(57)【要約】【課題】清浄度が高い排水をより効率的に使用し、純水の回収率を向上することができる純水循環供給システムを提供する。【解決手段】純水循環供給システムは、純水を生成する１次純水生成部５１０と純水から超純水を生成する２次純水生成部５２０とを有する純水製造装置５３０と、純水製造装置５３０の２次純水生成部５２０で生成した超純水を需要機器５４０に供給する超純水経路５５０と、対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する電気透析装置５６０と、電気透析装置５６０で対象イオンの濃度が低められた処理水を純水製造装置５３０の２次純水生成部５２０に供給する処理水経路５７０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純水を生成する１次純水生成部と純水から超純水を生成する２次純水生成部とを有する純水製造装置と、
前記純水製造装置の２次純水生成部で生成した超純水を需要機器に供給する超純水経路と、
陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室と、前記需要機器から排出される排水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、前記脱塩室から移動した前記排水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、前記陽極室に純水を供給する経路とを有する電気透析装置と、
前記電気透析装置で前記対象イオンの濃度が低められた処理水を前記純水製造装置の２次純水生成部に供給する処理水経路と、
を備えた純水循環供給システム。
【請求項２】
純水を生成する１次純水生成部と純水から超純水を生成する２次純水生成部とを有する純水製造装置と、
前記純水製造装置の２次純水生成部で生成した超純水を需要機器に供給する超純水経路と、
前記需要機器から排出される排水から酸化性物質を除去する酸化性物質除去装置と、
陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室と、前記酸化性物質除去装置により酸化性物質が除去された排水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、前記脱塩室から移動した前記排水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、前記陽極室に純水を供給する経路とを有する電気透析装置と、
前記電気透析装置で前記対象イオンの濃度が低められた処理水を前記純水製造装置の２次純水生成部に供給する処理水経路と、
を備えた純水循環供給システム。
【請求項３】
前記電気透析装置は複数台直列に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の純水循環供給システム。
【請求項４】
純水製造装置の１次純水生成部により純水を生成し、
前記純水製造装置の２次純水生成部により純水から超純水を生成し、
前記純水製造装置の２次純水生成部により生成した超純水を需要機器に供給し、
前記需要機器から排出された排水を電気透析装置の脱塩室に供給し、
前記電気透析装置の陽極室に純水を供給しつつ前記陽極室内に配置された陽極と陰極室内に配置された陰極との間に電圧を印加して、前記排水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成し、
前記対象イオンの濃度が低められた処理水を前記純水製造装置の２次純水生成部に供給して再利用することを特徴とする純水再利用方法。
【請求項５】
純水製造装置の１次純水生成部により純水を生成し、
前記純水製造装置の２次純水生成部により純水から超純水を生成し、
前記純水製造装置の２次純水生成部により生成した超純水を需要機器に供給し、
前記需要機器から排出される排水を酸化性物質除去装置に供給し、
前記酸化性物質除去装置により前記排水から酸化性物質を除去し、
前記酸化性物質が除去された排水を電気透析装置の脱塩室に供給し、
前記電気透析装置の陽極室に純水を供給しつつ前記陽極室内に配置された陽極と陰極室内に配置された陰極との間に電圧を印加して、前記排水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成し、
前記対象イオンの濃度が低められた処理水を前記純水製造装置の２次純水生成部に供給して再利用することを特徴とする純水再利用方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の需要機器において前記超純水を用いて基板を処理することを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純水循環供給システムに係り、特に半導体デバイス製造工場や液晶などの電子部品の製造工場における洗浄装置などに超純水を循環して供給する純水循環供給システムに関するものである。また、本発明は、純水再利用方法に係り、特に半導体デバイス製造工場や液晶などの電子部品の製造工場における洗浄装置などに供給した超純水を再利用する方法に関するものである。さらに、本発明は、かかる超純水を用いて基板を処理する基板処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工場や液晶などの電子部品の製造工場においては、シリコンウェハや液晶の洗浄を行うためなどに超純水が使用されている。超純水は、シリコンウェハなどの表面の汚染を除去するために使用される高純度に精製された水であり、通常、市水、工水、井水などを原料水として前処理装置、１次純水生成装置、および２次純水生成装置（サブシステム）を有する純水製造装置を経て製造される。
【０００３】
上述した前処理装置では、１次純水生成装置における純水製造を効果的に行うために、ろ過や凝集沈殿などを組み合わせることによって原料水の濁質成分の除去が行われる。１次純水生成装置では、イオン成分、微粒子、有機成分、溶存ガスなどの除去が行われ、純水が製造される。製造される純水に要求される水質は使用目的によって異なり、１次純水生成装置の機器構成は純水の水質および製造水量に応じて決定される。一般的には、ろ過器、活性炭、ＲＯ膜、電気式脱塩、イオン交換などにより１次純水生成装置が構成される。
【０００４】
また、２次純水生成装置では、１次純水生成装置で生成された純水中に含まれる不純物がさらに除去され、高純度に精製された水が使用場所に供給されるとともに、循環する超純水の水質維持が行われる。一般的には、紫外線照射、イオン交換、限外ろ過などにより２次純水生成装置が構成され、純水中の有機成分、シリカ、イオン成分、微粒子が除去される。
【０００５】
このように、超純水を製造するためには、複数の装置による複数の処理工程を経て段階的に原水中の不純物の除去が行われる。このため、通常、原水に対して処理後に得られる超純水の量は減少する。また、このような純水製造装置においては、処理後得られた超純水を利用して、不純物の除去を行う機器を最適な運転状態に維持することが多い。したがって、純水製造装置の総合的な出口水と入口水との比率（回収率）は１００％とはならない。１次純水生成装置の場合には一般的に６０〜９０％程度の回収率となり、２次純水生成装置の場合には９０％を超える回収率となる。
【０００６】
一方、ウェハの洗浄などに使用された超純水は、ウェハの表面上の不純物や洗浄に使用する薬品等を含有しているが、比較的清浄な状態で排出される。水の使用率の向上および外部環境への廃棄物の排出量の低減のために、上記排水を回収して、再利用することは重要である。回収後の排水を別の目的で利用することも可能であるが、何らかの処理を行った上で再利用する方法が多くの工場で採用されている。
【０００７】
