(57)【要約】  【課題】逆浸透膜を用いる純水製造システムにおいて、水回収率を高めて処理水を有効利用できる純水製造システムを提供する。  【解決手段】純水製造システム１０は、逆浸透膜を内蔵する逆浸透膜モジュール１４，１５と、逆浸透膜モジュール１５の濃縮水を供給水とするように逆浸透膜モジュール１５の後段に設置された、ナノ濾過膜を内蔵するナノ濾過膜モジュール１６と、逆浸透膜モジュール１４，１５の透過水を外部へ供給する第一処理水ライン２５と、ナノ濾過膜モジュール１６の透過水を逆浸透膜モジュール１４に供給水として循環させる循環ライン２７と、ナノ濾過膜モジュール１６の透過水を外部へ供給する第二処理水ライン２６と、循環ライン２７へと流れるナノ濾過膜モジュール１６の透過水の一部又は全部を第二処理水ライン２６へ流すための切替手段２１，２２，２９とを備える。【選択図】図１
2011189302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二段以上の分離膜モジュールを有し、前段の濃縮水を次段の供給水として供給しながら、最後段の濃縮水を系外へ排出する純水製造システムにおいて、
前記二段以上の分離膜モジュールは、少なくとも一段をナノ濾過膜モジュールとし、かつ残りを逆浸透膜モジュールとするように構成し、
前記逆浸透膜モジュールの透過水を外部へ供給する第一処理水ラインと、
前記ナノ濾過膜モジュールの透過水を最前段の前記分離膜モジュールに供給水として循環させる循環ラインと、を備えることを特徴とする純水製造システム。
【請求項２】
前記ナノ濾過膜モジュールの透過水を外部へ供給する第二処理水ラインと、
前記循環ラインへと流れる前記ナノ濾過膜モジュールの透過水の一部又は全部を前記第二処理水ラインへ流すための切替手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の純水製造システム。
【請求項３】
前記逆浸透膜モジュールは、塩化ナトリウム除去率が９０％以上、かつシリカ除去率が９０％であり、
前記ナノ濾過膜モジュールは、塩化ナトリウム除去率が８０％以上、かつシリカ除去率が８０％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の純水製造システム。
【請求項４】
分離膜として逆浸透膜とナノ濾過膜とを用い、前段の前記分離膜の濃縮水を次段の前記分離膜の供給水として供給しながら、最後段の前記分離膜の濃縮水を系外へ排出する純水製造方法において、
前記逆浸透膜の透過水を第一処理水として外部に供給する工程と、
前記ナノ濾過膜の透過水を最前段の前記分離膜に供給水として循環させる工程と、を含むことを特徴とする純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純水製造システムに関し、特に、逆浸透膜モジュールを備える純水製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程や電子部品の製造、医療器具の洗浄等では、不純物を含まない高純度の純水が使用されており、従来から種々の純水製造システムが提供されている。また、純水製造システムとしては、イオン交換樹脂を用いるイオン交換装置や、逆浸透膜を用いる逆浸透膜装置を備える物が数多く提供されている。
【０００３】
イオン交換装置は、陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂を備え、イオン交換樹脂中の固定イオンと異符号のイオンを吸着除去する装置であり、純度を上げるために、塔内にＨ型陽イオン交換樹脂とＯＨ型イオン交換樹脂を混合して充填した混床式イオン交換装置も提供されている。
【０００４】
逆浸透膜装置は、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いた膜分離により供給水中のイオンを除去する装置である。例えば、下記特許文献１には、原水にアルカリを添加してｐＨを９．２以上に調整後、耐アルカリ性ＲＯ膜、正荷電ＲＯ膜の順で処理する純水製造システムが開示されている。
【０００５】
逆浸透膜を用いれば、高純度の純水を製造することができる。しかし、一般に、逆浸透膜は、除去率が高い一方、高濃縮水を排出する必要があるため、水回収率が低くなってしまう。
【０００６】
