(57)【要約】【課題】原水の水質の変化が生じた場合においても、その水処理ユニットにおける処理水の水質異常に関して正確に異常を検出することができる水質異常検出装置及び水質異常検出方法を提供する。【解決手段】イオン交換ユニット１０の出口側に、それぞれ並列に接続された同体積の測定用カラム４１及び比較用カラム４２と、測定用カラム４１の水移動方向下流側に配設された測定用ｐＨメータ４３と、比較用カラムの水移動方向下流側に配設された比較用ｐＨメータ４４と、測定用ｐＨメータ４３による比較値及び比較用ｐＨメータ４４による比較値に基づいて水質異常の度合いを算出する演算手段４９と、を具備する水質異常検出装置４０。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理ユニットの出口側から排出される処理水を通水する、それぞれ並列に接続された同体積の測定用カラム及び比較用カラムと、前記測定用カラムの水移動方向下流側に配設された測定用水質測定器と、前記比較用カラムの水移動方向下流側に配設された比較用水質測定器と、前記測定用水質測定器による測定値及び前記比較用水質測定器による比較値に基づいて水質異常の度合いを算出する演算手段と、を具備することを特徴とする水質異常検出装置。
【請求項２】
前記測定用カラムには、検査対象物に不活性な充填物が充填されており、かつ、前記比較用カラムには、検査対象物に活性な充填物が充填されていることを特徴とする請求項１記載の水質異常検出装置。
【請求項３】
前記検査対象物に活性な充填物が、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを任意の比率で混合した混床式イオン交換樹脂、ろ過用の砂又は活性炭であることを特徴とする請求項２記載の水質異常検出装置。
【請求項４】
前記検査対象物に不活性な充填物が、ガラスビーズであることを特徴とする請求項２又は３記載の水質異常検出装置。
【請求項５】
前記測定用カラムと前記比較用カラムの空隙率が同じであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の水質異常検出装置。
【請求項６】
前記測定用水質測定器及び前記比較用水質測定器が、濁度計、塩素計、ｐＨ計、導電率計及び抵抗率計から選ばれる少なくとも一つの測定器であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の水質異常検出装置。
【請求項７】
前記演算手段が、前記水質異常の度合いが所定の値になったときに告知する機能を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の水質異常検出装置。
【請求項８】
水処理ユニットと、前記水処理ユニットの出口側に、それぞれ並列に接続された同体積の測定用カラム及び比較用カラムと、前記測定用カラムの水移動方向下流側に配設された測定用水質測定器と、前記比較用カラムの水移動方向下流側に配設された比較用水質測定器と、前記測定用水質測定器による比較値及び前記比較用水質測定器による比較値に基づいて水質異常の度合いを算出する演算手段と、を具備することを特徴とする水処理装置。
【請求項９】
前記水処理装置が、純水製造装置又は超純水製造装置であることを特徴とする請求項８記載の水処理装置。
【請求項１０】
水処理ユニットから排出される処理水を、並列に接続された同体積の測定用カラム及び比較用カラムに通水し、前記測定用カラムに通水後の処理水の水質を測定してこれを測定値とし、前記比較用カラムに通水後の処理水の水質を測定してこれを比較値とし、前記測定値と前記比較値との差をモニタリングして水質異常の度合いを算出することを特徴とする水質異常検出方法。
【請求項１１】
