(57)【要約】健康への密接な関連に加えて、トリハロメタン(ＴＨＭ)は、このような不純物を許容することができないエレクトロニクス産業にとっても解決すべき課題を提起する。エレクトロニクス産業で使用される高純度水からＴＨＭを除去する方法が提供される。本発明の方法は、高純度水を膜脱気装置(13)と接触させることを含み、この水は膜と接触する前に脱イオン処理(10、11)されており、また、この水は膜と接触する前に、雰囲気温度を超える温度、好ましくは実質的に45℃に加熱されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
-  水系をコンタクタ膜と接触させるステップ、その間に同時に
-  前記膜に圧力差を加えて前記水系の水から前記膜を通してＴＨＭを取り出すステップ、
-  精製された水を回収するステップ
を含む、または包含し、
前記膜と接触する前の前記水が脱イオン処理されており、また
前記膜と接触する前の、脱イオン処理後の前記水が、雰囲気温度を超え、前記膜が分解する温度よりは低い温度に加熱されている、
水系からＴＨＭを除去する方法。
【請求項２】
前記水が、30℃と50℃の間の範囲に加熱されている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水が、実質的に45℃に加熱されている請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記圧力差が、真空および/または不活性もしくは非反応性のガスの陽圧を、単独でまたは組み合わせて利用することにより、前記膜に加えられる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記膜の細孔径が、溶存ガスは通過させるが、水は通過させないようなものである請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記膜が疎水性ポリプロピレン膜である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記膜が、実質的に個々の糸がルーメンを有する複数の中空糸を備える、もしくは含み、実質的に個々のルーメンが前記真空および/または不活性ガス供給源と通じることができ、前記圧力差が、前記真空および/または不活性もしくは非反応性ガスの陽圧を、単独でまたは組み合わせて、前記中空糸の前記ルーメン内に適用することにより、加えられる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ガスが窒素である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ガスが99.995％を超える純度の窒素である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記真空が、絶対圧で、100ｍｍＨgと50ｍｍＨgの間である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記糸が、コンタクタ膜ユニットとして、中央にバッフルをもつ配水管の回りに巻かれたアレイに配置される請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
１つのコンタクタ膜ユニットがある請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
２つ以上のコンタクタ膜ユニットがあり、前記ユニットが直列または並列に配置される請求項11に記載の方法。
【請求項１４】
前記コンタクタ膜ユニットを通る前記水系の流量が５から30gpｍ(ガロン毎分)に制御され得る請求項12または13に記載の方法。
【請求項１５】
前記流量が実質的に７gpｍである請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記膜との接触により除去される前記ＴＨＭの１つがクロロホルムであり、前記膜ユニットを出る前記水系の前記水の前記クロロホルム含量が、前記膜ユニットに入る含量の実質的に18％以下である前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記膜ユニットを出る前記水系の前記水の全有機含量が、前記膜ユニットに入る含量の実質的に21％以下である請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記膜ユニットを出る前記水系の前記水の溶存酸素含量が、前記膜ユニットに入る含量の実質的に0.01％以下である前記請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
イオン交換脱イオン処理の前に、固体析出による精製過程があり、前記固体析出処理が前記ＴＨＭ除去方法の一部分ではないことを、前記水系を前記コンタクタ膜と接触させる前記ステップが特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
