JPH11188359A

JPH11188359A - 純水製造装置

Info

Publication number: JPH11188359A
Application number: JP36011797A
Authority: JP
Inventors: Shin Sato; 伸佐藤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JP3575260B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造などの電子産業分野、あるいはその
関連分野などで用いられる、ホウ素濃度を低減した純水
の製造において、電気脱イオン装置におけるホウ素除去
率を飛躍的に高めることができる純水製造装置を提供す
る。【解決手段】(Ａ)ホウ素含有水にアルカリを添加してpH
を９.２以上に調整するアルカリ添加装置、(Ｂ)pHの調
整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透
膜装置及び(Ｃ)耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水が通
水される電気脱イオン装置を有することを特徴とする純
水製造装置、並びに、(Ｄ)ホウ素含有水が通水される逆
浸透膜装置、(Ｅ)逆浸透膜装置の透過水にアルカリを添
加してpHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、
(Ｆ)pHの調整された逆浸透膜装置の透過水が通水される
電気脱イオン装置を有することを特徴とする純水製造装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、純水製造装置に関
する。さらに詳しくは、本発明は、半導体製造などの電
子産業分野、あるいはその関連分野などで用いられる、
ホウ素濃度を大幅に低減した純水又は超純水の製造に適
した純水製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホウ素を含有する原水を処理して純水又
は超純水を製造する装置として、アルカリ添加によりpH
を１０以上にしたのち、耐アルカリ性逆浸透膜装置に通
水する純水製造装置が知られている。また、第４７回全
国水道研究会発表会（平成８年５月、発表番号４−９
８）では、逆浸透膜装置を利用したホウ素低減システム
において、水のpHを１０以上とすることによりホウ素排
除率が高くなることが報告されている。しかし、アルカ
リ性のホウ素含有水を逆浸透膜装置に通水すると、カル
シウムなどの硬度成分が析出して膜閉塞を生じ、造水量
が低下するという問題がある。ホウ素を含有する原水の
処理に、電気脱イオン装置の利用が検討されている。電
気脱イオン装置は、２つの側面がそれぞれ陽イオン交換
膜と陰イオン交換膜からなり、その間にイオン交換樹脂
又はイオン交換繊維を充填した希釈室に、電位差を与え
て、通水することにより、陽イオンを陽イオン交換膜を
通過させ、陰イオンを陰イオン交換膜を通過させて除去
するものであり、従来の混床式脱イオン装置と同等以上
の水質の処理水を得ることができる。電気脱イオン装置
は、薬品再生が不要であり、コンパクトである点に特徴
があり、近年大容量の電気脱イオン装置が開発されてい
る。しかし、ホウ素含有水の処理に電気脱イオン装置を
用いると、ホウ素の除去率は７０％程度にしか達せず、
ホウ素の除去を目的とする純水製造装置においては、水
質的に不十分であった。このため、電気脱イオン装置で
処理した水を、さらに非再生型イオン交換装置などを用
いて後処理する必要があったが、水中に残存するホウ素
のために非再生型イオン交換装置の寿命が著しく短くな
り、その交換頻度が非常に大きくなるために、著しく不
経済となってしまうという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体製造
などの電子産業分野、あるいはその関連分野などで用い
られる、ホウ素濃度を低減した純水の製造において、電
気脱イオン装置におけるホウ素除去率を飛躍的に高める
ことができる純水製造装置を提供することを目的として
なされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、逆浸透膜装置と電
気脱イオン装置を有する純水製造装置にpH調整用のアル
カリ添加装置を設け、逆浸透膜装置への供給水又は電気
脱イオン装置への供給水のpHを９.２以上に調整するこ
とにより、電気脱イオン装置におけるホウ素の除去率を
飛躍的に高め得ることを見いだし、この知見に基づいて
本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、
（１）（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加してpHを
９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｂ）pHの調
整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透
膜装置及び（Ｃ）耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水が
通水される電気脱イオン装置を有することを特徴とする
純水製造装置、及び、（２）（Ｄ）ホウ素含有水が通水
される逆浸透膜装置、（Ｅ）逆浸透膜装置の透過水にア
ルカリを添加してpHを９.２以上に調整するアルカリ添
加装置、（Ｆ）pHの調整された逆浸透膜装置の透過水が
通水される電気脱イオン装置を有することを特徴とする
純水製造装置、を提供するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１(ａ)は、本発明の純水製造装
置の一態様の工程系統図である。本態様の純水製造装置
は、(Ａ)ホウ素含有水にアルカリを添加してpHを９.２
以上に調整するアルカリ添加装置１、(Ｂ)pHの調整され
たホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆浸透膜装置
２及び(Ｃ)耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水が通水さ
れる電気脱イオン装置３を有する。本態様の純水製造装
置の場合は、耐アルカリ性逆浸透膜装置の前後で高pHと
するためカルシウムスケールなどが生じ易いので、アル
カリ添加装置の前段に、強酸性イオン交換樹脂を含むイ
オン交換装置４と膜脱気装置５を設けて、原水中のカル
シウムイオンと炭酸を十分に除去し、逆浸透膜面におけ
る炭酸カルシウムスケールの発生を防止することが好ま
しい。また、電気脱イオン装置の後段に非再生型イオン
交換装置６を設けて、電気脱イオン装置で除去しきれな
かった微量の不純物を除去することができる。本態様の純水製造装置における(Ａ)アルカリ添加装置に
は特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリウムなどのア
ルカリ水溶液を添加する装置や、強塩基性イオン交換樹
脂を含むイオン交換装置、あるいはその両方を設置する
ことができる。アルカリ水溶液を添加する装置として
は、例えば、撹拌機つきのpH調整槽を設けたり、通水ラ
インにアルカリ水溶液注入口を設け、その下流側にスタ
チックミキサーなどを設置することなどができる。アル
カリ添加装置は、ホウ素含有水にアルカリを添加して、
pHをホウ酸のｐＫa９.２（２５℃）以上、より好ましく
はpHを１０以上に調整し得るものである。図１(ａ)に示
す態様の装置においては、耐アルカリ性逆浸透膜装置の
入口にpHセンサー７を設け、制御器８を通じて信号を薬
注ポンプ９に送り、アルカリ貯槽１０からのアルカリ注
入量を制御する。ホウ酸の酸解離指数ｐＫaは２５℃に
おいて９.２であるので、ホウ素含有水にアルカリを添
加してpHを９.２以上、好ましくは１０以上にすると、
水中のホウ酸は下式のようにイオン化され、逆浸透膜装
置及び電気脱イオン装置におけるホウ素の除去率が著し
く高くなるものと考えられる。Ｈ₃ＢＯ₃ ＋Ｈ₂Ｏ → Ｂ(ＯＨ)₄ ^- ＋Ｈ⁺

