JP7225544B2 - 純水又は超純水の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、本明細書において、BTC(Break through capacity)とは、ホウ素吸着塔の貫流交換容量をさし、BTP(Break through point)とは、その貫流点(破過点)をさす。
一次純水システムの役割は前処理水中のイオン成分やTOCの大部分を除去することにあり、RO装置(逆浸透膜装置)、脱気膜装置、脱イオン装置などによって構成される。このうち、脱イオン装置は水量やノンケミカルなどのニーズに応じてイオン交換樹脂による複数床式イオン交換装置、混床式イオン交換装置、電気脱イオン装置などから選択される。
サブシステムの役割は、一次純水システムでなし得なかった微量のイオンやTOC及び微粒子の除去にある。
従来、水中のホウ素濃度を低減する手段の一つに、ホウ素キレート樹脂(ホウ素選択性イオン交換樹脂)又はアニオン交換樹脂の利用が挙げられる。ホウ素キレート樹脂は、樹脂内部のN-メチルグルカミン基(NMG)とホウ素との反応によって、水中のホウ素を固定化して除去する樹脂である。
特許文献2には、非薬品再生型脱塩装置(2段RO、電気再生式脱塩装置、蒸留装置)の後段でホウ素キレート樹脂に接触させることが記載されている。
特許文献3には、アニオン交換樹脂によるホウ素の除去に当たり、被処理水の水温を低下させてホウ素BTCを上げることが記載されている。
特許文献4には、ホウ素を吸着したアニオン交換樹脂に温純水を通水してホウ素を脱着させて再生することでホウ素BTCを上げることが記載されている。
このような技術的要求において、従来技術は十分ではなく、例えば、前述の特許文献1,2の方法では、単純な配置でホウ素を除去することは可能であるが、ホウ素キレート樹脂に合わせた最適な運転制御を行っておらず、適正化を図ることができない。
特許文献3の方法は、水温調整によってリークしやすいホウ素を樹脂内に留まらせ、樹脂の吸着容量を有効利用するものであるが、水温調整のために、熱交換器の設置が必要なうえに、その効果は十分なものとは言えない。
特許文献4の方法では、ホウ素の脱離分だけ新たにホウ素除去が見込めるが、この方法でも十分な吸着容量の向上効果は得られず、また、温水のコストもかかる。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
本発明により、ホウ素BTPに応じて、給水ホウ素濃度と通水SVの積或いは給水ホウ素濃度と通水SVと通水時間の積を所定値以下とすることで、ホウ素BTCを上げることができるメカニズムは以下の通り考えられる。
即ち、例えば、吸着容量0.7eq/L-Rの樹脂を1L用いた場合、理論上は7.5g程度のホウ素を吸着除去できるはずであるが、超純水として求められるホウ素濃度1~10ng/Lの処理水を得るべくホウ素BTPを1~10ng/Lに設定した場合、ホウ素は50~300mg程度しか除去できない(即ち、吸着容量50~300mg/L-R)。
これは、ホウ素の反応が遅いので、樹脂であれば外周部に吸着したホウ素が樹脂内に拡散する速度が非常に遅くなることから、樹脂内部をホウ素の吸着除去に活用できていないためである。
給水負荷を極端に下げたり、非常にゆっくり通水すると、ホウ素が樹脂内を拡散し、樹脂の内部を効率的にホウ素の吸着に使うことができるようになり、ホウ素BTCを高くすることができるようになる。
給水ホウ素濃度と通水SVと通水時間の積についても同様である。
本発明では、ホウ素選択性吸着体を充填したホウ素吸着塔にホウ素含有水を通水してホウ素含有水中のホウ素を除去するに当たり、予め設定したホウ素BTPに応じて、給水ホウ素含有水(ホウ素吸着塔に流入する水)のホウ素濃度と通水SVとの積、或いは給水ホウ素濃度と通水SVと通水時間との積が、所定値以下となるような条件で処理を行う。