前記測定用カラムには、検査対象物に不活性な充填物が充填されており、かつ、前記比較用カラムには、検査対象物に活性な充填物が充填されていることを特徴とする請求項１０記載の水質異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水質異常検出装置及び水質異常検出方法に係り、さらには、この装置を用いた水処理装置に関する。より詳細には、水処理ユニットの出口側から排出された処理水を並列に接続された測定用カラム及び比較用カラムにそれぞれ通水して検査対象物の検知結果に基づいて水質異常を検出することができる水質異常検出装置、水質異常検出方法及び水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より市水や工業用水から水の純度を上げる純水製造技術が研究されている。 特に先端技術の分野では、半導体を製造する際に超純水が必要となるので、市水や工業用水から超純水を製造する技術が求められている。この超純水を製造するには水中の不純物を除去する必要がある。具体的には水に含まれる陽イオン、炭酸ガス、陰イオンなどを除去する。一般に、純水製造装置では、原水に含まれる陽イオンを水処理ユニットの陽イオン交換樹脂塔で陽イオンを除去したのち、脱気処理して炭酸ガスを除去し、陰イオン交換樹脂塔で陰イオンを除去し、しかる後に逆浸透膜で処理される。
【０００３】
ここで、水に含まれる陽イオンには、ナトリウムイオン（Ｎａ+ ）やカリウムイオン（Ｋ+ ）などの一価のものから、カルシウムイオン（Ｃａ2+）や、マグネシウムイオン（Ｍｇ2+）などの二価以上のものまで存在し、これらの陽イオンはまとめて「カチオン」と呼ばれる。
【０００４】
これらのカチオンは原子量及び価数の大きいものほどイオン交換樹脂との結合力が大きい。また、水処理ユニットのイオン交換樹脂の通水時間が短く、イオン交換能力が大きい間はカチオンの殆どはイオン交換されるため、カチオンのリーク量は小さいが、イオン交換樹脂の通水時間が長くなるにつれてイオン交換能力が低下し、カチオンのリーク量が増大する。
【０００５】
ここで、価数の小さいナトリウムイオン（Ｎａ+ ）やカリウムイオン（Ｋ+ ）はイオン交換樹脂を通しても完全に除去することは困難であり、若干量のリークは避けられない反面、水に溶解しやすいので水処理装置の各ユニットに目詰まりなどのトラブルを引き起こすことも少ない。
【０００６】
これに対して、カルシウムイオン（Ｃａ2+）や、マグネシウムイオン（Ｍｇ2+）などの二価以上の、いわゆる硬水を構成する硬度成分は固形化合物になりやすく、これらが各ユニットを通過すると目詰まりを起こしやすい。具体的にはイオン交換カラムから二価以上のカチオンがリークすると純水製造装置の下流側の逆浸透膜を目詰まりさせてしまい、純水製造装置の機能を停止させてしまう。そのため純水製造装置の運転を安定して行うためには、イオン交換塔からのカチオンリーク量を常にモニタリングする必要がある。
【０００７】
このため従来の純水製造装置ではイオン交換塔の処理水出口側にカチオン検出装置を配設して処理水中のカルシウムイオン（Ｃａ2+）やマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）などの二価以上の硬度成分の有無を分析してイオン交換樹脂のイオン交換能力をモニタリングしている。この従来のカチオン検出装置ではカルマガイド比色法を利用しており、処理水にカルマガイド指示薬を添加し、その発色を波長５２０ｎｍの光で測定し、カルシウムイオンやマグネシウムイオンの量を測定する。
【０００８】
しかるに、この方法では、定量純水装置、恒温装置、定量注入装置、試薬貯留装置、攪拌装置、定光源発光装置、定電流変換装置、演算装置、といった複雑な分析装置を必要とする。これらの装置からなる分析装置は分析精度は高いものの、高価な上に複雑かつ繊細で故障がおきやすい。特に工場などの製造現場では振動や熱、ガス、電磁波などの外乱因子が多く、精密な分析装置の機能を維持するのは容易ではないという問題がある。
【０００９】
そこで、より構造が簡単で故障がしにくく、しかも安価で精度の高いリークカチオンを検出することができるものとして、イオン交換樹脂が充填され、水処理ユニットの出口側に接続される比較用カラムと、前記比較用カラムの水移動方向上流側に配設された第１のｐＨメータと、前記比較用カラムの水移動方向下流側に配設された第２のｐＨメータと、前記第１のｐＨメータ比較値及び前記第２のｐＨメータ比較値に基づいて、処理水中のカチオンリーク率を割り出す演算手段と、を具備するカチオン検出装置、カチオン検出方法やこれを応用した水処理装置が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−５６３２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このカチオン検出方法は、第１のｐＨメータと第２のｐＨメータとで比較用カラムの水移動方向に対してそれぞれ上流、下流と配置されており、測定時間にずれが生じている。この時間のずれは、例えば、原水の水質が経時的に変化したときには、比較時に上流に存在する水と下流に存在する水を測定し、比較するため、それぞれ異なる水質の処理水を比較することとなってしまうため、正確な測定を行うことができない場合があった。
