(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
pH９.２以上のアルカリ性条件下に、耐アルカリ性逆浸透膜装置に通水する工程を有する純水製造方法において、耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出される濃縮水をアルカリ剤として再利用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、純水製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、アルカリ性条件下に耐アルカリ性逆浸透膜装置に通水することにより純水を得る純水製造方法において、耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出される濃縮水を有効に利用して、アルカリ剤の消費量を低減するとともに、逆浸透膜装置の性能を高度に維持して、高品質の純水を高い造水量で得ることを可能にする純水製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原水を処理して純水又は超純水を製造する方法として、アルカリ添加によりpHを１０以上にしたのち、耐アルカリ性逆浸透膜に通水する純水製造方法が知られている。このような純水製造方法においては、逆浸透膜装置の前段又は後段にイオン交換樹脂装置が設けられる場合が多い。図１(ａ)は、純水製造方法の工程系統図の一例である。この工程では、逆浸透膜装置にカルシウムなどのスケール成分が析出して膜閉塞を生じ、造水量が低下することを防ぐために、逆浸透膜装置の前段に弱酸性イオン交換樹脂塔１を設けて、あらかじめ原水中のカルシウムを除去したのち、アルカリを添加して耐アルカリ性逆浸透膜装置２に通水している。図１(ｂ)は、純水製造方法の工程系統図の他の例である。この工程では、逆浸透膜装置からリークする塩類を除去して、純水の比抵抗値を高めるために、耐アルカリ性逆浸透膜装置２の後段に、カチオン交換樹脂塔３及びアニオン交換樹脂塔４を設けている。
このような耐アルカリ性逆浸透膜装置を用いた純水製造方法においては、逆浸透膜装置への供給水のpHを高めるために、多量のアルカリの添加が必要である。また、逆浸透膜装置の濃縮水は、高濃度にアルカリを含有する高pHの状態で排出されるために、排水処理への負荷が大きくなってしまうという問題点がある。このために、逆浸透膜装置の濃縮水を有効に利用し、省資源と工程合理化の実現を可能とする純水製造方法が求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、アルカリ性条件下に耐アルカリ性逆浸透膜装置に通水することにより純水を得る純水製造方法において、耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出される濃縮水を有効に利用して、アルカリ剤の消費量を低減するとともに、逆浸透膜装置の性能を高度に維持して、高品質の純水を高い造水量で得ることを可能にする純水製造方法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、原水をpH９.２以上のアルカリ条件下に、耐アルカリ性逆浸透膜装置に通水する工程を有する純水製造方法において、耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出される濃縮水をアルカリ剤として再利用することにより、省資源と工程合理化を同時に実現し得ることを見いだし、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）pH９.２以上のアルカリ性条件下に、耐アルカリ性逆浸透膜装置に通水する工程を有する純水製造方法において、耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出される濃縮水をアルカリ剤として再利用することを特徴とする純水製造方法、
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、
（２）純水製造工程がイオン交換樹脂塔を有し、濃縮水をイオン交換樹脂の再生剤として再利用する第(１)項記載の純水製造方法、
（３）イオン交換樹脂塔が、耐アルカリ性逆浸透膜装置の前段に設けられた強塩基性イオン交換樹脂塔である第(２)項記載の純水製造方法、及び、
（４）イオン交換樹脂塔が、耐アルカリ性逆浸透膜装置の前段に設けられた弱酸性イオン交換樹脂塔であり、弱酸性イオン交換樹脂を酸により再生したのちに、濃縮水により弱酸性イオン交換樹脂の一部をＮａ型とする第(２)項記載の純水製造方法、
を挙げることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の純水製造方法は、pH９.２以上のアルカリ性条件下に、耐アルカリ性逆浸透膜装置に通水する工程を有する純水製造方法において、耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出される濃縮水をアルカリ剤として再利用するものである。
