(57)【要約】  本発明は、０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズを含む第１の混床イオン交換体に水を通すステップ（ａ）、および０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む第２の混床イオン交換体に水を通すステップ（ｂ）を含む、精製水を製造するための方法に関する。本発明はさらに、第１および第２の混床イオン交換体を含むモジュールに、ならびに第１および第２の混床イオン交換体を含む超純水を製造するための水処理システムに関する。
2020506050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズを含む第１の混床イオン交換体に水を通すステップ（ａ）、および０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む第２の混床イオン交換体に水を通すステップ（ｂ）を含む、精製水を製造するための方法。
【請求項２】
精製水が、超純水であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ａ）が、ステップ（ｂ）の前に行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第１の混床イオン交換体が、アニオン交換粒子とカチオン交換粒子との混合物からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
第２の混床イオン交換体が、アニオン交換粒子とカチオン交換粒子との混合物からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
第１の混床イオン交換体が、スチレンジビニルベンゼン共重合体に基づくことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
第２の混床イオン交換体が、スチレンジビニルベンゼン共重合体に基づくことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１の混床イオン交換体の体積と第２の混床イオン交換体の体積の比率が、１０：１〜１：５の間であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
方法が、活性炭床に水を通すさらなるステップ（ｃ）を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
方法が、水を逆浸透により処理するさらなるステップ（ｄ）および／または水を電気脱イオン化により処理するさらなるステップ（ｅ）を含み、ここで、ステップ（ｄ）およびステップ（ｅ）がステップ（ａ）およびステップ（ｂ）に先立って行われることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズを含む第１の混床イオン交換体、および０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む第２の混床イオン交換体を含む、モジュール。
【請求項１２】
第１の混床イオン交換体が、スチレンジビニルベンゼン共重合体に基づくことを特徴とする、請求項１１に記載のモジュール。
【請求項１３】
第２の混床イオン交換体が、スチレンジビニルベンゼン共重合体に基づくことを特徴とする、請求項１１または１２に記載のモジュール。
【請求項１４】
任意に第１の混床イオン交換体と混合される活性炭床を、さらに含むことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項１５】
０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズを含む第１の混床イオン交換体、および０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む第２の混床イオン交換体を含む、超純水を製造するための水処理システム。
【請求項１６】
第１および第２の混床イオン交換体が、単一の、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のモジュールで提供されることを特徴とする、請求項１５に記載の水処理システム。
【請求項１７】
第１および第２の混床イオン交換体が、少なくとも２つのモジュールで提供されることを特徴とする、請求項１５に記載の水処理システム。
【請求項１８】
活性炭床をさらに含む、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズを含む第１の混床イオン交換体に水を通すステップ（ａ）、および０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む第２の混床イオン交換体に水を通すステップ（ｂ）を含む、精製水を製造するための方法に関する。本発明はさらに、第１および第２の混床イオン交換体を含むモジュールに、ならびに第１および第２の混床イオン交換体を含む超純水を製造するための水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
実験室用超純水は、都市用水から複数の技術の組み合わせを通じて調製される。典型的には、活性炭、逆浸透、イオン交換樹脂、精密／限外濾過、紫外線照射および滅菌グレード精密濾過が、単独でまたは組み合わせられて、水を精製するために使用される。超純水ポリッシングは、水の精製の最後のステップである。Milli-Q（登録商標）（Merck KGaA, Darmstadt, Germanyからの商品）は、イオン交換樹脂、活性炭、殺菌および／もしくは光酸化UVランプ、精密濾過および／または限外濾過を採用している。
【０００３】
超純水（または１型水）は、典型的には、１８ＭΩ・ｃｍより大きい（２５℃での）比抵抗および２０パーツ・パー・ビリオン（ｐｐｂ）未満の全有機化合物（ＴＯＣ）の値によって特徴づけられる。２型水は、典型的には、１．０ＭΩ・ｃｍより大きい比抵抗および５０ｐｐｂ未満のＴＯＣ値によって特徴づけられる。３型水は、最も低い実験室用の水の等級であり、例えばガラス製品の洗浄または加熱浴、または１型ラボ用水システムに供給するのに推奨される。それは、０．０５ＭΩ・ｃｍより大きい比抵抗および２００ｐｐｂ未満のＴＯＣ値によって特徴づけられる。
【０００４】
当技術水準において、超純水の製造における最終的なポリッシングのステップは、アニオンおよびカチオンの除去を可能にするイオン交換媒体を使用することによって遂行される。
【０００５】
本発明全体を通してイオン交換樹脂とも呼ばれるイオン交換体は、純水および超純水の製造における水からのイオン性不純物の一掃で知られ、それが証明されている。典型的には、これらは球状に重合した０〜１６％のジビニルベンゼン架橋を有するスチレンビーズであって、カチオン交換についてはスルホン化によって、およびアニオン交換についてはアミノ化によって官能基化され、および、それぞれ強酸および強塩基溶液によって、または電気化学的再生などの他の手法によって、再生されたものである。以下において、用語「樹脂」または「樹脂ビーズ」は、イオン交換材料そのもの（すなわち、イオン交換ビーズ）に対して使用され、および用語「樹脂床」または「樹脂層」は、特定の配列で使用されることとなる樹脂床に対して使用される。「樹脂」は、典型的には、イオンの両方の型についての等しい容量かまたは特定の水への適用のための非対称の容量をもたらす、アニオンおよびカチオン交換樹脂の両方の適正な混合比での混合媒体である。
【０００６】
