(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を脱炭酸処理する脱炭酸手段と、該脱炭酸手段の処理水を逆浸透膜分離処理する逆浸透膜分離手段と、該逆浸透膜分離手段の透過水を脱イオン処理する電気脱イオン装置とを備える純水製造装置であって、
該電気脱イオン装置から排出される濃縮水を前記脱炭酸手段に送給する手段と、該電気脱イオン装置から排出される電極水を脱塩素処理する脱塩素手段と、該脱塩素手段の処理水を前記脱炭酸手段に送給する手段とを設けたことを特徴とする純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は純水製造装置に係り、特に、電気脱イオン装置を備える純水製造装置であって、電気脱イオン装置から排出される濃縮水及び電極水を効率的に処理して水の回収率を高めた純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体、レンズ、液晶等の洗浄用水、医薬用水等に用いられる純水の製造装置あるいは燃料電池用水処理装置等に、連続式電気脱イオン装置（Continuous De-Ionizer;以下「ＤＩ」と称す。）が用いられている。このＤＩは、複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列し、正の電極室と負の電極室との間に濃縮水室と脱イオン水製造室とを交互に形成し、脱イオン水製造室にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合して充填した構成となっている。
【０００３】
このＤＩは特に逆浸透による製造水の更なる水質向上に対して効果的な脱イオン処理が可能であり、イオン交換樹脂の再生を必要とせず、完全な連続採水が可能で、極めて高純度の水が得られるという優れた効果を奏する。
【０００４】
ＤＩでは、脱イオン水製造室に流入した被処理液中のイオンが親和力、濃度及び移動度に基いてイオン交換樹脂と反応して、電位の傾きの方向に樹脂中を移動し、更に、脱イオン水製造室と濃縮水室とを仕切るカチオン交換膜又はアニオン交換膜を横切って移動し、すべての室において電荷の中和が保たれるようになる。そして、イオン交換膜の半浸透特性及び電位の傾きの方向性により、被処理液中のイオンは脱イオン水製造室では減少し、隣りの濃縮水室では濃縮されることになる。このため、脱イオン水製造室から脱イオン水が回収される。
【０００５】
このようなＤＩの前処理手段として、一般に、逆浸透膜分離装置（ＲＯ装置）が設けられている。このＲＯ装置で原水中の電解質、ＴＯＣ成分を除去することにより、ＤＩにおける負荷を低減し、高純度の処理水を得ることができるようになる。
【０００６】
ところで、ＤＩの濃縮水室からは、被処理水のイオンが濃縮された濃縮水が排出され、また、電極室からは、電極室に集まったイオン類や発生したガスをＤＩから排出するために電極水が排出される。これらのイオン含有排水を系外に排出した場合、その排水量分だけ水回収率が低下する。因みに、ＤＩの濃縮水及び電極水を全量系外に排出した場合のＤＩの水回収率は８０％程度である。
【０００７】
従って、節水及び排水処理設備の負荷軽減の面からは、ＤＩから排出される濃縮水及び電極水を回収、処理して再利用することが望まれる。
【０００８】
従来、図２に示す如く、ＲＯ装置１の透過水をＤＩ２で処理する系において、ＤＩ２の濃縮水の一部をポンプＰでＤＩ２の濃縮水室入口に循環し、残部をタンク３に溜め、ＲＯ装置１の逆洗水として使用するか、他の系で使用することが提案されている。
【０００９】
また、図３に示す如く、ＤＩ２の濃縮水の一部をポンプＰでＤＩ２の濃縮水室入口に循環し、残部をＲＯ装置１の入口側に循環する方法も提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図２，３に示す如く、ＤＩ２の濃縮水をＤＩ２の入口側に直接循環する方法では、ＤＩ２の流入水の水質が低下し、得られる脱イオン水の水質が上昇しないという問題がある。
【００１１】
図３に示す如く、ＤＩ２の濃縮水の一部をＲＯ装置１の入口側に循環する方法であっても、ＤＩの濃縮水に集められた炭酸成分の炭酸ガスがＲＯ膜を透過し、ＤＩ２内でＨＣＯ3-，ＣＯ32- にイオン化されることでＤＩ２のイオン負荷となり、やはり、ＤＩ２の脱イオン水の水質低下を引き起こす。
