(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加してpHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｂ）pHの調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透膜装置及び（Ｃ）pH９.２以上を有する耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水が通水される電気脱イオン装置を有することを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】
（Ｄ）ホウ素含有水が通水される逆浸透膜装置、（Ｅ）逆浸透膜装置の透過水にアルカリを添加してpHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｆ）pHの調整された逆浸透膜装置の透過水が通水される電気脱イオン装置を有する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、純水製造装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、半導体製造などの電子産業分野、あるいはその関連分野などで用いられる、ホウ素濃度を大幅に低減した純水又は超純水の製造に適した純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホウ素を含有する原水を処理して純水又は超純水を製造する装置として、アルカリ添加によりｐＨを１０以上にしたのち、耐アルカリ性逆浸透膜装置に通水する純水製造装置が知られている。また、第４７回全国水道研究会発表会（平成８年５月、発表番号４−９８）では、逆浸透膜装置を利用したホウ素低減システムにおいて、水のｐＨを１０以上とすることによりホウ素排除率が高くなることが報告されている。しかし、アルカリ性のホウ素含有水を逆浸透膜装置に通水すると、カルシウムなどの硬度成分が析出して膜閉塞を生じ、造水量が低下するという問題がある。
ホウ素を含有する原水の処理に、電気脱イオン装置の利用が検討されている。電気脱イオン装置は、２つの側面がそれぞれ陽イオン交換膜と陰イオン交換膜からなり、その間にイオン交換樹脂又はイオン交換繊維を充填した希釈室に、電位差を与えて、通水することにより、陽イオンを陽イオン交換膜を通過させ、陰イオンを陰イオン交換膜を通過させて除去するものであり、従来の混床式脱イオン装置と同等以上の水質の処理水を得ることができる。電気脱イオン装置は、薬品再生が不要であり、コンパクトである点に特徴があり、近年大容量の電気脱イオン装置が開発されている。しかし、ホウ素含有水の処理に電気脱イオン装置を用いると、ホウ素の除去率は７０％程度にしか達せず、ホウ素の除去を目的とする純水製造装置においては、水質的に不十分であった。
このため、電気脱イオン装置で処理した水を、さらに非再生型イオン交換装置などを用いて後処理する必要があったが、水中に残存するホウ素のために非再生型イオン交換装置の寿命が著しく短くなり、その交換頻度が非常に大きくなるために、著しく不経済となってしまうという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体製造などの電子産業分野、あるいはその関連分野などで用いられる、ホウ素濃度を低減した純水の製造において、電気脱イオン装置におけるホウ素除去率を飛躍的に高めることができる純水製造装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、逆浸透膜装置と電気脱イオン装置を有する純水製造装置にpH調整用のアルカリ添加装置を設け、逆浸透膜装置への供給水又は電気脱イオン装置への供給水のpHを９.２以上に調整することにより、電気脱イオン装置におけるホウ素の除去率を飛躍的に高め得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加してpHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｂ）pHの調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透膜装置及び（Ｃ）pH９.２以上を有する耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水が通水される電気脱イオン装置を有することを特徴とする純水製造装置、及び、