【０００６】本態様の純水製造装置における(Ｂ)耐アル
カリ性逆浸透膜装置は、長期的にpH１０以上、より好ま
しくはpH１１以上の水と接しても劣化を生じないもので
あることが好ましい。この場合、通水される水のpHより
も、逆浸透膜装置の濃縮水の方がさらにpHが高くなるの
で、濃縮水のpHを考慮して耐アルカリ性逆浸透膜を選択
することが好ましい。このような耐アルカリ性逆浸透膜
としては、例えば、pH１１まで長期耐久性があるものと
して市販されているＦＩＬＭＴＥＣｔｙｐｅＦＴ３０
などや、pH１０まで長期耐久性があるものとして市販さ
れている日東電工(株)製のＥＳ２０、ＥＳ１０、ＮＴＲ
７５９や、東レ(株)製のＳＵ７００などのポリアミド系
の逆浸透膜などを挙げることができる。本態様の純水製
造装置における(Ｃ)電気脱イオン装置には特に制限はな
く、公知の電気脱イオン装置を使用することができる。
電気脱イオン装置は、薬品再生が不要であり、小型で大
容量を有するために、経済的にホウ素含有水を処理して
純水を製造することができる。本態様の純水製造装置に
おいては、逆浸透膜装置への供給水に水酸化ナトリウム
などを添加してアルカリ性とすることにより、逆浸透膜
装置の透過水すなわち電気脱イオン装置への供給水も、
水酸化ナトリウムなどを主成分として含有してアルカリ
性となるので、水酸化ナトリウムなどのアルカリを有効
に利用することができる。電気脱イオン装置に、通常の
通水条件である中性のホウ素含有水を通水した場合に
は、ホウ素の除去率は７０％程度であるが、本発明者
は、電気脱イオン装置への供給水のpHをアルカリ条件に
することにより、ホウ素除去率を高めることができるこ
とを見いだしたものである。本態様の純水製造装置によ
れば、耐アルカリ性逆浸透膜装置において、原水である
ホウ素含有水中のホウ素の９５％以上を除去し、さら
に、逆浸透膜装置の透過水を電気脱イオン装置に通水す
ることにより、原水であるホウ素含有水中のホウ素の９
９％以上を除去することができる。

