JPH04244288A - 超純水製造システム - 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】

【０００１】

【発明の目的】

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工場、原子
力発電所、医薬製造工場等で広く使用されている超高純
度の純水、いわゆる超純水を連続的に製造する超純水製
造システムに関する。

【０００３】

【従来の技術】従来から、半導体製造工場、原子力発電
所、医薬製造工場等においては、電解質、微粒子、有機
物（ＴＯＣ）等の極めて少ない超純水が使用されている
。

【０００４】このような超純水の製造装置としては、主
としてイオン交換樹脂を充填した２Ｂ３Ｔ型純水製造ユ
ニットと逆浸透膜ユニットとを組合せた装置が使用され
ているが、このようなイオン交換樹脂を使用するシステ
ムでは、イオン交換樹脂からのＴＯＣの溶出が大きいた
め後段の逆浸透膜ユニットでイオン交換樹脂から溶出す
るＴＯＣを十分に除去することができず、ＬＳＩ（超集
積回路）の発達に伴って益々厳しくなってきている超純
水中のＴＯＣ基準をクリアするのが困難であるという問
題があった。

【０００５】また、イオン交換樹脂を使用するシステム
では、イオン交換樹脂の再生に多量の塩酸および苛性ソ
ーダを使用するためにこれらを多量に貯蔵しておく必要
があり、操作ミスや貯槽の破損で塩酸や苛性ソーダが流
出し公害を起す危険があった。　　さらに、イオン交換
樹脂を使用したシステムでは、再生廃液中に除去した被
処理水中のイオンの他にイオン交換樹脂の再生に使用し
た酸、アルカリが流出するため、大量の廃液処理を行な
わなければならず、また、イオン交換樹脂の活性が失わ
れればイオン交換樹脂そのものも固形廃棄物となるため
その処理も行わなければならず無駄が多いという問題が
あった。

【０００６】ところで、米国においては、電気透析ユニ
ットと逆浸透膜ユニットを直接接続したイオン交換樹脂
を使用しない超純水製造システムがかなり実用されてい
るが、わが国の被処理水は通常シリカ濃度が米国のそれ
に比べて著しく高いため次のような問題があり実用化さ
れていないのが現状である。

【０００７】すなわち、シリカは電気透析ユニットで除
去されないため、このシステムでは次の逆浸透膜ユニッ
トで除去される。

【０００８】したがって、逆浸透膜ユニット濃縮水には
シリカが濃縮され、　１１０〜　１３０ｐｐｍ　ａｓ　
　ＳｉＯ２　のシリカと若干の電解性イオンが含有され
ることになる。

【０００９】このため、電気透析ユニットの濃縮水を原
水に返して再利用することができず、通常、原水の１５
％程度が逆浸透膜ユニット濃縮水として排水されてしま
う。原水は電気透析ユニットでも通常その１５％程度が
濃縮水として用いられ排水されるため、このシステムで
は原水の３０％程度を排水しなければならならない。

【００１０】すなわち、このシステムの被処理水の回収
率は７０％程度と低く、水の供給に制限のある日本では
、このシステムの実用化はきわめて困難であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように電気透
析ユニットと逆浸透膜ユニットを直列に接続した超純水
製造システムは、イオン交換樹脂を用いないため大量の
廃棄物を出すことなく原水中に溶解している電解性物質
をほとんど除去することができるが、その反面溶解シリ
カが電解性でないため電気透析ユニットでは除去できず
、後段の逆浸透膜ユニットで除去され、逆浸透膜ユニッ
トの濃縮水中にはシリカが高濃度で濃縮される。

【００１２】したがって、逆浸透膜ユニットの濃縮水を
原水に返して再利用することができず、濃縮水物質を除
去し純水を製造するためには逆浸透膜ユニットの濃縮水
を排水せざるを得ず原水の回収率がきわめて低くなると
いう問題があった。

【００１３】本発明は、かかる従来の問題を解消すべく
なされたもので、排水量を増加させることなく、液体お
よび固体の廃棄物量を減少させ、かつ原水中の塩類のみ
ならずシリカをも除去可能とした超純水製造システムを
提供することを目的とする。

【００１４】

【発明の構成】

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の超純水製造シス
テムは、電気透析ユニットと逆浸透膜ユニットを直列に
接続した超純水製造システムにおいて、後段の逆浸透膜
ユニットの濃縮水を前段の電気透析ユニットの濃縮室側
に返して電気透析ユニットの濃縮水として再利用するこ
とを特徴とする。

【００１６】本発明に用いられる電気透析ユニットは、
カチオン交換膜とアニオン交換膜をスペーサを挟んで多
数積層し、積層方向の両端に陽極と陰極の電極板を配置
するとともに各膜と平行に原水を通水するように構成し
たものである。

