(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）前処理された原水を通水する第１の逆浸透膜装置、(Ｂ）第１の逆浸透膜装置の透過水に、第２の逆浸透膜装置の透過水のｐＨが９.２以上になるようにアルカリを添加するアルカリ添加装置、(Ｃ)アルカリが添加された第１の逆浸透膜装置の透過水を通水する第２の逆浸透膜装置、(Ｄ）第２の逆浸透膜装置の透過水を通水する第１のアニオン交換樹脂塔、(Ｅ）第１のアニオン交換樹脂塔の流出水を通水するカチオン交換樹脂塔及び(Ｆ）カチオン交換樹脂塔の流出水を通水する非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔を有することを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】
（Ｇ）ｐＨが９.２以上である第２の逆浸透膜装置の透過水に、そのｐＨが８.５〜９.５になるように酸を添加する酸添加装置を有する請求項１記載の純水製造装置。
【請求項３】
（Ｈ）非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔の供給水配管に設置された電気伝導率検出部又は比抵抗検出部より信号を受け、アニオン交換樹脂の交換時期を判定する樹脂交換時期判定装置を有する請求項１記載の純水製造装置。
【請求項４】
（ａ）前処理された原水を第１の逆浸透膜装置に通水し、（ｂ）第１の逆浸透膜装置の透過水に、第２の逆浸透膜装置の透過水のｐＨが９.２以上になるようにアルカリを添加し、（ｃ）アルカリが添加された第１の逆浸透膜装置の透過水を第２の逆浸透膜装置に通水し、（ｄ）第２の逆浸透膜装置の透過水を第１のアニオン交換樹脂塔に通水し、（ｅ）第１のアニオン交換樹脂塔の流出水をカチオン交換樹脂塔に通水し、(ｆ)カチオン交換樹脂塔の流出水を非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔に通水することを特徴とする純水製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の純水製造方法において、第１のアニオン交換樹脂塔への第２の逆浸透膜装置の透過水の通水を停止して、第１のアニオン交換樹脂塔中の樹脂の再生を行っているときに、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔に純水を連続して通水する純水製造方法。
【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、発電所、医薬品製造所、半導体製造工場など、高純度の水質が要求される純水を必要とする分野で、シリカ及びホウ素を極低濃度まで低減させ、安定して純水を製造することができる純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
逆浸透膜装置は、純水の製造に広く使用されている。また、さらに純度の高い純水を得るために、逆浸透膜装置を複数段直列に配置し、前段の逆浸透膜装置の透過水を後段の逆浸透膜装置に供給し、純度を高める装置が用いられる場合が多い。
最近になって、この逆浸透膜装置の給水に酸又はアルカリを添加してpHを調整し、特に、シリカやホウ素の濃度を低減した純水を得る方法が開発されている。しかし、逆浸透膜装置の供給水に酸又はアルカリを添加することは、過剰なイオンが逆浸透膜装置に入ることになり、これらの薬剤が逆浸透膜装置で十分に除去されず、透過水に漏出してしまう場合がある。
そこで、このようなイオン類を確実に除去する目的で、逆浸透膜装置の後段にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した混床式イオン交換樹脂塔を設けることが一般的に行われている。
イオン交換樹脂を混床として通水する混床式純水製造装置の場合、例えば、イオン交換樹脂塔の入口の水のpHがアルカリ性であっても、塔内のイオン交換樹脂でイオン交換され、ほぼ中性の水となって流出する。特に、水をアルカリ性にしている薬剤が水酸化ナトリウムである場合には、カチオン交換樹脂によってＮａ+がＨ+に交換される。したがって、このイオン交換が行われる界面より先ではpHが７付近になる。
さて、ホウ素やシリカは、自己解離しづらい物質であるが、アルカリ側、つまりＯＨ-が供給されるとよく解離し、水中でイオン状の形態で存在することが知られている。強塩基性アニオン交換樹脂は、その表面に無数の−ＯＨ基を官能基として有し、中性塩であっても分解してイオン交換することができる。このために、ホウ素やシリカに対しても、樹脂表面の官能基付近においては、ＯＨ-が供給されるのと同じような挙動を示し、イオン吸着することができる。
