(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加してｐＨを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、(Ｂ)ｐＨの調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透膜、（Ｃ）耐アルカリ性逆浸透膜の透過水が通水される正荷電逆浸透膜及び（Ｅ）該正荷電逆浸透膜に通水する水に酸を添加するための酸添加装置を有することを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】
（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加してｐＨを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｂ）ｐＨの調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透膜、（Ｃ）耐アルカリ性逆浸透膜の透過水が通水される前段の正荷電逆浸透膜、（Ｄ）前段の正荷電逆浸透膜の透過水が通水される後段の正荷電逆浸透膜及び（Ｅ）後段の正荷電逆浸透膜に通水する水に酸を添加するための酸添加装置を有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、純水製造装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、半導体製造などの電子産業分野、医薬用水関連分野などで用いられる、比抵抗が高く、かつホウ素濃度を大幅に低減した純水又は超純水の製造に適した純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホウ素を含有する原水を処理して純水又は超純水を製造する装置として、アルカリ添加によりpHを１０以上に調整したのち、耐アルカリ性逆浸透膜に通水し、さらに逆浸透膜又は弱酸性イオン交換樹脂塔に通水する純水製造装置が知られている。また、第４７回全国水道研究会発表会（平成８年５月、発表番号４−９８）では、逆浸透膜を利用したホウ素低減システムにおいて、水のpHを１０以上とすることによりホウ素排除率が高くなるが、微量のカルシウムなどの硬度成分が析出して膜閉塞を生じ、短時間で造水量が低下することが報告されている。
上記のような従来技術では、逆浸透膜によりホウ素の除去を行うことはできるが、処理水中のホウ素濃度を０.１ppb以下にすることは困難であった。また、逆浸透膜によりホウ素を除去しても、透過水の比抵抗が下がってしまうという問題があった。本来、多段逆浸透膜処理では、処理水の比抵抗を高くし、後段のイオン交換処理の負荷を下げる点に特長がある。しかし、アルカリ添加によりpHを１０以上としたホウ素含有水を、耐アルカリ性逆浸透膜に通水するだけでは、透過水の比抵抗が低く、さらにイオン交換樹脂塔に通水することにより、比抵抗を高めることは可能であるが、イオン交換樹脂の負荷が大きすぎて短時間で飽和し、イオン交換樹脂の寿命が短いという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体製造などの電子産業分野、医薬用水関連分野などで用いられる、比抵抗が高く、かつホウ素濃度を大幅に低減した純水又は超純水の製造に適した純水製造装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アルカリ添加装置により被処理水のｐＨを高めたのち、耐アルカリ性逆浸透膜に通水し、さらにその透過水を正荷電逆浸透膜に通水することにより、ホウ素濃度が低く、比抵抗の高い純水が容易に得られることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加してｐＨを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、(Ｂ)ｐＨの調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透膜、（Ｃ）耐アルカリ性逆浸透膜の透過水が通水される正荷電逆浸透膜及び（Ｅ）該正荷電逆浸透膜に通水する水に酸を添加するための酸添加装置を有することを特徴とする純水製造装置、及び、