【０００７】図１(ｂ)は、本発明の純水製造装置の他の
態様の工程系統図である。本態様の純水製造装置は、
(Ｄ)ホウ素含有水が通水される逆浸透膜装置１１、(Ｅ)
逆浸透膜装置の透過水にアルカリを添加してpHを９.２
以上に調整するアルカリ添加装置１２、(Ｆ)pHの調整さ
れた逆浸透膜装置の透過水が通水される電気脱イオン装
置１３を有する。本態様の純水製造装置によれば、電気
脱イオン装置の前段に逆浸透膜装置が設けられているの
で、カルシウムイオンなどが除去される。従って、その
透過水を高pHとしても、電気脱イオン装置でのスケール
生成が防止できる。また、逆浸透膜装置の前段に、強酸
性イオン交換樹脂を含むイオン交換装置１４と膜脱気装
置１５を設けて、原水中のカルシウムイオンと炭酸を除
去し、逆浸透膜装置における炭酸カルシウムスケールの
発生を防止することが好ましいが、逆浸透膜装置の前段
で高pHとしないので、カルシウムスケールによる膜の障
害は生じにくい。従って、イオン交換装置と膜脱気装置
による前処理は省略してもよい。また、電気脱イオン装
置の後段に非再生型イオン交換装置１６を設けて、電気
脱イオン装置で除去しきれなかった微量の不純物を除去
することができる。本態様の純水製造装置における(Ｄ)
逆浸透膜には特に制限はなく、例えば、酢酸セルロース
系逆浸透膜、ポリアミド系逆浸透膜、ポリエチレンイミ
ン系逆浸透膜、ポリエチレンオキシド系逆浸透膜などを
挙げることができる。本態様の純水製造装置において
は、逆浸透膜装置へ通水する水のpHを中性に近い７.５
程度とするので、逆浸透膜装置におけるホウ素の除去率
は高くないが、耐アルカリ性逆浸透膜でなく通常の逆浸
透膜を使用することができる。本態様の純水製造装置に
おける(Ｅ)アルカリ添加装置には特に制限はなく、例え
ば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液を添加する
装置や、強塩基性イオン交換樹脂を含むイオン交換装
置、あるいはその両方を設置することができる。アルカ
リ水溶液を添加する装置としては、例えば、撹拌機つき
のpH調整槽を設けたり、通水ラインにアルカリ水溶液注
入口を設け、その下流側にスタチックミキサーなどを設
置することなどができる。アルカリ添加装置は、ホウ素
含有水にアルカリを添加して、pHをホウ酸のｐＫa９.２
（２５℃）以上、より好ましくはpHを１０以上に調整し
得るものである。図１(ｂ)に示す態様の装置において
は、耐アルカリ性逆浸透膜装置の入口にpHセンサー１７
を設け、制御器１８を通じて信号を薬注ポンプ１９に送
り、アルカリ貯槽２０からのアルカリ注入量を制御す
る。本態様の純水製造装置における(Ｆ)電気脱イオン装
置には特に制限はなく、公知の電気脱イオン装置を使用
することができる。電気脱イオン装置は、薬品再生が不
要であり、小型で大容量を有するために、経済的にホウ
素含有水を処理して純水を製造することができる。本態
様の純水製造装置によれば、逆浸透膜装置におけるホウ
素の除去率は４０％程度であるが、逆浸透膜装置の透過
水のpHを９.２以上に調整して、さらに電気脱イオン装
置に通水することにより、原水であるホウ素含有水中の
ホウ素の９５％以上を除去することができる。本発明の
純水製造装置によれば、電気脱イオン装置において、水
中のホウ素を低濃度まで除去し、後段の非再生型イオン
交換装置の負荷を軽減して、その寿命を延長することが
できる。また、耐アルカリ性逆浸透膜装置を用い、その
前段にpHを調整するためのアルカリ添加装置を設ける態
様においては、逆浸透膜装置への供給水をアルカリ性に
することにより、逆浸透膜装置の透過水すなわち電気脱
イオン装置への供給水も同時にアルカリ性とすることが
でき、アルカリを有効に利用するとともに、高いホウ素
除去率を達成することができる。