しかし、シリカやホウ素はもともと解離しづらい物質であり、イオン交換が進んでアニオン交換樹脂表面の−ＯＨ基が減少すると、解離不足となり、アニオン交換樹脂内部へ拡散することができず、吸着能力が飽和となる。このために、シリカやホウ素などの物質は、ＮａＣｌのような物質と比べてイオン吸着量が著しく低く、逆浸透膜を利用した純水製造装置により、シリカやホウ素を極低濃度まで除去して高い水質の純水を得ることは困難であった。
本発明者は、先に、pHが９.２以上に調整された原水を、逆浸透膜装置に通水し、膜透過水を先ずアニオン交換樹脂塔、次いでカチオン交換樹脂塔に通水することにより、水中のシリカ及びホウ素を極低濃度まで除去して、高い水質の純水を得ることが可能となることを見いだした。しかし、この工程によると、再生後の通水開始時に得られる純水の水質が低い、いわゆる水質の立ち上がり性が悪いという現象が生じた。また、アニオン交換樹脂塔がカチオン交換樹脂塔よりも先に貫流しないためには、十分に余裕のある量のアニオン交換樹脂を充填する必要があり、効率がよくなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、発電所、医薬品製造所、半導体製造工場など、高純度の水質が要求される純水を必要とする分野で、シリカ及びホウ素を極低濃度まで低減させ、安定して純水を製造することができる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、先に発明した純水製造装置において、水質の立ち上がり性が不良となる原因は、カチオン交換樹脂塔からの再生剤の吐出であり、カチオン交換樹脂塔の後段に非再生型のアニオン交換樹脂塔を設けることにより、良好な水質の立ち上がり性が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)前処理された原水を通水する第１の逆浸透膜装置、(Ｂ)第１の逆浸透膜装置の透過水に、第２の逆浸透膜装置の透過水のｐＨが９.２以上になるようにアルカリを添加するアルカリ添加装置、(Ｃ)アルカリが添加された第１の逆浸透膜装置の透過水を通水する第２の逆浸透膜装置、(Ｄ)第２の逆浸透膜装置の透過水を通水する第１のアニオン交換樹脂塔、(Ｅ)第１のアニオン交換樹脂塔の流出水を通水するカチオン交換樹脂塔及び(Ｆ)カチオン交換樹脂塔の流出水を通水する非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔を有することを特徴とする純水製造装置、
（２）(Ｇ)ｐＨが９.２以上である第２の逆浸透膜装置の透過水に、そのｐＨが８.５〜９.５になるように酸を添加する酸添加装置を有する第(１)項記載の純水製造装置、
（３）(Ｈ)非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔の供給水配管に設置された電気伝導率検出部又は比抵抗検出部より信号を受け、アニオン交換樹脂の交換時期を判定する樹脂交換時期判定装置を有する第(１)項記載の純水製造装置、
（４）（ａ）前処理された原水を第１の逆浸透膜装置に通水し、（ｂ）第１の逆浸透膜装置の透過水に、第２の逆浸透膜装置の透過水のｐＨが９.２以上になるようにアルカリを添加し、（ｃ）アルカリが添加された第１の逆浸透膜装置の透過水を第２の逆浸透膜装置に通水し、（ｄ）第２の逆浸透膜装置の透過水を第１のアニオン交換樹脂塔に通水し、（ｅ）第１のアニオン交換樹脂塔の流出水をカチオン交換樹脂塔に通水し、(ｆ)カチオン交換樹脂塔の流出水を非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔に通水することを特徴とする純水製造方法、及び、
（５）第(４)項記載の純水製造方法において、第１のアニオン交換樹脂塔への第２の逆浸透膜装置の透過水の通水を停止して、第１のアニオン交換樹脂塔中の樹脂の再生を行っているときに、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔に純水を連続して通水する純水製造方法、
を提供するものである。
さらに、本発明の好ましい態様として、
（６）非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔の樹脂量が、第１のアニオン交換樹脂塔の樹脂量の３分の２以下である第(１)項記載の純水製造装置、及び、
（７）非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔に、他系列の純水を導入する通水配管が設けられてなる第(１)項記載の純水製造装置、