（２）（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加してｐＨを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｂ）ｐＨの調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透膜、（Ｃ）耐アルカリ性逆浸透膜の透過水が通水される前段の正荷電逆浸透膜、（Ｄ）前段の正荷電逆浸透膜の透過水が通水される後段の正荷電逆浸透膜及び（Ｅ）後段の正荷電逆浸透膜に通水する水に酸を添加するための酸添加装置を有することを特徴とする純水製造装置、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１(ａ)は、本発明の純水製造装置の一態様の構成図である。本態様の純水製造装置は、(Ａ)アルカリ添加装置、(Ｂ)耐アルカリ性逆浸透膜１及び(Ｃ)正荷電逆浸透膜２を有する。
本発明装置における(Ａ)アルカリ添加装置には特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液を添加する装置や、塩基性樹脂イオン交換塔、あるいはその両方を設置することができる。アルカリ水溶液を添加する装置としては、例えば、撹拌機つきのpH調整槽を設けたり、通水ラインにアルカリ水溶液注入口を設け、その下流側にスタチックミキサーなどを設置することができる。アルカリ添加装置は、ホウ素含有水にアルカリを添加して、pHをホウ酸のｐＫa９.２（２５℃）以上に調整し得るものであることが好ましく、pHを１０以上に調整し得るものであることがより好ましい。
本発明装置における(Ｂ)耐アルカリ性逆浸透膜は、長期的にpH１０以上となっても劣化を受けないものであることが好ましい。この場合、供給されるアルカリ性のホウ素含有水のpHよりも、濃縮水の方がpHが高くなるので、濃縮水のpHを考慮して耐アルカリ性逆浸透膜を選択する必要がある。このような耐アルカリ性逆浸透膜としては、例えば、pH１１まで長期耐久性のあるものとして市販されている ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０などを挙げることができる。また、pH１０まで長期耐久性のあるものとしては、日東電工(株)製ＥＳ２０、ＥＳ１０、ＮＴＲ７５９、東レ(株)製ＳＵ７００などのポリアミド系の膜などを挙げることができる。
【０００６】
本発明装置における(Ｃ)正荷電逆浸透膜は、膜表面のポリアミド系のスキン層をカチオン化した逆浸透膜である。このような正荷電逆浸透膜としては、例えば、市販されている日東電工(株)のＥＳ１０Ｃや、東レ(株)のＳＵ９００などを用いることができる。耐アルカリ性逆浸透膜を透過した水は、アルカリ添加装置において添加されたアルカリのために、例えば、数百ppb程度のナトリウムを含有している場合が多い。このような被処理水を正荷電逆浸透膜に通することにより、ナトリウム濃度を数十ppb程度まで低減し、水の比抵抗を高めることができる。
図１(ａ)に示す構成の純水製造装置を用いて、電気伝導率が１００μＳ／cm程度で、ホウ素１０ppb程度を含有する原水を、pH９.２以上に調整して通水することにより、比抵抗０.１ＭΩ・cm程度、ホウ素濃度０.１ppb程度の純水を得ることができる。
【０００７】
図１(ｂ)は、本発明の純水製造装置の他の態様の構成図である。本態様の純水製造装置は、(Ａ)アルカリ添加装置、(Ｂ)耐アルカリ性逆浸透膜１、(Ｃ)前段の正荷電逆浸透膜２及び(Ｄ)後段の正荷電逆浸透膜２を有する。本態様の純水製造装置は、図１(ａ)に示す態様の純水製造装置に、さらに正荷電逆浸透膜を１段追加したものである。耐アルカリ性逆浸透膜の透過水を、(Ｃ)前段の正荷電逆浸透膜と(Ｄ)後段の正荷電逆浸透膜に通水することにより、正荷電逆浸透膜が１段である場合に比べて、さらに得られる純水の比抵抗を高め、ホウ素濃度を低減することができる。
図１(ｂ)に示す構成の純水製造装置を用いて、電気伝導率が１００μＳ／cm程度で、ホウ素１０ppb程度を含有する原水を、pH９.２以上に調整して通水することにより、比抵抗０.３ＭΩ・cm程度、ホウ素濃度０.１ppb以下の純水を得ることができる。
【０００８】
本発明の純水製造装置は、(Ｅ)正荷電逆浸透膜に通水する水に酸を添加するための酸添加装置を設けることができる。酸添加装置には特に制限はなく、例えば、塩酸、硫酸などの酸を添加するための撹拌機つきのpH調整槽を設けたり、通水ラインに酸注入口を設け、その下流側にスタチックミキサーなどを設置することができる。酸添加装置は、正荷電逆浸透膜に通水する水に酸を添加して、pHを６〜９に調整し得るものであることが好ましく、pHを７〜８に調整し得るものであることがより好ましい。酸を添加してpHを下げることにより、正荷電逆浸透膜におけるナトリウムなどのカチオン成分の除去率が向上し、水の比抵抗を高めることができる。
