JPH0240220A - 純水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、半導体製造工場や原子力発電所等で広く使用
されている純水やいわゆる超純水を連続的に製造する純
水製造装置に関する。

［従来の技術］ ＬＳＩや超ＬＳＩの製造においては、多量の純水や超純
水が用いられている。超純水は理論純水（Ｈ２Ｏのみか
らなる水）の比抵抗１．８．２４ＭΩ・Ｃｍに極めて近
く、１７〜１８ＭΩ・ｃｍの比抵抗を有する純水である
。

従来、純水の製造装置として、イオン交換膜及びイオン
交換樹脂を装填した電気透析器（以下ｒＣＤＩＪと略称
する。）が知られている（特開昭６１−１０７９０６号
）、ＣＤＩは塩の大量除去から逆浸透による製造水の純
化に至るまでの幅広い原水の効果的な脱イオンが可能で
ある。

ＣＤＩによる水の脱イオン作用について、第４図を参照
して説明する。

第４図では、印加直流電位は（＋）と（−）で表わされ
ている。第４図においては、アニオン交換＠２１とカチ
オン交換膜２２との間で濃縮室２５ａが形成され、カチ
オン交換膜２２とアニオン交換膜２３との間で希釈室２
６が形成されている。また、アニオン交換膜２３とカチ
オン交換膜２４との間で濃縮室２５ｂが形成されている
。そして、希釈室２６内には、カチオン交換樹脂２７と
アニオン交換樹脂２８との混床樹脂が充填されている。

原水中のイオン″はＮａ十及びＣＪ２−により代表して
示す、希釈室２６に入ったイオンは親和力、濃度及び移
動度に基いてイオン交換樹脂２フ、２８と反応する。イ
オンは電位の傾きの方向に樹脂中を移動し、更に膜２２
又は２３を横切りて移動し、すべての室において電荷の
中和が保たれる。そして、膜の半浸透特性のため、並び
に電位の傾きの方向性のために、溶液中のイオンは希釈
室２６では減少し、隣りの濃縮室２５ａ、２５ｂでは濃
縮されることになる。このため、希釈室２６から脱イオ
ン水が回収される。

ＣＤＩは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
いう優れた効果を奏する。

しかしながら、ＣＤＩは充填されているイオン交換膜や
イオン交換樹脂の劣化や処理来貢の悪化を防ぐために、
給水する原水水質をある一定レベル以上の水質に管理す
る必要があり、原水水質の管理が容易でないという欠点
を有する。例えば、原水中のＣ１−濃度はＯ，ｉｐｐｍ
以下、硫化鉄、硫化マンガン濃度はＯ，Ｏ１ｐｐｍ以下
であることが要求されている。

従来、ＣＤＩの前処理装置としては、通常、逆侵透膜分
離器（以下、ｒＲＯＪと略称する。）が用いられている
。

［発明が解決しようとする課題］ ＣＤＩに給水する原水をＲＯにより処理することにより
、水質をある程度向上させることができるが、従来の１
段ＲＯｆｉ理では、原水中のＳｉＯ２の除去が十分でな
く、ＣＤＩのイオン交換膜、イオン交換樹脂の劣化や処
理水の悪化を効果的に防ぐことができなかった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、ＣＤＩのイオン交
換膜、イオン交換樹脂の劣化を防止して、極めて高純度
の処理水を得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。

［課題を解決するための手段］ 本発明の純水製造装置は、原水を逆浸透膜処理するＭｌ
の逆浸透膜分１ｍ器と、該第１の逆侵透膜分離器の透過
水を逆浸透膜処理する第２の逆侵透膜分離器と、第２の
逆浸透膜分Ｓ器の透過水を電気透析する電気透析器とを
備え、該電気透析器は、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室と希釈室とを交互に
形成してなり、前記希釈室にはアニオン交換樹脂とカチ
オン交換樹脂とが混合されて充填されていることを特徴
とする。

［作用］ ＣＤＩで純水を製造するにあたり、ＣＤＩの前処理とし
て、ＲＯを２基直列で用いる２段ＲＯＩＡ埋を行なうこ
とにより、ＣＤＩへの給水は極めて高水質なものとなり
、特にＳｉＯ２濃度は通常２０ｐｐｂ以下と非常に低い
値となる。

このため、ＣＤＩのイオン交換膜やイオン交換樹脂が劣
化することがなく、例えば、比抵抗１０ＭΩ−ｃｍ以上
、５ｉ０２０ｐｐｂ以下の高純度の処理水を連続的に採
水することが可能とされる。

また、一般に第１段目のＲＯ（以下、「第１ＲＯ」と略
称する。）の給水（原水）のＳｉＯ２濃度よりも、第２
段目のＲＯ（以下、ｒ第２ＲＯ」と略称する。）の濃縮
水の５ＬＯ２濃度の方が低い値であることから、第２Ｒ
Ｏの濃縮水を第１ＲＯの給水に返送することができ、こ
れにより、第１ＲＯ処理水の５ＬＯ２をより低い値にす
ることができる。

