(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱ガス装置、逆浸透膜装置及びイオン交換脱塩装置を組み合せて構成される純水製造手段に原水を通水して純水を製造する方法において、該逆浸透膜装置に通水される水をｐＨ９以上に調整し、該逆浸透膜装置の透過水をイオン交換脱塩装置に通水する方法であって、各装置に通水される原水の温度を３５〜８０℃とすることを特徴とする純水製造方法。
【請求項２】
脱ガス装置、逆浸透膜装置及びイオン交換脱塩装置を組み合せて構成される純水製造手段に原水を通水して純水を製造する方法において、該イオン交換脱塩装置が電気再生式イオン交換脱塩装置であり、各装置に通水される原水の温度を３５〜８０℃とすることを特徴とする純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製薬分野、電力分野、半導体製造分野、液晶製造分野等で用いられる純水の製造方法に関するものであり、詳しくは脱ガス装置、逆浸透膜装置及びイオン交換脱塩装置を組み合せて構成された純水製造装置を用いて純水を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川水、工水、市水等の原水中の不純物を除去して製薬分野、電力分野、半導体製造分野、液晶製造分野等で用いられる純水を製造する純水製造装置は、前処理システムと純水製造システム（一次純水製造システム）とで構成されている。
【０００３】
前処理システムは、原水の水質に応じて、凝集・沈殿装置、浮上分離装置、濾過装置、吸着装置、軟化装置などを任意に組み合せて構成され、この前処理システムでは、原水中の懸濁物、不溶化可能物質、一部の有機物（ＴＯＣ）などを除去する。
【０００４】
前処理システムに続く純水製造システムは、イオン交換脱塩装置、逆浸透膜（ＲＯ膜）装置、脱気装置を任意の順序に組み合せて構成され、このうち、脱気装置としては、真空脱気装置、窒素脱気装置、膜脱気装置などが用いられる。また、ＲＯ膜装置としては、高脱塩率のＲＯ膜、ルーズＲＯ膜、荷電膜、耐アルカリ性膜などを用いたものが採用され、ＲＯ膜装置は１段に設ける他、２段又は３段などの多段に設ける場合もある。イオン交換脱塩装置としては、混床式イオン交換装置や、カチオン交換搭、アニオン交換搭をそれぞれ１搭設けた２搭式、複数設けた４搭式などの多床式イオン交換装置のような通常のイオン交換装置が用いられる。また、電気再生式イオン交換脱塩装置が用いられる場合もある。
【０００５】
電気再生式イオン交換脱塩装置は、複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列して濃縮水室と処理水室とを交互に形成し、処理水室にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合して充填したものであり、処理水室に供給した水中のイオンを濃縮水室に移動させて濃縮し、処理水室から脱イオン水を取り出すものである。電気再生式イオン交換脱塩装置は効果的な脱イオン処理が可能であり、イオン交換樹脂のように再生を必要とせず、完全な連続採水が可能で、極めて高純度の水が得られるという優れた特長を有する。
【０００６】
従来の純水製造システムの具体的な構成としては、次のようなものがある。
【０００７】
▲１▼  脱気装置→ＲＯ膜装置→イオン交換脱塩装置
▲２▼  カチオン交換搭→脱気装置→アニオン交換搭→ＲＯ膜装置
▲３▼  脱気装置→イオン交換脱塩装置→ＲＯ膜装置
▲４▼  脱気装置→ＲＯ膜装置→イオン交換脱塩装置→ＲＯ膜装置
なお、純水製造システムには、更に殺菌装置や酸化装置を組み込む場合もある。
【０００８】
図２は、従来の純水製造装置の一例を示す系統図であり、この純水製造装置は、前処理システムＩとしての砂濾過装置１及び活性炭吸着装置２と、純水製造システムIIとしての脱気装置３、ＲＯ膜装置４及びイオン交換脱塩装置５で構成されている。
【０００９】