上述したように、１次純水生成装置において純水は回収率（原料水利用率）６０〜９０％程度で製造される。純水から超純水を製造する場合にはさらに回収率が低下する。また、純水製造のためにはエネルギーが必要とされる。したがって、使用場所（ユースポイント）で発生した排水を純水の原料水として再利用するよりも、超純水の原料水として再利用することが、より有効な排水の活用方法といえる。使用場所で発生した排水からイオン成分を除去し、純水の水質と同等にできれば超純水の原料水として使用可能となる。例えば、水道料金の高い都市に立地した場合、水道水の値段は約５００円／ｍ３とすると、１次純水生装置で生成される純水の製造コストは約１，０００円／ｍ３であり、２次純水生成装置で生成される超純水の製造コストは約１，４００円／ｍ３となる。また、最終的に純水製造装置で生成される超純水の量を１００とすると、原料水（水道水、市水）は約１５０必要とされる。
【０００８】
上述したように、１次純水生成装置でのイオン除去はＲＯ膜やイオン交換樹脂を使用して行われてきたが、近年は、通薬再生が不要であり連続通水が可能な電気式脱塩装置が多く用いられている。したがって、使用場所で発生した排水の処理に対しても電気式脱塩装置を用いることができればよいが、従来は、排水中に含まれるフッ素の影響でこの方法を採用することができなかった。
【０００９】
すなわち、電気式脱塩装置は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜によって区切られた複数の室の両端から直流電流を通電する電気透析技術を使用するものであるが、かかる電気式脱塩装置を使ってフッ素が含まれる排水のイオン除去を行おうとすると、フッ素が陽極を腐食させるという不具合が生じ、安定した処理運転を継続することができない。
【００１０】
また、ＲＯ膜を用いた場合においても、フッ素の高い膜透過性のため効率的な分離ができなかった。したがって、使用場所からの排水を再利用する場合には、排水の性状によって分別回収を行い、１次純水製造装置の原料水として再利用していることが多い。
【００１１】
また、使用場所から排出される排水の中には酸化作用のある物質が含まれている場合があり、かかる酸化性物質は１次純水製造装置の構成機器の劣化を招いたり、処理性能に影響を与えたりする。そのため、回収水の処理系統では、活性炭などで酸化性物質を除去した後に、１次純水製造装置に供給することがなされている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−９６０６８号公報
【特許文献２】特開２００４−８８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、清浄度が高い排水をより効率的に使用し、純水の回収率を向上することができる純水循環供給システムを提供することを第１の目的とする。
【００１４】
また、本発明は、清浄度が高い排水をより効率的に再利用することができる純水再利用方法を提供することを第２の目的とする。
【００１５】
さらに、本発明は、効率的に循環される超純水を用いて基板を処理することができる基板処理方法を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の態様によれば、清浄度が高い排水をより効率的に使用し、純水の回収率を向上することができる純水循環供給システムが提供される。この純水循環供給システムは、純水を生成する１次純水生成部と純水から超純水を生成する２次純水生成部とを有する純水製造装置と、上記純水製造装置の２次純水生成部で生成した超純水を需要機器に供給する超純水経路とを備えている。また、この純水循環供給システムは、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室と、上記需要機器から排出される排水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記排水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記陽極室に純水を供給する経路とを有する電気透析装置を備えている。さらに、この純水循環供給システムは、上記電気透析装置で上記対象イオンの濃度が低められた処理水を上記純水製造装置の２次純水生成部に供給する処理水経路を有している。
【００１７】
本発明に係る純水循環供給システムによれば、需要機器から排出された排水中からフッ素などの対象イオンを電気透析装置により除去することができ、純水と同等の清浄度である処理水を生成することができる。したがって、この処理水を純水製造装置の２次純水生成部に供給して超純水を生成するための原料水として再利用することが可能となる。このように、本発明に係る純水循環供給システムによれば、需要機器から排出された排水をより効率的に使用し、純水の回収率を向上することができる。また、陽極室に純水を供給することにより、例えば需要機器からの排水中にフッ素が含有されていたとしても、電気透析装置の陽極室のフッ素が混入することが防止され、電極の腐蝕問題は発生しない。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、清浄度が高い排水をより効率的に使用し、純水の回収率を向上することができる純水循環供給システムが提供される。この純水循環供給システムは、純水を生成する１次純水生成部と純水から超純水を生成する２次純水生成部とを有する純水製造装置と、上記純水製造装置の２次純水生成部で生成した超純水を需要機器に供給する超純水経路と、上記需要機器から排出される排水から酸化性物質を除去する酸化性物質除去装置とを備えている。また、この純水循環供給システムは、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室と、上記酸化性物質除去装置により酸化性物質が除去された排水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記排水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記陽極室に純水を供給する経路とを有する電気透析装置を備えている。さらに、このような純水循環供給システムは、上記電気透析装置で上記対象イオンの濃度が低められた処理水を上記純水製造装置の２次純水生成部に供給する処理水経路を有している。
【００１９】
本発明に係る純水循環供給システムによれば、需要機器から排出された排水中から酸化性物質を酸化性物質除去装置により除去し、該酸化性物質が除去された排水中からフッ素などの対象イオンを電気透析装置により除去することができ、純水と同等の清浄度である処理水を生成することができる。したがって、この処理水を純水製造装置の２次純水生成部に供給して超純水を生成するための原料水として再利用することが可能となる。このように、本発明に係る純水循環供給システムによれば、需要機器から排出された排水をより効率的に使用し、純水の回収率を向上することができる。また、陽極室に純水を供給することにより、例えば需要機器からの排水中にフッ素が含有されていたとしても、電気透析装置の陽極室のフッ素が混入することが防止され、電極の腐蝕問題は発生しない。
【００２０】
本発明の第３の態様によれば、清浄度が高い排水をより効率的に再利用することができる純水再利用方法が提供される。この方法においては、純水製造装置の１次純水生成部により純水を生成し、上記純水製造装置の２次純水生成部により純水から超純水を生成する。上記純水製造装置の２次純水生成部により生成した超純水を需要機器に供給する。上記需要機器から排出された排水を電気透析装置の脱塩室に供給する。上記電気透析装置の陽極室に純水を供給しつつ上記陽極室内に配置された陽極と陰極室内に配置された陰極との間に電圧を印加して、上記排水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する。上記対象イオンの濃度が低められた処理水を上記純水製造装置の２次純水生成部に供給して再利用する。
【００２１】