脱イオン処理の前に、前記水系の前記水の、有機物および/または塩素および/またはイオン性不純物および/または重金属および/または汚染微生物および/または他の不純物のレベルが低減されている請求項18または19に記載の方法。
【請求項２１】
有機物および/または塩素および/または他の不純物の前記レベルが、１つまたは複数の活性炭フィルタを通過させることにより低減されている請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
イオン性不純物および/または重金属および/または汚染微生物および/または有機物および/または他の不純物の前記レベルが、逆浸透システムを通過させることにより低減されている請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
前記逆浸透システムが２段逆浸透システムである請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
有機汚染物質の前記レベルが、ＵＶ全有機含量低減装置を通過させることによりさらに低減されている請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
前記水系の前記水が、連続電気脱イオン装置および/または混床脱イオン装置の一方または両方を使用することにより、前記膜との接触の前に脱イオン処理されている請求項24に記載の方法。
【請求項２６】
前記水系の前記水が、脱イオン処理の後で前記膜との接触の前に、浸漬ヒーターを通過させることにより加熱されている請求項25に記載の方法。
【請求項２７】
-  水の脱イオン処理工程、
-  前記水の加熱工程、
-  前記水のＴＨＭレベルの低減工程、
を含む、または包含し、
-  前記水の前記ＴＨＭレベル低減の前記工程が、脱イオン処理され加熱された前記水をガス移動コンタクタ膜と接触させて、その間に同時に、前記膜に圧力差を加えて前記水系の前記水から前記膜を通して前記ＴＨＭを取り出すことにより実施され、
また、前記水の前記加熱が、雰囲気温度と前記膜が分解する温度との間の温度までである
水の精製方法。
【請求項２８】
前記水が、30℃と50℃の間の範囲に加熱されている請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
前記水が実質的に45℃に加熱されている請求項28に記載の方法。
【請求項３０】
前記圧力差が、真空および/または不活性もしくは非反応性のガスの陽圧を、単独でまたは組み合わせて利用することにより、前記膜に加えられる請求項29に記載の方法。
【請求項３１】
前記膜が、実質的に個々の糸がルーメンを有する複数の中空糸を備える、もしくは含み、実質的に個々のルーメンが前記真空および/または不活性ガス供給源と通じることができ、前記圧力差が、前記真空および/または不活性もしくは非反応性ガスの陽圧を、単独でまたは組み合わせて、前記中空糸の前記ルーメン内に適用することにより、加えられる請求項30に記載の方法。
【請求項３２】
前記ガスが実質的に純粋な窒素である請求項31に記載の方法。
【請求項３３】
前記真空が、絶対圧で、100ｍｍＨgと50ｍｍＨgの間である請求項32に記載の方法。
【請求項３４】
前記糸が中空のポリプロピレン糸であり、より好ましくは、コンタクタ膜ユニットとして、中央にバッフルをもつ配水管の回りに巻かれたアレイに配置される請求項33に記載の方法。
【請求項３５】
１つのコンタクタ膜ユニットがある請求項34に記載の方法。
【請求項３６】
２つ以上のコンタクタ膜ユニットがあり、前記ユニットが直列または並列に配置される請求項35に記載の方法。
【請求項３７】
前記コンタクタ膜ユニットを通る前記水系の流量が、５〜30gpｍ(ガロン毎分)の間に調節される請求項35または36に記載の方法。
【請求項３８】
前記コンタクタ膜ユニットを通る前記水系の流量が、実質的に７gpｍに調節される請求項37に記載の方法。
【請求項３９】
前記膜との接触により除去される前記ＴＨＭの１つがクロロホルムであり、前記膜ユニットを出る前記水系の前記水の前記クロロホルム含量が、前記膜ユニットに入る含量の実質的に18％以下である請求項38に記載の方法。
【請求項４０】
前記膜ユニットを出る前記水系の前記水の全有機含量が、前記膜ユニットに入る含量の実質的に21％以下である請求項39に記載の方法。
【請求項４１】
前記膜ユニットを出る前記水系の前記水の溶存酸素含量が、前記膜ユニットに入る含量の実質的に0.01％以下である請求項40に記載の方法。
【請求項４２】
前記加熱工程が、前記水系の前記水を、浸漬ヒーターを通して通過させることによる請求項41に記載の方法。
【請求項４３】
前記脱イオン処理工程が、連続電気脱イオン装置および/または混床脱イオン装置の一方または両方を使用することによる請求項42に記載の方法。