この純水製造装置においては、まず、砂濾過装置１で原水中の不溶解物質を除去した後、活性炭吸着装置２で水中のＴＯＣ、遊離塩素を除去し、その後、脱気装置３で水中の溶存ガスを除去する。次いで、ＲＯ膜装置４で有機物や無機イオンを除去した後、イオン交換脱塩装置５で無機イオンを除去して純水を得る。
【００１０】
このように製造される純水の水質は、一般に導電率０．１μＳ／ｃｍ、ＴＯＣ１０〜５０ｐｐｂ、溶存酸素５〜１０ｐｐｂ程度で、わずかな量ではあるが不純物を含むため、半導体製造分野等で用いられる超純水用途には、更なる精製が必要となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の純水製造技術では、次のような問題点があった。
【００１２】
(1)  半導体製造分野で用いられる超純水には、比抵抗値１８．２０ＭΩ・ｃｍ以上、ＴＯＣ１ｐｐｂ以下、溶存酸素５ｐｐｂ以下の水質が求められており、これらの要求を満足させるためには、後段で更なる処理が必要とされ、その処理負荷も大きい。
(2)  トリハロメタン類のような低分子で揮発性の有機物は、活性炭吸着装置、ＲＯ膜装置のみでは効果的に除去し得ない。
(3)  シリカ、ホウ素等のイオン化しにくい成分の除去が困難である。
(4)  ＲＯ膜装置を運転するための高圧ポンプ、脱気装置を運転するための真空ポンプの運転や、電気再生式イオン交換脱塩装置を用いる場合には電気再生式イオン交換脱塩装置の運転に多大の電力を要するため、処理コストが高くつく。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決し、脱気装置、ＲＯ膜装置及びイオン交換脱塩装置を組み合わせて構成される純水製造装置により、原水中の揮発性有機物、シリカ、ホウ素等を効率的に除去し、低コストで高水質の純水を製造することができる純水製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の純水製造方法は、脱ガス装置、逆浸透膜装置及びイオン交換脱塩装置を組み合せて構成される純水製造手段に原水を通水して純水を製造する方法において、該逆浸透膜装置に通水される水をｐＨ９以上に調整し、該逆浸透膜装置の透過水をイオン交換脱塩装置に通水する方法であって、各装置に通水される原水の温度を３５〜８０℃とすることを特徴とする。
請求項２の純水製造方法は、脱ガス装置、逆浸透膜装置及びイオン交換脱塩装置を組み合せて構成される純水製造手段に原水を通水して純水を製造する方法において、該イオン交換脱塩装置が電気再生式イオン交換脱塩装置であり、各装置に通水される原水の温度を３５〜８０℃とすることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、３５〜８０℃の原水を各装置に通水することにより、各装置において次のような作用効果が得られる。
【００１６】
(A)  脱気装置では、原水を３５〜８０℃とすることにより、溶存酸素、溶存炭酸ガスなどが効率よく除去され、溶存ガス濃度を極めて低くすることができる。また、このような加温状態で脱気することで原水中の揮発性有機物の除去も可能となる。
【００１７】
(B)  ＲＯ膜装置では、３５〜８０℃の原水を通水することにより、塩類、特に常温では解離し難いシリカやホウ素化合物が解離し易くなり、ＲＯ膜での除去率が向上する。また、昇温することによりＲＯ膜の透過流束も向上して、高流速での運転が可能となるため、ポンプの低圧化、消費電力の低減が図れる。
【００１８】
(C)  イオン交換脱塩装置では、３５〜８０℃の原水を通水することにより、上述のようにシリカやホウ素、その他の物質がイオン化し易くなり、イオン交換による除去率が向上し、高水質な処理水が得られる。特に、イオン交換脱塩装置として電気再生式イオン交換脱塩装置を用いる場合、イオン除去率の向上と共に電流が流れ易くなることで電流効率が改善され、消費電力の低減が可能となる。
【００１９】
このように各装置の溶存物質の除去効果が向上することにより、全体として高純度の純水が得られることになる。
【００２０】
