純水製造装置2の制御装置30は、図6中のステップS11で、第2逆浸透膜装置12に供給する第1透過水に、pH調整剤添加装置15を用いてpH調整剤を添加する。第1透過水に添加されるpH調整剤の量は、第2逆浸透膜装置12への供給水のpHを、予め設定された閾値、例えば9.2~10の値に調整するように設定できる。なお、閾値は、上限値及び下限値を有する範囲によって設定されてもよいし、或いは、特定の値によって設定されてもよい。
なお、本開示では、スケール防止剤を添加する工程が、pH調整剤を添加する工程であるステップS11の前後のいずれかに、又は、ステップS11と同時に実行されてよい。pHが調整された第1透過水は、透過水配管11bを介して第2逆浸透膜装置12に供給された後、第2逆浸透膜装置12で逆浸透膜処理される。
次に、超純水製造装置2の制御装置30は、図6中のステップS12で、第2逆浸透膜装置12の第2透過水の一部を、透過水配管12bを用いて下流側に送り出す。また、超純水製造装置2の制御装置30は、図6中のステップS13で、透過水配管12b中を流れる第2透過水の他の一部を、透過水配管12bから分岐する透過水還流配管12dを用いてpH調整剤の添加位置に対する上流側に還流する。
次に、超純水製造装置2の制御装置30は、ステップS14で、第2透過水が還流した後の被処理水のpHを、pH測定装置14を用いて測定する。そして、制御装置30は、測定されたpHの塩基性が予め設定された閾値よりも高いかどうかを判定する。判定の結果、処理水が還流した後の被処理水のpHの塩基性が予め設定された閾値よりも高い場合、すなわち、被処理水の塩基性が還流前に比べて高まった場合、処理は、図6中のステップS15に移行する。
ステップS15で、制御装置30は、第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水に、ステップS11における添加量よりも少ない量のpH調整剤を添加する。換言すると、pH調整剤が添加された先行の被処理水のpHをモニタすると共に、モニタ結果に基づいて、後続の被処理水に添加されるpH調整剤の添加量が、フィードバック制御される。
なお、フィードバック制御は、一般的に、例えば1段目の逆浸透膜装置で原水を処理する場合のように被処理水の水質が大きく変動する位置で行われる。一方、1段目の透過水を処理する2段目のような後段の逆浸透膜装置では、水質変動が少ないため、フィードバック制御の必要性は、通常、着目され難い。しかし、本実施形態では、意図的に第2逆浸透膜装置12におけるpH調整剤の添加量のフィードバック制御が行われることによって、系内濃縮の抑制が図られることになる。
一方、ステップS14における判定の結果、処理水が還流した後の被処理水のpHの塩基性が予め設定された閾値以下である場合、処理は、ステップS15に移行することなく終了する。本実施形態では、上記のステップS11~ステップS15の一連の工程が、逆浸透膜処理が行われる間全体に亘って、繰り返し連続的に実施される。すなわち、処理が図6中のステップS15の後の終了に移行した後、処理は、再び図6中の開始に戻る。
このため、第2逆浸透膜装置12への供給水のpHは、予め設定された閾値である9.2~10の塩基性に調整される。第2逆浸透膜装置12への供給水のpHが9.2以上であれば、第2逆浸透膜装置12におけるホウ素の除去率を大幅に向上させることができる。
なお、本開示では、制御装置30は、測定されたpHの塩基性が予め設定された閾値よりも低いかどうかを判定するように構成されてもよい。例えば、図6中のステップS14における判定の結果、測定されたpHの塩基性が予め設定された閾値よりも低い場合、すなわち、被処理水の塩基性が還流前に比べて低下した場合に、処理が、図6中のステップS15に移行してもよい。ステップS15で、制御装置30は、第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水に、図6中のステップS11における添加量よりも多い量のpH調整剤を添加する。
すなわち、本開示では、本実施形態のように塩基性が高まる場合だけでなく、塩基性が低下する場合(換言すると、閾値としての所定の値又は範囲内から低下する場合)に、pH調整剤の添加量を増加させるようなフィードバック制御を実行できる。
なお、本開示では、上記のステップS11~ステップS15の一連の工程が、逆浸透膜処理が行われる間全体に亘って連続的に実施されることは必須ではない。本開示では、ステップS11~ステップS15の一連の工程が、逆浸透膜処理が行われる間において少なくとも1回実施されてもよい。或いは、一連の工程が複数回、間欠的に実施されてもよいし、連続的に行われてもよい。
そして、純水製造装置1を用いて製造された一次純水を、図1に示したような二次純水システム22に供給すると共に所定の処理を施すことによって、最終的に、超純水を製造できる。
(純水製造装置の他の運転パターンについて)
次に、本実施形態に係る純水製造装置1の他の運転パターンを説明する。