本発明の第４の態様によれば、清浄度が高い排水をより効率的に再利用することができる純水再利用方法が提供される。この方法においては、純水製造装置の１次純水生成部により純水を生成し、上記純水製造装置の２次純水生成部により純水から超純水を生成する。上記純水製造装置の２次純水生成部により生成した超純水を需要機器に供給する。上記需要機器から排出される排水を酸化性物質除去装置に供給し、上記酸化性物質除去装置により上記排水から酸化性物質を除去する。上記酸化性物質が除去された排水を電気透析装置の脱塩室に供給する。上記電気透析装置の陽極室に純水を供給しつつ上記陽極室内に配置された陽極と陰極室内に配置された陰極との間に電圧を印加して、上記排水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する。上記対象イオンの濃度が低められた処理水を上記純水製造装置の２次純水生成部に供給して再利用する。
【００２２】
本発明の第５の態様によれば、効率的に循環される超純水を用いて基板を処理することができる基板処理方法が提供される。この方法においては、上記需要機器において上記超純水を用いて基板を処理する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る純水循環供給システムによれば、需要機器から排出された排水中からフッ素などの対象イオンを除去することができ、純水と同等の清浄度である処理水を生成することができる。したがって、この処理水を純水製造装置の２次純水生成部に供給して超純水を生成するための原料水として再利用することが可能となる。このように、本発明に係る純水循環供給システムによれば、需要機器から排出された排水をより効率的に使用し、純水の回収率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る純水循環供給システムの実施形態について図１から図１６を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１６において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態における純水循環供給システム５００を示す模式図である。図１に示すように、純水循環システム５００は、供給される水道水から純水を生成する１次純水生成部５１０と１次純水生成部５１０で生成された純水から超純水を生成する２次純水生成部５２０とを有する純水製造装置５３０と、超純水を必要とする需要機器（ユースポイント）５４０に純水製造装置５３０により生成された超純水を供給する超純水経路５５０と、需要機器５４０から排出される排水から例えばフッ素イオンを除去した処理水を生成する電気透析装置５６０と、電気透析装置５６０から処理水を純水製造装置５３０の２次純水生成部５２０に供給する処理水経路５７０とを備えている。
【００２６】
例えば、半導体デバイス製造工場や液晶などの電子部品の製造工場において超純水を使用してシリコンウェハや液晶などを洗浄する洗浄装置などが需要機器５４０となり得る。需要機器５４０で発生する排水の中で排水中の含有物質濃度が１％を超えるような排水は分別され、比較的希薄な排水が排水経路５８０を通して電気透析装置５６０に供給されるようになっている。本実施形態における純水循環供給システム５００は、需要機器５４０から供給される排水中に酸化作用を有する物質が含まれていない場合に適用されるものである。この排水はフッ素含有排水であっても、フッ素を含まない排水であってもよい。
【００２７】
上述した需要機器５４０で発生する排水の中から希薄排水を分別する方法は特に限定されない。需要機器５４０が排水の性状に応じて排出配管を切り換えることが可能な場合には、希薄排水の出口に排水経路５８０を接続して当該希薄排水を分別回収する。需要機器５４０から希薄排水も濃厚排水も共通の配管で排出される場合には、共通配管に分岐ラインと自動弁を設け、需要機器５４０から発せられる電気的信号または運転工程の時間に基づいて自動弁を開閉制御して希薄排水を排水経路５８０に導くことが可能である。あるいは、濃度計や導電率計などの排水の性状を計測する計器を共通配管に設け、この計器の計測値に基づいて自動弁を開閉制御して希薄排水を排水経路５８０に導いてもよい。
【００２８】
このようにして需要機器５４０からの希薄排水が電気透析装置５６０に供給され、電気透析装置５６０では希薄排水からフッ素イオンが除去された処理水が生成され、電気透析装置５６０に供給された排水は、後述する電気透析技術により、例えばフッ素イオンが除去された清浄な処理水と、減容化された濃縮水とに分離処理される。分離された処理水は、超純水の原料水として処理水経路５７０を通して純水製造装置５３０の２次純水生成部５２０に供給されて再利用される。分離された濃縮水の排出方法は特に限定されず、例えば、濃縮水に含有する物質を回収し再利用することもできるし、あるいは廃棄物として廃棄したり、工場内の一般排水処理施設で処理したりしてもよい。
【００２９】
このように、本実施形態の純水循環供給システムによれば、需要機器５４０から排出された排水中からフッ素などの対象イオンを電気透析装置５６０により除去することができ、純水と同等の清浄度である処理水を生成することができる。したがって、この処理水を純水製造装置５３０の２次純水生成部５２０に供給し、超純水を生成するための原料水として再利用することが可能となる。このように、本実施形態の純水循環供給システムによれば、需要機器５４０から排出された排水をより効率的に使用し、純水の回収率を向上することができる。
【００３０】
次に、電気透析装置５６０の種々の構成例について説明する。図２は、電気透析装置５６０の第１の構成例を示す模式図である。図２に示すように、この電気透析装置は、陽極室１０と、バッファ室２０、濃縮室３０、脱塩室４０、濃縮室２１、陰極室５０を有する電気透析槽１を備えている。また、電気透析装置は、ポンプ７０を介して純水を陽極室１０および陰極室５０に供給する極液タンク７１と、ポンプ７２を介してバッファ水をバッファ室２０および濃縮室２１に供給するバッファ水タンク７３と、ポンプ７４を介して濃縮水を濃縮室３０に供給する濃縮水タンク７５とを備えている。
【００３１】
陽極室１０の内部には陽極２が配置され、陰極室５０の内部には陰極３が配置されている。陽極２と陰極３との間に電圧が印加されて以下に述べる電気透析が行われる。脱塩室４０には、上述した需要機器５４０からの希薄排水が供給され、脱塩室４０はこの希薄排水（以下、原水という）からフッ素イオンを除去してフッ素濃度が低められた処理水を生成する。また、バッファ室２０は、原水中のフッ素イオン（対象イオン）が濃縮室３０から直接陽極室１０に流入しないように遮断する。さらに、濃縮室３０は、脱塩室４０から移動した原水中のフッ素イオンを濃縮してフッ素イオン濃度が高められた濃縮水を生成する。
【００３２】
図３は、図２の電気透析槽１を示す模式図である。図３に示すように、陽極室１０とバッファ室２０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１で仕切られ、バッファ室２０と濃縮室３０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ２で仕切られている。また、濃縮室３０と脱塩室４０とは、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１で仕切られ、濃縮室２１と脱塩室４０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ３で仕切られている。また、陰極室５０と濃縮室２１とは、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ２で仕切られている。なお、図３において、イオン交換膜の両側に位置するパッキンの図示は省略してある。
【００３３】