例えば、医薬用、食品用、飲料用、半導体用水として用いられる超純水の製造装置において、複数のイオン交換塔を直列に接続し、イオン交換塔の再生又は交換に当たり、最もイオン成分濃度の高い水が導入される最前段のイオン交換塔を再生し、再生したイオン交換塔を最後段に設置するか、或いは、最前段のイオン交換塔を取り外し、最後段のイオン交換塔の更に後段に新しいイオン交換塔を設置する、所謂メリーゴーランド方式の再生又は交換方式が知られているが、本発明をこのようなメリーゴーランド方式に適用し、複数のホウ素吸着塔を直列に設け、順次通水を停止するホウ素吸着塔を変えてゆき、各々のホウ素吸着塔において、一定期間通水を行わないようにすることで、運転中の通水SVはそのままで単位時間当たりの通水SV(時間平均負荷量)を下げ、樹脂内部へのホウ素の浸透時間を確保してホウ素BTCを上げることができる。
また、複数のホウ素吸着塔を並列に接続し、順次通水を行うホウ素吸着塔と通水を停止するホウ素吸着塔を変えてゆき、各々のホウ素吸着塔において、一定時間通水を行わないようにすることで、運転中の通水SVはそのままで、単位時間当たりの通水SV(時間平均負荷)を下げ、樹脂内部へのホウ素の浸透時間を確保してホウ素BTCを上げることができる。
このような通水の停止による通水SV(時間平均負荷)の低減は、被処理水中のホウ素濃度が高い場合に特に有効である。
本発明において、ホウ素BTPに応じて給水ホウ素濃度と通水SVの積、或いは、給水ホウ素濃度と通水SVと通水時間の積をどのように設定するかは、用いるホウ素選択性吸着体のホウ素吸着能と所望とするホウ素BTCに応じて決定されるものであるが、例えば、次のように条件設定することが好ましい。
望ましくは、通水SV(1/h)と給水ホウ素濃度(μg/L)の積を100以下、通水SV(1/h)と給水ホウ素濃度(μg/L)と運転時間(h)の積は2400以下、さらに望ましくは通水SV(1/h)と給水ホウ素濃度(μg/L)の積を60以下、通水SV(1/h)と給水ホウ素濃度(μg/L)と運転時間(h)の積は1440以下に設定する。
本発明で用いるホウ素選択性吸着体としては、ホウ素キレート樹脂(ホウ素選択性キレート樹脂)のような粒状物でも良く、繊維状物でも良い。
ホウ素選択性吸着体としては、イオン交換作用でホウ素を吸着するものや、キレート作用でホウ素を吸着するものなど、各種のものを用いることができるが、例えば、市販のホウ素選択性キレート樹脂の「ダイヤイオンCRB」(三菱ケミカル(株))、ホウ素選択性キレート繊維の「キレストファイバーGRY」(キレスト(株))等を用いることができる。
例えば、「ダイヤイオンCRB02」は、以下に示す如く、スチレン・ジビニルベンゼンの骨格にホウ素選択性の高いキレート形成基としてNグルカミン基を導入した化学構造を有している。
本発明のホウ素の除去方法を純水又は超純水の製造方法に適用することで、ホウ素濃度が十分に低減された純水又は超純水を安定かつ効率的に得ることができる。
この場合、本発明によるホウ素吸着塔は、サブシステムの入口側(一次純水システムの最後段)に設け、十分に通水SVを下げて運転を行うことで、ホウ素BTCを上げた上で、ホウ素濃度1~10ng/Lというような高水質の純水又は超純水を安定に製造することができ、通常3年毎、好ましくは5年毎のホウ素選択性吸着体の交換で運転を継続することが可能となる。
三菱ケミカル(株)製ホウ素キレート樹脂「CRBT03」を樹脂量として600mL-R充填したホウ素吸着塔に、ホウ素濃度1μg/Lの給水を通水して処理するときのホウ素BTPを50ng/Lに設定し、通水SVを種々に変えて、ホウ素BTCを調べる実験を行った。
