WO2025254031A1 - 純水製造システムの制御方法及び純水製造システム - Google Patents

純水製造システムの制御方法及び純水製造システム

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WO2025254031A1
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pure water
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晴義 山川
英夫 小林
正博 大河原
幸也 阿部
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Kurita Water Industries Ltd
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Kurita Water Industries Ltd
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    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis

Definitions

  • the present invention relates to a control method and a pure water production system for producing ultrapure water used in the electronics industry, such as semiconductors and liquid crystal displays, and in particular to a control method and a pure water production system that can control the amount of water supplied depending on the amount of water used.
  • ultrapure water used in the semiconductor and other electronics industries is produced by treating raw water in an ultrapure water production system consisting of a pretreatment system, a primary pure water equipment, and a subsystem that treats the primary pure water.
  • an ultrapure water production system 1 is composed of three stages of equipment: a pretreatment device 2, a primary pure water production system (pure water production system) 3, and a secondary pure water production system (subsystem) 4 that uses pure water.
  • a pretreatment device 2 of this ultrapure water production system raw water W is pretreated using filtration, coagulation and sedimentation, and microfiltration membranes, primarily to remove suspended solids.
  • the primary pure water system 3 comprises a water tank 31 for storing pretreated water (water to be treated) W1, a water pump 32 for transporting this pretreated water W1, a reverse osmosis membrane device 33, a membrane deaeration device 34 that removes dissolved gases using air, an ultraviolet oxidation device 35, an electrical regenerative deionization device 36, a regenerative ion exchange device 37, and a booster pump 38 that supplies water to the electrical regenerative deionization device 36.
  • This primary pure water system 3 removes most of the electrolytes, fine particles, live bacteria, etc. from the pretreated water W1 and also decomposes organic matter.
  • Subsystem 4 is composed of a subtank 41 (a pure water tank) located downstream of the regenerative ion exchanger 38 and storing the primary pure water W2 produced by the primary pure water system 3; an ultraviolet oxidation device 42 (a non-regenerative mixed-bed ion exchanger 43); and an ultrafiltration (UF) membrane 44 (a membrane filtration device) that processes the primary pure water W2 delivered from the subtank 41 via a pump (not shown).
  • An RO membrane separator or other device may also be installed as needed.
  • the ultraviolet oxidation device 42 oxidizes and decomposes trace amounts of organic matter (TOC components) contained in the primary pure water W2.
  • the non-regenerative mixed-bed ion exchanger 43 then processes the water to remove residual carbonate ions, organic acids, anionic substances, and even metal ions and cationic substances by ion exchange.
  • the ultrafiltration (UF) membrane 44 then removes fine particles to produce ultrapure water W3, which is supplied to the point of use 5, with unused ultrapure water being returned to the subtank 41.
  • Patent Application No. 2023-035557 for a pure water production system that includes a source of water to be treated, a water supply mechanism connected to the source, a water supply pressure gauge installed downstream of the water supply mechanism, and one or more types of water treatment equipment installed between the water supply mechanism and the pressure gauge.
  • the pure water produced by the system is supplied to a pure water-using device downstream of the pressure gauge, and a flow rate adjustment mechanism for the pure water supplied to the pure water-using device is provided between the pressure gauge and the pure water-using device.
  • the flow rate adjustment mechanism adjusts the amount of pure water supplied according to the amount of water used by the pure water-using device, and the water supply output of the water supply mechanism is controlled so that the measurement value of the pressure gauge remains approximately constant.
  • the primary pure water system (pure water production system) 3 includes a water tank 51 to be treated that stores pretreated water W1 as a water supply source to be treated, a feed pump 52A for the pretreated water W1, an inverter-controllable high-pressure pump 52B for controlling the water supply output of the feed pump 52A, a reverse osmosis membrane device 53, a first degassing membrane device 54A using air, a second degassing membrane device 54B using nitrogen gas, an ultraviolet oxidation device 55, an electrodeionization device (CDI) 56, and a feed pump (boost pump) 57 that supplies water to the electrodeionization device 56.
  • a feed pump boost pump
  • a pressure gauge 59 for the primary pure water W2 supplied to subsystem 4 and a flow control valve 60 as a flow control mechanism are provided downstream of the boron chelate resin tower 58.
  • This pressure gauge 59 is capable of transmitting information to a control mechanism not shown.
  • This control mechanism is capable of inverter-controlling the high-pressure pump 52B so that the measurement value by the pressure gauge 59 remains approximately constant (for example, within ⁇ 5%) of a predetermined value, and is also capable of controlling the opening of the flow control valve 60 based on the amount of primary pure water W2 used in subsystem 4.
  • the supply amount of primary pure water W2 can be controlled, for example, by measuring the amount of ultrapure water W3 supplied from subsystem 4 to the use point 5 using a flow meter or the like, determining the amount of primary pure water W2 to be used based on this supply amount, and controlling the aperture of flow control valve 60; alternatively, by measuring the amount of ultrapure water W3 supplied from subsystem 4 to the use point 5 and the amount returned from use point 5 to subsystem 4 using flow meters, determining the amount of primary pure water W2 to be used based on the difference between the two, and controlling the aperture of flow control valve 60.
  • 61 is a recovery line for concentrated water from the reverse osmosis membrane device 53, and this recovery line 61 is equipped with a flow control valve 62, a flow meter 63, a concentrated water tank 64, a water supply pump 65, and a recovery reverse osmosis membrane device 66, so that treated water from the recovery reverse osmosis membrane device 66 returns to the treated water tank 51.
  • 67 is a recovery line for concentrated water from the electrodeionization device 56, and this concentrated water recovery line 67 is equipped with a flow control valve 68 and a flow meter 69, so that the concentrated water from the electrodeionization device 56 is sent to a dilute system recovery reverse osmosis membrane (not shown) for treatment.
  • the output of the high-pressure pump 52B is controlled based on the pressure gauge 59 and the amount of water supplied (amount of pure water used) to pure water-using equipment such as subsystem 4, so that the measured value of the pressure gauge 59 remains approximately constant, thereby controlling the amount of water supplied according to the amount of primary pure water W2 used in subsystem 4, etc.
  • the present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a control method for a pure water production system that has a booster pump between water treatment devices and that can control the amount of water supplied depending on the amount of water used, as well as a pure water production system that can implement this method.