【請求項４４】
前記水精製方法が、前記水の脱イオン処理の前の:
-  活性炭フィルタの通過工程、
-  逆浸透システムの通過工程、
-  ＵＶ全有機含量除去装置の通過工程、
の１つまたは複数ならびに/あるいは、前記膜との接触の後の、:
-  ＵＶ全有機含量除去装置の通過工程、
-  仕上げループの通過工程、
の１つまたは複数を含み得る請求項43に記載の方法。
【請求項４５】
前記水精製方法が実質的に図１に示されるものである請求項44に記載の方法。
【請求項４６】
実質的に、請求項27から45のいずれか一項に記載の方法により調製される精製水。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、高純度水からのトリハロメタン(ＴＨＭ)の除去に関する。より詳細には、排他的にではなく、本発明は、改良された膜脱気装置(ｍeｍbrane  degassifier)の運転によるＴＨＭの除去に関する。
【背景技術】
【０００２】
塩素はいくつかの理由のために水処理過程で広く使用されている。それは、消毒剤として作用し、アンモニアおよび他の含窒素有機化合物を除去でき、それはまた、水の味、臭いおよび色を規制し、さらに、スライムおよび藻類を除去することができる。しかし、塩素が、フミン酸、フルボ酸、および、水中に存在する他の天然有機物質(Ｎatural  Ｏrganic  Ｍaterial、ＮＯＭ)と反応すると、トリハロメタン(ＴＨＭ)が生成する。
【０００３】
トリハロメタン
ＴＨＭは、ほとんどの水道水に存在する消毒副生成物(Ｄisinfection  by-products、ＤＢＰ)であって最も種類が多い。一般的な４種のＴＨＭは、クロロホルム(ＣＨＣl3)、ジブロモクロロメタン(ＣＨＢr2Ｃl)、ジクロロブロモメタン(ＣＨＣl2Ｂr)およびブロモホルム(ＣＨＢr3)である。総トリハロメタン(Ｔotal  Ｔrihaloｍethanes、ＴＴＨＭ)は、これら４種の成分の合計濃度として測定される。それらは、ガンのグループＢの発ガン物質(Ｃancer  Ｇroup  Ｂ  Ｃarcinogens)である(実験動物にガンを引き起こすことが示された)。クロロホルムは、ほとんどの給水システムにおいて、明らかに最も一般的である。ジブロモクロロメタンには、最も深刻なガン誘発の危険性があり、ブロモホルム、クロロホルムおよびジクロロブロモメタンの順に続く。ＴＴＨＭと、特に膀胱、また可能性として結腸および直腸のガンとの間の関連を示唆する研究結果がある。表１はＴＨＭ化合物の物理的性質を示している。
【０００４】
【表１】
2005538827.tif 000003
【０００５】
特定の性質をもつ高純度水に対する要求がいくつかの産業で生まれている。半導体産業の水の純度に対する要求は全ての産業の中でも最も厳しいものの１つである。高純度水の処理手順とそれらを実施するために必要とされるハードウェアは複雑で高価である。このような方法の１つが、ユースポイント(point of use)脱イオン水精製ユニットについて、1991年６月にＭahｍudに発行された米国特許第5024766号に示されている。この特許の強調する点は有機汚染物質の低減にある。高純度水処理設備は、サブ-ppbレベルの全有機炭素(Ｔotal  Ｏrganic  Ｃarbon、ＴＯＣ)濃度を実現するために、様々な技術を取り入れている。エレクトロニクス産業では、洗浄水中に存在する有機化合物が、デバイス収率と電気特性に影響を及ぼし得る。有機物は「曇り(haze)」の発生に密接な関連があるとされてきた。ゲート酸化膜の異常密度は、洗浄水中の有機不純物に原因があるとされた。エレクトロニクスと半導体産業での現在の超純水基準には、処理中にウェハ表面に接触する脱イオン水に対して、１ppb未満のＴＯＣ含量が指定されている。ＴＨＭは、ＴＯＣの中で処理が最も難しい揮発性成分の１つであることに注意することが重要である。
【０００６】
トリハロメタンは、揮発性有機化合物(Ｖolatile  Ｏrganic  Ｃoｍpounds、ＶＯＣ)として分類されている。ＶＯＣの分離、特に痕跡レベルでの除去は、このような不純物が許容され得ないエレクトロニクス産業にとって解決すべき課題を提起する。揮発性ハロゲン化有機化合物の連続除去装置は、例えば、米国特許第4892664号、米国特許第5004484号、米国特許第5470487号、米国特許第5490941号により、知られている。
【０００７】
水中のＴＨＭおよび他のハロゲン化有機物の濃度を、ヨウ素価の高いＧＡＣフィルタを用いる吸着により、限られた範囲まで低下させることができる。それらは分子量が低いので逆浸透(Ｒeverse  Ｏsｍosis、ＲＯ)膜を自由に通過する。高純度水システムでＴＯＣの低減に広く使用されているＵＶ185nｍの方法もまた、イオン交換により除去できるイオンを生じるようにクロロホルムを変化させることができない。臭素を含むＴＨＭはＵＶ放射の作用により分解する。それらの沸点は水のそれに近いので、蒸留により水からそれらを、特に痕跡レベルで、分離することは困難である。真空脱気は、軽いＴＨＭ、臭素原子が少ないものにとっては見込みがあるが、それらの重い同族化合物にとっては、それほど推奨されない。
