JP2010082610A - 純水の製造方法、及び純水製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＯ膜の酸化劣化を抑制しつつ、高純度の生産水を安定供給することができ、しかも酸化劣化が生じた場合でも迅速に対応でき、かつ省エネルギーにも寄与することができるようにする。
【解決手段】原水ポンプ１から汲み上げられた原水を活性炭ろ過装置２に供給し、原水に含有される遊離塩素を除去する。次いで、遊離塩素が除去された原水を軟水装置３に供給し、硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように原水を軟水化し、被処理水を生成し、ＲＯ装置４に供給する。ＲＯ装置４では、極超低圧膜からなるＲＯ膜１２ａに０．５ＭＰａ以下の操作圧を負荷し、高純度の透過水（生産水）と濃縮水とに膜ろ過分離する。また、第１及び第２のシリカ濃度測定装置１０ａ、１０ｂによりシリカ除去率φを算出し、ＲＯ膜１２ａの酸化劣化の進行を監視する。
【選択図】図１

Description

本発明は純水の製造方法、及び純水製造システムに関し、より詳しくは被処理水を逆浸透膜で処理して高純度の純水を生成する純水の製造方法、及びこの製造方法に使用することができる純水製造システムに関する。

半導体製造工程や電子部品の洗浄、医療器具の洗浄等では、不純物を含まない高純度の純水が使用される。

この種の純水は、従来より、地下水や水道水等の原水を逆浸透膜（以下、「ＲＯ膜」という。）で処理して生産されている。

そして、例えば、特許文献１には、硬度成分を含む原水を酸化剤の溶存下、該原水にキレート剤を添加した後に合成高分子系複合膜モジュールにより処理するようにした膜モジュールによる原水の処理方法が提案されている。

特許文献１では、次亜塩素酸ナトリウム等の薬剤（酸化剤）を殺菌剤として原水に注入することにより、ろ過膜にファウリングが生じるのを防止し、さらに前記原水にキレート剤を添加することにより、原水の硬度が高い場合であっても、ろ過膜が硬度成分の触媒的作用により酸化劣化されるのを防止することが可能である。すなわち、特許文献１によれば、次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を添加しても、原水硬度に起因するＲＯ膜の酸化劣化の促進を抑制することが可能である。

また、特許文献２には、軟水器を使用して原水の硬度成分を１０ppm以下に低減し、該原水を酸化剤の溶存下、合成高分子系複合膜モジュ−ルにより処理した膜モジュ−ルによる原水の処理方法が提案されている。

特許文献２では、酸化剤が添加された薬剤が注入された軟水に対して膜ろ過処理を行っているので、原水硬度に起因するＲＯ膜の酸化劣化の促進を抑制でき、かつ微生物に起因したバイオファウリングを防止することが可能となる。

また、特許文献３には、被処理水を軟水処理した後、逆浸透膜部でろ過し、該逆浸透膜部により発生する濃縮排水を所定間隔でブローするようにした水処理方法が提案されている。

特許文献３では、被処理水を軟水処理することにより、被処理水中のカルシウム等の硬度成分が除去されるので、前記硬度成分とシリカ（ＳｉＯ_２）との結合によるスケールの析出が防止される。したがって、被処理水のシリカ溶解度が高くなり、その分、被処理水のシリカ濃度が高い状態でもシリカスケールの析出が抑制され、これにより被処理水のシリカ濃度が高くても水処理運転が可能となる。

しかも、膜ろ過分離して得られた濃縮水を所定間隔でブローしているので、逆浸透膜部付近における被処理水のシリカ濃度の上昇を抑制することができる。すなわち、シリカスケールの析出が抑制されることから、逆浸透膜部の目詰まりを防止でき、その結果、長期的に安定した水処理運転を継続して行うことができ、生産水を生成する際の水回収率を向上させることが可能である。

特開平９−８９１号公報 特開平６−２２６２５３号公報 特開２００５−２７９４６０号公報

しかしながら、特許文献１では、キレート剤を原水に添加することによりＲＯ膜の酸化劣化を抑制しているため、キレート剤の注入装置が空状態となったり、注入ポンプに異常等が生じて注入不良又は注入不能になると、ＲＯ膜の酸化劣化を抑制することができず、却って酸化劣化を助長してしまうおそれがある。

また、特許文献２では、硬度が１０ppm以下の軟水を使用しているものの、原水中に酸化剤が注入されているため、ＲＯ膜は長時間の運転継続により酸化劣化が進行するおそれがある。

さらに、本発明者らの研究結果により、原水中に遊離塩素等の酸化剤を含んでいる場合は、ＲＯ膜によるシリカ除去率が通水時間に略比例して低下することが判明した。したがって、特許文献２では、酸化剤を含有した原水がＲＯ装置に供給されているので、ＲＯ膜によるシリカ除去率が通水時間に略比例して低下し、このためＲＯ膜の後段に配された各種装置への負荷の増加を招くおそれがある。

また、特許文献３では、軟水を使用することによりＲＯ膜へのシリカスケールの析出を抑制しようとしたものであり、どの程度の硬度の軟水を使用しているのかは不明であり、またどの程度の純度の生産水が得られているのかも不明である。

しかも、原水中に遊離塩素等の酸化剤を含んでいる場合は、特許文献２と同様、長時間の継続運転によりＲＯ膜の酸化劣化が進行し、その結果シリカ除去率の低下を招くため、ＲＯ膜の後段に配された各種装置への負荷の増加を招くおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、ＲＯ膜の酸化劣化を抑制しつつ、高純度の生産水を安定供給することができ、しかも酸化劣化が生じた場合でも迅速に対応でき、かつ省エネルギーにも寄与することができる純水の製造方法、及びこの製造方法に使用することのできる純水製造システムを提供することを目的とする。