  • the present invention first provides a control method for a pure water production system that supplies pure water produced by the system to the pure water-using equipment, the system comprising: a source of water to be treated; a water supply mechanism connected to the source of water to be treated; two or more types of water treatment equipment installed downstream of the water supply mechanism; and a first pressure gauge installed intermediate the water treatment equipment; a boost pump installed downstream of the first pressure gauge intermediate the two or more types of water treatment equipment; a pure water flow rate adjustment mechanism for pure water supplied to the pure water-using equipment installed downstream of the water treatment equipment; and a second pressure measurement means installed downstream of the water treatment equipment and upstream of the flow rate adjustment mechanism, the method comprising: adjusting the amount of pure water supplied by the pure water-using equipment using the flow rate adjustment mechanism in accordance with the amount of water used by the pure water-using equipment; controlling the water flow rate of the boost pump so that the measurement value of the second pressure measurement means remains approximately constant; and controlling the water supply output of the water supply mechanism so that
  • the flow rate adjustment mechanism adjusts the amount of pure water supplied in accordance with the amount of water used by the pure water-using equipment, and at this time, the water flow rate of the boost pump is controlled so that the measurement value of the second pressure measurement means remains approximately constant, and the water supply output of the water supply mechanism is controlled so that the measurement value of the first pressure gauge remains approximately constant.
  • the flow rate adjustment mechanism adjusts the amount of pure water supplied in accordance with the amount of water used by the pure water-using equipment, and at this time, the water flow rate of the boost pump is controlled so that the measurement value of the second pressure measurement means remains approximately constant, and the water supply output of the water supply mechanism is controlled so that the measurement value of the first pressure gauge remains approximately constant.
  • the water treatment equipment is one or more types selected from a reverse osmosis membrane device, a membrane degasser, an ultraviolet oxidation device, an electrical regenerative deionization device, a non-regenerative ion exchange device, and a UF membrane device (Invention 2).
  • This invention (Invention 2) can be applied to a variety of general-purpose pure water production systems.
  • the water flow rate of the boost pump is controlled by the frequency output from the inverter, and that the lower limit of the fluctuation in the water consumption rate of the pure water-using equipment is 50% or more of the maximum value (Invention 3).
  • invention 3 by using an inverter to control the water flow rate of the boost pump, it is possible to quickly respond to a wide range of water volumes in response to fluctuations in the amount of water used by pure water-using equipment.
  • the present invention provides a pure water production system comprising a source of water to be treated, a water supply mechanism connected to the source of water to be treated, two or more types of water treatment equipment installed downstream of the water supply mechanism, and a first pressure gauge installed intermediate the water treatment equipment, with a boost pump installed downstream of the first pressure gauge and intermediate the two or more types of water treatment equipment, a pure water flow rate adjustment mechanism for pure water supplied to a pure water-using equipment installed downstream of the water treatment equipment and upstream of the pure water-using equipment, and a second pressure measurement means installed downstream of the water treatment equipment and upstream of the flow rate adjustment mechanism, wherein the pure water supply rate is adjusted by the flow rate adjustment mechanism in accordance with the water usage of the pure water-using equipment, the water flow rate of the boost pump is controlled so that the measurement value of the second pressure measurement means remains approximately constant, and the water supply output of the water supply mechanism is controlled so that the measurement value of the first pressure gauge remains approximately constant (Invention 4).
  • the flow rate adjustment mechanism adjusts the amount of pure water supplied in accordance with the amount of water used by the pure water-using equipment, and at this time, the water flow rate of the boost pump is controlled so that the measurement value of the second pressure measurement means remains approximately constant, and the water supply output of the water supply mechanism can be controlled so that the measurement value of the first pressure gauge remains approximately constant.
  • the water treatment equipment is one or more types selected from a reverse osmosis membrane device, a membrane degasser, an ultraviolet oxidation device, an electrical regenerative deionization device, a non-regenerative ion exchange device, and a UF membrane device (Invention 5).
  • This invention (Invention 5) can be applied to a variety of general-purpose pure water production systems.
  • the water flow rate of the boost pump is controlled by the frequency output from the inverter, and that the lower limit of the fluctuation in the water consumption rate of the pure water-using equipment is 50% or more of the maximum value (Invention 6).
  • invention 6 by using an inverter to control the water flow rate of the boost pump, it is possible to quickly respond to a wide range of water volumes in response to fluctuations in the amount of water used by pure water-using equipment.
  • the flow rate adjustment mechanism adjusts the amount of pure water supplied in accordance with the amount of water used by the pure water-using equipment, the water flow rate of the boost pump is controlled so that the measurement value of the second pressure measurement means remains approximately constant, and the water supply output of the water supply mechanism is controlled so that the measurement value of the first pressure gauge remains approximately constant, thereby reducing the risk of cavitation occurring during pressure increase. Furthermore, the operating pressure of the water treatment equipment located downstream of the boost pump can be stabilized.
  • FIG. 1 is a flow diagram showing a pure water producing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a flow diagram showing an ultrapure water production system including a pure water production system.
  • FIG. 1 is a flow diagram showing a conventional pure water production system.
  • the pure water producing system (primary pure water apparatus) of this embodiment can be applied to various pure water producing systems as long as it includes a water pump for supplying water to be treated, two or more types of water treatment equipment, a booster pump installed between the water treatment equipment, and a pure water-using equipment installed downstream of the two or more types of water treatment equipment for using the produced pure water.
  • a water pump for supplying water to be treated two or more types of water treatment equipment
  • a booster pump installed between the water treatment equipment
  • a pure water-using equipment installed downstream of the two or more types of water treatment equipment for using the produced pure water.
  • it can be suitably applied to an ultrapure water producing system such as that shown in FIG.
  • the primary pure water system (pure water production system) 3 comprises a water tank 101 serving as a water supply source for storing pretreated water W1, a water pump 102 for the pretreated water W1, an inverter 103 for controlling the water supply output of the water pump 102, and water treatment equipment including a reverse osmosis membrane device (RO membrane device) 104, a membrane degasser 105, an ultraviolet oxidation device 106, an electrodeionizer (CDI) 107, and a regenerative ion exchange resin tower 108.
  • a booster pump 109 equipped with an inverter 110 is provided upstream of the electrodeionizer 107, i.e., midway through the water treatment equipment, to supply water to the electrodeionizer 107.