酸添加装置を設ける位置には特に制限はなく、例えば、(Ｂ)耐アルカリ性逆浸透膜と(Ｃ)正荷電逆浸透膜の間に設けることができ、あるいは、複数の正荷電逆浸透膜を有する場合には、２段の正荷電逆浸透膜の間に設けることもできる。逆浸透膜透過水に酸を添加し、pHを下げて正荷電逆浸透膜に通水することにより、正荷電逆浸透膜におけるナトリウムなどのカチオン成分の除去率が向上し、水の比抵抗を高めることができる。
【０００９】
図１(ｃ)は、本発明の純水製造装置の他の態様の構成図である。本態様の純水製造装置は、図１(ｂ)に示す純水製造装置の(Ｃ)前段の正荷電逆浸透膜２と(Ｄ)後段の正荷電逆浸透膜２の間に、(Ｅ)酸添加装置を有するものである。前段の正荷電逆浸透膜透過水に酸を添加してpHを中性付近に調整し、後段の正荷電逆浸透膜に通水することにより、後段の正荷電逆浸透膜におけるカチオン成分の除去率が向上し、得られる純水の比抵抗を高めることができる。
図１(ｃ)に示す構成の純水製造装置を用いて、電気伝導率が１００μＳ／cm程度で、ホウ素１０ppb程度を含有する原水を、pH９.２以上に調整して通水し、前段の正荷電逆浸透膜透過水に酸を加えてpHを７.５付近に調整して後段の正荷電逆浸透膜に通水することにより、比抵抗５ＭΩ・cm程度、ホウ素濃度０.１ppb以下の純水を得ることができる。
【００１０】
図１(ｄ)は、本発明の純水製造装置の他の態様の構成図である。本態様の純水製造装置は、図１(ｂ)に示す純水製造装置の(Ｂ)耐アルカリ性逆浸透膜１と(Ｃ)前段の正荷電逆浸透膜２の間に、(Ｅ)酸添加装置を有するものである。耐アルカリ性逆浸透膜透過水に酸を添加してpHを中性付近に調整し、前段の正荷電逆浸透膜に通水すると、耐アルカリ性逆浸透膜透過水に酸を添加することなく通水した場合に比べて、前段の正荷電逆浸透膜透過水のホウ素濃度は高くなるが、カチオン成分が効果的に除去されて透過水の比抵抗も高くなる。その結果、図１(ｄ)に示す構成の純水製造装置によれば、(Ｃ)前段の正荷電逆浸透膜透過水を(Ｄ)後段の正荷電逆浸透膜に通水することにより、最終的に得られる純水中のホウ素濃度は、図１(ｃ)に示す構成の純水製造装置で得られる純水と同程度まで低下し、しかも最終的に得られる純水の比抵抗は、図１(ｃ)に示す構成の純水製造装置で得られる純水の比抵抗よりも高くなる。
図１(ｄ)に示す構成の純水製造装置を用いて、電気伝導率が１００μＳ／cm程度で、ホウ素１０ppb程度を含有する原水を、pH９.２以上に調整して通水し、耐アルカリ性逆浸透膜透過水に酸を加えてpHを７.５付近に調整して前段及び後段の正荷電逆浸透膜に通水することにより、比抵抗１０ＭΩ・cm程度、ホウ素濃度０.１ppb以下の純水を得ることができる。
本発明の純水製造装置によれば、従来は逆浸透膜では除去が困難であったホウ素を、効率的に低濃度まで除去することができ、しかも同時に比抵抗の高い純水を得ることができる。
【００１１】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
耐アルカリ性逆浸透膜［ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０］と正荷電逆浸透膜［日東電工(株)製、ＥＳ１０Ｃ］を連結した、図１(ａ)に示す構成を有する純水製造装置を用いて、純水の製造を行った。
使用した原水の水質は、電気伝導率８５μＳ／cm、ホウ素濃度８.６ppbである。この原水に水酸化ナトリウムを添加してpHを９.２に調整したのち、通水速度３００リットル／hrで、耐アルカリ性逆浸透膜及び正荷電逆浸透膜に通水した。正荷電逆浸透膜透過水の比抵抗は０.１４ＭΩ・cm、ホウ素濃度は０.１ppbであった。
実施例２
耐アルカリ性逆浸透膜［ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０］、前段の正荷電逆浸透膜［日東電工(株)製、ＥＳ１０Ｃ］及び後段の正荷電逆浸透膜［東レ(株)製、ＳＵ９００］をこの順に連結した、図１(ｂ)に示す構成を有する純水製造装置を用いて、純水の製造を行った。
実施例１と同じ原水に水酸化ナトリウムを添加してpHを９.２に調整したのち、通水速度３００リットル／hrで、耐アルカリ性逆浸透膜、前段の正荷電逆浸透膜及び後段の正荷電逆浸透膜に通水した。前段の正荷電逆浸透膜透過水の比抵抗は０.１４ＭΩ・cm、ホウ素濃度は０.１ppbであり、後段の正荷電逆浸透膜透過水の比抵抗は０.３１ＭΩ・cm、ホウ素濃度は０.１ppb以下であった。
実施例３