【００１１】
そこで、本発明は、原水の水質の変化が生じた場合においても、その水処理ユニットにおける処理水の水質異常に関して正確に異常を検出することができる水質異常検出装置及び水質異常検出方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の水質異常検出装置は、水処理ユニットの出口側から排出される処理水を通水する、それぞれ並列に接続された同体積の測定用カラム及び比較用カラムと、測定用カラムの水移動方向下流側に配設された測定用水質測定器と、比較用カラムの水移動方向下流側に配設された比較用水質測定器と、測定用水質測定器による測定値及び比較用水質測定器による比較値に基づいて水質異常の度合いを算出する演算手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の水質異常検出方法は、水処理ユニットから排出される処理水を、並列に接続された同体積の測定用カラム及び比較用カラムに通水し、測定用カラムに通水後の処理水の水質を測定してこれを測定値とし、比較用カラムに通水後の処理水の水質を測定してこれを比較値とし、測定値と比較値との差をモニタリングして水質異常の度合いを算出することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の水処理装置は、水処理ユニットと、水処理ユニットの出口側に、それぞれ並列に接続された同体積の測定用カラム及び比較用カラムと、測定用カラムの水移動方向下流側に配設された測定用水質測定器と、比較用カラムの水移動方向下流側に配設された比較用水質測定器と、測定用水質測定器による比較値及び比較用水質測定器による比較値に基づいて水質異常の度合いを算出する演算手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明における水処理ユニットとは、水処理を行う装置において被処理水からその含まれる不純物を除去する機能を有する単位ユニットであり、例えば、砂ろ過器、カチオン交換樹脂塔、アニオン交換樹脂塔、混床式イオン交換塔、活性炭塔、イオン交換ポリッシャー等が挙げられる。
【００１６】
また、本発明における測定用カラムには、検査対象物に不活性な充填物が充填されており、一方、比較用カラムには、検査対象物に活性な充填物が充填されているものである。ここで検査対象物とは、水質異常検出手段を接続する上流にある水処理ユニットにおいて除去の対象となっている物質をいい、例えば、水処理ユニットがカチオン交換樹脂塔であればカチオン、水処理ユニットがアニオン交換樹脂塔ではアニオン、水処理ユニットが砂ろ過器では粒子状不純物、水処理ユニットが活性炭では塩素等が挙げられる。
【００１７】
また、これら測定用カラムと比較用カラムは、同体積のカラムであり、これを同体積のものとすることで、測定用カラムと比較用カラムとでそれぞれ通過した処理水の水質を測定するときの経過時間のずれをなるべく生じないようにして測定値の比較をすることができる。
【００１８】
ここで、測定用カラムに充填する充填物は、検査対象物に対して不活性なものであり、検査対象物に対して不活性とは、検査対象物を除去する作用を生じないことを意味し、水処理ユニットから排出された水が水質を変化させることなくカラムを通過することとなる。この検査対象物に対して不活性な充填物としては、例えば、ガラスビーズ等が挙げられる。
【００１９】
そして、比較用カラムに充填する充填物は、検査対象物に対して活性なものであり、検査対象物に対して活性とは、検査対象物を除去する作用を生じることを意味し、例えば、検査対象物がカチオンであった場合には、カチオン交換樹脂、混床式イオン交換樹脂、検査対象物がアニオンであった場合には、アニオン交換樹脂、混床式イオン交換樹脂、検査対象物が粒子状不純物であった場合には、ろ過用の砂、検査対象物が塩素であった場合には、活性炭、検査対象が純水又は超純水に含まれる不純物であった場合には、混床式イオン交換樹脂等である。
【００２０】