  • Primary pure water W2 treated in the ion exchange resin tower 108 is stored in a pure water tank 111, such as a sub-tank.
  • a level sensor 112 is attached to the pure water tank 111, and a flow rate adjustment valve 113 is provided upstream of the pure water tank 111.
  • the level sensor 112 is capable of transmitting information to a control means (not shown), which is capable of controlling the flow rate adjustment valve 113 according to the measurement value of the level sensor 112 to adjust the amount of water supplied to the pure water tank 111.
  • a first pressure gauge 114 is provided upstream of the boost pump 109, and this first pressure gauge 114 is capable of transmitting information to a control mechanism (not shown), which is capable of inverter-controlling the water supply pump 102 so that the measurement value of the first pressure gauge 114 remains approximately constant (for example, within ⁇ 5%) of a predetermined value.
  • a second pressure gauge 115 is provided upstream of the flow rate adjustment valve 113, and this second pressure gauge 115 is capable of transmitting information to a control mechanism (not shown), which is capable of inverter-controlling the boost pump 109 so that the value measured by the second pressure gauge 115 remains approximately constant (for example, within ⁇ 5%) of a predetermined value.
  • a water pump 102 equipped with an inverter 103 is started to supply pretreated water (water to be treated) W1 from a water tank 101, and the pretreated water is treated in a reverse osmosis membrane device 104, a membrane degassing device 105, and an ultraviolet oxidation device 106.
  • the water supply is pressurized by a booster pump 109 and treated in an electric deionization device (CDI) 107 and a regenerative ion exchange resin tower 108, and the resulting primary pure water W2 is stored in a pure water tank 111.
  • CDI electric deionization device
  • a reference value for the water level in the subtank 11 (which may be within a predetermined range) is set in advance, and this increase or decrease is related to the amount of water used by the pure water-using equipment.
  • the water supply pressure upstream of the flow control valve 113 (measured value by the second pressure gauge 115) and the pressure upstream of the booster pump 109 (measured value by the first pressure gauge 114) are also set in advance.
  • a control means throttles the flow control valve 113 to reduce the amount of primary pure water W2 supplied to the pure water tank 111.
  • the water supply pressure measured by the second pressure gauge 115 tends to increase, but the output of the boost pump 109 is controlled by reducing the output (frequency; Hz, the same applies below) of the inverter 110 so that the measurement value of the second pressure gauge 115 remains approximately constant at a predetermined pressure.
  • the output of the inverter 103 of the water supply pump 102 is also controlled to decrease so that the pressure upstream of the boost pump 109 (measurement value of the first pressure gauge 114) remains approximately constant. This prevents a decrease in the water supply pressure at the inlet of the boost pump 109, avoiding the risk of cavitation in the boost pump 109.
  • the boost pump 109 can then operate stably and supply the required amount of primary pure water W2 to the pure water tank 111.
  • a control means (not shown) opens the flow control valve 113 to increase the amount of primary pure water W2 supplied to the pure water tank 111.
  • the water supply pressure measured by the second pressure gauge 115 tends to decrease, but the inverter 110 controls the output of the boost pump 109 to increase so that the measurement value of the second pressure gauge 115 remains approximately constant at a predetermined pressure.
  • the inverter 103 is also controlled to increase the output of the water supply pump 102 so that the pressure upstream of the boost pump 109 (measurement value of the first pressure gauge 114) remains approximately constant.
  • the lower limit of the fluctuation value of the water consumption amount of the pure water-using equipment be 50% or more of the maximum value (100%).
  • the present invention has been described above based on the above embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment and can be implemented in various modifications.
  • the two or more types of water treatment equipment are not particularly limited and can be configured with two or more types selected from reverse osmosis membranes, ultraviolet oxidation devices, degassing membranes, electrical regenerative deionization devices, regenerative ion exchange devices, and non-regenerative ion exchange devices.
  • control is performed based on the water level in the pure water tank 111.
  • a flow meter may be provided at the outlet of the pure water tank 111, and control may be performed based on the amount of primary pure water W2 being fed from the pure water tank 111.
  • the water supply mechanism is configured with only the water supply pump 102 as in this embodiment, it may also be configured with a two-stage configuration consisting of a water supply pump and an inverter-controllable high-pressure pump for controlling the water supply output of the water supply pump.
  • Example 1 Using the pure water production system shown in FIG. 1 , pretreated water W1 was pumped from a treated water tank (pretreatment tank) 101, which could hold approximately 3 m3 of liquid, to a reverse osmosis membrane device 104 by a water pump 102 equipped with an inverter 103.
  • the reverse osmosis membrane device 104 used an ultra-low-pressure membrane capable of obtaining a permeate rate of approximately 0.7 m3 / m2 /day when the effective membrane surface pressure was 0.6 MPa.
  • the permeate obtained from the reverse osmosis membrane device 104 had dissolved gases removed in a membrane degassing device 105, organic components decomposed in an ultraviolet oxidation device 106, and then the water pressure was increased by a booster pump 109 and the water was passed through an electrodeionization device 107. Residual ions in the treated water from the electrodeionization device 107 were removed in a regenerative ion exchange resin tower 108 to produce primary pure water W2, which was then pumped via a flow control valve 113 to a pure water tank 111, which could hold approximately 3 m3 of liquid. This primary pure water W2 was further sent from the pure water tank 111 to the polishing process by a water pump to be converted into ultrapure water, and then used at the point of use.
  • the flow rate control valve 113 was controlled to maintain a constant level in the pure water tank 111.
  • the frequency output from the inverter 103 was set to 50 Hz so that the water feed rate from the water feed pump 102 would be a maximum of 30 m 3 /hr.
  • a constant flow valve was installed in the brine flow line so that the brine flow rate from the reverse osmosis membrane device 104 would be constant at approximately 6 m 3 /hr.
  • a type with a required suction head of 0.1 MPa was used for the booster pump 109.
  • the frequency output from the inverter 110 was adjusted to 48 Hz so that the water feed rate from the booster pump 109 was a maximum of 24 m 3 /hr and the pressure upstream of the flow rate control valve 113 (measured value of the second pressure gauge 115) was 0.1 MPa.
  • the inlet pressure of the booster pump 109 was 0.2 MPa.
  • a constant flow valve was installed on the brine flow line so that the amount of brine in the electrodeionization apparatus 107 was about 1 m 3 /hr.