また、ＣＤＩの濃縮水中の５１０２を含む溶解塩類（Ｔ
　Ｄ　Ｓ　）濃度は、第２ＲＯの給水のＴＤＳ濃度より
も低い値であるため、ＣＤＩ濃縮水は第１ＲＯ又は第２
ＲＯの給水に返送することができ、これにより、より高
純度の処理水を得ることができる。

また、このように濃縮水の循環ができるため、節水が図
れる。

更に、ＣＤＩのイオン交換樹脂の再生が不要であること
から、ＩＡ埋を必要とする廃液が生じることがなく、処
理コストが低く抑えられる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の純水製造装置の一実施例を示す系統図
、第２図はＣＤＩの一実施例を示す系統図、第３図は本
発明の純水製造装置の他の実施例を示す系統図である。

第１図に示す純水製造装置は、第１の逆侵透膜分離器（
第１ＲＯ）１、第２の逆侵透膜分離器（第２ＲＯ）２及
び電気透析器（ＣＤＩ）３か６主として構成されており
、原水を第１ＲＯＩに送給する配管１１、第１Ｒ０１の
透過水を第２ＲＯ２に送給する配管１２、第１ＲＯＩの
濃縮水を系外へ排出する配管１３、第２Ｒ０２の透過水
をＣＤ１３に送給する配管１４（なお、この配管１４は
、後述するＣＤＩの濃縮室への給水配管１４ａ及び希釈
室への給水配管１４ｂに分岐している。）、第２ＲＯ２
の濃縮水を第１Ｒ０１の上流側に戻す配管１５、ＣＤｌ
３の処理水を取り出す配管１６、ＣＤｌ３の濃縮水を第
１ＲＯＩ又は第２Ｒ０２の上流側に戻す配管１７を備え
ている。

このような本発明の装置による原水の処理手順について
、以下に説明する。

第１図に示す如く、原水である市水、工業用水、井水等
は、配管１１により第１ＲＯＩに供給される。第１Ｒ０
１においては、原水の有効利用の面から回収率を比較的
高く、例えば５０％以上、特に８０〜９０％程度で運転
するのが好ましい。

第１Ｒ０１により、原水中の電解質、ＴＯＣ成分が除去
されるが、第１Ｒ０１においては、後段の第２ＲＯ２に
おける負荷を低減し、高純度の処理水を得るために、原
水中の電解質の大部分、例えば、Ｎ　ａ　Ｃｆ）、　２
００　ｍ　ｇ　／　１１の供給水に対しては、９７％以
上、とりわけ９９％以上の塩を除去するように運転する
のが好ましい。

第１Ｒ０１の透過水は、次いで配管１２により第２ＲＯ
２に送給される。一方、第１Ｒ０１の濃縮水は配管１３
より系外へ排出される。

第２Ｒ０２においては、処理水の有効利用の面から、回
収率は７５〜９０％程度とし、また濃縮水は配管１５に
より第１ＲＯＩの原水供給系に戻す。

第２Ｒ０２により、被処理水中の電解質、ＴＯＣ成分が
更に除去される。なお、第２ＲＯ２においては、後段の
ＣＤｌ３における負荷を低減し、高純度の処理水を得る
ために、被処理水（即ち第１Ｒｏ１への原水）中の電解
質の殆ど、例えばＮ　ａ　ＣＩＬ２００　ｍ　ｇ　／　
ＪＺの原水に対しては、９７％以上、とりわけ９９％以
上の塩を除去するように運転するのが好ましい。

このような第２Ｒ０２により、原水中の電解質の殆ど、
例えば９９．５％程度が脱塩され、透過水として通常は
ｓ　ｉ　Ｏ２？ａ度２０ｐＰｂ以下の高純度水が得られ
る。

第２ＲＯ２の透過水は、十分に高純度であるが、更に配
管１４によりＣＤｌ３に送給して処理することにより、
より一層高純度な超純水を得ることが可能となる。

この第２Ｒ０２の透過水は、既に大部分の電解質が除去
されており、比抵抗値は例えば１〜２ＭΩ・Ｃｍ程度と
なっている。このため、ＣＤｌ３に対する負荷が小さく
、ＣＤｌ３の再生操作、再生装置、廃液処理設備が不必
要とされる。

一方、第２Ｒ０２の濃縮水け、そのＳｉＯ２濃度が通常
、原水のＳｉＯ２濃度よりも低く、純度の高いものであ
るので、これを配管１５より第１Ｒｏｔの上流側に循環
する。

次に、ＣＤｌ３における処理について、第２図を参照し
て説明する。

図示の如く、ＣＤｌ３は、容器１内に複数のアニオン交
換膜Ａとカチオン交換膜Ｃとが交互に並列に配置されて
おり、それぞれ濃縮室３１と希釈室３２とが交互に隔成
されている。そして、希釈室３２には、アニオン交換樹
脂とカチオン交換樹脂との混合物３３が充填されている
。３４は一極、３５は十極である。

第２Ｒ０２の透過水は、配管１４から、ＣＤｌ３の濃縮
室３１への給水配管１４ａ及び希釈室３２への給水配管
１４ｂに分岐され、それぞれ濃縮室３１及び希釈室３２
に供給される。

