(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上水レベルのスケール物質を含む原水を磁束密度０．５Ｔ乃至３Ｔの強磁界中を一回又は複数回通過させてスケールを分散化した後にその水を加圧して浸透膜を強制通過させることを特徴とする通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収法。
【請求項２】
強磁界中を通過した水を、５分間乃至１０分間反応熟成させた後に浸透膜を通過させることを特徴とする請求項１記載の通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収法。
【請求項３】
原水中にスライムがある場合において、その原水中にスライム除去剤を添加することを特徴とする請求項１又は２記載の通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収法。
【請求項４】
原水を貯える貯水タンク（１）から送られる上水レベルのスケール物質を含む原水を磁束密度０．５Ｔ乃至３Ｔの強磁界中に通過させる電磁石（２）間通水機構（３）と、その強磁界中を通過した水を加圧して浸透膜（４）を通過させる逆浸透膜処理機構（５）と、それらの両機構（３）、（５）間に送水ポンプ（６）を介して送水可能に連結された送水管（７）とから成る通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収装置。
【請求項５】
磁石間通水機構（３）と、逆浸透膜処理機構（５）とを連結する送水管（７）に反応熟成させるために滞留タンク（８）を設けて成る請求項４記載の通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収装置。
【請求項６】
磁石間通水機構（３）の水の出口側と入口側とを、送水ポンプ（１０）を介して循環送水管（１１）で接続し、磁石間通水機構（３）の強磁界中を水が繰り返して通過できるようにしたことを特徴とする請求項４又は５記載の通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収装置。
【請求項７】
磁石間通水機構（３）を、複数連設して水が強磁界中を複数回通過できるようにしたことを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれか一項記載の通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、浸透膜によって原水から純水を回収する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造工程では製品洗浄用の水が大量に使用されている。そして、その半導体の集積度の向上に伴って、製品の歩留まりや信頼性を高めるために、より高純度の純水が求められている。
純水は、有機物、生菌、微粒子、シリカ、溶存気体など水中に溶解ないし分散している不純物を除去して得られる。
その純水の水質レベルは、水質測定技術の進歩に伴ってその純度が高レベル化してきている。
その水質レベルについては下記水質比較に示す通りである。
【０００３】
0003942065.tif 000002
【０００４】
超純水については、実測値及び理論値は次のようである。
実測値
比抵抗率：１８．２５ＭΩｃｍ
ＴＯＣ（全有機炭素）：＜１．０ｐｐｂ
ＤＯ：０．５ｐｐｂ
微粒子（０．０７μｍ）：＜１．０ｎ／ｍｌ
シリカ：＜０．１ｐｐｂ
理論値
理論純水の抵抗値＝１８．２５ＭΩｃｍ（２５℃）
【０００５】
これまで、そのような高レベルの純水を得るための方法として、水分子は通過させるが水の分子よりも大きな分子の不純物（スケール物質など）は通過できないサイズの膜目を持つ浸透膜を用い、それに原水を加圧させて通過させることによって、膜の上流側は不純物の濃縮水を、そして膜の下流側には不純物のない純水を得る逆浸透膜法が行われている。
従来のこの方法では、短時間に水中のスケール物質が浸透膜の膜目に結合凝集化して浸透膜の濾過機能が失われてしまい、純水を効果的に回収することができなくなる難点があった。
【０００６】
そこで、これまで、そのような浸透膜の目詰まり防止するために、原水に含まれる不純物を薬品によって分散化し、また溶解するなどして、浸透膜の濾過機能の低下を防止しようとする方法も行われている。
