(57)【要約】【課題】原水の温度に応じて、処理水の回収率を最適化することができる純水製造装置および純水の製造方法を提供する。【解決手段】原水を収容する逆浸透原水槽２と、逆浸透原水槽２より供給された原水を処理水と濃縮水に分離する逆浸透膜３と、逆浸透膜３から排出された濃縮水の一部を逆浸透原水槽２に返送する返送路１２と、濃縮水の残部を系外に排出する排水路１３と、濃縮水の温度を測定する温度計４と、濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度計５と、濃縮水の残部の流量を測定する流量計６と、温度計４、電気伝導度計５および流量計６における測定値に基づいて、濃縮水の残部の排出量を制御する制御弁７と、を備えた純水製造装置１。【選択図】図１
2020000984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を収容する逆浸透原水槽と、
前記逆浸透原水槽より供給された原水を処理水と濃縮水に分離する逆浸透膜と、
前記逆浸透膜から排出された濃縮水の一部を前記逆浸透原水槽に返送する返送路と、
前記返送路から分岐して、前記濃縮水の残部を系外に排出する排水路と、
前記濃縮水の温度を測定する温度計と、
前記濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度計と、
前記濃縮水の残部の流量を測定する流量計と、
前記温度計、前記電気伝導度計および前記流量計における測定値に基づいて、前記濃縮水の残部の排出量を制御する制御弁と、を備えたことを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】
原水を逆浸透膜により処理水と濃縮水に分離する分離工程と、
前記分離工程にて得られた濃縮水の一部を前記原水に返送する返送工程と、
前記分離工程にて得られた濃縮水の残部を系外に排出する排出工程と、
前記濃縮水の温度を測定する温度測定工程と、
前記濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度測定工程と、
前記濃縮水の残部の流量を測定する流量測定工程と、
前記温度測定工程、前記電気伝導度測定工程および前記流量測定工程における測定値に基づいて、前記濃縮水の残部の排出量を制御する制御工程と、を有することを特徴とする純水の製造方法。
【請求項３】
前記制御工程において、予め調査しておいた原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係に基づいて、前記濃縮水のシリカ濃度がシリカ限界析出濃度を超えないように、前記濃縮水の残部の排出量を制御することを特徴とする請求項２に記載の純水の製造方法。
【請求項４】
前記制御工程において、前記濃縮水の温度とその温度における前記濃縮水のシリカ限界析出濃度との関係を示す近似式に基づいて、前記濃縮水のシリカ濃度がシリカ限界析出濃度を超えないように、前記濃縮水の残部の排出量を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の純水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純水製造装置および純水の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工場や液晶製造工場等の電子産業分野や研究開発分野にて利用される純水を製造する装置としては、例えば、逆浸透膜が用いられている。
【０００３】
従来、逆浸透膜を用いた純水製造装置としては、例えば、逆浸透膜から給水タンクへ濃縮水を返送させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、逆浸透膜を用いた水処理システムとしては、例えば、逆浸透膜から排出される濃縮水の水質を測定し、シリカのスケールが析出しないように回収率を制御するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、逆浸透膜を用いた水処理装置としては、例えば、シリカを含む水の吸光度を測定することにより、シリカ濃度を測定するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５５６５２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４７８９９号公報
