JP2002001069A - 純水製造方法 - Google Patents
純水製造方法Info
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Abstract
する方法において、膜脱気装置における脱CO2効率を
高めて、高純度で安定した水質の純水を製造する。 【解決手段】 被処理水をpH4〜7.5、CO2濃度
10mg/L以下に調整した後、RO装置2,3に通水
して多段RO脱塩処理し、次いで膜脱気装置4に通水し
て脱気処理する純水製造方法。
Description
り、特に、逆浸透膜脱塩装置(以下「RO装置」と称
す。)による脱塩処理と膜脱気装置による脱気処理とを
採用した純水製造方法において、膜脱気装置における脱
CO2効率を高めて高純度で安定した水質の純水を製造
する方法に関する。
逆浸透膜脱塩処理(以下「RO処理」と称す。)により
製造する方法として、従来、次のような方法が提案され
ている。 市水等の原水に酸を添加して脱炭酸処理した後、ア
ルカリを添加して2段に直列配置したRO装置に順次通
水して2段RO処理する方法 原水に酸を添加して膜脱気装置で脱気処理した後、
アルカリを添加して2段に直列配置したRO装置に順次
通水して2段RO処理する方法 即ち、超純水の比抵抗に最終的に影響するのは主に炭酸
(CO2)成分(炭酸、炭酸イオン、重炭酸イオン)の
除去度合いであり、炭酸成分を効果的に除去できること
が超純水製造において重要であることから、上記,
の方法では、RO処理に先立ち、原水に酸を添加して原
水中の炭酸成分をCO2化し、脱炭酸塔や膜脱気装置で
脱炭酸処理を行う。また、いずれの方法でも、アルカリ
を添加して水中の炭酸成分をHCO3 −化し、RO装置
で除去している。
来の純水製造方法では、通常の塩類は十分に除去される
が、炭酸成分の除去という観点では、必ずしも十分であ
るとは言えなかった。即ち、の方法では、脱炭酸塔に
より炭酸を除去するが、脱炭酸塔でのCO2除去は不十
分な場合があり、また、の方法では脱CO2のための
膜脱気装置をRO装置の前段に配置するため、脱気膜が
汚染されて性能低下を引き起こす場合があり、いずれも
CO2除去が安定しない。
装置と膜脱気装置とを用いて純水を製造する方法におい
て、膜脱気装置における脱CO2効率を高め、高純度で
安定した水質の純水を製造する方法を提供することを目
的とする。
は、被処理水をpH4〜7.5、CO2濃度10mg/
L以下に調整した後、2段以上の多段に直列配置された
逆浸透膜脱塩装置に順次通水して脱塩処理し、次いで膜
脱気装置に通水して脱気処理することを特徴とする。
mg/L以下となるように予めCO 2を除去するため、
後段の膜脱気装置におけるCO2負荷を軽減して効率的
なCO2除去を行える。即ち、膜脱気装置におけるCO
2除去は、pH条件によるHCO3 −⇔CO2+H2O
の解離平衡に左右されるが、この平衡のズレは、CO 2
が低濃度である程大きいため、CO2濃度が10mg/
L以下となるように予めCO2を低減しておくことで、
膜脱気装置において、効率的なCO2除去を行える。
RO処理のうち、第1段目のRO装置(以下「第1RO
装置」と称す場合がある。)では、このようにCO2が
低減された比較的低pHの水から塩類、TOC成分を除
去すると共に、イオン化されたCO2の一部を除去す
る。また、第2段目のRO装置(以下「第2RO装置」
と称す場合がある。)或いはそれ以降のRO装置では、
なお残留する微量の塩類を除去して純度を上げる。
に、2段以上の多段RO処理で塩類の殆どを除去した水
を膜脱気装置で処理することにより、安定かつ効率的な
CO 2除去が可能となり、CO2をほぼ完全に除去する
ことができる。即ち、この膜脱気装置における処理に当
り、被処理水のCO2濃度が10mg/L以下に低減さ
れている上に、膜脱気装置に流入する水のpHは概ね膜
脱気に好適なpHとなっているため、CO2を確実に除
去することができる。しかも、この膜脱気装置では溶存
酸素も除去できるため、著しく高純度で比抵抗の大きい
安定した水質の純水を得ることができる。
が高められた水が流入するため、多段RO処理に先立ち
膜脱気処理する場合のように、膜汚染による脱気膜の性
能低下の問題はない。また、多段ROの透過水のみを処
理するため、系外へ排出されるRO濃縮水量分の処理水
量が少なく、被処理水の全体を膜脱気処理する場合に比
べて膜脱気装置の負荷が低減し、処理性能を安定して維
持することができるようになり、脱気膜の本数の削減、
膜脱気装置の小型化を図ることもできる。
ても異なるが、例えば、市水を原水として処理すること
により、概ねCO2濃度60mg/Lの原水をCO2調