陽極室１０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１が充填されている。バッファ室２０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ２、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ３が充填されている。イオン交換不織布は細くて表面積が大きい繊維で密に構成された不織布状のイオン交換体であるので、イオンの捕捉能力および伝導能力が高いが、電気透析槽に充填した場合に圧損が大きくなるという問題がある。一方、イオン交換スペーサは従来の電気透析槽に通常用いられている網状のスペーサの表面にイオン交換機能を導入したものであり、水の分散性に優れ、圧損が低いがイオンの捕捉能力は低いという問題がある。この構成例における電気透析槽１では、イオン交換不織布とイオン交換スペーサを組み合わせて充填することで、イオンの捕捉能力と伝導能力を高く維持したまま、圧損を低くすることができる。
【００３４】
濃縮室３０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ４、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ２、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１が充填されている。脱塩室４０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ２、イオン交換体の一種であるアニオン交換スペーサＡＳ１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ５が充填されている。
【００３５】
濃縮室２１には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ６、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ３、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ３が充填されている。陰極室５０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ４が充填されている。
【００３６】
極液タンク７１からは極液としての純水が陽極室１０および陰極室５０に供給されるようになっている。陽極室１０から出た流出水は、フッ素イオン濃度が純水より高いことから、この構成例では、極液タンク７１に循環せずに、全量をバッファ水タンク７３に供給するようになっている。陰極室５０から出た流出水は、通常フッ素イオン濃度が極めて希薄であり、純水とほぼ同じ濃度レベルであることが実験的に確認されていることから、この構成例では、極液を補給するために極液タンク７１に循環するようになっている。なお、陽極室１０から出た流出水についても、一部または全量を極液タンク７１に循環する構成としてもよい。また、陽極室１０から出た流出水を濃縮水タンク７５に供給する構成としてもよい。
【００３７】
また、バッファ水タンク７３からはバッファ水がバッファ室２０および濃縮室２１に供給されるようになっている。バッファ室２０および濃縮室２１から出た流出水は、バッファ水タンク７３と濃縮水タンク７５とに供給されるようになっている。なお、上述した構成例では、バッファ室２０および濃縮室２１から出た流出水の一部を濃縮水タンク７５に供給する構成としているが、該流出水の全量を濃縮水タンク７５に供給する構成としてもよい。
【００３８】
また、濃縮水タンク７５からは濃縮水が濃縮室３０に供給されるようになっている。濃縮室３０から出た流出水は、濃縮水として取り出されるほか、一部は濃縮水タンク７５に供給されるようになっている。
【００３９】
このような構成により、陽極室１０において水の電気分解反応で生成した水素イオンは、カチオン交換体ＣＦ１，ＣＭ１，ＣＦ２，ＣＳ１，ＣＦ３，ＣＭ２，ＣＦ４，ＣＳ２上をイオン伝導し、バッファ室２０を経由して濃縮室３０まで到達することが可能となる。したがって、陽極室１０およびバッファ室２０にかかる電圧は、陽極液およびバッファ水のイオン濃度に依存せず、低く維持することが可能となる。
【００４０】
陰イオンを含む水を電気透析処理する場合は、原水中の陰イオンが濃縮水中に濃縮される。通常、濃縮された陰イオンが陽極２側のカチオン交換膜ＣＭ２，ＣＭ１を透過して例えばバッファ室２０や陽極室１０に漏洩することはほとんどないが、濃縮対象がフッ素イオンである場合は、濃縮水中のフッ素イオンの一部が濃縮室３０とバッファ室２０を隔てているカチオン交換膜ＣＭ２を透過して、濃縮室３０よりも陽極２側に位置するバッファ室２０ひいては陽極室１０に達する現象が起きる場合がある。
【００４１】
この例においては、上述した構成により、陽極室１０には常に純水が補給されることとなり、バッファ室２０から陽極室１０に漏洩するフッ素イオンを陽極室１０の外に排出して陽極室１０のフッ素濃度を極めて低い値に維持することができる。また、フッ素による電極腐食を抑制することができる。
【００４２】
また、バッファ室２０中のフッ素濃度についても、バッファ水タンク７３のバッファ水に陽極室１０からの流出水が補給されることより、濃縮室３０からバッファ室２０に漏洩してきたフッ素イオンをバッファ室２０の外部に排出することができる。これにより、陽極室１０よりは濃度がやや高まるものの、バッファ室２０のフッ素濃度を低い値に維持することができる。また、バッファ室２０および濃縮室２１からの流出水により濃縮水を補給しているので、濃縮水タンク７５に追加する補給純水の量を低減することができる。
【００４３】
また、極液の補給水として純水を用いているので、補給水中のフッ素濃度が運転条件により変動したり高まったりすることはない。このため、運転条件に関わらず、常に陽極室１０のフッ素濃度を極めて低い値に維持することができる。また、陽極２の腐食防止をより確実にすることができる。ここで、電気透析装置の処理水の水質が純水並みである場合など、処理水を純水の代わりに用いることができる場合は、純水の代わりに処理水を用いてもよい。
【００４４】
また、陽極室１０からの流出水によりバッファ水を補給しているので、陽極室１０から装置の外部に排出される水の量およびバッファ水に追加する補給純水の量を少なくすることができる。特に、陽極室１０からの流出水の全量をバッファ水タンク７３に供給すれば、陽極室１０から装置の外部に排出される水の量およびバッファ水に追加する補給純水の量をゼロにすることができる。
【００４５】
また、バッファ室２０および濃縮室２１からの流出水により濃縮水を補給しているので、濃縮水に追加する補給純水の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１から装置の外部に排出される水の量を少なくすることができる。特に、濃縮水の全量をバッファ室２０および濃縮室２１からの流出水でまかなう場合は、濃縮水に追加する補給純水の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１から装置の外部に排出される水の量をゼロにすることができる。
【００４６】
電気透析槽１から排出される排水の種類としては、陽極室１０から装置の外部に排出される水の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１から装置の外部に排出される水の量がゼロの場合には、処理水と濃縮水の２系統のみとなり、配管系統が複雑となることがない。陽極室１０、バッファ室２０、および濃縮室２１における平衡フッ素濃度は、陽極室１０および陰極室５０に供給する極液の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１に供給するバッファ水の量を調整することにより任意に調整することができる。なお、図２に示す構成例において、極液および／またはバッファ水の少なくとも一部を原水または処理水と混合してもよい。
【００４７】
図４は、電気透析装置５６０の第２の構成例を示す模式図である。この例における電気透析装置は、上述した第１の構成例における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、以下の点で第１の構成例における電気透析装置と異なっている。