純水および超純水の製造のために使用する樹脂には、高い再生度、例えば９５〜９９％、またはさらに高いものが要求される。これは、この割合のイオン交換部位がカチオン交換のためにＨ形態へ、およびアニオン交換のためにＯＨ形態へと再生されることを意味する。超純水のポリッシングのためには、高い樹脂純度が要求され、すなわち、汚染物質の含有量が極めて低いこと、ならびに全有機炭素の浸出が極めて低いことを伴う。この理由のため、典型的には、樹脂はさらに精製される。
【０００７】
科学および工業における純水および超純水の製造のための水の脱イオン化は、典型的には、イオン交換樹脂ビーズによりなされる。脱イオン化カートリッジの寸法は、期待される流速、処理する体積および製造される水の質に依存する。例えば、小型の実験室用水システムのための使い捨て可能なカートリッジは、１〜３Ｌの樹脂を含有し得、一方、大規模な工業スケールのための樹脂ボトルは、典型的には、５〜２０Ｌの樹脂を含有する。
【０００８】
今日では、粒状のビーズタイプの樹脂が、工業および市場で入手可能な唯一の媒体である。全ての粒状の媒体は、直径で６００〜７００μｍ前後の粒子を含み、イオン交換での水の脱イオン化の工業的な使用における標準のサイズとなっている。典型的には、ＲＯで前処理された都市用水（５〜２５μＳ／ｃｍの電気伝導率）が純水システムに供給されるために使用されるとき、カートリッジカラム高さは、１８．２ＭΩ・ｃｍの比抵抗を呈する水質を達成するために７００〜１０００ｍｍとするべきである。１回の通過の処理でイオンを一掃するのに適正な接触時間を可能にさせるために、カートリッジの直径が決定される。例えば、以前の４つのボウルを有するMilli-Q（登録商標）システム（Millipore）は、超純水の質を達成するための最小の必要な樹脂床高さを反映して、６９ｍｍのカートリッジ内径および９００ｍｍの合計樹脂床高さを有する。カートリッジ高さの縮小は、水質の低下（すなわち、超高純度のグレードに達することができない）またはカートリッジ寿命の低下をもたらし得る。
【０００９】
水の脱イオン化のためのイオン交換カートリッジの寿命期間中においては、３つのゾーンが、図８に例示されているとおりに定義される。最小の樹脂床高さのものは、「イオン交換ゾーン」と呼ばれ、これは、期待される水質を達成することを担っている。高さは、供給水質、速度、および目標流出水質の変数として可変である。このイオン交換ゾーンのみを有する水処理カートリッジは、水質を達成するのに性能が十分であるが、しかし容量を全く有しない。水処理が継続されると、このゾーンは、樹脂床の飽和のため、前へ進む。ゾーンの高さは、樹脂の反応速度に依存する：より速い反応速度の樹脂はより短いゾーンを、より遅い反応速度の樹脂はより長いゾーンを有する。この交換ゾーンの上流のゾーンは、「容量ゾーン」と呼ばれる。このゾーンが長いほど、得られる容量が高くなる。
【００１０】
これは、当技術水準において、カートリッジのサイズは、カートリッジの容量を縮小させて容量ゾーンを縮小することによってのみ縮小することができ、一方、イオン交換ゾーンは、水質を損なうことなく短縮させることができないということを意味する。このゾーンを縮小する唯一のやり方は、樹脂の反応速度を改善することによる。イオン交換ゾーンの下流の最後のゾーンは、「微量除去ゾーン」と呼ばれ、これは特に、実験室用超純水システムにおいて使用するためのカートリッジに使用される。このゾーンは、比抵抗計などの水質測定器によって早いうちに検出することのできない微量元素が含まれない超純水を保証する。
【００１１】
より性能の良いポリッシング用ソリューションを提供するために、かかる標準イオン交換媒体の反応速度を改善するいくらかの試みがあった。先行技術文献の幾つかは、それらの反応速度を改善するための小ビーズイオン交換媒体の使用を提案している。この場合において、より小さなサイズの吸着媒体は、そのベッドボリュームあたりのより大きな接触面に起因して、より速い反応速度を呈する。同時に、これは、より高い水圧の欠点をもたらす。
【００１２】
典型的には、イオン交換樹脂ビーズ直径の５５０から２５０μｍへの縮小は、圧力降下を概ね５倍増加させる。より小さなサイズのビーズは、２倍速い反応速度を可能にさせるが、しかし４倍増の水圧による応力を伴う。水圧系統のセットアップにおいて、圧力降下は、最もエネルギーを消費する部品であるポンプのサイズを決定する、最も重要なパラメーターの１つである。理論的観点からすれば、２倍の圧力は２倍の動力を必要とし、これは全ての電気的および機械的ロスにもまた影響する。加えて、樹脂床カラムに適用される、より高い圧力は、全ての水圧配管系のより高い頑健性を要求する。実験室における小型の超純水製造システムは、典型的には、ブースターポンプで２〜３ｂａｒ前後の圧力で動作する。システムは、しばしば、静かな実験室環境に設置されており、そこでは強力なポンプから来る騒音はユーザーの邪魔になる。
【００１３】
加えて、樹脂床カラムに適用される高い圧力は、結果的に、樹脂ビーズへの機械的応力をもたらし、これは最終的に樹脂ビーズのひび割れをもたらし得る。かかる粒子は、水を汚染し得、より小さなビーズ断片は、さらに圧力降下を増加させ得る。
【００１４】
ＵＳ５２５０１８７は、イオン交換の用途のための高反応速度タイプの樹脂の使用を記載している。提案された樹脂は、小さな粒径を有する微細メッシュタイプの樹脂である。この樹脂は、上向流における流動床に、高い水圧の欠点を克服するために使用される。このメカニズムには、樹脂の器の特定の設計が要求される。流動床は、未処理イオンの微量の漏出の欠点を有する。これは、硬水軟化の用途においては認容されるが、超純水製造における水のポリッシングのためには適さない。
【００１５】
ＵＳ２００９／１０１５８６Ａ１の狙いは、原子力発電所の水からの放射性核種の効率的な除去である。この場合において、通常のゲルタイプの樹脂には、放射性元素の除去効率においてある程度の限界を有する。この文献は、したがって、小マクロ多孔質タイプのアニオン交換樹脂および／または小マクロ多孔質タイプのキレート樹脂の追加の層の使用を提案している。
【００１６】
ＷＯ２０１３／１５１６５４Ａ１は、濾過デバイスにおける、小粒状吸着媒体の、ポリマーバインダーと一緒の使用を記載している。バインダーとの組み合わせは、圧力降下を縮小させ、低ストレスの濾過を可能にする。
【００１７】
ＥＰ１５３３０３３Ａ１は、圧力降下の増加を伴わない速い反応速度のイオン交換媒体として、常用のイオン交換樹脂よりも高い接触面を有するモノリシックなイオン交換媒体を提案している。
ＵＳ４４２１６５２は、小ビーズ樹脂を使用した、流体を処理するための方法を記載している。高い圧力降下を回避するために、樹脂床は、緩く詰められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上に記載されたいくつかの欠点のため、小ビーズ樹脂は、それらの有利なより速い反応速度にもかかわらず、水の脱イオン化または純水／超純水の製造のために使用されたことがなかった。
したがって、依然として、高い圧力降下を発生させることなく速い反応速度のイオン交換体の使用を可能にさせるソリューションへの需要がある。
【００１９】
本発明の目的は、したがって、上述した高い圧力降下などの欠点に直面することなく、水精製方法において有利な速い反応速度のイオン交換樹脂を使用するための、ソリューションを提供することであった。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
驚くべきことに、標準イオン交換媒体の小ビーズイオン交換媒体との組み合わせが、水処理における極めて良い性能をもたらし、同時に媒体の容量および消耗品のコンパクト化を改善するということが見出された。
【００２１】
本発明の第１の態様は、したがって、０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズを含む第１の混床イオン交換体に水を通すステップ（ａ）、および０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む第２の混床イオン交換体に水を通すステップ（ｂ）を含む、精製水を製造するための方法である。
