JPH0252088A - 脱塩水製造装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は膜脱気装置と２段式逆浸透膜装置とを組み合わ
せた脱塩水製造装置に関するものである。

〈従来の技術〉 水中に含有される塩類を除く手段として、蒸留法、イオ
ン交換膜法、イオン交換樹脂法、逆浸透膜法等があるが
、河川水、湖沼水、あるいは工業用水、上水等の全カチ
オン３００ｍｇ／ｌ　（ＣａＣ○３換算）前後からそれ
以下の水質である原水を対象とした場合、エネルギーコ
ストが比較的安い点、および塩類とともに水中に共存す
る有機物や微粒子も同時に除去できる点で、逆浸透膜法
が採用されることが多い。

また塩類を除くとともに水中の有機物や微粒子を可及的
に除去する必要のある半導体洗浄用水や製薬用水等のい
わゆる超純水レベルの純水製造には逆浸透膜装置が不可
欠であり、当該超純水レベルの純水製造は原水をまず逆
浸透膜装置で処理することにより、全カチオンで１０ｐ
ｐｍ前後ないしそれ以下の透過水を得、次いで当該透過
水をイオン交換装置で処理するという、逆浸透膜装置と
イオン交換装置とを組み合わせたシステムが主流となっ
ている。

このような逆浸透膜装置とイオン交換装置とを組み合わ
せたシステムにおいては、前段の逆浸透膜装置で可及的
に塩類を除去した方が後段のイオン交換装置の負担を低
減できるので、最近になって２段式逆浸透膜装置が採用
されるようになって来た。

すなわち原水を第１逆浸透膜装置に供給して全カチオン
で１０ｐｐｍＰＵＴ後ないしそれ以下の一次透過水を得
、また当該−次週過水をさらに第２逆浸透膜装置に供給
して全カチオンでｉｐｐｍ＠後ないしそれ以下の二次透
過水を得、当該二次透過水を後段のイオン交換装置の供
給水とするものである。

また原水に存在する硬度成分が逆浸透膜の膜面に付着す
るのを防止するため、原水に酸を添加してｐＨを低下さ
せ、当ｕＦ　ｐ　Ｈを低下させた原水を第１逆浸透膜装
置に供給することが行われている。

なお原水に酸を添加することにより、本来では逆浸透膜
装置で除去可能な炭酸水素イオンの一部が、逆浸透膜装
置では除去不可能な二酸化炭素となるため、第１逆浸透
膜装置の透過水中に含まれる二酸化炭素を除去するため
に脱ガス塔を設置することも提案されている。

上述した従来から提案されている２段式逆浸透膜装置の
具体的フローは以下の通りである。

すなわち必要により凝集沈殿、濾過、活性炭濾過等の処
理を行った原水に、酸を添加し、ｐＨを４．５〜５．５
とし当該酸添加原水を第１逆浸透膜装置で処理し、−次
週過水を得る。次いで一次透過水中の二酸化炭素等の溶
存ガスを除去するために窒素ガスによる曝気や真空式脱
ガス塔で処理し、当該脱ガス処理した一次透過水を第２
逆浸透膜装置で処理し、二次透過水を得る。なお同時に
得られる第２逆浸透膜装置の濃縮水はイオン量がそれ程
多く含まれていないので、通常第１蒼浸透膜装置の前段
の原水に混合循環して回収される。

なお得られた二次透過水は必要に応じ、次いで強酸性カ
チオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂を用いる２
床式や混床式のイオン交換装置で処理され、残留するイ
オンが除去される。また、超純水レヘルの純水とするた
めには、当該脱イオン水をさらに紫外線照射処理、イオ
ン交換処理あるいは限外濾過処理、逆浸透膜処理等が行
われることが多い。

しかしながら上述した従来の２段式逆浸透膜装置には以
下のような欠点がある。

すなわち第１逆浸透膜装置に供給される原水は脱気処理
が行われていないため溶存酸素が存在し、このため逆浸
透膜装置の水の停滞部あるいは膜面に微生物が繁殖し、
透過水流量や透過水の水質が低下するという欠点がある
。さらに当該溶存酸素の存在により、水中に重金属が共
存する場合は重金属が酸化触媒として作用し逆浸透膜が
酸化され、その性能が劣化するという欠点もある。また
二酸化炭素の除去が不充分であり、２段式逆浸透膜装置
の処理水が必ずしも満足する値とならない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は従来の脱塩装置における上述した欠点を解決し
、逆浸透膜装置に微生物を繁殖させることなく、かつ逆
浸透膜の酸化を防止できるコンパクトな脱塩水製造装置
を提供することを目的とするものである。さらに従来の
２段式逆浸透膜装置から得られる処理水と比較してより
高純度の脱塩水が得られる脱塩水製造装置を提供するこ
とを目的とする。