次に、本実施形態に係る純水製造装置1の他の運転パターンを説明する。
(オンオフパターン)
例えば、図2中の第2逆浸透膜装置12の透過水量を100として、透過水配管12bに99の透過水量、透過水還流配管12dに1の透過水量を流しておく場合を条件Aとして設定する。条件Aでの純水製造装置1の運転中、図示しない第2逆浸透膜装置12の後段のタンクが一杯になったために透過水配管12bへ第2透過水を供給できなくなった場合、条件Bとして、例えば透過水還流配管12dの透過水量を99に、透過水配管12bの透過水量を1にそれぞれ調整する。
例えば、図2中の第2逆浸透膜装置12の透過水量を100として、透過水配管12bに99の透過水量、透過水還流配管12dに1の透過水量を流しておく場合を条件Aとして設定する。条件Aでの純水製造装置1の運転中、図示しない第2逆浸透膜装置12の後段のタンクが一杯になったために透過水配管12bへ第2透過水を供給できなくなった場合、条件Bとして、例えば透過水還流配管12dの透過水量を99に、透過水配管12bの透過水量を1にそれぞれ調整する。
条件Bでの純水製造装置1の運転を開始した後、後段のタンクの貯水レベルが所定値より低くなったら、純水製造装置1の運転条件を条件Aに戻す。すなわち、後段のタンクの貯水状態に応じて、条件Aと条件Bを交互に変化させる制御が行われる。
ここで、条件Aとしては、透過水配管12bの透過水量を100と、透過水還流配管12dの透過水量を0(ゼロ)と、それぞれ設定する場合が含まれてもよい。また、条件Bとして、透過水配管12bの透過水量を0(ゼロ)と、透過水還流配管12dの透過水量を100と、それぞれ設定する場合が含まれてもよい。すなわち、透過水配管12bの透過水量と透過水還流配管12dの透過水量とのうちの一方が0(ゼロ)であると共に他方が100である。
透過水配管12bの透過水量と透過水還流配管12dの透過水量とのうちの一方が0(ゼロ)であると共に他方が100である場合の条件Aと条件Bとの切り替えは、換言すると、オンオフ制御である。オンオフ制御の場合、条件A及び条件Bでのそれぞれのアルカリの添加量を予め決めた上で、条件を切り替えることも可能である。オンオフ制御である条件Aと条件Bとの切り替えの場合、透過水量を制御する必要が生じないので、装置をシンプルに構成できる。
また、条件Bでは、第2逆浸透膜装置12の後段の透過水配管12b以下の設備に第2透過水がほとんど流れないと共に透過水還流配管12dから還流した第2透過水が第2逆浸透膜装置12の供給側に戻るので、第2逆浸透膜装置12への供給水の水質が向上する。このため、pH調整剤としてのアルカリの注入量を0(ゼロ)にすることも可能である。勿論、条件BにおいてpH調整剤の添加量が制御されてもよい。
なお、図2中、条件Bにおいて透過水還流配管12dによって第2透過水のほぼ全量が第二ピット18に戻る場合には、第1逆浸透膜装置11の第1透過水を透過水配管11bを用いて第2逆浸透膜装置12へ供給する処理は、ほぼ不要になる。このため、第1透過水は、透過水配管11bの透過水還流配管11dによって第一ピット17に戻る。
ここで、条件Bにおいて、従来のように例えばアルカリの添加量が一定であるように固定された場合、第2逆浸透膜装置12への供給水は、ほぼ、透過水還流配管12dからの第2透過水になる。このため、第2逆浸透膜装置12への供給水の水質は、第1逆浸透膜装置11の透過水の水質より向上し、結果、第2逆浸透膜装置12への供給水中のアルカリの量が過剰になってしまう。
第2逆浸透膜装置12への供給水中で余ったアルカリは、濃縮水還流配管12cを介して第一ピット17に供給され、結果、第1逆浸透膜装置11の供給側に添加される酸が消費されることになる。このため、第1逆浸透膜装置11への供給水のpHが高くなる。結果、第1逆浸透膜装置11と第3逆浸透膜装置13とにおいて、例えば、供給水中のランゲラーインデックスが、1~2程度増加し、結果、硬度スケールが生じ易くなる。しかし、本実施形態では、アルカリの注入量を低下させる制御が行われるので、第1逆浸透膜装置11と第3逆浸透膜装置13とにおける硬度スケールの発生を抑制できる。
(循環流量の自動制御)
また、本開示では、例えば、第2逆浸透膜装置12の後段のタンクの貯水レベルを一定にするように透過水配管12bの流量をフレキシブルに変化させる場合、透過水還流配管12dの循環流量もフレキシブルに変化する。すなわち、循環流量の自動制御が行われる。本開示では制御装置30によって第2逆浸透膜装置12へ供給される被処理水のpH調整剤の添加量が制御されるため、透過水還流配管12dの循環流量のフレキシブルな変化に対して有効に対応できる。この場合、pH調整剤の添加量は、循環流量に応じて変化させてもよい。また、pH調整剤の添加量は、第2逆浸透膜装置12へ供給される供給水のpH、もしくは、不純物量に応じてフィードバック制御してもよい。