【０００８】
ＰＣＴ/ＵＳ00/21422/(ＷＯ  01/12559)(コカコーラ社)には、加熱して、水中の重炭酸塩硬質成分(bicarbonate  hardness)を濾過できる沈殿に破壊し、また水が接触する密封バリアの上の上部空間に集めるように水からガスを放出させることによる、水処理に対する統合された手法(すなわち、微生物汚染、重炭酸塩硬質成分、ＶＯＣ/ＴＨＭ、塩素、濁りおよび重金属を除去する)が開示されている。この例では、水は膜を透過できるので、選択的にはガスは膜により除去されない(如何なるガスの如何なる膜分離も含まれない)。
【０００９】
[真空脱気]
ＴＨＭと溶存酸素を真空脱気により除去する方法は、2001年８月にＨalder他に発行された米国特許第6277175号に示されている。高純度水の脱気に膜コンタクタ(contactor)を使用することは、例えば、米国特許第5264171号、米国特許第5352361号、米国特許第5938922号、および米国特許第6402818号；日本特許第2725311号、日本特許第2743419号、および日本特許第2949732号；さらに、大日本インキ化学工業(株)(東京、日本)からＳeparel  ＲＴＭ中空糸膜脱気モジュール、また、Ｃelgard  Inc.(Ｃharlotte、ノースカロライナ州)からリキセル(Ｌiqui-Ｃel)ＲＴＭ膜コンタクタの名称で販売されている市販の製品に開示され、知られている。しかし、膜コンタクタは、通常の運転条件では、非常に僅かしかＴＨＭを除去しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
[発明の目的]
本発明の目的は、水からトリハロメタンを除去する改良された方法を提供すること、追加として、あるいは別法として、不都合のいくつかを克服すること、また、追加として、あるいは別法として、有用な代替法を社会に少なくとも提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
[発明の概要]
本発明の第１の態様によれば、
-  水系をガス移動コンタクタ(gas  transfer  contactor)膜と接触させるステップ、その間に同時に
-  膜に圧力差を加えて水系の水から膜を通してＴＨＭを取り出すステップ、
-  精製された水を回収するステップ、
を含む、または包含し、
膜と接触する前の水は脱イオン処理されており、また
膜と接触する前の、脱イオン処理後の水は、雰囲気温度を超え、また膜が分解する温度よりは低い温度に加熱されている、
水系からＴＨＭを除去する方法が提供される。
【００１２】
好ましくは、水は、30℃と50℃の間の範囲に、より好ましくは、実質的に45℃に加熱されている。
【００１３】
好ましくは、圧力差は、真空および/または不活性もしくは非反応性のガスの陽圧を、単独でまたは組み合わせて利用することにより、膜に加えられる。
【００１４】
好ましくは、膜の細孔径は、溶存ガスは通過させるが、水は通過させないようなものである。
【００１５】
好ましくは、膜は疎水性ポリプロピレン膜である。
【００１６】
好ましくは、膜は、実質的に個々の糸(fiber)がルーメン(luｍen)を有する複数の中空糸を備える、もしくは含み、実質的に個々のルーメンが真空および/または不活性ガス供給源と通じることができ、圧力差は、真空および/または不活性もしくは非反応性ガスの陽圧を、中空糸のルーメン内に、単独でまたは組み合わせて適用することにより、加えられる。
【００１７】
好ましくは、ガスは窒素、より好ましくは、99.995％を超える純度の窒素である。
【００１８】
好ましくは、真空は、絶対圧で、100ｍｍＨgと50ｍｍＨgの間である。
【００１９】
好ましくは、糸は、コンタクタ膜ユニットとして、中央にバッフルをもつ配水管の回りに巻かれたアレイに配置される。
【００２０】
好ましくは、１つのコンタクタ膜ユニットがある。別法として、２つ以上のコンタクタ膜ユニットがあり、直列または並列に配置される。
【００２１】
好ましくは、コンタクタ膜ユニットを通る水系の流量は、５〜30gpｍ(ガロン毎分)の間に調節され、より好ましくは、流量は実質的に７gpｍである。
【００２２】
好ましくは、膜との接触により除去されるＴＨＭの１つはクロロホルムであり、膜ユニットを出る水系の水のクロロホルム含量は、膜ユニットに入る含量の実質的に18％以下である。
【００２３】
好ましくは、膜ユニットを出る水系の水の全有機含量は、膜ユニットに入る含量の実質的に21％以下である。
【００２４】
好ましくは、膜ユニットを出る水系の水の溶存酸素含量は、膜ユニットに入る含量の実質的に0.01％以下である。
【００２５】
好ましくは、脱イオン処理の前に、水系の水の、有機物および/または塩素および/または他の不純物のレベルは低減されている。