このとき、測定用カラムと比較用カラムとで充填物を充填した際の空隙率が同一となるようにすることが好ましく、空隙率が同一となることにより、それぞれのカラムを通過する処理水がカラム中を同速度で流下するため、その後の測定される水が互いに同時刻に水処理ユニットにより処理され、同時刻に測定用カラム及び比較用カラムを通過し、同時刻に水質の測定が行われるものであり、原水の水質の変化に影響されない測定が可能となるものである。
【００２１】
ここで、さらに、測定用カラムと比較用カラムとで用いられる充填物を同形状で平均粒子径が同じものを用いることが、測定用カラムと比較用カラムとの空隙率を同一に調整することを容易に行うことができる観点から特に好ましいものである。
【００２２】
次に、本発明で用いる水質測定器としては、測定用水質測定器と比較用水質測定器とはそれぞれ同じ項目（検査対象物）を直接的又は間接的に測定するものであり、ここで用いられる水質測定器としては、ｐＨ計、導電率計、比抵抗計、濁度計、塩素計等が挙げられ、これらは単独で用いてもよいし、複数の項目を組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００２３】
また、本発明の水処理装置としては、水処理ユニットと、その処理水出口側に本発明の水質異常検出装置を設けてなるものであり、ここで水処理ユニットとしては、水処理を行う装置において被処理水からその含まれる不純物を除去する機能を有する単位ユニットであり、公知の水処理ユニットであれば特に限定されずに用いることができる。この水処理ユニットとしては、例えば、砂ろ過器、カチオン交換樹脂塔、アニオン交換樹脂塔、混床式イオン交換塔、活性炭、イオン交換ポリッシャー等が挙げられ、また、水処理装置としては、これらの水処理ユニットを応用した水処理装置であればよく、例えば、純水製造装置、超純水製造装置等が挙げられる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では測定用カラムと比較用カラムと、それぞれのカラムの後段に配設した水質測定器と、演算手段とから構成されるという、既存の装置を組み合わせた単純な構成となっているので、構造が簡単で故障しにくく、しかも安価で、かつ高精度で水質の異常を検出することが可能な水質異常検出装置、水質異常検出方法及び水処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明について、実施形態に基づいて図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る超純水製造装置１の概略構成を示した図である。
この超純水製造装置１は、イオン交換ユニット１０、脱気ユニット２０、逆浸透濾過ユニット３０が水の移動方向に関して直列に配設されており、これらイオン交換ユニット１０、脱気ユニット２０及び逆浸透濾過ユニット３０相互間は配管１０１及び１０２で接続されている。更にイオン交換ユニット１０には原水を導入する配管１０３が接続され、逆浸透濾過ユニット３０には得られた超純水を外部に供給するための配管１０４が取り付けられている。上記イオン交換ユニット１０と脱気ユニット２０とを結ぶ配管１０１は途中で分岐して配管１０５が取り付けられている。この配管１０５はイオン交換ユニット１０でイオン交換処理された処理水をサンプリングするための配管で、この配管１０５の先には水質異常検出装置４０が取り付けられている。
【００２６】
この純水製造装置１を起動すると、図示しないポンプが作動して原水を配管１０３内に供給する。配管１０３内に供給された原水はまずイオン交換ユニット１０内に流入する。イオン交換ユニット１０内では流入した原水がユニットのイオン交換塔に充填されたイオン交換樹脂と接触することによりイオン交換処理が施され、いわゆるカチオンの大部分はＨ+ イオンに交換される。このイオン交換ユニット１０でイオン交換処理された処理後の水は次に配管１０５で分岐する分を除き、配管１０１を通って後続の脱気ユニット２０に送られる。脱気ユニット２０に送られた水はここで脱気処理を施されて水中の炭酸ガスを除去され、しかる後に配管１０２を通って逆浸透濾過ユニット３０に入り、ここで逆浸透膜によりイオンや有機物などの不純物を取り除かれ、配管１０４を経て処理水として装置外へ送り出される。
【００２７】