を挙げることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の純水製造装置は、(Ａ)前処理された原水を通水する第１の逆浸透膜装置、(Ｂ)第１の逆浸透膜装置の透過水に、第２の逆浸透膜装置の透過水のpHが９.２以上になるようにアルカリを添加するアルカリ添加装置、(Ｃ)アルカリが添加された第１の逆浸透膜装置の透過水を通水する第２の逆浸透膜装置、(Ｄ)第２の逆浸透膜装置の透過水を通水する第１のアニオン交換樹脂塔、(Ｅ)第１のアニオン交換樹脂塔の流出水を通水するカチオン交換樹脂塔及び(Ｆ)カチオン交換樹脂塔の流出水を通水する非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔を有するものである。本発明装置は、(Ｇ)pHが９.２以上である第２の逆浸透膜装置の透過水に、そのpHが８.５〜９.５になるように酸を添加する酸添加装置を設けることができる。また、(Ｈ)非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔の供給水配管に設置された電気伝導率検出部又は比抵抗検出部より信号を受け、アニオン交換樹脂の交換時期を判定する樹脂交換時期判定装置を設けることができる。本発明装置は、シリカ及びホウ素の含有量の極めて少ない純水の製造に特に好適に用いることができる。
【０００６】
図１は、本発明装置を用いる純水製造工程の一態様の工程系統図である。本態様においては、原水は、活性炭充填塔１に通水され、水中の有機物や残留塩素などが吸着除去される。活性炭充填塔の流出水は、真空ポンプ２により気相側が減圧に保たれた膜脱気装置３に導かれ、水中に溶解している二酸化炭素や酸素などが除去される。膜脱気装置の代わりに、脱気塔などを設けることもできる。膜脱気装置の流出水は、(Ａ)第１の逆浸透膜装置４に通水され、予備的な不純物の除去が行われる。第１の逆浸透膜装置の透過水は、続いて第２の逆浸透膜装置５に供給される。本発明装置において、(Ｃ)第２の逆浸透膜装置の透過水のpHが９.２以上の所定の値となるように、第１の逆浸透膜装置の透過水にアルカリを添加する(Ｂ)アルカリ添加装置に特に制限はなく、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添加口を設け、その下流側にスタティックミキサーを設置することなどができる。図１に示す態様においては、pH検出部６により第２の逆浸透膜装置の透過水のpHを測定して制御装置７に信号を送り、さらに制御装置からポンプ８に信号を送って、第２の逆浸透膜装置の透過水のpHが９.２以上の所定の値となるように、アルカリ貯槽９のアルカリを添加する。
【０００７】
図１に示す態様においては、pHが９.２以上の所定の値である第２の逆浸透膜装置の透過水に、そのpHが８.５〜９.５の所定の値になるように酸を添加する(Ｇ)酸添加装置が設けられている。すなわち、pH検出部６の下流側に酸添加口が設けられ、さらにその下流側にpH検出部１０が設けられる。酸添加口とpH検出部１０の間には、スタティックミキサーなどを設置することが好ましい。pH検出部１０におけるpHが８.５〜９.５の所定の値となるように、pH検出部１０により水のpHを測定して制御装置１１に信号を送り、さらに制御装置からポンプ１２に信号を送って酸貯槽１３の酸を添加する。
第２の逆浸透膜装置の透過水は、(Ｄ)第１のアニオン交換樹脂塔１４、(Ｅ)カチオン交換樹脂塔１５、(Ｆ)非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔１６へ順次通水され、シリカとホウ素の含有量が極めて少ない純水が得られる。図１に示す態様においては、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔の供給水配管に比抵抗検出部１７を設置し、比抵抗検出部より信号を受けてアニオン交換樹脂の交換時期を判定する(Ｈ)樹脂交換時期判定装置１８が設けられている。比抵抗検出部に代えて、電気伝導率検出部を設置することもできる。
【０００８】
本発明装置において、アルカリが添加された第１の逆浸透膜装置の透過水を供給する第２の逆浸透膜装置は、長期的にpH１０以上、より好ましくはpH１１以上となっても劣化を受けない耐アルカリ性逆浸透膜を備えたものであることが好ましい。この場合、アルカリ性の供給水の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ことが好ましい。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 Ｆｉｌｍ Ｔｅｃ社の 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)のＥＳ２０、ＥＳ１０、ＮＴＲ７５９、東レ(株)のＳＵ７００などのポリアミド系の膜などを挙げることができる。