【００２６】
好ましくは、有機物および/または塩素および/または他の不純物のレベルは、１つまたは複数の活性炭フィルタを通過させることにより低減されている。
【００２７】
好ましくは、イオン交換による脱イオン処理の前に、水系の水の、有機物および/またはイオン性不純物(アルカリまたはアルカリ土類イオン、重炭酸イオン、炭酸イオン、硫酸イオン、塩素イオン、硝酸イオン、フッ素イオンまたはシリカが含まれる)および/または重金属および/または汚染微生物および/または他の不純物のレベルは低減されている。
【００２８】
好ましくは、イオン性不純物および/または重金属および/または汚染微生物および/または有機物および/または他の不純物のレベルは、逆浸透システムを通過させることにより低減されている。
【００２９】
好ましくは、逆浸透システムは２段(tｗo-pass)逆浸透システムである。
【００３０】
好ましくは、水系の水の有機汚染物質のレベルは、イオン交換による脱イオン処理の前にさらに低減されている。
【００３１】
好ましくは、有機汚染物質のレベルは、ＵＶによる全有機含量低減装置(reducer)を通過させることによりさらに低減されている。
【００３２】
好ましくは、水系の水は、連続電気脱イオン装置(electrodeioniser)および/または混床脱イオン装置の一方または両方を使用することにより、膜との接触の前に脱イオン処理されている。
【００３３】
好ましくは、水系の水は、脱イオン処理の後で膜との接触の前に、浸漬ヒーターを通過させることにより加熱されている。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、
-  水の脱イオン処理工程、
-  水の加熱工程、
-  水のＴＨＭレベルの低減工程、
を含む、または包含し、
水のＴＨＭレベル低減の工程は、脱イオン処理され加熱された水をガス移動コンタクタ膜と接触させて、その間に同時に、膜に圧力差を加えて水系の水から膜を通してＴＨＭを取り出すことにより実施され、
また、水の加熱は、雰囲気温度と膜が分解する温度との間の温度までである水の精製方法が提供される。
【００３５】
好ましくは、水は、30℃と50℃の間の範囲に、より好ましくは、実質的に45℃に加熱されている。
【００３６】
好ましくは、圧力差は、真空および/または不活性もしくは非反応性のガスの陽圧を、単独でまたは組み合わせて利用することにより、膜に加えられる。
【００３７】
好ましくは、膜は、実質的に個々の糸がルーメンを有する複数の中空糸を備える、もしくは含み、実質的に個々のルーメンが真空および/または不活性ガス供給源と通じることができ、圧力差は、真空および/または不活性もしくは非反応性ガスの陽圧を中空糸のルーメン内に単独でまたは組み合わせて適用することにより、加えられる。
【００３８】
好ましくは、ガスは、窒素、より好ましくは、99.995％を超える純度の窒素である。
【００３９】
好ましくは、真空は、絶対圧で、100ｍｍＨgと50ｍｍＨgの間である。
【００４０】
好ましくは、糸は中空のポリプロピレン糸であり、より好ましくは、コンタクタ膜ユニットとして、中央にバッフルをもつ配水管の回りに巻かれたアレイに配置される。
【００４１】
好ましくは、１つのコンタクタ膜ユニットがある。別法として、２つ以上のコンタクタ膜ユニットがあり、直列または並列に配置される。
【００４２】
好ましくは、コンタクタ膜ユニットを通る水系の流量は、５〜30gpｍの間に調節され、より好ましくは、流量は実質的に７gpｍである。
【００４３】
好ましくは、膜との接触により除去されるＴＨＭの１つはクロロホルムであり、膜ユニットを出る水系の水のクロロホルム含量は、膜ユニットに入る含量の実質的に18％以下である。
【００４４】
好ましくは、膜ユニットを出る水系の水の全有機含量は、膜ユニットに入る含量の実質的に21％以下である。
【００４５】
好ましくは、膜ユニットを出る水系の水の溶存酸素含量は、膜ユニットに入る含量の実質的に0.01％以下である。
【００４６】
好ましくは、加熱工程は、水系の水を、浸漬ヒーターを通して通過させることによる。
【００４７】
好ましくは、脱イオン処理の工程は、連続電気脱イオン装置および/または混床脱イオン装置の一方または両方を使用することによる。
【００４８】
好ましくは、水精製方法は、水の脱イオン処理の前の:
-  活性炭フィルタの通過工程、
-  逆浸透システムの通過工程、
-  ＵＶによる全有機含量除去装置(reｍover)の通過工程
の１つまたは複数を含み得る。
【００４９】
好ましくは、水精製方法は、膜との接触の後の:
-  ＵＶによる全有機含量除去装置の通過工程、
-  仕上げ(polishing)ループの通過工程
の１つまたは複数を含み得る。
【００５０】
好ましくは、水精製方法は、図１に示されるものである。
【００５１】
本発明の第３の態様によれば、実質的に前記の方法により調製された精製水が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