イオン交換ユニット１０は単一又は複数のイオン交換塔１１内からなる。２はイオン交換塔１１と水質異常検出装置４０の取り付け部分を拡大した部分拡大図である。図２に示したように、イオン交換ユニット１０はイオン交換塔１１内に大量のイオン交換樹脂１２が充填されている。
【００２８】
また、図３は本発明に係る水質異常検出装置４０の概略構造を示した図である。図３に示したように、水質異常検出装置４０は配管１０１で分岐する配管１０５内に流入した処理水は、さらに配管１０５ａ，１０５ｂに分岐され、１０５ａは測定用カラム４１に、１０５ｂは比較用カラム４２に接続され、さらに測定用カラム４１、比較用カラム４２はその底部から、それぞれカラム内部の充填剤により処理された処理水を排出する配管１０５ｃ、１０５ｄに接続されている。
【００２９】
また、配管１０５ｃ、１０５ｄを流下する水の水質を検査するために、それぞれ検知部４３，４４が設けられており、この検知部４３はｐＨ電極４５により測定用カラムを流下した処理水のｐＨを測定するためにチャンバーを介して接液するように配置されており、また、検知部４４はｐＨ電極４６により比較用カラムを流下した処理水のｐＨを測定するためにチャンバーを介して接液するように配置されており、検知部４３は測定用ｐＨメータ４７に接続されて測定されたｐＨデータを送信するようになっており、検知部４４は比較用ｐＨメータ４８に接続されて測定されたｐＨデータを送信するようになっている。
【００３０】
これらの測定用ｐＨメータ４７及び比較用ｐＨメータ４８は共に演算処理装置４９と電気的に接続されており、ｐＨ電極４５、４６がそれぞれ検出したｐＨデータに基づいてカチオンリーク率を算出するようになっている。カチオンリーク率などの演算処理については後述する。
【００３１】
測定用カラム４１の内部にはカチオンに対して不活性なガラスビーズが充填されており、この測定用カラム４１では、その頂部から水が測定用カラム４１の内部に導入され、内部に充填されたガラスビーズと接触しながら、測定用カラム４１の底部から排出されて、配管１０５ｃに流出するようになっている。
【００３２】
また、比較用カラム４２の内部にはカチオン交換樹脂が充填されており、この比較用カラム４２では、その頂部から水が比較用カラム４２の内部に導入され、内部に充填されたカチオン交換樹脂と接触しながら、比較用カラム４２の底部から排出されて、配管１０５ｄに流出するようになっている。
【００３３】
配管１０５ｃに流出した測定用の処理水は、この配管内に配設された測定用ｐＨ電極４５に接触してｐＨ測定される。また、配管１０５ｄに流出した比較用の処理水は、この配管内に配設された比較用ｐＨ電極４６に接触してｐＨ測定される。それぞれｐＨ測定なされた測定用の処理水と比較用の処理水とは、さらに配管を流下して、最後には合流して系外に排出される。
【００３４】
測定用ｐＨ電極４５と比較用ｐＨ電極４６とでそれぞれｐＨ測定されて得られた測定値及び比較値は、これらｐＨ電極４５，４６と電気的に接続されたｐＨメータ４７，４８及び演算処理装置４９に送信される。ｐＨの測定値及び比較値のデータ信号を受け取った演算処理部４９では受信した信号データから測定用カラム４１を流下した処理水から得られたｐＨと比較用カラム４２を流下した処理水から得られたｐＨとからカチオンリーク率を算出する。以下、本発明の水質異常検出装置のカチオンリーク率測定原理について説明する。
【００３５】
本発明の水質異常検出装置１では、原水中のカチオン（陽イオン）はイオン交換ユニット１０でＨ+ イオンに交換され、これをそれぞれ測定用カラム４１及び比較用カラム４２に通水させる。
【００３６】
イオン交換ユニット１０を通過した処理水は、測定用カラム４１に通水されても、このカラムに充填されているのはカチオンと不活性なガラスビーズであり、イオン交換ユニット１０を排出した直後の処理水とＨ+ イオン濃度を含め水質は変わらず、Ｈ+ イオン濃度をｐＨの値で測定できる。イオン交換ユニット１０でイオン交換し切れなかったカチオン、即ちイオン交換ユニット１０からリークしたカチオンが含まれる場合には、このリークしたカチオンを含む分だけＨ+ イオンが減少し、ｐＨが上昇する。この測定用カラム４１の出口のＨ+ イオン濃度を測定用ｐＨ電極４５で測定することにより処理水のカチオン濃度を求める。
【００３７】
一方、比較用カラム４２では、リークしたカチオンを吸着する（カチオンと活性な）カチオン交換樹脂が充填されているため、リークしたカチオンは全てＨ+ イオンに交換され、比較用カラム４２の出口には常時原水のカチオン濃度と同じＨ+ イオンが存在する。この比較用カラム４２の出口のＨ+ イオン濃度を比較用ｐＨ電極４６で測定することにより原水のカチオン濃度を求める。
