(57)【要約】【課題】原水を脱炭酸処理した後、３段に直列に配置されたＲＯ膜分離装置、或いは２段に直列に配置されたＲＯ膜分離装置とその後段の電気脱イオン装置に順次通水して純水を製造するに当たり、濃縮水の循環による系内の炭酸成分及びＭアルカリの蓄積を防止して、水回収率を維持した上で高純度の純水を製造する。【解決手段】第２ＲＯ膜分離装置４の濃縮水と第３ＲＯ膜分離装置又は電気脱イオン装置５の濃縮水を脱炭酸塔１又はその上流側に返送する。脱炭酸塔でＣＯ２及びＭアルカリを除去することができ、濃縮水の循環によるＣＯ２及びＭアルカリの蓄積を防止することができ、高水質の純水を得ることができる。【選択図】  図１
2004167423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を脱炭酸処理する脱炭酸手段と、該脱炭酸手段の処理水が導入される第１の逆浸透膜分離装置と、該第１の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される第２の逆浸透膜分離装置と、該第２の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される第３の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置とを備えてなる純水製造装置において、
該第２の逆浸透膜分離装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段と、
該第３の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段とを備えてなることを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】
請求項１において、脱炭酸手段に流入する水に酸を添加する酸添加手段を備えることを特徴とする純水製造装置。
【請求項３】
請求項２において、第１の逆浸透膜分離装置及び／又は第２の逆浸透膜分離装置に流入する水にアルカリを添加するアルカリ添加手段を備えることを特徴とする純水製造装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記第１の逆浸透膜分離装置の濃縮水が導入される濃縮水処理用逆浸透膜分離装置と、該濃縮水処理用逆浸透膜分離装置の透過水を前記脱炭酸手段又は脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段とを備えることを特徴とする純水製造装置。
【請求項５】
原水を脱炭酸手段で脱炭酸処理した後、２段に直列に配置された第１の逆浸透膜分離装置及び第２の逆浸透膜分離装置に順次通水した後、第３の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置に通水して処理する純水製造方法において、
該第２の逆浸透膜分離装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送すると共に、
該第３の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送することを特徴とする純水製造方法。
【請求項６】
請求項５において、原水に酸を添加した後脱炭酸処理することを特徴とする純水製造方法。
【請求項７】
請求項６において、第１の逆浸透膜分離装置及び／又は第２の逆浸透膜分離装置に流入する水にアルカリを添加することを特徴とする純水製造方法。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか１項において、前記第１の逆浸透膜分離装置の濃縮水を濃縮水処理用逆浸透膜分離装置で処理し、得られた透過水を前記脱炭酸手段又は脱炭酸手段よりも上流側に返送することを特徴とする純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水を脱炭酸処理した後、３段に直列に配置された逆浸透（ＲＯ）膜分離装置、或いは２段に直列に配置されたＲＯ膜分離装置とその後段の電気脱イオン装置に順次通水して純水を製造する純水製造装置及び純水製造方法に係り、特にこのような純水製造に当たり、系内の炭酸成分及びＭアルカリの蓄積を防止して、高純度の純水を製造する純水製造装置及び純水製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、市水、井水、工水、回収水、その他の水から純水を製造する方法として、これらの水を前処理（除濁、除塩素）した後、酸を添加して脱炭酸塔、真空脱気装置又は膜脱気装置で脱炭酸処理し、脱炭酸処理水を３段に直列配置したＲＯ膜分離装置、或いは、２段に直列配置されたＲＯ膜分離装置とその後段の電気脱イオン装置に順次通水して処理する方法がある。このような多段ＲＯ処理においては、処理水質の改善を図るために、１段目のＲＯ膜分離装置又は２段目のＲＯ膜分離装置の給水に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリを注入し、ＲＯ膜分離装置に供給される水中に残留する炭素（ＣＯ２）をイオン化（ＨＣＯ３−，ＣＯ３２−）してＲＯ処理することが行われている。
【０００３】