【００４８】
バッファ水タンク７３からはバッファ水がバッファ室２０にのみ供給されるようになっており、濃縮室２１には供給されないようになっている。その代わりに、陰極室５０から出た流出水が濃縮室２１に供給されるようになっている。また、濃縮室２１から出た流出水は、極液を補給するために極液タンク７１に供給されるようになっている。
【００４９】
原水中に存在するカチオンは陰極室５０に隣接する濃縮室２１に濃縮されるが、濃縮されたカチオンが電気透析装置の処理性能に悪影響を与えないと判断される場合には、図４に示すような構成を用いることができる。なお、濃縮室２１から出た流出水をバッファ水タンク７３に供給してもよいことは言うまでもない。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【００５０】
図５は、電気透析装置５６０の第３の構成例を示す模式図である。この例における電気透析装置は、上述した第１の構成例における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、以下の点で第１の構成例における電気透析装置と異なっている。
【００５１】
バッファ水タンク７３からはバッファ水がバッファ室２０にのみ供給されるようになっており、濃縮室２１には供給されないようになっている。その代わりに、極液タンク７１からは極液としての純水が陽極室１０と濃縮室２１に供給されるようになっている。また、濃縮室２１から出た流出水は、濃縮室２１に隣接する陰極室５０に供給されるようになっている。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【００５２】
図６は、電気透析装置５６０の第４の構成例を示す模式図、図７は図６の電気透析槽１０１ａを示す模式図である。この例における電気透析装置は、上述した第１の構成例における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、陰極室５０に隣接し、バッファ水（図２）、極液（図４）または純水（図５）が供給されていた濃縮室２１を、図６では濃縮水が供給される濃縮室３１として用いている点で第１の構成例における電気透析装置と異なっている。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【００５３】
図８は電気透析装置５６０の第５の構成例を示す模式図、図９は図８の電気透析槽１０１ｂを示す模式図である。この例における電気透析装置は、上述した第１の構成例における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、図２における脱塩室４０と濃縮室３０との間に濃縮室３０と脱塩室４０とをさらに追加した点で第１の構成例における電気透析装置と異なっている。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。なお、図６の場合と同様に、陰極室５０に隣接した濃縮室２１を濃縮室３１として用いて、この濃縮室３１に濃縮水を供給するようにしてもよい。
【００５４】
図１０は、電気透析装置５６０の第６の構成例を示す模式図である。この電気透析装置は、図２に示す電気透析装置と同様に、陽極の腐食を防止する効果が得られるとともに、金属イオンを含むフッ酸排水を対象とした場合においても、フッ酸と金属イオンを個別に濃縮することができる。しかも、金属イオンは、析出する水酸化物としてではなく、溶解性の塩化物として分離濃縮するため、電気透析槽内における析出などのトラブルを回避することができる。
【００５５】
図１０に示すように、電気透析装置は、陽極室２１０、バッファ室２２０、酸濃縮室２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室２３１、酸供給室２６０、複極室２６１、バッファ室２２０、酸濃縮室（第１の濃縮室）２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室（第２の濃縮室）２３１、酸供給室（イオン供給室）２６０、陰極室２５０を有する電気透析槽２０１を備えている。このように、この例においては、複極室２６１を挟んで両側に、バッファ室２２０、酸濃縮室２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室２３１、酸供給室２６０がそれぞれ設けられている。
【００５６】
また、図１０に示すように、電気透析装置は、ポンプ２７０を介して純水を陽極室２１０および陰極室２５０に供給する極液タンク２７１と、ポンプ２７２を介してバッファ水をバッファ室２２０に供給するバッファ水タンク２７３と、ポンプ２７４を介して酸濃縮水を酸濃縮室２３０に供給する酸濃縮水タンク２７５と、ポンプ２７６を介してアルカリ濃縮水をアルカリ濃縮室２３１に供給するアルカリ濃縮水タンク２７７と、ポンプ２７８を介して酸供給水を酸供給室２６０に供給する酸供給水タンク２７９とを備えている。
【００５７】
また、電気透析装置は、ポンプ２８０を介してＨＣｌなどの酸原液を酸供給水タンク２７９に供給する酸原液タンク２８１と、酸供給水タンク２７９のｐＨを測定するｐＨモニタ２８２とを備えている。さらに、電気透析装置は、ポンプ２８３を介して原水を脱塩室２４０に供給する原水タンク２８４と、除害排水（フッ素を含有する被処理水）を活性炭２８５およびカートリッジフィルタ２８６を介して原水タンク２８４に供給するポンプ２８７とを備えている。
【００５８】
陽極室２１０の内部には陽極２０２が配置され、陰極室２５０の内部には陰極２０３が配置されている。また、複極室２６１の内部には電極２０４が配置されている。脱塩室２４０には、上述した需要機器５４０からの希薄排水が供給され、脱塩室２４０はこの希薄排水（原水）からフッ素イオン（第１の対象イオン）およびカルシウムイオン（第２の対象イオン）を除去してフッ素濃度およびカルシウムイオン濃度が低められた処理水を生成する。また、バッファ室２２０は、原水中のフッ素イオンが酸濃縮室２３０から直接陽極室２１０に流入しないように遮断する。さらに、酸濃縮室２３０は、脱塩室２４０から移動した原水中のフッ素イオンを濃縮してフッ素イオン濃度が高められた（第１の）濃縮水を生成する。また、アルカリ濃縮室２３１は、脱塩室２４０から移動した原水中のカルシウムイオンを濃縮してカルシウムイオン濃度が高められた（第２の）濃縮水を生成する。酸供給室２６０は、排水中のカルシウムイオンとは反対の極性を有するイオンをアルカリ濃縮室２３１に供給する。
【００５９】
図１１は、図１０の電気透析槽２０１を示す模式図である。図１１に示すように、陽極室２１０とバッファ室２２０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１１で仕切られ、バッファ室２２０と酸濃縮室２３０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１２で仕切られている。酸濃縮室２３０と脱塩室２４０とは、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１１で仕切られ、脱塩室２４０とアルカリ濃縮室２３１とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１３で仕切られている。アルカリ濃縮室２３１と酸供給室２６０との間は、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１２で仕切られ、酸供給室２６０と複極室２６１との間は、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１３で仕切られている。なお、図１１において、イオン交換膜の両側に位置するパッキンの図示は省略してある。
【００６０】