[本発明の詳細な説明]
本発明は、雰囲気を超える温度で、好ましくは約45℃の温度で運転されるホット膜コンタクタを用いて、ＴＨＭを除去するように考案されている。我々は、ＴＨＭ除去効率の増大、ならびに、通常の運転条件の下で膜コンタクタを用いてこれまで実行可能であったものを超える、溶存酸素(ＤＯ)および全有機炭素の除去を見出した。
【００５３】
図１は、本発明の方法を組み込んだ高純度水システム全体の一実施形態を示す。図８は、通常の従来技術による高純度水システムを示しており、重要なことは、ＴＨＭが取り除かれようとする水が雰囲気を超える温度に加熱されていないことである。図８では、水は２段逆浸透システム６、７を通過し、透過水(perｍeate)貯蔵タンク８に向かい、水中の有機含量低減のために第１のＵＶ・ＴＯＣ低減装置９を通り、次に、溶存酸素およびＴＨＭ除去のための第１の膜脱気装置13に向かう。次に、水中のイオン性不純物低減のために、水は、連続電気脱イオン装置(ＣＥＤI)ユニット10、続いて第１混床脱イオン装置11を通過する。ＣＤＥIユニット10および第１混床脱イオン装置11は高温で運転することができない。
【００５４】
これから、好ましい実施形態について、図１を参照して説明する。図１には、原水貯蔵タンク１、インラインスタティックミキサ２、マルチメディアフィルタ３、活性炭フィルタ４、１ミクロン公称濾過カートリッジフィルタ５、第１段逆浸透膜フィルタ６、第２段逆浸透膜フィルタ７、透過水貯蔵タンク８、第１のＵＶ・ＴＯＣ低減装置９、連続電気脱イオン装置(ＣＥＤI)10、第１の混床脱イオン装置11、脱イオン水ヒーター12、第１の膜脱気装置13、脱イオン水貯蔵タンク14、プレート型熱交換器15、第２のＵＶ・ＴＯＣ低減装置16、仕上げ用犠牲混床脱イオン装置17、第２の膜脱気装置18、ＵＶ消毒ユニット19、0.1ミクロン絶対濾過カートリッジフィルタ20、限外濾過膜21、リターンラインのＵＶ消毒ユニット22、およびポンプＰ１〜Ｐ５が示されている。
【００５５】
この実施形態の本質的な部分は、連続電気脱イオン装置(ＣＥＤI)10、第１の混床脱イオン装置11、脱イオン水ヒーター12、および第１の膜脱気装置13の存在と設置位置である。第１の膜脱気装置13の好ましい形態は図２に示されるものである。図１以外であって、本発明の範囲内にある多くの異なる精製システムの実施形態が当業者により想定されることが理解されるであろう。
【００５６】
図１の実施形態の運転は、次の実験の説明により示される。
【００５７】
[実験装置]
水道水が、原水貯蔵タンク１に入れられた後、懸濁固体の低減のためにマルチメディアフィルタ３を通して多段立形(vertical)遠心ポンプＰ１により送られる。懸濁固体の凝集のためにマルチメディアフィルタ３の前に、凝集剤(ＰＡＣ)が添加され、インラインスタティックミキサ２が、凝集剤と水を確実に適切に混合するために備えられている。マルチメディアフィルタ３からの濾過水は、有機物および残留塩素の除去のために、活性炭フィルタ４を通過した。活性炭フィルタ４の前に、遊離塩素と溶存酸素の除去のために、重炭酸ナトリウムが添加された。次に、活性炭フィルタ４からの処理水は、細かい固体の除去のために、１ミクロンカートリッジフィルタ５に送られた。
【００５８】
２段ＲＯシステムは、高圧満液式(flooded)吸引多段立形遠心ポンプＰ２およびＰ３、第１段逆浸透膜フィルタ６および第２段逆浸透膜フィルタ７からなる。第２段逆浸透膜フィルタ７での弱くイオン化したシリカ、ホウ素および有機物の阻止に関する膜フィルタの性能を向上させるために、２つの段の間で、苛性ソーダが添加される。逆浸透システムについての、1986年３月４日にＰittnerに発行された米国特許第4574049号は、直列で運転される２つの逆浸透ユニットの間で、水酸化ナトリウムのような化学処理剤を使用することを開示する。高効率逆浸透(ＨＥＲＯ)の運転についての、1999年７月20日にＤedasish  Ｍukhopadhyayに発行された米国特許第5925255号は、供給水のpＨを約10.5に上げることにより、ホウ素、シリカ、およびＴＯＣのような弱くイオン化した化学種の高い阻止を実現する。この特許は、硬質成分および水酸化物でないアルカリ分の除去に弱酸性陽イオン交換体を使用する独特の前処理方法を開示する。スパイラル巻きされたポリアミド複合体の逆浸透膜が、６および７で使用された。第２段の逆浸透膜フィルタ７で排除された流れは、第１段への供給流に戻されリサクルされる。２段逆浸透システムからの透過水は、透過水貯蔵タンク８に入れられる。透過水貯蔵タンク８から、水は、多段立形遠心ポンプＰ４により、水中の有機含量を低減させるために、第１ＵＶ・ＴＯＣ低減装置９を通してポンプで送られる。第１ＵＶ・ＴＯＣ低減装置９からの水は、水中のイオン性不純物低減のために、ＣＥＤIユニット10と、その後の第１混床脱イオン装置11を通過する。最後に、それは、溶存酸素とＴＨＭの除去のために、第１膜脱気装置13を通過する。