原水を軟水処理した被処理水をＲＯ膜で処理する方法は、上記特許文献３にも示したように従来より知られている。

しかしながら、〔発明が解決しようとする課題〕の項でも述べたように、従来で被処理水に軟水を使用しているのは、主としてＲＯ膜へのスケール析出を防止することを意図したものであり、純水の純度向上を意図としたものは未だ存在していない状況にある。

一方、ＬＳＩなどの半導体製造工程におけるシリコンウエハの洗浄や，医薬品の製造工程では、できるだけ高純度の純水が求められている。

そこで、本発明者らは、ＲＯ膜による不純物の除去率を高めてより一層高純度の純水を得るべく、軟水を使用して鋭意研究を行ったところ、硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下の軟水をＲＯ膜に供給することにより、不純物の除去率をより一層高めることができ、これにより高純度の純水を安定供給できるという知見を得た。しかも、上記軟水を使用することにより、軟水中の遊離塩素の含有量が微小であれば、酸化劣化の進行を抑制できるという知見も併せて得た。

本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係る純水の製造方法は、硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように原水を軟水化して被処理水を生成し、該被処理水をＲＯ膜で処理して生産水を生成することを特徴としている。

また、上述したように遊離塩素の含有量が微小であれば、硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下の被処理水を使用することにより、酸化劣化の進行を抑制できるが、通常、原水には相当量の遊離塩素を含んでいることが多く、このような場合は予め活性炭ろ過装置等で遊離塩素を除去しておくのが好ましい。

そこで、本発明の純水の製造方法は、前記原水中に含有される遊離塩素を除去した後、前記軟水化を行うことを特徴としている。

また、本発明者らの更なる鋭意研究の結果、被処理水中に微小の遊離塩素が含まれている場合、電気伝導度や各種イオン類の除去率は長時間連続的に通水しても殆ど変動しないが、シリカの除去率は通水時間に略比例して通水初期から経時的に顕著に低下してゆくことが判明した。したがって、シリカ除去率を常時監視することにより、遊離塩素によるＲＯ膜の酸化劣化に迅速に対処することが可能となる。

そこで、本発明の純水の製造方法は、前記被処理水に対する前記生産水のシリカ除去率を監視することを特徴としている。

また、本発明の純水の製造方法は、前記ＲＯ膜が、極超低圧膜であることを特徴としている。

さらに、本発明の純水の製造方法は、前記ＲＯ膜が、少なくとも極超低圧膜と超低圧膜とを含む二種類以上からなり、前記被処理水を前記極超低圧膜で処理した後、前記超低圧膜で処理し、前記生産水を生成することを特徴としている。

また、本発明に係る純水製造システムは、原水を軟水化して被処理水を生成する軟水装置と、該軟水装置で生成された前記被処理水を処理して生産水を生成するＲＯ装置（逆浸透膜ろ過装置）とを備えた純水製造システムにおいて、前記原水に対する生産水のシリカ除去率を監視するシリカ除去率監視手段を備えると共に、前記軟水装置は、５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように原水を軟水化して被処理水を生成する被処理水生成手段を有していることを特徴としている。

また、本発明の純水製造システムは、前記原水に含有される遊離塩素を除去する遊離塩素除去手段を備えていることを特徴としている。

また、本発明の純水製造システムは、前記遊離塩素除去手段が、活性炭ろ過装置であることを特徴としている。

また、本発明の純水製造システムは、前記ＲＯ装置が、極超低圧膜モジュールを有していることを特徴としている。

さらに、本発明の純水製造システムは、前記ＲＯ装置は、第１のＲＯ装置と第２のＲＯ装置とを含む二種類以上のＲＯ装置を備え、前記第１のＲＯ装置は、極超低圧膜モジュールを有し、前記第２のＲＯ装置は、超低圧膜モジュールを有していることを特徴としている。

上記純水の製造方法及び純水製造システムによれば、硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように原水を軟水装置で軟水化して被処理水を生成し、該被処理水をＲＯ膜で処理して生産水を生成するので、所望の高純度の純水を得ることができ、しかもＲＯ膜の酸化劣化の進行を抑制することが可能となる。

また、原水中に含有される遊離塩素を活性炭ろ過装置等の遊離塩素除去手段により除去した後、前記軟水化を行うので、軟水化された被処理水中には遊離塩素を含んでおらず、或いはたとえ被処理水中に遊離塩素を含んでいても微量に抑制することが可能となり、ＲＯ膜の酸化劣化の進行を効果的に抑制することが可能となる。

また、被処理水に対する前記生産水のシリカ除去率をシリカ除去率監視手段で監視するので、シリカ除去率の変動によりＲＯ膜の酸化劣化に起因したシステム異常に迅速に対処することが可能となる。

上記純水の製造方法及び純水製造システムで、ＲＯ膜を極超低圧膜で構成するので、ＲＯ装置を低い操作圧で駆動させることが可能となり、したがって不純物の除去率の向上と水回収率の向上を両立させながら、省エネルギー化を図ることができる。

また、被処理水を極超低圧膜で処理した後、より塩除去率の高い超低圧膜で処理し、前記生産水を生成するので、操作圧を低く抑えつつも、多段ＲＯ処理によって除去率をより一層向上させることが可能となり、省エネルギー運転しながらより高純度の純水を効率よく得ることが可能となる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。