特に、本発明の純水製造方法は、超純水製造装置の一次純水製造装置への適用に好適であり、一次純水製造装置における除去率の向上で後段の超純水製造装置の負荷を軽減することで、この後段装置での除去効率がより一層高められ、得られる超純水の純度が向上すると共に、膜やイオン交換樹脂の再生頻度の低減、使用電気量の低減などを図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【００２３】
図１においては、最後段の装置であるイオン交換脱塩装置５からの処理水（この処理水は昇温されて一連の装置に通水された、温度の高い水である。）と原水（この原水は、工水、河川水、市水等を通常の前処理システムで処理した水である。）とを、まず、回収熱交換器６で熱交換することにより原水を加温する。このように原水を予め処理水で熱交換して熱回収することにより、熱源を節約することができると共に、処理水を冷却することができる。
【００２４】
回収熱交換器６で予め加温した水は、次いで熱交換器等の加熱装置７で加熱する。本発明においては、原水を昇温して脱気装置３、ＲＯ膜装置４及びイオン交換脱塩装置５のいずれに対しても３５〜８０℃の温度で通水するため、この加熱装置７における加熱は、最後の装置、即ち、図１においてはイオン交換脱塩装置５の出口水（処理水）が３５℃以上となるように行うのが好ましい。この加熱装置７としては、蒸気等による熱交換器が好ましいが、電気式加熱器で加熱しても良い。
【００２５】
本発明においては、脱気装置３、ＲＯ膜装置４及びイオン交換脱塩装置５を通る原水の温度が３５〜８０℃となるように原水を必要に応じ加温する。この原水温度が３５℃未満では前記(A)〜(C)の効果を十分に得ることができず、８０℃を超える高温では、イオン交換樹脂やＲＯ膜等が熱により劣化し、これらからの溶出物で水質が低下する恐れがある。
【００２６】
加熱装置７で昇温した原水は、水中に炭酸イオン又は重炭酸イオンの形態で存在する炭酸成分を炭酸ガス化するために、ＨＣｌ等の酸を添加してｐＨ４〜６とした後、脱気装置３で脱気処理する。
【００２７】
水に対するガスの溶解度は、水温が高いほど低くなることから、本発明により昇温した原水を脱気装置３に通水することにより、脱気装置３において効率的な脱気処理を行えると共に、トリハロメタン等の揮発性有機物をも除去することが可能となる。脱気装置３としては特に制限はなく、真空脱気装置、窒素脱気装置、膜脱気装置等の公知の脱気装置を用いることができる。
【００２８】
脱気処理水は次いでＲＯ膜装置４に通水される。
【００２９】
一般に、低圧型のＲＯ膜装置は常温（２５℃）において入口圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ2で運転されるが、本発明に従って、原水を昇温することによって透過流束が向上し、常温の場合に比べて低圧で運転することが可能となる。例えば、入口水の水温４５℃で運転した場合、約９ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で同等の水量が得られ、ポンプの低圧化、電力の省力化が可能となる。同時に、水温が上ることにより、常温では解離し難いシリカやホウ素化合物等が解離し易くなり、これらのイオン類をＲＯ膜装置４で効率的に除去することができるようになる。
【００３０】
このＲＯ膜装置４のＲＯ膜の形式等には特に制限はないが、３５〜８０℃の水温に耐え得る材質のものを用いる必要がある。
【００３１】
また、このＲＯ膜装置４の入口側では、ＮａＯＨ等のアルカリを添加してｐＨ９以上、好ましくは１０〜１１程度に調整するのが好ましく、このようなｐＨ調整を行うことで、シリカ、ホウ素化合物、有機物がより一層解離してイオン化し易くなるため、ＲＯ膜装置４での除去率を高めることができる。
【００３２】
ＲＯ膜装置４の透過水は次いでイオン交換脱塩装置５に通水される。イオン交換脱塩装置５では、昇温してイオン交換することにより、前述のようにシリカやホウ素、その他の物質がイオン化し易くなり、イオン交換による除去率が向上し、高水質の処理水が得られるようになる。特に、イオン交換脱塩装置５として電気再生式イオン交換脱塩装置を用いる場合、イオン除去率の向上と共にイオンの移動速度が速くなって電流が流れ易くなることで電流効率が改善され、消費電力の低減が可能となる。
