(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を酸性下に脱炭酸処理した後、逆浸透膜分離装置で脱イオン処理して純水を製造する方法において、
該逆浸透膜分離装置に流入する流入水のｐＨと、該逆浸透膜分離装置の透過水の比抵抗とを測定し、測定されたｐＨ値と比抵抗値との関係曲線に基き、比抵抗値が大きくなるように、該流入水のｐＨを調整する方法であって、
該比抵抗値が低下傾向となった場合には、該流入水のｐＨを変動させ、そのｐＨ変動に応じて該ｐＨ値と比抵抗値との関係曲線を更新し、更新された関係曲線に基いて、比抵抗値が大きくなるように、流入水のｐＨを調整することを特徴とする純水製造方法。
【請求項２】
請求項１において、該流入水のｐＨ値を変えて比抵抗を測定することにより前記関係曲線を求めることを特徴とする純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原水を酸性下に脱炭酸処理した後、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置で脱イオン処理する純水製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、市水、井水、工水、回収水、その他の水から純水を製造する方法として、これらの水を前処理（除濁、除塩素）した後、酸を添加して脱気装置で脱炭酸処理し、脱炭酸処理水を２段に直列配置したＲＯ膜分離装置に順次通水処理（２段ＲＯ処理）し、更にＲＯ処理水をイオン交換装置で処理する方法がある。また、このイオン交換装置の代りに、ＲＯ膜分離装置を用い、３段ＲＯ処理を行う方法もある。
【０００３】
また、このような２段又は３段ＲＯ処理において、処理水質の改善を図るために、ＲＯ膜分離装置の給水に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリを注入し、ＲＯ膜分離装置に供給される水中に残留する炭酸（ＣＯ２  ）をイオン化（ＨＣＯ３−，ＣＯ３２−  ）してＲＯ処理する方法が提案されている。
【０００４】
即ち、ＣＯ２  はｐＨが低いとＣＯ２  ガス形態となるが、ｐＨが高いとイオンの形になり脱気装置で除去し得なくなるため、脱気装置の給水には酸を添加してＣＯ２  ガス形態として除去し、ＲＯ膜分離装置の給水にはアルカリを添加してイオン形態としてＲＯ処理で除去するようにする。
【０００５】
特開平７−１６５６５号公報には、このようなアルカリ添加を行う３段ＲＯ処理において、２段目のＲＯ膜分離装置にＮａＯＨを添加するに当り、この２段目のＲＯ膜分離装置の濃縮水のｐＨを測定し、濃縮水のｐＨが７〜８となるようにＮａＯＨを添加することが記載されている。
【０００６】
ところで、このようなＲＯ処理による純水の製造において、用いるＲＯ膜の種類により給水の最適ｐＨが異なり、得られる生産水（透過水）の比抵抗が高くなるｐＨ領域は非常に狭いことが報告されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、ＲＯ膜分離処理では、生産水の比抵抗が高くなるｐＨ条件は非常に狭いため、ｐＨ計の校正不良等によりわずかでも給水のｐＨ値が変動すると得られる透過水の比抵抗は大きく低下してしまう。
【０００８】
従って、水質の向上のためには、ｐＨ制御が極めて重要な要件となるが、特開平７−１６５６５号公報に記載されるように、２段目のＲＯ膜分離装置の濃縮水のｐＨ値でｐＨ調整を行う方法では、原水のｐＨ変動に対し、ＲＯ膜分離装置の滞留時間分の時間遅れが生じ、即時的なｐＨ調整を行うことは困難である。このため、瞬間的に比抵抗の高い生産水が得られてもこのような水質を連続して安定に維持することは困難であった。また、ＲＯ膜分離装置のＲＯ膜の種類を変える毎に設定ｐＨを変える必要があり、操作が煩雑であった。
【０００９】
また、本発明者は、ＲＯ処理におけるｐＨ条件と生産水の比抵抗について検討を重ねた結果、同種のＲＯ膜であっても、給水の水質が変化すると最大比抵抗を与える最適ｐＨ条件は変化することを見出した。また、ＲＯ膜自体の経時変化によっても同様な現象が起きることを見出した。
