(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の透過水をアニオン交換するアニオン交換樹脂床と、該アニオン交換樹脂床の通過水を更に脱イオンするアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混床とを有する純水製造装置であって、
前記アニオン交換樹脂床と混床とは一塔内に収容されており、該塔内に形成された混床の上方に設けられた支持板上に前記アニオン交換樹脂床が形成され、該支持板と混床との間に該アニオン交換樹脂の再生薬剤導入管が設けられてい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、半導体・液晶工場といった洗浄のために超高純度の水（超純水）を必要とする電子産業分野や医薬品製造のために使用する精製水を必要とする製薬業界において使用される純水製造装置に関し、特にシリカ（ＳｉＯ2）、ボロン等のアニオン交換樹脂による除去が困難な物質を効率的に除去して水質の向上とコストダウンを図る純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子産業分野や製薬業界等で使用される超純水は、前処理（凝集、浮上、濾過）した原水（工水、市水、地下水等）を、一次純水システム及び二次純水システム（サブシステム）に順次通水して製造されている。
【０００３】
このうち、一次純水システムには、前段に逆浸透膜分離装置（以下「ＲＯ装置」と称す。）を配し、このＲＯ装置の透過水をイオン交換する再生型混床式イオン交換塔等のイオン交換純水装置を配した前段ＲＯ方式と、前段にカチオン交換塔及びアニオン交換塔を配し、その後段にＲＯ装置を配する後段ＲＯ方式とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体の集積度が向上するにつれ、超純水に要求される水質レベルは、増々厳しいものになっており、同時に製造装置のコストダウンも要求されている。
【０００５】
例えば、超純水に要求される水質項目のうち、特にシリカについては、近年０．１ｐｐｂ程度の極低濃度が要求されている。この濃度レベルは、サブシステムにおける負荷軽減のために一次純水システムで達成する必要があるが、シリカはアニオン交換樹脂で除去できるものの、それ自身の交換容量が小さいため、このシリカの低減が、コストアップの大きな要因を占めている。即ち、後段ＲＯ方式であれば、このような極低濃度にシリカを除去することが可能であるが、後段ＲＯ方式はイオン交換塔の設置数が多いために、建設コスト、処理コストが高くつく。
【０００６】
一方、前段ＲＯ方式は、後段ＲＯ方式に比べてイオン交換塔の設置数が少ないため、建設コスト、処理コストの面では有利であるが、到達シリカ濃度が悪く、要求水質を満足し得ない。
【０００７】
この前段ＲＯ方式が、後段ＲＯ方式に比べて到達シリカ濃度が悪い原因の詳細は明らかではないが、次のように推定される。
【０００８】
即ち、前段ＲＯ方式で採用されている再生型混床式イオン交換塔では、図３（ａ）〜（ｄ）に示す手順で処理が行われている。図３（ａ）〜（ｄ）において、２０は再生型混床式イオン交換塔、２１はアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混床、２２はアニオン交換樹脂床、２３はカチオン交換樹脂床である。
【０００９】
通水工程においては給水を塔上部から導入し、処理水を塔下部から排出する（図３（ａ））。イオン交換樹脂の再生にあたっては、まず、塔下部から洗浄水を導入し、水逆洗によりアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを分離する。排水は塔上部から排出する（図３（ｂ））。その後、ＨＣｌを塔下部から導入してカチオン交換樹脂の再生を行い、またＮａＯＨを塔上部から導入してアニオン交換樹脂の再生を行う。各々の再生廃液は、アニオン交換樹脂床２２とカチオン交換樹脂床２３との界面部分に設けた排出配管より排出する（図３（ｃ））。その後、Ｎ2 ガスを塔底部から導入してアニオン交換樹脂とイオン交換樹脂を混合して混床２１とし（図３（ｄ））、通水を再開する（図３（ａ））。
【００１０】
このような再生型混床式イオン交換塔２０においては、ＨＣｌ，ＮａＯＨによる各イオン交換樹脂の再生に当って、アニオン交換樹脂床２２とカチオン交換樹脂床２３との界面部分において、再生後の廃ＨＣｌと廃ＮａＯＨとが混じり合う部分が発生する。そして、この部分においては、シリカをイオン交換して吸着したアニオン交換樹脂の一部が完全に再生されずに存在することとなる。この再生されない一部のアニオン交換樹脂は、その後、Ｎ2ガスで混合された場合、混床２１の下部にも存在するようになる。そして、この再生されないアニオン交換樹脂が混床２１の下部に位置した場合、純水製造工程のような超微量域では、シリカを放出する作用を起こす。その結果、処理水中に再生されていないアニオン交換樹脂に吸着していたシリカ由来のシリカが混入することとなり、アニオン交換樹脂塔のような単床式のものに比べて、到達シリカ濃度が悪いものとなる。