整工程で10mg/L以下、第1RO装置透過水で3m
g/L、膜脱気後のCO2濃度50μg/L以下とし
て、比抵抗約3〜5MΩ・cmの高純度水を得ることが
できる。
施の形態を詳細に説明する。
を示す系統図である。
濃度調整手段1にて、原水をpH4〜7.5に調整する
と共に、CO2濃度を10mg/L以下に低減する。
水、井水、各種プロセス排水或いはこれらの混合水であ
り、これらの水は、必要に応じてUF(限外濾過)膜分
離装置等で除濁処理される。
は、特に制限はないが、次のような手段が挙げられる。 必要によりpH調整し、脱炭酸塔で空気と向流接触
してCO2を除去する。 必要によりpH調整し、Na除去率80%以上のR
O(低脱塩膜でもよい)膜でCO2を除去する。 必要によりpH調整し、低CO2含有水を混合して
CO2濃度を希釈する。ここで、低CO2含有水(CO
2を殆ど含まない水)としては、半導体製造工程の回収
水などを用いることができる。即ち、半導体製造工程に
使用された超純水は若干の洗浄薬液を含むが、殆ど純水
の水質に近いため、簡易な処理をして回収水として、超
純水製造の任意の工程に返送される。この回収水はCO
2を殆ど含まないため、この回収水を原水に混合するこ
とによりCO2濃度を低減することができる。
H型カチオン交換樹脂充填塔への通水などが挙げられ
る。pH値は、第1RO装置2に供給される水のpHが
4〜7.5となるように調整される。また、CO2濃度
は10mg/L以下となるように行う。
2を高度に除去するため、このpH、CO2濃度調整工
程においては、CO2濃度10mg/L以下、例えば、
6〜10mg/L程度にCO2を除去できれば良く、極
低濃度にまで除去する必要はない。
オンが全て炭酸に変化するほど低pHにする必要はな
く、第1RO装置2の流入水のpHが4〜7.5となる
程度でよい。好ましくはこのpHは6〜7程度の弱酸性
とする。
留すると、後段の膜脱気装置4での負荷が大きくなり、
CO2除去が不十分になる恐れがあるため、CO2濃度
は10mg/L以下に調整する。
7.5、CO2濃度10mg/L以下に調整された水
は、次いで第1RO装置2、第2RO装置3に順次通水
して2段RO処理する。
塩類を除去し、同時にTOC成分を除去する。また、p
H弱酸性にてイオン化したCO2の一部を除去する。こ
の第1RO装置2のRO膜としては、材質、処理能力等
に特に制限はなく、ポリアミド系、酢酸セルロース系等
のRO膜を用いることができる。
過水中になお残留する微量の塩類を除去して純度を高め
る。この第2RO装置3では、塩類、特に漏洩し易いN
a+を確実に除去するために、RO膜としては膜表面ゼ
ータ電位が0以上のプラスの荷電膜を用いるのが好まし
く、これにより、Na+等のカチオンの透過を確実に阻
止して高純度の処理水を得ることができる。このような
RO膜としては日東電工(株)製「ES10C」、東レ
(株)製「SU−900」等を用いることができる。
RO装置3により、2段RO処理を行っているが、この
RO処理は2段以上であれば良く、3段以上の多段RO
処理でも良い。一般的には、装置コストや装置規模を考
慮して2段又は3段RO処理が行なわれる。3段RO処
理を行う場合には、最終段のRO膜を上記プラス荷電膜
とするのが好ましい。
るために、RO膜エレメントを内蔵した複数の膜モジュ
ールを連結して構成される。例えば、後述の実施例で用
いたRO装置14のように、3機の膜モジュール14A
〜14Cを用いて第1RO装置を構成し、膜モジュール
14A,14Bを並列配置してこれらの濃縮水を膜モジ
ュール14Cで処理し、各膜モジュール14A〜14C
の透過水を処理水として取り出すと共に、膜モジュール
14Cの濃縮水を系外へ排出するようにしても良く、ま
た、RO装置15のように、2機の膜モジュール15
A,15Bを設けて第2RO装置を構成し、膜モジュー
ル15Aの濃縮水を膜モジュール15Bで処理し、各膜
モジュール15A,15Bの透過水を処理水として取り
出すと共に、膜モジュール15Bの濃縮水を系外へ排出
するようにしても良い。もちろん各段のRO装置は1機
の膜モジュールのみから構成されるものであっても良
い。
次いで膜脱気装置4で脱気処理する。この膜脱気装置4
としては、脱気膜面で気液分離を行い、気相側を真空に
して脱気する手段を備えるものであれば良く、特に制限
はない。
2濃度調整手段1及び第1、第2RO装置2,3による
2段RO処理で塩類が殆ど除去されていると共に、CO
2濃度が低く、適度なpH値の水を処理して、CO2を
ほぼ完全に除去することができる。
り一層確実に行うために、膜脱気装置4の出口水の比抵