  • the inverter 110 of the boost pump 109 was controlled so that the pressure upstream of the flow control valve 113 (measured by the second pressure gauge 115) remained approximately constant at 0.1 MPa, and the inverter 103 of the water supply pump 102 was controlled so that the pressure upstream of the boost pump 109 (measured by the first pressure gauge 114) remained approximately constant at 0.2 MPa.
  • the supply frequency of the boost pump 109 decreased to approximately 26 to 30 Hz, and the supply frequency of the water supply pump 102 decreased to approximately 32 to 36 Hz. Since the pressure upstream of the boost pump 109 was maintained at 0.2 MPa, the risk of cavitation in the boost pump 109 was avoided.
  • Example 1 Comparative Example 1 In Example 1, the inverter 103 of the water supply pump 102 was controlled so that the pressure upstream of the flow rate adjustment valve 113 (the value measured by the second pressure gauge 115) remained approximately constant at 0.1 MPa, and the boost pump 109 was not controlled by the inverter 110 but operated at a constant 48 Hz, reducing the amount of ultrapure water used at the point of use and reducing the amount of water supplied from the pure water tank 111 from a maximum of approximately 23 m 3 /hr to approximately 12 m 3 /hr (52%).
  • the supply frequency of the water supply pump 102 decreased to approximately 32 to 36 Hz, but the upstream pressure of the boost pump 109 fell to approximately 0.1 MPa, placing the boost pump 109 in an operating state with a risk of cavitation occurring.
  • Ultrapure water production system Pretreatment device 3 Primary pure water device (pure water production system) 4. Secondary pure water production equipment (subsystem) 5. Point of Use (equipment using purified water) 101 Treated water tank (treated water supply source) 102 Water pump (water supply mechanism) 103 Inverter 104 Reverse osmosis membrane device (water treatment equipment) 105 Membrane degassing device (water treatment equipment) 106 Ultraviolet oxidation equipment (water treatment equipment) 107 Electrodeionizer (CDI) (Water Treatment Equipment) 108 Regenerative ion exchange resin tower (water treatment equipment) 109 Booster pump 110 Inverter 111 Pure water tank 112 Level sensor 113 Flow rate adjustment valve (flow rate adjustment mechanism) 114 First pressure gauge 115 Second pressure gauge W Raw water W1 Pretreated water (water to be treated) W2 Primary pure water (pure water) W3 Secondary pure water (ultra pure water)

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Abstract

本発明の純水製造システムの制御方法は、レベルセンサ１１２で計測された純水タンク１１１の貯水量が基準値より増加したら、制御手段は、流量調整弁１１３を絞って純水タンク１１１への一次純水Ｗ２の給水量を減少させる。そして、流量調整弁１１３の前段の第二の圧力計１１５の計測値に基づいて、該第二の圧力計１１５の計測値が予め定めた圧力でほぼ一定となるように昇圧ポンプ１０９の出力をインバータ１１０の出力を減少させるように制御する。また、昇圧ポンプ１０９の前段の圧力もほぼ一定になるように、送水ポンプ１０２のインバータ１０３の出力を減少するように制御する。これにより昇圧ポンプ１０９におけるキャビテーションのリスクを回避して、昇圧ポンプ１０９を安定に運転し、純水タンク１１１に必要量の一次純水Ｗ２を供給することができる。このような純水製造システムの制御方法によれば、水処理機器の間に昇圧ポンプを有する純水製造システムにおいて、使用水量に応じて給水量を制御可能となる。