また、本開示では、例えば、第2逆浸透膜装置12の後段のタンクの貯水レベルを一定にするように透過水配管12bの流量をフレキシブルに変化させる場合、透過水還流配管12dの循環流量もフレキシブルに変化する。すなわち、循環流量の自動制御が行われる。本開示では制御装置30によって第2逆浸透膜装置12へ供給される被処理水のpH調整剤の添加量が制御されるため、透過水還流配管12dの循環流量のフレキシブルな変化に対して有効に対応できる。この場合、pH調整剤の添加量は、循環流量に応じて変化させてもよい。また、pH調整剤の添加量は、第2逆浸透膜装置12へ供給される供給水のpH、もしくは、不純物量に応じてフィードバック制御してもよい。
なお、本開示では、循環流量が閾値以上になった場合、もしくは、後段への供給流量が閾値以下になった場合、アルカリの添加量を規定の設定量、もしくは、0(ゼロ)に設定してもよい。これは、後段の処理水が供給されていても、循環流量が多い場合には、pH調整剤を供給しなくても処理水の水質を維持できるためである。例えば、処理水の水質が、後段の装置(例えばEDI等)の供給水質の許容値を超えない。
また、透過水量のオンオフ制御の場合と同様に、循環流量が閾値以上になった後、循環水量を制御する必要が生じないので、装置をシンプルに構成できる。また、pH調整剤の使用量を必要最低限にすることが可能である。アルカリの添加量を規定の設定量、もしくは、0(ゼロ)に設定する際は、タイマーによって規定の時間経過後に行うことも可能である。これは、循環による第2逆浸透膜装置12へ供給される供給水の水質が向上し且つ安定することを待つためである。
次に、本実施形態に係る実施例と比較例とを説明する。具体的には、以下のように実施例の運転条件と比較例の運転条件とを異ならせて、それぞれの実験が行われた。
[比較例]
まず、比較例では、図2中に例示された本実施形態に係る純水製造装置1を用いて、以下の条件で純水が製造された。
まず、比較例では、図2中に例示された本実施形態に係る純水製造装置1を用いて、以下の条件で純水が製造された。
(運転条件)
被処理水:工水(すなわち、工業用水)、導電率:90μS/cm、pH=6.8、流量:500m3/h
第1逆浸透膜装置11:低圧逆浸透膜装置(TM720、東レ株式会社製)、水回収率が85%になるように供給水圧力が調整された。
第2逆浸透膜装置12:低圧逆浸透膜装置(TM720、東レ株式会社製)、水回収率が90%になるように供給水圧力が調整された。
pH調整剤添加装置15:水酸化ナトリウム水を添加し、pHを9.2に調整した。
第3逆浸透膜装置13:低圧逆浸透膜装置(TM720、東レ株式会社製)、水回収率が65%になるように供給水圧力が調整された。
被処理水:工水(すなわち、工業用水)、導電率:90μS/cm、pH=6.8、流量:500m3/h
第1逆浸透膜装置11:低圧逆浸透膜装置(TM720、東レ株式会社製)、水回収率が85%になるように供給水圧力が調整された。
第2逆浸透膜装置12:低圧逆浸透膜装置(TM720、東レ株式会社製)、水回収率が90%になるように供給水圧力が調整された。
pH調整剤添加装置15:水酸化ナトリウム水を添加し、pHを9.2に調整した。
第3逆浸透膜装置13:低圧逆浸透膜装置(TM720、東レ株式会社製)、水回収率が65%になるように供給水圧力が調整された。
比較例では、上記の運転条件で、制御装置30によって純水製造装置1が15日運転された。運転では、概ね3時間~4時間周期で、循環を伴わない純水製造装置1から後段への処理水の供給と、純水製造装置1の系内における循環運転とが、上記オンオフパターンによって切り替えられた。
[実施例]
次に、実施例では、比較例と同様に、図2中に例示された本実施形態に係る純水製造装置1を用いて純水が製造された。なお、実施例では、循環運転の際、第2逆浸透膜装置12において、pH調整剤添加装置15による水酸化ナトリウム水の添加は停止された。第2逆浸透膜装置12に関する条件以外の実施例の運転条件は、比較例の運転条件と同様であった。
次に、実施例では、比較例と同様に、図2中に例示された本実施形態に係る純水製造装置1を用いて純水が製造された。なお、実施例では、循環運転の際、第2逆浸透膜装置12において、pH調整剤添加装置15による水酸化ナトリウム水の添加は停止された。第2逆浸透膜装置12に関する条件以外の実施例の運転条件は、比較例の運転条件と同様であった。
[結果]
次に、実験の結果として、純水製造装置1が15日運転された場合における第3逆浸透膜装置13への供給圧力の変化を以下の表1に示す。
次に、実験の結果として、純水製造装置1が15日運転された場合における第3逆浸透膜装置13への供給圧力の変化を以下の表1に示す。
表1に示すように、比較例の場合、運転開始から15日後、第2逆浸透膜装置12の運転の影響によって、第3逆浸透膜装置13の膜に詰まりが生じ、結果、既定の水回収率を得るための運転圧力が、運転開始時の1.1Mpaから1.5Mpaにまで上昇した。一方、実施例では、運転開始から15日経過しても、既定の水回収率に影響を及ぼす膜の詰まりは生じなかった。15日後の運転圧力は、運転開始時の運転圧力と同じ1.1Mpaが維持された。なお、比較例の場合、純水製造装置1から後段への処理水の供給中は、第1逆浸透膜装置11から後段への供給水(すなわち、第1処理水)のpHは、6.8であったが、循環運転中には、後段への供給水(すなわち、第1処理水)のpHは、8.3に上昇していた。