耐アルカリ性逆浸透膜［ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０］、前段の正荷電逆浸透膜［日東電工(株)製、ＥＳ１０Ｃ］及び後段の正荷電逆浸透膜［東レ(株)製、ＳＵ９００］をこの順に連結し、前段の正荷電逆浸透膜と後段の正荷電逆浸透膜の間に酸添加装置を設けた、図１(ｃ)に示す構成を有する純水製造装置を用いて、純水の製造を行った。
実施例１と同じ原水に水酸化ナトリウムを添加してpHを９.２に調整したのち、通水速度３００リットル／hrで、耐アルカリ性逆浸透膜及び前段の正荷電逆浸透膜に通水し、前段の正荷電逆浸透膜透過水に塩酸を添加してpHを７.５に調整し、後段の正荷電逆浸透膜に通水した。前段の正荷電逆浸透膜透過水の比抵抗は０.１４ＭΩ・cm、ホウ素濃度は０.１ppbであり、後段の正荷電逆浸透膜透過水の比抵抗は５.０ＭΩ・cm、ホウ素濃度は０.１ppb以下であった。
実施例４
耐アルカリ性逆浸透膜［ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０］、前段の正荷電逆浸透膜［日東電工(株)製、ＥＳ１０Ｃ］及び後段の正荷電逆浸透膜［東レ(株)製、ＳＵ９００］をこの順に連結し、耐アルカリ性逆浸透膜と前段の正荷電逆浸透膜の間に酸添加装置を設けた、図１(ｄ)に示す構成を有する純水製造装置を用いて、純水の製造を行った。
実施例１と同じ原水に水酸化ナトリウムを添加してpHを９.２に調整したのち、通水速度３００リットル／hrで、耐アルカリ性逆浸透膜に通水し、耐アルカリ性逆浸透膜透過水に塩酸を添加してpHを７.５に調整し、前段の正荷電逆浸透膜及び後段の正荷電逆浸透膜に通水した。前段の正荷電逆浸透膜透過水の比抵抗は３.００ＭΩ・cm、ホウ素濃度は０.３ppbであり、後段の正荷電逆浸透膜透過水の比抵抗は１２.９ＭΩ・cm、ホウ素濃度は０.１ppb以下であった。
比較例１
実施例２に用いた耐アルカリ性逆浸透膜、前段の正荷電逆浸透膜及び後段の正荷電逆浸透膜をこの順に連結した、図１(ｂ)に示す構成を有する純水製造装置を用い、原水のpH調整を中性付近として、純水の製造を行った。
実施例１と同じ原水に水酸化ナトリウムを添加してpHを８.０に調整したのち、通水速度３００リットル／hrで、耐アルカリ性逆浸透膜、前段の正荷電逆浸透膜及び後段の正荷電逆浸透膜に通水した。前段の正荷電逆浸透膜透過水の比抵抗は３.５１ＭΩ・cm、ホウ素濃度は５.８ppbであり、後段の正荷電逆浸透膜透過水の比抵抗は１３.３ＭΩ・cm、ホウ素濃度は２.１ppbであった。
実施例１〜４及び比較例１の結果を、第１表に示す。
【００１２】
【表１】
0003959729.tif 000002
【００１３】
第１表の結果から、原水に水酸化ナトリウムを添加してpHを９.２に調整したのち、耐アルカリ性逆浸透膜と正荷電逆浸透膜に通水した実施例１においては、比抵抗は０.１４ＭΩ・cmであり、ホウ素濃度は０.１ppbとなって、ホウ素の約９９％が除去されている。正荷電逆浸透膜を前段及び後段の２個とした実施例２においては、得られる純水の比抵抗は０.３１ＭΩ・cmと高くなり、ホウ素濃度は０.１ppb以下となって、ホウ素除去率もさらに向上している。
前段の正荷電逆浸透膜と後段の正荷電逆浸透膜の間で酸を加えてpH調整を行った実施例３においては、得られる純水の比抵抗は５.０ＭΩ・cmとさらに高くなり、酸の添加により比抵抗を高めることができることが分かる。
耐アルカリ性逆浸透膜と前段の正荷電逆浸透膜の間で酸を加えてpH調整を行った実施例４においては、前段の正荷電逆浸透膜透過水のホウ素濃度が０.３ppbとやや高いが、後段の正荷電逆浸透膜透過水のホウ素濃度は０.１ppb以下で、実施例２〜３と同じ水準に達し、しかも比抵抗が１２.９ＭΩ・cmと非常に高くなっている。この結果から、図１(ａ)〜(ｄ)の純水製造装置の構成の中では、耐アルカリ性逆浸透膜と前段の正荷電逆浸透膜の間で酸を添加してpH調整を行う図１(ｄ)の構成が最も良好な結果を与えることが分かる。
これに対して、原水のpHを９.２以上に調整しないで耐アルカリ性逆浸透膜、前段の正荷電逆浸透膜及び後段の正荷電逆浸透膜に通水する比較例１においては、得られる純水の比抵抗は高くなっているが、ホウ素濃度は２.１ppbであり、ホウ素除去率は約７５％にとどまっている。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の純水製造装置によれば、従来は逆浸透膜では除去が困難であったホウ素を、効率的に低濃度まで除去することができ、しかも同時に比抵抗の高い純水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の純水製造装置の構成図である。
【符号の説明】
１  耐アルカリ性逆浸透膜
２  正荷電逆浸透膜
【図１】
0003959729.tif 000003