その結果、通水SVとホウ素BTCとの関係は、下記表1の通りであり、これをグラフ化すると図1の通り、同じホウ素BTPであっても通水SVにより、ホウ素BTCは大きく異なること、通水SVを低くすることで、ホウ素BTCを大きくすることができることが判明した。
実験例1において、ホウ素BTPを1ng/L、10ng/L又は100ng/Lに設定したこと以外は同様にして実験を行い、通水SV(1/h)と給水ホウ素濃度(μg/L)の積と、ホウ素BTCとの関係を調べ、結果を図2(a),(b),(c)に示した。
図2(a),(b),(c)より、いずれのホウ素BTPの場合も、通水SVと給水ホウ素濃度との積を所定値以下とすることで、ホウ素BTCを大きくすることができることが分かる。
具体的には、ホウ素BTP1ng/Lの場合は通水SVと給水ホウ素濃度との積は80μg/L/h以下に、ホウ素BTP10ng/Lの場合は通水SVと給水ホウ素濃度との積は120μg/L/h以下に、ホウ素BTP100ng/Lの場合には通水SVと給水ホウ素濃度との積は200μg/L/h以下となるように条件設定することが好ましいことが分かる。
Claims (6)
- ホウ素含有水をホウ素選択性吸着体が充填されたホウ素吸着塔に通水してホウ素を除去するホウ素の除去方法によりホウ素を除去する工程を有する純水又は超純水の製造方法であって、
該ホウ素を除去する工程において、該ホウ素吸着塔の給水のホウ素濃度と該ホウ素吸着塔への該ホウ素含有水の通水SVとの積が所定値以下となる条件で該ホウ素含有水を通水し、
予め設定された該ホウ素吸着塔のホウ素BTPに応じて、該所定値を設定することにより、ホウ素濃度1~10ng/Lの純水又は超純水を製造することを特徴とする純水又は超純水の製造方法。 - 請求項1において、前記通水SVと給水ホウ素濃度との積が所定値以下となるように、該通水SV、及び/又は、前記ホウ素吸着塔に充填するホウ素選択性吸着体量を設定することを特徴とする純水又は超純水の製造方法。
- ホウ素含有水をホウ素選択性吸着体が充填されたホウ素吸着塔に通水してホウ素を除去するホウ素の除去方法によりホウ素を除去する工程を有する純水又は超純水の製造方法であって、
該ホウ素を除去する工程において、該ホウ素吸着塔の給水のホウ素濃度と該ホウ素吸着塔への該ホウ素含有水の通水SVと該ホウ素含有水の通水時間との積が所定値以下となる条件で該ホウ素含有水を通水し、
予め設定された該ホウ素吸着塔のホウ素BTPに応じて、該所定値を設定することにより、ホウ素濃度1~10ng/Lの純水又は超純水を製造することを特徴とする純水又は超純水の製造方法。 - 請求項3において、前記通水SVと給水ホウ素濃度と通水時間との積が所定値以下となるように、該通水SVの設定、前記ホウ素吸着塔に充填するホウ素選択性吸着体量の設定、及び通水時間の制御のいずれかを行うことを特徴とする純水又は超純水の製造方法。
- 請求項3において、複数の前記ホウ素吸着塔を用い、該複数のホウ素吸着塔のうちの一部のホウ素吸着塔に前記給水の通水を継続しながら、前記通水SVと給水ホウ素濃度と通水時間との積が所定値以下となるように、他のホウ素吸着塔に通水の停止期間を設定することを特徴とする純水又は超純水の製造方法。
- 請求項5において、前記複数のホウ素吸着塔が並列に接続されており、該複数のホウ素吸着塔のうちの一部のホウ素吸着塔に前記給水の通水を継続しながら、他のホウ素吸着塔に通水の停止期間を設定することを特徴とする純水又は超純水の製造方法。
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