【００２２】
本発明によると、精製水という用語は、上で定義されたとおりの、１型、２型もしくは３型の水、またはＤＩ（脱イオン）水を指す。
好ましい態様において、精製水は、超純水すなわち１型水であり、１８ＭΩ・ｃｍより大きい（２５℃での）比抵抗および２０パーツ・パー・ビリオン（ｐｐｂ）未満の全有機化合物（ＴＯＣ）の値によって特徴づけられる。
【００２３】
本発明の方法において、ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）はあらゆる順序で行うことができ、すなわち、ステップ（ａ）がステップ（ｂ）の前に行われてもよく、またはステップ（ｂ）がステップ（ａ）の前に行われてもよい。好ましい態様において、ステップ（ａ）は、ステップ（ｂ）の前に行われる。この場合、水は、最初に０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズを含む第１の混床イオン交換体に通され、およびその後で０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む第２の混床イオン交換体に通される。
【００２４】
イオン交換体は、有機ポリマー基質（イオン交換樹脂）から作製された、典型的にはビーズの形態である不溶性のマトリックスである。本発明によると、ゲルタイプのイオン交換体が使用され、これは、それぞれビーズの形態であるアニオン交換粒子とカチオン交換粒子との混合物を含む（「混床」）。
【００２５】
典型的には、アニオン交換粒子は、水酸化物アニオンを溶液中のアニオンと交換することを可能とする。カチオン交換粒子は、水素イオンを溶液中のカチオンと交換することを可能とする。アニオン交換粒子とカチオン交換粒子との混合物にはまた、水中に存在し得る荷電または非荷電の有機種を吸着する活性炭の粒子も含めることができる。好ましい態様において、混床イオン交換体は、アニオン交換粒子とカチオン交換粒子との混合物からなる。
【００２６】
第１の混床イオン交換体のビーズの直径は、０．５〜０．７ｍｍの間である。この樹脂はまた、「標準樹脂」または「標準イオン交換体」とも称される。
第２の混床イオン交換体のビーズの直径は、０．５ｍｍ未満である。好ましい態様において、ビーズの直径は、０．３〜０．４５ｍｍである。かかる樹脂はまた、「小ビーズ樹脂」または「小ビーズイオン交換体」とも称される。
【００２７】
好ましくは、０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズの直径の０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズの直径に対する比率は、０．９未満である。より好ましくは、この比率は０．８未満であり、最も好ましくは、０．７未満である。例えば、もしも、第１の混床イオン交換体のビーズが０．６ｍｍの平均直径を有し、第２の混床イオン交換体のビーズが０．４ｍｍの平均直径を有するのであれば、かかる比率は、０．６７になる。
【００２８】
本発明において与えられるこれらの直径は、それらが再生された状態におけるビーズの直径を表す。与えられる直径は、平均粒径を表す。
好ましくは、アニオン交換ビーズおよびカチオン交換ビーズは、それぞれ、単分散である。ビーズのサイズは、Camsizer（Horiba Camsizer XL）、Nikon SMZ-2T顕微鏡またはOlympus BX41顕微鏡（DP71デジタルＣＣＤカメラおよび細胞イメージングソフトウェアとともに）などの顕微鏡イメージング手法の計装によって決定することができる。
【００２９】
当業者に知られている全てのイオン交換材料を、本発明において使用することができる。典型的には、イオン交換樹脂は、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体に基づく。スチレンとジビニルベンゼンとの共重合は、０〜１６％の架橋度を有する架橋ポリマーをもたらす。次に、イオン交換部位が、重合の後に導入される。例えば、スルホン化は、スルホン酸基を有するカチオン交換樹脂の製造を可能にし、クロロメチル化は、これにアミノ化が続き、アニオン交換樹脂の製造のための第４級アミノ官能基の導入を導く。イオン交換樹脂の製作プロセスは、よく確立されており、当業者は、好適なステップ、試薬および条件を熟知している。
【００３０】
好ましい態様において、第１および第２の混床イオン交換体は、独立して、スチレンジビニルベンゼン共重合体に基づく。より好ましくは、混床イオン交換体は、スルホン化したスチレンジビニルベンゼン共重合体（カチオン交換）および第４級アミノ基で修飾されたスチレンジビニルベンゼン共重合体（アニオン交換）に基づく。
【００３１】
アニオン交換樹脂の典型的な容量は、例えば、１ｅｑ／Ｌであり得、カチオン交換樹脂については２ｅｑ／Ｌであり得る。これらの数字は、しかしながら、限定するものではない。
典型的には、混床イオン交換体は、イオンの両方の型について等しい容量を有するような比率でアニオンおよびカチオン交換体の混合物を含み、すなわち、カチオン交換体およびアニオン交換体が１／１の等容量の比率で混合されている。
【００３２】
直径０．２〜０．４ｍｍの間の小ビーズを有する商業的に入手可能なイオン交換樹脂は、例えば：
−  DOW、DOWEX MONOSPHERE 99Ca/310、２９０〜３１７μｍ、平均３０７μｍ
−  DOW、DOWEX MONOSPHERE 99Ca/320、３０２〜３５２μｍ、平均３１７±１５μｍ
−  DOW、DOWEX MONOSPHERE 99Ca/350、３１７〜３８２μｍ、平均３４７±１５μｍ
−  DOW、DOWEX 微細メッシュ、50〜100メッシュ（３００〜１５０μｍ）、１００〜２００メッシュ（１５０〜７４μｍ）、２００〜４００メッシュ（７４〜３８μｍ）
−  Mitsubishi、Diaion UBK530K（３５０μｍ）
−  Mitsubishi、Diaion MS01SS（３５０μｍ）
である。
【００３３】
さらなる好適な０．５ｍｍ径未満の小ビーズを有する商業的に入手可能なイオン交換樹脂は、以下の表中に挙げられる：
【００３４】
【表１】
2020506050.tif 000003
【００３５】
今日では、純水製造のための、そのまま使用可能な高度に再生された混床イオン交換樹脂であってより小さなビーズのサイズを有するものは、イオン交換樹脂の製造者によっても売り出されていない。上に挙げられている樹脂は、典型的には、例えば粗糖汁からの砂糖および関連する派生品の精製（カチオン交換樹脂）、または製薬目的のための生体分子のクロマトグラフィーによる精製（アニオン交換樹脂）などの他の用途のために売られている。
【００３６】
したがって、かかる非再生の樹脂、または超純水の製造のために処理されていない樹脂は、本発明による使用の前に再生および精製されなければならない。当業者は、必要なステップをよく承知している。例えば、以下の手順を使用することができる：
調製カラムを樹脂で充填し、１８．２ＭΩ・ｃｍおよび＜５ｐｐｂのＴＯＣを有する超純水の連続流によって、＞６０ＢＶ／ｈ（ＢＶ＝ベッドボリューム）で＞１５分間洗浄する。４ＢＶ／ｈで１時間、２ＮのＨＣｌ（カチオン交換体について）または２ＮのＮａＯＨ（アニオン交換体について）を通す。１８．２ＭΩ・ｃｍおよび＜５ｐｐｂのＴＯＣを有する超純水の連続流によって、カラムを＞６０ＢＶ／ｈで＞１５分間洗浄する。カチオン交換体およびアニオン交換体は、１／１の等容量の比率で混合されている。
【００３７】
本発明による、直径０．５〜０．７ｍｍの間のビーズを有する商業的に入手可能なイオン交換樹脂は、例えば：
【００３８】
【表２−１】
2020506050.tif 000004
【表２−２】
2020506050.tif 000005
【００３９】
