(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素を含有する原水を生物処理する水処理装置であって、
原水と接触される、アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーと、
前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーに接触させて得られた処理水を処理する、前記尿素を分解するための硝化菌群が担持された生物活性炭と
を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記アミノ基は４級アンモニウム基であることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーと前記生物活性炭は、
前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーと前記生物活性炭が混合された混床、又は前記生物活性炭の上流側に前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーが積層された複床であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーと前記生物活性炭の比は、前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマー／前記生物活性炭で表される体積比で１／９９〜９９／１であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーが、前記アミノ基をイオン交換基として有する、イオン交換繊維又はイオン交換樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水処理装置の下流側に、一次純水システムと二次純水システムを備えることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項７】
尿素を含有する原水を、アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーに接触させる工程と、
前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーに接触させて得られた処理水を、硝化菌群が担持された生物活性炭によって処理し、前記尿素を分解する工程と、
を備えることを特徴とする水処理方法。
【請求項８】
前記原水のｐＨは４〜９であることを特徴とする請求項７に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記原水のｐＨは５〜８であることを特徴とする請求項７に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置、超純水製造装置及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、市水、井水、地下水、工業用水等の原水から超純水を製造する超純水製造装置は、前処理装置、一次純水システム及び二次純水システムから構成されることが多い。このうち、前処理装置は、例えば、凝集沈殿装置、加圧浮上装置、ろ過装置等で構成され、原水中の濁質分を除去する。一次純水システムは、例えば、脱気装置、逆浸透膜装置、イオン交換装置、紫外線酸化装置等を組み合わせて構成され、前処理装置で処理された前処理水中の有機物、イオン成分、溶存ガス等を除去して一次純水を製造する。また、二次純水システムは、例えば、紫外線酸化装置、混床式イオン交換装置及び限外ろ過装置等で構成され、一次純水システムで製造された一次純水中の微量不純物を処理して高純度の超純水を製造する。
【０００３】
近年、超純水に対しては、その純度の向上への要求が極めて高くなってきており、これに伴い全有機炭素（ＴＯＣ）成分の除去が求められている。超純水中のＴＯＣ成分のうち、特に尿素は、分子量が小さくイオン化しにくいため、これを除去することが困難である。そのため、超純水中のＴＯＣ成分を低減するほど、ＴＯＣ成分中における尿素の含有率が高くなる。そこで、超純水中のＴＯＣを高度に低減するために、超純水製造装置に供給される水中から可能な限り尿素を除去することが求められる。
【０００４】