図３は、このような従来の純水製造装置の一例を示す系統図であって、適当な前処理を施された原水は、酸が添加されてｐＨ酸性に調整された後、脱炭酸塔１で脱炭酸処理される。脱炭酸処理水は水槽２を経て、１段目のＲＯ膜分離装置（以下「第１ＲＯ膜分離装置」と称す場合がある。）３、２段目のＲＯ膜分離装置（以下「第２ＲＯ膜分離装置」と称す場合がある。）４及び電気脱イオン装置５（この電気脱イオン装置はＲＯ膜分離装置（第３ＲＯ膜分離装置）であっても良い。）に順次通水され、純水が製造される。なお、第２ＲＯ膜分離装置４の入口側ではアルカリが添加される。
【０００４】
従来、このような多段処理においては、水回収率の向上を目的として、第２ＲＯ膜分離装置４の濃縮水及び電気脱イオン装置５（又は第３ＲＯ膜分離装置）の濃縮水を循環処理することが行われている。即ち、第２ＲＯ膜分離装置４及び電気脱イオン装置５（又は第３ＲＯ膜分離装置）には、既に前段のＲＯ膜分離装置により原水中のイオン成分の多くが除去された透過水が流入するため、その濃縮水の水質は良好であることから、節水のために循環処理が行われている。なお、第１ＲＯ膜分離装置３の濃縮水中には、原水中のイオン成分の殆どが濃縮されているため、系内のイオン成分の蓄積を防止するために、その全量を排出するか、或いは、図３に示す如く、この濃縮水を処理するための濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６を設け、第１ＲＯ膜分離装置３の濃縮水をこのＲＯ膜分離装置６で処理し、このＲＯ膜分離装置６の濃縮水を系外へ排出し、透過水は循環処理することが行われている。
【０００５】
従来において、第２ＲＯ膜分離装置４の濃縮水及び電気脱イオン装置５の濃縮水、更には濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６の濃縮水は、図３に示す如く、水槽２に返送され、従って、これらの濃縮水については、脱炭酸処理されることなく、第１ＲＯ膜分離装置３、第２ＲＯ膜分離装置４及び電気脱イオン装置５（又は第３ＲＯ膜分離装置）による脱塩処理のみで水の循環が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示すような従来の純水製造装置において、第２ＲＯ膜分離装置４ではＭアルカリが濃縮されるため、第２ＲＯ膜分離装置４の濃縮水中には５〜１０ｐｐｍオーダーのＭアルカリが存在する。また、電気脱イオン装置５においても、イオンが濃縮水中に濃縮されるため、１０ｐｐｍオーダーのＣＯ２及びＭアルカリが含まれる。更に、濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６では、ＣＯ２，Ｍアルカリ濃度の高い第１ＲＯ膜分離装置３の濃縮水が導入され、しかも、この濃縮水は、脱炭酸塔１の入口での酸添加によりｐＨ酸性で、従って水中の炭酸成分がイオン化していないものであるため、濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６の透過水には、数ｐｐｍオーダーのＣＯ２が含まれる。
【０００７】
従って、このようなＣＯ２やＭアルカリを含む第２ＲＯ膜分離装置４、電気脱イオン装置５の濃縮水や、濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６の透過水を、脱炭酸処理することなく、系内を循環させる従来の純水製造装置では、処理を継続することにより、得られる純水の比抵抗、ＳｉＯ２水質が悪化する。即ち、系内の炭酸成分の蓄積により、イオンの移動速度が低下し、特に移動速度が遅いＣＯ２、ＳｉＯ２は電気脱イオン装置５の処理水（脱塩水）にリークする。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決し、原水を脱炭酸処理した後、３段に直列に配置されたＲＯ膜分離装置、或いは２段に直列に配置されたＲＯ膜分離装置とその後段の電気脱イオン装置に順次通水して純水を製造するに当たり、濃縮水の循環による系内の炭酸成分及びＭアルカリの蓄積を防止して、水回収率を維持した上で高純度の純水を製造する純水製造装置及び純水製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の純水製造装置は、原水を脱炭酸処理する脱炭酸手段と、該脱炭酸手段の処理水が導入される第１の逆浸透膜分離装置と、該第１の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される第２の逆浸透膜分離装置と、該第２の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される第３の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置とを備えてなる純水製造装置において、該第２の逆浸透膜分離装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段と、該第３の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送する手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の純水製造方法は、原水を脱炭酸手段で脱炭酸処理した後、２段に直列に配置された第１の逆浸透膜分離装置及び第２の逆浸透膜分離装置に順次通水した後、第３の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置に通水して処理する純水製造方法において、該第２の逆浸透膜分離装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送すると共に、該第３の逆浸透膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を前記脱炭酸手段又は該脱炭酸手段よりも上流側に返送することを特徴とする。