陽極室２１０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１１が充填されている。バッファ室２２０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１２、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１３が充填されている。
【００６１】
酸濃縮室２３０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１４、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１２、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１１が充填されている。脱塩室２４０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１２、イオン交換体の一種であるアニオン交換スペーサＡＳ１１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１５が充填されている。
【００６２】
アルカリ濃縮室２３１には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１６、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１３、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１３が充填されている。酸供給室２６０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１４、イオン交換体の一種であるアニオン交換スペーサＡＳ１２、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１５が充填されている。
【００６３】
複極室２６１には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１６およびカチオン交換不織布ＣＦ１１が充填されている。複極室２６１の電極２０４から陰極室２５０の陰極２０３までの構造は、上述したカチオン交換不織布ＣＦ１１からアニオン交換不織布ＡＦ１６までの構造と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００６４】
極液タンク２７１からは極液としての純水が陽極室２１０、複極室２６１、および陰極室２５０に供給されるようになっている。陽極室２１０、複極室２６１、および陰極室２５０から出た流出水は、極液を補給するために極液タンク２７１に循環するようになっている。
【００６５】
また、バッファ水タンク２７３からはバッファ水がバッファ室２２０に供給されるようになっている。バッファ室２２０から出た流出水は、バッファ水タンク２７３と原水タンク２８４とに供給されるようになっている。なお、陽極室２１０、複極室２６１、および陰極室２５０から出た流出水の一部は、このバッファ室２２０から出た流出水と混合される。
【００６６】
また、酸濃縮水タンク２７５からは酸濃縮水が酸濃縮室２３０に供給されるようになっている。酸濃縮室２３０から出た流出水は、濃縮水として取り出されるほか、一部は酸濃縮水タンク２７５に供給されるようになっている。また、アルカリ濃縮水タンク２７７からはアルカリ濃縮水がアルカリ濃縮室２３１に供給されるようになっている。アルカリ濃縮室２３１から出た流出水は、アルカリ濃縮水タンク２７７に供給されるようになっている。
【００６７】
複極室２６１の陰極室２５０側に隣接するバッファ室２２０から複極室２６１にフッ素が流入することが懸念されるため、この例では、複極室２６１には、陽極室２１０と同様に純水が供給される。また、複極室２６１を出た流出水についても、陽極室２１０を出た流出水と同様にバッファ水タンク２７３の補給水として用いられる。
【００６８】
このような構成により、酸と金属イオンとを個別に濃縮することが可能となる。また、金属イオンは、酸供給室２６０から電気泳動により供給される鉱酸由来の陰イオンと溶解性の塩を形成することにより、金属水酸化物などが析出することが防止される。例えば、鉱酸として塩酸を用いる場合は、原水中に含まれるカルシウムイオンを溶解度が高い塩化カルシウムとして濃縮させることが可能となる。
【００６９】
図１２は電気透析装置５６０の第７の構成例を示す模式図、図１３は図１２の電気透析槽３０１を示す模式図である。この電気透析槽３０１は、上述した第６の構成例の電気透析槽におけるアルカリ濃縮室２３１の陰極２０３側に設けられた酸供給室２６０を省略したものである。このような構成は、アンモニウムイオンなどアルカリ性でも析出しない陽イオン（カチオン）を濃縮する場合に用いることができる。
【００７０】
図１４は、電気透析装置５６０の第８の構成例を示す模式図である。図１４に示すように、この電気透析装置の電気透析槽４０１は、陽極室２１０、バッファ室２２０、酸濃縮室２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室２３１、酸供給室２６０と、陰極室２５０とを備えており、上述した第６の構成例の電気透析槽２０１において、複極室２６１をなくしてそれぞれの室を１つだけにしたものである。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【００７１】
上述した各構成例において、電気透析装置は、定電流運転または定電圧運転を行うことが好ましく、電流密度は１０Ａ／ｄｍ２以下、特に３Ａ／ｄｍ２以下にすることが好ましい。脱塩室および濃縮室の厚みは１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍとする。イオン交換体として、不織布状またはスペーサ状などのシート状のものを用いる場合、各室の充填枚数および種類は任意に設定することができる。好ましくは、陽極室のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満、バッファ室のフッ素濃度が１０ｍｇ／Ｌ未満となるように各室に液を供給する。
【００７２】
電極の材料としては、白金、タンタル、ニオブ、ダイヤモンド、ＳＵＳなどを用いることができる。また、チタン、ニッケル、モネル、ハステロイ、インコネルなどの基材に、白金、金、酸化イリジウムなどをめっきしたものを電極として用いることができる。
【００７３】
電極の形状は、平板状でもよく、あるいは通水性および通ガス性を有するラス網状などでもよい。濃縮水中のイオン濃度には特に制限はないが、カチオンまたはアニオンの濃度が１００〜１００，０００ｍｇ／Ｌの範囲内にあることが好ましい。原水の濃度には特に制限はないが、カチオンまたはアニオンの濃度が５〜５００ｍｇ／Ｌの範囲内にあることが好ましい。この場合に得られる処理水の濃度は、電流値などの運転条件を設定することにより所望の値に調整することができる。例えば、カチオンまたはアニオンの濃度が０．０１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲内にある処理水が得られる。
【００７４】
陽極室、陰極室、複極室に供給する純水としては特に制約がなく、当業者が通常用いている純水製造方法により製造される純水がすべて使用可能である。例えばＲＯ（逆浸透膜）、イオン交換法、蒸留法、電気式脱塩法等の公知の技術またはその組み合わせにより製造した純水またはその純水の純度をさらに高めた超純水を使用することができる。なお、陽極室へ供給する純水の量は、陽極室中のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満となるように設定するのが最も好ましい。
【００７５】