【００１０】
しかしながら、現状において、このような最適ｐＨ条件の変化にも対応し得るｐＨ制御技術は提案されていない。
【００１１】
本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、原水を酸性下に脱炭酸処理した後、ＲＯ膜分離装置で脱イオン処理する純水の製造方法において、原水水質やＲＯ膜の種類、ｐＨ計の性能等の通水諸条件の変動に十分に対応してＲＯ処理の給水を生産水の比抵抗が最適となるｐＨ条件にｐＨ調整することにより、高純度の純水を安定に製造する方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の純水製造方法は、原水を酸性下に脱炭酸処理した後、ＲＯ膜分離装置で脱イオン処理して純水を製造する方法において、該ＲＯ膜分離装置に流入する流入水のｐＨと、該ＲＯ膜分離装置の透過水の比抵抗とを測定し、測定されたｐＨ値と比抵抗値との関係曲線に基き、比抵抗値が大きくなるように、該流入水のｐＨを調整する方法であって、該比抵抗値が低下傾向となった場合には、該流入水のｐＨを変動させ、そのｐＨ変動に応じて該ｐＨ値と比抵抗値との関係曲線を更新し、更新された関係曲線に基いて、比抵抗値が大きくなるように、流入水のｐＨを調整することを特徴とする。
【００１３】
ＲＯ膜については、同一のＲＯ膜を用いても、例えば原水水質の変化により、図２のＡ条件、Ｂ条件に示すように、最適ｐＨ条件が異なるものとなる。従って、給水のｐＨと生産水（透過水）の比抵抗とを１回測定しただけでは、例えば、図２において、ｐＨ＝Ｐ，比抵抗＝Ｍの場合、どちらの条件に含まれるのか判定することはできない。
【００１４】
しかし、この場合において、給水のｐＨを上げると生産水の比抵抗が下がるようであればＡ条件であり、逆に、給水のｐＨを上げると生産水の比抵抗が上がるようであればＢ条件であることがわかる。
【００１５】
本発明では給水のｐＨと生産水の比抵抗とを測定してこの変動の様子を追跡し、この関係曲線を求め、この曲線に基いて比抵抗が高くなるようにｐＨ調整を行う。
【００１６】
従って、水質変動等の通水諸条件の変動があっても、常に生産水の比抵抗を高くするようにｐＨ調整を行うことができる。
【００１７】
なお、本発明者による研究により、例えば図２に示すようなｐＨと比抵抗との関係において、給水のｐＨが最適ｐＨ値より高い場合には主にＮａイオン等のカチオンが生産水中に増えることで比抵抗が低下し、逆に、給水のｐＨが最適ｐＨ値よりも低い場合には主に炭酸イオン等のアニオンが生産水中に増えることで比抵抗が低下することが判明した。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１は本発明の純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【００２０】
図示の方法は、脱イオン処理を３段に直列配置したＲＯ膜分離装置に順次通水して行うものであり、１は原水タンク、２は脱気装置、３は活性炭塔、４は１段目のＲＯ膜分離装置（以下「第１ＲＯ装置」と称す。）、５は２段目のＲＯ膜分離装置（以下「第２ＲＯ装置」と称す。）、６は３段目のＲＯ膜分離装置（以下「第３ＲＯ装置」と称す。）である。１０は制御装置、１１，１３，１５はｐＨ調整剤添加手段、１２，１４，１６はｐＨ計、１９は比抵抗計、１８はＮａイオンモニター（以下「Ｎａ計」と称す。）、Ｐ１  ，Ｐ２  はポンプである。
【００２１】
まず、原水タンク１内の原水、即ち、市水、工水、井水、回収水等に必要に応じて除濁、除塩素等の前処理を施して得られる水に、ｐＨ調整剤（酸）を添加した後、脱気装置２で脱気処理する。この脱気装置２としては脱炭酸塔や膜脱気装置等を採用することができる。
【００２２】
この脱気装置２の給水のｐＨは４．５〜５．０であることが好ましい。即ち、前述の如く、脱気装置２では、低ｐＨ条件下で炭酸成分をＣＯ２  ガス形態として除去するため、この点においては、給水のｐＨは低い方が好ましいが、過度にｐＨを下げ過ぎるとｐＨ調整剤によるイオン負荷（例えば、Ｈ２  ＳＯ４  ）が後段のＲＯ装置にかかるため、過度にｐＨを低くすると最終処理水の比抵抗が低くなり好ましくない。また、原水の炭酸成分及びＣａ濃度によっては、ＲＯ膜へのＣａＣＯ３  やＣａＦ２  のスケール付着の問題もあるため、ｐＨは４．０〜５．０とするのが好ましい。