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決し、設置塔数が少なく、建設コスト、処理コストが廉価な前段ＲＯ方式により、シリカを高度に除去して高水質の純水を低コストで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する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の純水製造装置は、逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の透過水をアニオン交換するアニオン交換樹脂床と、該アニオン交換樹脂床の通過水を更に脱イオンするアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混床とを有する純水製造装置であって、前記アニオン交換樹脂床と混床とは一塔内に収容されており、該塔内に形成された混床の上方に設けられた支持板上に前記アニオン交換樹脂床が形成され、該支持板と混床との間に該アニオン交換樹脂の再生薬剤導入管が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の純水製造装置では、ＲＯ装置と混床との間に更にアニオン交換樹脂床を備えるため、このアニオン交換樹脂床でシリカを極低濃度にまで除去することができる。
【００１４】
本発明では、設置塔数の低減のために、アニオン交換樹脂床と混床とを一塔内に収容しており、この場合において、塔内に形成された混床の上方に設けられた支持板上にアニオン交換樹脂床を形成し、支持板と混床との間に該アニオン交換樹脂の再生薬剤導入管を設け、該アニオン交換樹脂を向流再生するようにしたため、効率的な再生を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に好適なアニオン交換樹脂床と混床とを一塔内に収容したイオン交換塔を示す系統図である。
【００１７】
図１に示すイオン交換塔１は、塔下部に混床２が形成され、この混床２の上方に支持板（集水板）３を設け、この支持板３の上にアニオン交換樹脂床４を形成したものである。このアニオン交換樹脂床４は、逆洗・再生時にアニオン交換樹脂が展開しないように固定層方式とされている。支持板３の下部にはアニオン交換樹脂の再生剤（ＮａＯＨ）の導入管５が設けられている。６は、再生廃液の排出管であり、Ｖ5，Ｖ6はバルブである。配管１１は被処理水の導入管、配管１２は処理水の排出管、配管１３は逆洗水の導入管、配管１４は排水等の排出管、配管１２はカチオン交換樹脂の再生剤（ＨＣｌ）の導入管、配管１６は混合ガス（Ｎ2 ガス）の導入管であり、各々、バルブＶ11，Ｖ12，Ｖ13，Ｖ14，Ｖ15，Ｖ16を備える。
【００１８】
次に、図２を参照してこのようなイオン交換塔１による、通水〜再生の一連の処理手順を説明する。なお、図２において、配管やバルブ等の符号は省略してあり、水流又はガス流のある部分の配管は太実線で示してある。図２中、２Ａはアニオン交換樹脂、２Ｂはカチオン交換樹脂である。
【００１９】
通水工程においては給水（前段のＲＯ装置の透過水）を塔上部から導入し、処理水を塔下部から排出する（図２（ａ））。この通水工程では、塔上部のアニオン交換樹脂床４で給水中のシリカを含む全アニオン成分を完全にイオン交換し、下部の混床２では、処理水の比抵抗を向上させるためのいわゆるポリッシングを行うことで、高水質の処理水を得ることができる。
【００２０】
即ち、一般に、ＲＯ装置の透過水中にリークするイオン成分は次の通りである。
【００２１】
カチオン：Ｎａ，Ｋ，Ｃａ，Ｍｇ
アニオン：Ｃｌ，ＮＯ3，ＳＯ4，ＳｉＯ2，ボロン
このうち、イオン交換樹脂での除去が困難なイオン成分はＳｉＯ2とボロンであり、その他のイオン成分は、イオン交換樹脂で容易に除去できる。本発明に係るイオン交換塔では、イオン交換樹脂による除去が困難なＳｉＯ2やボロンが混床の前段側のアニオン交換樹脂床により効果的に除去されるため、これに続く混床において、その他のイオン成分も容易に除去され、高水質の処理水が得られる。
【００２２】
イオン交換樹脂の再生にあたっては、まず、塔下部から逆洗水を導入し、水逆洗により混床２のアニオン交換樹脂２Ａとカチオン交換樹脂２Ａとを分離する。排水は塔上部から排出する（図２（ｂ））。
【００２３】
次いで、ＮａＯＨ導入管５からＮａＯＨ等のアニオン交換樹脂再生剤を導入し、これを塔上部から排出し、アニオン交換樹脂床４内を上向流で流してアニオン交換樹脂床４の向流再生を行う（図２（ｃ））。
【００２４】
このアニオン交換樹脂床４は、上部から導入された給水を、固定層の上部から順次イオン交換してゆくため、上層でのシリカ等の吸着量が多く、下層での吸着量は少ない。このような固定層のアニオン交換樹脂床４を上部からＮａＯＨを供給する並流方式で再生した場合、再生によりアニオン交換樹脂から放出された濃厚なシリカが、イオン吸着量の少ない、比較的汚染度の低い下層を通過する際に、この部分のアニオン交換樹脂を逆汚染する恐れがある。
【００２５】
従って、図示のイオン交換塔では、アニオン交換樹脂床４の下部にＮａＯＨ導入管５を設け、向流再生を行うことで、再生時の逆汚染を防止している。
【００２６】