〈問題点を解決するだめの手段〉 かかる目的を実現するためになされた本発明よりなる脱
塩水製造装置は、原水に存在する炭酸水素イオンの一部
または全部を二酸化炭素に変化させるための炭酸水素イ
オン分解手段と、炭酸水素イオン分解手段の処理水中に
存在する二酸化炭素とその他の溶存気体を脱気するだめ
の撥水性膜を装着した膜脱気装置と、膜脱気装置の処理
水を第１逆浸透膜装置で処理して一次透過水を得、次い
で−次週過水を第２逆浸透膜装置で処理して二次透過水
を得る２段式逆浸透膜装置とからなることを特徴とする
ものである。

〈作用〉 以下に本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施態様の一例を示すフローの説明図
であり、１は酸貯槽、２は酸注入ポンプ、３はラインミ
キサー、４はｐＨ１１節計であり、酸貯槽１と酸注入ポ
ンプ２とラインミキサー３とｐＨ調節計４とで炭酸水素
イオン分解手段５を構成する。６は撥水性膜７を装着し
た膜脱気装置であり、また８は第１逆浸透膜装置、９は
第２逆浸透ＩＩ費装置であり、第１逆浸透膜装置８と第
２逆浸透ＩＩＷ装置９とで２段式逆浸透膜装置１０を構
成する。

なお１１は強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン
交換樹脂の混合樹脂を充填した混床式純水製造装置を示
す。

次に本発明装置の操作を説明すると、必要に応し凝集沈
設、濾過、活性炭処理等の前処理をした原水を原水流入
管１２を介して膜脱気袋Ｗ６に供給するが、膜脱気装置
６に至る前の原水に酸注入ポンプ２を駆動して酸貯槽１
内の塩酸等の酸を注入し、ラインミキサー３により混合
し、混合後のｐＨを５．５以下好ましくは４．０前後と
する。

なお図示したようにラインミキサー３の後段にｐＨＭｍ
節計４合計４し、ラインミキサー３後の原水のｐＨを計
測し、当該ｐＨがあらかじめ設定したｐＨ（たとえば４
．０）となるようにｐＨ調節計４に連動する酸注入ポン
プ２で酸の注入量を調節するとよい。

酸を添加する前の原水には通常炭酸水素イオンが含まれ
ており、当該炭酸水素イオンと原水にもともと存在する
二酸化炭素の存在比によって原水のｐＨが決定され、一
般に酸を添加する前の原水ｐＨは７前後であるが、当該
原水に酸（たとえば塩酸）を注入することにより、酸の
注入量に応し原水中の炭酸水素イオンが（１）式に示す
ように二酸化炭素となり、炭酸水素イオンと二酸化炭素
の存在比が変わり、ｐＨが低下する。

ＨＣＣｈ−＋ＨＣｊ！−４ＣＪ−＋ＨｚＯ＋Ｃ０ｚ−、
・（１）たとえば酸注入後のｐＨを４．０とすると第３
図に示したように、系の炭酸水素イオンはその全量が二
酸化炭素となり、本来であれば２段式逆浸透ｌり装置１
０のイオン負荷となる炭酸水素イオンを後述する膜脱気
装置６で除去することができるので有ｆｑ上なる。

このようにして原水に存在する炭酸水素イオンの一部ま
たは全部を二酸化炭素に変化させた後、当該原水を膜脱
気装置６で処理する。本発明に用いる膜脱気装置６はＩ
ｎ水性膜７を介してその一方に二酸化炭素等の溶存ガス
を含む原水を通し、その他方を真空として水中の溶存ガ
スをＩｎ水性膜７に通過させて脱気するものであり、使
用できるｉΩ水性膜としては平膜状、スパイラル状、管
膜状、中空糸膜状等種々のものがある。なお多数本の中
空糸膜状のＩｎ水性膜を有するエレメントの各中空糸膜
内に原水を通過させ、当該中空糸膜の外部を真空とする
タイプのものが脱気性能がよい点で好適である。

なお真空発生装置としては通常の真空ポンプを用いても
差し支えないが、第１図に示したごとく後述する第１逆
浸透膜装置８から排出される一次濃縮水が充分な残圧を
有しているので、−次濃縮水管１３にエゼクタ−１４を
付設し一次濃縮水を駆動流体とし、当該エゼクタ−１４
の吸収力によって真空を発生させることにより真空ポン
プを省略することができるので好適である。なおエゼク
タ−１４は一段にかぎらず必要に応じ？！数段として真
空度を高めることもできる。

