WO2026014010A1

WO2026014010A1 - 水質監視装置および水処理システム

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Publication number: WO2026014010A1
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Inventors: 慶介佐々木; 浩一郎橋本; 史生須藤
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Abstract

水質監視装置２０は、水質監視の対象である対象水１ｃから不純物を除去する機能を備え、不純物のうち特定の成分をリークさせた処理水１ｄを排出する水処理装置２と、水処理装置２の後段に設置され、水処理装置２から排出された処理水１ｄに含まれるリークした特定の成分の濃度を測定する測定計器３と、測定計器３が測定した測定値に基づき、処理水１ｄのリークした特定の成分の濃度変動を検知する監視部４と、を有する。

Description

水質監視装置および水処理システム

　本発明は、水質監視装置および水処理システムに関する。

　半導体装置や液晶表示装置の製造工程において、これらの装置を洗浄する洗浄水として、有機物、イオン成分、微粒子、細菌等が高度に除去された超純水が使用されている。一般に、超純水製造装置は、純水を製造する１次純水製造システムと、１次純水製造システムで製造された純水中の不純物をさらに除去するサブシステムとで構成されている。１次純水製造システムは、主に、活性炭装置、イオン交換樹脂装置（例えば、再生型イオン交換樹脂装置）、逆浸透（ＲＯ）膜装置、紫外線照射装置、脱気装置などで構成されている。サブシステムは、主に、紫外線照射装置、イオン交換装置（例えば、非再生型イオン交換樹脂装置）、膜脱気装置、限外ろ過膜装置で構成されている。ＴＯＣ（全有機炭素）や尿素などの難分解性有機物は可能な限り１次純水製造システムで除去されるのが好ましい。

　シリカやホウ素、ＴＯＣに代表される有機酸などの成分は、イオン交換樹脂やＲＯ膜で除去し難い弱酸成分である。そのため、例えば、１次純水製造システムで除去されなかったシリカやホウ素、ＴＯＣ成分がサブシステムの非再生型イオン交換樹脂装置に流入してしまうと、早期にリークが発生し、末端の超純水の水質低下を引き起こす原因となる。このため、１次純水製造システムにおいて、再生型イオン交換樹脂装置等の水処理装置でシリカ、ホウ素、ＴＯＣなどの弱酸成分を末端の要求レベルの濃度まで除去することが必要とされている。このような必要性から、１次純水製造システム内で、シリカ、ホウ素、ＴＯＣなどの弱酸成分が末端の要求レベルの濃度まで除去できていることをオンラインで監視する技術が要求されている。しかし、１次純水製造システムが製造する純水レベルでは、シリカ、ホウ素、ＴＯＣなどの成分と共存する夾雑物である他の成分の濃度が高いため、極低濃度のシリカ、ホウ素、ＴＯＣなどの成分の測定を妨げる原因となっていた。

　特許文献１には、再生型イオン交換樹脂装置の運転管理方法が記載されている。この運転管理方法では、再生型イオン交換樹脂装置の前段における弱アニオン成分（シリカやホウ素、ＴＯＣなど）の濃度が再生型イオン交換樹脂装置からリークする弱アニオン成分に対して予測性を有することを利用する。再生型イオン交換樹脂装置の前段に、弱アニオン成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）以外の他のイオン成分を除去するイオン除去手段と、弱アニオン成分の濃度を測定可能な計器とを設置する。イオン除去手段は、電気脱イオン装置やＲＯ膜装置などである。計器は、イオン除去手段からの他のイオン成分が除去された処理水に含まれる弱アニオン成分の濃度を測定する。計器の濃度測定値に基づいて、再生型イオン交換樹脂装置からリークする弱アニオン成分の濃度を予測する。

特開２０１４－２３３６９８号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の方法においては、水質管理の対象である再生型イオン交換樹脂装置の処理水ではなく、再生型イオン交換樹脂装置の前段における弱アニオン成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）の濃度を測定している。このため、再生型イオン交換樹脂装置自体の性能低下を正確に判断することは困難である。

　本発明の目的は、夾雑物の影響を抑制することができ、再生型イオン交換樹脂装置等の水処理装置の性能低下をオンラインで正確に判断することができる、水質監視装置および水処理システムを提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、水質監視の対象である対象水から不純物を除去する機能を備え、前記不純物のうち特定の成分をリークさせた処理水を排出する水処理装置と、前記水処理装置の後段に設置され、前記水処理装置から排出された前記処理水に含まれる前記リークした特定の成分の濃度を測定する測定計器と、前記測定計器が測定した測定値に基づき、前記処理水の前記リークした特定の成分の濃度変動を検知する監視部と、を有することを特徴とする水質監視装置が提供される。