図１は本発明に係る純水の製造方法に使用される純水製造システムの一実施の形態（第１の実施の形態）を示すシステム構成図である。

該純水製造システムは、地下水や水道水等の原水を供給する原水ポンプ１と、原水に含有される遊離塩素を除去する活性炭ろ過装置（遊離塩素除去手段）２と、活性炭ろ過装置２を通過した原水を軟水化して被処理水を生成する軟水装置３と、該被処理水を処理して生産水を生成するＲＯ装置（逆浸透膜ろ過装置）４と、前記生産水の通過流量を測定する流量計５とが給水ライン６上に順次配設され、該給水ライン６は給水タンク７に接続されている。

また、活性炭ろ過装置２の下流には残留塩素測定装置８が配され、原水中に含まれる遊離塩素、すなわち遊離残留塩素の濃度を測定する。また、軟水装置３の下流には硬度測定装置９が配され、軟水装置３から出水される被処理水の硬度を測定する。

ＲＯ装置４の上流側及び下流側にはそれぞれ第１及び第２のシリカ濃度測定装置１０ａ、１０ｂが配され、ＲＯ装置４で除去されるシリカの除去率が、前記第１及び第２のシリカ濃度測定装置１０ａ、１０ｂの測定結果に基づいて算出されるように構成されている。また、給水タンク７は、その下方側壁に圧力検知式の水位センサ１１が挿入されており、該水位センサ１１の検出水位に基づいて給水タンク５への生産水の給水を制御する。

尚、上記各構成要素は不図示の制御部に接続され、該制御部によりシステム全体が制御されている。

活性炭ろ過装置２は、ろ過塔内に粒状の活性炭（不図示）が収容されており、原水に含有される遊離塩素を除去する。また、この活性炭ろ過装置２には、タイマが内蔵されており、給水ライン６からの原水の供給を定期的に停止して再生処理を行う。すなわち、所定時間（例えば、１〜７／日）毎に再生モードに突入し、逆洗ポンプ（不図示）を駆動して給水タンク７に貯留された生産水を活性炭ろ過装置２に供給して逆洗した後、所定時間経過後に水洗し、活性炭に付着したゴミ等の異物を除去し、再生する。

この活性炭ろ過装置２は、例えば、原水に含まれる遊離塩素の含有量が微小である場合等、原水の水質によっては省略することが可能である。ただし、前記遊離塩素が原水中に多量に含まれている場合や、微生物を殺菌する目的で次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を意図的に原水に注入する場合等は、遊離塩素を除去してＲＯ膜の酸化劣化を防止するのが望ましく、活性炭ろ過装置２を設けるのが好ましい。

尚、上記再生モードでは、給水タンク７の生産水を使用して逆洗しているが、給水ライン６とは異なる別ラインから原水を活性炭ろ過装置２に供給して逆洗するようにしてもよい。

軟水装置３は、イオン交換塔内にナトリウム型の陽イオン交換樹脂（不図示）が収容されており、イオン交換塔に併設された塩水タンク（不図示）内には飽和食塩水が貯留されている。原水が給水ライン６から、軟水装置３に供給されると、原水に含まれる硬度成分、すなわちカルシウムイオン及びマグネシウムイオンが、陽イオン交換樹脂のナトリウムイオンとイオン交換されて除去され、これにより、硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように軟水化される。また、軟水装置３の陽イオン交換樹脂の交換能力が飽和状態になると、軟水装置３は通水モードから再生モードに切り替えられて飽和食塩水が塩水タンクから供給され、これにより陽イオン交換樹脂の再生が行われる。そして再生処理が終了すると、再び通水モードとなって原水が供給可能状態となる。

ここで、被処理水の硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように軟水化したのは、以下の理由による。

被処理水の硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌを超えると、該被処理水をＲＯ装置４に供給した場合、硬度が高過ぎるために被処理水中の不純物を十分に除去することができず、所望の高純度の純水を得るのが困難になる。特に、省エネルギー化の観点から、操作圧が０．５ＭＰａ以下の極超低圧膜をＲＯ膜に使用した場合は、不純物の除去率が低下するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、被処理水の硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように軟水装置３で軟水化し、これを被処理水としている。

また、このように被処理水の硬度を５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下とすることにより、例えば活性炭ろ過装置２の収着能力低下等により被処理水中に遊離塩素が含まれていても、該遊離塩素の含有量が微量であれば、該遊離塩素によるＲＯ膜の酸化劣化の進行を抑制することが可能である。

尚、軟水装置３の形式としては、被処理水の５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下に軟水化できるのであれば、特に限定されるものではない。例えば、通水及び再生剤（飽和食塩水）の双方を同一方向に流す並流再生方式、通水と再生剤とを互いに対向するように流す向流再生方式、通水を一方方向から流し、再生剤を分流してイオン交換樹脂床の両端部から中央部へ向けて流すようにしたスプリットフロー再生方式のいずれでもよいが、原水の水質が悪い、すなわち溶残塩類濃度が高い場合でも、目標純度の軟水を安定して確保することのできる向流再生方式、又はスプリットフロー再生方式を採用するのが好ましい。特に、スプリットフロー再生方式は、再生剤の押出しに生産水ではなく、原水を使用しても目標純度の軟水を確保することができるので、一層好ましい。