抗を測定し、この値に基づいて第2RO装置1の入口
(第1RO装置2の入口でも良い。また、3段以上にR
O装置を設ける場合は、最終段のRO装置より前段であ
れば良い。)でpH調整剤を添加してpH調整を行うの
が好ましい。即ち、膜脱気装置4に注入する水のpH
は、5〜6が好ましく、このpH値が6を超えるとCO
2除去率が低下する。ここで、pH調整剤としては、特
に制限はなく、HCl,H2SO4等の鉱酸や、NaO
H,KOH等のアルカリを用いることができる。添加し
たpH調整剤は最終段のRO装置までの間に除去される
ため、このpH調整剤の添加による比抵抗の低下の問題
はない。
率の向上のために、膜脱気装置4に流入する水に不活性
ガスを混入させても良い。用いる不活性ガスとしてはA
rやN2が挙げられるが、特にコストの面からN2が好
ましい。また、不活性ガスの吹込み量は少量過ぎると不
活性ガス吹き込みによるCO2除去率の向上効果が少な
く、多すぎるとコストアップを招くため、被処理水に対
する流量比で1〜10%、特に3〜6%とするのが好ま
しい。
で非再生型又は再生型混床式イオン交換樹脂塔5で処理
され、更に純度が高められた後、サブシステムや使用場
所などの系外へ送水される。このイオン交換樹脂塔5は
必ずしも必要とされず、膜脱気装置4の処理水をそのま
ま最終処理水としても良い。
段或いは各装置間又は膜脱気装置の後段に、殺菌装置、
酸化装置、イオン交換装置、電気脱塩装置、膜濾過装置
などの任意の処理装置を設けることができる。また、特
に、本発明の方法を、超純水製造工程の一次純水製造に
適用する場合は、その後に通常のサブシステムと称され
る超純水製造システム(一般的にはUV照射、イオン交
換、膜分離処理をこの順、或いは任意の順で設けたも
の。)を設けることができる。
り具体的に説明する。
率:160μS/cm)を図2に示す装置で処理した。
まず、中空糸UF(日東電工(株)製「NTU305
0」、分画分子量:20,000)膜分離装置11で除
濁処理した後、HClを添加して表1に示すpHに調整
し、脱炭酸塔12に通水LV:30m/hrで導入して
空気/水量:15(流量比)の条件で向流接触して脱炭
酸処理し、表1に示すCO2濃度の水を得た。この水を
2段RO処理した後、膜脱気装置で処理した。
置14、第2RO装置15共にRO膜エレメント日東電
工(株)製「ES−20」(4インチ)を内蔵した膜モ
ジュールを用い、第1RO装置は図2に示す如く、3本
のRO膜モジュール14A,14B,14Cを連結し
て、流入水量1000L/hr、透過水量700L/h
r、系外へ排出する濃縮水量300L/hrで処理し
た。また、第2RO装置15は2本のRO膜モジュール
15A,15Bを図2に示す如く連結し、流入水量(第
1RO装置14の透過水量)700L/hr、透過水量
400L/hr、濃縮水量300L/hrで処理し、第
2RO装置15の濃縮水は第1RO装置14の入口側の
給水タンク13に返送して第1RO装置14に循環し
た。
ン社製「Liqui−cell」(4インチ用)を各1
本3段に配置したものを用い、真空度30〜35Tor
r、スイープ用N2ガス流量:30NL/hr(各脱気
膜毎)で処理を行った。得られた処理水(膜脱気装置出
口水)の比抵抗を調べ、結果を表1に示した。
添加してpH6.5〜7に調整したこと以外は同様にし
て処理を行い、得られた処理水の比抵抗を調べ、結果を
表1に示した。
して、pH7.3(実施例4)又はpH7.8(比較例
2)に調整したこと以外は同様にして処理を行い、得ら
れた処理水の比抵抗を調べ、結果を表1に示した。
い高純度の純水を製造することができることがわかる。
法によれば、被処理水を予めpH、CO2濃度調整した
後、多段RO処理し、その後膜脱気処理することによ
り、膜脱気装置におけるCO2除去を安定且つ効率的に
行って、高純度の純水を製造することができる。
図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 被処理水をpH4〜7.5、CO2濃度
10mg/L以下に調整した後、2段以上の多段に直列
配置された逆浸透膜脱塩装置に順次通水して脱塩処理
し、次いで膜脱気装置に通水して脱気処理することを特
徴とする純水製造方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000186516A JP2002001069A (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | 純水製造方法 |
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