（２）（Ｄ）ホウ素含有水が通水される逆浸透膜装置、（Ｅ）逆浸透膜装置の透過水にアルカリを添加してpHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｆ）pHの調整された逆浸透膜装置の透過水が通水される電気脱イオン装置を有することを特徴とする純水製造装置、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の純水製造装置の一態様の工程系統図である。本態様の純水製造装置は、（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加してｐＨを９．２以上に調整するアルカリ添加装置１、（Ｂ）ｐＨの調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透膜装置２及び（Ｃ）耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水が通水される電気脱イオン装置３を有する。本態様の純水製造装置の場合は、耐アルカリ性逆浸透膜装置の前後で高ｐＨとするためカルシウムスケールなどが生じ易いので、アルカリ添加装置の前段に、強酸性イオン交換樹脂を含むイオン交換装置４と膜脱気装置５を設けて、原水中のカルシウムイオンと炭酸を十分に除去し、逆浸透膜面における炭酸カルシウムスケールの発生を防止することが好ましい。また、電気脱イオン装置の後段に非再生型イオン交換装置６を設けて、電気脱イオン装置で除去しきれなかった微量の不純物を除去することができる。
本態様の純水製造装置における（Ａ）アルカリ添加装置には特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液を添加する装置や、強塩基性イオン交換樹脂を含むイオン交換装置、あるいはその両方を設置することができる。アルカリ水溶液を添加する装置としては、例えば、撹拌機つきのｐＨ調整槽を設けたり、通水ラインにアルカリ水溶液注入口を設け、その下流側にスタチックミキサーなどを設置することなどができる。アルカリ添加装置は、ホウ素含有水にアルカリを添加して、ｐＨをホウ酸のｐＫａ９．２（２５℃）以上、より好ましくはｐＨを１０以上に調整し得るものである。図１（ａ）に示す態様の装置においては、耐アルカリ性逆浸透膜装置の入口にｐＨセンサー７を設け、制御器８を通じて信号を薬注ポンプ９に送り、アルカリ貯槽１０からのアルカリ注入量を制御する。
ホウ酸の酸解離指数ｐＫａは２５℃において９．２であるので、ホウ素含有水にアルカリを添加してｐＨを９．２以上、好ましくは１０以上にすると、水中のホウ酸は下式のようにイオン化され、逆浸透膜装置及び電気脱イオン装置におけるホウ素の除去率が著しく高くなるものと考えられる。
Ｈ３ＢＯ３  ＋  Ｈ２Ｏ  →  Ｂ（ＯＨ）４−  ＋  Ｈ＋
【０００６】
本態様の純水製造装置における（Ｂ）耐アルカリ性逆浸透膜装置は、長期的にｐＨ１０以上、より好ましくはｐＨ１１以上の水と接しても劣化を生じないものであることが好ましい。この場合、通水される水のｐＨよりも、逆浸透膜装置の濃縮水の方がさらにｐＨが高くなるので、濃縮水のｐＨを考慮して耐アルカリ性逆浸透膜を選択することが好ましい。このような耐アルカリ性逆浸透膜としては、例えば、ｐＨ１１まで長期耐久性があるものとして市販されているＦＩＬＭＴＥＣ  ｔｙｐｅ  ＦＴ３０などや、ｐＨ１０まで長期耐久性があるものとして市販されている日東電工（株）製のＥＳ２０、ＥＳ１０、ＮＴＲ７５９や、東レ（株）製のＳＵ７００などのポリアミド系の逆浸透膜などを挙げることができる。
本態様の純水製造装置における（Ｃ）電気脱イオン装置には特に制限はなく、公知の電気脱イオン装置を使用することができる。電気脱イオン装置は、薬品再生が不要であり、小型で大容量を有するために、経済的にホウ素含有水を処理して純水を製造することができる。
本態様の純水製造装置においては、逆浸透膜装置への供給水に水酸化ナトリウムなどを添加してアルカリ性とすることにより、逆浸透膜装置の透過水すなわち電気脱イオン装置への供給水も、水酸化ナトリウムなどを主成分として含有してアルカリ性となるので、水酸化ナトリウムなどのアルカリを有効に利用することができる。電気脱イオン装置に、通常の通水条件である中性のホウ素含有水を通水した場合には、ホウ素の除去率は７０％程度であるが、本発明者は、電気脱イオン装置への供給水のｐＨをアルカリ条件にすることにより、ホウ素除去率を高めることができることを見いだしたものである。