アニオン交換樹脂床４の再生後は、ＨＣｌを塔下部から導入して混床２のカチオン交換樹脂２Ｂの再生を行い、また、ＮａＯＨをＮａＯＨ導入管５から導入して混床２のアニオン交換樹脂２Ａの再生を行う。各々の再生廃液は、アニオン交換樹脂床２Ａとカチオン交換樹脂床２Ｂとの界面部分に設けた再生廃液の排出管６より排出する（図２（ｄ））。
【００２７】
次いで、Ｎ2 ガスを塔底部から導入してアニオン交換樹脂２Ａとカチオン交換樹脂２Ｂを混合して混床２とする（図２（ｅ））。
【００２８】
本発明では、混床２の前段のアニオン交換樹脂床４で給水中のシリカ等が除去されており、混床２のアニオン交換樹脂２Ａはシリカ等を殆ど吸着していないため、この混床２の再生、混合に当り、従来のようなアニオン交換樹脂２Ａに吸着されたシリカの残留による汚染が問題となることはない。
【００２９】
なお、上記アニオン交換樹脂床４の再生と混床２の再生とは、どちらを先に行っても良く、混床２の再生後アニオン交換樹脂床４の再生を行っても良い。また、同時に再生を行うこともできる。
【００３０】
イオン交換樹脂の再生後は、上部のアニオン交換樹脂床４の再生をより完全にするために、ＮａＯＨ導入管５より再生水（純水）を注入して塔上部より排出することで一連の再生を終了し（図２（ｆ））、通水を再開する（図２（ａ））。
【００３１】
この再生水の注入は、塔下部から行っても良い。
【００３３】
なお、本発明において、アニオン交換樹脂床のアニオン交換樹脂や混床のアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂に用いるイオン交換樹脂は、ゲル型、ポーラス型のいずれでも良く、通常の強塩基性アニオン交換樹脂、強酸性カチオン交換樹脂を用いることができる。
【００３４】
アニオン交換樹脂床のアニオン交換樹脂と、混床のアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂のイオン交換樹脂量は、アニオン交換樹脂床のアニオン交換樹脂量を１００とした場合、混床のアニオン交換樹脂量は１０〜５０、カチオン交換樹脂量は１０〜５０で、混床の合計の容量が２０〜１００程度となるような割合とするのが好ましい。
【００３５】
ＲＯ装置としては、特に制限はなく、通常の一次純水システムに使用されているものを採用することができる。
【００３６】
本発明の純水製造装置は、例えば、前処理システム、一次純水システム、サブシステムからなる超純水製造システムにおける一次純水システムとして適用することができ、前処理システムで工水、市水、地下水等の原水を前処理した水を、本発明の純水製造装置で処理して、シリカ等を極低濃度にまで効率的に除去することで、後段のサブシステムにおける負荷を軽減して、高水質の超純水を低コストで製造することができる。
【００３７】
【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。
【００３８】
実施例１
厚木市水を限外濾過膜分離装置で処理した後、ＲＯ装置で処理し、ＲＯ装置の透過水を図１に示すイオン交換塔に通水して処理した。
【００３９】
ＲＯ装置のＲＯ膜としてはポリアミド系合成高分子膜「ＫＲＯＡ−９８−４ＨＮ」（栗田工業（株）製）を用いた。
【００４０】
また、イオン交換塔の固定層のアニオン交換樹脂床及び混床には、それぞれ次のようなイオン交換樹脂（いずれも栗田工業（株）製）を用い、通水量１ｍ3／ｈｒで処理した。
【００４１】
0003951456.tif 000002
得られた処理水の水質を表１に示す。
【００４２】
比較例１
実施例１において、固定層アニオン交換樹脂床を設けず、次のような混床のみを形成したイオン交換塔を用いたこと以外は同様にして処理を行い、得られた処理水の水質を表１に示した。
【００４３】
0003951456.tif 000003
表１より、本発明によれば、シリカの到達濃度が格段に向上し、高水質の処理水が得られることがわかる。
【００４４】
【表１】
0003951456.tif 000004
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の純水製造装置によれば、設置塔数が少なく、建設コスト、処理コストが廉価な前段ＲＯ方式により、シリカを高度に除去して高水質の純水を低コストで製造することができる。
【００４６】
特に、アニオン交換樹脂床と混床とを一塔内に収容して設置塔数を低減することができる上に、この場合において、アニオン交換樹脂の再生時の逆汚染を防止して効果的な再生を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水製造装置の実施の形態を示すイオン交換塔の系統図である。
【図２】図１に示すイオン交換塔の通水〜再生手順を説明する系統図である。
【図３】従来の再生型混床式イオン交換塔の通水〜再生手順を説明する系統図である。
【符号の説明】
１  イオン交換塔
２  混床
２Ａ  アニオン交換樹脂
２Ｂ  カチオン交換樹脂
３  支持板
４  アニオン交換樹脂床
５  ＮａＯＨ導入管
６  再生廃液排出管
【図１】
0003951456.tif 000005
【図２】
0003951456.tif 000006
【図３】
0003951456.tif 000007