　本発明の別の態様によれば、被処理水を処理して処理水を製造する第１の水処理装置と、前記第１の水処理装置が製造した前記処理水の一部が水質監視の対象である対象水として供給される水質監視装置と、を有し、前記水質監視装置は、前記対象水から不純物を除去する機能を備え、前記不純物のうち特定の成分をリークさせた処理水を排出する第２の水処理装置と、前記第２の水処理装置の後段に設置され、前記第２の水処理装置から排出された前記処理水に含まれる前記リークした特定の成分の濃度を測定する測定計器と、前記測定計器が測定した測定値に基づき、前記リークした特定の成分の濃度変動を検知し、該濃度変動の検知結果に基づいて、前記第１の水処理装置の運転調整を行う、または、警報を出力する監視部と、を有することを特徴とする水処理システムが提供される。

　本発明によれば、夾雑物の影響を抑制することができ、再生型イオン交換樹脂装置等の水処理装置の性能低下をオンラインで正確に判断することができる。

本発明の第１の実施形態である水質監視装置を備えた水処理システムの構成を示すブロック図である。図１に示す水質監視装置の水処理装置の一例を示す模式図である。ホウ素の挙動と薬品再生のタイミングを説明するための図である。本発明の第２の実施形態である水質監視装置を備えた水処理システムの構成を示すブロック図である。比抵抗の挙動と薬品再生のタイミングを説明するための図である。ＴＯＣの挙動と薬品再生のタイミングを説明するための図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらに限定する趣旨のものではない。

　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態である水質監視装置を備えた水処理システムの構成を示すブロック図である。図１において、実線の矢印は配管（または流路）を示し、破線の矢印は信号線（または信号）を示す。

　図１を参照すると、水処理システム１０は、例えば、超純水製造装置の１次純水製造システムに適用可能なものであって、水処理装置１と、水質監視装置２０とを有する。水処理装置１は、被処理水１ａを処理して処理水１ｂを製造する。処理水１ｂは、例えば、純水であり、その比抵抗値は、一般的には５～１８ＭΩ・ｃｍの範囲である。ここでは、便宜上、処理水１ｂの比抵抗値を５～１５ＭΩ・ｃｍの範囲としている。水処理装置１は、第１の水処理装置と呼ぶことができる。水処理装置１は、例えば、再生型イオン交換樹脂装置、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置、電気再生式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）などを含むことができる。ここでは、水処理装置１は、薬品を用いてイオン交換樹脂を再生する薬品再生型イオン交換樹脂装置で構成されているものとする。

　水処理装置１が製造した処理水１ｂの一部は処理水１ｃとして水質監視装置２０に供給され、残りはユースポイントまたは後段の処理装置（例えば、サブシステム）に供給される。処理水１ｃは、水質監視の対象である対象水と呼ぶことができる。水質監視装置２０は、水処理装置２、測定計器３、および監視部４を有する。

　水質監視装置２０において、処理水１ｃは水処理装置２に供給される。水処理装置２は、処理水１ｃから不純物を除去する機能を備え、不純物のうち特定の成分をリークさせた処理水１ｄを排出する。水処理装置２では、特定の成分以外の他の成分（夾雑物）は除去され、濃縮水１ｅとして排出される。濃縮水１ｅは、リークしなかった特定の成分を含む場合がある。ここで、特定の成分は、シリカ、ホウ素、ＴＯＣなどの弱酸成分である。処理水１ｄの比抵抗値は、対象水である処理水１ｃの比抵抗値よりも高いことが好ましい。この条件によれば、リークさせる特定の成分の測定ノイズとなり得る物質のみを除去し、比抵抗を向上させ、測定精度を上げることが可能となる。例えば、処理水１ｄの比抵抗値は１５ＭΩ・ｃｍよりも大きいことが好ましい。水処理装置２は、第２の水処理装置と呼ぶことができる。水処理装置２は、例えば、電気式脱イオン水製造装置であってもよい。

