(57)【要約】      （修正有）【課題】逆浸透膜（ＲＯ膜）装置、電気脱イオン装置又は再生式のイオン交換装置などの残留塩素による劣化を防止しうる酸化性成分の除去装置を提供する。【解決手段】酸化性成分除去装置５円筒形又は矩形箱型などの筐体にアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂などのイオン交換樹脂を充填し、この筐体内の一側と他側とに離間して一対の電極（陽極及び陰極）を挿入し、この電極に直流電源装置を接続してなる。この酸化性成分除去装置５は、タンク３とこのタンク３の後段に逆浸透膜分離装置４と電気脱イオン装置６と脱気膜等の脱気装置７とを備える純水装置１の逆浸透膜分離装置４の後段で、かつ電気脱イオン装置６の前段に設ける。【選択図】図１
2018118194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生型イオン交換装置、電気脱イオン装置、逆浸透膜装置のうちの１種又は２種以上を備えた純水製造装置に設けられる、給水中の残留塩素を除去する酸化性成分除去装置であって、
イオン交換体が充填され一方から他方に向けて処理水が流通する筐体と、
この筐体内に離間して設けられた一対の電極と、
該一対の電極に接続した直流電源と
を備える、酸化性成分除去装置。
【請求項２】
前記純水製造装置が逆浸透膜装置と電気脱イオン装置とを有するものであり、該電気脱イオン装置の前段に設けられる、請求項１に記載の酸化性成分除去装置。
【請求項３】
前記直流電源が１〜５Ａの電流を供給するものである、請求項２に記載の酸化性成分除去装置。
【請求項４】
前記筐体の流れ方向高さが１０ｃｍ以上であり、前記筐体内のイオン交換体にＳＶ＝５００〜１０００／ｈｒで処理水が通水される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化性成分除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純水製造装置の処理水における酸化性成分を除去する除去装置に関し、特に電気脱イオン装置を有する純水製造装置に好適に利用される酸化性成分除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来 純水製造装置として、逆浸透膜（ＲＯ膜）装置、電気脱イオン装置又は再生式のイオン交換装置を用いたものが汎用的に用いられている。
【０００３】
このような純水製造装置は、例えば、半導体洗浄用水として用いられている超純水の製造装置に組み込まれる。このような超純水製造装置は、図２に示すように前処理システム１２、一次純水システム１３、サブシステム（二次純水システム）１４から構成され、このような超純水製造装置１１で、原水（工業用水、市水、井水等）Ｗを処理することにより超純水Ｗ３が製造される。図２において各システムの役割は次の通りである。
【０００４】
凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過（膜濾過）装置などよりなる前処理システム１２では、原水Ｗ中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。また、この過程では高分子系有機物、疎水性有機物などの除去も可能である。
【０００５】
一次純水システム１３は、タンク１５とポンプＰと低圧もしくは超低圧型の逆浸透膜（ＲＯ膜）装置１６と電気脱イオン装置１７と脱気膜等の脱気装置１８とを備え、前処理水Ｗ１中のイオンや有機成分の除去を行う。なお、逆浸透膜装置１６では、塩類を除去すると共に、イオン性、コロイド性のＴＯＣを除去する。電気脱イオン装置１７では、塩類を除去すると共にイオン交換作用により吸着又はイオン交換されるＴＯＣ成分の除去を行う。また、脱気装置１８では電気脱イオン装置１７の処理水から二酸化炭素や酸素などの溶存ガスを除去する。なお、この一次純水システム１３は、必要に応じて再生式のイオン交換装置などを備えていても良い。
【０００６】
サブシステム１４は、低圧紫外線酸化装置、イオン交換装置及び限外濾過膜分離装置を備え、このサブシステム１４では、一次純水システム１３で得られた純水（一次純水）Ｗ２の純度をより一層高めて超純水Ｗ３にする。なお、低圧紫外線酸化装置では、低圧紫外線ランプより出される波長１８５ｎｍの紫外線によりＴＯＣを有機酸、さらにはＣＯ２まで分解する。分解により生成した有機物及びＣＯ２は後段のイオン交換樹脂で除去される。限外濾過膜分離装置では、微粒子が除去され、イオン交換樹脂の流出粒子も除去される。
【０００７】