【００５９】
メークアップ処理ループから、水は、脱イオン水貯蔵タンク14に入れられた。このタンク14は、タンク内の水が外部の空気で汚染されないことが確実であるように、タンク内の上部に窒素が導入された。水は、温度を下げるために熱交換器15を通して、高圧満液式吸引多段立形遠心ポンプＰ５により送られ、次に、有機物除去のために、第２ＵＶ・ＴＯＣ低減装置16を通過した。この第２ＵＶ・ＴＯＣユニット16の出口からの水は、仕上げ用犠牲混床脱イオン装置17、続いて、第２膜脱気装置18を通過した。仕上げ用犠牲混床脱イオン装置17の中の樹脂は、犠牲タイプであった。第２膜脱気装置18からの水は、ＵＶ消毒ユニット19、次に、0.1μｍ絶対濾過カートリッジフィルタ20を通過した。限外濾過(ＵＦ)ユニット21は、仕上げループの最終の装備であり、このＵＦからの生成水は、流量、圧力、温度、抵抗、粒子数、ＴＯＣ、および溶存酸素について連続的にモニタされる。ユースポイント(point  of  use、ＰＯＵ)からのリターン水は、リターンＵＶ消毒ユニット22を通して、脱イオン水貯蔵タンク14に戻される。
【００６０】
脱イオン水浸漬電気ヒーター12は、典型的には、耐腐食性のために、電解研磨ステンレス鋼316Ｌ構造のものである。ＴＨＭを含有する脱イオン水は、約25℃でヒーターに入り、約45℃の温度に加熱される。第１膜脱気装置13は、米国特許第5352361号に示され、また、図２に示されるバッフル付きの装置である。この配置構成では、ガス移動膜の例である中空糸23が、織物状のアレイに編み上げられている。この織物が中心の配水管24の回りに巻かれている。バッフル25は束の中央に置かれている。水は、中心の多孔質配水管24に入り、バッフル25により半径方向を外向きに糸を横切って押しやられ、次に、集水管26に集められる。この配置構成は、糸の束の外側であるがそれに直交する流れを含み、物質移動をより速くする。運転中、脱イオン水は、中空糸のシェル(shell)サイド上を流れる。純窒素ガスまたは真空が、単独でまたは組み合わせて、中空糸のルーメンサイドに適用される。それが疎水性であるために、膜は、気相と液相との間の密接な接触を分散なしに可能にする不活性な支持体として機能する。界面は、窒素ガスの流れに対して脱イオン水の流れにより大きな圧力を加えることにより、細孔で不動化されている。脱イオン水が糸の外側を流れる時、窒素ガスおよび真空は、中空糸の内側を対向流として流れる。その結果は、液相からの、あるいは液相への、溶存ガスと揮発性有機物の速い拡散移動である。
【００６１】
好ましい第１膜脱気装置13の詳細は、表２に記載されている。
【００６２】
【表２】
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【００６３】
[実験の詳細]
本実験研究において使用されたシンガポールの水道水の、ＴＨＭを含む、有機物濃度に関する典型的な特徴は、次の表３の通りである。
【００６４】
【表３】
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【００６５】
第１膜脱気装置13の入口での実際の溶存酸素濃度は、活性炭フィルタ４の前での重炭酸ナトリウムの添加のために、その飽和レベルよりはずっと小さい。第１膜脱気装置13の入口でのＴＯＣとＴＨＭの実際の濃度は、水道水で見出された濃度レベルよりずっと小さい。第１膜脱気装置13の前の、ＴＨＭを含む有機物の除去には、好ましい実施形態における次の工程単位が含まれる:
-  活性炭フィルタ４
-  第１段の逆浸透膜フィルタ６
-  第２段の逆浸透膜フィルタ７
-  第１ＵＶ・ＴＯＣ低減装置９
-  連続電気脱イオン装置(ＣＥＤI)10
-  第１混床脱イオン装置11
前記の好ましい実施形態を用いて、様々な温度、流された流量および真空レベルで、第１膜脱気装置13に関して一連の実験が実施された。窒素のスウィープ流量は、コンタクタあたり0.066scfｍで、一定に保たれた。
【００６６】
第１膜脱気装置13の入口での、ジブロモクロロメタン、ジクロロブロモメタン、およびブロモホルムの濃度は常に、0.5ppbの装置の検出限界より小さいことが認められた。第１膜脱気装置13の入口でのクロロホルムの濃度は、14.0と17.0ppbの間であった。
【００６７】
我々の実験研究で、温度、流された流量および真空レベルは、第１膜脱気装置13によるクロロホルムの除去に強い影響を及ぼすことが見出された。パイロット試験ユニットの運転結果は、図３から７を参照してよりよく理解されるであろう。
【００６８】