【００１１】
本発明では、第２ＲＯ膜分離装置の濃縮水及び第３ＲＯ膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を脱炭酸手段又は脱炭酸手段よりも上流側に返送するため、脱炭酸手段でＣＯ２及びＭアルカリを除去することができ、濃縮水の循環によるＣＯ２及びＭアルカリの蓄積を防止することができ、高水質の純水を得ることができる。
【００１２】
なお、本発明においては、原水に酸を添加して脱炭酸処理し、第１ＲＯ膜分離装置及び／又は第２ＲＯ膜分離装置の入口側でアルカリを添加してＲＯ膜処理することが好ましい。
【００１３】
また、本発明において、第１ＲＯ膜分離装置の濃縮水を処理する濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置を設けた場合、この濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置の透過水についても脱炭酸手段又はその上流側に返送することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の純水製造装置及び純水製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１，２は本発明の純水製造装置及び純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。図１，２において、図３に示す部材と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００１６】
図１の方法においては、原水にＨＣｌ，Ｈ２ＳＯ４等の酸を添加してｐＨ３〜５．５程度とした後、脱炭酸塔１で脱炭酸処理し、脱炭酸処理水を水槽２に送給する。この水槽２の脱炭酸処理水を第１ＲＯ膜分離装置３，第２ＲＯ膜分離装置４及び電気脱イオン装置５に順次通水して純水を得る。第１ＲＯ膜分離装置３の濃縮水の少なくとも一部は濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６で処理し、濃縮水を系外へ排出する。
【００１７】
図１では、第２ＲＯ膜分離装置４の濃縮水、電気脱イオン装置５の濃縮水及び濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６の透過水は、脱炭酸塔１に返送して循環処理される。
【００１８】
即ち、この方法では、脱炭酸塔１の後段でアルカリの添加が行われていないため、第２ＲＯ膜分離装置４及び電気脱イオン装置５の濃縮水と濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６の透過水は、脱炭酸塔１に直接導入されて処理される。
【００１９】
図２の方法においては、原水は、水槽２を経てＨＣｌ，Ｈ２ＳＯ４等の酸が添加されてｐＨ３〜５．５程度に調整された後、膜脱気装置７で脱炭酸処理され、その後、第１ＲＯ膜分離装置３，第２ＲＯ膜分離装置４及び電気脱イオン装置５に順次通水して処理され、純水が製造される。この方法では、第２ＲＯ膜分離装置４の入口側で、第１ＲＯ膜分離装置３の透過水にＮａＯＨ等のアルカリが添加され、ｐＨ７〜９程度に調整されている。
【００２０】
第１ＲＯ膜分離装置３の濃縮水は、図１と同様にして濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６で処理される。
【００２１】
図２の方法では、第２ＲＯ膜分離装置４の濃縮水及び電気脱イオン装置５の濃縮水と濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６の透過水は水槽２に返送され原水と共に循環処理される。即ち、この方法では、第２ＲＯ膜分離装置４の入口側でアルカリが添加されるため、第２ＲＯ膜分離装置４及び電気脱イオン装置５の濃縮水は膜脱気装置７の入口側の酸添加箇所よりも上流側で原水と混合され、膜脱気装置７の流入水が所定のｐＨとなるように調整される。
【００２２】
図１，２に示すように、第２ＲＯ膜分離装置４の濃縮水、電気脱イオン装置５の濃縮水及び濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６の透過水を脱炭酸塔１又は膜脱気装置７の上流側に戻すことにより、これらの水を脱炭酸処理して循環させることができるため、系内におけるＣＯ２及びＭアルカリの濃縮を防止することができる。
【００２３】