本発明装置において、第２の逆浸透膜装置の透過水が通水される第１のアニオン交換樹脂塔に充填するアニオン交換樹脂に特に制限はなく、例えば、トリメチルアンモニウム基を有する強塩基性Ｉ型、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基を有する強塩基性II型のいずれをも用いることができ、また、ゲル型、マクロポーラス型のいずれをも用いることができる。これらの中で、架橋度が４％程度のゲル型のアニオン交換樹脂を好適に用いることができる。このようなアニオン交換樹脂としては、例えば、栗田工業(株)のＥＸ−ＡＧ、三菱化学(株)のＳＡＦ１２Ａ、バイエル社のＯＣ１２４１などを挙げることができる。
【０００９】
本発明装置においては、第１のアニオン交換樹脂塔に充填されたアニオン交換樹脂は、十分に再生された状態で使用することが好ましい。アニオン交換樹脂の再生が不十分であると、第２の逆浸透膜装置の透過水のpHが高い場合には、再生されずにアニオン交換樹脂に残った不純物が溶出して、水質を悪化させるおそれがある。したがって、アニオン交換樹脂の再生レベルを十分高くとるとともに、通水方向と薬注方向が対向する向流再生方式をとることが好ましい。シリカやホウ素を吸着したアニオン交換樹脂を再生する場合には、向流再生方式が特に有効であるが、さらに再生剤の温度を３５℃以上とすることにより、効率のよい再生を行うことができ、再生剤の使用量を節減することができる。３５℃以上で再生を行う際には、アニオン交換樹脂塔にあらかじめ３５℃以上の純水を通水して加熱しておくことができる。アニオン交換樹脂の再生剤に特に制限はないが、例えば、濃度が２重量％以上であり、温度が５０℃程度である水酸化ナトリウム水溶液を好適に用いることができる。
【００１０】
シリカは、水中において次式で示される平衡を保っている。
ＳｉＯ2 ＋ Ｈ2Ｏ ⇔ ＨＳｉＯ3- ＋ Ｈ+           …［１］
式［１］は、次式のように表すこともできる。
ＳｉＯ2 ＋ ＯＨ- ⇔ ＨＳｉＯ3-                  …［２］
この状態で、アニオン交換樹脂に接触すると、シリカは次式にしたがって樹脂に吸着される。ただし、式中、Ｒはアニオン交換樹脂の母体を表す。
Ｒ−ＯＨ ＋ ＨＳｉＯ3- → Ｒ−ＨＳｉＯ3 ＋ ＯＨ-    …［３］
式［１］及び式［２］から分かるように、シリカは、pHが低い水中では弱い解離であるが、pHが高い場合には、式［２］の平衡は右方向に移り、高いpH領域においてはシリカの解離が進む。本発明装置においては、pHが９.２以上である第２の逆浸透膜装置の透過水を第１のアニオン交換樹脂塔に通水するので、pHの高い膜透過水がアニオン交換樹脂と接触し、効率よくシリカを吸着して除去することができる。
ホウ素の水中における平衡は、次式により表すことができる。
Ｈ3ＢＯ3 ＋ ＯＨ- ⇔ Ｂ(ＯＨ)4-                 …［４］
この状態で、アニオン交換樹脂に接触すると、次式にしたがって樹脂に吸着される。
Ｒ−ＯＨ ＋ Ｂ(ＯＨ)4- → Ｒ−Ｂ(ＯＨ)4 ＋ ＯＨ-    …［５］
ホウ素も、pHが高い場合には、式［４］の平衡は右方向に移り、高いpH領域においてはホウ素のアニオン化が進む。本発明装置においては、pHが９.２以上である第２の逆浸透膜装置の膜透過水を、第１のアニオン交換樹脂塔に通水するので、pHの高い膜透過水がアニオン交換樹脂と接触し、ホウ素も効率よく吸着して除去することができる。
【００１１】
第１のアニオン交換樹脂塔にpHが高い水を供給すると、シリカやホウ素は効率よく吸着され、シリカやホウ素の濃度の極めて低い純水を得ることができるが、一方では採水量が低下するという問題も生ずる。このために、第１のアニオン交換樹脂塔の後段に設置するカチオン交換樹脂塔に充填するカチオン交換樹脂の量を、第１のアニオン交換樹脂塔で吸着容量が飽和する前に、イオンが漏洩し始める貫流点を迎えるように設計することが好ましい。本発明装置において、第１のアニオン交換樹脂塔へは、第２の逆浸透膜装置の透過水をそのまま通水することもできるが、pHが高すぎると採水量が低下するので、酸添加装置を設け、膜透過水に酸を添加してpHを８.５〜９.５に調整することにより、採水量を増大することができる。
逆浸透膜透過水を混床式イオン交換樹脂塔に通水する従来の純水製造装置においては、塔の入口の水のpHがアルカリ性であっても、塔内のイオン交換樹脂によりイオン交換され、ほぼ中性の水となる。例えば、水酸化ナトリウムの添加によりpH調整が行われた場合、カチオン交換樹脂によりナトリウムイオンが交換され、このイオン交換されている界面より先ではpHが７付近になるので、アニオン交換樹脂によっても、シリカやホウ素を効率的に吸着除去することができない。
【００１２】