【００３８】
そして、測定用ｐＨ電極４５で測定したＨ+ イオン濃度から、比較用ｐＨ電極４６で測定した原水のＨ+ イオン濃度を差し引きすることにより、正味のリークカチオンの濃度が求められる。
【００３９】
ここで、測定用カラム４１を通すことにより処理された水のｐＨ、比較用カラム４２を通すことにより処理された水のｐＨ及びイオン交換樹脂のリーク率等の因子を以下の記号で示す。
【００４０】
ｐＨIN ：測定用カラムで処理した水のｐＨ（−），ｐＨOUT ：比較用カラムで処理した水のｐＨ（−），ＨIN ：測定用カラムで処理した水の（ｅｑ／Ｌ），ＨOUT ：比較用カラムで処理した水の（ｅｑ／Ｌ），Ｌ ：リーク率（％）
【００４１】
このとき、ｐＨ＝−ｌｏｇ［Ｈ+ ］の式より、Ｈ+ ＝１０-pH の関係が得られる。従って、イオン交換ユニット１０からカチオンのリークが生じるとリークした分、ｐＨが減少する。そのため、カチオンリーク率は、次式で与えられる。
Ｌ＝（ＨOUT −ＨIN）／ＨOUT （％）
【００４２】
次に、本発明の超純水製造装置１を継続して運転した場合のカチオンのリーク状態について説明する。
図４はイオン交換樹脂カラムと比較用カラム内のイオン交換状態を模式的に示した図であり、図５は運転時間とカチオンリーク量の変化に基づくｐＨ変化量（ΔｐＨ）との関係を示したグラフである。
【００４３】
図４（１）に示した、超純水製造装置の運転開始から短時間しか経過していない初期（時間ｔ１−ｔ３）では、イオン交換樹脂カラム内のイオン交換樹脂のイオン交換能力が十分高く、カラム上部から流入したカチオンがイオン交換カラム内で能率よくＨ+ イオンにイオン交換されている。また、この時点ではイオン交換カラムの下側に描いた測定用カラム及び比較用カラム側にはリークカチオンは流入しない。そのため、測定用カラムのｐＨメータと比較用カラムのｐＨメータとの間の値の差ΔｐＨはゼロである。
【００４４】
次に、所定期間継続運転した後の中期（時間ｔ４）では図４（２）に示したように、イオン交換樹脂のイオン交換能力が低下してきており、カラム底部付近にまでカチオンが拡散している。この段階ではイオン交換カラム内の大部分にまでカチオンが拡散しているが、まだイオン交換カラムの外側まではカチオンはリークしていない。そのため、イオン交換カラムの下流側にある測定用カラム及び比較用カラムにもカチオンは流入せず、したがって、測定用カラムのｐＨメータと比較用カラムのｐＨメータとの間の値の差ΔｐＨはゼロである。
【００４５】
さらに継続して運転した後の後期（時間ｔ５）になると、図４（３）に示したようにイオン交換樹脂のイオン交換能力が低下して、原水からイオン交換カラムに流入したカチオンをイオン交換し切れなくなる。その結果、カチオンの一部はイオン交換カラムから溢れ出し、Ｈ+ イオンにイオン交換されないアルカリイオン（Ｎａ+ ）のままイオン交換カラムの下流側に流れ出る。このイオン交換カラムの下流側に流れ出たアルカリイオン（Ｎａ+ ）を含んだ水は、それぞれ測定用カラム及び比較用カラムに流入する。
【００４６】
測定用カラムにおいては、そのまま流入した水質の水を排出し、測定用ｐＨメータを通過してｐＨが測定される。このとき、測定される水中にはイオン交換カラムからリークしてきたアルカリイオン（Ｎａ+ ）が含まれているため、ｐＨの値は例えば、Ｈ+ イオンのみが含まれている場合の３．２より高い４．２となる。
【００４７】
一方、比較用カラムにおいては、流入した水が比較用カラム内に充填されたイオン交換樹脂と接触して含まれるＮａ+がＨ+ イオンにイオン交換される。そのため比較用カラムの下流側に流れ出る水にはＨ+ イオンしか含まれておらず、従って比較用カラムの下流側ｐＨメータで測定される水のｐＨはＨ+ イオンのみを含む場合の３．２の値を示す。
【００４８】
ここで、測定用カラムを通過した水のｐＨ値が４．２であり、比較用カラムを通過した水のｐＨ値が３．２であるため、その差はΔｐＨ＝１．０００となる。
測定用ｐＨメータ及び比較用ｐＨメータと接続された演算部（図示省略）としてのＣＰＵは検出されたｐＨデータからΔｐＨを求め、この値からカチオンのリーク状況を把握する。
【００４９】