本態様の純水製造装置によれば、耐アルカリ性逆浸透膜装置において、原水であるホウ素含有水中のホウ素の９５％以上を除去し、さらに、逆浸透膜装置の透過水を電気脱イオン装置に通水することにより、原水であるホウ素含有水中のホウ素の９９％以上を除去することができる。
【０００７】
図１(ｂ)は、本発明の純水製造装置の他の態様の工程系統図である。本態様の純水製造装置は、(Ｄ)ホウ素含有水が通水される逆浸透膜装置１１、(Ｅ)逆浸透膜装置の透過水にアルカリを添加してpHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置１２、(Ｆ)pHの調整された逆浸透膜装置の透過水が通水される電気脱イオン装置１３を有する。本態様の純水製造装置によれば、電気脱イオン装置の前段に逆浸透膜装置が設けられているので、カルシウムイオンなどが除去される。従って、その透過水を高pHとしても、電気脱イオン装置でのスケール生成が防止できる。また、逆浸透膜装置の前段に、強酸性イオン交換樹脂を含むイオン交換装置１４と膜脱気装置１５を設けて、原水中のカルシウムイオンと炭酸を除去し、逆浸透膜装置における炭酸カルシウムスケールの発生を防止することが好ましいが、逆浸透膜装置の前段で高pHとしないので、カルシウムスケールによる膜の障害は生じにくい。従って、イオン交換装置と膜脱気装置による前処理は省略してもよい。また、電気脱イオン装置の後段に非再生型イオン交換装置１６を設けて、電気脱イオン装置で除去しきれなかった微量の不純物を除去することができる。
本態様の純水製造装置における(Ｄ)逆浸透膜には特に制限はなく、例えば、酢酸セルロース系逆浸透膜、ポリアミド系逆浸透膜、ポリエチレンイミン系逆浸透膜、ポリエチレンオキシド系逆浸透膜などを挙げることができる。本態様の純水製造装置においては、逆浸透膜装置へ通水する水のpHを中性に近い７.５程度とするので、逆浸透膜装置におけるホウ素の除去率は高くないが、耐アルカリ性逆浸透膜でなく通常の逆浸透膜を使用することができる。
本態様の純水製造装置における(Ｅ)アルカリ添加装置には特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液を添加する装置や、強塩基性イオン交換樹脂を含むイオン交換装置、あるいはその両方を設置することができる。アルカリ水溶液を添加する装置としては、例えば、撹拌機つきのpH調整槽を設けたり、通水ラインにアルカリ水溶液注入口を設け、その下流側にスタチックミキサーなどを設置することなどができる。アルカリ添加装置は、ホウ素含有水にアルカリを添加して、pHをホウ酸のｐＫa９.２（２５℃）以上、より好ましくはpHを１０以上に調整し得るものである。図１(ｂ)に示す態様の装置においては、電気脱イオン装置の入口にpHセンサー１７を設け、制御器１８を通じて信号を薬注ポンプ１９に送り、アルカリ貯槽２０からのアルカリ注入量を制御する。
本態様の純水製造装置における(Ｆ)電気脱イオン装置には特に制限はなく、公知の電気脱イオン装置を使用することができる。電気脱イオン装置は、薬品再生が不要であり、小型で大容量を有するために、経済的にホウ素含有水を処理して純水を製造することができる。
本態様の純水製造装置によれば、逆浸透膜装置におけるホウ素の除去率は４０％程度であるが、逆浸透膜装置の透過水のpHを９.２以上に調整して、さらに電気脱イオン装置に通水することにより、原水であるホウ素含有水中のホウ素の９５％以上を除去することができる。
本発明の純水製造装置によれば、電気脱イオン装置において、水中のホウ素を低濃度まで除去し、後段の非再生型イオン交換装置の負荷を軽減して、その寿命を延長することができる。また、耐アルカリ性逆浸透膜装置を用い、その前段にpHを調整するためのアルカリ添加装置を設ける態様においては、逆浸透膜装置への供給水をアルカリ性にすることにより、逆浸透膜装置の透過水すなわち電気脱イオン装置への供給水も同時にアルカリ性とすることができ、アルカリを有効に利用するとともに、高いホウ素除去率を達成することができる。
【０００８】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