本発明装置において、第１のアニオン交換樹脂塔の流出水が通水されるカチオン交換樹脂塔に充填するカチオン交換樹脂に特に制限はなく、例えば、スルホン酸基を有する強酸性カチオン交換樹脂、カルボン酸基を有する弱酸性カチオン交換樹脂のいずれをも用いることができ、また、ゲル型、マクロポーラス型のいずれをも用いることができる。これらの中で、強酸性カチオン交換樹脂を好適に用いることができる。このような強酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、栗田工業(株)のＥＸ−ＣＧ、三菱化学(株)のＳＫＦ１１０、バイエル社のＯＣ１２１３などを挙げることができる。カチオン交換樹脂の再生剤に特に制限はなく、塩酸、硫酸などを挙げることができ、例えば、濃度が２重量％以上であり、温度が１５〜６０℃程度である塩酸を好適に用いることができる。第１のアニオン交換樹脂塔の流出水をカチオン交換樹脂塔に通水することにより、水中のカチオン成分を吸着除去して、比抵抗の高い純水を得ることができる。
また、従来の多床塔式の純水装置は、通常、先ずカチオン交換樹脂塔に通水し、次いでアニオン交換樹脂塔に通水されるために、アニオン交換樹脂からの溶出があり、有機体炭素（ＴＯＣ）成分の上昇などの問題があった。しかし、本発明装置では、第１のアニオン交換樹脂塔の流出水をカチオン交換樹脂塔に通水するために、アニオン交換樹脂の溶出物はカチオン交換樹脂塔で吸着除去される。また、カチオン交換樹脂に吸着された溶出物は、温度の高い再生剤を使用することにより脱着することができる。
【００１３】
一般的に、混床式純水装置と比較すると、多床塔式の純水装置は樹脂再生後に通水を再開したときの水質の立ち上がり性が劣るが、この原因は、カチオン交換樹脂塔にわずかに残存する再生剤であることが判明した。本発明装置は、カチオン交換樹脂塔の流出水を通水する非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔を有するので、カチオン交換樹脂から吐出されるわずかな再生剤を吸着して、通水再開時の水質の立ち上がり性を改良することができる。水質の立ち上がり性は、通水再開後に流出水の比抵抗が所定の値に達するまでの時間により評価することができる。第２のアニオン交換樹脂塔が再生型であると、アニオン交換樹脂からの再生剤の吐出の問題が同様に生ずるが、本発明装置は、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔を有するので、再生剤が吐出されることがない。
本発明装置において、第１のアニオン交換樹脂塔に供給される第２の逆浸透膜装置の透過水はアルカリ性であるために、採水量が低下する。第１のアニオン交換樹脂塔の採水量は、イオン負荷量より計算し、設定することができるが、水質の変動によって貫流が早まる場合がある。第１のアニオン交換樹脂塔の貫流は、第１のアニオン交換樹脂塔の出口又はカチオン交換樹脂塔の出口において、流出水の電気伝導率又は比抵抗を測定することにより判定することができるが、一時的に水質の低い水を供給してしまうおそれがある。本発明装置は、カチオン交換樹脂塔の後段に非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔を有するので、このようなイオン類の漏れを防ぐことができる。
【００１４】
本発明装置においては、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔の供給水配管に電気伝導率検出部又は比抵抗検出部を設置し、電気伝導率又は比抵抗の測定値を信号として樹脂交換時期判定装置に送り、アニオン交換樹脂の交換時期を判定することができる。なお、電気伝導率検出部又は比抵抗検出部は、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔の供給水配管と流出水配管の両方に設置することが好ましい。これにより、第２のアニオン交換樹脂塔の異常も、微少の変化として検知することができる。以上のように、樹脂交換時期判定装置を設けることにより、常に状態を監視して、安定して純水を製造することができる。
本発明装置において、第２のアニオン交換樹脂塔の樹脂量は、第１のアニオン交換樹脂塔の樹脂量の３分の２以下であることが好ましい。第２のアニオン交換樹脂塔の樹脂量を少なくすることにより、通水再開後の立ち上がり性を向上し、樹脂からの不純物の溶出のおそれを減少することができる。
本発明装置においては、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔に他系列の純水を導入する通水配管を設け、第１のアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔の樹脂が再生に入っているとき、第２のアニオン交換樹脂塔に純水を連続して通水することが好ましい。第１のアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔の樹脂が再生に入っているとき、第２のアニオン交換樹脂塔に純水を連続して通水することにより、再生後の通水再開時の立ち上がり性をいっそう向上することができる。