　測定計器３は、水処理装置２から排出された処理水１ｄに含まれる特定の成分の濃度を連続的に測定する。測定計器３は、特定の成分の測定値を示す信号を監視部４に供給する。測定計器３として、ＴＯＣ計、シリカ計およびホウ素計のいずれかまたは２つ以上の組み合わせを用いることができる。なお、測定計器３を通過した処理水１ｆは、基本的に系外に排出するが、利用効率の観点から、水処理装置１の前段に戻してもよいし、その他の系にて使用してもよい。

　監視部４は、測定計器３の測定値に基づき、リークした特定の成分の濃度変動を監視（検知）する。監視部４は、調整部５および警報出力部６を有する。調整部５は、濃度変動の監視（検知）結果に基づいて、特定の成分に対する水処理装置１の処理性能が低下したことを示す傾向を検出した場合に、水処理装置１の運転調整を行う。例えば、水処理装置１が薬品再生型イオン交換樹脂装置である場合、調整部５は、薬品を用いてイオン交換樹脂を再生する。警報出力部６は、濃度変動の監視（検知）結果に基づいて、特定の成分に対する水処理装置１の処理性能が低下したことを示す傾向を検出した場合に警報を出力する。警報出力部６は、警告を示すメッセージを表示する表示装置や、警告音を出力するスピーカなどを含んでいてもよい。なお、水処理装置１の運転調整は、管理者が行う作業である場合も含まれる。

　次に、水処理装置２の具体的な構造について説明する。ここでは、水処理装置２を構成する電気式脱イオン水製造装置について説明する。
　図２は、電気式脱イオン水製造装置の構造を示す模式図である。図２において、実線の矢印および破線の矢印はいずれも配管（または流路）を示す。

　図２に示すように、電気式脱イオン水製造装置２ａは、陽極２１ａと陰極２１ｂとの間に、脱塩室２２、濃縮室２３、２４、アニオン交換膜２５、およびカチオン交換膜２６を有する。
　濃縮室２３は脱塩室２２の陽極側に配置され、濃縮室２３と脱塩室２２の間にアニオン交換膜２５が配置されている。濃縮室２４は脱塩室２２の陰極側に配置され、濃縮室２４と脱塩室２２の間にカチオン交換膜２６が配置されている。ここでは、濃縮室２３が陽極側の電極室を兼用し、濃縮室２４が陰極側の電極室を兼用するように構成されている。なお、電気式脱イオン水製造装置２ａは、図２に示した構成に限定されない。陽極側の電極室および陰極側の電極室は濃縮室２３、２４とは別に設けられてもよい。また、濃縮室と脱塩室を交互に複数配置してもよい。

　脱塩室２２および濃縮室２３、２４にはそれぞれイオン交換樹脂が充填されている。本実施形態では、脱塩室２２はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混床樹脂の形態としている。なお、濃縮室２３、２４には、任意のイオン交換樹脂を充填してもよいが、イオン交換樹脂を充填しない構造としてもよい。

　処理水１ｃは２つに分岐され、一方の分岐処理水１ｃ－１は脱塩室２２に通水し、もう一方の分岐処理水１ｃ－２は濃縮室２３、２４に通水する。ここでは、処理水１ｃの流量を１２Ｌ／ｈとし、分岐処理水１ｃ－１、１ｃ－２の流量をいずれも６Ｌ／ｈとしている。分岐処理水１ｃ－１が脱塩室２２を流れる方向と分岐処理水１ｃ－２が濃縮室２３、２４を流れる方向は互いに逆方向（向流方向）である。

　図２に示した電気式脱イオン水製造装置２ａでは、処理水１ｃの一部（分岐処理水１ｃ－１）が脱塩室２２を流れるとともに、処理水１ｃの残り（分岐処理水１ｃ－２）が濃縮室２３，２４を流れる。陽極２１ａと陰極２１ｂの間に直流電流を通電させると、脱塩室２２と濃縮室２３の間でアニオン交換膜２５を介したイオンの移動が行われるとともに、脱塩室２２と濃縮室２４の間でカチオン交換膜２６を介したイオンの移動が行われる。イオンの移動の際には、水解離を伴う。不純物のうち特定の成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）はリークし、リークした特定の成分を含む脱塩処理水が処理水１ｄとして排出される。リークしなかった残りの特定の成分や夾雑物である他の成分は、濃縮水（兼電極水）１ｅとして排出される。