図３は、パイロット試験設備で１ヶ月間に渡り、７gpｍの流量で、膜コンタクタから生成した流れのクロロホルム濃度を示している。図４から７は、それぞれ、パイロット試験設備で１ヶ月間に渡り、8.5、10、12、および14gpｍの流量で、膜コンタクタから生成した流れのクロロホルム濃度を示している。これらの濃度は、パイロットユニットでのクロロホルムの算術平均濃度に基づいている。低流量、ならびに高い温度と高い真空レベルでのクロロホルムの除去の改善は、第１膜脱気装置13における質量移動作用の効率に関する問題に帰着され得る。本実験研究で、供給水温度と用いられた真空レベルの効果は、第１膜脱気装置13を通る流量よりも、クロロホルム除去効率に影響を及ぼすことが認められた。したがって、水の流れからクロロホルムを取り除くためには、高い温度(45℃以上)と高い真空レベル(ゲージ圧で、-700ｍｍＨg以上)を用いることが推奨される。しかし、ユニットを通る流量の低下もまた、第１膜脱気装置13のクロロホルム除去効率をかなりの程度向上させる。
【００６９】
ＴＨＭの測定は、５ppbのレベルを超えるＴＨＭについてはパージ＆トラップＧＣ-ＭＳ分析装置により、また、0.5から5.0ppbの範囲のＴＨＭについてはパージ＆トラップＧＣ-ＥＣＤ分析装置により、オフラインで実施された。パージ＆トラップＧＣ-ＭＳ分析装置は、ＨＰ  Ｃheｍstationソフトウェアで制御されるＨＰ  5973  ＭＳＤを装備したＨＰ  6890  ＧＣからなる。この分析装置は、キャリアおよびパージガスとしてヘリウムを用いる。パージ＆トラップＧＣ-ＥＣＤ分析装置は、ＨＰ  Ｃheｍstationソフトウェアで制御されるＨＰ-ＥＣＤ検出器を装備したＨＰ  6890  ＧＣからなる。この分析装置もまた、キャリアおよびパージガスとしてヘリウムを用いる。
【００７０】
第１膜脱気装置13への入口のＴＯＣ濃度は、本実験研究の間、10.0と18.0ppbの間であった。本実験研究で、温度、流された流量および真空レベルが第１膜脱気装置13でのＴＯＣの除去に強く影響を及ぼすことが見出された。少ない流量、ならびに、高い温度および真空状態でのＴＯＣの除去の改善は、第１膜脱気装置13における質量移動作用の効率に関する問題に帰着され得る。本実験研究で、供給水温度と用いられた真空レベルの効果は、ユニットを通る流量よりも、ＴＯＣ除去効率に影響を及ぼすことが認められた。したがって、水の流れから有機物を取り除くためには、高い温度(45℃以上)と高い真空レベル(ゲージ圧で、-700ｍｍＨg以上)を用いることが推奨される。しかし、ユニットを通る流量の低下もまた、第１膜脱気装置13の有機物除去効率をかなりの程度向上させる。Ａnatel  Ａ  1000  ＸＰオンラインＴＯＣ分析装置により、第１膜脱気装置13に関するＴＯＣの測定は実施された。
【実施例】
【００７１】
本発明は以下の実施例においてさらに説明され明らかにされ、本発明の利用の仕方が教示される。しかし、これらの実施例は、如何なる仕方においても本発明の範囲を限定または制限しようとするものではなく、本発明を実施するために排他的に利用されなければならない条件、パラメータまたは値を提供すると解釈されるべきではない。
【００７２】
[実施例１]
本発明によるパイロット試験設備で、７gpｍの脱イオン水の供給流量で、試験を実施した。用いられた真空レベルを、-700ｍｍＨgで一定に保った。こうして処理された脱イオン水についての分析結果を、次の表４に列挙する。
【００７３】
【表４】
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【００７４】
[実施例２]
本発明による前記パイロット試験設備で、10gpｍの脱イオン水の供給流量で、試験を実施した。用いられた真空レベルを、-700ｍｍＨgで一定に保った。こうして処理された脱イオン水についての分析結果を、次の表５に列挙する。
【００７５】
【表５】
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【００７６】
[実施例３]
本発明によるパイロット試験設備で、14gpｍの脱イオン水の供給流量で、試験を実施した。用いられた真空レベルを、-650ｍｍＨgで一定に保った。こうして処理された脱イオン水についての分析結果を、次の表６に列挙する。
【００７７】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の水精製の好ましい全システムを示す。
【図２】本発明の方法で使用される好ましい脱気装置(degasser)を示す。
【図３】７gpｍの供給流での、真空レベルに対するクロロホルムの除去を示す。
【図４】8.5gpｍの供給流での、真空レベルに対するクロロホルムの除去を示す。
【図５】10gpｍの供給流での、真空レベルに対するクロロホルムの除去を示す。
【図６】12gpｍの供給流での、真空レベルに対するクロロホルムの除去を示す。
【図７】14gpｍの供給流での、真空レベルに対するクロロホルムの除去を示す。
【図８】従来技術による典型的な水精製システムを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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