典型的には、第１の混床イオン交換体の体積の第２の混床イオン交換体の体積に対する比率は、１０：１〜１：５の間である。
第１の混床イオン交換体の量は、樹脂の供給元により与えられるとおりの、最適な脱イオン化のために推奨される直線速度の範囲内で選択される。しかしながら、本発明の文脈において、高さは、推奨されるよりもはるかに短くする選択ができる。
第２の混床イオン交換体の量は、上方の樹脂層から漏れ出るイオンを完全に吸着させるために適正な媒体の深さの要求に基づいて選択される。動的容量は、組合せカートリッジの寿命の間を通じての第１の混床イオン交換樹脂からの総イオン漏出に近づけるべきである。
【００４０】
樹脂床の直径および高さは、超純水の製造の目標流速によって決定される。例えば、典型的なイオン混床イオン交換樹脂は、０．８９ｃｍ／秒の直線速度で最適に働き、すなわち、６９ｍｍ径カラムが、２Ｌ／分の流速で水を処理するのに好適である。典型的な樹脂は、１ＭΩ・ｃｍ相当のＮａＣｌ溶液がカラムに供給されたときに、層高８ｃｍにて、（２５℃で）１８ＭΩ・ｃｍ前後の水を与える。
小ビーズ樹脂は、より高いイオン交換反応速度（例えば典型的な混床イオン交換樹脂に対して２倍速い）を有する。かかる場合には、小ビーズ樹脂は、従来型の樹脂床よりも、同じイオン交換反応速度を達成するためにたった１／２の層高のみ必要とする。使用における期待される高さは、したがって、およそ１／２である。
【００４１】
０．５ｍｍ未満の直径を有する小ビーズまたは粉末イオン交換樹脂は、処理しようとする水との大きな接触面を有し、これは６００μｍ径の従来型サイズのイオン交換樹脂と比較して速いイオン交換のスピードを可能にさせる主な理由である。しかしながら、極めて微細な吸着媒体は、極端に上昇した圧力降下をもたらす重大な欠点を有する。これらの２つのタイプの媒体の組み合わせは、しかしながら、驚くべきことに高いパフォーマンスの水ポリッシャーを可能にさせ、ここで従来型の樹脂は容量を担い、速い反応速度の小ビーズ樹脂は動力学的ゾーン（kinetic zone）および質を担う。この組み合わせは、さらに有利なことに、よりコンパクトな水の脱イオン化カートリッジの設計、より長い寿命、およびより高い水質をもたらす。
【００４２】
本発明のさらなる態様において、方法は、活性炭床に水を通すさらなるステップ（ｃ）を含む。
活性炭は、溶解した有機物および塩素を除去する能力がある。活性炭は、複雑に配された小さな孔を含有する有機材料の多孔質の微粒子で作られており、大きな比表面積をもたらす。水中に溶解した有機分子は、孔に進入し、それらの壁にファンデルワールス力によって結合する。
【００４３】
本発明によると、天然の活性炭または合成の活性炭を使用することができる。天然の活性炭は、高温で炭化された挽いたヤシ殻などの植物性の産物を処理することによって製造することができ、不揃いな形状の粒および極めて高いミネラル抽出をもたらす。合成の活性炭は、合成の球状ビーズの制御された熱分解によって製造される。好ましくは合成の活性炭が使用される。
【００４４】
本発明によると、ステップ（ｃ）は、ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）の後に、ステップ（ａ）とステップ（ｂ）との間に、あるいはステップ（ａ）および／またはステップ（ｂ）内で、行うことができる。
【００４５】
かかる代替は、以下の例によって例示される：
−  水が、最初に活性炭床に通され（ステップ（ｃ））、次に第１の混床イオン交換体に通され（ステップ（ａ））、および次に第２の混床イオン交換体（ステップ（ｂ））。
−  水が、最初に活性炭床に通され（ステップ（ｃ））、次に第２の混床イオン交換体に通され（ステップ（ｂ））、および次に第１の混床イオン交換体に通される（ステップ（ａ））。
−  水が、最初に第１の混床イオン交換体に通され（ステップ（ａ））、次に活性炭床に通され（ステップ（ｃ））、および次に第２の混床イオン交換体に通される（ステップ（ｂ））。
−  水が、最初に第２の混床イオン交換体に通され（ステップ（ｂ））、次に活性炭床に通され（ステップ（ｃ））、および次に第１の混床イオン交換体に通される（ステップ（ａ））。
【００４６】
−  水が、最初に第１の混床イオン交換体に通され（ステップ（ａ））、次に第２の混床イオン交換体の第１の部分に通され（ステップ（ｂ））、次に活性炭床に通され（ステップ（ｃ））、および次に第２の混床イオン交換体の第２の部分に通される（ステップ（ｂ））、すなわち、ステップ（ｃ）がステップ（ｂ）内で行われる。
−  水が、活性炭と混合された第１の混床イオン交換体に通され（ステップ（ａ）およびステップ（ｃ））、および次に第２の混床イオン交換体に通される（ステップ（ｂ））。
−  水が、活性炭と混合された第１の混床イオン交換体の第１の部分に通され（ステップ（ａ）およびステップ（ｃ））、次に第１の混床イオン交換体の第２の部分に通され（ステップ（ａ））、および次に第２の混床イオン交換体に通される（ステップ（ｂ））。
【００４７】
本発明によると、第１の混床イオン交換体は、したがって、活性炭と混合することができる。
本発明は、方法が水を逆浸透により処理するさらなるステップ（ｄ）および／または水を電気脱イオン化により処理するさらなるステップ（ｅ）を含み、ここで、ステップ（ｄ）およびステップ（ｅ）がステップ（ａ）およびステップ（ｂ）に先立って行われることを特徴とする、上で定義されたとおりの方法に、さらに向けられる。
【００４８】
当業者は、逆浸透および電気脱イオン化のステップを熟知している。
逆浸透（ＲＯ）のステップは、水の中の多数の汚染物質、例えば粒子、細菌、および分子量＞２００ダルトンの有機物などを除去し得る。ＲＯは、典型的には、半透膜を使用して、かかる汚染物質を退けることで行う。浸透圧に対抗するために、濃縮された溶液へと水圧が加えられる。膜の下流で、精製水を回収することができる。
ＲＯ膜は、典型的には、酢酸セルロース、またはポリスルホン基質上のポリアミドの薄膜状の複合体から製作される。
【００４９】
電気脱イオン化は、電気透析法とイオン交換プロセスとを組み合わせており、ユニット中で電流によってイオン交換媒体を継続的に再生させながら効果的に水を脱イオン化するプロセスをもたらす。電気脱イオン化は、溶解無機物の効果的な除去を、２５℃で５ＭΩ・ｃｍ（約５０ｐｐｂの総イオン汚染レベルに対応）を超える比抵抗まで可能にさせる。本発明によると、電気脱イオン化のためにはElix（登録商標）モジュールの使用が好ましい。
【００５０】
超純水を製造するための水精製システムは知られており、通常は、支持フレーム、水質モニタリングリソース、ポンプ、ソレノイドバルブおよび電気伝導率セルのような周辺部品、ならびに相互係合する相補的なコネクターによって１つまたは２つの精製カートリッジを取り外し可能に搭載するための接続機構から成り立っている。経時的に精製媒体が消耗し、および／または膜が目詰まりするので、適時に、または水の消費量基準にて、取り換えが必要である。
したがって、媒体および／または膜は、典型的には、それぞれの水精製システムからの、これらの消耗品である媒体の的確な交換を円滑化するように、カートリッジにパッケージ化されている。
【００５１】
さらなる態様において、本発明は、したがって、０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズを含む第１の混床イオン交換体、および０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む第２の混床イオン交換体を含む、モジュールに関する。
かかるモジュールは、上に記載されたとおりの方法において使用することができる。
【００５２】
典型的には、モジュールは、それぞれの媒体を含む取り換え可能なカートリッジである。モジュールは、例えば、管の形態であり得る。水精製システムとの接触を確立するために、モジュールは、カートリッジのポートとシステムのコネクターとの液密な接続を可能にするコネクターを有している。好適なコネクターは、例えば、ＷＯ２０１６／１２８１０７Ａ２に記載されている。