(作用効果)
本実施形態では、図6中のステップS11で、第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤が添加される。また、ステップS12で、第2逆浸透膜装置12の処理水の一部が、下流側に送り出されると共に、ステップS13で、処理水の他の一部が、pH調整剤の添加位置に対する上流側に還流される。
本実施形態では、図6中のステップS11で、第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤が添加される。また、ステップS12で、第2逆浸透膜装置12の処理水の一部が、下流側に送り出されると共に、ステップS13で、処理水の他の一部が、pH調整剤の添加位置に対する上流側に還流される。
また、ステップS14及びステップS15で、処理水が還流した後の被処理水のpHの塩基性が予め設定された閾値よりも高い場合、第2逆浸透膜装置12に供給される被処理水に対するpH調整剤の添加量が低下する。すなわち、pH調整剤の添加位置に対する上流側へ還流する処理水のpHの塩基性の高まりに応じて、被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる。このため、pH調整剤が添加された被処理水を第2逆浸透膜装置12の系内に還流させても、pH調整剤の系内濃縮を抑制できる。
ここで、系内濃縮の進行を抑制する手段として、例えば、第2逆浸透膜装置12の運転を停止することが考えられる。しかし、停止後に第2逆浸透膜装置12を再起動する際、被処理水の品質が安定するまで時間がかかる。また、停止或いは再稼働処理に伴って、超純水製造装置2の製造ライン中の他の処理装置や配管中を流れる被処理水の流れ状態が設計範囲を超えて変動し易くなるので、他の水処理においても不具合が懸念される。結果、超純水の品質の劣化及び歩留まりの低下が生じ易い。
この点、本実施形態では、第2逆浸透膜装置12の運転を停止する必要がないため、再稼働処理の負担、超純水の品質の劣化及び歩留まりの低下が生じ難い。
また、本実施形態では、本開示が適用される膜処理装置が第2逆浸透膜装置12であるため、特に、第2逆浸透膜装置12の系内濃縮を効果的に抑制できる。
(変形例)
本実施形態では、pH調整剤の添加位置に対する上流側へ還流する処理水のpHの塩基性の高まりに応じて、被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる、もしくは増加させる場合が例示された。しかし、本開示では、pH調整剤の添加量を低下させる条件としては、これに限定されない。例えば、図7中に例示された変形例に係る超純水の製造方法の場合のように、pH調整剤の添加位置に対する上流側への処理水の還流量の増加に応じて、被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させてもよい。
本実施形態では、pH調整剤の添加位置に対する上流側へ還流する処理水のpHの塩基性の高まりに応じて、被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる、もしくは増加させる場合が例示された。しかし、本開示では、pH調整剤の添加量を低下させる条件としては、これに限定されない。例えば、図7中に例示された変形例に係る超純水の製造方法の場合のように、pH調整剤の添加位置に対する上流側への処理水の還流量の増加に応じて、被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させてもよい。
変形例に係る超純水の製造方法においても、図1~図5中に例示された本実施形態の超純水製造装置2を使用できる。また、変形例に係る超純水の製造方法では、第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤を添加する工程(図7中のステップS11)は、本実施形態の図6中のステップS11と同じである。
また、変形例では、第2逆浸透膜装置12の処理水を下流側に送り出す工程(図7中のステップS12)は、本実施形態の図6中のステップS12と同じである。また、第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる工程(図7中のステップS15)は、本実施形態の図6中のステップS15と同じである。
しかし、変形例では、図7中のステップS14Aにおいて処理水の還流量が増加するかどうか、すなわち、ステップS14Aにおいて処理水の還流量が、先行するステップS13Aにおける処理水の還流量よりも多いかどうかを判定する点が、本実施形態と異なる。