【００２３】
脱気装置２の流出水は活性炭塔３に通水され、その後ｐＨ調整剤（酸又はアルカリ）を添加した後、第１ＲＯ装置４に通水され、再度ｐＨ調整剤（酸又はアルカリ）が添加された後、第２ＲＯ装置５、第３ＲＯ装置６に順次通水されて脱イオン処理される。
【００２４】
この純水製造方法において、活性炭塔３は、活性炭による触媒作用のものと、ＣＯ２  のイオン化を進行させてＲＯ装置での除去効率を高めるためのものであり、このイオン化のためには、活性炭塔３の給水のｐＨが６．０〜６．８程度となるように、脱気装置２で脱気処理を行うのが好ましい。なお、この活性炭塔３のｐＨ条件の調整のために、必要に応じて脱気装置２の流出水にアルカリを添加しても良く、この場合には、このアルカリ添加手段についても後述の制御装置によるｐＨ調整を行うようにするのが好ましい。
【００２５】
ここで、ｐＨ調整剤としての酸としては、硫酸（Ｈ２  ＳＯ４  ）、塩酸（ＨＣｌ）等が好適であり、アルカリとしては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等を用いることが好適である。
【００２６】
本実施例では、各ｐＨ調整剤添加手段１１，１３，１５を各々ｐＨ計１２，１４，１６の測定結果に連動させてフィードバック制御することにより、所定のｐＨ値となるようにｐＨ調整剤を添加する。
【００２７】
各ｐＨ計１２，１４，１６の測定値及び最終処理水（第３ＲＯ装置６の透過水）の比抵抗を測定する比抵抗計１７の測定値、及び最終処理水のＮａイオン濃度を測定するＮａ計１８の測定値は制御装置１０に入力される。この制御装置１０では、各ｐＨ値と比抵抗値及びＮａイオン濃度との関係が求められ、かつ、常に最新のデータにより更新されるように設計されている。従って、通水諸条件の変動により、最適ｐＨが変動し、比抵抗が低下した場合には、特定のｐＨ調整剤添加箇所においてｐＨ設定値を上下させ、そのｐＨ変動に応じてｐＨ値と比抵抗との関係を調べ、最適の比抵抗が得られるように当該箇所のｐＨ設定を変える信号を出力する。この制御装置１０には、ニューラルネットワーク等の人工知能ソフトを用いることが望ましい。
【００２８】
また、図１に示す装置では、Ｎａ計（例えば、東洋メデック社製Ｎａ計）１８が設けてあるため、このＮａ計１８によるＮａイオン濃度の上昇により、最適ｐＨ値よりも現状のｐＨが高ｐＨ域となっているとする判断基準とすることもできる。また、Ｎａ計の代りに炭酸イオンを測定するＴＯＣ計（例えば、シーバス社製ＴＯＣ計）を設け、ＩＣ（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ：全炭酸成分（ＣＯ２  ，ＨＣＯ３−及びＣＯ３２−  ）を炭酸換算した値）濃度を調べ、ｐＨ調整の判断基準とすることもできる。
【００２９】
この３段ＲＯ処理のうち、第１ＲＯ装置４の濃縮水は系外へ排出するが、第２ＲＯ装置５の濃縮水及び第３ＲＯ装置６の濃縮水は、既に第１ＲＯ装置４によるＲＯ装置で純度が高められたものであるため、水回収率の向上のために、原水タンク１に返送する。
【００３０】
なお、図１に示す如く、３段ＲＯ処理する場合、第３ＲＯ装置６に流入する第２ＲＯ装置５の透過水は、既に２段階のＲＯ処理を経ることで、十分に脱イオン処理がなされ、比較的水質の高いものである。このようにイオン濃度の低い第２ＲＯ装置５の透過水をＲＯ処理する第３ＲＯ装置６のＲＯ膜としては、低塩類濃度域における塩類阻止率の高いＲＯ膜を用いるのが好ましい。このようなＲＯ膜であれば、２段ＲＯ処理により既にイオン濃度が相当に低減された第２ＲＯ装置５の透過水中のイオンを極低濃度にまで除去して、著しく高水質の処理水を得ることができる。
【００３１】
