(57)【要約】【課題】逆浸透膜装置と脱気装置とを組み合わせて成る純水製造装置であって、低コストで純水を製造でき、かつ、溶存炭酸ガス濃度を一層低減できる高性能な純水製造装置を提供する。【解決手段】純水製造装置は、原水からイオン類およびコロイダル物質と共に溶存炭酸ガスを除去して純水を製造する純水製造装置であり、第１の逆浸透膜装置（２）、第１の脱気装置（３）、第２の逆浸透膜装置（６）及び第２の脱気装置（７）が順次に配置されている。また、第１の逆浸透膜装置（２）及び第２の脱気装置（７）として、疎水性の微多孔中空糸膜を使用した脱気膜装置が使用される。【選択図】図１
2008080255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水からイオン類およびコロイダル物質と共に溶存炭酸ガスを除去して純水を製造する純水製造装置であって、第１の逆浸透膜装置、第１の脱気装置、第２の逆浸透膜装置および第２の脱気装置が順次に配置されていることを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】
第１の脱気装置および第２の脱気装置が、疎水性の微多孔中空糸膜を使用した脱気膜装置である請求項１に記載の純水製造装置。
【請求項３】
第１の脱気装置における中空糸膜の総膜面積が第２の脱気装置における中空糸膜の総膜面積以下に設定されている請求項２に記載の純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純水製造装置に関するものであり、詳しくは、逆浸透膜装置と脱気装置を組み合わせて構成され、原水からイオン類、コロイダル物質、溶存炭酸ガス等を除去して純水を製造する純水製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオンが除去された純水は、半導体製造などの分野で広く使用されているが、斯かる純水の製造においては、逆浸透膜を多段に配置した逆浸透膜装置の利用が種々検討されている。逆浸透膜装置を利用した純水製造装置は、イオン交換樹脂を使用した装置や電気再生式装置に比べ、有害薬品を使用する必要がなく且つ有害廃水を排出することがなく、しかも、装置構成がシンプルで設備費も安価であり、収率も向上させ得る。
【０００３】
上記の様な多段式逆浸透膜装置を利用した純水製造技術としては、例えば、原水の水素イオン濃度指数をｐＨ４〜７．５、炭酸ガス濃度を１０ｍｇ／ｌ以下に調整した後、直列に２段以上配置された逆浸透膜装置に原水を順次通水して脱塩処理し、次いで、脱気膜装置（膜脱気装置）に通水して炭酸ガスを脱気する様にした「純水製造方法」が提案されている（特許文献１）。また、上記の多段式逆浸透膜装置においては、第１の逆浸透膜装置により原水を脱塩処理した後、得られた処理水を脱気膜装置に通水して炭酸ガスを除去した後、更に、第２の逆浸透膜装置により重炭酸イオンを除去するものもある。
【特許文献１】特開２００２−１０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、半導体の製造プロセス等においては、例えば炭酸ガス濃度１ｐｐｍ以下の純水が求められるのに対し、２基の逆浸透膜装置と１基の脱気装置を配置した上記の様な純水製造装置では、次の様な理由により、溶存炭酸ガスを十分に除去することが出来ず、満足できる水質が得られなかった。
【０００５】
すなわち、水中の炭酸ガスは、その一部が重炭酸イオンに変化し、これらは平衡状態を維持する。特に数ｐｐｍ以下の低濃度領域においては、僅かな外的要因で炭酸ガスと重炭酸イオンの平衡状態が乱れ、容易に他方へ形態を変化させる。一方、逆浸透膜装置により重炭酸イオンを完全に除去したとしても、得られた処理水においては、炭酸ガスの一部が直ちに重炭酸イオンに変化するため、次に脱気装置で炭酸ガスを除去した場合、重炭酸イオンが残留する。そして、脱気装置から得られた処理水においては、残留した重炭酸イオンから再び炭酸ガスが生成され、結局、最終的に得られる処理水の炭酸ガス濃度を十分に低減できない。換言すれば、逆浸透膜を透過させた処理水においては、炭酸ガスの一部が重炭酸イオンに変化するため、後段の脱気装置の能力向上を図ったとしても、結果として、炭酸ガス濃度を十分に低減できないと言う問題がある。
【０００６】
