(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスと重炭酸イオンとを含む被処理水を、酸、アルカリといった薬剤を用いることなく電気脱イオン処理して純水を製造する方法において、
該被処理水を逆浸透膜処理して重炭酸イオンを除去し、得られた透過水を脱気処理して炭酸ガスを除去し、脱気処理水を電気脱イオン処理する純水の製造方法であって、
酸消費量（ｐＨ４．８）が２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以上でｐＨ６．５以上の被処理水を逆浸透膜処理して、ｐＨ６．２以下の透過水を得ることを特徴とする純水の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、脱気処理は膜脱気装置による処理であり、該膜脱気装置に導入される水がＴＯＣ２００μｇ／Ｌ以下であるか若しくは導電率２０μＳ／ｃｍ以下であることを特徴とする純水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、液晶、製薬、食品、電力等の分野の各種産業、民生用、又は研究設備で利用される純水を製造する方法に係り、特に、電気脱イオン装置を用いた純水の製造方法において、薬剤を用いることなく電気脱イオン装置の炭酸ガス（ＣＯ２）負荷量を軽減して高水質の処理水を得るための純水の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、図２に示す如く、電極（陽極１１，陰極１２）の間に複数のアニオン交換膜１３及びカチオン交換膜１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されている。なお、図２において、１７は陽極室、１８は陰極室である。
【０００３】
電気脱イオン装置は、水解離によってＨ＋イオンとＯＨ−イオンを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるという優れた効果を発揮する。
【０００４】
図３は、このような電気脱イオン装置を組み込んだ一般的な純水製造装置を示す系統図であり、市水等の原水は、活性炭装置１及び逆浸透（ＲＯ）膜装置２で処理された後、電気脱イオン装置３で処理される。ここで、ＲＯ膜装置２は電気脱イオン装置３の有機物、硬度成分、塩類の負荷を軽減させるために設けられている。
【０００５】
ところで、電気脱イオン装置で、シリカ、ホウ素、炭酸ガス（ＣＯ２）などの弱電解物質を除去するためには、下記のようなイオン化反応を脱塩室内で生起させ、イオンを発生させる必要がある。
ＣＯ２＋ＯＨ−→ＨＣＯ３−                  （ｐＫａ＝６．３５）
ＳｉＯ２＋ＯＨ−→ＨＳｉＯ３−              （ｐＫａ＝９．８６）
Ｈ３ＢＯ３＋ＯＨ−→Ｂ（ＯＨ）４−          （ｐＫａ＝９．２４）
【０００６】
従って、このような弱電解物質が供給水中に高濃度で含まれる場合、これをイオン化するために、電気脱イオン装置の印加電圧を上げて水解離でＯＨ−イオンを多量に発生させる必要があることから、多大の電気量が必要となる。このため、従来においては、図４（ａ）に示す如く、ＲＯ膜装置２の入口でアルカリ（ＮａＯＨ）を注入してｐＨを８．３付近のアルカリ性とすることにより、ＣＯ２を重炭酸イオンに変えてＲＯ膜装置２で除去する方法や、図４（ｂ）に示す如く、ＲＯ膜装置２の前段で必要に応じて酸を添加してｐＨ５．５以下とし脱気装置４でＣＯ２を除去する方法などにより、電気脱イオン装置３のＣＯ２負荷を軽減させる方法が採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法は、脱ＣＯ２のために、酸、アルカリといった薬剤が必要となり、薬剤を必要としない電気脱イオン装置を採用することの利点が損なわれることから、好ましい方法とは言えない。
【０００８】
本発明は上記従来の問題を解決し、電気脱イオン装置を組み込んだ純水の製造方法において、薬剤を用いることなく電気脱イオン装置のＣＯ２負荷を軽減して高水質の処理水を得ることができる純水の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の純水の製造方法は、炭酸ガスと重炭酸イオンとを含む被処理水を、酸、アルカリといった薬剤を用いることなく電気脱イオン処理して純水を製造する方法において、該被処理水を逆浸透膜処理して重炭酸イオンを除去し、得られた透過水を脱気処理して炭酸ガスを除去し、脱気処理水を電気脱イオン処理する純水の製造方法であって、酸消費量（ｐＨ４．８）が２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以上でｐＨ６．５以上の被処理水を逆浸透膜処理して、ｐＨ６．２以下の透過水を得ることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、薬剤を使用することなく、被処理水中に含まれる酸消費量（ｐＨ４．８）成分をＲＯ膜装置で除去することにより、ｐＨの低い透過水を得る。この低ｐＨの透過水を脱気装置で処理することによりＣＯ２を効率的に除去し、電気脱イオン装置のＣＯ２負荷を軽減することができる。