【特許文献３】特開２０１５−１６６０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シリカの限界析出濃度（シリカ限界析出濃度）は、水温により変化する。季節変動で水温が変化すると、原水のシリカ限界析出濃度が変動する。原水の温度が低い場合には、回収率（透過水量／原水量）を、原水の温度が高い場合に比べて下げる必要がある。そのため、原水の温度が低い場合に、一定量の透過水量を得ようとすると、原水の温度が高い場合よりも、原水量を増やす必要がある。そうすると、逆浸透膜から排出される濃縮水の量も増える上に、透過水の生産性が低下するという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、原水の温度に応じて、処理水の回収率を最適化することができる純水製造装置および純水の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］原水を収容する逆浸透原水槽と、前記逆浸透原水槽より供給された原水を処理水と濃縮水に分離する逆浸透膜と、前記逆浸透膜から排出された濃縮水の一部を前記逆浸透原水槽に返送する返送路と、前記返送路から分岐して、前記濃縮水の残部を系外に排出する排水路と、前記濃縮水の温度を測定する温度計と、前記濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度計と、前記濃縮水の残部の流量を測定する流量計と、前記温度計、前記電気伝導度計および前記流量計における測定値に基づいて、前記濃縮水の残部の排出量を制御する制御弁と、を備えたことを特徴とする純水製造装置。
［２］原水を逆浸透膜により処理水と濃縮水に分離する分離工程と、前記分離工程にて得られた濃縮水の一部を前記原水に返送する返送工程と、前記分離工程にて得られた濃縮水の残部を系外に排出する排出工程と、前記濃縮水の温度を測定する温度測定工程と、前記濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度測定工程と、前記濃縮水の残部の流量を測定する流量測定工程と、前記温度測定工程、前記電気伝導度測定工程および前記流量測定工程における測定値に基づいて、前記濃縮水の残部の排出量を制御する制御工程と、を有することを特徴とする純水の製造方法。
［３］前記制御工程において、予め調査しておいた原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係に基づいて、前記濃縮水のシリカ濃度がシリカ限界析出濃度を超えないように、前記濃縮水の残部の排出量を制御する前記［２］に記載の純水の製造方法。
［４］前記制御工程において、前記濃縮水の温度とその温度における前記濃縮水のシリカ限界析出濃度との関係を示す近似式に基づいて、前記濃縮水のシリカ濃度がシリカ限界析出濃度を超えないように、前記濃縮水の残部の排出量を制御する前記［２］または前記［３］に記載の純水の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、原水の温度に応じて、処理水の回収率を最適化することができる純水製造装置および純水の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る純水製造装置を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る純水の製造方法における濃縮水のシリカ濃度の制御に関するフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る純水の製造方法におけるシリカ限界析出濃度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の純水製造装置および純水の製造方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１１】
［純水製造装置］
図１は、本発明の一実施形態に係る純水製造装置を示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態の純水製造装置１は、逆浸透原水槽２と、逆浸透膜３とを、この順に備えている。また、本実施形態の純水製造装置１は、原水路１１と、返送路１２と、排水路１３と、温度計４と、電気伝導度計５と、流量計６と、制御弁７とを備えている。
【００１２】