本発明は、逆浸透膜を利用したいわゆるケミカルレスの純水製造手段の性能向上を図るべく種々検討の結果なされたものであり、その目的は、逆浸透膜装置と脱気装置とを組み合わせて成る純水製造装置であって、低コストで純水を製造でき、かつ、溶存炭酸ガス濃度を一層低減できる高性能な純水製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明においては、先ず、前段の処理として、第１の逆浸透膜装置により原水からコロイダル物質および重炭酸イオンを除去した後、第１の脱気装置により炭酸ガスを除去することにより、炭酸ガスの濃度レベルを小さくし、次に、後段の処理として、第２の逆浸透膜装置および第２の脱気装置を使用し、上記と同様の処理を繰り返すことにより、炭酸ガスの濃度レベルを更に低いオーダーに下げ、最終的に残留する炭酸ガスの濃度を更に低減させる様にした。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨は、原水からイオン類およびコロイダル物質と共に溶存炭酸ガスを除去して純水を製造する純水製造装置であって、第１の逆浸透膜装置、第１の脱気装置、第２の逆浸透膜装置および第２の脱気装置が順次に配置されていることを特徴とする純水製造装置に存する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の純水製造装置によれば、第１の逆浸透膜装置と第１の脱気装置を組み合わせた処理により、炭酸ガスの濃度レベルを一旦下げた後、再度、第２の逆浸透膜装置と第２の脱気装置を組み合わせた処理により、炭酸ガスの濃度レベルを更に低いオーダーに下げるため、炭酸ガス濃度が極めて低い純水を製造することが出来る。しかも、第１の脱気装置および第２の脱気装置により２段階に分けて脱炭酸処理するため、これら第１の脱気装置、第２の脱気装置を各々にさほど高性能化する必要がなく、その結果、設備費を低減でき、惹いては、一層低コストで純水を製造することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る純水製造装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る純水製造装置の一例の基本的な構成を示すフロー図である。
【００１１】
本発明の純水製造装置は、原水からイオン類およびコロイダル物質と共に溶存炭酸ガスを除去して純水を製造する装置であり、図１に示す様に、第１の逆浸透膜装置（２）、第１の脱気装置（３）、第２の逆浸透膜装置（６）及び第２の脱気装置（７）を順次に配置して構成される。
【００１２】
第１の逆浸透膜装置（２）は、原水に含まれる食塩などの電解質、シリカ成分などのコロイダル物質、および、重炭酸イオンを除去するために配置される。第１の逆浸透膜装置（２）に使用される逆浸透膜の素材としては、酢酸セルロース系、ポリアミド系、架橋ポリアミド系、ポリビニルアルコール等の素材が挙げられる。また、膜のエレメント構造としては、スパイラル型、中空糸型、チューブラー型などが挙げられる。本発明において、逆浸透膜としては、何れの種類の膜を使用してもよく、そして、市販の膜を適宜選択して使用することが出来る。
【００１３】
第１の逆浸透膜装置（２）の入口側には、ポンプ（１）によって原水を供給する原水供給ライン（８１）が接続される。また、第１の逆浸透膜装置（２）の出口側には、逆浸透膜を透過した透過水を取り出すための透過水取出ライン（８２）と、逆浸透膜を透過しなかった濃縮水を取り出すための濃縮水排出ライン（９１）とが接続される。そして、透過水は透過水取出ライン（８２）を通じて第１の脱気装置（３）に供給され、濃縮水は濃縮水排出ライン（９１）を通じて系外に排出される様になされている。
【００１４】
第１の脱気装置（３）は、重炭酸イオンが除去された上記の透過水から炭酸ガスを除去するために配置される。第１の脱気装置（３）としては、被処理水から炭酸ガスを脱気し得る限り、例えば大気中に噴霧して空気と接触させるシャワー方式や曝気方式などの脱炭酸塔などの装置を使用してもよいが、装置の小型化および高性能化を図る観点からは、脱気膜によって気体を分離する脱気膜装置が好ましい。
【００１５】
上記の脱気膜装置に使用される脱気膜は、分散現象を起こすことなく流体から気体を分離する膜であり、流体が通過する配水管の周囲に多数のポリプロピレン製の疎水性微多孔中空糸膜を編み込み且つこれらをハウジングに収容して構成される。上記の脱気膜は、中空糸膜の微孔には気体のみが入り込むと言う性質を利用し、中空糸の開口端側を真空引きすることにより、あるいは、スイープガスを供給することにより、気体の分圧差によって液体中の溶存ガスを分離除去することが出来る。斯かる脱気膜としては、例えば、セルガード（Ｃｅｌｇａｒｄ）社の商品名「リキセル；Ｌｉｑｕｉ−ｃｅｌ」（登録商標）として市販のものが利用可能である。
【００１６】