変形例では、図7中のステップS13Aにおける処理水の還流量が、本開示の「予め設定された還流量」に対応する。なお、本開示では、予め設定された還流量は、これに限定さない。例えば経験則等に基づいて設定された特定の還流量、又は、上限値と下限値とを有する範囲等を、予め設定された還流量として設定できる。
変形例では、ステップS14Aにおける判定の結果、処理水の還流量がステップS13Aにおける還流量よりも増加する場合、処理は、図7中のステップS15に移行する。ステップS15で、超純水製造装置2の制御装置30は、第2逆浸透膜装置12に供給する被処理水にステップS11における添加量よりも少ない量のpH調整剤を添加する。
一方、ステップS14Aにおける判定の結果、処理水の還流量が増加しない場合、すなわち、処理水の還流量がステップS13Aにおける処理水の還流量以下である場合、処理は、ステップS15に移行することなく終了する。変形例における他の構成は、図1~図6中に例示された本実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。
変形例では、ステップS14A及びステップS15で、処理水の還流量をステップS13Aにおける還流量よりも増加させると、第2逆浸透膜装置12に供給される被処理水に対するpH調整剤の添加量が低下する。すなわち、pH調整剤の添加位置に対する上流側への処理水の還流量の増加に応じて、被処理水に対するpH調整剤の添加量を低下させる。このため、pH調整剤が添加された第一処理水を第2逆浸透膜装置12の系内に還流させても、pH調整剤の系内濃縮を抑制できる。変形例の他の効果は、本実施形態の場合と同様である。
<その他の実施形態>
本開示は下記の開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本開示を限定するものであると理解すべきではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
本開示は下記の開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本開示を限定するものであると理解すべきではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
例えば、本開示では、図示を省略するが、濃縮水を上流側に戻す際に、紫外線酸化処理等の処理を施す設備が、純水製造装置に付加されてもよい。例えば、純水製造装置に紫外線酸化処理が施される場合、濃縮水中の有機物を酸化分解できる。
また、例えば、本開示では、上記の実施形態で、CPU31がソフトウェア(プログラム)を読み込んで実行した超純水の製造処理を、CPU以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なPLD(Programmable Logic Device)、及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。
また、超純水の製造処理を、これらの各種のプロセッサのうちの1つで実行してもよいし、同種又は異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGA、及びCPUとFPGAとの組み合わせ等)で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
また、上記各実施形態では、超純水の製造プログラムがROM32又はストレージ34に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)、及びUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
また、図1~図7中に例示した構成を部分的に組み合わせて、本開示を構成することもできる。以上のとおり本開示は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本開示の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ定められるものである。
2023年1月13日に出願された日本国特許出願2023-004010号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (6)
- 膜処理装置に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤を添加し、前記膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出すと共に前記処理水の他の一部を前記pH調整剤の添加位置に対する上流側に還流する第1工程と、
前記処理水が還流した後の前記被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、前記膜処理装置に供給する前記被処理水に対する前記pH調整剤の添加量を低下させる第2工程と、
を含む、超純水の製造方法。 - 前記指標は、前記被処理水のpHであり、