上述した電気透析装置の陽極室、陰極室、複極室、バッファ室、脱塩室、濃縮室の中に充填するイオン交換体としては、高分子繊維基材にイオン交換基をグラフト重合法によって導入したものを用いることが好ましい。高分子繊維よりなるグラフト化基材は、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの一種の単繊維であってもよく、また、軸芯と鞘部とが異なる高分子によって構成される複合繊維であってもよい。用いることのできる複合繊維の例としては、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンを鞘成分とし、鞘成分として用いたもの以外の高分子、例えばポリプロピレンを芯成分とした芯鞘構造の複合繊維が挙げられる。かかる複合繊維材料に、イオン交換基を、放射線グラフト重合法を利用して導入したものが、イオン交換能力に優れ、均一な厚みに製造できるので、上述した目的で用いられるイオン交換繊維材料として好ましい。イオン交換繊維材料の形態としては、織布や不織布などを挙げることができる。
【００７６】
また、斜交網等のスペーサ部材の形態のイオン交換体としては、ポリオレフィン系高分子製樹脂、例えば、電気透析槽において広く使用されているポリエチレン製の斜交網（ネット）を基材として、これに、放射線グラフト重合法を用いてイオン交換機能を付与したものが、イオン交換能力に優れ、原水の分散性に優れているので好ましい。
【００７７】
なお、放射線グラフト重合法とは、高分子基材に放射線を照射してラジカルを形成させ、これにモノマーを反応させることによってモノマーを基材中に導入するという技法である。放射線グラフト重合法に用いることができる放射線としては、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等を挙げることができるが、ガンマ線や電子線を用いることが好ましい。放射線グラフト重合法には、グラフト基材に予め放射線を照射した後、グラフトモノマーと接触させて反応させる前照射グラフト重合法と、基材とモノマーの共存下に放射線を照射する同時照射グラフト重合法とがあるが、いずれの方法も用いることができる。
【００７８】
また、モノマーと基材との接触方法により、モノマー溶液に基材を浸漬させたまま重合を行う液相グラフト重合法、モノマーの蒸気に基材を接触させて重合を行う気相グラフト重合法、基材をモノマー溶液に浸漬した後モノマー溶液から取り出して気相中で反応を行わせる含浸気相グラフト重合法などを挙げることができるが、いずれの方法も用いることができる。
【００７９】
不織布などの繊維基材やスペーサ基材に導入するイオン交換基としては、特に限定されることなく種々のカチオン交換基またはアニオン交換基等を用いることができる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第１級〜第３級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第４アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用いることができる。あるいは、上記カチオン交換基およびアニオン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることもできる。
【００８０】
また、官能基として、イミノジ酢酸およびそのナトリウム塩から誘導される官能基、各種アミノ酸、例えば、フェニルアラニン、リジン、ロイシン、バリンおよびプロリン並びにそのナトリウム塩から誘導される官能基、イミノジエタノールから誘導される官能基などを有するイオン交換体を用いてもよい。
【００８１】
上述した目的で用いることのできるイオン交換基を有するモノマーとしては、アクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＳＳ）、メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド（ＶＢＴＡＣ）、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドなどを挙げることができる。
【００８２】
例えば、スチレンスルホン酸ナトリウムをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強酸性カチオン交換基であるスルホン基を導入することができ、また、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を導入することができる。
【００８３】
また、イオン交換基に転換可能な基を有するモノマーとしては、アクリロニトリル、アクロレイン、ビニルピリジン、スチレン、クロロメチルスチレン、メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）などが挙げられる。例えば、メタクリル酸グリシジルを放射線グラフト重合によって基材に導入し、次に亜硫酸ナトリウムなどのスルホン化剤を反応させることによって強酸性カチオン交換基であるスルホン基を基材に導入したり、またはクロロメチルスチレンをグラフト重合した後に、基材をトリメチルアミン水溶液に浸漬して４級アンモニウム化を行うことによって、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を基材に導入することができる。
【００８４】
また、基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、スルフィドを反応させてスルホニウム塩とした後、イミノジ酢酸ナトリウムを反応させることによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。あるいは、まず基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、クロロ基をヨウ素で置換し、次にイミノジ酢酸ジエチルエステルを反応させてヨウ素をイミノジ酢酸ジエチルエステル基で置換し、次に水酸化ナトリウムを反応させてエステル基をナトリウム塩に変換することによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。
【００８５】
上述の各種の形態のイオン交換体の中では、不織布または織布などの形態のイオン交換繊維材料が特に好ましい。織布や不織布などの繊維材料は、樹脂ビーズや斜交網などの形態の材料と比較して表面積が極めて大きいのでイオン交換基の導入量が大きく、また、樹脂ビーズのようにビーズ内部のミクロポアまたはマクロポア内にイオン交換基が存在するということはなく、すべてのイオン交換基が繊維の表面上に配置されるので、処理水中の金属イオンが容易にイオン交換基の近傍に拡散され、イオン交換によって吸着される。したがって、イオン交換繊維材料を用いると、金属イオンの除去・回収効率をより向上させることができる。
【００８６】
なお、上記のイオン交換繊維材料など以外でも、公知のイオン交換体樹脂ビーズを用いることもできる。例えば、ポリスチレンをジビニルベンゼンで架橋したビーズなどを基材樹脂として用い、これを硫酸やクロロスルホン酸のようなスルホン化剤で処理してスルホン化を行って基材にスルホン基を導入することにより、上述した各構成例で使用可能な強酸性カチオン交換樹脂ビーズを得ることができる。
【００８７】
このような製造方法は周知であり、またこのような手法によって製造されたカチオン交換樹脂ビーズとしては、種々の商品名で市販されているものを挙げることができる。また、官能基としてイミノジ酢酸およびそのナトリウム塩から誘導される官能基、各種アミノ酸、例えば、フェニルアラニン、リジン、ロイシン、バリンおよびプロリン並びにそのナトリウム塩から誘導される官能基、イミノジエタノールから誘導される官能基などを有する樹脂ビーズを用いてもよい。
【００８８】