尿素の除去方法として、特許文献１には、生物処理によって尿素を分解する方法において、原水に尿素若しくは尿素誘導体、及び／又はアンモニア性の窒素源を添加した後、生物処理を行う方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、尿素を添加して生物処理を行う方法では、尿素の添加量の制御が困難なために、尿素が残留する場合がある。また、アンモニア性の窒素源を添加すると、このアンモニア性窒素が除去されないことがあり、超純水製造装置の下流側に配置される膜や樹脂の劣化を招くおそれがある。また、下流側にアンモニア性の窒素を除去するための装置を配置する必要が生じる等の理由で、超純水を製造するのに適さない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２０１１／１３５９４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであって、水中の尿素を簡易かつ高度に除去することのできる水処理装置及び水処理方法を提供することを目的とする。
また、尿素を高度に除去して、ＴＯＣ濃度の極めて低い高純度の超純水を簡易に得ることのできる超純水製造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】
【０００８】
本発明の水処理装置は、原水を生物処理する水処理装置であって、原水と接触される、アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーと、前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーに接触された前記原水を処理する生物活性炭とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の水処理装置において、前記アミノ基は４級アンモニウム基であることが好ましい。
【００１０】
本発明の水処理装置において、前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーと前記生物活性炭は、前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーと前記生物活性炭が混合された混床、又は前記生物活性炭の上流側に前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーが積層された複床であることが好ましい。
【００１１】
本発明の水処理装置において、前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーと前記生物活性炭の比は、前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマー／前記生物活性炭で表される体積比で１／９９〜９９／１であることが好ましい。
【００１２】
本発明の水処理装置において、前記原水のｐＨは４〜９であることが好ましい。
【００１３】
本発明の水処理装置において、前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーが、前記アミノ基をイオン交換基として有する、イオン交換繊維又はイオン交換樹脂であることが好ましい。
【００１４】
本発明の超純水製造装置は、本発明の水処理装置の下流側に、一次純水システムと二次純水システムを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の水処理方法は、原水を、アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーに接触させる工程と、前記アミノ基が固定化された非水溶性のポリマーに接触された前記原水を生物活性炭によって処理する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の水処理装置及び水処理方法によれば、水中の尿素を簡易かつ高度に除去することができる。
本発明の超純水製造装置によれば、尿素が高度に除去されるため、ＴＯＣ濃度の極めて低い高純度の超純水を簡易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る水処理装置を概略的に表すブロック図である。
【図２】第２の実施形態に係る水処理装置を概略的に表すブロック図である。
【図３】第３の実施形態に係る水処理装置を概略的に表すブロック図である。
【図４】本発明の超純水製造装置の実施形態を概略的に表すブロック図である。
【図５】実施例及び比較例における、処理日数と尿素除去率の関係を表わすグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
（水処理装置）