【００１７】電気透析ユニットでは、膜間を通過する原
水中のカチオンは陰極側に、アニオンは陽極側に引かれ
てイオンの脱塩が行われる。

【００１８】すなわち、カチオンはカチオン交換膜は通
過するが次のアニオン交換膜は通過しない。アニオンは
この逆である。このような性質を利用し、膜間を順次、
脱塩室と濃縮室に分け、原水は脱塩室に、濃縮水は濃縮
室を通すことにより原水の脱塩が行なわれる。

【００１９】本発明においては、通常、原水を電気透析
ユニットで処理するに先立って被処理水が膜濾過機等に
より濾過され、さらにアルカリを添加してｐＨが８．０
　〜　９．０に調整される。

【００２０】このアルカリ添加により被処理水中に存在
しているＣＯ２　ガスは、アルカリと反応して重炭酸塩
となり、電気透析ユニットで除去し易い形態となる。　
　上記のアルカリとしては、例えばＮａ＋　、Ｋ＋　の
ような一価のイオンやＣａ＋＋、Ｍｇ＋＋のような二価
のイオンが挙げられる。

【００２１】本発明においては、特に、二価のイオンの
アルカリの方が最終的に除去し易いためより適している
。

【００２２】アルカリの添加された被処理水は、電気透
析ユニットで処理され、原水中に溶存するイオンがカチ
オン交換膜またはアニオン交換膜を透過して濃縮水中に
移行し除去される。

【００２３】電気透析ユニットで処理された処理水は、
次いで逆浸透膜ユニットで透過処理される。

【００２４】そして、逆浸透膜ユニットの処理水は超純
水として貯槽へ送られ、濃縮水は電気透析ユニットの濃
縮室へ返されて電気透析ユニットの濃縮水として再利用
される。

【００２５】なお、得られる超純水の比抵抗をより高め
るため、逆浸透膜ユニットを２段にして前段の濃縮水を
電気透析ユニットの濃縮室に返し、後段の電気透析ユニ
ットの濃縮水を原水に返すようにしたり、逆浸透膜ユニ
ットの後にディスポーザルポリッシャーを設置すること
が望ましい。

【００２６】

【作用】本発明の超純水製造システムにおいては、電気
透析ユニットでは水中のイオン成分が除去されるが、シ
リカは殆ど除去されず電気透析ユニット処理水にはシリ
カと僅かなイオンが残存する。

【００２７】そして、これらの不純物は次段の逆浸透膜
ユニットで除去され純水が得られる。　　逆浸透膜ユニ
ットの濃縮水は高濃度のシリカと低濃度の塩を含有して
いるが、この濃縮水は前段の電気透析ユニットの濃縮室
に返され濃縮水として再利用される。

【００２８】したがって、電気透析ユニットで処理水の
脱塩により放出された塩は、この逆浸透膜ユニットから
返された濃縮水中に濃縮されることになり、その結果高
濃度の塩と高濃度のシリカの含有する濃縮水となる。

【００２９】電気透析ユニットの高濃度の塩と高濃度の
シリカを含有する濃縮水は系外に排出される。

【００３０】このようにして電気透析ユニットから排出
される濃縮水は、原水のイオンが濃縮されただけで中性
であるため、中和等の廃水処理を行う必要がなくそのま
ま放流可能である。

【００３１】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。

【００３２】図１は本発明の一実施例を示す系統図、第
２図は電気透析ユニットの被処理水および濃縮水の経路
を示す系統図である。

【００３３】この実施例の装置は、原水中の微細粒子を
除去する膜濾過機１、濾過水を一旦貯留する原水貯槽２
、原水貯槽２からの被処理水にアルカリを添加するアル
カリ添加装置３、アルカリ添加水を電気透析する電気透
析ユニット４、電気透析ユニット４の処理水を逆浸透処
理する第１逆浸透膜ユニット５、第１逆浸透膜ユニット
５の処理水を再度処理する第２逆浸透膜ユニット６、第
２逆浸透膜ユニット６の処理水を処理するディスポーザ
ルポリシャー７から構成されている。

【００３４】また、第１逆浸透膜ユニット５の濃縮水は
、電気透析ユニット４の濃縮室に返され、第２逆浸透膜
ユニット６の濃縮水は原水に返されるように構成されて
いる。なお、図２中、Ｎａ＋　、Ｃｌ＋　は、これらの
イオンを例にしてイオンの移動を示したものである。

【００３５】原水はまず、膜濾過機１で処理されて微細
な浮遊粒子が除去され、一旦貯槽２に溜められる。この
原水にアルカリ添加装置３で例えば消石灰のようなアル
カリが添加され、ｐＨが８．０　〜　９．０程度に調整
される。