ＲＯ装置４は、極超低圧膜からなるＲＯ膜（ＲＯ膜エレメント）１２ａを内蔵したクロスフロー型のＲＯ膜モジュール１２と、加圧ポンプ１３とを有している。ＲＯ膜モジュール１２は、被処理水が流通する一次側とＲＯ膜１２ａを透過した透過水を出力する二次側とに分離されており、一次側は被処理水の流入ポートと該被処理水が濃縮された濃縮水の流出ポートとを有している。濃縮水の流出ポートには、排水弁１４及び循環ライン１５が接続され、濃縮水の一部が排出されつつ、残部が加圧ポンプ１３の上流側に還流されるようになっている。

尚、上記極超低圧膜は、ポリアミド等の合成高分子系材料からなり、２５℃における５００ｍｇ／ＬＮａＣｌ水溶液に対し、操作圧０．７ＭＰａで透過流束６０Ｌ／ｈ・ｍ^２・ＭＰａ以上、かつ塩除去率９８．５％以上の特性を有しており、本実施の形態では、０．５ＭＰａ以下の極超低圧の操作圧で膜ろ過分離処理が行われる。

このように構成された純水製造システムでは、原水ポンプ１から供給された原水が活性炭ろ過装置２に供給され、原水に含有される遊離塩素が除去される。次いで、残留塩素測定装置８では、原水中に遊離塩素が混入していないか否かを常時監視する。そして、遊離塩素の含有量が許容範囲（例えば、０．０５ｍｇＣｌ_２／Ｌ）を超えている場合は、活性炭ろ過装置２に異常が生じているおそれがあると判断し、システムの保守・点検を行う。

一方、原水中に遊離塩素が含まれていないか、含まれていても許容範囲内の場合は、原水を軟水装置３に供給する。そして、該軟水装置３で硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように原水を軟水化し、被処理水を生成する。

次いで、被処理水を硬度測定装置９で測定し、硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌを超えていないか否かを監視する。そして、被処理水の硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌを超えている場合は、軟水装置３に異常が生じているおそれがあると判断し、システムの保守・点検を行う。

一方、被処理水の硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下の場合は、給水ライン６を介して被処理水をＲＯ装置４に供給する。

ＲＯ装置４では、加圧ポンプ１３が駆動すると、ＲＯ膜１２ａには一次側から０．５ＭＰａ以下の操作圧が負荷され、膜ろ過分離されて高純度の透過水が二次側に出水し、これにより生産水を生成し、給水タンク７に貯留される。また、ＲＯ膜１２ａを透過しなかった濃縮水の一部は循環ライン１５を介して加圧ポンプ１３の上流側に還流され、残りは排水弁１４から排水される。

また、ＲＯ装置４の上流側及び下流側にそれぞれ配された第１及び第２のシリカ濃度測定装置１０ａ、１０ｂにより下記数式（１）に基づきシリカ除去率φを算出する。

φ＝{（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１}×１００ …（１）
ここで、Ｓ１は被処理水に含まれるシリカ濃度、Ｓ２は生産水に含まれるシリカ濃度を示す。

このようにシリカ除去率φを算出することにより、ＲＯ膜１２ａの酸化劣化を早期に発見し、ＲＯ膜１２ａの酸化劣化による除去率の低下等を極力回避することができる。

すなわち、各種不純物の除去率を監視する方法としては、電気伝導度やＮａ^＋、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^2-などのイオン種、或いはＭアルカリ度（被処理水がｐＨ４．８となるまでに必要な酸の量を炭酸カルシウムに換算して表示したもの）等で監視することも可能である。しかしながら、上記イオン種やＭアルカリ度等で被処理水の水質を監視した場合は、被処理水中に遊離塩素が含まれていても、これら不純物の除去率は、軟水を被処理水として供給している限り、経時的変動は殆ど生じない。

これに対しシリカの場合は、被処理水中に遊離塩素が含まれていると、軟水を被処理水としてＲＯ装置４に供給している場合であっても、通水初期からシリカ除去率φが通水時間に略比例して顕著に低下する。

したがって、第１及び第２のシリカ濃度測定装置１０ａ、１０ｂでシリカ除去率φを監視するのが好ましく、これによりＲＯ膜１２ａの酸化劣化を早期に検知することができ、システム異常に対して迅速に対処することができる。

このように本第１の実施の形態では、硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように原水を軟水装置３で軟水化して被処理水を生成し、該被処理水をＲＯ膜１２ａで処理して生産水を生成するので、所望の高純度の純水を得ることができ、しかもＲＯ膜の酸化劣化の進行を抑制することが可能となる。

また、原水中に含有される遊離塩素を活性炭ろ過装置２により除去した後、軟水装置３で軟水化を行うので、軟水化された被処理水中には遊離塩素を含んでおらず、或いはたとえ被処理水中に遊離塩素を含んでいても微量に抑制することが可能となり、ＲＯ膜１２ａの酸化劣化の進行を効果的に抑制することが可能となる。

さらに、被処理水に対する前記生産水のシリカ除去率φを第１及び第２のシリカ濃度測定装置１０ａ、１０ｂの測定結果に基づいて算出しているので、シリカ除去率φの変動によりＲＯ膜１２ａの酸化劣化に起因したシステム異常に迅速に対処することが可能となる。

また、ＲＯ膜１２ａに極超低圧膜を使用しているので、０．５ＭＰａ以下の操作圧で運転しても高い除去率を維持して水回収率を向上させることが可能であり、省エネルギー運転しながら安定した高純度の純水を得ることができる。