図１は、本実施形態の水処理装置１を概略的に示すブロック図である。水処理装置１は、原水Ｗを貯留して供給する貯留槽１０と、生物処理を行う生物処理装置２０を備えている。生物処理装置２０には、アミノ基を固定化した非水溶性のポリマー（アミノ基固定化ポリマー）（ＡＰ）と生物活性炭（ＢＡＣ）の混合された混床が充填されている。この貯留槽１０に貯留された原水Ｗは、生物処理装置２０で処理されて、その後、例えば、一次純水システムに供給されて純水又は超純水が製造される。
【００２０】
生物活性炭は、活性炭に微生物を担持させたものであり、生物処理を行う。一般的に有機物は、生物処理を行う微生物（菌体）により酸素呼吸・硝酸呼吸・発酵過程等で分解されて、ガス化されるか、微生物の体内に取り込まれ、汚泥として除去される。また、生物処理によって、窒素（硝化脱窒法）やりん（生物学的リン除去法）の除去処理もできる。このような微生物による水処理を一般に生物処理という。
【００２１】
生物活性炭は、例えば、次のように準備される。微生物を含む汚泥に、微生物の栄養源となる、炭素源、リン、微量金属、無機塩を添加する。さらに必要に応じて、酸素を吹き込み、好気処理を行う。これにより、微生物を培養することができる。この、微生物の培養された活性汚泥に、活性炭を浸漬する。これにより、微生物が活性炭の有する細孔内に担持されて生物活性炭が作製される。通常、この生物活性炭にＴＯＣ成分を含有する水を通水すると、生物活性炭に担持された微生物の、上記のような作用で生物処理が行われて、水中のＴＯＣ成分が除去される。このような生物処理に際しては、微生物の活性を維持するため、必要に応じて上記微生物の栄養源を給水に添加することが行われる。
【００２２】
この際、活性汚泥に栄養源としてアンモニア性窒素を添加することで、硝化菌群（アンモニア酸化菌群）を優占化させた硝化菌汚泥を得ることができる。これは、硝化菌群以外の微生物がアンモニア性窒素の存在下で増殖しにくい一方で、アンモニア耐性を有する硝化菌群が増殖するためであると考えられる。尿素またはアンモニア性窒素以外の添加物の物質および量については、通常硝化菌培養に使用される物質および量でよい。
【００２３】
例えば、上記で得られる硝化菌汚泥に活性炭を浸漬することで、硝化菌群を担持させた生物活性炭を得ることができる。硝化菌群は、尿素を代謝するため、硝化菌を担持させた生物活性炭により生物処理を行うことで水中の尿素が除去される。
【００２４】
生物処理装置２０において使用される生物活性炭は、その全量が、活性炭を活性汚泥に浸漬して得られたものでもよく、活性汚泥に浸漬して得られた生物活性炭と、浸漬処理していない活性炭とが混合されたものでもよいが、これらの方法に限定されるものではない。
【００２５】
生物活性炭における硝化菌群の担持量は、尿素の除去率を指標として表わすことができる。生物活性炭としては、尿素を好ましくは０．０２μｇ／Ｌ以下、より好ましくは０．００５μｇ／Ｌ以下まで低減可能なものが好適である。
【００２６】
生物活性炭に用いられる活性炭としては、特に限定されず、石炭、ヤシ殻、木炭等を原料として製造されたものが挙げられる。活性炭の形状についても特に限定されず、例えば、繊維状、ハニカム状、円柱状、破砕状、粒状、粉末状、ペレット状等のものを使用することができる。なかでも、微生物を担持し易い点で、粒状又は破砕状の活性炭が好ましい。粒状又は破砕状の活性炭の活性炭を用いる場合、その粒度は、０.３５〜２.０ｍｍが好ましく、０．４２〜１．７ｍｍがより好ましい。活性炭の粒度は例えば、ＪＩＳ標準篩等によって測定することができる。
【００２７】
アミノ基固定化ポリマーは、アミノ基を固定化した非水溶性のポリマーである。本発明のアミノ基固定化ポリマーにおいて、アミノ基とは、１級〜３級アミノ基及び４級アンモニウム基を意味し、さらにこれらがイオン化してアンモニウムイオンを形成した基を含むものとする。アミノ基固定化ポリマーとして使用されるポリマーは、アミノ基を固定化可能であるとともに、非水溶性のポリマーであれば特に限定されない。ポリマーとして例えば、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体やポリビニルアルコール系、アセテート等のセルロース系、ポリメタクリロニトリルやポリアクリロニトリル等のアクリル系、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系、ナイロン等のポリアミド系、ポリウレタンなどウレタン系の各種のポリマーを使用することができる。ポリマーの形態についても特に限定されず、樹脂状、繊維状、膜状、ブロック状等の種々の形態で使用することができる。アミノ基固定化ポリマーは１種を単独で用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００２８】