このような課題に鑑み、下記特許文献２には、原水を透過水と濃縮水とに膜分離する逆浸透膜と、この逆浸透膜の濃縮水を原水としてさらに透過水と濃縮水とに膜分離するナノ濾過膜とを備え、逆浸透膜の透過水とナノ濾過膜の透過水とを混合して生産水を生成する水質改質装置が開示されている。
【０００７】
このような水質改質装置であれば、後段側に除去率の低いナノ濾過膜（ＮＦ膜）を配置することで、シリカ等のスケール成分の濃縮を抑制して回収率を高めると共に、逆浸透膜とナノ濾過膜の透過水を混合すれば、過剰水質にならない程度の処理水を供給することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１２８９２２号公報
【特許文献２】特開２００９−１７２４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記特許文献２の水質改質装置では、逆浸透膜による高純度の処理水に、除去率の低いナノ濾過膜の透過水を混合するので、処理水の純度が低下することは避けられない。したがって、部品洗浄の為の洗浄水や、化学工業や食品工業の原料水など、高純度の純水が要求される用途には、上記特許文献２の水質改善装置により生産された処理水を使用できなくなってしまう。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、逆浸透膜を用いる純水製造システムにおいて、水回収率を高めて処理水を有効利用できる純水製造システム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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る純水製造システムは、二段以上の分離膜モジュールを有し、前段の濃縮水を次段の供給水として供給しながら、最後段の濃縮水を系外へ排出する純水製造システムにおいて、前記二段以上の分離膜モジュールは、少なくとも一段をナノ濾過膜モジュールとし、かつ残りを逆浸透膜モジュールとするように構成し、前記逆浸透膜モジュールの透過水を外部へ供給する第一処理水ラインと、前記ナノ濾過膜モジュールの透過水を最前段の前記分離膜モジュールに供給水として循環させる循環ラインと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る純水製造方法は、分離膜として逆浸透膜とナノ濾過膜とを用い、前段の前記分離膜の濃縮水を次段の前記分離膜の供給水として供給しながら、最後段の前記分離膜の濃縮水を系外へ排出する純水製造方法において、前記逆浸透膜の透過水を第一処理水として外部に供給する工程と、前記ナノ濾過膜の透過水を最前段の前記分離膜に供給水として循環させる工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る純水製造システムによれば、逆浸透膜を用いる純水製造システムにおいて、水回収率を高めて処理水を有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第一実施形態に係る純水製造システムの構成を概略的に示す模式図である。
【図２】図２は、第二実施形態に係る純水製造システムの構成を概略的に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第一実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る純水製造システムについて説明する。図１は、第一実施形態に係る純水製造システムの構成を概略的に示す模式図である。同図に示すように、純水製造システム１０は、給水ライン２上に順に設置された軟水装置１１、膜分離装置１３を備えている。
【００１６】
軟水装置１１は、イオン交換塔内にナトリウム型の陽イオン交換樹脂が収容されている。原水が給水ライン２から軟水装置１１に供給されると、原水に含まれる硬度成分であるカルシウムイオン及びマグネシウムイオンが陽イオン交換樹脂のナトリウムイオンとイオン交換されて除去され、原水が軟水化される。つまり、膜分離装置１３には、供給水として、軟水装置１１で製造された軟水が供給される。
【００１７】
膜分離装置１３は、第一乃至第三分離膜モジュール１４〜１６、第一及び第二比例制御弁２１，２２、第一及び第二処理水ライン２５，２６、循環ライン２７、制御器２９を備えている。
【００１８】