　なお、図示はされていないが、処理水１ｃの供給ライン、分岐処理水１ｃ－１、１ｃ－２の分岐ライン、濃縮水１ｅの排出ライン、処理水１ｄの排出ラインには、バルブや流量計が設けられており、処理水１ｃ、分岐処理水１ｃ－１、１ｃ－２、処理水１ｄ、濃縮水１ｅのそれぞれの流量の調整を行うことができる。

　上述した本実施形態の水質監視装置２０によれば、水処理装置２（電気式脱イオン水製造装置２ａ）において、水質管理の対象である処理水１ｃに含まれている特定の成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）をリークし、夾雑物である他の成分を除去する。リークした特定の成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）を含む処理水１ｄを測定計器３に供給することで、測定計器３は、夾雑物である他の成分の影響を受けることなく、極低濃度の特定の成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）を測定することができる。よって、水質監視装置２０を用いれば、水処理装置１（例えば、再生型イオン交換樹脂装置）の性能低下をオンラインで正確に判断することが可能となる。

　また、特定の成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）のオンライン測定を可能とすることで、以下のような効果も奏する。
　これまで、超純水製造装置の１次純水製造システムにおいて、特定の成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）の極低濃度のリークをオンラインで検知する手段がなかったため、安全マージンを見込んだ運転調整が行われていた。具体的には、再生型イオン交換樹脂装置であれば、薬品再生の間隔を短めに設定したり、薬品使用量を多めに設定したりしていた。ＥＤＩであれば、電流を高めに設定したり、流速を低めに設定したりしていた。ＲＯ膜装置であれば、回収率を低く設定したり、薬品（アルカリ）の添加量を多く設定したりしていた。

　本実施形態の水質監視装置２０を用いたオンライン測定によれば、特定の成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）のリークを検知した段階で水処理装置１の運転調整を行うことができる。このため、例えば、再生型イオン交換樹脂装置の場合は、薬品再生の回数を削減でき、再生薬品の使用量を大幅に削減することができる。ＥＤＩの場合は、特定の成分のリークを検出したタイミングでＥＤＩの電流を上げることで、無駄に電力を消費することを抑制することができるため、消費電力を削減することができる。ＲＯ膜装置の場合は、薬品（アルカリ）の添加量を削減することができる。

　また、ＥＤＩ等の水処理装置を複数並列に連結して一部の水処理装置を予備系として用いる場合、安全マージンを見込んで予備系の水処理装置の台数を設定しているが、オンライン計測を可能とすることで、予備系の台数を削減することも可能である。

　さらに、原水から流入する負荷量は、原水の性状や、使用水量、循環水量によって大きく変動する。そのため、オンラインで特定の成分の濃度を監視（検知）できるようになれば、水処理装置の状態に応じた最適なメンテナンスや運転調整を行うことが可能になる。

　なお、一般的な脱塩装置にて、特定の成分のリーク率を高くした状態で、他の成分を高度に除去することは困難である。例えば、ＲＯ膜装置でのホウ素除去性能は低くても４０％程度の除去率はあり、リーク率としては６０％程度以下であるのが一般的である。また、ＥＤＩについては、連続的に電気再生可能な特性から、ＲＯ膜装置よりも除去性能が高く、除去率は低くても７０％程度はあり、リーク率としては３０％程度以下であることが一般的である。本発明者らは、特定の成分のリーク率を７０％以上（除去率３０％以下）とした状態で夾雑物である他の成分を十分に除去して、比抵抗値が１５ＭΩ・ｃｍを越える処理水を製造する水処理装置の構成を鋭意検討し、見出すことに成功した。

　以下に、検討結果を詳細に説明する。
　図２に示した電気式脱イオン水製造装置２ａにおいて、特定の成分（シリカ、ホウ素、ＴＯＣなど）のリーク率および処理水１ｄの水質（処理水質）は、脱塩室２２に充填されるイオン交換樹脂の種類や充填率、脱塩室２２に通水する流量、通電する電流値などの影響を受ける。以下では、これらの影響を検討した結果について説明する。ここでは、原水として比抵抗値が１７ＭΩ・ｃｍの処理水１ｃを用いた。脱塩室２２は、アニオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混床樹脂とし、その比率は１：１とした。ここで、充填率とは、陽極２１ａと陰極２１ｂとの間に直流電圧を印加しつつイオン交換樹脂が充填されている脱塩室２２に対して通水してイオン交換樹脂を再生状態とし、その後、脱塩室２２から取り出されたイオン交換樹脂の自由状態での見かけの体積をその脱塩室２２の容積で除算して得られる値のことである。自由状態とは、脱塩室２２や濃縮室２３、２４といった空間にイオン交換樹脂が拘束されていない状態を指す。