前記第2工程では、前記処理水が還流した後の前記被処理水のpHの塩基性が予め設定された閾値よりも高い場合、前記膜処理装置に供給する前記被処理水に対する前記pH調整剤の添加量を低下させる、
請求項1に記載の超純水の製造方法。 - 前記膜処理装置によって実行される膜処理は、逆浸透膜処理である、
請求項1又は2に記載の超純水の製造方法。 - 膜処理装置に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤を添加し、前記膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出すと共に前記処理水の他の一部を前記pH調整剤の添加位置に対する上流側に予め設定された還流量で還流する第1工程と、
前記膜処理装置への前記処理水の還流量を前記第1工程よりも増加させ、前記膜処理装置に供給する前記被処理水に対する前記pH調整剤の添加量を低下させる第2工程と、
を含む、超純水の製造方法。 - 供給される被処理水に膜処理を施す膜処理装置と、
前記膜処理装置の上流側に配置され、前記被処理水の塩基性を高めるpH調整剤を前記被処理水に添加するpH調整剤添加装置と、
前記膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出す配管と、
前記処理水の他の一部を前記pH調整剤添加装置に対する上流側に還流する還流管と、
還流後の前記被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、前記膜処理装置に供給する前記被処理水に対する前記pH調整剤の添加量を低下させるように前記pH調整剤添加装置を制御する制御装置と、
を備える、超純水製造装置。 - 膜処理装置に供給する被処理水に塩基性を高めるpH調整剤を添加し、前記膜処理装置の処理水の一部を下流側に送り出すと共に前記処理水の他の一部を前記pH調整剤の添加位置に対する上流側に還流する第1処理と、
前記処理水が還流した後の前記被処理水の予め設定された指標の変化に応じて、前記膜処理装置に供給する前記被処理水に対する前記pH調整剤の添加量を低下させる第2処理と、
をプロセッサに実行させる、超純水の製造プログラム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023004010A JP2024100195A (ja) | 2023-01-13 | 超純水製造装置、超純水の製造方法、及び超純水の製造プログラム | |
JP2023-004010 | 2023-01-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2024150621A1 true WO2024150621A1 (ja) | 2024-07-18 |
Family
ID=91896728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2023/045540 WO2024150621A1 (ja) | 2023-01-13 | 2023-12-19 | 超純水製造装置、超純水の製造方法、及び超純水の製造プログラム |
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Country | Link |
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WO (1) | WO2024150621A1 (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5997745A (en) * | 1998-04-08 | 1999-12-07 | Zenon Environmental Inc. | Method for producing high purity water using triple pass reverse osmosis (TPRO) |
JP2002320979A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-05 | Sharp Corp | 金属含有排水の処理方法および金属含有排水の処理装置 |
-
2023
- 2023-12-19 WO PCT/JP2023/045540 patent/WO2024150621A1/ja unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5997745A (en) * | 1998-04-08 | 1999-12-07 | Zenon Environmental Inc. | Method for producing high purity water using triple pass reverse osmosis (TPRO) |
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