上述した構成例における電気透析装置により、少なくともアンモニウムイオンとフッ素を含有する排水を処理すれば、排水からアンモニウムイオンおよびフッ素を除去してアンモニウムイオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水とアンモニウムイオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することができる。あるいは、上述した各構成例における電気透析装置により、少なくとも金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンとフッ素を含有する排水を処理すれば、排水から前記金属イオンおよびフッ素を除去して金属イオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水と金属イオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することができる。
【００８９】
過酸化水素とフッ素を含む排水の場合には、排水を過酸化水素分解処理した後、電気透析装置に供給してもよい。また、排水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌを超え１０，０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、処理水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましい。
【００９０】
上述した各構成例で説明した電気透析装置によれば、排水中の含有物質の濃度が１％を超えるような濃厚な排水も処理することができるが、需要機器５４０から排出される濃厚排水の量は少ない場合には、希薄排水と濃厚排水とを混合した後に再濃縮することは合理的ではない。かかる場合には、上述したように、需要機器５４０から排出される排水から希薄排水と濃厚排水とを分別して回収することが好ましい。
【００９１】
図１５は、本発明の第２の実施形態における純水循環システムの構成を示す模式図である。上述した第１の実施形態における純水循環システムは、需要機器５４０からの排水中に酸化作用を有する物質が含まれていない場合に適用されるものであったが、本実施形態における純水循環システムは、需要機器５４０からの排水中に酸化作用を有する物質（酸化性物質）が含まれている場合に適用されるものである。
【００９２】
すなわち、純水循環システムの各構成部品は酸化作用のある物質の影響を受けやすいため、図１５に示すように、電気透析装置５６０の前段に、需要機器５４０からの排水中から酸化性物質を除去する酸化性物質除去装置６００を設けて、電気透析装置５６０に供給する前に酸化性物質除去装置６００により排水中から酸化性物質を除去しておく。ここでいう酸化作用のある物質（酸化性物質）とは、特定の物質を指すのではなく、オゾンや過酸化水素などの物質をいう。なお、酸化性物質除去装置６００における酸化性物質の除去方法は特に限定されず、種々の方法を用いることができる。例えば、活性炭や白金などの触媒を利用した方法や紫外線照射による方法、還元作用のある物質を注入する方法などを用いることができる。
【００９３】
酸化性物質が除去された希薄排水は上述した電気透析装置５６０に供給され、排水中のイオン成分を除去した清浄な処理水と濃縮水とに分離される。処理水は超純水の原料水として純水製造装置５３０の２次純水生成部５２０に供給されて再利用される。分離された濃縮水の排出方法は特に限定されず、例えば、濃縮水に含有する物質を回収し再利用することもできるし、あるいは廃棄物として廃棄したり、工場内の一般排水処理施設で処理したりしてもよい。
【００９４】
図１６は、本発明の第３の実施形態における純水循環システムの構成を示す模式図である。図１６に示すように、この実施形態においては、上述した第１の実施形態における電気透析装置５６０を複数台（図１６では２台）直列に接続して、純水製造装置５３０の２次純水生成部５２０に供給される処理水の水質をさらに向上させている。なお、図１６では、２台の電気透析装置５６０を直列に接続する例を示しているが、直接に接続する電気透析装置５６０の台数は２台に限られるものではなく、何台であってもよい。また、複数台の電気透析装置５６０の前段に、第２の実施形態のような酸化性物質除去装置６００を設けてもよい。
【００９５】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施形態における純水循環システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る純水循環システムにおいて用いられる電気透析装置の第１の構成例を示す模式図である。
【図３】図２の電気透析槽を示す模式図である。
【図４】本発明に係る純水循環システムにおいて用いられる電気透析装置の第２の構成例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る純水循環システムにおいて用いられる電気透析装置の第３の構成例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る純水循環システムにおいて用いられる電気透析装置の第４の構成例を示す模式図である。
【図７】図６の電気透析槽を示す模式図である。
【図８】本発明に係る純水循環システムにおいて用いられる電気透析装置の第５の構成例を示す模式図である。
【図９】図８の電気透析槽を示す模式図である。
【図１０】本発明に係る純水循環システムにおいて用いられる電気透析装置の第６の構成例を示す模式図である。
【図１１】図１０の電気透析槽を示す模式図である。
【図１２】本発明に係る純水循環システムにおいて用いられる電気透析装置の第７の構成例を示す模式図である。
【図１３】図１２の電気透析槽を示す模式図である。
【図１４】本発明に係る純水循環システムにおいて用いられる電気透析装置の第８の構成例を示す模式図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態における純水循環システムの構成を示す模式図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態における純水循環システムの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９７】
１，１０１ａ，１０１ｂ，２０１，３０１，４０１    電気透析槽
２    陽極
３    陰極
１０，２１０    陽極室
２０，２２０    バッファ室
２１，３０，３１    濃縮室
４０，２４０    脱塩室
５０，２５０    陰極室
７０，７２，７４，２７０，２７２，２７４，２７６，２７８，２８０，２８７    ポンプ
７１，２７１    極液タンク
７３，２７３    バッファ水タンク
７５    濃縮水タンク
２３０    酸濃縮室
２３１    アルカリ濃縮室
２６０    酸供給室
２６１    複極室
２７５    酸濃縮水タンク
２７７    アルカリ濃縮水タンク
２７９    酸供給水タンク
２８１    酸原液タンク
２８２    ｐＨモニタ
２８４    原水タンク
２８５    活性炭
２８６    カートリッジフィルタ
５００    純水循環供給システム
５１０    １次純水生成部
５２０    ２次純水生成部
５３０    純水製造装置
５４０    需要機器（ユースポイント）
５５０    超純水経路
５６０    電気透析装置
５７０    処理水経路
５８０    排水経路
６００    酸化性物質除去装置
ＡＦ１〜ＡＦ４，ＡＦ１１〜ＡＦ１６    アニオン交換不織布
ＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ１１〜ＡＭ１３    アニオン交換膜
ＡＳ１，ＡＳ１１，ＡＳ１２    アニオン交換スペーサ
ＣＦ１〜ＣＦ６，ＣＦ１１〜ＣＦ１６    カチオン交換不織布
ＣＭ１〜ＣＭ３，ＣＭ１１〜ＣＭ１３    カチオン交換膜
ＣＳ１〜ＣＳ３，ＣＳ１１〜ＣＳ１３    カチオン交換スペーサ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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