　（強塩基樹脂と弱塩基樹脂の比較）
　評価例１では、脱塩室２２の混床樹脂を、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性Ｉ型のアニオン交換樹脂とで構成した。これに対して、評価例２では、脱塩室２２の混床樹脂を、強酸性カチオン交換樹脂と弱塩基性のアニオン交換樹脂とで構成した。評価例１および評価例２について、充填率（脱塩室の体積に対する脱塩室に充填する樹脂の充填量の比率）を１．１０倍、流量を６Ｌ／ｈ、電流値を１０ｍＡとして、電気式脱イオン水製造装置２ａを動作させて処理水質およびホウ素（Ｂ）リーク率を評価した。Ｂリーク率は、原水（処理水１ｃ）のホウ素濃度に対する処理水１ｄのホウ素濃度の比率である。評価結果を表１に示す。

　表１から分かるように、評価例１では、処理水質は原水の比抵抗値である１７ＭΩ・ｃｍから１７．６２ＭΩ・ｃｍに増加したが、Ｂリーク率は１６％であった。これに対して、評価例２では、Ｂリーク率は１００％であったが、処理水質は原水の比抵抗値である１７ＭΩ・ｃｍから１３．８７ＭΩ・ｃｍに減少した。これらのことから、処理水質を原水の比抵抗値よりも大きくするには、混床樹脂のアニオン交換樹脂を強塩基性にすることが有効であることが分かった。なお、ホウ素は比抵抗計では反応し難い物質であるため、ホウ素が１００％漏れていようが、１６％漏れていようが、基本的に処理水質の比抵抗値にはほぼ影響しない。

　（充填率の比較）
　評価例１は表１に示したものと同じである。評価例３および評価例４のいずれも、評価例１と同様に、脱塩室２２の混床樹脂を、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性Ｉ型のアニオン交換樹脂とで構成した。評価例１の充填率を１．１０倍、評価例２の充填率を１．０５倍、評価例３の充填率を１．００倍とした。評価例１および評価例２については、流量を６Ｌ／ｈ、電流値を１０ｍＡとして、電気式脱イオン水製造装置２ａを動作させて処理水質およびＢリーク率を評価した。評価例３については、流量を６Ｌ／ｈ、電流値を２０ｍＡとして、電気式脱イオン水製造装置２ａを動作させて処理水質およびＢリーク率を評価した。評価結果を表２に示す。

　表２から分かるように、充填率を１．１０倍（評価例１）から１．０５倍（評価例２）にすると、処理水質はほぼ同じで、Ｂリーク率が１６％から７２％に増加した。一方、評価例３（充填率が１．００倍）では、電流値を２０ｍＡに増大したにもかかわらず、水質は５ＭΩ・ｃｍ未満となり、また、Ｂリーク率を評価することもできなかった。これらのことから、処理水質の比抵抗値およびＢリーク率を大きくするには、混床樹脂の充填率を１．０５倍にすることが有効であることが分かった。

　（強塩基性Ｉ型とＩＩ型の比較）
　評価例３は表２に示したものと同じである。評価例４は、脱塩室２２の混床樹脂を、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性ＩＩ型のアニオン交換樹脂とで構成し、充填率は１．０５倍とした。評価例３および評価例４について、流量を６Ｌ／ｈ、電流値を１０ｍＡとして、電気式脱イオン水製造装置２ａを動作させて処理水質およびＢリーク率を評価した。評価結果を表３に示す。

　表３から分かるように、混床樹脂の強塩基性Ｉ型のアニオン交換樹脂を強塩基性ＩＩ型のアニオン交換樹脂に変更することで、処理水質はほぼ同じで、Ｂリーク率が７２％から８３％に増加した。このことから、Ｂリーク率を高くするには、強塩基性ＩＩ型のアニオン交換樹脂を用いることが有効であることが分かった。