このような脱気処理によって原水中にもともと含まれて
いた二酸化炭素、酸の添加により原水中の炭酸水素イオ
ンが変化して生じた二酸化炭素および溶存酸素等の溶存
気体が除去できる。次いで当該脱気水を脱気水管１５を
介して、高圧ポンプ１６にて加圧し第１逆浸透膜装置８
に供給する。

当該逆浸透膜装置８によって一次透過水と一次濃縮水が
得られるが、−次濃縮水は前述したごとくエゼクタ−１
４の駆動流体として用い、−次濃縮水管１３、エゼクタ
−１４を介して系外に排出する。

一方第１逆浸透膜装置８によって水中の塩類を９５％程
度まで除去した一次透過水を一次透過水管１７を介して
第２逆浸透膜装置９に供給する。

第２逆浸透膜装置９においても二次透過水と二次濃縮水
が得られるが、二次濃縮水の水質は比較的良好なので、
二次濃縮水管１８を介して、たとえば膜脱気装置６の処
理水と混合し、二次濃縮水を回収することが好ましい。

このようにして二次濃縮水を系内に回収することにより
、系外へ排出する濃縮水の全量を低下させ、脱塩水の回
収率を増大させることができる。

一方二次透過水は一次透過水中の塩類をさらに９５％程
度まで除去できるので、従来の２床３塔式イオン交換装
置で得られる処理水の電気比抵抗あるいはそれ以上とな
っており、これを脱塩水として種々の用途に用いること
ができる。また必要に応じ図示したごとく二次透過水管
１９を介して混床式純水製造装置１１でさらに残留イオ
ンを除去することもできる。

なお２段式逆浸透膜装置ｌＯの後段に設置するイオン交
換装置としては混床式純水製造装置１１に限定されるも
のでなく、複床式純水製造装置でも差し支えない。また
たとえば処理容量が比較的小さい場合は、非再生型の混
床式カートリッジポリシャーを用いることができる。

なお第１図に示した炭酸水素イオン分解手段５は、酸貯
槽１と酸注入ポンプ２とラインミキサー３とｐＨ調節計
４とで構成される。いわゆる単なる酸添加方式によるも
のであるが、本発明に用いる炭酸水素イオン分解手段５
はこれに限定されるものでな（、たとえばＨ形弱酸性カ
チオン交換樹脂塔を用いる脱アルカリ軟化装置、あるい
はＨ膨強酸性カチオン交換樹脂塔に原水の一部を通水し
てその処理水と原水の他部とを混合した後、Ｎａ形形成
酸性カチオン交換樹脂塔通水する脱アルカリ軟化装置等
のカチオン交換樹脂を用いる公知の脱アルカリ軟化装置
を用いることができる。

第２図は本発明の他の実施態様のフローを示す説明図で
あり、膜脱気装置６の処理水に残留する二酸化炭素を炭
酸水素イオンに変化させるために、アルカリ注入ポンプ
２０とアルカリ貯槽２１とｐＨｌｑ節計２２とからなる
アルカリ添加手段２３を付設したものであり、他の構成
は第１図に示したフローと同様である。

前述したごとく膜脱気装置６で二酸化炭素、溶存酸素等
の溶存気体を除去するが、二酸化炭素を完全に除去する
ことは困難である。

したがって膜脱気装置６の処理水には微量の二酸化炭素
が残留する。当該二酸化炭素は逆浸透膜装置で排除する
ことができず最終的に二次透過水に含まれることとなる
が、当該二酸化炭素の存在によって二次透過水の電気比
抵抗が低下する。

たとえば他の無機イオンの存在を無視した場合、二酸化
炭素５　ｐ　ｐｍ　（Ｃａ　ＣＣｈ換算）で水の電気比
抵抗は０．３ＭΩ−ｃｍ（２５℃）前後となり、ｉｐｐ
ｍ（ＣａＣ○３換算）でＩＭΩ−ｃｍ（２５’ｃ　）前
後となる。

したがって二次透過水の電気比抵抗を上昇させるために
は残留する二酸化炭素を逆浸透膜装置で除去できる炭酸
水素イオンや炭酸イオンに変化させる必要がある。

第３図Ｇご示したごとく二酸化炭素を含む水のｐＨを８
．５前後とすると二酸化炭素のほとんどを炭酸水素イオ
ンに変化させることができる。

したがって第２図に示したごとくアルカリ貯槽２１内の
アルカリ　（たとえば水酸化ナトリウム）をアルカリ注
入ポンプ２０を用いて膜脱気装置６の処理水に注入し、
ｐＨを８．５前後に上昇させて二酸化炭素を炭酸水素イ
オンとする。