図１（ａ）に示す純水製造装置を用いて、純水の製造を行った。
水道水を２トン／ｈｒの速度でＨ型強酸性イオン交換樹脂塔に通水したのち、気相側を減圧にした膜脱気装置に通水して、水中の炭酸を除去した。次に、炭酸を除去した水に水酸化ナトリウム水溶液を添加してｐＨを１０．０に調整し、耐アルカリ性逆浸透膜［ＦＩＬＭＴＥＣ  ｔｙｐｅ  ＦＴ３０］装置に通水した。耐アルカリ性逆浸透膜装置入口の水のホウ素濃度は３０ｐｐｂであり、耐アルカリ性逆浸透膜装置出口の水のホウ素濃度は１ｐｐｂであった。
耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水は、次いで電気脱イオン装置に通水した。電気脱イオン装置入口の水のｐＨは９．５であり、電気脱イオン装置出口の水のホウ素濃度は０．１ｐｐｂであった。電気脱イオン装置から流出する水は、さらに非再生型イオン交換装置に通水して純水１．８トン／ｈｒを得た。
実施例２
図１（ｂ）に示す純水製造装置を用いて、純水の製造を行った。
水道水を２トン／ｈｒの速度でＨ型強酸性イオン交換樹脂塔に通水したのち、気相側を減圧にした膜脱気装置に通水して、水中の炭酸を除去した。次に、炭酸を除去した水に水酸化ナトリウム水溶液を添加してｐＨを７．５に調整し、逆浸透膜［日東電工（株）、ＥＳ２０］装置に通水した。逆浸透膜装置入口の水のホウ素濃度は３０ｐｐｂであり、逆浸透膜装置出口の水のホウ素濃度は１８ｐｐｂであった。
さらに、逆浸透膜装置の透過水に水酸化ナトリウム水溶液を添加してｐＨを１０．０に調整し、電気脱イオン装置に通水した。電気脱イオン装置出口の水のホウ素濃度は、０．９ｐｐｂであった。電気脱イオン装置から流出する水は、さらに非再生型イオン交換装置に通水して純水１．８トン／ｈｒを得た。
比較例１
逆浸透膜装置の透過水への水酸化ナトリウム水溶液の添加によるｐＨ調整を行わないこと以外は、実施例２と同じ操作を繰り返した。
電気脱イオン装置入口の水のホウ素濃度は１８ｐｐｂであり、ｐＨは７．２であった。また、電気脱イオン装置出口の水のホウ素濃度は５．８ｐｐｂであった。
実施例１〜２及び比較例１の結果を、第１表に示す。
【０００９】
【表１】
0003575260.tif 000002
【００１０】
第１表に見られるように、逆浸透膜装置入口の水に対する電気脱イオン装置出口の水のホウ素除去率は、耐アルカリ性逆浸透膜装置入口で水のｐＨを１０．０に調整した実施例１では９９．７％、電気脱イオン装置入口で水のｐＨを１０．０に調整した実施例２では９７．０％であるのに対して、水のｐＨを１０．０に調整しなかった比較例１では８０．７％にとどまっている。この結果から、水にアルカリを添加してｐＨを９．２以上に調整するアルカリ添加装置を備えた本発明の純水製造装置により、ホウ素除去率の高い純水が得られることが分かる。特に、耐アルカリ性逆浸透膜装置を用い、アルカリ添加装置を逆浸透膜装置の前段に設けた純水製造装置において、非常に高いホウ素除去率が達成されている。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の純水製造装置によれば、電気脱イオン装置において、水中のホウ素を低濃度まで除去し、後段の非再生型イオン交換装置の負荷を軽減し、その寿命を延ばすことができる。また、耐アルカリ性逆浸透膜装置を用い、その前段にｐＨを調整するためのアルカリ添加装置を設けて、逆浸透膜装置への供給水をアルカリ性にすることにより、逆浸透膜装置の透過水すなわち電気脱イオン装置への供給水も同時にアルカリ性とすることができ、アルカリを有効に利用するとともに、高いホウ素除去率を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の純水製造装置の工程系統図である。
【符号の説明】
１  アルカリ添加装置
２  耐アルカリ性逆浸透膜装置
３  電気脱イオン装置
４  強酸性イオン交換樹脂を含むイオン交換装置
５  膜脱気装置
６  非再生型イオン交換装置
７  ｐＨセンサー
８  制御器
９  薬注ポンプ
１０  アルカリ貯槽
１１  逆浸透膜装置
１２  アルカリ添加装置
１３  電気脱イオン装置
１４  強酸性イオン交換樹脂を含むイオン交換装置
１５  膜脱気装置
１６  非再生型イオン交換装置
１７  ｐＨセンサー
１８  制御器
１９  薬注ポンプ
２０  アルカリ貯槽
【図１】
0003575260.tif 000003