本発明装置においては、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔の樹脂の交換能力が飽和となったとき、その樹脂を第１のアニオン交換樹脂塔に充填して使用し、アニオン交換樹脂を有効に使用することができる。
【００１５】
図２は、本発明装置の作用効果を示す概念図である。水質安定時には、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、シリカ及びホウ素を含む水を第１のアニオン交換樹脂塔へ供給すると、流出水には水酸化ナトリウムのみが含まれ、水酸化ナトリウムはカチオン交換樹脂塔において吸着除去される。第１のアニオン交換樹脂塔が貫流すると、第１のアニオン交換樹脂塔の流出水は、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、シリカ及びホウ素を含み、カチオン交換樹脂塔の流出水は、塩化水素、シリカ及びホウ素を含むが、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔において、これらの不純物は吸着除去される。第１のアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔を再生したのちの通水開始時に、カチオン交換樹脂塔の流出水に、再生剤に由来する塩化水素がわずかに含まれる場合があるが、本発明装置においては、塩化水素は非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔により吸着除去される。
本発明装置を用いることにより、原水中に含まれるシリカ及びホウ素を極低濃度になるまで除去し、安定して水質の高い純水を製造することができる。
【００１６】
【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
図１に示す工程により、原水として野木町水を用いて純水を製造した。
原水を６２リットル／ｈの速度で活性炭充填塔１に供給して残留塩素を除去したのち、真空ポンプ２により気相側が減圧に保たれた膜脱気装置３に通水して脱炭酸を行った。脱炭酸を行った水を第１の逆浸透膜［東レ(株)、ＳＵ７００］装置４に導き、その透過水にアルカリ貯槽９よりポンプ８によって水酸化ナトリウム水溶液を添加し、さらに第２の逆浸透膜［Ｆｉｌｍ Ｔｅｃ社、ＦＩＬＭＴＥＣ Ｔｙｐｅ ＦＴ３０］装置５に導いた。第２の逆浸透膜装置の透過水のpHが９.８になるように、pH検出部６から制御装置７に信号を送って、水酸化ナトリウム水溶液の添加量を制御した。第２の逆浸透膜装置透過水は、流量５０リットル／ｈ、電気伝導率３６μＳ／cm、pH９.８、シリカ濃度４３μｇ／リットル、ホウ素濃度２.５μｇ／リットルであった。
第２の逆浸透膜装置透過水を第１のアニオン交換樹脂塔１４、次いでカチオン交換樹脂塔１５、さらに第２の非再生型のアニオン交換樹脂塔１６に通水し、純水２.５ｍ3を採水した。第１のアニオン交換樹脂塔は、内径４０mm×高さ１,０００mmであり、アニオン交換樹脂［バイエル社、ＯＣ１２４１］１リットルとイナート樹脂［バイエル社、ＥＮ−４２］２００mlを充填している。カチオン交換樹脂塔は、内径４０mm×高さ５００mmであり、カチオン交換樹脂［バイエル社、ＯＣ１２１３］５００mlとイナート樹脂［バイエル社、ＥＮ−４２］１００mlを充填している。また、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔は、内径４０mm×高さ５００mmであり、アニオン交換樹脂［栗田工業(株)、ＥＸ−ＡＧ］３００mlを充填している。
通水は、第１のアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔は上向流として行い、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔は下向流として行った。純水２.５ｍ3を採水したのち、純水の製造を中断して第１のアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔の再生を行った。第１のアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔を再生する間は、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔は停止した。
第１のアニオン交換樹脂塔の再生は、樹脂１リットル当たり水酸化ナトリウム５０ｇを、４重量％水溶液として、５０℃で流速ＳＶ５ｈ-1で下向流として通液することにより行い、次いで比抵抗１８ＭΩ・cmの純水を樹脂の５容量倍ＳＶ５ｈ-1で通水して押し出し、さらに比抵抗１８ＭΩ・cmの純水を樹脂の１０容量倍ＳＶ２０ｈ-1で通水して洗浄した。カチオン交換樹脂塔の再生は、樹脂１リットル当たり塩化水素４０ｇとなるように、５重量％塩酸として、４０℃で流速ＳＶ５ｈ-1で下向流として通液することにより行い、次いで比抵抗１８ＭΩ・cmの純水を樹脂の５容量倍ＳＶ５ｈ-1で通水して押し出し、さらに比抵抗１８ＭΩ・cmの純水を樹脂の１０容量倍ＳＶ２０ｈ-1で通水して洗浄した。