【００５３】
モジュール内で、第１および第２の混床イオン交換体は、直列に配列される。この場合において、第１の混床イオン交換体をモジュールの上部に、および第２の混床イオン交換体をモジュールの下部に置くこともできるし、またはその逆とすることもできる。任意に、媒体をモジュール内で定位置に保つために、分離メッシュまたはスクリーンを使用することができる。
【００５４】
モジュール中の混床イオン交換樹脂の好ましい態様は、上で定義されたとおりである。
本発明によるモジュールは、上で定義されたとおり、活性炭床をさらに含み得る。かかる場合には、活性炭床は、第１および第２の混床イオン交換体の上流にも、または第１および第２の混床イオン交換体の間にも位置し得る。さらなる態様において、活性炭は、当該第１の混床イオン交換体と混合される。
【００５５】
管内の樹脂床の高さおよび直径は、水供給、達成しようとする供給水の質、およびカートリッジの容量によって、決定されるが、これは当業者によって容易になされることができる。
【００５６】
例えば、Dow/RohmからのUP6150の標準樹脂の規格（上述したとおりの典型的な樹脂）によると、脱イオン化および超純水ポリッシングのために、供給流速が３０〜４０の間の時間あたりベッドボリューム（ＢＶ／ｈ）であるときには、９００ｍｍの最小樹脂高さが要求される。典型的な実験室用超純水システムは、２Ｌ／分を与えるように設計される。要求される層高を有する３〜４Ｌの樹脂および２Ｌ／分をプロセスするためのベッドボリュームは、１ｃｍ／秒〜０．７５ｃｍ／秒（３６ｍ／ｈ〜２７ｍ／ｈ）の直線速度（ＬＶ）とともに６５．２ｍｍ〜７５．２ｍｍのカラム内径を必要とする。
【００５７】
６００ｍｍの最小層高および４８ＢＶ／ｈの流速の与えられた規格を有する樹脂Lanxess UP1292/1294についての同じ計算は、７３ｍｍの最適直径および０．８ｃｍ／秒（２８ｍ／ｈ）の直線速度をもたらす。
Milli-Qなどの典型的な実験室用超純水システムではこの法則が守られ、６９ｍｍのカラム直径を導く。
【００５８】
本発明によると、カートリッジ中の合計樹脂床高さは、典型的には、１０〜４０ｃｍの間である。好ましくは、合計樹脂床高さは、１０〜３０ｃｍの間である。極めて好ましい態様において、合計樹脂床高さは、２５ｃｍ前後である。
カートリッジは、異なるタイプの樹脂で充填される。典型的には、カートリッジ中の第１のイオン交換樹脂の樹脂床高さは５〜２０ｃｍ、好ましくは５〜１５ｃｍの間である。カートリッジ中の第２の混床イオン交換樹脂の樹脂床高さは５〜２０ｃｍ、好ましくは５〜１５ｃｍの間である。
典型的には、カートリッジは、６５〜７５ｍｍ、好ましくは６９ｍｍ前後の、内径を有する管の形態である。
【００５９】
本発明による標準樹脂と小ビーズ樹脂との組み合わせは、先行技術を考慮すると極めて有利である。動力学的な観点からすれば、小ビーズ樹脂は、２５μＳ／ｃｍの水供給から１８．２ＭΩｃｍを達成するのにたった１０ｃｍの樹脂床高さを必要とするが、標準樹脂は２０ｃｍより大きな層高を必要とする。カートリッジの最後の１０ｃｍのゾーンが、動的容量を決定するうえで動力学的な役割を担うので、このゾーンの前の樹脂のタイプは、容量に影響がない。換言すると、全体に小ビーズ樹脂で充填されたカートリッジは、小ビーズ樹脂と標準樹脂との組み合わせで充填されたカートリッジと同じ容量を示し得る。この場合において、標準樹脂で充填されたカートリッジの底のゾーンの１０ｃｍを小ビーズ樹脂で置き換えることは、１０００Ｌ近くの用量増加に反映される傑出した効果をもたらす。
【００６０】
他方では、標準樹脂と小ビーズ樹脂との組み合わせは、水力損失の観点からもまた有利である。３０ｃｍ小ビーズ樹脂床と比較して、２０＋１０組合せパックは、２／３のみの圧力降下を呈する。換言すると、標準媒体カートリッジと比較して、２０ｃｍ標準樹脂床と１０ｃｍ小ビーズ樹脂床との組合せパックは、３０％高い圧力降下をもたらすが、しかし５０％の増加した容量を伴う。さらに換言すると、２０＋１０組合せパックは、４０ｃｍ標準樹脂床カートリッジとほぼ同じ圧力降下を呈するが、しかし２５％縮小したカラム高さと２０％多い容量を有する。
【００６１】
モジュール中の樹脂の考えられる配列は、例えば：
（１）６９ｃｍの内径および２５ｃｍの合計樹脂床高さを有する管の形態のモジュールが、２つの樹脂床区間を含む：１５ｃｍの高さを有する上方区間は、第１の混床イオン交換体で充填され；１０ｃｍの高さを有する下方区間は、第２の混床イオン交換体で充填される。
【００６２】
（２）６９ｃｍの内径および３１ｃｍの合計樹脂床高さを有する管の形態のモジュールが、２つの樹脂床区間を含む：２０ｃｍの高さを有する上方区間は、活性炭と混合された第１の混床樹脂を含み；１１ｃｍの高さを有する下方区間は、第２の混床イオン交換体で充填される。
【００６３】
（３）６９ｃｍの内径および３０ｃｍの合計樹脂床高さを有する管の形態のモジュールが、２つの樹脂床区間を含む：２０ｃｍの高さを有する上方区間は、第１の混床イオン交換体、または球状活性炭と第１の混床イオン交換体との均一混合物で充填され；１０ｃｍの高さを有する下方区間は、第２の混床イオン交換体で充填される。
【００６４】
好ましい態様において、配列（１）が使用される。
上記の構成は、例えば、逆浸透にて前処理済みの水に典型的である２５μＳ／ｃｍの電気伝導率を有する供給水を使用するときに好適である。もしも、より進んだ前処理システム、例えば脱イオン化もしくは電気脱イオン化と組み合わせた逆浸透、または蒸留、などが使用されるのであれば、最終ポリッシングシステムの供給は、１μＳ／ｃｍにまで下がった電気伝導率を有し得る。この場合、なおもより短いモジュールを使用することができ、例えば以下である：
【００６５】
（４）６９ｃｍの内径および１５ｃｍの合計樹脂床高さを有する管の形態のモジュールが、３つの樹脂床区間を含む：５ｃｍの高さを有する上方区間は、活性炭で充填され；５ｃｍの高さを有する中間区間は、第１の混床イオン交換体で充填され；５ｃｍの高さを有する下方区間は、第２の混床イオン交換体で充填される。
【００６６】
（５）６９ｃｍの内径および１５ｃｍの合計樹脂床高さを有する管の形態のモジュールが、３つの樹脂床区間を含む：５ｃｍの高さを有する上方区間は、活性炭で充填され；５ｃｍの高さを有する中間区間は、第２の混床イオン交換体で充填され；５ｃｍの高さを有する下方区間は、第１の混床イオン交換体で充填される。
【００６７】
（６）６９ｃｍの内径および１５ｃｍの合計樹脂床高さを有する管の形態のモジュールが、２つの樹脂床区間を含む：１０ｃｍの高さを有する上方区間は、活性炭と混合された第１の混床樹脂を含み；５ｃｍの高さを有する下方区間は、第２の混床イオン交換体で充填される。
【００６８】
（７）６９ｃｍの内径および１０ｃｍの合計樹脂床高さを有する管の形態のモジュールが、２つの樹脂床区間を含む：５ｃｍの高さを有する上方区間は、第１の混床イオン交換体で充填され；５ｃｍの高さを有する下方区間は、第２の混床イオン交換体で充填される。
【００６９】
極めて小さな、例えば１２０μｍ未満などのビーズ直径を有する第２の混床イオン交換体を使用することによって、イオン交換ゾーンの高さをなおもさらに縮小することができ、ポリッシングカートリッジの極めて高いコンパクト化をもたらす。ビーズの直径の縮小に関連する圧力降下の増加は、樹脂床の体積縮小によって補正される。
【００７０】
１μＳ／ｃｍの供給、および１２０μｍ未満の直径を有する第２の混床イオン交換体を使用するとき、本発明によると以下のモジュールを使用することができた：
（８）６９ｃｍの内径および８ｃｍの合計樹脂床高さを有する管の形態のモジュールが、２つの樹脂床区間を含む：５ｃｍの高さを有する上方区間は、第１の混床イオン交換体を含み；３ｃｍの高さを有する下方区間は、第２の混床イオン交換体で充填される。