ＣＤｌ３に供給された第２Ｒ０２の透過水は、前述の第
４図にて説明した原理により、Ｎａ十等のカチオンはカ
チオン交換膜Ｃを透過して、ＣＪＺ−等のアニオンはア
ニオン交換膜Ａを透過して、それぞれ濃縮室３１内に濃
縮される。このようにしてアニオン、カチオンが除去さ
れた処理水は、希釈室３２より配管１６を経て排出され
必要に応じて後処理された後、コースポイントへ送給さ
れる。

一方、濃縮室３１内の濃縮水は配管１７より排出され、
配管１７ｇを経て第１Ｒ０１の上流側に循環される。こ
の濃縮水は、第１Ｒ０１に供給される原水に比し十分に
低いＴＤＳ濃度であるため、第１Ｒ０１に循環すること
ができ、これにより、従来の１段ＲＯ処理の場合と同等
の原水給水量で高純度水を得ることができる。このＣＤ
ｌ３の濃縮水は、配管１フｂにより第２Ｒ０２の上流側
に返送しても良い。

本発明の純水製造装置においては、第１Ｒ０１の前段あ
るいは後段に脱炭酸塔を設けても良い。

第３図は、脱炭酸塔４を第１ＲＯＩと第２ＲＯ２との間
に配管１２ａ、１２ｂにて接続して設けた実施例を示す
系統図である。なお、第３図において、第１図に示す部
材と同一機能を有する部材は同一符号を付して示し、そ
の説明を省略する。

脱炭酸塔４により第１Ｒ０１の透過水中の溶存ガスを除
去することにより、ＲＯによる除去性能の低いＣＯ２成
分が最大限に除去され、処理水の純度が高められると共
に、第２Ｒ０２の膜負荷が低減される。なお、この脱炭
酸塔４におけるＣＯ２成分の効率的除去の面からは、原
水のｐＨは５〜５．５程度となるように調整するのが特
に好ましい。

このような本発明の純水製造装置において、第１ＲＯ又
は第２ＲＯに装着する逆浸透膜としては、ポリアミド膜
、酢酸セルロース膜、アラミド系膜等の通常の市販膜を
用いることができる。

以下、実験例について説明する。

実験例１（本発明例） 第３図に示す本発明の純水製造装置を用い、神奈川県厚
木市の市水を処理した。

第１ＲＯ１第２ＲＯとしては、架橋アラミド系複合膜を
用いたスパイラル型８インチモジュールを内蔵した逆浸
透分離器を２段に配列したものを用いた。

また、ＣＤＩとしては、ポリプロピレン系樹脂のアニオ
ン交換膜及びカチオン交換膜（１枚当り約０．５ｒｎ”
）を各３０枚、第２図に示すように交互に配列しく第２
図に示す図では、希釈室は３つしか形成されていないが
、本実施例においては、各々３０枚のアニオン交換膜及
びカチオン交換膜を用いて、希釈室を３０室形成した）
、Ｈ膨強酸性カチオン交換樹脂とＯＨ形強塩基性アニオ
ン交換樹脂を容積比４０　：　６０で混合したもの約３
゜ｌを各希釈室に充填したものを用いた。

ＣＤＩの通水条件は下記の通りとした。

処理水流量：１．０ゴ／ｈｒ 濃縮水流量：０．２ｒｎ”／ｈｒ 電圧：１００Ｖ 水　　温　　＝　１７℃ 各部位の水質を第１表に示す。

／ ／ ／ ／ ／ ／ 実験例２（比較例） ＲＯを１段としたこと以外は、実験例１と同様にして処
理を行なった。

結果を第２表に示す。

第２表 第１表及び第２表より、本発明の純水製造装置によれば
、極めて高純度の純水が得られることが明らかである。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の純水製造装置は、 ■　極めて高純度の水を安定かつ連続的に採水すること
ができる。

■　ＣＤＩの濃縮水をＲＯに循環することができるため
、節水を図ることができる。

■　樹脂の再生が不要であり、従って、処理を要する廃
水の排出がない。

等の（１，れた効果が奏され、比抵抗１０ＭΩ・Ｃｍ以
上、５ｉＯ２２０ｐｐｂ以下の極めて高純度の超純水を
効率的に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の純水製造装置の一実施例を示す系統図
、第２図はＣＤＩの一実施例を示す系統図、第３図は本
発明の純水製造装置の他の実施例を示す系統図、第４図
はＣＤＩの原理を説明する構成図である。 １・・・第１ＲＯ１２・・・第２Ｒ０゜３・・・ＣＤＩ
、　　　４・・・脱炭酸塔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原水を逆浸透膜処理する第１の逆侵透膜分離器と
   、該第１の逆浸透膜分離器の透過水を逆浸透膜処理する
   第２の逆浸透膜分離器と、第２の逆浸透膜分離器の透過
   水を電気透析する電気透析器とを備え、 該電気透析器は、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室と希釈室とを交互に形成し
   てなり、前記希釈室にはアニオン交換樹脂とカチオン交
   換樹脂とが混合されて充填されていることを特徴とする
   純水製造装置。