　（電流値の違いによる比較）
　評価例３および評価例４は表３に示したものと同じである。評価例５および評価例６は、脱塩室２２の混床樹脂を、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性Ｉ型のアニオン交換樹脂とで構成し、充填率は１．０５倍とした。評価例７および評価例８は、脱塩室２２の混床樹脂を、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性ＩＩ型のアニオン交換樹脂とで構成し、充填率は１．０５倍とした。評価例５および評価例７については、流量を６Ｌ／ｈ、電流値を２０ｍＡとして、電気式脱イオン水製造装置２ａを動作させて処理水質およびＢリーク率を評価した。評価例６および評価例８については、流量を６Ｌ／ｈ、電流値を４ｍＡとして、電気式脱イオン水製造装置２ａを動作させて処理水質およびＢリーク率を評価した。評価結果を表４に示す。

　表４の結果から、混床樹脂に強塩基性Ｉ型のアニオン交換樹脂を用いた場合（評価例２、６）、電流値は４～１０ｍＡで、流量あたりの電流量は０．６７～１．６７ｍＡ・ｈ／Ｌとすることが有効であることが分かった。また、混床樹脂に強塩基性ＩＩ型のアニオン交換樹脂を用いた場合（評価例３、７、８）、電流値は４～２０ｍＡで、流量あたりの電流量は０．６７～３．３３ｍＡ・ｈ／Ｌとすることが有効であることが分かった。

　以上説明した評価例１～８の評価結果を踏まえてさらなる検討を行った結果、夾雑物である他の成分を十分に除去して、比抵抗値が１５ＭΩ・ｃｍを越える処理水を得るには、以下の条件の少なくとも一つを満たすことが有効であることが分かった。

　（条件１）
　脱塩室２２は少なくともアニオン交換樹脂が充填されており、充填するアニオン交換樹脂の少なくとも一部に、強塩基性ＩＩ型の陰イオン交換樹脂が含まれることが好ましい。
　（条件２）
　特定の成分のリーク率が７０％～１００％の範囲である。
　（条件３）
　電気式脱イオン水製造装置２ａに通電する電流値をＩ［ｍＡ］として、脱塩室２２に通水する流量をＦ［Ｌ／ｈ］とした場合に、Ｉ÷Ｆ＝Ｘで表される値が０．６～４．０の範囲内の値とする。
　（条件４）
　脱塩室２２に通水する水の空間速度を１５０ｈ^－１より大きくする。これにより、特定の成分のリーク率を７０％以上にすることが可能となる。

　次に、図１に示した水処理システム１０における水処理装置１の運転調整について具体的に説明する。
　一般に、ホウ素計は、ホウ素を選択的に吸着する物質を用いてホウ素を含む水とホウ素を取り除いた水との差分を検出する構造であり、供給水にホウ素を選択的に吸着する物質を邪魔するような成分が入っていると、正確にホウ素の濃度を測定することができない。このため、ホウ素計の供給水の比抵抗値の指標として１５ＭΩ・ｃｍが設定されている。本実施形態の水質監視装置２０では、水処理装置２（電気式脱イオン水製造装置２ａ）は比抵抗値が１５ＭΩ・ｃｍを越える処理水を製造することができるため、測定計器３としてホウ素計を用いることができる。ここでは、水処理装置１に薬品再生型イオン交換樹脂装置を用い、水処理装置２に図２に示した電気式脱イオン水製造装置２ａを用いた。

　図３は、ホウ素の挙動と薬品再生のタイミングを説明するための図である。図３において、縦軸はホウ素の濃度［ｐｐｂ］を示し、横軸は日付を示す。図３に示すように、電気式脱イオン水製造装置２ａの処理水１ｄに含まれるホウ素の濃度が０．１ｐｐｂまで増加する傾向を検出したタイミングで、薬品再生型イオン交換樹脂装置の薬品再生（系列切替）を行った。この運転調整により、薬品再生型イオン交換樹脂装置の処理水１ｃに含まれるホウ素の濃度を末端の要求レベルで維持できることが分かった。

　ホウ素計に代えてシリカ計やＴＯＣ計を用いてもよい。シリカ計やＴＯＣ計を用いる場合は、電気式脱イオン水製造装置２ａの処理水１ｄに含まれるシリカ濃度やＴＯＣ濃度が増加する傾向を検出したタイミングで、薬品再生型イオン交換樹脂装置の薬品再生（系列切替）を行う。この運転調整によっても、ホウ素計を用いた場合と同様に、薬品再生型イオン交換樹脂装置の処理水１ｃに含まれるシリカ濃度やＴＯＣ濃度を末端の要求レベルで維持できる。