【００３６】ここで、原水中のＣＯ２　は消石灰と反応
して次の電気透析ユニット４で分離しやすいＣａ（ＨＣ
Ｏ３　）２　に変えられる。

【００３７】アルカリ処理された原水は、電気透析ユニ
ット４に送られ原水中の塩が透析分離され脱塩水が得ら
れる。この脱塩水中にはシリカと僅かな塩が含有されて
いる。なお、電気透析ユニット４の濃縮水としては、後
述するように、第１逆浸透ユニット５の濃縮水が用いら
れ、脱塩によりさらに濃縮されて系外に放出される。

【００３８】電気透析ユニット４の脱塩水は、第１逆浸
透膜ユニット５、第２逆浸透膜ユニット６にシリーズに
通水され、原水中に残存するシリカ、僅かな塩類および
微粒子、細菌、ＴＯＣ等がほとんど完全に除去される。

【００３９】そして、第１逆浸透膜ユニット５の濃縮水
は電気透析ユニット４の濃縮室へ返されて電気透析ユニ
ット４の濃縮水として再利用され、ここでさらに塩類濃
度が高められた後排水される。また、第２逆浸透膜ユニ
ット６の濃縮水は、不純物濃度が低いため原水に返され
て原水として再使用される。

【００４０】そして、第２逆浸透膜ユニット６で処理さ
れた処理水は、ディスポーザルポリシャー７で処理され
比抵抗が１８　ＭΩ・ｃｍ　ａｔ　２５℃以上とされて
超純水貯槽に送られる。

【００４１】次に実験例について説明する。

【００４２】図１に示した高純度水製造装置を用いて神
奈川県厚木市の市水を原水に使用して立証実験を行った
。

【００４３】電気透析ユニット４のイオン交換膜にはポ
リスチレン系のカチオン膜およびアニオン膜を使用し、
第１、第２逆浸透膜ユニット５、６には架橋アラミド系
複合膜を使用した。

【００４４】また、第１逆浸透膜ユニット５の脱塩水処
理での回収率を８５％とし、１５％の濃縮水を電気透析
ユニット４の濃縮室に返して再利用した。

【００４５】また、第２逆浸透膜ユニット６の濃縮水は
全量原水に返して再使用した。

【００４６】したがって、この実験における装置全体の
原水の回収率は８５％である。なお、処理水の製造量は
０．５ｍ３　／Ｈｒである。

【００４７】このようにして運転を　３ケ月継続した後
の処理水の水質は次表の通りであった。　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（以下
余白）

【００４８】

【表１】

【００４９】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明においては、逆浸透膜ユニットの濃縮水を前段の電
気透析ユニットの濃縮室に返して電気透析ユニットの濃
縮水として再利用するため、高い回収率を得ることがで
きる。

【００５０】特に、実施例で示したように、逆浸透膜ユ
ニットを２段にし、第１段の逆浸透膜ユニットの濃縮水
を前段の電気透析ユニットの濃縮室に返す一方、第２段
の逆浸透膜ユニットの濃縮水を原水に返すようにすれば
、さらに高い回収率を実現することができる。

【００５１】また、イオン交換樹脂を使用せずにシリカ
、塩類、ＴＯＣ、生菌微粒子等をほとんど除去できるの
で、廃棄物の発生量を低減させることができる。

【００５２】さらに、実施例に示したように、原水にア
ルカリを添加して残存する炭酸ガスを重炭酸カルシウム
にしてから、電気透析ユニット、逆浸透膜ユニットで処
理するようにすれば、得られる超純水の比抵抗をより一
層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の実施例の系統図である。

【図２】　　図１の電気透析ユニットの系統図である。

【符号の説明】

１……膜濾過機 ２……原水貯槽 ３……アルカリ添加装置 ４……電気透析ユニット ５……第１逆浸透膜ユニット ６……第２逆浸透膜ユニット ７……ディスポーザルポリッシャー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電気透析ユニットと逆浸透膜ユニット
   を直列に接続した超純水製造システムにおいて、後段の
   逆浸透膜ユニットの濃縮水を前段の電気透析ユニットの
   濃縮室側に返して電気透析ユニットの濃縮水として再利
   用することを特徴とする超純水製造システム。
2. 【請求項２】　　前記電気透析ユニットの前段に、アル
   カリ添加装置が設置されていることを特徴とする請求項
   １記載の超純水製造システム。
3. 【請求項３】　　逆浸透膜ユニットを２段に構成し、第
   １の逆浸透膜ユニットの濃縮水を前段の電気透析ユニッ
   トの濃縮室側に返して電気透析ユニットの濃縮水として
   再利用するとともに、第２の逆浸透膜ユニットの濃縮水
   を原水側に返して原水として再利用することを特徴とす
   る請求項１または２記載の超純水製造システム。