この第３ＲＯ装置６に用いるＲＯ膜としては、塩類濃度０．１〜２ｐｐｍというような低塩類濃度域における塩類阻止率が９０％以上のＲＯ膜、例えば、日東電工社製「ＮＴＲ−７１９ＨＦ」「ＥＳ１０Ｃ」（共にＮａＣｌ濃度１〜１０ｐｐｍでのＮａＣｌ阻止率９９％以上）等を用いるのが好ましい。
【００３２】
図１に示す方法は本発明の実施の形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示の方法に限定されるものではない。
【００３３】
例えば、ＲＯ装置は２段に配置しても良く、また４段以上に配置しても良い。また、アルカリ添加及び活性炭処理は、第２ＲＯ装置以降のＲＯ膜分離装置の前段に設けても良い。
【００３４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３５】
実施例１
図１に示す装置により純水の製造を行った。
【００３６】
水道水（３００Ｌ／ｈｒ）に酸（ＨＣｌ）を添加してｐＨ４．７〜４．８とした水を、膜脱気装置（４インチ大日本インキ製ＥＦ０４０Ｐ脱気膜）２で脱気処理して得られたｐＨ６．５の水を、活性炭塔にＳＶ＝２０ｈｒ−１（滞留時間３分）で通水した後、３段に直列配置したＲＯ装置４，５，６に順次通水した。
【００３７】
なお、用いたＲＯ膜（いずれも４インチＲＯ膜）は次の通りである。
【００３８】
第１ＲＯ装置４：ポリアクリルアミド膜（日東電工株式会社製「ＥＳ２０」）
第２ＲＯ装置５：ポリアクリルアミド膜（日東電工株式会社製「ＥＳ２０」）
第３ＲＯ装置６：ポリアクリルアミド膜（日東電工株式会社製「ＥＳ１０Ｃ」）
また、第１ＲＯ装置４の入口側ではＮａＯＨを添加して給水のｐＨを６．９〜７．６の範囲でｐＨ調整した。
【００３９】
このような処理において、脱気装置２の給水のｐＨを４．７〜４．８に調整し、第１ＲＯ装置４の給水のｐＨを変化させて、このｐＨと生産水（第３ＲＯ装置６の透過水）の比抵抗との関係を求めたところ、図３（ａ）に示す如く、第１ＲＯ装置４の最適ｐＨは約７．１であることが判明した。
【００４０】
そこで、第１ＲＯ装置４の給水のｐＨが７．１となるようにｐＨ制御したところ、比抵抗１４〜１５ＭΩ・ｃｍの高水質の生産水を安定に得ることができた。
【００４１】
この装置において、原水を水道水から、半導体製造プロセスの回収水：水道水＝７：３の水となるように回収水を原水タンクに混入させたところ、ｐＨ７．１では、比抵抗は低下傾向となった。そこで、第１ＲＯ装置４の給水ｐＨを制御装置１０により上げてみると比抵抗は降下し、下げてみると比抵抗は上昇したので、ｐＨを徐々に上げ、１時間後に最適ｐＨは約６．０であることが判明した。この間も比抵抗１３〜１６ＭΩ・ｃｍの高水質の生産水を得ることができた。そこで、第１ＲＯ装置４の給水がｐＨ６．０となるようにｐＨ制御したところ、比抵抗１６ＭΩ・ｃｍの生産水が継続して得られた。その後、ｐＨと比抵抗の関係を調べたところ図３（ｂ）のとおりであり、最適ｐＨは約６．０であることが確認された。
【００４２】
なお、上記実施例では第１ＲＯ装置の給水のｐＨ制御を行ったが、同様にして第２ＲＯ装置の給水のｐＨ制御を行って比抵抗を高い値で安定させることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の純水製造方法によれば、通水諸条件の変動に対応して生産水の比抵抗が最適となるようにｐＨ制御を行うことができ、高純度の純水を安定に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】ＲＯ膜分離装置の給水のｐＨと生産水の比抵抗との関係を示すグラフである。
【図３】実施例１で得られた第１ＲＯ装置の給水のｐＨと生産水の比抵抗との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  原水タンク
２  脱気装置
３  活性炭塔
４  第１ＲＯ装置
５  第２ＲＯ装置
６  第３ＲＯ装置
１０  制御装置
１１，１３，１５  ｐＨ調整剤添加手段
１２，１４，１６  ｐＨ計
１７  比抵抗計
１８  Ｎａ計
【図１】
0003610723.tif 000002
【図２】
0003610723.tif 000003
【図３】
0003610723.tif 000004