具体的には第２図に示したごとくアルカリ添加後の処理
水のｐＨを調節計２２で計測し、当該ｐＨがあらかじめ
設定したｐＨ（たとえば８．５）となるようにｐＨｇ１
節計２２に連動するアルカリ注入ポンプ２０でアルカリ
の注入量を調節するとよい。

なお使用できるアルカリとしては水酸化ナトリウムに限
定されるものでなく、脱気水のｐＨを上昇させて二酸化
炭素を炭酸水素イオンに変化させることができるアルカ
リであればいかなるアルカリでも用いることができ、場
合によってはアルカリとしてアンモニアガスを用いるこ
ともできる。

このように２段式逆浸透膜装置１０の供給水中の二酸化
炭素を炭酸水素イオンに変化させることにより、当該炭
酸水素イオンは他のイオンとともに第１逆浸透膜装置８
、第２逆浸透膜装置９とで処理されるので、二次透過水
の水質をより以上に高めることが可能となる。

〈効果〉 以上説明したごとく本発明の脱塩水製造装置は原水中に
存在する炭酸水素イオンの一部または全部を二酸化炭素
とし、これをあらかじめ膜脱気装置で除去するので２段
式逆浸透膜装置のイオン負荷を低減させることができる
。

また原水のｐＨを４．０前後としてから膜脱気装置で処
理することにより、２段式逆浸透膜装置のイオン負荷を
可及的に低減することができ、得られる脱塩水の電気比
抵抗を上昇させる効果を奏する。さらに２段式逆浸透膜
装置の前段で二酸化炭素とともに原水中の溶存酸素も除
去するので逆浸透膜装置の水の停滞部や膜面に微生物を
繁殖させることを防止でき、また逆浸透膜の溶存酸素に
よる酸化を効果的に防止し得る。

また本発明に用いる膜脱気装置は撥水性膜を用いるので
従来から用いられている真空脱気装置のように高い構築
物とする必要がなく、その構造を極めてコンパクトとす
ることができる。また膜脱気装置に用いる真空発生装置
として、第１逆浸透膜装置の一次濃縮水を駆動流体とす
るエゼクタ−を用いることにより真空ポンプを省略する
ことができ、よりコンパクトとすることができる。

また第２図に示した実施態様のごとく、膜脱気装置の処
理水に微量残留する二酸化炭素を炭酸水素イオンに変化
させるためのアルカリ添加手段を付設することによって
２段式逆浸透膜装置で得られる脱塩水の比抵抗をさらに
上昇させることができる。

このように本発明の脱塩水製造装置は全体としてコンパ
クトであり、設置面積を多く必要とせず、かつ安定して
高純度の脱塩水が得られるので産業に与える利益は多大
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様の一例を示すフローの説明図
であり、第２図は本発明の他の実施態様を示すフローの
説明図であり、第３図はｐＨにおける二酸化炭素と炭酸
水素イオンと炭酸イオンのモル比を示す説明図である。 １・・・酸貯槽　　　　　　２・・・酸注入ポンプ３・
・・ラインミキサー　　４・・・ｐＨ調節計５・・・炭
酸水素イオン分解手段 ６・・・膜脱気装置　　　　７・・・↑Ω水性膜８・・
・第１逆浸透膜装置　９・・・第２逆浸透膜装置１０・
・・２段式逆浸透膜装置 １１・・・混床式純水製造装置 １２・・・原水流入管　　　１３・・・−次濃縮水管１
４・・・エゼクタ−１５・・・脱気水管１Ｇ・・・高圧
ポンプ　　　１７・・・−次週過水管１８・・・二次濃
縮水管　　１９・・・二次透過水管２０・・・アルカリ
注入ポンプ ２１・・・アルカリ貯槽　　２２・・・ｐＨ３１１節計
２３２・・アルカリ添加手段 第３図 Ｈ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原水に存在する炭酸水素イオンの一部または全部を
   二酸化炭素に変化させるための炭酸水素イオン分解手段
   と、炭酸水素イオン分解手段の処理水中に存在する二酸
   化炭素とその他の溶存気体を脱気するための撥水性膜を
   装着した膜脱気装置と、膜脱気装置の処理水を第１逆浸
   透膜装置で処理して一次透過水を得、次いで一次透過水
   を第２逆浸透膜装置で処理して二次透過水を得る２段式
   逆浸透膜装置とからなることを特徴とする脱塩水製造装
   置。 ２、膜脱気装置の処理水に残留する二酸化炭素を炭酸水
   素イオンに変化させるためのアルカリ添加手段を付設す
   る請求項１記載の脱塩水製造装置。 ３、二次透過水の残留イオンを除去するためのイオン交
   換装置を２段式逆浸透膜装置の後段に設置する請求項１
   または請求項２に記載の脱塩水製造装置。