例えば、スケール物質のうち炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）に対しては塩酸等の強酸を加えて酸性化し、またシリカ分についてはカルボン酸系の高分子分散剤を用いて分散化することが行われている。
【０００７】
しかし、酸性化のために強酸を使用すると、そのままでは浄水装置の部品を腐食させる虞があり、またその水は人間に対しても有害性が指摘されている。また最終的には純水を得るためにはその水を中性化しなければならず、このためその酸性化した水を再度中和するために新たな薬品を使用し、またタンク、コントローラ、ラインミキサーなどの中和するための設備も新たに設けなければならない。
【０００８】
また、それらの強酸や高分子分散剤などの薬品を使用する時には、水中濃度を一定に制御し続けなければならないので、そのための管理が必要となる。
そしてさらに、廃棄される濃縮水はそれらの薬品の投入によりＢＯＤ、ＣＯＤ値を上昇させ、そのような排水の処理にはさらに水質浄化技術や浄化設備を要するなど多大なコストがかかる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、浸透膜処理によって原水から純水を回収する方法において、その浸透膜を長期間目詰まりなく使用できるようにするとともに純水の大幅な回収率向上が可能となる方法及びその方法により純水を回収するための装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、上水レベルのスケール物質を含む原水を磁束密度０．５Ｔ乃至３Ｔの強磁界中を一回又は複数回通過させてスケールを分散化した後にその水を加圧して浸透膜を強制通過させることを特徴とする通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収法である。
【００１１】
また、上記構成において、前記強磁界中を通過した水を、５分間乃至１０分間反応熟成させた後に浸透膜を通過させることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、上記構成において、原水中にスライムがある場合においては、その原水中にスライム除去剤を添加することを特徴とするものである。
【００１３】
また、原水を貯える貯水タンク１から送られる上水レベルのスケール物質を含む原水を磁束密度０．５Ｔ乃至３Ｔの強磁界中に通過させる電磁石２間通水機構３と、その強磁界中を通過した水を加圧して浸透膜４を通過させる逆浸透膜処理機構５と、それらの両機構３、５間に送水ポンプ６を介して送水可能に連結された送水管７とから成る通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収装置である。
【００１４】
さらに、上記構成において、前記磁石間通水機構３と、逆浸透膜処理機構５とを連結する送水管７に反応熟成させるために滞留タンク８を設けて成るものである。
【００１５】
さらにまた、上記構成において、前記磁石間通水機構３の水の出口側と入口側とを、送水ポンプ１０を介して循環送水管１１で接続し、磁石間通水機構３の強磁界中を水が繰り返して通過できるようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
またさらに、上記構成において、前記磁石間通水機構３を、複数連設して水が強磁界中を複数回通過できるようにしたことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図の実施例に基づいて以下説明する。
【００１８】
本発明の通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収法は、原水（スケール物質などの不純物を含む水）を磁束密度が０．５Ｔ乃至３Ｔの強磁界中を一回（図１に示す）又は複数回（図２及び図３に示す）通過させてスケールを分散化した後にその水を加圧して浸透膜を強制通過させる（逆浸透させる）ものである。
【００１９】
原水には炭酸カルシウムやシリカなどのスケール物質が含まれている。
その原水を強い磁界中に通過させると炭酸カルシウムやシリカを構成する炭酸イオンや珪酸イオンがその磁場に反応し、分散性や溶解性が増加する。