図２は本発明の純水製造システムの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。

本第２の実施の形態では、第１の実施の形態のＲＯ装置４に代えて、第１のＲＯ装置１７と第２のＲＯ装置１９とが直列接続され、かつ第１のＲＯ装置１７における第１のＲＯ膜１６ａが極超低圧膜で構成され、第２のＲＯ装置１９における第２の第ＲＯ膜１８ａが超低圧膜で構成されている。

すなわち、第１のＲＯ装置１７は、極超低圧膜からなる第１のＲＯ膜１６ａを内蔵したクロスフロー型の第１のＲＯ膜モジュール１６と、第１の加圧ポンプ２０とを有している。第１のＲＯ膜モジュール１６は、被処理水が流通する一次側と第１のＲＯ膜１６ａを透過した透過水を出力する二次側とに分離されており、一次側の被処理水の流入ポートと該被処理水が濃縮された濃縮水の流出ポートとを有している。濃縮水の流出ポートには、第１の排水弁２１及び第１の循環ライン２２が接続され、濃縮水の一部が排水されつつ、残部が第１の加圧ポンプ２０の上流部に還流されるようになっている。

尚、上記極超低圧膜は、第１の実施の形態と同様、ポリアミド等の合成高分子系材料からなり、２５℃における５００ｍｇ／ＬＮａＣｌ水溶液に対し、操作圧０．７ＭＰａで透過流束６０Ｌ／ｈ・ｍ^２・ＭＰａ以上、かつ塩除去率９８．５％以上の特性を有しており、本実施の形態では、０．５ＭＰａ以下の操作圧で膜ろ過分離処理が行われる。

また、第２のＲＯ装置１９は、超低圧膜からなる第２のＲＯ膜１８ａを内蔵したクロスフロー型の第２のＲＯ膜モジュール１８と、第２の加圧ポンプ２３とを有している。第２のＲＯ膜モジュール１８も、第１のＲＯ膜モジュール１６と同様、被処理水が流通する一次側と第２のＲＯ膜１８ａを透過した透過水を出力する二次側とに分離されており、一次側は被処理水の流入ポートと該被処理水が濃縮された濃縮水の流出ポートとを有している。濃縮水の流出ポートには、第２の排水弁２４及び第２の循環ライン２５が接続され、濃縮水の一部が排水されうつつ、残部が第２の加圧ポンプ２３の上流部側に還流されるようになっている。

尚、上記超低圧膜は、ポリアミド等の合成高分子系材料からなり、２５℃における５００ｍｇ／ＬＮａＣｌ水溶液に対し、操作圧０．７５ＭＰａで透過流速４５Ｌ／ｈ・ｍ^２・ＭＰａ以上、かつ塩除去率９９％以上の特性を有しており、本実施の形態では、０．７ＭＰａ以下の操作圧で膜ろ過分離処理が行われる。

また、第１のＲＯ装置１７の上流側及び下流側にはそれぞれ第１及び第２のシリカ濃度測定装置２６ａ、２６ｂが配され、第２のＲＯ装置１９の下流側には第３のシリカ濃度測定装置２６ｃが配されている。そして、第１及び第２のシリカ濃度測定装置２６ａ、２６ｂの測定結果に基づいて第１のＲＯ膜１６ａのシリカ除去率φ１が算出され、第２及び第３のシリカ濃度測定装置２６ｂ、２６ｃの測定結果に基づいて第２のＲＯ膜１８ａのシリカ除去率φ２が算出され、これにより第１のＲＯ膜１６ａ、第２のＲＯ膜１８ａの酸化劣化の状態を監視している。

このように構成された純水製造システムでは、第１の実施の形態と同様、活性炭ろ過装置２で遊離塩素を除去した後、原水を硬度５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下に軟水化して被処理水を生成し、該被処理水が第１のＲＯ装置１７に給水される。そして、第１のＲＯ装置１７では、第１の実施の形態と同様、高純度の純水が生成され、さらに、この純水が被処理水として第２のＲＯ装置１９に供給される。

そして、第１のＲＯ装置１７で純水が既に得られており、かつ第２のＲＯ装置１９では、塩除去率が第１のＲＯ装置１７より高いことから、不純物の除去率をより一層高めることができる。そして、第２のＲＯ装置１９には純水が供給されることから、通常の操作圧よりも低い圧力でより高純度の純水を得ることができ、省エネルギー化にも寄与することができる。しかも、第１のＲＯ膜１６ａに極超低圧膜を使用しているので、第１の加圧ポンプ２０の能力に余裕が生まれる。このため、低温時にはポンプ回転数を増加して操作圧を上昇させることが容易にでき、定格処理水量を得ることが可能となる。

このように本第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように原水を軟水装置３で軟水化して被処理水を生成し、その後、被処理水を極超低圧膜の第１のＲＯ膜１６ａ及び超低圧膜の第２のＲＯ膜１８ａで処理して生産水を生成するので、不純物の除去率をより一層高めることができる。したがって省エネルギー運転をしながら、より一層の高純度の純水を高効率で得ることができ、しかもＲＯ膜の酸化劣化の進行を抑制することが可能となる。

また、第１の実施の形態と同様、原水に含有される遊離塩素を活性炭ろ過装置２により除去した後、軟水装置３で軟水化を行うので、軟水化された被処理水中には遊離塩素を含んでおらず、或いはたとえ被処理水中に遊離塩素を含んでいても微量に抑制することが可能となり、第１及び第２のＲＯ膜１６ａ、１８ａの酸化劣化の進行を効果的に抑制することが可能となる。