【００１２】
即ち、ＤＩから排出される濃縮水及び電極水中には、Ｎａ+ ，Ｃａ2+，ＳＯ42- ，Ｃｌ- などのイオン類の他、炭酸成分（ＣＯ2 ，ＨＣＯ3-，ＣＯ32- ）が含まれている。また、正の電極室では酸化力のある塩素ガス（Ｃｌ2 ）が発生するため、正の電極室からの電極水中にはＣｌ2 も含まれている。
【００１３】
ＤＩの濃縮水中の成分のうち、イオン類及び炭酸成分のうちのイオン性のＨＣＯ3-，ＣＯ32- は、ＲＯ装置である程度除去可能であるが、ＣＯ2 ガスはＲＯ装置で除去することはできない。ＲＯ装置を通過したＣＯ2 ガスは、系内のｐＨ条件により、一部がＨＣＯ3-，ＣＯ32- に解離し、ＤＩのイオン負荷となる。このためＤＩ処理水質が低下する。これらの炭酸成分は、系内で蓄積される場合もあり、この結果としてＤＩ処理水質が更に低下する。
【００１４】
ＤＩの電極水を循環した場合にも、上記と同様の問題が起こる。また、正の電極室では酸化力のある塩素ガス（Ｃｌ2 ）が発生するため、これをそのままＲＯ装置に循環すると、ＲＯ膜の酸化劣化の問題も生じる。
【００１５】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ＤＩを備える純水製造装置であって、ＤＩから排出される濃縮水及び電極水を回収、処理することで水の回収率を高めると共に、高水質の処理水を得ることができる純水製造装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の純水製造装置は、原水を脱炭酸処理する脱炭酸手段と、該脱炭酸手段の処理水を逆浸透膜分離処理する逆浸透膜分離手段と、該逆浸透膜分離手段の透過水を脱イオン処理する電気脱イオン装置とを備える純水製造装置であって、該電気脱イオン装置から排出される濃縮水を前記脱炭酸手段に送給する手段と、該電気脱イオン装置から排出される電極水を脱塩素処理する脱塩素手段と、該脱塩素手段の処理水を前記脱炭酸手段に送給する手段とを設けたことを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明の純水製造装置では、ＤＩから排出される濃縮水及び電極水を脱炭酸手段で脱炭酸処理した後、ＲＯ装置で処理することにより、該濃縮水及び電極水中の炭酸成分及びイオン類を効率的に除去することができるため、濃縮水及び電極水の循環によるＤＩのイオン負荷の増加は防止される。ＤＩの水回収率も向上する。
【００１８】
また、電極水を脱塩素手段で脱塩素処理することにより、塩素によるＲＯ膜の酸化劣化が防止される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の純水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２１】
本実施の形態の装置は、原水を脱炭酸塔４，ＲＯ装置１及びＤＩ２で処理する純水製造装置に本発明を適用したものであって、ＤＩ２から排出される電極水を脱塩素処理するための活性炭塔５を設け、ＤＩ２の濃縮水室２Ｂ，２Ｄから排出される濃縮水を脱炭酸塔４の入口側に循環すると共に、ＤＩ２の電極室２Ａ，２Ｅから排出される電極水を活性炭塔５で脱塩素処理した後、脱炭酸塔４の入口側に循環し、原水、濃縮水及び電極水の脱塩素処理水に酸を添加した後、脱炭酸塔４，ＲＯ装置１及びＤＩ２で処理し、ＤＩ２の脱イオン水製造室２Ｃから処理水を取り出すようにしたものである。
【００２２】
本実施の形態の純水製造装置では、ＤＩ２の電極水は活性炭塔５で脱塩素処理された後、原水導入側へ循環される。また、ＤＩ２の濃縮水は、そのまま原水導入側へ循環される。
【００２３】
原水とＤＩ２の濃縮水とＤＩの電極水の脱塩素処理水は、酸の添加でｐＨ４．０〜６．０程度に調整された後、脱炭酸塔４でＣＯ2 が除去される。
【００２４】
脱炭酸塔４の流出水は、ポンプＰによりＲＯ装置１に導入されてＲＯ処理され、含有されるイオン類やＴＯＣ成分が除去される。このＲＯ装置１の濃縮水は系外へ排出される。このＲＯ装置の水回収率（透過水量／ＲＯ装置流入水量）は、水質と水回収率とのバランスの面から６５〜８５％程度とするのが好ましい。
【００２５】
