JPH0829315B2

JPH0829315B2 - 脱塩水製造装置

Info

Publication number: JPH0829315B2
Application number: JP20196188A
Authority: JP
Inventors: 志げみ遠藤; 光男金田
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1988-08-15
Filing date: 1988-08-15
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0252088A

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/（CaCO₃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柱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10pp
m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
的に塩類を除越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10ppm前後ないしそれ以下の一次透過水を得、また
当該一次透過水をさらに第２逆浸透膜装置に供給して全
カチオンで1ppm前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、当該pH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澱、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、一次透過水
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逆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、超純水レベルの純水とする
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界濾過処理、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。

＜問題点を解決するための手段＞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た
めの膜脱気装置と、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pH調節計であり、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
逆浸透膜装置であり、第１逆浸透膜装置８と第２逆浸透
膜装置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、必要に応じ凝集
沈澱、濾過、活性炭処理等の前処理をした原水を原水流
入管12を介して膜脱気装置６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pH調節
計４を設置し、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
量に応じ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。

HCO₃ ^-＋HCl→Cl^-＋H₂O＋CO₂ ……（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段式逆浸透膜装置10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利となる。

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
撥水性膜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
スを撥水性膜７に通過させて脱気するものであり、使用
できる撥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
糸膜状の撥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、一次濃縮水管13にエゼクター14を付
設し一次濃縮水を駆動流体とし、当該エゼクター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。なおエゼクター
14は一段にかぎらず必要に応じ複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、一次濃縮水は前述したごとくエ
ゼクター14の駆動流体とし用い、一次濃縮水管13、エゼ
クター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10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く、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形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形強酸性
カチオン交換樹脂塔に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pH調節計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5ppm（CaCO₃換算）で水の電気比抵抗は0.3MΩ−c
m（25℃）前後となり、1ppm（CaCO₃換算）で1MΩ−cm
（25℃）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図に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pH調節計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
するエゼクター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……撥水性膜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……一次濃縮水管 14……エゼクター、15……脱気水管 16……高圧ポンプ、17……一次透過水管 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……pH調節計 23……アルカリ添加手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−102906（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−77588（ＪＰ，Ａ) 特開平１−171689（ＪＰ，Ａ) 特開平２−40221（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−35795（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−8494（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。