JP7289206B2 - ホウ素除去装置及びホウ素除去方法、並びに、純水製造装置及び純水の製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、微量の不純物としてホウ素の低減が求められている。このため、ホウ素濃度を低減することを目的として、従来海水淡水化で用いられるような高圧型逆浸透膜(高圧RO)とイオン交換装置を組み合わせた方法が提案されている(特許文献1)。
そこで、本発明は、水中のホウ素濃度を低減することを課題とした。
すなわち、本発明は、被処理水が供給される低圧型逆浸透膜装置と、前記低圧型逆浸透膜装置からの透過水のpHを5.0~9.0に調整するpH調整装置と、前記pH調整装置によってpH調整された調整水が供給される高圧型逆浸透膜装置と、前記高圧型逆浸透膜装置からの透過水が供給される電気再生式脱イオン装置と、を有するホウ素除去装置及び前記装置を用いたホウ素除去方法に関する。
そして、被処理水10は、前記低圧型逆浸透膜装置30によって被処理水中のイオン成分および有機物等の懸濁物質が除去され、次いで、その透過水が前記pH調整装置40によってpH=5.0~9.0、好ましくは、pH=5.5~8.5、さらに好ましくはpH=7.0~8.5に調整される。なおpH=9.0を超える範囲で調整した場合、前記高圧型逆浸透装置50におけるホウ素阻止率は向上するものの、アルカリがリークし前記電気再生式脱イオン装置(EDI)60の性能を低下させるため好ましくない。またpH=7.0~8.5に調整する場合は、水中の炭酸成分の大部分がイオン化するため、炭酸成分の阻止率が向上する。これにより前記電気再生式脱イオン装置(EDI)60の負荷が低減することで、ホウ素の除去率をさらに向上させることができる。その後、前記pH調整水が、前記高圧型逆浸透装置50及び前記電気再生式脱イオン装置(EDI)60よってホウ素が除去されることにより、ホウ素含有量が低減された処理水20が得られる。pH調整装置40は、図1に示すとおり、ライン中の水にpH調整剤を薬注ポンプで直接注入するものの他、ライン上にタンクを設けてpH調整剤を添加混合してもよい。前記pH調整水はポンプ45によって、圧力1.0~4.0MPa、好ましくは、1.5~2.0MPaで高圧型逆浸透膜装置50に供給される。
そして、被処理水10は、前記低圧型逆浸透膜装置30によって被処理水中のイオン成分および有機物等の懸濁物質が除去され、次いで、その透過水が前記pH調整装置40によってpH=5.0~9.0、好ましくは、pH=5.5~8.5に調整される。その後、前記pH調整水が、前記高圧型逆浸透装置50及び前記電気再生式脱イオン装置(EDI)60で処理されることによって効率的にホウ素が除去される。その処理水中に残存した全有機炭素(TOC)成分は紫外線酸化装置(UV)70により有機酸及び二酸化炭素に分解され、カートリッジポリッシャー(CP)80によりイオン交換処理され、最終的に純水90が製造される。半導体製造等においては、純水90を一次純水として、サブシステムに供給されて超純水が製造される。
低圧膜、超低圧膜としては、有効圧力1MPa、水温25℃における純水の透過流束が0.65~1.8m/d、好ましくは0.65~1.0m/dのものを使用することができる。
平均操作圧=(運転圧力+濃縮水出口圧力)/2
有効圧力1MPaあたりの透過流束は、膜メーカーのカタログに記載の情報、例えば、透過水量、膜面積、評価時の回収率、NaCl濃度等から計算することができる。また、1つ又は複数の圧力容器に同一の透過流束である逆浸透膜が複数本装填されている場合、圧力容器の平均操作圧/2次側圧力、被処理水の水質、透過水量、膜本数等の情報より、装填された膜の透過流束を計算することができる。
紫外線酸化装置をEDIの前段に設置することも可能であるが、紫外線酸化装置で発生したラジカルの重合により生成した酸化性物質である過酸化水素がEDIのイオン交換樹脂を劣化させ性能低下を引き起こす可能性があるため、EDIの後段に設置することが好ましい。
さらに、DO濃度が大過剰に存在すると紫外線酸化装置に対してはラジカルスカベンジャーとなりTOC分解効率が低下するため、脱気膜装置の気体側の真空度やスイープガス流量を制御するといったDO調整機構を設けてもよい。
ナトリウム20ppm、カルシウム10ppm、炭酸水素イオン30ppmCaCO3、イオン状シリカ10ppm、ホウ素50ppb、TOC濃度0.5ppmの被処理水20m3/hに対し、図1に示す装置を用いて、約50時間の通水試験を実施した。低圧型逆浸透膜(BWRO)はCPA5-LD(商品名、Hydranautics社製)を用い、回収率80%とした。高圧型逆浸透膜(SWRO)はSW30HRLE-440(商品名、ダウケミカル社製)を用い、回収率90%とした。EDIはEDI-XP(商品名、オルガノ社製)を用い、回収率90%とした。運転電流値の設定は5Aとした。