【００７１】
さらなる態様において、本発明は、０．５〜０．７ｍｍの間の直径を有するビーズを含む第１の混床イオン交換体、および０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む第２の混床イオン交換体を含む、超純水を製造するための水処理システムに関する。
【００７２】
水処理システムは、当技術分野において知られている。それらは、典型的には、支持フレーム、水質モニタリングリソース、ポンプ、ソレノイドバルブおよび電気伝導率セルのような周辺部品を含む。混床イオン交換体がモジュールで提供されるときは、相互係合する相補的なコネクターによって１つ以上のかかるモジュールを取り外し可能に搭載するための接続機構もまた要求される。本発明により使用することができる接続機構は、例えば、ＷＯ２０１６／１２８１０７Ａ１に記載されている。
【００７３】
本発明は、したがって、第１および第２の混床イオン交換体が、上で定義されたとおりの単一のモジュールで提供される、上で定義されたとおりの水処理システムにもまた関する。
代替的な態様において、第１および第２の混床イオン交換体は、少なくとも２つのモジュールで提供される。例えば、第１の混床イオン交換体が第１のカートリッジで、および第２の混床イオン交換体が第２のカートリッジで提供され得る。
モジュールは、個別にて、または一緒に成形されて、提供され得る。
【００７４】
水処理システムは、上で定義されたとおり、活性炭床をさらに含み得る。
ここでも、第１の混床イオン交換体、第２の混床イオン交換体および活性炭床は、上で定義されたとおり、単一のモジュールで提供され得る。
代替的に、好ましい態様において、活性炭床は、活性炭床を単独で含むかまたは代替的にこれを０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含む混床イオン交換体と一緒に含む、さらなるモジュールで提供される。
【００７５】
例えば、好ましい態様において、水精製システムは、２つのモジュールを含み得る：第１のモジュールは、第１の混床イオン交換体および第２の混床イオン交換体を含む。第１のモジュールの下流に位置する第２のモジュールは、粒状活性炭、および、０．５ｍｍ未満の直径を有するビーズを含むさらなる混床イオン交換体を含む。ＵＶ光酸化デバイスが、２つのモジュールの間に位置する。
【００７６】
６９ｍｍの内径および２５ｃｍの合計樹脂床高さを有する管の形態を有する第１のモジュールは、逆浸透、脱イオン化、電気脱イオン化、蒸留、濾過、またはこれらの方法の組み合わせによって前処理した水などの、前処理済みの水から、１８．２ＭΩ・ｃｍまでの超純水へと、光酸化的なＴＯＣ除去に先立って、水を脱イオン化するように設計されている。標準樹脂（すなわち、第１の混床イオン交換樹脂）の、速い反応速度の樹脂（すなわち、第２の混床イオン交換樹脂）との組み合わせは、最大動的容量を保証する。
【００７７】
中間の比抵抗セルを、第１のカートリッジの「寿命」の終わりの表示のために、ひいては、対になったパック全体（すなわち、両方のカートリッジ）の「寿命」の終わりが近づいていることを示唆するために、第１のカートリッジの後の水質を測定することに使用することができる。第１のカートリッジ中の、速い反応速度のゾーンの使用は、カートリッジ対の最大カートリッジ容量、および第２のカートリッジへと漏れ出る微量イオンの最少量を確実にする。カートリッジの内径は、典型的には６９ｍｍ前後であり、その１５ｃｍの上流区間においては容量ゾーンとして標準イオン交換樹脂で、その１０ｃｍの下流区間においてははイオン交換ゾーンとして速い反応速度の樹脂で充填される。
【００７８】
第２のカートリッジの内径もまた、典型的には６９ｍｍ前後であり、その１２．５ｃｍの上流区間においては活性炭で、その１２．５ｃｍの下流区間においてはは速い反応速度の樹脂で充填される。第２のカートリッジは、公称稼働期間の間、微量除去ゾーンとしての役割を果たすか、または第１のカートリッジの飽和の後でイオン交換ゾーンおよび微量除去ゾーンとしての役割を果たす。分離されている炭素層は、水中の有機汚染物質を除去するためにカートリッジの上流（入口）側に配置される。同時に、炭素は、光酸化デバイスによって生成されるラジカル、過酸化物等の有害な光酸化副産物を捕捉できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】例１に記載されたとおりの動的容量試験のための実験セットアップ。
【図２Ａ】例２に記載されたとおりの、供給水として合成の２５μＳ／ｃｍのＮａＣｌ溶液を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図２Ｂ】例２に記載されたとおりの異なる媒体構成の水力損失の比較。
【図３Ａ】例３に記載されたとおりの試験カートリッジ構成。
【図３Ｂ】例３に記載されたとおりの、供給として合成の２５μＳ／ｃｍのＮａＣｌ溶液を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図３Ｃ】例３に記載されたとおりのＲＯ水供給を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【００８０】
【図４．１】例４に記載されたとおりのＲＯ水供給を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図４．２】例４に記載されたとおりのＲＯ水供給を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図４．３】例４に記載されたとおりのＲＯ水供給を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図５．１】例５に記載されたとおりの、供給水として合成の２５μＳ／ｃｍのＮａＣｌ溶液を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図５．２】例５に記載されたとおりの、供給水として合成の２５μＳ／ｃｍのＮａＣｌ溶液を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【００８１】
【図６．１】例６に記載されたとおりのElix水供給を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図６．２】例６に記載されたとおりのElix水供給を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図７．１】例７に記載されたとおりのElix水供給を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図７．２】例７に記載されたとおりのElix水供給を使用した異なる媒体構成の容量の比較。
【図８】イオン交換カートリッジの３つのゾーン。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
例
例１：例において使用する混床樹脂、および異なる水の条件をシミュレートするための実験セットアップ
以下の表は、小ビーズ混床樹脂および標準樹脂の、樹脂タイプの特徴パラメーターをまとめている：
【００８３】
【表３】
2020506050.tif 000006
【００８４】
以下の例においては、小ビーズ混床イオン交換樹脂Ｂを使用する。小ビーズ混床イオン交換樹脂Ａも、本発明の目的のために同等に好適であり、下記の実験におけるそれの使用は、同様の結果を導く。
【００８５】
非再生の樹脂または超純水の製造のために処理されていない樹脂を、以下の手順に従って再生および精製する：
調製カラムを樹脂で充填し、１８．２ＭΩ・ｃｍおよび＜５ｐｐｂのＴＯＣを有する超純水の連続流にて、＞６０ＢＶ／ｈ（ＢＶ＝ベッドボリューム）で＞１５分間洗浄する。