さらに、被処理水に対する前記生産水のシリカ除去率φ１、φ２を第１〜第３のシリカ濃度測定装置２６ａ〜２６ｃの測定結果に基づいて算出しているので、シリカ除去率φ１、φ２の変動により第１及び第２のＲＯ膜１６ａ、１８ａの酸化劣化に起因したシステム異常に迅速に対処することが可能となる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記各実施の形態では、活性炭ろ過装置で遊離塩素を除去しているが、活性炭ろ過装置に代えて、重亜硫酸ナトリウム等の還元剤を原水に注入して原水中の遊離塩素を還元除去するようにしてもよい。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

この実施例１では、被処理水としての試験水の硬度を変化させ、各硬度における電気伝導度除去率（以下、「ＥＣ除去率」という。）を算出し、試験水硬度とＥＣ除去率との関係を調べた。

尚、ＥＣ除去率とは、ＲＯ膜に供給される試験水の電気伝導度を１００とした場合の透過水の電気伝導度をいい、数式（２）により算出した。

ＥＣ除去率（％）＝{（Ｅ１−Ｅ２）／Ｅ１}×１００ ・・・（２）
ここで、Ｅ１はＲＯ膜に供給される試験水の電気伝導度、Ｅ２は透過水の電気伝導度を示す。

図３は、実施例１で使用した実験装置の模式構成図である。

すなわち、この実験装置は、試験水が貯留される給水タンク３１と、ＲＯ膜モジュール３２とを備えている。また、ＲＯ膜モジュール３２の給水側、濃縮水側、及び透過水（生産水）側にはそれぞれ第１〜第３の圧力計３３ａ〜３３ｃが設けられている。そして、給水タンク３１とＲＯ膜モジュール３２とは給水ライン３４で接続されると共に、該給水ライン３４には給水ポンプ３５が介装されている。

そして、ＲＯ膜モジュール３２で膜ろ過分離された透過水は透過水ライン３６を経て給水タンク３１に回収される一方、濃縮水の一部は濃縮水循環ライン３７を介して給水ライン３４に還流され、かつ前記濃縮水の残部は排水ライン３８を介して給水タンク３１に回収される。このように本実施例では、濃縮水と透過水の双方が給水タンク３１に回収されることから、給水タンク３１内の試験水の水質は、常に一定に保持されることになる。

また、給水タンク３１にはヒータ３９が付設されると共に、給水循環ライン４０が接続されている。この給水循環ライン４０には、循環ポンプ４１及びチラー４２が介装され、ヒータ３９とチラー４２とを調整することにより、給水タンク３１内の試験水が、常に２５℃前後となるように設定される。尚、配管適所には流量計４３ａ〜４３ｃ及び弁４４ａ〜４４ｄが配されている。

ここで、ＲＯ膜モジュール３２に内蔵されるＲＯ膜３２ａには、以下の性能を有する極超低圧膜を使用した。

〔ＲＯ膜の性能〕
膜素材：ポリアミド系高分子
膜面積：３７．２ｍ^２
透過流束：６０Ｌ／ｈ・ｍ^２・ＭＰａ以上
塩除去率：９８．５％以上
尚、上記ＲＯ膜の特性は、５００ｍｇ／ＬＮａＣｌ水溶液について、２５℃における操作圧を０．７ＭＰａとし水回収率を１５％とした場合を示している。

上述のように構成された実験装置を使用し、以下のようにして実験した。

まず、予め活性炭ろ過装置及び軟水装置で処理された試験水を給水タンク３１に貯留し、チラー４２とヒータ３９を調整して試験水温度が２５℃前後となるようにした。尚、試験水温度を略一定にしたのは、温度によって水の粘性が変動することから、ＥＣ除去率等に影響を及ぼすのを回避するためである。

次いで、弁４４ａを開いて給水ポンプ３５を駆動させ、透過水量が１０００Ｌ／ｈとなるようにインバータ（不図示）で周波数調整を行いながら、試験水をＲＯ膜モジュール３２に供給した。尚、操作圧は０．３〜０．４ＭＰａの間で変動したが、０．５ＭＰａ以下に抑制できることを確認した。

次いで、ＲＯ膜３２ａで試験水を透過水と濃縮水とに膜ろ過分離し、透過水を給水タンク３１に回収した。また、濃縮水については透過水と排水との比が約７：３となるように弁４４ｂ及び弁４４ｃを操作し、循環水は濃縮水循環ライン３７を介して給水ライン３４に還流し、一方、排水は排水ライン３８を介して給水タンク３１に還流した。

そして、給水タンク３１に塩化カルシウムを添加して、試験水の硬度を種々設定し、上述の方法で実験装置に試験水を通水した。

尚、試験水硬度の設定は、試験水硬度が所定値となるように、塩化カルシウムの理論添加量を予め算出しておき、給水タンク３１内の試験水に前記理論添加量を適宜添加して行った。

そして、ＩＣＰ発光分光装置（セイコーインスツルメンツ社製VISTA-MPX）を使用し、各実験毎に試験水の硬度を測定した。さらに、試験水及び透過水を各実験毎にサンプリングし、電気伝導度計（東亜ＤＫＫ社製ＣＭ−２１Ｐ）で電気伝導度を測定し、この測定結果に基づいてＥＣ除去率を算出した。