逆浸透原水槽２としては、原水路１１から供給される原水を収容することができるものであれば、特に限定されない。逆浸透原水槽２に供給される原水（被処理水）は、水道水、井戸水、工業用水等を、予め除濁、除塩素等の前処理を行った水であることが好ましい。
逆浸透原水槽２は、水路１４を介して、逆浸透膜３に接続されている。
【００１３】
逆浸透膜３は、逆浸透原水槽２から供給される原水を処理水と濃縮水に分離し、原水中の原水中の炭酸イオン（ＣＯ３２−）やカルシウムイオン（Ｃａ２＋）等のイオン性物質を主に除去するためのものである。逆浸透膜３は、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねて海苔巻き状に巻き、容器に収めたスパイラル型モジュールを好適に使用できるが、これに限定されるものではない。
逆浸透膜３は、処理水を系外に送るための水路１５を備えている。
また、逆浸透膜３は、分離した濃縮水の一部を逆浸透原水槽２に返送する返送路１２に接続されている。
【００１４】
排水路１３は、返送路１２の途中から分岐して、逆浸透膜３から排出された濃縮水の残部（濃縮水のうち逆浸透原水槽２に返送されないもの）を系外に排出するためのものである。
【００１５】
温度計４は、例えば、排水路１３の途中に設けられ、濃縮水の温度を測定するためのものである。
【００１６】
電気伝導度計５は、例えば、排水路１３の途中に設けられ、濃縮水の電気伝導度を測定するためのものである。電気伝導度計５により濃縮水の電気伝導度を測定することにより、予め調査しておいた原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係に基づいて、濃縮水に含まれるシリカの濃度を導くことができる。
【００１７】
流量計６は、排水路１３の途中に設けられ、排水路１３を流れる濃縮水の残部の流量を測定するためのものである。
【００１８】
制御弁７は、排水路１３の途中でかつ流量計６の近傍に設けられ、温度計４、電気伝導度計５および流量計６における測定値に基づいて、排水路１３から系外に排出する濃縮水の残部の排出量を制御するためのものである。制御弁７は、温度計４、電気伝導度計５および流量計６における測定値に基づいて、濃縮水の残部の排出量を制御する制御部を備えている。
なお、測定値とは、温度計４においては濃縮水の温度であり、電気伝導度計５においては濃縮水の電気伝導度であり、流量計６においては濃縮水の残部の流量である。
制御弁７は、信号線２１を介して、温度計４、電気伝導度計５および流量計６と電気的に接続されている。
【００１９】
また、制御弁７は、予め調査しておいた原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係に基づいて、濃縮水のシリカ濃度が、シリカ限界析出濃度を超えないように、系外に排出する濃縮水の残部の排出量を制御する。
【００２０】
さらに、制御弁７は、濃縮水の温度とその温度における濃縮水のシリカ限界析出濃度との関係を示す近似式に基づいて、濃縮水のシリカ濃度がシリカ限界析出濃度を超えないように、濃縮水の残部の排出量を制御する。これにより、原水の温度に応じて、処理水の回収率を最適化することができる。
【００２１】
本実施形態の純水製造装置１によれば、逆浸透膜３から排出された濃縮水の一部を逆浸透原水槽２に返送し、逆浸透膜３から排出された濃縮水の残部を系外に排出するとともに、温度計４、電気伝導度計５および流量計６における測定値に基づいて、制御弁７により、濃縮水のシリカ濃度がシリカ限界析出濃度を超えないように、排水路１３から系外に排出される濃縮水の残部の排出量を制御する。これにより、濃縮水にシリカが析出して、原水の温度に応じて、処理水の回収率を最適化することができる。そのため、装置の運転管理の負荷を低減することができるとともに、年間の原水使用量と濃縮水の排出量を低減することができる。結果として、装置の運転経費を低減することができる。
【００２２】
［純水の製造方法］
本実施形態の純水の製造方法は、原水を逆浸透膜により処理水と濃縮水に分離する分離工程と、前記分離工程にて得られた濃縮水の一部を前記原水に返送する返送工程と、前記分離工程にて得られた濃縮水の残部を系外に排出する排出工程と、前記濃縮水の温度を測定する温度測定工程と、前記濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度測定工程と、前記濃縮水の残部の流量を測定する流量測定工程と、前記温度測定工程、前記電気伝導度測定工程および前記流量測定工程における測定値に基づいて、前記濃縮水の残部の排出量を制御する制御工程と、を有する。