【００８６】
２ＮのＨＣｌ溶液（２５％ＨＣｌ（EMSURE, Merck KGaA）から調製される）（カチオン交換体について）、または２ＮのＮａＯＨ溶液（５０％ＮａＯＨ（EMSURE, Merck KGaA）から調製される）（アニオン交換体について）を、４ＢＶ／ｈで１時間通す。
カラムを、１８．２ＭΩ・ｃｍおよび＜５ｐｐｂのＴＯＣを有する超純水の連続流にて、＞６０ＢＶ／ｈで＞１５分間洗浄する。
カチオン交換体およびアニオン交換体は、１／１の等容量の比率で混合される。
混合樹脂は、熱融着されたプラスチックバッグまたはきつく閉められた瓶の中に蓄えられる。
【００８７】
動的容量試験の条件：
実験室における典型的な供給水の条件をシミュレートするため、Elix（登録商標）100システム（Merck KGaA, Darmstadt, Germany）、SDS 200（Merck KGaA, Darmstadt, Germany）およびMill-Q（登録商標）Reference A+（Merck KGaA, Darmstadt, Germany）によって調製された超純水中に、ＮａＣｌ（Merck EMSURE（登録商標））を２５μＳ／ｃｍの目標電気伝導率までスパイクする。
【００８８】
試験ベンチにおいて、１０ＬのＰＥタンク中に蓄えられた超純水は、メイクアップポリッシャー（Quantum TEXポリッシングカートリッジ, Merck KGaA, Darmstadt, Germany）およびイオン交換樹脂試料を含有する試験カラムを通って再循環する。試験管の上流には、塩注入点が位置し、そこでは、精密注入ポンプ（ISMATEC MCP-CPFプロセスポンプ＋PM0CKCポンプヘッド）が、２５μＳ／ｃｍの目標電気伝導率まで、３０ｇ／Ｌで調製した濃縮された塩溶液をスパイクする。比抵抗センサー（Thornton 770MAX, Mettler Toledo）は、試験カラムの入口および出口で水の比抵抗を測定する。
【００８９】
試験カラムの直径は、１／４スケールモデルとして３５ｍｍ、または、１／１スケールモデルとして６９ｍｍである。水循環の流速は、０．８９ｃｍ／秒の直線速度に、すなわち両方のカラム直径についてそれぞれ０．４５Ｌ／分または２．０Ｌ／分に調整する。
実験セットアップを、図１に示す
【００９０】
実際の供給水の条件：
一般的に、実験室使用の超純水は、質の高いイオン交換樹脂を用いた最終ポリッシングのステップの前に、ＲＯ、ＲＯ−ＤＩ、ＲＯ−ＥＤＩ、蒸留またはそれらの組み合わせなどの前処理手法を通して、水道水から製造される。２つのカテゴリーの供給水が考えられる：
【００９１】
１）  しばしば逆浸透システムからもたらされて５〜５０μＳ／ｃｍの電気伝導率を有し、溶解ＣＯ２が含まれる、高イオン電荷供給水。都市用水供給（Guyancourt, France）を用いてＲＯ水を調製するためにRiOs（Merck KGaA, Darmstadt, Germany）システムを使用する。平均水質は、１５〜２５μＳ／ｃｍであり、１５〜２０ｐｐｍＣＯ２を有する。
【００９２】
２）  ＲＯ−ＤＩ、ＲＯ−ＥＤＩまたは蒸留された系からの、たった１μＳ／ｃｍまでの相当する塩を含有する低イオン電荷供給水。都市用水供給（Guyancourt, France）を用いてこのタイプの水を調製するためにElix（登録商標）システム（Merck KGaA, Darmstadt, Germany）システムを使用する。平均水質は、０．１〜１μＳ／ｃｍであり、検出の下限（＜１ｐｐｍ）に満たないｐｐｍＣＯ２を有する。
【００９３】
以下の例は、両方の条件についての媒体のパフォーマンスを示す。
水質は、比抵抗センサーおよび／またはＴＯＣ分析機（A100 / A1000, Anatel）を使用して、カラムまたはカートリッジ出口で測定する。
【００９４】
例２：異なる媒体の容量
単一の３０ｃｍ管（直径３５ｍｍ）を、混床樹脂によって充填する。樹脂床カラムを、２５μＳ／ｃｍのＮａＣｌ溶液を用いて０．８９ｃｍ／秒に相当する０．５Ｌ／分の速さで動作させて、流出の比抵抗変化およびカートリッジ容量を確認する。１０ＭΩ・ｃｍ設定点を、容量のエンドポイントに適用する。加えて、差圧計を使用することによって各構成の水力損失を測定する。結果は、３０ｃｍ標準樹脂床で得られる値に対して正規化する。
【００９５】
以下の樹脂床カラムのパフォーマンスを分析する：
１）  標準樹脂床、Jetpore：２０ｃｍ高さ（ＳＴＤ２０）
２）  標準樹脂床、Jetpore：３０ｃｍ高さ（ＳＴＤ３０）
３）  標準樹脂床、Jetpore：４０ｃｍ高さ（ＳＴＤ４０）
４）  ２０ｃｍ標準樹脂床（上流）と１０ｃｍ小ビーズ樹脂床（下流）との組み合わせ（ＳＴＤ２０＋ＳＢ１０）
５）  小ビーズ樹脂床：３０ｃｍ高さ（ＳＢ３０）
【００９６】
結果は、図２Ａに示される：
２０ｃｍ標準樹脂床で充填されたカラム１は、１８ＭΩ・ｃｍの比抵抗（２５℃での）を達成しない。３０ｃｍおよび４０ｃｍの標準樹脂床で充填されたカラム２および３は、超純水の質のプラトーを維持することができる。２０ｃｍ標準樹脂床と１０ｃｍ小ビーズ樹脂床との組み合わせ（カラム４）は、同じ高さ（３０ｃｍ）の標準樹脂床（カラム２）よりもはるかに高い容量を呈する。加えて、容量は、より高いカラム（４０ｃｍ）の標準樹脂床（カラム３）についてのものと比べてもなお、より良好である。１００％の小ビーズ樹脂床で充填されたカラム５を用いた実験は、速い反応速度の樹脂床のはるかに高い量にもかかわらず、組み合わせられたカラム３とほぼ同じ曲線をもたらす。
【００９７】
図２Ｂは、試験カラムの水力損失の結果を示す。カラム４（２０ｃｍ  ＳＴＤ＋１０ｃｍ  ＳＢ）と比較して、カラム３（４０ｃｍ  ＳＴＤ）は、この構成がより高い樹脂床量を有するという事実にもかかわらずはるかに少ない容量を有していながら、圧力降下に関するほぼ同じ水力損失を示す。
【００９８】
例３：高いイオン電荷での供給水、事例１
Merck Milliporeからの商業的に入手可能なMilli-Q（登録商標）Directは、活性炭前処理、逆浸透、貯蔵タンク、ＵＶ光酸化および脱イオン化を通して水道水を超純水へと処理する一体型システムである。最終的なＤＩのステップで、イオン交換樹脂を使用する。典型的には、１００〜２０００μＳ／ｃｍまでの範囲の水道水を、イオン的に９６％〜９９％排除まで精製し、それ故に供給のイオン電荷は数マイクロジーメンス〜５０μＳ／ｃｍまでの範囲になる。当技術水準において、最終ポリッシングカートリッジQ-PAK TEXは、粒状精製媒体の１．２Ｌの体積の２倍を有し（直径６９ｍｍ、高さ３２０ｍｍ）、および第１の管中に１．２ＬのOrganex（球状活性炭と標準混床イオン交換樹脂との均一混合物である）を、第２の管中に１．２Ｌの混床樹脂床を含有する。稼働は、２Ｌ／分（直線速度０．８９ｃｍ／秒）においてである。
【００９９】
１／４スケールモデルにおいて以下の試験を行い、直線速度は維持され、一方、カラム断面および流速は４分の１に減らされ、直径が３５ｍｍであり流速が０．５Ｌ／分である。カートリッジは、連続流モードにて所与の流速で、合成の２５μＳ／ｃｍのＮａＣｌ溶液を用いて、および一部の場合においてはＲＯ水供給を用いて試験した。容量曲線のＸ軸は、６９ｍｍ相当として報告する。
以下の構成を試験する：
【０１００】
【表４】
2020506050.tif 000007
【０１０１】
試験の構成は、図３Ａに例示される。
結果は、図３Ｂ（合成の２５μＳ／ｃｍのＮａＣｌ溶液の供給）および図３Ｃ（ＲＯ水供給）に示される：
３２ｃｍのOrganex樹脂床および３２ｃｍの標準樹脂床を有する標準パック構成（１）は、４０００Ｌにて（２５℃で）１８ＭΩ・ｃｍよりも下への比抵抗の降下を示す。
【０１０２】
同じ構成であるが各樹脂床についてたったの２０ｃｍの高さを有するもの（２）は、容量の激減をもたらす。