第１の脱気装置（３）には、重炭酸イオンが除去された水が被処理水として上記の透過水取出ライン（８２）を通じて供給され、溶存炭酸ガスが除去された処理水が処理水取出ライン（８３）を通じて取り出される様に構成される。そして、処理水取出ライン（８３）は貯槽（４）に接続される。貯槽（４）は、上記の第１の逆浸透膜装置（２）及び第１の脱気装置（３）から成る前段の工程で得られた処理水を更に後段の工程に円滑に供給するためのバッファタンクである。
【００１７】
第２の逆浸透膜装置（６）は、第１の逆浸透膜装置（２）による処理の後に炭酸ガスから再び変化し且つ第１の脱気装置（３）で除去できなかった重炭酸イオン、および、他のイオン類やコロイダル物質を除去するために配置される。第２の逆浸透膜装置（６）に使用される逆浸透膜は、第１の逆浸透膜装置（２）におけるのと同様である。
【００１８】
第２の逆浸透膜装置（６）の入口側には、ポンプ（５）によって被処理水（貯槽（４）の水）を供給する被処理水供給ライン（８４）が接続され、また、第２の逆浸透膜装置（６）の出口側には、逆浸透膜を透過した透過水を取り出すための透過水取出ライン（８５）と、逆浸透膜を透過しなかった濃縮水を取り出すための濃縮水排出ライン（９２）とが接続される。そして、透過水は透過水取出ライン（８５）を通じて第２の脱気装置（７）に供給され、濃縮水は濃縮水排出ライン（９２）を通じて系外に排出される様になされている。
【００１９】
第２の脱気装置（７）は、第１の脱気装置（３）による処理の後に重炭酸イオン（第１の脱気装置（３）で処理する前に炭酸ガスから変化した重炭酸イオン）から再び生成され且つ第２の逆浸透膜装置（６）で除去できない炭酸ガスを更に除去するために配置される。第２の脱気装置（７）としては、  第１の脱気装置（３）と同様に、各種の脱気装置を使用できるが、装置の小型化および高性能化を図るため、前述と同様、疎水性の微多孔中空糸膜を使用した脱気膜装置が好ましい。
【００２０】
第２の脱気装置（７）には、第２の逆浸透膜装置（６）で重炭酸イオンが除去された水が被処理水として上記の透過水取出ライン（８５）を通じて供給され、溶存炭酸ガスが除去された処理水（純水）が処理水取出ライン（８６）を通じて取り出される様に構成される。なお、図示しないが、通常は、脱気膜装置を駆動するために真空ラインやスイープガスラインが設けられ、これらは前述の第１の脱気装置（３）の脱気膜装置と共用されることもある。
【００２１】
また、本発明においては、設備費をより低減し、ランニングコストを低減するため、第１の脱気装置（３）としての脱気膜装置における中空糸膜の総膜面積は、第２の脱気装置（７）としての脱気膜装置における中空糸膜の総膜面積以下に設定される。純水製造能力の設計によって異なるが、例えば、第２の脱気装置（７）の中空糸膜の総膜面積が８０〜１００ｍ２とすると、第１の脱気装置（３）の中空糸膜の総膜面積は４０〜６０ｍ２に設計される。第１の脱気装置（３）と第２の脱気装置（７）の各中空糸膜の総膜面積が上記の様に設定されることにより、不必要に装置能力を高めることなく、かつ、最終的に得られる処理水（純水）中の炭酸ガス濃度を十分に低減できる。
【００２２】
本発明の純水製造装置による純水の製造方法は次の通りである。本発明の純水製造装置においては、図１に示す様に、先ず前段の処理として、原水供給ライン（８１）を通じて第１の逆浸透膜装置（２）に原水を供給し、第１の逆浸透膜装置（２）において、原水中の重炭酸イオンを含むイオン類およびコロイダル物質を除去する。次いで、第１の逆浸透膜装置（２）で得られた透過水を透過水取出ライン（８２）から第１の脱気装置（３）に供給し、第１の脱気装置（３）において、炭酸ガスを除去する。そして、第１の脱気装置（３）で処理された処理水を処理水取出ライン（８３）から取り出して貯槽（４）に一旦貯留する。
【００２３】
続いて、後段の処理として、被処理水供給ライン（８４）を通じて第２の逆浸透膜装置（６）に貯槽（４）の水を供給し、第２の逆浸透膜装置（６）において、更に重炭酸イオン等を除去する。すなわち、本発明においては、前段の処理において、第１の逆浸透膜装置（２）で重炭酸イオンを除去し、第１の脱気装置（３）で溶存炭酸ガスを除去するが、第１の脱気装置（３）による処理の際には、炭酸ガスの一部が再び重炭酸イオンに変化しており、斯かる重炭酸イオンは、第１の脱気装置（３）において除去されずに残留している。そこで、本発明では、残留する重炭酸イオン等を第２の逆浸透膜装置（６）によって除去する。
【００２４】