【００２０】
これまでは、スケール物質に対して強酸や高分子分散剤などの薬品を使用して、強酸によってｐＨを下げ、また高分子分散剤によってスケール成分の再結晶化を防止（分散化）していた。
本発明では、その原水を強い磁界中に通過させると炭酸カルシウムやシリカを構成する炭酸イオンや珪酸イオンがその磁場に反応することに着眼し、これによって分散性や溶解性を増加させ、浸透膜を長期間にわたって目詰まりしないようにする。
【００２１】
原水を強い磁界中に通過させた場合に、スケールが溶解されることの確認のための実験を行ったところ図７に示すような実験結果が得られた。
【００２２】
この実験では、常温で水道水を約１０倍に濃縮し、その濃縮した水道水を電磁石によって磁束密度が０．１〜２Ｔ（テスラ）の強磁界中を通過させる方法で２週間継続処理をした。
その結果、図７に示されているように、スライムがない場合では、シリカスケール溶解量が０．５〜１Ｔにかけて１７％から７０％に急上昇する。
しかし、スライムがあると、０．５〜１Ｔにかけてそのシリカスケール溶解量が７％から１０％とあまり増加しないことがわかる。
そこで。次亜塩素酸を添加すると、スライムがない場合と同様にシリカスケール溶解量が０．５〜１Ｔにかけて１５％から８０％に急上昇することがわかる。
この実験では次亜塩素酸を使用しが、別の試験で別の塩素剤（塩素酸など）を使用したところ同様に効果が確認された。
【００２３】
次に、強い磁界中に通過させた場合に、浸透膜の濾過速度を確認するための実験を行ったところ図８に示すような実験結果が得られた。
【００２４】
この実験では、上記実験と同じ濃縮した水道水を使用し、便宜的に磁気処理水２００ｍｌを、浸透膜の代用として１μのフィルター（ガラス繊維製濾紙）を用いて濾過する時間を測定した。
そして、０．２Ｔの磁束密度で処理した時の濾過時間を１とした時の相対比を表したのが図８である。
この実験から０．５Ｔ付近で急激に時間短縮が進むことがわかる。
【００２５】
また次に、図４に示す装置のフロー図に基づいた実機に、水道水を使用し、純水の回収率の経時的な変化について実験し、磁気処理しないものと磁気処理したものとを比較した。
なお、純水回収率の計算式は、
純水回収率＝純水の量／不純物が濃縮されて含まれる水の量
である。
その経時変化を見るために、通常は純水回収率を約６０％に設定して実験が行われるが、この実験では、実験期間の短縮をはかるために、純水回収率を７日目から圧力上昇させることにより約９０％に高めて行った。
この実験結果は、図９に示すようであり、磁気処理した方が磁気処理しない方（図９に示す無処理の線）よりも約１８０％程に向上したことがわかる。
【００２６】
また次に、磁気処理しないものと磁気処理したものとについて、フィルターの目詰まりが起こるまでの期間を確認するために、上記実験と同じ実機に、水道水を使用し、その濃縮水の膜圧力の経時変化を調べる実験をした。
この実験結果は、図１０に示すようであった。
この図１０に示されているように、無処理の方では、グラフ線が１３日頃から立ち上がり、１５日には限度の圧力に達している。
これに対して、磁気処理した方では、グラフ線が２２日頃から立ち上がり、２７日で限界の圧力に達した。
その限界に達する時間は、磁気処理の方が無処理の方よりも約１．８倍に増加し、フィルターの大幅な延命効果が確認された。
【００２７】
フィルターと純水を得るための浸透膜とは膜目の大きさに差があるが、フィルターはその浸透膜と同様の機能を有するものであり、以上の実験結果から、磁気処理によって浸透膜の大幅な純水回収率の向上と延命効果があるものと確認できる。
【００２８】
大きな磁束密度を得るには、電磁石による方法が容易であるが、現在では強力な永久磁石が提供されており、磁束密度が０．５〜０．７Ｔの範囲ではそのような永久磁石の使用もできる。
【００２９】
また、前記強磁界中を通過した水を、５分間乃至１０分間反応熟成させた後に浸透膜を通過させると、その反応時間中に充分分散化が進み、より効果的である。
【００３０】
さらに、上記シリカスケール溶解量についての実験で確かめられたように、原水中にスライムがある場合においては、その原水中に塩素剤などのスライム除去剤を添加するとより大きな効果が得られる。
【００３１】
次に本発明の通磁界浸透膜処理による純水の高効率回収装置について説明する。