再生、押出及び洗浄を終了したのち純水の製造を再開し、純水２.５ｍ3を採水した。以後、同様にして樹脂の再生と純水の製造を繰り返した。純水合計１２.５ｍ3を採水した５回目の純水製造の終了直前の純水の水質は、シリカ０.１μｇ／リットル以下、ホウ素１ｎｇ／リットル、有機体炭素３μｇ／リットル、比抵抗１８.０ＭΩ・cm以上であった。また、採水開始後、水の比抵抗が１７ＭΩ・cmに達するまでの立ち上がりに要する平均時間は７分であった。
実施例２
第１のアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔を再生する間、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔に、他系列のカチオン交換樹脂塔の流出水をＳＶ２０ｈ-1で通水した以外は、実施例１と同じ操作を行った。
純水合計１２.５ｍ3を採水した５回目の純水製造の終了直前の純水の水質は、シリカ０.１μｇ／リットル以下、ホウ素１ｎｇ／リットル、有機体炭素３μｇ／リットル、比抵抗１８.０ＭΩ・cm以上であった。また、採水開始後、水の比抵抗が１７ＭΩ・cmに達するまでの立ち上がりに要する平均時間は３分であった。比較例１
非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔を用いることなく、第２の逆浸透膜装置の透過水を、第１のアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔のみに通水した以外は、実施例１と同様にして純水を製造した。
純水合計１２.５ｍ3を採水した５回目の純水製造の終了直前の純水の水質は、シリカ０.１μｇ／リットル以下、ホウ素１ｎｇ／リットル、有機体炭素５μｇ／リットル、比抵抗１７.０ＭΩ・cmであった。また、採水開始後、水の比抵抗が１７ＭΩ・cmに達するまでの立ち上がりに要する平均時間は１５分であった。
実施例１〜２及び比較例１の結果を、第１表に示す。
【００１７】
【表１】
0003918383.tif 000002
【００１８】
第１表に見られるように、第２の逆浸透膜装置の後段にアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔のみを設けた比較例１においては、採水開始後に水の比抵抗が１７ＭΩ・cmに達するまでの立ち上がりに１５分を要している。これに対して、カチオン交換樹脂塔の後段に、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔を設けた実施例１においては、立ち上がり時間は７分であり、約２分の１に短縮され、さらに第１のアニオン交換樹脂塔とカチオン交換樹脂塔を再生する間、非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔に、他系列のカチオン樹脂塔の流出水を通水した実施例２においては、立ち上がり時間は３分であり、５分の１に短縮されている。
得られた純水の水質は、シリカとホウ素に関しては、実施例と比較例の間に差は認められないが、有機体炭素と比抵抗に関しては、比較例で得られた純水よりも、実施例で得られた純水の方が良好である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の純水製造装置は、純水中に含まれるシリカやホウ素などを、極低濃度まで減少することができ、イオン交換樹脂を再生して採水を開始した後の水質の立ち上がり性に優れ、安定して水質の高い純水を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明装置を用いる純水製造工程の一態様の工程系統図である。
【図２】図２は、本発明装置の作用効果を示す概念図である。
【符号の説明】
１  活性炭充填塔
２  真空ポンプ
３  膜脱気装置
４  第１の逆浸透膜装置
５  第２の逆浸透膜装置
６  pH検出部
７  制御装置
８  ポンプ
９  アルカリ貯槽
１０  pH検出部
１１  制御装置
１２  ポンプ
１３  酸貯槽
１４  第１のアニオン交換樹脂塔
１５  カチオン交換樹脂塔
１６  非再生型の第２のアニオン交換樹脂塔
１７  比抵抗検出部
１８  樹脂交換時期判定装置
【図１】
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【図２】
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