このような超純水製造装置１１における一次純水システム１３は、電気脱イオン装置１７を用いているので、再生式のイオン交換装置を用いる場合と異なり再生処理が不要である点などの利点があり、超純水の用途に限らず、サブシステムを用いて超純水のレベルの純度の水とする必要のない医薬用や食品用などの用途にも利用可能な最も汎用的なシステムとして注目されている。
【０００８】
上記一次純水システム１３においては、前処理水Ｗ１の通水を継続すると、通水差圧が次第に上昇してくる。これは一次純水システム１３を構成する逆浸透膜装置１６、電気脱イオン装置１７又は再生式のイオン交換装置が、酸化性成分として機能する残留塩素により劣化しやすいことが一因である。この残留塩素による劣化は、特に電気脱イオン装置で顕著である。このため、このような残留塩素を除去するために、従来、活性炭処理や次亜硫酸ソーダ等の還元剤による処理が行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、活性炭処理は、遊離残留塩素の処理には適しているが、結合塩素は寿命が短いためその除去には適していない。また活性炭は逆洗等を適切に実施しないと、偏流発生等により塩素がリークする恐れがある、という問題点がある。また還元剤による処理では、遊離塩素も結合塩素も処理することが可能であるが、原水の変動、薬注ポンプの不良やエア混入によるポンプの注入不良、バルブの不良、装置の発停時の注入不良等種々の要因により、還元剤の注入が不十分となってしまうことがあり、トラブルが発生する虞がある。
【００１０】
特に電気脱イオン装置１７内のイオン交換樹脂は、酸化性成分が存在すると劣化しやすいことが知られており、逆浸透膜（ＲＯ膜）装置１６の後段にあるにもかかわらず、装置が使用不能になるトラブルが多く発生している。このため、給水中の残留塩素許容値等はカタログ等で厳しく定められているが、従来、電気脱イオン装置１７の給水に残留塩素などの酸化剤が混入して通水差圧が上昇した場合に、この差圧を回復させるための洗浄方法が求められている。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、逆浸透膜（ＲＯ膜）装置、電気脱イオン装置又は再生式のイオン交換装置などの残留塩素による劣化を防止しうる酸化性成分の除去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、再生型イオン交換装置、電気脱イオン装置、逆浸透膜装置のうちの１種又は２種以上を備えた純水製造装置に設けられる、給水中の残留塩素を除去する酸化性成分除去装置であって、イオン交換体が充填され一方から他方に向けて処理水が流通する筐体と、この筐体内に離間して設けられた一対の電極と、該一対の電極に接続した直流電源とを備える、酸化性成分除去装置を提供する（発明１）。
【００１３】
かかる発明（発明１）によれば、再生型イオン交換装置、電気脱イオン装置又は逆浸透膜装置などの劣化を防止することができる。これは以下の理由によるものと考えられる。すなわち、電気脱イオン装置は、微量の酸化剤でも劣化することがあるが、その状況を調査し、鋭意研究した結果、被処理水の入口上部に充填されたイオン交換樹脂のみが酸化劣化しており、下部では酸化劣化していないことがわかった。この理由について検討したところ、残留塩素等は直流電流下ではラジカル成分となり強い酸化力を持つようになり、これがイオン交換樹脂にアタックして劣化させるとともに、酸化力も消費してしまうため、下部にまで影響を及ぼさないためである。そこで、この原理を応用し、筐体内にイオン交換体を充填し、この筐体内に直流電流に接続した一対の電極（＋極と−極）を設けた酸化性成分除去装置に被処理水を通水することにより、残留塩素などの酸化性成分により該酸化性成分除去装置内のイオン交換体が劣化することで電気脱イオン装置等の構成要素を劣化から守ることができる。
【００１４】
上記発明（発明１）においては、前記純水製造装置が逆浸透膜装置と電気脱イオン装置とを有するものであり、該電気脱イオン装置の前段に設けられることが好ましい（発明２）。
【００１５】
かかる発明（発明２）によれば、処理水中に含まれている残留塩素が給水中に含まれて電気脱イオン装置に流入すると、電気脱イオン装置内の直流印加条件下で、流入した残留塩素の形態が一部変化して酸化力が増大する。その増大した残留塩素の酸化力により、電気脱イオン装置に充填されているイオン交換樹脂が酸化劣化する。これが進行すると粉砕したりするが、この酸化性成分を消費することで、酸化性成分に特に弱い電気脱イオン装置の劣化を防止することができる。
【００１６】
上記発明（発明２）においては、前記直流電源が１〜５Ａの電流を供給するものであることが好ましい（発明３）。
【００１７】
かかる発明（発明３）によれば、電気脱イオン装置の運転時の電流と同程度の密度の電流を酸化性成分除去装置に供給することにより、電気脱イオン装置を効果的に保護することができる。