Description

純水製造システムの制御方法及び純水製造システム
　本発明は半導体、液晶等の電子産業分野で利用される超純水を製造するための純水製造システムの制御方法及び純水製造システムに関し、特に使用水量に応じて給水量を制御可能な純水製造システムの制御方法及び純水製造システムに関する。
　従来、半導体等の電子産業分野で用いられている超純水は、前処理システム、一次純水装置及び一次純水を処理するサブシステムで構成される超純水製造システムで原水を処理することにより製造されている。
　例えば、図２に示すように、超純水製造システム１は、前処理装置２、一次純水装置（純水製造システム）３、及び純水使用機器としての二次純水製造装置（サブシステム）４といった３段の装置で構成されている。このような超純水製造システム１の前処理装置２では、原水Ｗの濾過、凝集沈殿、精密濾過膜などによる前処理が施され、主に懸濁物質が除去される。
　一次純水装置３は、前処理水（被処理水）Ｗ１を貯留する被処理水タンク３１と、この前処理水Ｗ１を送水する送水ポンプ３２と、逆浸透膜装置３３と、空気により溶存気体を除去する膜式脱気装置３４と、紫外線酸化装置３５と、電気再生式脱イオン装置３６と、再生式イオン交換装置３７と、電気再生式脱イオン装置３６に給水を供給する昇圧ポンプ３８とを有する。この一次純水装置３で前処理水Ｗ１中の大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行うとともに有機物を分解する。
　サブシステム４は、一次純水装置３で製造された一次純水Ｗ２を貯留する再生式イオン交換装置３８の後段に配置された純水タンクとしてのサブタンク４１と、このサブタンク４１から図示しないポンプを介して送給される一次純水Ｗ２を処理する紫外線酸化装置４２と非再生型混床式イオン交換装置４３と膜濾過装置としての限外濾過（ＵＦ）膜４４とで構成され、さらに必要に応じＲＯ膜分離装置等が設けられている場合もある。このサブシステム４では、紫外線酸化装置４２により一次純水Ｗ２中に含まれる微量の有機物（ＴＯＣ成分）を酸化分解し、続いて非再生型混床式イオン交換装置４３で処理することで残留した炭酸イオン、有機酸類、アニオン性物質、さらには金属イオンやカチオン性物質をイオン交換によって除去する。そして、限外濾過（ＵＦ）膜４４で微粒子を除去して超純水Ｗ３とし、これをユースポイント５に供給して、未使用の超純水はサブタンク４１に還流する。
　この超純水製造システム１では、所定の水質の一次純水を安定して供給するために、あらかじめ過剰量の一次純水Ｗ２を製造して、サブタンク４１に必要量のみ供給し、余剰分は循環利用するなどの制御を行っていた。
　しかしながら、上述したような超純水製造システム１の従来の制御方法では、電気再生式脱イオン装置３６などに必要量以上の給水を供給して処理することになるので、エネルギー効率の点で改善の余地があった。そこで、一次純水装置３の処理量をユースポイント５の使用量に応じて電気再生式脱イオン装置３６の処理量を変動させることが考えられるが、ユースポイント５での使用量の変動に追従するのが困難であるばかりか、電気脱イオンでの脱塩水の水質の低下をきたす。
　そこで、ユースポイントでの使用量に応じて、一次純水を製造可能な超純水製造システムの制御方法として、本出願人は、被処理水供給源と、この被処理水供給源に接続した給水機構と、前記給水機構の後段に設けられた給水の圧力計と、前記給水機構と圧力計との間に設けられた１又は２種以上の水処理機器とを備えた純水製造システムで製造された純水を圧力計の後段の純水使用機器に供給し、前記圧力計と前記純水使用機器の間に該純水使用機器に供給される純水の流量調整機構を有し、前記純水使用機器の使用水量に応じて流量調整機構により純水の供給量を調整するとともに、前記給水機構の給水出力を前記圧力計の計測値が略一定となるように制御する、純水製造システムの制御方法を出願した（特願２０２３－０３５５５７号）。
　この純水製造システムの制御方法は、例えば、図３に示すような、一次純水装置（純水製造システム）３で実施することができる。図３において、一次純水装置（純水製造システム）３は、前処理水Ｗ１を貯留する被処理水供給源としての被処理水タンク５１と、この前処理水Ｗ１の給水ポンプ５２Ａと、この給水ポンプ５２Ａの給水出力を制御するためのインバータ制御可能な高圧ポンプ５２Ｂと、逆浸透膜装置５３と、空気による第一の脱気膜装置５４Ａと、窒素ガスによる第二の脱気膜装置５４Ｂと、紫外線酸化装置５５と、電気再生式脱イオン装置（ＣＤＩ）５６と、この電気再生式脱イオン装置５６に給水を供給する給水ポンプ（昇圧ポンプ）５７とを有し、電気再生式脱イオン装置５６の処理水がホウ素キレート樹脂塔５８に送られて処理された後、サブシステム４に一次純水Ｗ２を供給可能となっている。
　この一次純水装置３において、ホウ素キレート樹脂塔５８の後段には、サブシステム４へ供給する一次純水Ｗ２の圧力計５９と、流量調整機構としての流量調整弁６０とが設けられているとともに、この圧力計５９は、図示しない制御機構に情報伝達可能となっていて、この制御機構は圧力計５９による計測値があらかじめ定めた値に対してほぼ一定（例えば±５％以下）となるように高圧ポンプ５２Ｂをインバータ制御可能となっているとともに、サブシステム４での一次純水Ｗ２の使用量に基づいて流量調整弁６０の開度を制御可能となっている。一次純水Ｗ２の供給量の制御は、例えば、サブシステム４からユースポイント５への超純水Ｗ３の供給量を流量計などにより計測して、この供給量に応じて一次純水Ｗ２の使用量を判断して、流量調整弁６０の開度を制御してもよいし、サブシステム４からユースポイント５への超純水Ｗ３の供給量と、ユースポイント５からサブシステム４への返送量をそれぞれ流量計により計測して、両者の差分に応じて一次純水Ｗ２の使用量を判断して、流量調整弁６０の開度を制御してもよい。
　なお、６１は逆浸透膜装置５３の濃縮水の回収ラインであり、この回収ライン６１には流量制御弁６２、流量計６３、濃縮水タンク６４、給水ポンプ６５及び回収逆浸透膜装置６６がそれぞれ設けられていて、回収逆浸透膜装置６６の処理水が被処理水タンク５１に戻る構成となっている。また、６７は電気再生式脱イオン装置５６の濃縮水の回収ラインであり、この濃縮水の回収ライン６７には、流量制御弁６８及び流量計６９がそれぞれ設けられていて、この電気再生式脱イオン装置５６の濃縮水は、希薄系回収逆浸透膜（図示せず）に送られて処理される。