膜分離装置１３においては、図示しない加圧ポンプで供給水側を加圧することで、主として水分子のみ分離膜モジュール１４〜１６を透過させ、分離膜によってイオン等の不純物が除去される。すなわち、各分離膜モジュール１４〜１６は、供給水を膜分離処理し、供給水中のイオンが除去された透過水と、供給水中のイオンが濃縮された濃縮水を製造する。濃縮水は、順次次段の分離膜モジュールに供給水として供給され、透過水は、後述するように、第一及び第二処理水（生産水）として外部に供給される。
【００１９】
第一分離膜モジュール１４は、逆浸透膜モジュールであり、負荷電の逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」という。）が内蔵されている。具体的には、このＲＯ膜は、塩化ナトリウム濃度５００ｍｇ／Ｌ、かつシリカ濃度３０ｍｇＳｉＯ２／Ｌの水溶液を、操作圧力１ＭＰａ、回収率１５％、温度２５℃及びｐＨ７の条件で処理した場合の塩化ナトリウム除去率が９０％以上、かつシリカ除去率が９０％以上となる負荷電の合成高分子膜である。
【００２０】
第一分離膜モジュール１４の透過水は、第一処理水ライン２５へと供給され、濃縮水は第二分離膜モジュール１５に供給水として供給される。第一処理水ライン２５は、第一分離膜モジュール１４の透過水を第一処理水（純水）として外部へ供給するためのラインである。
【００２１】
第二分離膜モジュール１５も第一分離膜モジュール１４と同様に逆浸透膜モジュールである。第二分離膜モジュール１５の透過水は、第一分離膜モジュール１４の透過水と混合されて第一処理水ライン２５へ供給される。ここで、第一処理水ライン２５に供給される第一処理水は、ＲＯ膜の透過水であるため、高純度の純水が必要とされるシステムに供給することができる。一方、第二分離膜モジュール１５の濃縮水は、第三分離膜モジュール１６に供給水として供給される。
【００２２】
第三分離膜モジュール１６は、ナノ濾過膜モジュールであり、負荷電のナノ濾過膜（以下、「ＮＦ膜」という。）が内蔵されている。具体的には、このＮＦ膜は、塩化ナトリウム濃度５００ｍｇ／Ｌ、かつシリカ濃度３０ｍｇＳｉＯ２／Ｌの水溶液を操作圧力１ＭＰａ、回収率１５％、温度２５℃及びｐＨ７の条件で処理した場合の塩化ナトリウム除去率が８０％以上、かつシリカ除去率が８０％以下となる負荷電の合成高分子膜を用いている。
【００２３】
比例制御弁２１，２２は、入力信号の大きさにより流量を制御可能な弁であり、第一比例制御弁２１は、第三分離膜モジュール１６の透過水を第二処理水として外部へ供給するための第二処理水ライン２６上に設置され、第二比例制御弁２２は、第三分離膜モジュール１６の透過水を最前段の第一分離膜モジュール１４に供給水として循環させるための循環ライン２７上に設置されている。制御器２９は、第一比例制御弁２１及び第二比例制御弁２２に接続されており、これらの開閉制御を行う。
【００２４】
第三分離膜モジュール１６の透過水は、通常、循環ライン２７を通って第一分離膜モジュール１４に供給水として循環供給されており、この循環供給が、システムにおける水回収率の向上に寄与している。このとき、制御器２９は、第一比例制御弁２１を全閉すると共に第二比例制御弁２２を全開とするように制御する。また、最後段の第三分離膜モジュール１６の濃縮水は、系外へ排水される。
【００２５】
さらに、本実施形態においては、第三分離膜モジュール１６の透過水の一部又は全部を第二処理水として外部に供給するように切り替えることも可能である。この切り替えは、制御器２９による第一比例制御弁２１及び第二比例制御弁２２の開閉制御により実現される。このように、第一及び第二比例制御弁２１，２２と制御器２９は、循環ライン２７へ流れる第三分離膜モジュール１６の透過水の一部又は全部を第二処理水ライン２６へと流すための切替手段として作用する。
【００２６】
例えば、第三分離膜モジュール１６の透過水の全量を第二処理水として使用する場合には、制御器２９は、第二比例制御弁２２を全閉すると共に第一比例制御弁２１を全開するように制御する。そうすると、第三分離膜モジュール１６の透過水の全量が第二処理水ライン２６へと供給される。
【００２７】
また、第三分離膜モジュール１６の透過水の一部を第二処理水として使用する場合には、第一及び第二比例制御弁２１，２２の開度を適宜調整することで、第三分離膜モジュール１６の透過水のうち所望の量を第二処理水ライン２６へ供給することができる。