次いで、第２の逆浸透膜装置（６）で得られた透過水を透過水取出ライン（８５）から第２の脱気装置（７）に供給し、第２の脱気装置（７）において、再度、炭酸ガスを除去する。すなわち、本発明においては、前段の処理として第１の脱気装置（３）で炭酸ガスを除去し、第２の逆浸透膜装置（６）で重炭酸イオンを除去するが、後段の第２の逆浸透膜装置（６）による処理の際には重炭酸イオンの一部は再び炭酸ガスに変化しており、斯かる炭酸ガスは、第２の逆浸透膜装置（６）において除去されずに残留している。そこで、本発明では、残留する炭酸ガスを第２の脱気装置（７）によって除去する。そして、脱炭酸処理された処理水（純水）を処理水取出ライン（８６）を通じて取り出す。
【００２５】
本発明では、上記の第２の脱気装置（７）の処理によって炭酸ガスを再度除去するため、最終的に得られる処理水（純水）において、残留した重炭酸イオン（第２の脱気装置（７）での処理の際に既に炭酸ガスから変化した重炭酸イオン）から炭酸ガスが再度生成されても、その濃度レベルを極めて低くすることが出来る。
【００２６】
上記の様に、本発明においては、前段の第１の逆浸透膜装置（２）と第１の脱気装置（３）を組み合わせた処理により、炭酸ガスの濃度レベルを一旦下げた後、再度、後段の第２の逆浸透膜装置（６）と第２の脱気装置（７）を組み合わせた処理により、炭酸ガスの濃度レベルを更に低いオーダーに下げるため、例えば、炭酸ガス濃度が５０ｐｐｍの原水から、炭酸ガス濃度が１ｐｐｍ以下の純水を製造することが出来る。
【００２７】
しかも、本発明においては、上記の様に、第１の脱気装置（３）及び第２の脱気装置（７）により２段階に分けて脱炭酸処理するため、これら第１の脱気装置（３）、第２の脱気装置（７）を各々にさほど高性能化する必要がなく、その結果、設備費を低減でき、惹いては、一層低コストで純水を製造することが出来る。
【実施例】
【００２８】
図１に示す構成の純水製造装置を使用し、電気伝導率６５０μＳ／ｃｍ、重炭酸イオン含有量２４０ｍｇ／ｌ、推定炭酸ガス含有量１０ｍｇ／ｌの原水を処理し、純水を製造した。
【００２９】
上記の純水製造装置において、第１の逆浸透膜装置（２）及び第２の逆浸透膜装置（６）としては、アラミド製合成複合膜から成り且つ食塩阻止率が９９．６％の逆浸透膜を備えた装置を使用した。また、第１の脱気装置（３）及び第２の脱気装置（７）としては、ポリプロピレン製中空糸膜（中空糸外部が液相、中空糸内部が気相の膜；セルガード社製「リキセル」（登録商標），製品番号Ｇ５２１Ｒ）で構成された装置を使用した。
【００３０】
上記の純水製造装置による処理の途中工程において、第１の逆浸透膜装置（２）で得られた透過水の水質を確認したところ、電気伝導率は約１０μＳ／ｃｍ、重炭酸イオン量は４ｍｇ／ｌ、炭酸ガスと重炭酸イオンを構成する無機炭素イオン含有量から算出した炭酸ガス量は７ｍｇ／ｌであった。また、第１の脱気装置（３）による処理で得られた処理水の水質を確認したところ、電気伝導率は９μＳ／ｃｍ、重炭酸イオン量は４ｍｇ／ｌ、炭酸ガス量は２ｍｇ／ｌであった。そして、第２の脱気装置（７）による処理で得られた処理水（純水）の水質を確認したところ、電気伝導率は０．６μＳ／ｃｍ、重炭酸イオン含有量は測定下限以下、炭酸ガス量は１ｍｇ／ｌ以下であった。
【００３１】
更に、上記の純水製造装置による純水の製造において、第１の脱気装置（３）の運転条件を変更して当該脱気装置の能力を変化させたが、第１の脱気装置（３）及び第２の脱気装置（７）で得られる処理水のイオンバランスに大きな変化は見られなかった。これにより、第１の脱気装置（３）の能力不足が炭酸ガス濃度の上昇（水質の低下）を惹起する要因ではないことが確認された。
【００３２】
また、最終的に得られた処理水（純水）のシリカ含有量は１０ｐｐｂ以下であり、本発明の純水製造装置は、汎用的な電気再生式純水製造装置に比べて、脱塩処理能力にも優れていることが確認された。更に、得られた上記の処理水（純水）を非再生式のイオン交換ボンベで処理したところ、脱気装置を１段備えた従来の純水製造装置を使用した場合に比べて、本発明の純水製造装置を使用した場合は、超純水の採水量が約２倍に増加し、明らかに水質が向上したことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る純水製造装置の一例の基本的な構成を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ：ポンプ
２  ：第１の逆浸透膜装置
３  ：第１の脱気装置
４  ：貯槽
５  ：ポンプ
６  ：第２の逆浸透膜装置
７  ：第２の脱気装置
８１：原水供給ライン
８２：透過水取出ライン
８３：処理水取出ライン
８４：被処理水供給ライン
８５：透過水取出ライン
８６：処理水取出ライン
【図１】
2008080255.tif 000003