したがって、SWRO入口水のpHを所定の値に調整することにより、EDIに供給されるナトリウム濃度が下がり、結果としてホウ素の除去率が向上する。
導電率3μS/cm、ホウ素濃度14ppb、シリカ濃度23ppb、TOC濃度13ppb、無機炭素※(IC:Inorganic carbon)濃度300ppb、DO濃度8ppm、H2O2濃度0ppbの被処理水を用い、通水流速2m3/hの条件にて、EDI、UV酸化装置、CP装置(樹脂塔)の構成の順で通水試験を行った。なおEDIはオルガノ株式会社製EDI-XP、回収率は90%。運転電流値の設定は5Aとした。UV酸化装置は日本フォトサイエンス製 JPWを利用した。樹脂塔としては、アクリル製の円筒容器(内径25mm、高さ600mm)を有し、この容器内にイオン交換樹脂を200ml(ESP-2:オルガノ社製)充填したものを用いた。なお樹脂塔へはUV酸化装置処理水の一部を分岐し12L/h(SV=60)で通水を行った。
通水2000時間後の各水質データを表4に示す。EDI脱塩室差圧は初期の0.16MPaのまま安定していた。
導電率3μS/cm、ホウ素濃度14ppb、シリカ濃度23ppb、TOC濃度13ppb、無機炭素※(IC:Inorganic carbon)濃度300ppb、DO濃度8ppm、H2O2濃度0ppbの被処理水を用い、通水流速2m3/hの条件にて、UV酸化装置、EDIの順で通水試験を行った。なおUV酸化装置は日本フォトサイエンス製 JPWを利用した。EDIはオルガノ株式会社製EDI-XP、回収率は90%。運転電流値の設定は5Aとした。通水時間5000min後の結果を表5に示す。
EDI脱塩室差圧は初期の0.16MPaから0.18MPaとなり上昇傾向が見られた。また、H2O2濃度はEDI入口で25ppb、EDI出口で16ppbとなっており、内部でH2O2が消費されていることが分かった。EDI内部の機能材の劣化によりもたらされた差圧上昇であると推測されるため、将来的にホウ素除去率にも影響を及ぼす可能性がある。EDI装置の耐圧を超えてしまう懸念や、供給水の圧力不足により目的の水量が通水できない状況に至ると考えられ、実際のシステムへの適応も不可能と判断して運転を停止した。
20 処理水
30 低圧型逆浸透膜装置(BWRO)
40 pH調整装置
45 ポンプ
50 高圧型逆浸透膜装置(SWRO)
60 電気再生式脱イオン装置(EDI)
70 紫外線酸化装置
80 カートリッジポリッシャー
90 純水
100 ホウ素除去装置
200 純水製造装置
Claims (6)
- (a)被処理水を低圧型逆浸透膜装置に供給するステップと、
(b)前記低圧型逆浸透膜装置からの透過水をpH調整装置に供給して、pHを5.0~9.0に調整するステップと、
(c)前記pHが調整された透過水を高圧型逆浸透装置に供給して処理するステップと、
(d)前記高圧逆浸透膜装置からの透過水を電気再生式脱イオン装置に供給して処理するステップと、
を有するホウ素の除去方法であって、
前記高圧型逆浸透膜装置からの、透過水のナトリウム濃度が200ppb以下である、ホウ素の除去方法。 - 前記ステップ(c)において処理された水の導電率が2μs/cm以下である、請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(d)において、処理水のホウ素濃度が50ppt以下である、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- (a)被処理水を低圧型逆浸透膜装置に供給するステップと、
(b)前記低圧型逆浸透膜装置からの透過水をpH調整装置に供給して、pHを5.0~9.0に調整するステップと、
(c)前記pHが調整された透過水を高圧型逆浸透装置に供給して処理するステップと、
(d)前記高圧逆浸透膜装置からの透過水を電気再生式脱イオン装置に供給して処理するステップと、
(e)前記電気再生式脱イオン装置からの水を紫外線酸化装置に供給し、有機物を除去するステップと、
(f)前記有機物が除去された水をカートリッジポリッシャーに供給し、イオン交換処理して、純水を取り出すステップと、
を備える、純水の製造方法であって、
前記高圧型逆浸透膜装置からの、透過水のナトリウム濃度が200ppb以下である、純水の製造方法。 - 前記ステップ(c)において処理された水の導電率が2μs/cm以下である、請求項4に記載の方法。
- 純水のホウ素濃度が50ppt以下である、請求項4又は請求項5に記載の方法。
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