その装置は、図４に示すように、原水を貯える貯水タンク１から送られる原水を磁束密度０．５Ｔ乃至３Ｔの強磁界中に通過させる磁石２間通水機構３と、その強磁界中を通過した水を加圧して浸透膜４を通過させる逆浸透膜処理機構５と、それらの機構３、５間に送水ポンプ６を介して送水可能に連結された送水管７とから構成される。
【００３２】
前記磁石間通水機構３は、僅かな隙間の通水路１２を挟んで両側に磁束密度０．５Ｔ乃至３Ｔの強力な電磁石が対向している構造にする。そして確実に０．５Ｔ乃至３Ｔの磁束密度の強磁界中を原水が通過できるようにする。
【００３３】
そして、前記磁石間通水機構３と、逆浸透膜処理機構５とを連結する送水管７に水温を一定に制御するために水温制御機構９を設ける。
また、図５に示すように、前記強磁界中を通過した水を、５分間乃至１０分間反応熟成させるために滞留タンク８（熟成調整用タンク）を設けると良い。
【００３４】
また、図６に示すように、前記磁石間通水機構３の水の出口側と入口側とを、送水ポンプ１０を介して循環送水管１１で接続し、磁石間通水機構３の強磁界中を水が繰り返して通過できるようにする。
【００３５】
さらに、前記磁石間通水機構３を、複数連設して水が強磁界中を複数回通過できるようにすることもできる。
【００３６】
上記の滞留タンク８を設けた形態、循環送水管１１を設けた形態、磁石間通水機構３を複数連設した装置の形態は、いずれもスケールの分散化を促進し純水の浸透膜通過性を高めるのに役立つものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は以上のようであり、上記実験結果にも示されるように、純水の回収率の大幅な向上が実現し、これまでの磁気処理しない方法に比べて、本発明ではこれまでと同一量の原水から倍近くの純水が得られるようになる。即ち、同じ量の純水を得るのに原水の量は半分程度で済み、取水量の大幅な節約が可能になる。またこのことは、同じ量の純水を得るのに装置の運転稼動時間は大幅に短縮され、その分稼動で消費される電気代が節約できる。
そしてその純水の回収率の大幅向上は濃縮水の排出量を減少化し、そのことはその濃縮水の排水処理に要していたコストの削減にも大きく役立つことになる。さらに、濃縮水には高分子分散剤などの有機物の添加がないので、ＢＯＤ、ＣＯＤなどの新たな増加が発生せず、排水処理コストは大幅に低減化できる。
【００３８】
そして、原水を強磁界中に通過させることにより含まれるスケール物質を分散化し、浸透膜の通水性を確保して目詰まりが防止され、そのことにより浸透膜交換などのメンテナンス期間を延長することが可能となり、新しい浸透膜への交換に要する費用の大幅削減が可能となった。
本発明によって少ない量の原水から短期間に且つ大量に高レベルの純水を取得することが可能になり、このことによって大量に消費する半導体製造工場などに純水を効率良く供給できるようになったことの意義は大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を示すフロー図。
【図２】別の形態を示す方法のフロー図。
【図３】また別の形態を示す方法のフロー図。
【図４】本発明の装置を示すフロー図。
【図５】別の形態を示す装置のフロー図。
【図６】また別の形態を示す装置のフロー図。
【図７】実験結果を示すグラフ図。
【図８】別の実験結果を示すグラフ図。
【図９】また別の実験結果を示すグラフ図。
【図１０】さらに別の実験結果を示すグラフ図。
【符号の説明】
１    貯水タンク
２    磁石
３    磁石間通水機構
４    浸透膜
５    逆浸透膜処理機構
６    送水ポンプ
７    送水管
８    滞留タンク
９    水温制御機構
１０    送水ポンプ
１１    循環送水管
【図１】
0003942065.tif 000003
【図２】
0003942065.tif 000004
【図３】
0003942065.tif 000005
【図４】
0003942065.tif 000006
【図５】
0003942065.tif 000007
【図６】
0003942065.tif 000008
【図７】
0003942065.tif 000009
【図８】
0003942065.tif 000010
【図９】
0003942065.tif 000011
【図１０】
0003942065.tif 000012