アミノ基としては１級〜３級アミノ基又は４級アンモニウム基のいずれであってもよい。アミノ基固定化ポリマーの有するアミノ基は１種であってもよく、複数種であってもよい。ここで、１級〜３級アミノ基は、それぞれ、−ＮＲ、−ＮＲ２、−ＮＲ３で表される基であり、４級アンモニウム基は、−Ｎ＋Ｒ４で表される基である（式中、Ｒはそれぞれ同一であっても異なってもよい、置換または非置換のアルキル基である。）。
【００２９】
硝化菌による尿素除去能を向上させる点では、４級アンモニウム基が特に優れており、次いで、３級アミノ基、２級アミノ基、１級アミノ基の順である。アミノ基固定化ポリマーにおけるアミノ基の固定化方法は、例えば、ポリマー骨格上にアミノ基が結合したものが挙げられ、具体的にはポリマーの主鎖又は分岐を構成する炭素原子等にアミノ基が結合したものが好ましい。尿素除去性能をより向上させるために、分岐を構成する炭素原子等にアミノ基が結合したものが、より好ましい。
【００３０】
１〜３級アミノ基又は４級アンモニウム基におけるＲとしては、例えばメチル基、エチル基、ブチル基等のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシブチル基等のヒドロキシアルキル基が挙げられる。
【００３１】
アミノ基を固定化するポリマーとして具体的には、上記アミノ基をイオン交換基として有するイオン交換繊維やイオン交換樹脂を使用することが好ましい。これらは、内部に広い表面積を持つため、処理対象水との接触面積を大きくすることができる。また、単位容量あたりのアミノ基の量が多い。これらにより尿素の除去効率を向上させることができる。さらに、溶出物が少ないため、処理水の水質に悪影響を与えない。したがって、超純水の製造等、不純物を高度に除去する目的で好適に使用される。
【００３２】
アミノ基固定化ポリマーが有する上記アミノ基の量は、アミノ基固定化ポリマーの単位容量当たりのモル量で０．０１モル／Ｌ〜１０モル／Ｌが好ましく、０．５モル／Ｌ〜５モル／Ｌがより好ましい。アミノ基の量が０．０１モル／Ｌ以上であれば、硝化菌群の菌相が良好に維持されて、尿素除去能を向上させることができる。アミノ基の量が１０モル／Ｌ以下であることで、アミノ基固定化ポリマーの安定性に優れる。
【００３３】
イオン交換樹脂としては、ゲル型イオン交換樹脂、ゲル型イオン交換樹脂に孔径１００〜１０００オングストロームのマクロポアーを形成したポーラス型イオン交換樹脂、ポーラス型イオン交換樹脂より微細な孔を持つ高多孔性のハイポーラス型イオン交換樹脂が挙げられる。単位容量あたりのアミノ基の量を多くできるので、ポーラス型あるはハイポーラス型のイオン交換樹脂であることがより好ましい。
【００３４】
また、イオン交換樹脂としては、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体又はアクリル系のポリマーを樹脂骨格として、トリメチルアンモニウム基（−Ｎ＋（ＣＨ３）３）、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基（−Ｎ＋（ＣＨ３）２（Ｃ２Ｈ５ＯＨ））等の４級アンモニウム基をイオン交換基として有する強塩基性陰イオン交換樹脂、及びメチルアミノ基、ジメチルアミノ基等の１〜３級アミノ基や−ＮＨ−（Ｃ２Ｈ４ＮＨ）ｎＨで表されるポリアミン型イオン交換基などを有する弱塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。イオン交換繊維としては、ポリビニルアルコール系の繊維に上記１〜３級アミノ基又は４級アンモニウム基の結合した塩基性陰イオン交換繊維等を使用することができる。
【００３５】
アミノ基固定化ポリマーとして弱塩基性陰イオン交換樹脂又は強塩基性陰イオン交換樹脂を用いる場合、その水分含有量は３５〜６５質量％であることが好ましく、４０〜５０質量％であることがより好ましい。これにより、生物活性炭と混合して用いる場合に、微生物を保持し易くなる。
【００３６】
弱塩基性陰イオン交換樹脂としては例えば、三菱化学株式会社製のダイヤイオンシリーズ（ＷＡ２０、ＷＡ２１J等）、ランクセス社製のレバチットシリーズ、ＤＯＷ社製のデュオライトシリーズ等を使用することができる。強塩基性陰イオン交換樹脂としては例えば、三菱化学株式会社製のダイヤイオンシリーズ（ＳＡ１０Ａ、ＳＡ２０Ａ）、ランクセス社製のレバチットシリーズ、ＤＯＷ社製のデュオライトシリーズ等を使用することができる。
【００３７】
弱塩基イオン交換繊維としては、例えば、ニチビ社製のＥＦ−ＳＡ−ＷＡ、強塩基イオン交換繊維としては、ニチビ社製のＩＥＦ−ＳＡ等を使用することができる。
【００３８】
なお、使用可能なイオン交換樹脂やイオン交換繊維は、上記に記載された種類に限定されない。また、イオン交換樹脂を用いる場合、イオン交換樹脂は、新品のイオン交換樹脂でもよく、使用済みのもの、例えば、純水製造装置内で長期間使用したイオン交換樹脂を使用してもよい。