ＲＯ装置１の透過水は、ＤＩ２に送給され脱イオン処理されるが、この透過水はＤＩ２の電極水中のＣｌ2 が活性炭塔５で除去され、更にＤＩ２の電極水、濃縮水及び原水中の炭酸成分が脱炭酸塔４で除去され、次いでイオン類やＴＯＣ成分がＲＯ装置１で除去された、比較的水質の高い水であるため、この透過水をＤＩ２で処理することにより、高水質の処理水を得ることができる。
【００２６】
従って、このような純水製造装置であれば、処理水の水質を低下させることなく、ＤＩから排出される濃縮水及び電極水を全量回収して処理することで水の有効利用を図ることができる。
【００２７】
なお、図１に示す純水製造装置は本発明の純水製造装置の一例であって、本発明は図示のものに限定されるものではない。例えば、脱塩素手段としては活性炭塔の他、触媒分解塔、重亜硫酸ソーダなどによる薬品処理手段等を用いることができる。また、脱炭酸手段としては、脱炭酸塔の他、脱気膜等を用いることができる。更に、ＤＩの濃縮水の一部はポンプを設けてＤＩ入口に再循環しても良い。脱塩素手段に供給する電極水は塩素ガスの発生する正極側のみでも良い。
【００２８】
【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。
【００２９】
実施例１
図１に示す本発明の純水製造装置により、リン酸型燃料電池よりの排出水と補給市水の混合水（水質は下記の通り）を原水として処理を行うに当り、ＤＩの濃縮水を脱炭酸塔に返送すると共に、ＤＩの電極水を活性炭塔を経て脱炭酸塔に返送した。
【００３０】
混合水水質
電気伝導率：９３μＳ／ｃｍ
ｐＨ      ：７．５
Ｍ−アルカリ度：４２ｍｇ／Ｌ
ナトリウムイオン：２４．７ｍｇ／Ｌ
塩化物イオン：２４ｍｇ／Ｌ
シリカ    ：７ｍｇ／Ｌ
全硬度    ：４１ｍｇ／Ｌ
脱炭酸塔、ＲＯ装置、活性炭塔及びＤＩとしては下記のものを用い、ＤＩの印加電圧は８０Ｖとした。
【００３１】
脱炭酸塔：
塔有効高さ：２ｍ
充填物：ネットリング（径１インチ）
給水ｐＨ：５．５（ＨＣｌ添加により調整）
ＲＯ装置：ＲＯ膜として栗田工業（株）製「ＫＲＯＡ−９８ＨＮ」（ポリアミド系合成複合膜）を装填したもの
ＲＯ装置の水回収率＝８３％
活性炭塔：
活性炭＝栗田工業（株）製「クリコールＷＧ−１６０」を有効高さ１ｍ充填
通水ＳＶ＝５ｈｒ-1
ＤＩ：ＵＳＦｉｌｔｅｒ社製ＤＩ（セル数（濃縮水室数と脱イオン水製造室    数との合計）＝３６）
ＤＩの通水流量は次の通りとした。
【００３２】
生産水（処理水）量＝５００Ｌ／ｈｒ
濃縮水量＝１２０Ｌ／ｈｒ
電極水量＝６０Ｌ／ｈｒ
ＤＩより得られた処理水の水質（抵抗率）の経時変化を図４に示す。
【００３３】
比較例１
実施例１において、ＤＩの濃縮水及び電極水をＲＯ装置の入口側に返送したこと以外は同様に処理を行い、ＤＩより得られた処理水の水質（抵抗率）の経時変化を図４に示した。
【００３４】
図４より明らかなように、本発明の純水製造装置によれば、濃縮水及び電極水を全量回収処理しても水質の低下を引き起こすことなく、処理を継続できる。これに対して、電極水の脱塩素及び脱炭酸、濃縮水の脱炭酸を行わずにＲＯ装置に循環した比較例１では、運転開始５日目から水質が低下し始めた。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の純水製造装置によれば、ＤＩから排出される濃縮水及び電極水を回収、処理して再利用できるため、ＤＩの水回収率は従来の約８０％から１００％に向上し、水を有効利用することができる。しかも、このように水回収率を高めても、ＤＩ処理水質が低下することはなく、高水質の処理水を安定かつ効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水製造装置の一実施例を示す系統図である。
【図２】従来例を示す系統図である。
【図３】従来例を示す系統図である。
【図４】実施例１及び比較例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ＲＯ装置
２  ＤＩ
４  脱炭酸塔
５  活性炭塔
【図１】
0003700244.tif 000002
【図２】
0003700244.tif 000003
【図３】
0003700244.tif 000004
【図４】
0003700244.tif 000005