【００２３】
図１を参照して、本実施形態の純水の製造方法を説明する。
原水路１１から逆浸透原水槽２に原水が供給される。
逆浸透原水槽２では、原水が収容される。
【００２４】
次いで、原水が、逆浸透原水槽２から水路１４を介して逆浸透膜３に供給され、逆浸透膜３により、その原水を処理水と濃縮水に分離し、原水中の炭酸イオンやカルシウムイオン等のイオン性物質を除去する（分離工程）。
原水を逆浸透膜３によって処理すると、逆浸透膜３を透過する処理水には二酸化炭素（ＣＯ２）が含まれ、一方、逆浸透膜３を透過しない濃縮水には、炭酸イオンやカルシウムイオン等のイオン性物質が含まれる。
【００２５】
次いで、逆浸透膜３から水路１５を介して、処理水が系外に送られ、目的とする（処理水を必要とする）装置、設備等に供給される。
【００２６】
また、逆浸透膜３から返送路１２を介して、濃縮水の一部が逆浸透原水槽２に返送される（返送工程）。
【００２７】
また、逆浸透膜３から、返送路１２の途中から分岐する排水路１３を介して、分離工程にて得られた濃縮水の残部を系外に排出する（排出工程）。
【００２８】
温度計４により、濃縮水の温度を測定する（温度測定工程）。
【００２９】
また、電気伝導度計５により、濃縮水の電気伝導度を測定する（電気伝導度測定工程）。濃縮水の電気伝導度を測定することにより、予め調査しておいた原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係に基づいて、濃縮水に含まれるシリカの濃度を導くことができる。
【００３０】
また、流量計６により、排水路１３を流れる濃縮水の残部の流量を測定する（流量測定工程）。
【００３１】
さらに、制御弁７により、温度測定工程、電気伝導度測定工程および流量測定工程における測定値に基づいて、排水路１３から系外に排出する濃縮水の残部の排出量を制御する（制御工程）。なお、測定値とは、温度測定工程においては濃縮水の温度であり、電気伝導度測定工程においては濃縮水の電気伝導度であり、流量測定工程においては濃縮水の残部の流量である。
【００３２】
また、制御工程において、予め調査しておいた原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係に基づいて、濃縮水のシリカ濃度が、シリカ限界析出濃度を超えないように、系外に排出する濃縮水の残部の排出量を制御する。
【００３３】
さらに、制御工程において、濃縮水の温度とその温度における濃縮水のシリカ限界析出濃度との関係を示す近似式に基づいて、濃縮水のシリカ濃度がシリカ限界析出濃度を超えないように、濃縮水の残部の排出量を制御する。濃縮水のシリカの濃度は、予め調査しておいた原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係に基づいて、濃縮水の電気伝導度を測定することによって導くことができる。したがって、濃縮水の電気伝導度の測定値を確認しながら、特定の温度における濃縮水のシリカの濃度が、その温度における濃縮水のシリカ限界析出濃度を超えないように、制御弁７により、濃縮水の残部の排出量を制御する。これにより、原水の温度に応じて、処理水の回収率を最適化することができる。
【００３４】
ここで、図２を参照して、濃縮水のシリカ濃度の制御のフローを説明する。
図２は、濃縮水のシリカ濃度の制御に関するフローチャートである。
【００３５】
原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係を計測する（ＳＴ１）。
ここでは、所定の温度において、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  ０１３０「電気伝導率測定通則」に準拠して、原水の電気伝導度（単位：ｍＳ／ｍ）を測定する。この測定に方法によれば、原水に含まれるシリカに起因する電気伝導度を測定することができる。
また、それぞれの温度における原水に含まれるシリカの濃度（単位：ｐｐｍ）を、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  ０５５５「超純水中のシリカ試験方法」に準拠して測定する。
上記の測定によって得られた、原水の温度と電気伝導度の関係と、原水の温度とシリカの濃度との関係から、それぞれの温度における、原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係を知ることができる。