【００３９】
アミノ基固定化ポリマーとしては、なかでも、イオン交換基として４級アンモニウム基を有する強塩基性陰イオン交換樹脂が好ましい。
【００４０】
アミノ基固定化ポリマーと生物活性炭の混床を得る方法は特に限定されず、上記で準備された生物活性炭とアミノ基固定化ポリマーを容器に収容した後、上向流で通水して混合する方法や、ミキサー等によって混合する方法で作製することができる。また、活性炭とアミノ基固定化ポリマーを混合した混床に、活性汚泥を用いて微生物を担持させる方法で作製することができる。硝化菌の優占化は、上記したように微生物に栄養源としてのアンモニア性窒素源を添加して行うが、これは、生物活性炭をアミノ基固定化ポリマーと混合する前に行ってもよく、アミノ基固定化ポリマーと生物活性炭を混合した後に行ってもよい。また、あらかじめ硝化菌群の優占化された生物活性炭を用いてもよく、混床を作成してから硝化菌群を優占化させてもよい。
【００４１】
アミノ基固定化ポリマーと生物活性炭の割合は、例えば、アミノ基固定化ポリマー／生物活性炭で表される体積比が１／９９〜９９／１の範囲で本発明の効果を得ることができるが、尿素の除去率をより高くする点では、１／９〜９／１がより好ましく、３／７〜７／３がさらに好ましい。
【００４２】
生物活性炭とアミノ基固定化ポリマーの混床を例えば、処理対象水を供給する給水管及び処理水を排出する排出管を備えた水処理塔等に充填して、生物処理装置２０を構成することができる。
【００４３】
処理対象の原水Ｗとしては、地下水、河川水、市水、その他の工業用水、又は半導体工場や液晶工場等の使用済み超純水を回収した回収水が用いられる。回収水を用いる場合、これを、イオン交換処理又は中和処理して、ｐＨを例えば後述する範囲に調製して用いることが好ましい。また、処理対象水は、これらの原水Ｗを、前処理システム又はこれと同様の装置で処理したものであってもよい。前処理システムは例えば、凝集沈殿装置、加圧浮上装置、ろ過装置等により構成され、原水中の濁質分を除去する。
【００４４】
原水Ｗ（処理対象水）中の尿素濃度は５〜２００μｇ／Ｌ、特に５〜１００μｇ／Ｌ程度が好適である。また、硝化菌群を優占化して尿素の除去率を上げるため、原水Ｗの溶存酸素濃度（ＤＯ）は５〜８ｍｇ／Ｌであることが好ましい。
【００４５】
原水Ｗは、生物処理装置２０に供給されて、ここで、尿素が除去される。生物処理装置段２０への通水方法に特に制限はなく、上向流方式、下向流方式のいずれであってもよい。菌による目詰まりが起こりにくい点では、上向流方式が好ましい。
【００４６】
生物処理装置２０への通水速度は、ＳＶ５〜５０ｈｒ−１程度とするのが好ましく、ＳＶ５〜２０ｈｒ−１がより好ましい。この生物処理装置２０へ供給される処理対象水の水温は、微生物の活性を向上させる点で、常温付近、例えば１０〜３５℃であることが好ましく、２０〜３５℃程度がより好ましい。したがって、必要に応じて、生物処理装置２０の前段に熱交換機を設けるのが好ましい。
【００４７】
生物処理装置２０へ供給される処理対象水のｐＨは、微生物の中でも硝化菌群を優占化させる点で、中性〜弱アルカリ性、例えばｐＨ４〜９であることが好ましく、ｐＨ５〜８であることがより好ましい。
【００４８】
本実施形態の水処理装置１において、アミノ基固定化ポリマーと生物活性炭によって水中の尿素が低減される理由は次のように推測される。
【００４９】
従来、硝化菌群により生物処理を行う場合、尿素を分解する硝化菌群の菌相を維持し、その他の菌を殺菌するために給水にアンモニア性窒素源を添加することが行われていた。生物処理装置２０では、アミノ基固定化ポリマーのアミノ基が有するアンモニア性窒素が、水中に添加されるアンモニア性窒素と同様に作用すると考えられる。すなわち、アミノ基固定化ポリマーに接触された水を生物活性炭に連続的に通水することで、アミノ基固定化ポリマーの有するアンモニア性窒素の作用で、硝化菌群の菌相が維持されるとともに硝化菌群が優占化され、尿素の除去が行われると考えられる。
【００５０】
したがって、アミノ基固定化ポリマーと生物活性炭は必ずしも生物処理装置２０のように混合されている必要はなく、アミノ基固定化ポリマーに接触された原水Ｗが生物活性炭によって処理されれば、水処理装置１を用いるのと同様の効果を得ることができる。このような、水処理装置１以外の構成の水処理装置の例として、図２に示すようなアミノ基固定化ポリマーと生物活性炭を積層した複床を有する水処理装置２、及び図３に示すような、アミノ基固定化ポリマーの単床と生物活性炭の単床をそれぞれ有する水処理装置３が挙げられる。
【００５１】