　このような一次純水装置（純水製造システム）３において、圧力計５９とサブシステム４などの純水使用機器への給水量（純水使用量）に基づいて、圧力計５９の計測値力が略一定となるように前記高圧ポンプ５２Ｂの出力を制御することにより、サブシステム４などでの一次純水Ｗ２の使用水量に応じて給水量を制御している。
　特願２０２３－０３５５５７号に記載された純水製造システムの制御方法により、ユースポイントでの使用量に応じて、一次純水を製造することが可能となる。しかしながら、本出願人らのその後の検討の結果、送水圧力が必要な水処理機器がタンクを介さずに連結している場合には、図３に示すように、被処理水タンク５１からの給水ポンプ５２Ａ及び高圧ポンプ５２Ｂに加えて、連続する水処理機器の間で１系列以上の昇圧ポンプ５７を配置するときがあるが、このときに給水ポンプ５２Ａまたは高圧ポンプ５２Ｂのみの送水流量をインバータによって制御すると、昇圧ポンプ５７の入口側に供給される水の圧力が低下するため、昇圧ポンプ５７でキャビテーションが発生し、故障を引き起こす可能性がある、という問題点があることがわかった。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、水処理機器の間に昇圧ポンプを有する純水製造システムにおいて、使用水量に応じて給水量を制御可能な純水製造システムの制御方法及びこれを実施可能な純水製造システムを提供することを目的とする。
　上記目的に鑑み本発明は第一に、被処理水供給源と、この被処理水供給源に接続した給水機構と、前記給水機構の後段に設けられた２種以上の水処理機器と、該水処理機器の中間に設けられた第一の圧力計とを備え、前記第一の圧力計の後段で前記２種以上の水処理機器の中間に昇圧ポンプを有するとともに、前記水処理機器の後段に設けられた純水使用機器の前段に該純水使用機器に供給される純水の流量調整機構を有し、この水処理機器の後段で前記流量調整機構の前段に第二の圧力計測手段を有する純水製造システムで製造された純水を、前記純水使用機器に供給する純水製造システムの制御方法であって、前記純水使用機器の使用水量に応じて、前記流量調整機構により純水の供給量を調整し、前記第二の圧力計測手段の計測値が略一定となるように前記昇圧ポンプの送水流量を制御するとともに前記給水機構の給水出力を第一の圧力計の計測値が略一定となるように制御する、純水製造システムの制御方法を提供する（発明１）。
　かかる発明（発明１）によれば、純水使用機器の使用水量に応じて、前記流量調整機構により純水の供給量を調整し、このとき第二の圧力計測手段の計測値が略一定となるように昇圧ポンプの送水流量を制御するとともに、給水機構の給水出力を第一の圧力計の計測値が略一定となるように制御しているので、昇圧ポンプの入口側に供給される水の圧力の変動が少ないので、昇圧ポンプにおけるキャビテーションの発生リスクを抑制することができる。さらに、昇圧ポンプの後段に配置される水処理機器の使用圧力を安定させることができる。
　上記発明（発明１）においては、前記水処理機器が、逆浸透膜装置、膜式脱気装置、紫外線酸化装置、電気再生式脱イオン装置、非再生式イオン交換装置、ＵＦ膜装置から選ばれた１種又は２種以上であることが好ましい（発明２）。
　かかる発明（発明２）によれば、汎用的な種々の純水製造システムに適用することが可能となる。
　上記発明（発明１，２）においては、前記昇圧ポンプの送水流量をインバータから出力される周波数により制御し、純水使用機器の使用水量の変動値の下限値が最大値に対して５０％以上であることが好ましい（発明３）。
　かかる発明（発明３）によれば、昇圧ポンプの送水流量をインバータ制御することにより、純水使用機器の使用水量の変動に応じて迅速かつ広い範囲の水量に対応するこができる。
　また、本発明は第二に、被処理水供給源と、この被処理水供給源に接続した給水機構と、前記給水機構の後段に設けられた２種以上の水処理機器と、該水処理機器の中間に設けられた第一の圧力計とを備え、前記第一の圧力計の後段で前記２種以上の水処理機器の中間に昇圧ポンプを有するとともに、前記水処理機器の後段に設けられた純水使用機器の前段に該純水使用機器に供給される純水の流量調整機構を有し、水処理機器の後段で前記流量調整機構の前段に第二の圧力計測手段を有する純水製造システムであって、前記純水使用機器の使用水量に応じて、前記流量調整機構により純水の供給量を調整し、前記第二の圧力計測手段の計測値が略一定となるように前記昇圧ポンプの送水流量を制御するとともに前記給水機構の給水出力を第一の圧力計の計測値が略一定となるように制御する制御手段を有する純水製造システムを提供する（発明４）。
　かかる発明（発明４）によれば、純水使用機器の使用水量に応じて、前記流量調整機構により純水の供給量を調整し、このとき第二の圧力計測手段の計測値が略一定となるように昇圧ポンプの送水流量を制御するとともに、給水機構の給水出力を第一の圧力計の計測値が略一定となるように制御することができるので、昇圧ポンプの入口側に供給される水の圧力の変動を少なくすることで、昇圧おけるキャビテーションの発生リスクを抑制することができる。さらに、昇圧ポンプの後段に配置される水処理機器の使用圧力を安定させることができる。
　上記発明（発明４）においては、前記水処理機器が、逆浸透膜装置、膜式脱気装置、紫外線酸化装置、電気再生式脱イオン装置、非再生式イオン交換装置、ＵＦ膜装置から選ばれた１種又は２種以上であることが好ましい（発明５）。
　かかる発明（発明５）によれば、汎用的な種々の純水製造システムに適用することが可能となる。
　上記発明（発明４，５）においては、前記昇圧ポンプの送水流量をインバータから出力される周波数により制御し、純水使用機器の使用水量の変動値の下限値が最大値に対して５０％以上であることが好ましい（発明６）。
　かかる発明（発明６）によれば、昇圧ポンプの送水流量をインバータ制御することにより、純水使用機器の使用水量の変動に応じて迅速かつ広い範囲の水量に対応するこができる。
　本発明水製造システムの制御方法によれば、純水使用機器の使用水量に応じて、流量調整機構により純水の供給量を調整し、第二の圧力計測手段の計測値が略一定となるように昇圧ポンプの送水流量を制御するとともに、給水機構の給水出力を第一の圧力計の計測値が略一定となるように制御しているので、昇圧おけるキャビテーションの発生リスクを抑制することができる。さらに、昇圧ポンプの後段に配置される水処理機器の使用圧力を安定させることができる。
本発明の一実施形態に係る純水製造システムを示すフロー図である。 純水製造システムを備えた超純水製造システムを示すフロー図である。 従来の純水製造システムを示すフロー図である。
　以下、本発明の純水製造システム及びその制御方法について添付図面を参照して説明する。
（純水製造システム）