具体的にはΔｐＨの値とリークカチオン量との関係がデータベースとして記憶されており、このデータベースを参照することによりイオン交換カラム内のイオン交換樹脂のポットライフを求め、必要に応じてイオン交換樹脂を新たなものと交換することが必要な旨を表示したり、警報を発したりする。
【００５０】
さらに、図５に示したように、イオン交換カラム内のイオン交換樹脂の劣化に伴い、時間ｔ１や時間ｔ３では、上流側ｐＨメータでｐＨ測定される水にはＨ+ イオンしか含まれておらず、ΔｐＨもゼロかそれに近い低い水準である。時間ｔ４−ｔ５になり、運転時間の伸長に伴いイオン交換樹脂のイオン交換能力が低下すると、測定用ｐＨメータでｐＨ測定される水中にＮａ+ イオンがリークしてくるためｐＨ値が上昇しΔｐＨの値も増大する。さらに時間がｔ６まで経過して更にイオン交換樹脂のイオン交換能力が低下すると、Ｎａ+ イオンより原子量及び価数の大きなイオンであるＣａ2+イオンやＭｇ2+イオンのような二価の硬度成分がリークしてくる。これら硬度成分がリークしてくると、さらに測定用ｐＨメータでｐＨ測定される水のｐＨは上昇し、ΔｐＨも増大する。
【００５１】
そこで、本発明ではＮａ+ イオンのみリークし、Ｃａ2+イオンやＭｇ2+イオンのような二価の硬度成分がリークしてくる前のΔｐＨの価を予備実験や実測値から把握しておき、ΔｐＨがこの価になったときに警報を発したり信号を送るなりしてイオン交換樹脂のイオン交換能力が限界近くまで低下したことを告知させることができる。
【００５２】
実際にΔｐＨの値をどの範囲にするかは設計事項であるので、理論値、実測値、予備実験データなどを元にして決定する。
【００５３】
このように、Ｎａ+ イオンのような溶解度が大きく、逆浸透膜の目詰まりなどを惹起することのないイオンがリークした時点でイオン交換樹脂のイオン交換能力の低下を知らせるような構成としたので、硬度成分がリークして逆浸透膜を詰まらせ、曳いては超純水製造装置全体を停止させてしまうというような甚大なトラブルの発生を未然に防止することができる。
【００５４】
また、処理水の時間差による水質の変化について、従来例とした特許文献１に記載の水処理装置と本願発明における水処理装置とで、比較試験を行った。
【００５５】
まず、被処理水として、水道水と純水とを混合し、この混合割合がそれぞれ時間とともに変化するようにして被処理水の水質が経時的に変化するようにしたものを使用した。このときの被処理水の導電率の変化の状態は図６に示したように、周期的に変化するように調整した。
【００５６】
この被処理水をイオン交換ユニットで処理した後、従来の方法として特許文献１に記載されている、比較用カラムの上流及び下流でｐＨを測定して比較するものと、本実施形態の方法のように測定用カラムと比較用カラムとでそれぞれ流出してきた水のｐＨを測定して比較するものとで、それぞれのｐＨの変化の状態を図７及び図８に示した。
【００５７】
従来の方法により得られたデータである図７は、比較するｐＨがそれぞれ上流と下流という時間的に差のある水、すなわち、互いに水質の異なる水のデータを比較することとなるため、ｐＨの変化は一致することがなく、所定の位相のずれが生じている。一方、本実施形態の方法により得られたデータである図８は、比較するｐＨが、測定用カラム及び比較用カラムのそれぞれ下流で測定される水が、同時にイオン交換ユニットに供給され、同時にイオン交換ユニットを排出され、それぞれ測定用カラムと比較用カラムを同時間かけて通過したものであり、互いに水質が同じ水のデータを比較することとなるため、ｐＨの変化は一致し、常に原水の水質変化に影響されることなく比較、測定することができることがわかる。
【００５８】
以上、詳述したように、本発明の超純水製造装置１では、イオン交換カラムの下流側にサンプリング用の分岐管を配設し、この分岐管に測定用カラム、比較用カラム及びそれらの下流にそれぞれｐＨメータを配設し、イオン交換カラムからのカチオンのリークを、測定用カラム及び比較用カラムを通過した水についての二つのｐＨ値の差の大小により検知するようにした。
【００５９】
そのため、装置の構造が簡単で故障しにくく、しかも、測定用としての水と比較用としての水が、同時にイオン交換処理された水であり水質の時間のずれが生じることがないため高精度にカチオンのリーク状態を検出することができる。
【００６０】