【００１２】
なお、本発明では、被処理水の性状を酸消費量（ｐＨ４．８）で規定しているが、図５に示す一般的に純水製造装置の原水として用いられる市水等のｐＨと（酸消費量（ｐＨ４．８）（ＣａＣＯ３換算）／ＣＯ２（ＣＯ２換算））の存在比率との関係からも明らかなように、これはＣＯ２濃度で規定することもできる。例えば、ｐＨ７で、酸消費量（ｐＨ４．８）２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以上の水であれば、酸消費量（ｐＨ４．８）／ＣＯ２＝５であるので、ＣＯ２濃度は４（＝２０÷５）ｐｐｍ（ＣＯ２換算）以上である。
【００１３】
しかも、本発明では、ＲＯ膜装置による処理で低ｐＨとされた水をＲＯ膜装置の後段で脱気処理することにより、図４（ｂ）に示す如く、ＲＯ膜装置の前段で脱気処理する場合に比べてＣＯ２の除去性能を３０〜５０％も向上させることができる。これは、脱気装置の前段においてＲＯ膜装置で処理されるため、脱気装置に導入される水の導電率が低く、共存物質が少ないために、脱気装置において、脱気性能の低下を引き起こすことなく、ＣＯ２を効率的に除去することができると考えられる。
【００１４】
特に、脱気装置として膜脱気装置を用いた場合には、ＲＯ膜装置の前段にこれを設置する場合に比べて、ＲＯ膜装置の後段に設置することにより長期に亘って脱気性能を安定させることができる。
【００１５】
これは、ＲＯ膜装置により塩類やＴＯＣ成分が除去され、これらの汚染物質に起因する膜脱気装置のスライム付着障害等が軽減されるためであり、この場合、膜汚染を有効に防止して脱気性能を長期間安定させるために、膜脱気装置に導入される水はＴＯＣ２００μｇ／Ｌ以下であるか或いは導電率２０μＳ／ｃｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の純水の製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１８】
この方法では、市水等の原水を活性炭装置１、ＲＯ膜装置２、脱気装置４及び電気脱イオン装置３に順次通水する。このような処理において、ＲＯ膜装置２において、酸消費量（ｐＨ４．８）が２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以上でｐＨ６．５以上の被処理水を処理して、ｐＨ６．２以下の透過水を得る。
【００１９】
ＲＯ膜装置２において、このようなｐＨ及び酸消費量（ｐＨ４．８）成分の水を処理して酸消費量（ｐＨ４．８）成分を除去することによりｐＨを下げることができる。このような酸消費量（ｐＨ４．８）成分の除去によるｐＨ低減効果を得るために、ＲＯ膜装置に導入される被処理水の酸消費量（ｐＨ４．８）は２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以上であることが必要であり、特に２５ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以上であることが好ましい。この酸消費量（ｐＨ４．８）が過度に高いとＲＯ膜装置でのＣａＣＯ３スケール発生及び脱気装置のＣＯ２除去負荷が高くなるから、一般的には５０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以下である。また、この程度の酸消費量（ｐＨ４．８）の水は通常ｐＨ６．５以上、特に６．５〜８．０程度である。
【００２０】
このように酸消費量（ｐＨ４．８）２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）以上でｐＨ６．５以上の水は、市水や工水を除濁することにより調達することができる。
【００２１】
本発明においては、ＲＯ膜装置２において、このような水を処理してｐＨ６．２以下の透過水を得る。また、脱気装置４として膜脱気装置を用いた場合には、前述の如く、膜脱気装置の脱気性能の長期安定化のために、ＲＯ膜装置２の透過水はＴＯＣ濃度２００μｇ／Ｌ以下、特に１００μｇ／Ｌ以下であるか、導電率２０μＳ／ｃｍ以下、特に１０μＳ／ｃｍ以下であることが好ましい。なお、この水は、ＴＯＣ濃度及び導電率が共に上記上限値以下であることが好ましいことは言うまでもない。