　本実施形態の純水製造システム（一次純水装置）は、被処理水を供給するための送水ポンプと、２種以上の水処理機器と、この水処理機器の間に設けられた昇圧ポンプと、２種以上の水処理機器の後段に設けられた製造された純水を使用する純水使用機器とを備えるものであれば、種々の純水製造システムを適用することができる。例えば、図１に示すような超純水製造システムに好適に適用することができる。
　図１において、一次純水装置（純水製造システム）３は、前処理水Ｗ１を貯留する被処理水供給源としての被処理水タンク１０１と、この前処理水Ｗ１の送水ポンプ１０２と、この送水ポンプ１０２の給水出力を制御するためのインバータ１０３と、水処理機器としての逆浸透膜装置（ＲＯ膜装置）１０４、膜式脱気装置１０５、紫外線酸化装置１０６、電気再生式脱イオン装置（ＣＤＩ）１０７、及び再生式のイオン交換樹脂塔１０８を有し、電気再生式脱イオン装置１０７の前段、すなわち水処理機器の中間には電気再生式脱イオン装置１０７に給水を供給するインバータ１１０を備えた昇圧ポンプ１０９が設けられている。イオン交換樹脂塔１０８で処理された一次純水Ｗ２は、サブタンクなどの純水タンク１１１に貯留される。
　この一次純水装置３において、純水タンク１１１にはレベルセンサ１１２が付設されているとともに純水タンク１１１の前段には、流量調整弁１１３が設けられている。レベルセンサ１１２は図示しない制御手段に情報伝達可能となっていて、この制御手段はレベルセンサ１１２の計測値に応じて、流量調整弁１１３を制御して純水タンク１１１への送水量を調整可能となっている。また、昇圧ポンプ１０９の前段には、第一の圧力計１１４が設けられていて、この第一の圧力計１１４は、図示しない制御機構に情報伝達可能となっていて、この制御機構は第一の圧力計１１４による計測値があらかじめ定めた値に対してほぼ一定（例えば±５％以下）となるように送水ポンプ１０２をインバータ制御可能となっている。さらに、流量調整弁１１３の前段には、第二の圧力計１１５が設けられていて、この第二の圧力計１１５は、図示しない制御機構に情報伝達可能となっていて、この制御機構は第二の圧力計１１５による計測値があらかじめ定めた値に対してほぼ一定（例えば±５％以下）となるように昇圧ポンプ１０９をインバータ制御可能となっている。
（純水製造システムの制御方法）
　次に図１に示す純水製造システムの制御方法について説明する。
　図１において、インバータ１０３を備えた送水ポンプ１０２を起動して被処理水タンク１０１から前処理水（被処理水）Ｗ１を供給し、逆浸透膜装置１０４、膜式脱気装置１０５、紫外線酸化装置１０６で処理し、昇圧ポンプ１０９で給水を加圧して電気再生式脱イオン装置（ＣＤＩ）１０７、及び再生式のイオン交換樹脂塔１０８で処理した後、得られた一次純水Ｗ２を純水タンク１１１に貯留する。
　このときあらかじめサブタンク１１の水位の基準値（所定の範囲の値でもよい）を設定しておき、この増減を純水使用機器の使用水量に関連させる。また、流量調整弁１１３の前段の給水圧力（第二の圧力計１１５の計測値）、及び昇圧ポンプ１０９の前段の圧力（第一の圧力計１１４の測定値）もあらかじめ設定しておく。
　そして、ユースポイントなどでの水の使用量の減少に伴いレベルセンサ１１２で計測された純水タンク１１１の貯水量が基準値より増加したら、図示しない制御手段は、流量調整弁１１３を絞って純水タンク１１１への一次純水Ｗ２の給水量を減少させる。その結果、第二の圧力計１１５で計測される給水圧力が上昇傾向を示すが、該第二の圧力計１１５の計測値が予め定めた圧力でほぼ一定となるように昇圧ポンプ１０９の出力をインバータ１１０の出力（周波数；Ｈｚ、以下同じ）を減少させるように制御する。また、昇圧ポンプ１０９の前段の圧力（第一の圧力計１１４の測定値）もほぼ一定になるように、送水ポンプ１０２のインバータ１０３の出力を減少するように制御する。これにより昇圧ポンプ１０９入口側の給水圧力が低下することがないので、昇圧ポンプ１０９におけるキャビテーションのリスクを回避して、昇圧ポンプ１０９を安定に運転し、純水タンク１１１に必要量の一次純水Ｗ２を供給することができる。
　一方、ユースポイントなどの水の使用量が増加してレベルセンサ１１２で計測された純水タンク１１１の貯水量が基準値より減少したら、図示しない制御手段は、流量調整弁１１３を開成して純水タンク１１１への一次純水Ｗ２の給水量を増加させる。その結果、第二の圧力計１１５で計測される給水圧力が減少傾向を示すが、該第二の圧力計１１５の計測値が予め定めた圧力でほぼ一定となるように昇圧ポンプ１０９の出力が増加するようにインバータ１１０により増加させるように制御する。また、昇圧ポンプ１０９の前段の圧力（第一の圧力計１１４の測定値）もほぼ一定になるように、送水ポンプ１０２の出力が増加するようにインバータ１０３を制御する。これにより昇圧ポンプ１０９の給水圧をほぼ一定に維持することができるので、昇圧ポンプ１０９を安定して運転し、純水タンク１１１に必要量の一次純水Ｗ２を供給することができる。なお、この純水製造システムの制御方法において、純水使用機器の使用水量の変動値の下限値は、最大値（１００％）に対して５０％以上であることが好ましい。
　以上、本発明について、上記の実施形態に基づき説明してきたが、本発明は前記実施形態に限らず種々の変形実施が可能である。例えば、２種以上の水処理機器としては、特に制限はなく、逆浸透膜、紫外線酸化装置、脱気膜、電気再生式脱イオン装置、再生式イオン交換装置、非再生式イオン交換装置から選ばれた２種以上により構成することができる。また、前記実施形態では、純水タンク１１１の水位に基づいて、制御を行っているが、純水タンク１１１の出口に流量計を設けて、純水タンク１１１からの一次純水Ｗ２の送水量に基づいて制御を行ってもよい。さらに、給水機構としては、本実施形態のように送水ポンプ１０２のみの構成としたが、送水ポンプとこの送水ポンプの給水出力を制御するためのインバータ制御可能な高圧ポンプとの２段構成としてもよい。
　以下の実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
〔実施例１〕
　図１に示す純水製造システムを用い、３ｍ３程度の液量を保有できる被処理水タンク（前処理タンク）１０１から、インバータ１０３を備えた送水ポンプ１０２で逆浸透膜装置１０４に前処理水Ｗ１を送水した。逆浸透膜装置１０４としては、膜面有効圧が０．６ＭＰａのとき、約０．７ｍ３／ｍ２／日の透過水量が得られる超低圧膜を使用した。逆浸透膜装置１０４で得られた透過水は、膜式脱気装置１０５で溶存ガスが除去され、紫外線酸化装置１０６で有機成分を分解した後、昇圧ポンプ１０９で送水圧力を上げて、電気再生式脱イオン装置１０７に通水した。電気再生式脱イオン装置１０７の処理水の残留イオンを再生式イオン交換樹脂塔１０８で除去して、一次純水Ｗ２とした後、流量調整弁１１３を経由して３ｍ３程度の液量を保有できる純水タンク１１１に送水した。この一次純水Ｗ２は、純水タンク１１１からさらに、送水ポンプにより、ポリッシング工程へ送水して超純水とした後、ユースポイントで使用した。