水処理装置２は、アミノ基固定化ポリマーと生物活性炭を上流側からこの順に積層した積層を有する生物処理装置２１を備えている。水処理装置３は、アミノ基固定化ポリマーを備える装置２２と生物活性炭装置２３に順に備えている。例えば、水処理装置２、３についても水処理装置１と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
なお、上記で説明した各実施形態の水処理装置は、これにより長期間水処理を行った場合に、生物活性炭とアミノ基固定化ポリマー、生物活性炭同士又はアミノ基固定化ポリマー同士が相互に付着して塊が生じることがあり、この場合には、水による逆洗が行われるが、例えば、イオン交換樹脂やイオン交換繊維等を用いたイオン交換装置のように、酸やアルカリ等の薬剤によって再生する必要はない。
【００５３】
以上説明した実施形態の水処理装置によれば、アンモニア性窒素源等の薬剤を添加することなく、水中の尿素を高度に除去することができる。また、アンモニア性窒素源を添加した水を生物活性炭で処理する方法では、生物活性炭への通水開始から尿素の除去率が安定するまでの立ち上げに長期間が必要であるが、実施形態の水処理装置によれば、立ち上げ期間を短縮することができる。
【００５４】
（超純水製造装置）
次に、上記した実施形態の水処理装置を備える超純水製造装置について説明する。図４は、実施形態の超純水製造装置４を概略的に示すブロック図である。超純水製造装置４は、水処理装置１（水処理装置２又は水処理装置３でもよい。）の下流側に、一次純水システム４１と二次純水システム４２を備えている。
【００５５】
一次純水システム４１は、例えば、イオン交換装置、逆浸透膜装置、脱気装置、紫外線酸化装置、再生型混床式イオン交換装置を組み合わせて構成される。一次純水システム４１では、上記実施形態の水処理装置１で尿素が除去された処理水から、イオン交換装置としての陰イオン交換装置及び陽イオン交換装置の組合せによって不純物イオンが除去され、逆浸透膜装置によって無機イオン、有機物、微粒子等が除去される。さらに、脱気装置により溶存酸素や溶存炭酸などの溶存ガスが除去される。残存する有機物が紫外線酸化装置で分解除去された後、再生型混床式イオン交換装置によって微量のイオン成分が除去されて一次純水が製造される。一次純水は例えば、ＴＯＣ濃度は１０μｇＣ／Ｌ以下、比抵抗率が１７ＭΩ・ｃｍ以上である。
【００５６】
二次純水システム４２は、一次純水中の微量有機物や微量微粒子を除去する装置であり、紫外線酸化装置、膜脱気装置、非再生型混床式イオン交換装置、限外ろ過装置を組み合わせて構成される。これにより得られる超純水は、例えば、ＴＯＣ濃度が５μｇＣ／Ｌ以下、比抵抗率が１７．５ＭΩ・ｃｍ以上、尿素濃度が５μｇ／Ｌ以下まで低減される。
【００５７】
以上説明した実施形態の超純水製造装置によれば、処理対象水にアンモニア性窒素源等の薬剤を添加することなく、水中の尿素を高度に除去することができるため、ＴＯＣ濃度の極めて低い超純水を簡易に得ることができる。また、一次純水システム４１の上流側において、処理対象水にアンモニア性窒素源を添加し、その後、生物活性炭で処理する方法に比べて、生物処理装置の立ち上げ期間を短縮することができるため、原水の無駄がなく、効率的に超純水を製造することができる。
【実施例】
【００５８】
（実施例１）
活性汚泥に、尿素を２ｍｇ／Ｌ、アンモニア５０ｍｇ／Ｌを添加し、３０日間静置して、硝化菌汚泥を馴養した。得られた硝化菌汚泥の尿素除去能を、尿素含有水を用いて測定したところ、尿素を０．０２ｍｇ／Ｌまで除去可能であった。
【００５９】
この硝化菌汚泥に、活性炭（ダイヤホープＭ００６、カルゴンカーボンジャパン社製、粒状活性炭、粒径０．４２５〜１．７ｍｍ）の３００ｍＬを７日間浸漬して、その後取り出し、生物活性炭を得た。この生物活性炭の３００ｍＬに、強塩基性陰イオン交換樹脂（ダイヤイオンＳＡ１０Ａ、三菱化学株式会社製、アミノ基量１．３モル／Ｌ以上）の１００ｍＬを混合して混床を作製した。混合比は、強塩基性陰イオン交換樹脂／生物活性炭で示される体積比で、１／３である。
【００６０】
得られた混床を内径２５ｍｍのカラムに充填し、処理対象水として厚木市市水から塩素を除去して尿素を添加した水（溶存酸素濃度５〜６ｍｇ／Ｌ、ｐＨ＝６〜７、尿素濃度１０〜２０μｇ／Ｌ）を、ＳＶ＝１０ｈ−１で通水した。
【００６１】
カラムから得られた処理水中の尿素濃度を測定し、通水開始時を０日として、尿素除去率の経時変化を調べた。結果を図５のグラフに実線で示す。なお、尿素除去率は、下記式によって算出した。水温は、調節せず成り行きで通水した。通水試験の間の水温は２４〜２６℃であった。後述の各実施例及び比較例の水温についても同様である。
尿素除去率＝｛（１−処理水中の尿素濃度）／処理対象水中の尿素濃度｝×１００（％）