表１は試験Ｎｏ．１〜９における試験水硬度、ＥＣ除去率、及び試験水温度を示している。

図４は試験水硬度とＥＣ除去率及び試験水温度との関係をプロットした図であり、図５は図４のＡ部拡大図、図６は図４のＢ部拡大図である。いずれも横軸が試験水硬度（ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ）、左縦軸がＥＣ除去率（％）、右縦軸が試験水温度（℃）であり、実線がＥＣ除去率、破線が試験水温度を示している。

この表１及び図４〜６から明らかなように、試験水硬度が高くなるに伴いＥＣ除去率が低下している。そして、試験Ｎｏ．３、４に示すように、試験水硬度が４．８ｍｇＣａＣＯ_３／ＬのときはＥＣ除去率は９８．６％となって９８．５％以上を確保できたが、試験水硬度が１２．９ｍｇＣａＣＯ_３／ＬになるとＥＣ除去率は９８．４％となって９８．５％未満に低下した。

したがって、９８．５％以上のＥＣ除去率を確保して高純度の純水を安定的に供給するためには、試験水硬度、すなわちＲＯ装置に供給されるべき被処理水の硬度を５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下に抑制する必要のあることが分かった。

尚、本実施例では塩化カルシウムを添加して試験水硬度を変えているが、塩化カルシウムを添加した場合、塩化物イオン及びカルシウムイオンの双方が増加すると考えられる。したがって、ＥＣ除去率の低下が塩化物イオンに依るものか、或いはカルシウムイオンに依るものかは不明である。

そこで、本実施例では、別途、試験水の電気伝導度が同一となるように試験水に塩化ナトリウム又は塩化カルシウムをそれぞれ添加して比較試験を行った。その結果、塩化ナトリウム又は塩化カルシウムの添加によりいずれの試験でも電気伝導度は上昇した。しかし、ＥＣ除去率については、塩化カルシウムを添加した試験では低下したが、塩化ナトリウムを添加した試験では低下しなかった。したがって、塩化カルシウムを添加によって、カルシウムイオンが増加して硬度が上昇し、これによりＥＣ除去率が低下したものと思われる。

このようにして上記ＥＣ除去率の低下は、塩化物イオンの増加に依るものではなく、カルシウムイオンの増加に依るものであることを確認した。

そして、この実施例１により、９８．５％以上のＥＣ除去率を確保して高純度の純水を得るためには、被処理水の硬度を５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下に軟水化する必要のあることが確認された。

実施例２では、原水として水道水を軟水処理した軟水、及び水道水（硬水）を使用して通水時間と透過流束及び除去率の関係を調べ、これらがＲＯ膜の酸化劣化に及ぼす影響を確認した。

図７は実施例２で使用した実験装置の模式構成図である。

この実験装置は、原水供給ライン４５上に軟水装置４６が配されており、軟水装置４６で軟水化された軟水が試験水として給水タンク４７に貯留されるように構成されている。さらに、給水タンク４７とＲＯ膜モジュール４８とが給水ライン４９で接続されると共に、該給水ライン４９には給水ポンプ５０が介装されている。

尚、ＲＯ膜モジュール４８に内蔵されるＲＯ膜４８ａとしては、実施例１と同様の性能を有する極超低圧膜を使用した。

原水供給ライン４５には軟水装置４６をバイパスするバイパスライン５１が接続され、遊離塩素を含んだ原水が軟水装置４６を介さずに直接給水タンク４７に供給されるように構成されている。

そして、ＲＯ膜モジュール４８で試験水（又は原水）は透過水と濃縮水とに膜ろ過分離され、透過水は透過水ライン５２に出水される一方、濃縮水の一部は濃縮水循環ライン５３を介して給水ライン４９に還流されると共に、前記濃縮水の残部は排水ライン５４から外部に排水される。

尚、ＲＯ膜モジュール４８の給水側、濃縮水側、及び透過水側にはそれぞれ第１〜第３の圧力計５６ａ〜５６ｃが設けられ、さらに、配管適所には流量計５７ａ〜５７ｃ及び弁５８ａ〜５８ｃが配されている。

給水ライン４９を流れる水をサンプリングし、残留塩素測定装置で遊離塩素を測定したところ、０．４ｍｇ／Ｌであった。また、給水タンク４７に貯留された試験水（軟水）をサンプリングし、硬度測定装置で硬度を測定したところ、５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下であった。

次いで、このような遊離塩素を含有した試験水を、実施例１と同様、試験水温度を略一定にしてＲＯ膜モジュール４８に長時間連続して通水し、ＥＣ除去率、シリカ除去率、及び透過流束を測定し、その経時変化を調べた。尚、操作圧は０．１８〜０．４０ＭＰａの範囲で変動したが、０．５ＭＰａ以下に抑制できることを確認した。

図８はその測定結果を示している。横軸が通水時間（ｈ）、左縦軸が除去率（％）及び透過流束（Ｌ／ｈ・ｍ^２・ＭＰａ）、右縦軸が試験水温度（℃）である。（Ｉ）がシリカ除去率（％）、（II）がＥＣ除去率（％）、（III）が透過流束（Ｌ／ｈ・ｍ^２・ＭＰａ）、（IV）が試験水温度（℃）を示している。図中、Ｔが軟水供給区間、すなわち軟水装置４６で軟水処理された試験水を供給した区間である。軟水供給区間Ｔが経過した後は、通水経路をバイパスライン５１に切り替え、ＲＯ膜モジュール４８に原水である水道水（硬水）を直接供給した。