【００２８】
ここで、第三分離膜モジュール１６の透過水は、第二分離膜モジュール１５の濃縮水を除去率の低いＮＦ膜（塩化ナトリウム除去率が８０％以上、かつシリカ除去率が８０％以下）で濾過した透過水であるため、ある程度シリカ成分等が残留しており、ＲＯ膜の透過水である第一処理水と比較して純度は低い。
【００２９】
したがって、第二処理水２６は、リサイクル水が使用されるシステム等、高純度を求められないシステムでの利用が想定される。ここで、特開２００２−０１８４８７号公報に開示されているように、ボイラ給水中に含まれるシリカは、ボイラの水管等に防食皮膜を形成して、防食抑制作用を奏することが知られている。したがって、第二処理水は、ボイラへの給水として用いるのに適している。
【００３０】
以上、本実施形態に係る純水製造システム１０は、除去率の低いＮＦ膜を内蔵する第三分離膜モジュール１６の透過水を、高除去率のＲＯ膜を内蔵する最前段の第一分離膜モジュール１４に供給水として循環させており、ＲＯ膜を用いる純水製造システムにおいて水回収率を高めて有効利用することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、第一及び第二分離膜モジュール１４，１５のＲＯ膜によってシリカが次第に濃縮された濃縮水を、シリカ除去率の低いＮＦ膜で処理することで、シリカの過剰な濃縮を抑制して、シリカ析出による膜性能の低下を防止することもできる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、ＲＯ膜の透過水用の第一処理水ライン２５と、ＮＦ膜の透過水用の第二処理水ライン２６とを別々に独立して設置したことで、従来のように、ＮＦ膜の透過水をＲＯ膜の透過水と混合させて、ＲＯ膜による処理水の純度を下げてしまうといったことがない。すなわち、ＲＯ膜による高純度の純水の製造を可能としつつ、ＮＦ膜の透過水だけを別途高品質を求められない用途に有効に利用することが可能である。このように、本実施形態によれば、水回収率の向上と、高純度な処理水を得ることの双方を両立させることができる。
【００３３】
（第二実施形態）
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。図２は、第二実施形態に係る純水製造システムの構成を概略的に示す模式図である。同図に示すように、純水製造システム３０は、給水ライン２上に順に設置された軟水装置１１、膜分離装置３３を備えている。
【００３４】
純水製造システム３０は、上記第一実施形態に係る純水製造システム１０と比較して、第一乃至第三分離膜モジュール３４〜３６におけるＲＯ膜及びＮＦ膜の配置順序を換えたことを特徴としており、同様の構成については説明を省略する。
【００３５】
膜分離装置３３は、第一乃至第三分離膜モジュール３４〜３６、第一及び第二比例制御弁４１，４２、第一及び第二処理水ライン４５，４６、循環ライン４７、制御器４９を備えている。
【００３６】
第二実施形態において、第一分離膜モジュール３４及び第三分離膜モジュール３６は、負荷電のＲＯ膜が内蔵された逆浸透膜モジュールであり、第二分離膜モジュール３５は、負荷電のＮＦ膜が内蔵されたナノ濾過膜モジュールである。
【００３７】
ＲＯ膜を内蔵する第一分離膜モジュール３４の透過水は、第一処理水ライン４５へと供給され、濃縮水は第二分離膜モジュール３５に供給水として供給される。ＮＦ膜を内蔵する第二分離膜モジュール３５の透過水は、循環ライン４７を通って最前段の第一分離膜モジュール３４に供給水として供給され、水回収率の向上に寄与する。
【００３８】
このとき、制御器４９は、第一比例制御弁４１を全閉すると共に第二比例制御弁４２を全開するように制御する。また、第二分離膜モジュール３５の濃縮水は第三分離膜モジュール３６に供給水として供給される。
【００３９】
ここで、本実施形態においては、上記第一実施形態と同様に、第二分離膜モジュール３５の透過水の一部又は全部を第二処理水として外部に供給するように切り替えることも可能である。第一及び第二比例制御弁４１，４２と制御器４９は、上記第一実施形態と同様の作用により、循環ライン４７へと流れる第二分離膜モジュール３５の透過水の一部又は全部を第二処理水ライン４６へと流すための切替手段として機能する。
【００４０】