【００１８】
上記発明（発明１〜３）においては、前記筐体の流れ方向高さが１０ｃｍ以上であり、前記筐体内のイオン交換体にＳＶ＝５００〜１０００／ｈｒで処理水が通水されることが好ましい（発明４）。
【００１９】
かかる発明（発明４）によれば、残留塩素などの酸化性成分が除去装置内のイオン交換体と効果的に反応することで消費され、電気脱イオン装置等の構成要素の劣化を好適に防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、筐体内にイオン交換体を充填し、筐体内に直流電流に接続した一対の電極（＋極と−極）を設けた酸化性成分除去装置に被処理水を通水することにより、電気脱イオン装置等の純水製造装置の構成要素を酸化性成分による劣化から守ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による酸化性成分除去装置を用いた純水製造装置を示す系統図である。
【図２】従来の純水製造装置を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態による酸化性成分除去装置について添付図面を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態の酸化性成分除去装置は、円筒形又は矩形箱型などの筐体にイオン交換体としてアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂などのイオン交換樹脂を充填し、この筐体内の一側と他側とに離間して一対の電極（陽極及び陰極）を挿入し、この電極に直流電源装置を接続してなる。この筐体は、流れ方向高さが１０ｃｍ以上であるのが好ましい。筐体の流れ方向高さが１０ｃｍ未満では、残留塩素などの酸化性成分が除去装置内のイオン交換体との反応時間を確保するのが困難となるため好ましくない。また、直流電源装置としては、１〜５Ａの電流を供給するものが好ましい。これは、純水製造装置に設けられる電気脱イオン装置の運転時の電流と同程度の電流密度とするためであり、これにより電気脱イオン装置を効果的に保護することができて好ましい。なお、本実施形態において、残留塩素とは遊離塩素及び結合塩素の両方である。
【００２４】
酸化性成分除去装置の陽極としては、Ｔｉ材質−Ｐｔメッキ等により保護されたものを用いることが好ましい。また、陰極としては、エキスパンドメッシュ等を用いることが好ましい。なお、必要に応じて、陽極及び陰極側の周囲にイオン交換膜を配置して電極室を形成してもよい。
【００２５】
また、酸化性成分除去装置に充填するイオン交換樹脂のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の比率は特に制限はなく、両者を等量とするかあるいはアニオン交換樹脂をある程度多くするのが好ましく、例えば、アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂の比率を体積比で７０：３０〜４０：６０（体積比）、特に７０：３０〜５０：５０（体積比）とすればよい。
【００２６】
この酸化性成分除去装置は、再生型イオン交換装置、電気脱イオン装置、逆浸透膜装置のうちの１種又は２種以上を備えた純水製造装置に配置することにより、該酸化性成分除去装置の後段に位置する再生型イオン交換装置、電気脱イオン装置又は逆浸透膜装置の劣化を抑制することができる。特に電気脱イオン装置は残留塩素により劣化しやすいので、逆浸透膜装置の後段で電気脱イオン装置の前段に設けるのが好ましい。
【００２７】
上述したような酸化性成分除去装置は、例えば図１に示す一次純水製造装置に組み込むことができる。図１において、純水製造装置（一次純水製造装置）１は、前処理システム２の後段に設けられており、タンク３と、この後段に逆浸透膜分離（ＲＯ）装置４と酸化性成分除去装置５と電気脱イオン装置６と脱気膜等の脱気装置７とを順次有する。なお、Ｐはポンプである。
【００２８】
次に上述したような構成を有する純水製造装置１の運転方法について説明する。原水Ｗを前処理システム２で処理して前処理水（被処理水）Ｗ１とする。この前処理システム２では、原水（工業用水、市水、井水等）Ｗ中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。また、この過程では高分子系有機物、疎水性有機物などの除去も行われる。
【００２９】
この前処理水Ｗ１を一旦タンク３に貯留したらポンプＰで送給して、逆浸透膜分離装置４で処理する。逆浸透膜分離装置４では、塩類やカルシウム、シリカなどの除去のほかにイオン性、コロイド性のＴＯＣを除去する。
【００３０】