構成（３）において、２０ｃｍの標準樹脂床を、１０ｃｍの小ビーズ樹脂床によって置き換える。縮小した樹脂床の体積にもかかわらず、この構成には、元々の構成（１）とほぼ同じ容量を維持する能力がある。
【０１０３】
有機物汚染レベルが適用に敏感でなければ、構成（４）は、構成（３）に対してよりいっそうのコンパクト化を提供する有益な代替である
構成（５）は、ごくコンパクトなパック設計である。たった半分の媒体体積を有するこの構成は、依然として一貫して１８．２ＭΩ・ｃｍの超純水を製造することができる。
比較のために、３０ｃｍ標準樹脂床についての結果が、構成（６）に示される。
【０１０４】
例４：高いイオン電荷での供給水、事例２
Merck Milliporeから商業的に入手可能なMilli-Q（登録商標）Advantageは、ＲＯ、ＲＯ−ＤＩ、ＲＯ−ＥＤＩ、ＤＩおよび／または蒸留などの前処理システムからの供給を受ける超純度ポリッシングシステムである。システムは、以下のモジュールを備える：２管モジュールであり、１．２ＬのOrganex樹脂床および１．２Ｌの標準混床樹脂床を含有する「Q-Gard T1」、１７Ｗ光酸化ＵＶ反応装置、および単管モジュールであり、０．５ＬのOrganex樹脂床および０．５Ｌの混床樹脂床を含有する「Quantum TEX」。パックの直径は、６９ｍｍである。第１の、２管モジュールは、３２ｃｍの高さを有し、第２の、単管モジュールは、２５ｃｍの高さを有する。システムは、２Ｌ／分を与える能力を持つ。
【０１０５】
この先行技術のシステムを、本発明による２つのソリューションと比較する。例１に記載されたとおりのＲＯ供給水を使用して、以下の構成を試験する：
【０１０６】
【表５】
2020506050.tif 000008
【０１０７】
結果は、図４に示される：
先行技術で使用される直列の３つのカラム（構成１）の代わりに、本発明（構成３）は、はるかによりコンパクトなソリューションの使用を可能にさせる。
【０１０８】
例５：コンパクトな超純水システム
Merck Milliporeから商業的に入手可能なDirect-Q（登録商標）は、活性炭前処理、逆浸透、貯蔵タンク、ＵＶ光酸化および脱イオン化を通して水道水を超純水へと処理する一体型システムである。最終的なＤＩのステップで、イオン交換樹脂を使用する。典型的には、１００〜２０００μＳ／ｃｍまでの範囲の水道水を、イオン的に９６％〜９９％排除まで精製し、それ故に供給のイオン電荷は数マイクロジーメンス〜５０μＳ／ｃｍまでの範囲になる。
【０１０９】
当技術水準において、最終ポリッシングカートリッジSmartpak DQは、粒状精製媒体の１．０Ｌの体積を有し（公称直径６９ｍｍ、高さ２５０ｍｍ）、および管の上方区画中に０．５ＬのOrganex（球状活性炭と標準混床イオン交換樹脂との均一混合物である）を、下方区画中に０．５Ｌの混床樹脂床を含有する。稼働は、保証するイオン交換樹脂の不足のため、０．７Ｌ／分（直線速度０．３１ｃｍ／秒）に限定される。
【０１１０】
１／１スケールモデルにおいて以下の試験を行う。先行技術によるカートリッジを０．７Ｌ／分で試験するのに対し、小ビーズ樹脂を使用した本発明によるカートリッジは、２Ｌ／分で稼働するように試みる。カートリッジを、ＲＯ供給水の２時間ごとの３回の６Ｌの分注にて、所与の流速での断続的フローモードで試験する。
【０１１１】
【表６】
2020506050.tif 000009
【０１１２】
結果は、図５に示される：先行技術のソリューションは、２５ｃｍの合計樹脂床高さを有し、０．７Ｌ／分で超純水を製造するように設計されている。驚くべきことに、２５ｃｍ樹脂床高さを有する本発明によるソリューションは、２Ｌ／分の上昇した流速で、全くパフォーマンスの劣化を伴うことなく、同じ水質およびカートリッジ容量を達成する。両方の設計におけるイオン交換体の総量を比較すると、本発明によるカートリッジは、より少ない樹脂を使用してより高い流速を可能にさせる。
【０１１３】
例６：低いイオン電荷での供給水
Merck Milliporeから商業的に入手可能なMilli-Q（登録商標）Integralは、活性炭前処理、逆浸透、電気脱イオン化、インライン滅菌器、貯蔵タンク、ＵＶ光酸化および脱イオン化を通して水道水を超純水へと処理する一体型システムである。最終的なＤＩのステップで、イオン交換樹脂を使用する。典型的には、１００〜２０００μＳ／ｃｍまでの範囲の水道水を、タンクの上流の精製ステップを通して、１μＳ／ｃｍおよび１００ｐｐｂのＴＯＣまで処理する。タンク中の水は、、求めに応じて超純水を得るために、ＵＶ光およびポリッシャーに通される。従前の例について記載されたとおり、典型的なカラム直径は６９ｍｍであり、パックの高さは２５ｃｍであり、Organex樹脂および標準混床イオン交換樹脂を含む。流速は、２Ｌ／分（直線速度０．８９ｃｍ／秒）である。
【０１１４】
例１に記載されたとおりのElix供給水を使用した以下の試験は、先行技術のソリューション（６９ｍｍ径、２５ｃｍ高さの単一の管）を本発明による構成と比較する。これらの構成は、以下の表に示されるとおりの、活性炭と、異なる媒体の層との組み合わせを有する、６９ｍｍ径でたったの１５ｃｍの高さの単一カートリッジを使用する。
【０１１５】
【表７】
2020506050.tif 000010
【０１１６】
結果は、図６に示される：
５ｃｍ標準樹脂床と５ｃｍ小ビーズ樹脂床とを組み合わせた構成２は、１８．２ＭΩ・ｃｍの質の水をElix水から一貫して製造することができる。イオン交換樹脂床の上の追加の５ｃｍ活性炭層は、超純水中の適正なＴＯＣ含有量を確実にする。本発明による超純水ポリッシングカートリッジの高さは、比較した先行技術のソリューションの高さのおよそ半分である。
以下の構成を使用して、さらなる試験を行う：
【０１１７】
【表８−１】
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【表８−２】
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【０１１８】
結果は、図７に示される：
活性炭床とイオン交換樹脂床とを分離する代わりに、活性炭とイオン交換樹脂との均一混合物であるOrganex樹脂を第１の媒体に適用する。１８．２ＭΩ・ｃｍの超純水が本発明により得られ、上記の例と同様にＴＯＣもまた良好である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４．１】
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【図４．２】
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【図４．３】
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【図５．１】
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【図５．２】
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【図６．１】
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【図６．２】
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【図７．１】
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【図７．２】
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【図８】
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【国際調査報告】
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