第三分離膜モジュール３６の透過水は、第一分離膜モジュール３４の透過水と混合されて第一処理水ライン４５へと供給される。すなわち、この混合された透過水は、純水として外部へ供給される。また、最後段の第三分離膜モジュール３６の濃縮水は、系外へ排水される。
【００４１】
以上、本実施形態に係る純水製造システム３０においても、除去率の低いＮＦ膜を内蔵する第二分離膜モジュール３５の透過水を高除去率のＲＯ膜を内蔵する第一分離膜モジュール３４に供給水として循環させており、ＲＯ膜を用いる純水製造システムにおいて水回収率を高めて有効利用することができる。
【００４２】
また、第二実施形態においても、第一分離膜モジュール３４のＲＯ膜によってシリカが濃縮された濃縮水を、シリカ除去率の低いＮＦ膜で処理することで、シリカの過剰な濃縮を抑制して、シリカ析出による膜性能の低下を防止することもできる。
【００４３】
さらに、第二実施形態においても、ＲＯ膜の透過水用の第一処理水ライン４５と、ＮＦ膜の透過水用の第二処理水ライン４６とを別系統に独立して設置したことで、第一実施形態と同様にＲＯ膜による処理水の純度を下げてしまうことがない。すなわち、ＲＯ膜による高純度の純水の製造を可能としつつ、ＮＦ膜の透過水だけを別途高品質を求められない用途に有効に利用することが可能である。このように、本実施形態によれば、水回収率の向上と、高純度な処理水を得ることの双方を両立させることができる。
【００４４】
以上、本発明の第一及び第二実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施形態は上述した形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上述した各装置の構成として、同様の機能を有する他の構成を採用できるのは言うまでもない。
【００４５】
上記実施形態では、ＮＦ膜モジュールを三段目又は二段目に配置した純水製造システムについて説明したが、ＮＦ膜モジュールを一段目に配置した構成としてもよい。この場合には、ＮＦ膜モジュールの透過水を再びＮＦ膜モジュールの供給水として循環させると共に、ＮＦ膜モジュールの透過水とＲＯ膜モジュールの透過水とをそれぞれ独立して取り出せるように構成すれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、二段のＲＯ膜モジュールと、一段のＮＦ膜モジュールからなる純水製造システムについて説明したが、ＲＯ膜モジュールが一段であっても良い。この場合にも、ＮＦ膜モジュールの透過水を最前段の分離膜モジュールに供給水として循環させると共に、ＮＦ膜モジュールの透過水とＲＯ膜モジュールの透過水とをそれぞれ独立して取り出せるように構成すれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４７】
また、純水製造システムは、ＲＯ膜モジュールが三段以上、ＮＦ膜モジュールが二段以上の構成であっても良く、二段以上の分離膜モジュールのうち、少なくとも一段をＮＦ膜モジュールとすれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４８】
２                給水ライン
１０，３０        純水製造システム
１４，３４        第一分離膜モジュール
１５，３５        第二分離膜モジュール
１６，３６        第三分離膜モジュール
２１，４１        第一比例制御弁
２２，４２        第二比例制御弁
２５，４５        第一処理水ライン
２６，４６        第二処理水ライン
２７，４７        循環ライン
２９，４９        制御器
【図１】
2011189302.tif 000003
【図２】
2011189302.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月17日(2010.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記逆浸透膜モジュールは、塩化ナトリウム除去率が９０％以上、かつシリカ除去率が９０％以上であり、
前記ナノ濾過膜モジュールは、塩化ナトリウム除去率が８０％以上、かつシリカ除去率が８０％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の純水製造システム。