　流量調整弁１１３は、純水タンク１１１のレベルが一定になるように制御した。送水ポンプ１０２における送水量は、最大３０ｍ３／ｈｒとなるようにインバータ１０３から出力される周波数を５０Ｈｚに設定した。逆浸透膜装置１０４からのブライン水量は約６ｍ３／ｈｒで一定となるようにブライン通水ラインに定流量弁を設置した。昇圧ポンプ１０９は、必要吸込みヘッドが０．１ＭＰａのタイプを使用し、昇圧ポンプ１０９における送水量は最大２４ｍ３／ｈｒで流量調整弁１１３の前段の圧力（第二の圧力計１１５の測定値）が０．１ＭＰａとなるように、インバータ１１０から出力される周波数調整したところ、４８Ｈｚとなった。また、このとき昇圧ポンプ１０９の入口側圧力は０．２ＭＰａであった。電気再生式脱イオン装置１０７におけるブライン水量は約１ｍ３／ｈｒとなるようにブライン通水ラインに定流量弁を設置した。
　このような純水製造システムにおいて、流量調整弁１１３の前段の圧力（第二の圧力計１１５の測定値）が０．１ＭＰａでほぼ一定になるように昇圧ポンプ１０９のインバータ１１０を制御するとともに昇圧ポンプ１０９の前段の圧力（第一の圧力計１１４の測定値）が０．２ＭＰａでほぼ一定になるように、送水ポンプ１０２のインバータ１０３を制御し、ユースポイントでの超純水使用量を減少さ、純水タンク１１１からの送水量を最大約２３ｍ３／ｈｒから、約１２ｍ３／ｈｒ（５２％）まで削減した。その結果、昇圧ポンプ１０９における投入周波数は２６～３０Ｈｚ程度に減少し、送水ポンプ１０２における投入周波数は３２～３６Ｈｚ程度に減少した。このとき、昇圧ポンプ１０９の前段圧力は０．２ＭＰａに維持されたため、昇圧ポンプ１０９でのキャビテーションリスクを回避することができた。
〔比較例１〕
　実施例１において、流量調整弁１１３の前段の圧力（第二の圧力計１１５の測定値）が０．１ＭＰａでほぼ一定になるように送水ポンプ１０２のインバータ１０３を制御し、昇圧ポンプ１０９のインバータ１１０による制御は行わず、４８Ｈｚ一定で稼働させ、ユースポイントでの超純水使用量を削減させて、純水タンク１１１からの送水量を最大約２３ｍ３／ｈｒから、約１２ｍ３／ｈｒ（５２％）まで削減した。その結果、送水ポンプ１０２における投入周波数は３２～３６Ｈｚ程度に減少したが、昇圧ポンプ１０９の前段圧力は約０．１ＭＰａにまで低下しており、昇圧ポンプ１０９でキャビテーションが発生するリスクのある稼働状態となった。
１　超純水製造システム
２　前処理装置
３　一次純水装置（純水製造システム）
４　二次純水製造装置（サブシステム）
５　ユースポイント（純水使用機器）
１０１　被処理水タンク（被処理水供給源）
１０２　送水ポンプ（給水機構）
１０３　インバータ
１０４　逆浸透膜装置（水処理機器）
１０５　膜式脱気装置（水処理機器）
１０６　紫外線酸化装置（水処理機器）
１０７　電気再生式脱イオン装置（ＣＤＩ）（水処理機器）
１０８　再生式イオン交換樹脂塔（水処理機器）
１０９　昇圧ポンプ
１１０　インバータ
１１１　純水タンク
１１２　レベルセンサ
１１３　流量調整弁（流量調整機構）
１１４　第一の圧力計
１１５　第二の圧力計
Ｗ　原水
Ｗ１　前処理水（被処理水）
Ｗ２　一次純水（純水）
Ｗ３　二次純水（超純水）

Claims (6)

  1. 　被処理水供給源と、この被処理水供給源に接続した給水機構と、前記給水機構の後段に設けられた２種以上の水処理機器と、該水処理機器の中間に設けられた第一の圧力計とを備え、前記第一の圧力計の後段で前記２種以上の水処理機器の中間に昇圧ポンプを有するとともに、前記水処理機器の後段に設けられた純水使用機器の前段に該純水使用機器に供給される純水の流量調整機構を有し、この水処理機器の後段で前記流量調整機構の前段に第二の圧力計測手段を有する純水製造システムで製造された純水を、前記純水使用機器に供給する純水製造システムの制御方法であって、
    　前記純水使用機器の使用水量に応じて、前記流量調整機構により純水の供給量を調整し、
    　前記第二の圧力計測手段の計測値が略一定となるように前記昇圧ポンプの送水流量を制御するとともに前記給水機構の給水出力を第一の圧力計の計測値が略一定となるように制御する、純水製造システムの制御方法。
  2. 　前記水処理機器が、逆浸透膜装置、膜式脱気装置、紫外線酸化装置、電気再生式脱イオン装置、非再生式イオン交換装置、ＵＦ膜装置から選ばれた１種又は２種以上である、請求項１に記載の純水製造システムの制御方法。
  3. 　前記昇圧ポンプの送水流量をインバータから出力される周波数により制御し、純水使用機器の使用水量の変動値の下限値が最大値に対して５０％以上である、請求項１または２に記載の純水製造システムの制御方法。
  4. 　被処理水供給源と、この被処理水供給源に接続した給水機構と、前記給水機構の後段に設けられた２種以上の水処理機器と、該水処理機器の中間に設けられた第一の圧力計とを備え、前記第一の圧力計の後段で前記２種以上の水処理機器の中間に昇圧ポンプを有するとともに、前記水処理機器の後段に設けられた純水使用機器の前段に該純水使用機器に供給される純水の流量調整機構を有し、水処理機器の後段で前記流量調整機構の前段に第二の圧力計測手段を有する純水製造システムであって、
    　前記純水使用機器の使用水量に応じて、前記流量調整機構により純水の供給量を調整し、前記第二の圧力計測手段の計測値が略一定となるように前記昇圧ポンプの送水流量を制御するとともに前記給水機構の給水出力を第一の圧力計の計測値が略一定となるように制御する制御手段を有する純水製造システム。
  5. 　前記水処理機器が、逆浸透膜装置、膜式脱気装置、紫外線酸化装置、電気再生式脱イオン装置、非再生式イオン交換装置、ＵＦ膜装置から選ばれた１種又は２種以上である、請求項４に記載の純水製造システム。
  6. 　前記昇圧ポンプの送水流量をインバータから出力される周波数により制御し、純水使用機器の使用水量の変動値の下限値が最大値に対して５０％以上である、請求項４または５に記載の純水製造システム。
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JP2014083480A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Miura Co Ltd 水処理システム
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