【００２２】
ＲＯ膜装置２における処理により、上記ｐＨ、ＴＯＣ濃度、導電率の透過水を得るためには、ＲＯ膜装置２における処理において、次のような条件ないし手段を採用するのが有効である。
▲１▼  ＲＯ膜装置の給水電気伝導率は３００μＳ／ｃｍ以下である。
▲２▼  ＲＯ膜装置の給水ＴＯＣ濃度は２ｍｇ／Ｌ（Ｃ換算）以下である。
▲３▼  ＲＯ膜モジュールはＰＡ（ポリアミド）系の複合膜が好ましい。
【００２３】
なお、本発明において、脱気装置としては、膜脱気装置に限らず、脱炭酸塔、真空脱気塔等を用いることもできるが、小型で保守管理が容易な点から膜脱気装置を用いるのが好適である。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２５】
実施例１
図１に示す方法で本発明に従って、下記水質の水を１５０Ｌ／ｈｒの処理量で処理した。
［原水水質］
酸消費量（ｐＨ４．８）：２５ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ３換算）
ｐＨ          ：７．０
電気伝導率    ：２００μＳ／ｃｍ
【００２６】
各装置の仕様は次の通りである。
0003674475.tif 000002
ＲＯ膜装置の水回収率は７０％、電気脱イオン装置の水回収率は８５％とし、電気脱イオン装置の通水ＳＶは７５ｈｒ−１とした。
【００２７】
このときのＲＯ膜装置の被処理水及び透過水の水質、電気脱イオン装置入口水（膜脱気装置の処理水）の水質、得られた最終処理水（電気脱イオン装置の脱イオン水）の水質は表１に示す通りであった。
【００２８】
この純水製造装置の運転を１０ヶ月間継続して行い、膜脱気装置におけるＣＯ２除去率の経時変化を調べたところ、図６に示す如く、ＣＯ２除去率９０％で安定に処理を行うことができた。
【００２９】
比較例１
実施例１において、ＲＯ膜装置における処理条件のうち、ＲＯ膜装置被処理水のｐＨをＮａＯＨによりｐＨ８．３に変えることにより、表１に示す水質の透過水を得たこと以外は同様にして処理を行ったところ、各部の水質は表１に示す通りであり、実施例１に比べて劣るものであった。
【００３０】
【表１】
0003674475.tif 000003
【００３１】
比較例２
活性炭装置、ＲＯ膜装置、脱気装置及び電気脱イオン装置として実施例１で用いたものと同様の装置を用い、これらを図４（ｂ）に示すように組み立て、脱気装置４の入口でＨＣｌを添加してｐＨ５．５に調整して順次原水を通水して処理を行ったこと以外は実施例１と同様にして処理した。このときの膜脱気装置のＣＯ２除去率の経時変化を調べたところ、図６に示す如く、ＣＯ２除去率は運転開始初期においても約８５％（電気脱イオン装置の入口水のＣＯ２濃度は７５０μｇ／Ｌ）で実施例１の場合よりも劣るものであり、しかも、経時による膜汚染で脱気性能が大幅に低下することが認められた。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の純水の製造方法によれば、電気脱イオン装置を用いる純水の製造において、薬剤を用いることなく電気脱イオン装置のＣＯ２負荷を軽減して高水質の処理水を得ることができる。
【００３３】
特に、請求項３の方法によれば、膜脱気装置における脱気性能を高く維持して、高水質の処理水を長期に亘り安定に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水の製造方法の実施の形態を説明する系統図である。
【図２】電気脱イオン装置の一般的な構成を示す模式的な断面図である。
【図３】従来の一般的な純水製造装置を示す系統図である。
【図４】従来の純水の製造方法を示す系統図である。
【図５】ｐＨと（酸消費量（ｐＨ４．８）／ＣＯ２）比との関係を示すグラフである。
【図６】実施例１及び比較例２における膜脱気装置のＣＯ２除去率の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  活性炭装置
２  ＲＯ膜装置
３  電気脱イオン装置
４  脱気装置
１０  イオン交換体
１１  陽極
１２  陰極
１３  アニオン交換膜
１４  カチオン交換膜
１５  濃縮室
１６  脱塩室
１７  陽極室
１８  陰極室
【図１】
0003674475.tif 000004
【図２】
0003674475.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003674475.tif 000009