図２(ａ)は、本発明方法の一態様の工程系統図である。原水は、アルカリが添加され、pH９.２以上、好ましくはpH１０以上に調整されたのち、耐アルカリ性逆浸透膜装置２に供給される。逆浸透膜の透過水として純水が得られ、原水中の不純物は濃縮水中に濃縮される。透過水と濃縮水の比には特に制限はなく、原水中の不純物の量及び要求される純水の水質に応じて適宜選択することができ、例えば、透過水／濃縮水の比を８０／２０〜９５／５とすることができる。耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出される濃縮水のpHは高く、１１程度である場合が多いので、アルカリ剤タンク５を設けて貯留することが好ましい。
本発明方法に用いる耐アルカリ性逆浸透膜は、長期間pH１０以上の水と接し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まで長期耐久性を有するものとして市販されている ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３０などや、pH１０まで長期耐久性を有するものとして市販されている日東電工(株)製ＥＳ２０、ＥＳ１０、ＮＴＲ７５９、東レ(株)製ＳＵ７００などを挙げることができる。
【０００６】
本発明方法において、耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出される濃縮水のアルカリ剤としての再利用の用途には特に制限はなく、例えば、排水処理におけるpH調整剤、逆浸透膜の洗浄におけるアルカリ剤、イオン交換設備の再生剤などとして利用することができる。逆浸透膜は継続して使用していると、徐々に膜が汚染され、透過水量が低下するので、定期的に逆浸透膜の洗浄を行う必要がある。逆浸透膜の洗浄には、通常、アルカリ剤や酸が使用されるが、濃縮水をこのアルカリ剤として使用することができる。また、半導体製造工程などでは超純水をリンス水として使用するが、その洗浄工程から排出される排水を回収して超純水製造の原水として使用するに際して、排水が酸性である場合には濃縮水をpH調整剤として使用することができる。さらに、イオン交換工程において、カチオン交換樹脂を酸で再生するときに発生する酸性再生排水を、濃縮水を使用して中和することができる。
濃縮水をアルカリ剤として再利用するに際しては、その用途に応じて、濃縮水にさらにアルカリを添加してpHを高めることができ、あるいは、濃縮水を水で希釈してpHを低下させることもできる。例えば、濃縮水をイオン交換設備の再生剤として用いる際には、アルカリ剤タンクにさらにアルカリを添加して、pHを高めることができる。
【０００７】
図２(ｂ)は、本発明方法の他の態様の工程系統図である。本態様においては、耐アルカリ性逆浸透膜装置２の前段に強塩基性イオン交換樹脂塔６を設け、原水中のフッ素イオン、炭酸イオンなどのスケール成分を除去するとともに、耐アルカリ性逆浸透膜装置への供給水のpHを高める。本態様においては、アルカリ剤タンク５より耐アルカリ性逆浸透膜装置の濃縮水をポンプで強塩基性イオン交換樹脂塔に送液し、強塩基性イオン交換樹脂の再生を行う。耐アルカリ性逆浸透膜装置の濃縮水を用いて強塩基性イオン交換樹脂の再生を行うことにより、純水製造の全工程で使用するアルカリ剤の量を著しく減少することができる。
図２(ｃ)は、本発明方法の他の態様の工程系統図である。本態様においては、原水を弱酸性イオン交換樹脂塔７に通水してカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどのスケール成分を除去し、さらに脱炭酸装置８に通水してスケール成分である炭酸イオンを二酸化炭素として除去する。カルシウムを除去するとともに、脱炭酸を行うことにより、高pHで特に析出しやすい炭酸カルシウムスケールを防止することができる。また、水中の炭酸を除去することにより、耐アルカリ性逆浸透膜装置に通水する前のpH調整に必要なアルカリ添加量を減少することができる。炭酸が存在すると必要なアルカリ添加量が多くなるのは、水中の全炭酸濃度が多いほど、pHの緩衝作用が大きいためであると考えられる。脱炭酸を行ってpH調整のためのアルカリ添加量を減少することにより、逆浸透膜からのアルカリリーク量を減少することができる。脱炭酸した水は、アルカリを添加してpHを９.２以上、より好ましくは１０以上に調整し、耐アルカリ性逆浸透膜装置２に供給する。
【０００８】
本態様においては、弱酸性イオン交換樹脂塔は、塩酸などの酸を用いて再生を行い、さらにその後アルカリ剤を通水して弱酸性イオン交換樹脂の一部をＮａ型とすることが好ましい。弱酸性イオン交換樹脂を塩酸により再生し、さらに水酸化ナトリウムにより一部をＮａ型とすることにより、弱酸性イオン交換樹脂塔内には、Ｈ型の樹脂とＮａ型の樹脂が共に存在することとなる。
Ｒ2−Ｃａ ＋ ２ＨＣｌ → ２Ｒ−Ｈ ＋ ＣａＣｌ2
Ｒ−Ｈ ＋ ＮａＯＨ → Ｒ−Ｎａ ＋ Ｈ2Ｏ
Ｈ型の樹脂とＮａ型の樹脂が共に存在することにより、原水中のカルシウムイオンの形態によらず下式のようにカルシウムを除去することができる。
Ｃａ(ＨＣＯ3)2 ＋ ２Ｒ−Ｈ → Ｒ2−Ｃａ ＋ ２Ｈ2ＣＯ3