なお、図１，２は本発明の実施の形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２４】
例えば、電気脱イオン装置の代りに第３ＲＯ膜分離装置を設けても良い。また、アルカリは第１ＲＯ膜分離装置の入口側で添加しても良い。
【００２５】
脱炭酸手段としては、図１の脱炭酸塔や図２の膜脱気装置の他、真空脱気装置等を用いることができる。また、第１ＲＯ膜分離装置の前段に活性炭塔を設け、脱炭酸処理水を活性炭で処理しても良い。
【００２６】
即ち、前段の脱炭酸手段で酸を添加してＣＯ２を高度に除去すると、水中の溶存炭酸成分がＨ＋＋ＨＣＯ３−→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２（ガス）となり、ＣＯ２がガス化する過程でＨ＋イオン即ち、酸が消費され、水のｐＨが上昇する。このようにｐＨが上昇した脱炭酸処理水は、ＲＯ膜分離装置での脱イオン処理に先立ちアルカリの添加が不要である。
【００２７】
このようにして得られた純水は、更にイオン交換装置や限外濾過膜分離装置等で処理してその純度を高めても良い。
【００２８】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２９】
実施例１
図２に示す純水製造装置により、工水濾過水（導電率：２０〜２１ｍＳ／ｍ，ＳｉＯ２：２５〜２６ｍｇ／Ｌ）を原水として１ｍ３／ｈの処理量で純水の製造を行った。用いた各装置の仕様及び処理条件は次の通りである。
【００３０】
［膜脱気装置７］
セルガード社製「Ｘ−４０」
この膜脱気装置の入口側では酸（ＨＣｌ）を添加してｐＨ４．５に調整した。
【００３１】
［第１ＲＯ膜分離装置３］
日東電工社製「ＥＳ−２０」
膜脱気装置７の処理水１．９ｍ３／ｈをＲＯ膜処理して透過水１．４ｍ３／ｈと濃縮水０．５ｍ３／ｈに分離した。濃縮水０．５ｍ３／ｈは濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６に送給した。
【００３２】
［第２ＲＯ膜分離装置４］
日東電工社製「ＥＳ−２０」
第１ＲＯ膜分離装置３の透過水にアルカリ（ＮａＯＨ）を添加してｐＨ８．５に調整した後ＲＯ膜処理して透過水１．２ｍ３／ｈと濃縮水０．２ｍ３／ｈに分離した。濃縮水はその全量を水槽２に戻した。
【００３３】
［電気脱イオン装置５］
栗田工業社製「Ｐ−３０型」
第２ＲＯ膜分離装置４の透過水から脱塩水（純水）１ｍ３／ｈと濃縮水０．２ｍ３／ｈを得、濃縮水はその全量を水槽２に戻した。
【００３４】
［濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６］
日東電工社製「ＮＴＲ−７３９ＨＲ」
第１ＲＯ膜分離装置３の濃縮水をＲＯ膜処理して透過水０．３ｍ３／ｈと濃縮水０．２ｍ３／ｈに分離した。透過水０．３ｍ３／ｈは水槽２に戻した。
【００３５】
このような処理を１０日間継続して行い、得られた純水の運転開始時の水質と１０日間継続運転後の水質を調べ、結果を表１に示した。
【００３６】
比較例１
実施例１において、水槽２を膜脱気装置７と第１ＲＯ膜分離装置３との間に設け、第２ＲＯ膜分離装置４の濃縮水、電気脱イオン装置５の濃縮水及び濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置６の濃縮水をこの水槽２に戻したこと以外は同様にして処理を行い、得られた純水の運転開始時の水質と１０日間継続運転後の水質を調べ、結果を表１に示した。
【００３７】
【表１】
2004167423.tif 000003
【００３８】
表１より、本発明によれば、濃縮水の循環によるＣＯ２及びＭアルカリの蓄積を防止して、長期に亘り高純度の純水を製造することができることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の純水製造装置及び純水製造方法によれば、原水を脱炭酸処理した後、３段に直列に配置されたＲＯ膜分離装置、或いは２段に直列に配置されたＲＯ膜分離装置とその後段の電気脱イオン装置に順次通水して純水を製造するに当たり、第２ＲＯ膜分離装置の濃縮水と第３ＲＯ膜分離装置又は電気脱イオン装置の濃縮水を脱炭酸手段又はその上流側に返送することにより、脱炭酸塔でＣＯ２及びＭアルカリを除去することができ、濃縮水の循環によるＣＯ２及びＭアルカリの蓄積を防止することにより、高水質の純水を高い水回収率で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水製造装置及び純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の純水製造装置及び純水製造方法の他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】従来例を示す系統図である。
【符号の説明】
１  脱炭酸塔
２  水槽
３  第１ＲＯ膜分離装置
４  第２ＲＯ膜分離装置
５  電気脱イオン装置
６  濃縮水処理用ＲＯ膜分離装置
７  膜脱気装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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