【００６２】
また、実施例１において、３５０日通水後にカラムから、使用後の強塩基性陰イオン交換樹脂を取出し、交換容量を測定したところ、初期の交換容量の９５％であった。このことから、イオン交換樹脂がアンモニウムイオンの供給源となっていないことが確認された。また、アンモニウム基が減少していないことから、さらに通水を継続した場合にも、継続的に高い尿素除去率が維持されると予測できる。
【００６３】
（比較例１）
強塩基性陰イオン交換樹脂を混合しない点以外は実施例１と同様に作製した生物活性炭をカラムに充填し、実施例１と同様の処理対象水に、アンモニアを濃度が０．５ｍｇ／Ｌとなるように添加して、実施例１と同様の条件でカラムに通水した。実施例１と同様に、尿素除去率の経時変化を調べた。結果を実施例１とあわせて図５のグラフに破線で示す。
【００６４】
（実施例２）
活性炭の使用量は３００ｍＬのままで、強塩基性陰イオン交換樹脂／生物活性炭で示される体積比を１／１とした他は、実施例１と同様にして、混床を作製した。この混床を用いて、実施例１と同様の条件で、尿素の除去率の測定を行った。本例では、尿素除去率が、通水３０日後に８５％を超え、５０日後には１００％となった。
【００６５】
（実施例３）
活性炭の使用量は３００ｍＬのままで、強塩基性陰イオン交換樹脂／生物活性炭で示される体積比を１／８とした他は、実施例１と同様にして、混床を作製した。この混床を用いて、実施例１と同様の条件で、尿素の除去率の測定を行った。本例では、尿素除去率が、通水３０日後に８０％を超え、５０日後には９０％となり、以降、尿素の除去率は安定して推移した。
【００６６】
(実施例４)
活性炭の使用量は３００ｍＬのままで、強塩基性陰イオン交換樹脂／生物活性炭で示される体積比を１／９９とした他は、実施例１と同様にして、混床を作製した。この混床を用いて、実施例１と同様の条件で、尿素の除去率の測定を行った。本例では、尿素除去率が、通水３０日後に７５％を超え、５０日後には８８％となり、以降、尿素の除去率は安定して推移した。
【００６７】
（実施例５）
強塩基性陰イオン交換樹脂の代わりに弱塩基性陰イオン交換樹脂（ダイヤイオンＷＡ３０、三菱化学株式会社製、アミノ基量１．５モル／Ｌ以上）を使用した以外は、実施例１と同様にして、混床を作製した。この混床を用いて、実施例１と同様の条件で、尿素の除去率の測定を行った。本例では、尿素除去率が、通水３０日後に９５％を超え、５０日後には９９％となり、以降、尿素の除去率は安定して推移した。
【００６８】
（実施例６）
実施例１と同様の強塩基性陰イオン交換樹脂と生物活性炭を用い、生物活性炭の使用量は３００ｍＬのままで、混合比を、強塩基性陰イオン交換樹脂／生物活性炭（体積比）で、３／１にした以外は、実施例１と同様にして、混床を作製した。この混床を用いて、実施例１と同様の条件で、尿素の除去率の測定を行った。本例では、尿素分解率の推移は、実施例１（図５の実線）と同様であった。
【００６９】
（実施例７）
実施例１と同様の強塩基性陰イオン交換樹脂と生物活性炭を、混合せずに、強塩基性陰イオン交換樹脂の上方に生物活性炭を積層した（処理対象水に対して強塩基性陰イオン交換樹脂が上流側、生物活性炭が下流側）他は実施例１と同様にして複床を作製した。この複床に、処理対象水を上向流で通水した以外は、実施例１と同様の条件で、尿素の除去率の測定を行った。本例では、尿素分解率の推移は、実施例１（図５の実線）と同様であった。
【００７０】
（比較例２）
実施例１と同様の強塩基性陰イオン交換樹脂１００ｍＬを硝化菌汚泥に７日間浸漬した後、取出して、カラムに充填し、実施例１と同様の条件で、尿素の除去率の測定を行った。本例では、尿素除去率が、通水３０日後に３０％を超え、５０日後には４５％となり、以降、尿素の除除去率は安定して推移した。
【００７１】
各実施例及び比較例の結果より、実施形態の水処理装置によれば、アンモニア性窒素源等の薬剤を添加することなく、水中の尿素を高度に除去することができることが分かる。また、図５より、実施形態の水処理装置によれば、アンモニア性窒素源を添加した水を生物活性炭で処理する方法に比べて、生物活性炭への通水開始から尿素の除去率が安定するまでの立ち上げ期間を短縮することができることが分かる。
【符号の説明】
【００７２】
１，２，３…水処理装置、４…超純水製造装置、１０…貯留槽、２０，２１…生物処理装置、２２…アミノ基固定化ポリマーを備える装置、２３…生物活性炭装置、４１…一次純水システム、４２…二次純水システム。
【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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