ＣａＣｌ2 ＋ ２Ｒ−Ｎａ → Ｒ2−Ｃａ ＋ ２ＮａＣｌ
本態様においては、酸タンク９からポンプによって弱酸性イオン交換樹脂塔７へ酸を送液して酸による再生を行ったのち、アルカリ剤タンク５に貯留された耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出された濃縮水を、ポンプにより弱酸性イオン交換樹脂塔に送水して、Ｈ型の樹脂の一部をＮａ型に変換することができる。濃縮水のpHをさらに高める必要がある場合は、アルカリ剤タンクに水酸化ナトリウムなどのアルカリを追加することができる。耐アルカリ性逆浸透膜装置の濃縮水を利用して弱酸性イオン交換樹脂のＮａ型への変換を行うことにより、排出される濃縮水をアルカリ剤として有効に再利用して、新しいアルカリ剤の消費量を減少し、あるいは、新しいアルカリ剤を全く使用することなく、効率的に純水を製造することができる。
【０００９】
【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２(ｃ)に示す工程により、純水を製造した。
厚木市水を、活性炭［(株)クラレ、クラレコール  ＫＷ１０／３２］３０リットルを充填した塔に６００リットル／hrで通水し、残留塩素を除いた水を原水として用いた。原水中のカルシウム濃度は、２４mg／リットルであった。
弱酸性イオン交換樹脂塔７には、弱酸性イオン交換樹脂［バイエル社、Ｌｅｗａｔｉｔ ＣＮＰ８０］３０リットルを充填し、脱炭酸装置８には脱気膜［大日本インキ工業(株)、ＳＥＰＡＲＥＬ ＥＦ−０４０Ｐ（４インチ）］を、耐アルカリ性逆浸透膜装置２には逆浸透膜［ＦＩＬＭＴＥＣ ｔｙｐｅ ＦＴ３Ｄ（４インチ）］を装着した。弱酸性イオン交換樹脂塔及び脱炭酸装置に６００リットル／hrで通水し、脱炭酸装置から流出する水に水酸化ナトリウムを添加してpHを１０に調整したのち、耐アルカリ性逆浸透膜装置に、供給水６００リットル／hr、透過水５４０リットル／hr、濃縮水６０リットル／hrの条件で通水して純水を製造した。
耐アルカリ性逆浸透膜装置の濃縮水は、アルカリ剤タンクに貯留した。アルカリ剤タンクには、水酸化ナトリウムを全く加えなかったが、アルカリ剤タンクの液のpHは１０.８〜１１.２であった。弱酸性イオン交換樹脂塔は、６日ごとに塩酸を用いて再生し、さらにアルカリ剤タンクの液を６００リットル／hrで３０分間通水したのち、ふたたび原水の通水を開始した。
この条件で、純水の製造を３０日間継続して行った。３０日後の弱酸性イオン交換樹脂塔流出水中のカルシウム濃度は、０.０５mg／リットル以下であった。また、耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水は５４０リットル／hrで、製造開始当初と変化がなかった。
比較例１
弱酸性イオン交換樹脂塔を塩酸を用いて再生したが、その後のアルカリ剤の通水は行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして、純水の製造を３０日間継続して行った。３０日後の弱酸性イオン交換樹脂塔流出水中のカルシウム濃度は、０.３mg／リットルであった。また、耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水は４３０リットル／hrで、製造開始当初と比較して約２０％低下していた。
実施例１及び比較例１の結果を、第１表に示す。
【００１０】
【表１】
0003852103.tif 000002
【００１１】
本発明方法を用いた実施例１においては、弱酸性イオン交換樹脂塔流出水のカルシウム濃度が低く、このために逆浸透膜にカルシウムスケールが付着することがないので、３０日後も透過水量の低下はみられなかった。これに対して、アルカリ剤タンクの液を弱酸性イオン交換樹脂塔に通水しない比較例１においては、弱酸性イオン交換樹脂塔流出水のカルシウム濃度が高いため、逆浸透膜にカルシウムスケールが発生し、透過水量が低下したものと判断できる。
実施例１においては、アルカリ剤タンクに水酸化ナトリウムを添加することなく、逆浸透膜装置の濃縮水のみを用いて運転しているので、アルカリ剤を再利用することによって余分な薬剤を使用することなく、耐アルカリ性逆浸透膜装置の性能を維持することができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明方法によれぱ、耐アルカリ性逆浸透膜装置から排出される濃縮水が高pHであることを利用し、アルカリ剤として再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の純水製造方法の工程系統図の例である。
【図２】図２は、本発明の純水製造方法の態様を示す工程系統図である。
【符号の説明】
１  弱酸性イオン交換樹脂塔
２  耐アルカリ性逆浸透膜装置
３  カチオン交換樹脂塔
４  アニオン交換樹脂塔
５  アルカリ剤タンク
６  強塩基性イオン交換樹脂塔
７  弱酸性イオン交換樹脂塔
８  脱炭酸装置
９  酸タンク
【図１】
0003852103.tif 000003
【図２】
0003852103.tif 000004