続いて、得られたＲＯ処理水を酸化性成分除去装置５で処理する。このとき酸化性成分除去装置５に対して１〜５Ａの直流電流を供給し、後述する電気脱イオン装置６の電流密度と同程度の電流密度となるように設定する。これは、後段の電気脱イオン装置６の運転時の電流と同程度の電流密度となるように酸化性成分除去装置に供給することにより、酸化性成分除去装置５内を電気脱イオン装置６内と近似した状態とすることで、電気脱イオン装置６を効果的に保護することができるからである。このＲＯ処理水は、酸化性成分除去装置５内のイオン交換体に対してＳＶ＝５００〜１０００／ｈｒで通水することが好ましい。これら供給電流及び通水速度は、例えば残留塩素が０．１ｐｐｍ以下、好ましくは０．０５ｐｐｍ以下程度にまで減少するように設定するのが好ましい。これにより、残留塩素などの酸化性成分を酸化性成分除去装置５内で効果的に消費することができる。
【００３１】
次に電気脱イオン装置６で処理して、カルシウムやシリカ、ホウ素などの弱イオンや塩類を除去すると共にイオン交換作用により吸着又はイオン交換されるＴＯＣ成分の除去を行う。この電気脱イオン装置６は、電流密度５００ｍＡ／ｄｍ２〜２０００ｍＡ／ｄｍ２で運転するのが好ましい。電流密度５００ｍＡ／ｄｍ２未満では、十分なホウ素等の弱イオンを十分に除去するのが困難となる。一方、電気脱イオン装置６を２０００ｍＡ／ｄｍ２を超える電流密度で運転するとかえって電気抵抗値が上昇し、これに伴い電気脱イオン装置６にかかる電圧が増大しすぎ、装置寿命の低下を招くため好ましくない。なお、電気脱イオン装置６の被処理水の通水速度はＬＶ＝５０〜２００ｍ／ｈで、空間速度はＳＶ＝５０〜２００／ｈが好ましい。さらに電気脱イオン装置６は水回収率８０〜９０％で運転することが好ましい。
【００３２】
このようにして残留塩素が除去された被処理水を電気脱イオン装置６で処理することにより、電気脱イオン装置６には例えば残留塩素が０．１ｐｐｍ以下、好ましくは０．０５ｐｐｍ以下程度にまで減少した被処理水が供給されるので、電気脱イオン装置６内のイオン交換樹脂の劣化を抑制することができ、電気脱イオン装置６の耐用期間を大幅に向上することができる。このように本実施形態の酸化性成分除去装置５は、残留塩素除去装置として特に優れた性能を発揮する。
【００３３】
そして、電気脱イオン装置６は気密性を有していないので、処理中に炭酸や酸素などが微量溶解する。そこで電気脱イオン装置６の処理水を脱気装置７で処理して、これら溶存ガスを除去することで純水（一次純水）Ｗ２を得ることができる。
【００３４】
以上、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されず、純水製造装置１の逆浸透膜分離装置４や電気脱イオン装置６の後段に酸化性成分除去装置５を設ければ、種々の変更が可能である。例えば、逆浸透膜分離装置４は２段構成としてもよいし、必要に応じ再生型混床式イオン交換装置を設けたりしてもよい。さらに前処理システム２は必ずしも設けなくてもよく、水道水をそのまま純水製造装置１に供給してもよい。さらには、純水製造装置１の後段にサブシステムを設け、純水Ｗ２を一次純水とすることで超純水製造装置を構成してもよい。
【実施例】
【００３５】
以下の実施例により本発明をより具体的に説明する。
【００３６】
［実施例１］
１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍのセルにアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝６０：４０（体積比）で混合した混合樹脂を１Ｌ充填し、陽極をチタン材質白金メッキとし、陰極をＳＵＳエキスパンドメッシュとして、これら陰極及び陽極を直流電源に接続して酸化性成分除去装置を構成した。
【００３７】
この酸化性成分除去装置の陰極及び陽極に２Ａの電流を流しながら、遊離塩素濃度量０．１ｐｐｍ、結合塩素０．１ｐｐｍの試験用の残留塩素含有水（被処理水）を、通水量１ｍ３／ｈにて運転を行った。そして、この処理水の残留塩素濃度を測定したところ、遊離塩素濃度量０．０２ｐｐｍ以下、結合塩素０．０２ｐｐｍ以下と両方とも十分に低減していた。このことから、実施例１の酸化性成分除去装置により該酸化性成分除去装置の後段の装置の酸化性成分、特に遊離塩素による劣化を抑制することが可能であり、特に残留塩素除去装置として特に優れた性能を発揮することができることが確認された。
【符号の説明】
【００３８】
１  純水製造装置
２  前処理システム
３  タンク
４  逆浸透膜分離（ＲＯ）装置
５  酸化性成分除去装置
６  電気脱イオン装置
７  脱気装置
Ｗ  原水
Ｗ１  前処理水（被処理水）
Ｗ２  純水（一次純水）
【図１】
2018118194.tif 000003
【図２】
2018118194.tif 000004