同様に、図９に示したように、一次純水システム１１０による処理後に、混床式イオン交換ユニット（ＭＢ）１２０、純水タンク１３０、ポリシングシステム１４０と順番に処理水を通水処理する際に、ＭＢ１２０の下流にこの水質異常検出装置４０を設けたり、図１０に示したように、ポリシングシステム２１０による処理後に、ポリッシャー２２０、限外ろ過膜（ＵＦ）２３０と順番に処理水を通水処理してユースポイント２４０へ処理水を供給する際に、ポリシャー２２０の下流にこの水質異常検出装置４０を設けたりしてもよい。なお、これらの場合には、比較用カラムに充填する充填物としては混床式イオン交換樹脂が好ましく、ｐＨ計の代わりに比抵抗計を設け、比抵抗値を測定することで異常を検出するように構成することが好ましい。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態に記載された範囲に限定されない。例えば、上記実施形態では超純水製造装置の一部にカチオン検出可能な水質異常検出装置を配設した構造としたが、超純水製造装置以外の水処理装置に水質異常検出装置を配設することも可能である。
【００６２】
また、この実施の形態では、カチオンのリークを検出可能なものとしたが、アニオン、粒子状不純物、塩素等のリークや純水又は超純水に含まれる不純物を検出可能なものとして構成することもできる。このとき、水質異常検出装置として、アニオンの場合には比較用カラムにアニオン交換樹脂を、粒子状不純物の場合には比較用カラムにろ過用の砂を、塩素の場合には比較用カラムに活性炭を、純水又は超純水に含まれる不純物の場合には混床式イオン交換樹脂を、それぞれ充填したものを用いればよい。
【００６３】
カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂とも、公知のものであれば特に限定されず、例えば、ゲル型、ポーラス型等の形態や、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂、強塩基アニオン交換樹脂、弱塩基アニオン交換樹脂等を限定せずに用いるができ、かつ、これらは単一又は混合して用いることができる。また、砂ろ過用の砂としては、ろ材となる砂として公知のものであれば特に限定されずに用いることができ、例えば、０．３〜１．２ｍｍ粒子径の砂を用いることができ、砂ろ過と同様にアンスラサイト層を設けてもよい。また、活性炭としては、公知のものであれば特に限定されずに用いることができ、木材、ヤシガラの植物系、石炭、石油系のいずれでもよく、その形状も粉末状、粒状、繊維状等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る水処理装置の概略構成を示した図である。
【図２】本発明に係るイオン交換ユニットと水質異常検出装置取り付け部分の部分拡大図である。
【図３】本発明に係る水質異常検出装置の概略構造を示した図である。
【図４】本発明に係る水質異常検出装置のイオン交換ユニットと比較用カラム内のイオン交換状態を模式的に示した図である。
【図５】本発明に係る水処理装置の運転時間とｐＨ変化量との関係を示したグラフである。
【図６】試験例で使用した原水の導電率の変化を示した図である。
【図７】試験例における、従来例のｐＨ測定時のｐＨ変化を示した図である。
【図８】試験例における、本発明のｐＨ測定時のｐＨ変化を示した図である。
【図９】本発明に係る他の水処理装置の概略構成を示した図である。
【図１０】本発明に係るさらに他の水処理装置の概略構成を示した図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…水処理装置、１０…イオン交換ユニット、２０…脱気ユニット、３０…逆浸透膜ユニット、４０…水質異常検出装置、４１…測定用カラム、４２…比較用カラム、４３，４４…検知部、４５…測定用ｐＨ電極、４６…比較用ｐＨ電極、４７…測定用ｐＨメータ、４８…比較用ｐＨメータ、４９…演算処理部
【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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【図９】
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【図１０】
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