【００３３】
イオン交換脱塩装置５としては、前述の混床式、多床式のいずれのイオン交換脱塩装置でも良く、また、電気再生式イオン交換脱塩装置を用いても良い。いずれの場合においても、イオン交換樹脂としては３５〜８０℃の水温に耐え得る材質のものを用いる必要がある。
【００３４】
イオン交換脱塩装置５の処理水は、溶存物質が高度に除去された極めて純度の高い水であり、回収熱交換器６で原水と熱交換して冷却された後、系外へ排出され、コースポイントへ送られるか或いは更に後段の装置で処理されて超純水が製造される。
【００３５】
図１は本発明の純水製造方法の実施の形態の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示の方法に限定されるものではない。
【００３６】
例えば、水温が３５℃よりも低くなる場合には、装置間に更に加熱装置を配置して再加温するようにしても良い。ただし、加温は、昇温して通水する脱気装置、ＲＯ膜装置及びイオン交換脱塩装置の一番上流側の装置の前でのみ行い、最後の装置の出口水（処理水）が３５℃以上になるように加温するのが、熱を有効に利用でき、熱交換器等の加熱設備を簡素化できる点で好ましい。
【００３７】
なお、原水が最初から３５℃以上のものであり、且つ各装置での処理工程において３５℃未満にならないときには加温を行うには及ばない。
【００３８】
また、脱気装置、ＲＯ膜装置及びイオン交換脱塩装置の設置構成にも特に制限はなく、本発明は、例えば前述の▲１▼〜▲４▼のような装置構成等の各種の純水製造装置に適用することができる。
【００３９】
【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。
【００４０】
実施例１
表１に示す水質の原水（原水通水量１２０Ｌ／ｈｒ）を、通水ＳＶ２０ｈｒ-1で活性炭吸着装置に通水して前処理し、次いで熱交換器で５５℃に昇温した後、ＨＣｌを添加してｐＨ５に調整して真空脱気装置で脱気処理し、その後、ＮａＯＨを添加しｐＨ９に調整してＲＯ膜装置に通水し、更に、電気再生式イオン交換脱塩装置に通水して純水の製造を行った。なお、脱気装置出口水の温度は５０℃、ＲＯ膜装置出口水の温度は４７℃、処理水（電気再生式イオン交換脱塩装置出口水）の温度は４５℃であった。
【００４１】
用いた装置の仕様及び処理条件は次の通りである。
【００４２】
0004045658.tif 000002
得られた処理水の水質を表１に示す。
【００４３】
比較例１
実施例１において、原水を昇温せず、２０℃のまま通水したこと以外は全く同様にして処理を行った。得られた処理水の水質を表１に示す。なお、脱気装置出口水の温度は２１℃、ＲＯ膜装置出口水の温度は２３℃、電気再生式イオン交換脱塩装置出口水の温度は２４℃であった。
【００４４】
【表１】
0004045658.tif 000003
【００４５】
表１より明らかなように、３５〜８０℃の原水を各装置に通水することにより、高水質の処理水を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、
(i)  純水製造装置において、従来除去困難とされていた揮発性有機物、シリカ、ホウ素を効率良く除去することができる。
(ii)  ＴＯＣ、溶存ガス濃度をより一層低減することができるため、後段設備の負荷を軽減できる。
(iii)  ＲＯ膜装置や脱気装置のポンプの容量、電力コストを低減できる。
【００４７】
等の効果が奏され、高純度の純水を低コストで効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】従来の純水製造装置の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
１  砂濾過装置
２  活性炭吸着装置
３  脱気装置
４  ＲＯ膜装置
５  イオン交換脱塩装置
６  回収熱交換器
７  加熱装置
【図１】
0004045658.tif 000004
【図２】
0004045658.tif 000005