　なお、再生型イオン交換樹脂装置等のイオン再生樹脂塔からのイオン成分のリーク（比抵抗低下）の進行過程において、シリカよりもホウ素が先にリークし始めることが知られている。この特性を考慮すると、ホウ素の濃度を計測して運転調整を行うことが好ましい。

　（第２の実施形態）
　図４は、本発明の第２の実施形態である水質監視装置を備えた水処理システムの構成を示すブロック図である。図４において、実線の矢印は配管（または流路）を示し、破線の矢印は信号線（または信号）を示す。

　図４に示す水質監視装置２１は、測定計器３に代えて測定計器３ａを用いた以外は、図１に示した水質監視装置２０と同じ構成である。水処理装置１も、図１に示したものと同じである。図１に示した構成と同じものには同じ符号を付しており、それらの詳細な説明は省略する。

　水質監視装置２１では、水処理装置２（電気式脱イオン水製造装置２ａ）の処理水１ｄが測定計器３ａに供給される。測定計器３ａは、比抵抗計、ｐＨ計、および導電率計のいずれかである。測定計器３ａは、処理水１ｄの比抵抗値、ｐＨ値、および導電率のいずれかを連続して測定し、その測定値を示す信号を監視部４に供給する。なお、測定計器３ａを通過した処理水１ｆは、基本的に系外に排出するが、利用効率の観点から、水処理装置１の前段に戻してもよいし、その他の系にて使用してもよい。

　監視部４は、測定計器３ａの測定値に基づき、リークした特定の成分の濃度変動を間接的に監視（検知）する。ここで、間接的な監視の原理について簡単に説明する。
　ＥＤＩ（水処理装置２）において、弱酸成分の対イオンとして存在する、カチオン成分（Ｎａ^＋等）を除去し、ＥＤＩ内部で進行する水の解離で生じるＨ^＋に置き換えることで、処理水１ｄのｐＨが酸性に振れる。また、Ｈ^＋は、カチオン成分の中で、イオン極限モル導電率が最も大きな値を示すため、処理水１ｄの導電率はあがり、比抵抗（導電率の逆数）は低下する。このような特性を利用し、ｐＨ計、比抵抗計、導電率計などの測定計器３ａで処理水１ｄを測定し、その測定値からリークした特定の成分の濃度変動を間接的に検知することが可能になる。

　図５は、比抵抗の挙動と薬品再生のタイミングを説明するための図である。図５において、縦軸は比抵抗値［ＭΩ・ｃｍ］を示し、横軸は日付を示す。ここでは、測定計器３ａとして比抵抗計を用いた。
　図５に示すように、電気式脱イオン水製造装置２ａの処理水１ｄの比抵抗値が１６ＭΩ・ｃｍ程度まで低下する傾向を検出したタイミングで、薬品再生型イオン交換樹脂装置の薬品再生（系列切替）を行った。この運転調整により、薬品再生型イオン交換樹脂装置の処理水１ｃに含まれる特定の成分（ホウ素、シリカ、ＴＯＣなど）の濃度を末端の要求レベルで維持できることが分かった。

　比抵抗計に代えてｐＨ計または導電率計を用い、処理水１ｄのｐＨ値または導電率が低下する傾向を検出したタイミングで、薬品再生型イオン交換樹脂装置の薬品再生（系列切替）を行ってもよい。この場合も、薬品再生型イオン交換樹脂装置の処理水１ｃに含まれる特定の成分（ホウ素、シリカ、ＴＯＣなど）の濃度を末端の要求レベルで維持できる。

　一般的に、ホウ素計に比較して、比抵抗計、ｐＨ計、導電率計などの計器は比較的に安価である。したがって、本実施形態の水質監視装置２１は、第１の実施形態の水質監視装置２０と比較して装置コストを削減することができる。