この図８から明らかなように、通水時間の経過と共に透過流束が上昇している。すなわち、軟水供給区間Ｔであっても、遊離塩素を除去していないため、軟水中には遊離塩素が含まれており、このためＲＯ膜４８ａの酸化劣化が進み、透過流束が増加している。また、軟水供給区間Ｔでは、ＥＣ除去率は殆ど変化していないが、シリカ除去率は通水初期から通水時間に略比例して顕著に低下している。そして、軟水供給区間Ｔの経過後、原水（硬水）供給に切り替えた時点で透過流束は更に上昇し、かつＥＣ除去率が急激に低下している。

すなわち、遊離塩素の除去処理を行わずに、被処理水中に相当量の遊離塩素を含んでいる場合は、ＲＯ膜の酸化劣化は進行するが、ＥＣ除去率は殆ど変動しない。したがって電気伝導度を監視していても酸化劣化の状態を迅速に把握することができない。

これに対しシリカ除去率は通水初期から通水時間に略比例して経時的に低下している。したがって、シリカ除去率を常時監視しておくことにより、遊離塩素に起因した酸化劣化を迅速に把握することができ、システム異常に迅速に対処することが可能である。

図９は、ナトリウムイオン及び硫酸イオンの除去率をシリカ除去率と比較したものであり、横軸は通水時間（ｈ）、縦軸は除去率（％）である。（Ｉ）はシリカ、（II）はナトリウムイオン、（III）は硫酸イオンの各除去率を示している。

ナトリウムイオン及び硫酸イオンの除去率は、イオンクロマトグラフ法（ダイオネクス社製ＩＣＳ−１０００）で試験水及び透過水のナトリウムイオン濃度及び硫酸イオン濃度を測定して求めた。尚、塩化物イオン、Ｍアルカリ度についても除去率を求めたが、ナトリウムイオンと略同様の除去率を示したので、図示は省略した。

この図９から明らかなように、軟水中に遊離塩素を含んでいるので、シリカ除去率は、通水初期から通水時間に略比例して経時的に低下しているが、ナトリウムイオンや硫酸イオンは、電気伝導度の場合（図８参照）と同様、軟水供給区間Ｔでは除去率が殆ど変動していない。

したがって、被処理水中に相当量の遊離塩素を含んでいる場合は、シリカ除去率を常時監視してＲＯ膜の酸化劣化に迅速に対処するのが好ましいことが分かった。

本発明に係る純水の製造方法に使用される純水製造システムの一実施の形態（第１の実施の形態）を示すシステム構成図である。 本発明に係る純水の製造方法に使用される純水製造システムの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。 実施例１で使用した実験装置の模式構成図である。 被処理水の硬度とＥＣ除去率及び被処理水温度との関係を示す図である。 図４のＡ部拡大図である。 図４のＢ部各大図である。 実施例２で使用した実験装置の模式構成図である。 通水時間と、除去率、透過流束、及び被処理水温度との関係を示す図である。 通水時間と除去率との関係を示す図である。

符号の説明

２ 活性炭ろ過装置（遊離塩素除去手段）
３ 軟水装置
４ ＲＯ装置
１０ａ 第１のシリカ濃度測定装置
１０ｂ 第２のシリカ濃度測定装置
１２ａ ＲＯ膜（極超低圧膜）
１６ａ 第１のＲＯ膜（極超低圧膜）
１７ 第１のＲＯ装置
１８ａ 第２のＲＯ膜（超低圧膜）
１９ 第２のＲＯ装置
２６ａ 第１のシリカ濃度測定装置
２６ｂ 第２のシリカ濃度測定装置
２６ｃ 第３のシリカ濃度測定装置

Claims (10)

1. 硬度が５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように原水を軟水化して被処理水を生成し、該被処理水を逆浸透膜で処理して生産水を生成することを特徴とする純水の製造方法。
2. 前記原水中に含有される遊離塩素を除去した後、前記軟水化を行うことを特徴とする請求項１記載の純水の製造方法。
3. 前記被処理水に対する前記生産水のシリカ除去率を監視することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の純水の製造方法。
4. 前記逆浸透膜は、極超低圧膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の純水の製造方法。
5. 前記逆浸透膜は、少なくとも極超低圧膜と超低圧膜とを含む二種類以上からなり、前記被処理水を前記極超低圧膜で処理した後、前記超低圧膜で処理し、前記生産水を生成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の純水の製造方法。
6. 原水を軟水化して被処理水を生成する軟水装置と、該軟水装置で生成された前記被処理水を処理して生産水を生成する逆浸透膜ろ過装置とを備えた純水製造システムにおいて、
   前記原水に対する生産水のシリカ除去率を監視するシリカ除去率監視手段を備えると共に、
   前記軟水装置は、５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下となるように原水を軟水化して被処理水を生成する被処理水生成手段を有していることを特徴とする純水製造システム。
7. 前記原水に含有される遊離塩素を除去する遊離塩素除去手段を備えていることを特徴とする請求項６記載の純水製造システム。
8. 前記遊離塩素除去手段は、活性炭ろ過装置であることを特徴とする請求項７記載の純水製造システム。
9. 前記逆浸透膜ろ過装置は、極超低圧膜モジュールを有していることを特徴とする請求項６乃至至請求項８のいずれかに記載の純水製造システム。
10. 前記逆浸透膜ろ過装置は、第１の逆浸透膜ろ過装置と第２の逆浸透膜ろ過装置とを含む二種類以上の逆浸透膜ろ過装置を備え、
    前記第１の逆浸透膜ろ過装置は、極超低圧膜モジュールを有し、前記第２の逆浸透膜ろ過装置は、超低圧膜モジュールを有していることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の純水製造システム。

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