なお、ＳＴ１は、原水の温度が変化した場合に実施すればよく、常時行う必要はない。
原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係を表１に例示する。このように、原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度は対応している。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
原水の電気伝導度と原水に含まれるシリカの濃度の関係式より、シリカ限界析出濃度を推測する（ＳＴ２）。
【００３８】
濃縮水の電気伝導度、すなわち、濃縮水のシリカ濃度が、シリカ限界析出濃度以下であるか判断する（ＳＴ３）。
【００３９】
濃縮水の電気伝導度が、シリカ限界析出濃度以下である場合、濃縮水の電気伝導度が（シリカ限界析出濃度−ｘ）未満であるか判断する（ＳＴ４）。
（シリカ限界析出濃度−ｘ）は、任意に設定することができる。シリカ限界析出濃度よりも濃縮水のシリカ濃度が大幅に低いときには、濃縮水のシリカ濃度を上げる余地がある。その目安として、（シリカ限界析出濃度−ｘ）を設定する。ｘは純水製造装置１の操業状況を鑑みて設定する。
【００４０】
濃縮水の電気伝導度が（シリカ限界析出濃度−ｘ）未満である場合、制御弁７を絞って、濃縮水のシリカ濃度（逆浸透膜ユニット（逆浸透膜３を含むユニット）の濃縮率）を上げる（ＳＴ５）。すなわち、制御弁７を絞って、濃縮水の残部の排水量を増加させる（言い換えれば、逆浸透原水槽２に返送する濃縮水量を減少させる）ことで濃縮率を上げる。
【００４１】
一方、ＳＴ４において、濃縮水の電気伝導度が（シリカ限界析出濃度−ｘ）未満でない場合、制御弁７の絞り量をそのままとする。
【００４２】
また、ＳＴ３において、濃縮水の電気伝導度が、シリカ限界析出濃度を超える場合、制御弁７を開いて、濃縮水のシリカ濃度（逆浸透膜ユニットの濃縮率）を下げる（ＳＴ６）。すなわち、制御弁７を開いて、濃縮水の残部の排水量を減少させる（言い換えれば、逆浸透原水槽２に返送する濃縮水量を増加させる）ことで濃縮率を下げる。
【００４３】
ここで、ＳＴ３について詳細に説明する。
図３に示すように、２０℃のときのシリカ限界析出濃度は１２０ｐｐｍ、５℃のときのシリカ限界析出濃度は３０ｐｐｍである。
逆浸透膜３に導入する原水のシリカ濃度をａ（ｐｐｍ）とし、逆浸透膜ユニットの濃縮率を５０％とすると、濃縮水のシリカ濃度は２ａ（ｐｐｍ）となる。
【００４４】
原水の温度が低温から高温になって、例えば、２０℃にあるとき、シリカ限界析出濃度は１２０ｐｐｍである。濃縮水のシリカ濃度２ａが１２０ｐｐｍ以下であれば、シリカが析出しない。言い換えると、２ａが１２０ｐｐｍになるまで、濃縮水のシリカ濃度を上げる（逆浸透膜ユニットの濃縮率を高める）ことができる。
【００４５】
逆に、原水の温度が低下して、高温から低温になって、例えば、５℃になったとき、このときのシリカ限界析出濃度は３０ｐｐｍである。濃縮水のシリカ濃度２ａが３０ｐｐｍを超えていると、シリカが析出する。言い換えると、２ａが２０ｐｐｍ以下になるまで、濃縮水のシリカ濃度を下げる（逆浸透膜ユニットの濃縮率を低くする）必要がある。
【００４６】
本実施形態の純水の製造方法によれば、返送工程により、分離工程にて得られた濃縮水の一部を逆浸透原水槽２内の原水に返送し、排出工程により、分離工程にて得られた濃縮水の残部を系外に排出するとともに、制御工程により、温度測定工程、電気伝導度測定工程および流量測定工程における測定値に基づいて、濃縮水のシリカ濃度がシリカ限界析出濃度を超えないように、排水路１３から系外に排出される濃縮水の残部の排出量を制御することにより、濃縮水にシリカが析出して、原水の温度に応じて、処理水の回収率を最適化することができる。そのため、装置の運転管理の負荷を低減することができるとともに、年間の原水使用量と濃縮水の排出量を低減することができる。結果として、装置の運転経費を低減することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  純水製造装置
２  逆浸透原水槽
３  逆浸透膜
４  温度計
５  電気伝導度計
６  流量計
７  制御弁
１１  原水路
１２  返送路
１３  排水路
１４，１５  水路
２１  信号線
【図１】
2020000984.tif 000004
【図２】
2020000984.tif 000005
【図３】
2020000984.tif 000006