　（他の実施形態）
　図１に示した水質監視装置２０において、水処理装置２（電気式脱イオン水製造装置２ａ）が特定の成分としてＴＯＣ成分を９０％以上リークするように構成され、測定計器３にＴＯＣ計が用いられている。
　図６は、ＴＯＣの挙動と薬品再生のタイミングを説明するための図である。図６には、ＴＯＣ計の測定結果が示されるとともに、比較として、水処理装置２の出口の比抵抗を測定した結果が示されている。図６において、縦軸はＴＯＣ濃度［ｐｐｂ］と比抵抗値［ＭΩ・ｃｍ］を示し、横軸は日付を示す。
　図６に示すように水処理装置２の入口の比抵抗値は５～１５MΩ・ｃｍで変動していたが、水処理装置２の出口では、比抵抗値が１５ＭΩ・ｃｍを越える水質になっていた。本実施形態では、ＴＯＣ濃度を精度よく分析することが可能である。
　水処理装置２の処理水１ｄのＴＯＣ濃度を２０［ｐｐｂ］程度を超えないように、薬品再生型イオン交換樹脂装置の薬品再生（系列切替）を行うことで、後段に設置されているサブシステムの末端にて要求されるＴＯＣ濃度を維持できることを確認した。

　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　この出願は、２０２４年７月９日に出願された日本出願特願２０２４－１１０２０４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１、２　水処理装置
　１ｂ、１ｃ、１ｄ　処理水
　３　測定計器
　４　監視部
　５　調整部
　６　警報出力部
　１０　水処理システム
　２０　水質監視装置

Claims

　水質監視の対象である対象水から不純物を除去する機能を備え、前記不純物のうち特定の成分をリークさせた処理水を排出する水処理装置と、
　前記水処理装置の後段に設置され、前記水処理装置から排出された前記処理水に含まれる前記リークした特定の成分の濃度を測定する測定計器と、
　前記測定計器が測定した測定値に基づき、前記処理水の前記リークした特定の成分の濃度変動を検知する監視部と、を有することを特徴とする水質監視装置。
　前記水処理装置の前記処理水の比抵抗値が前記対象水の比抵抗値よりも高いことを特徴とする、請求項１に記載の水質監視装置。
　前記水処理装置の前記処理水の比抵抗値が１５ＭΩ・ｃｍよりも大きいことを特徴とする、請求項２に記載の水質監視装置。
　前記水処理装置が、電気式脱イオン水製造装置であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水質監視装置。
　前記電気式脱イオン水製造装置は、前記対象水の一部を通水する脱塩室を備え、
　前記電気式脱イオン水製造装置に通電する電流値をＩ［ｍＡ］として、前記脱塩室に通水する流量をＦ［Ｌ／ｈ］とした場合に、Ｉ÷Ｆ＝Ｘで表される値が０．６～４．０の範囲内の値であることを特徴とする、請求項４に記載の水質監視装置。
　前記電気式脱イオン水製造装置は、前記対象水の一部を通水する脱塩室を備え、
　前記脱塩室は少なくともアニオン交換樹脂が充填されており、充填するアニオン交換樹脂の少なくとも一部に、強塩基性ＩＩ型の陰イオン交換樹脂が含まれることを特徴とする、請求項４に記載の水質監視装置。
　前記電気式脱イオン水製造装置は、前記対象水の一部を通水する脱塩室を備え、
　前記脱塩室に通水する水の空間速度が１５０ｈ^－１より大きいことを特徴とする、請求項４に記載の水質監視装置。
　前記特定の成分のリーク率が７０％～１００％の範囲であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水質監視装置。
　前記特定の成分が、シリカ、ホウ素、ＴＯＣのいずれかの成分であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水質監視装置。
　前記測定計器が、シリカ計、ホウ素計、ＴＯＣ計、比抵抗計、導電率計、ｐＨ計のいずれかであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水質監視装置。
　被処理水を処理して処理水を製造する第１の水処理装置と、
　前記第１の水処理装置が製造した前記処理水の一部が水質監視の対象である対象水として供給される水質監視装置と、を有し、
　前記水質監視装置は、
　前記対象水から不純物を除去する機能を備え、前記不純物のうち特定の成分をリークさせた処理水を排出する第２の水処理装置と、
　前記第２の水処理装置の後段に設置され、前記第２の水処理装置から排出された前記処理水に含まれる前記リークした特定の成分の濃度を測定する測定計器と、
　前記測定計器が測定した測定値に基づき、前記リークした特定の成分の濃度変動を検知し、該濃度変動の検知結果に基づいて、前記第１の水処理装置の運転調整を行う、または、警報を出力する監視部と、を有することを特徴とする水処理システム。
　前記第１の水処理装置は薬品再生型イオン交換樹脂装置であり、前記運転調整が薬品再生であることを特徴とする、請求項１１に記載の水処理システム。