【０００８】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。実施例１図１(ａ)に示す純水製造装置を用いて、純水の製造を行
った。水道水を２トン／hrの速度でＨ型強酸性イオン交
換樹脂塔に通水したのち、気相側を減圧にした膜脱気装
置に通水して、水中の炭酸を除去した。次に、炭酸を除
去した水に水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを１
０.０に調整し、耐アルカリ性逆浸透膜［ＦＩＬＭＴＥ
ＣｔｙｐｅＦＴ３０］装置に通水した。耐アルカリ性
逆浸透膜装置入口の水のホウ素濃度は３０ppbであり、
耐アルカリ性逆浸透膜装置出口の水のホウ素濃度は１pp
bであった。耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過水は、次
いで電気脱イオン装置に通水した。電気脱イオン装置入
口の水のpHは９.５であり、電気脱イオン装置出口の水
のホウ素濃度は０.１ppbであった。電気脱イオン装置か
ら流出する水は、さらに非再生型イオン交換装置に通水
して純水１.８トン／hrを得た。実施例２図１(ｂ)に示す純水製造装置を用いて、純水の製造を行
った。水道水を２トン／hrの速度でＨ型強酸性イオン交
換樹脂塔に通水したのち、気相側を減圧にした膜脱気装
置に通水して、水中の炭酸を除去した。次に、炭酸を除
去した水に水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを７.
５に調整し、逆浸透膜［日東電工(株)、ＥＳ２０］装置
に通水した。逆浸透膜装置入口の水のホウ素濃度は３０
ppbであり、逆浸透膜装置出口の水のホウ素濃度は１８p
pbであった。さらに、逆浸透膜装置の透過水に水酸化ナ
トリウム水溶液を添加してpHを１０.０に調整し、電気
脱イオン装置に通水した。電気脱イオン装置出口の水の
ホウ素濃度は、０.９ppbであった。電気脱イオン装置か
ら流出する水は、さらに非再生型イオン交換装置に通水
して純水１.８トン／hrを得た。比較例１逆浸透膜装置の透過水への水酸化ナトリウム水溶液の添
加によるpH調整を行わないこと以外は、実施例２と同じ
操作を繰り返した。電気脱イオン装置入口の水のホウ素
濃度は１８ppbであり、pHは７.２であった。また、電気
脱イオン装置出口の水のホウ素濃度は５.８ppbであっ
た。実施例１〜２及び比較例１の結果を、第１表に示
す。

【０００９】

【表１】

【００１０】第１表に見られるように、逆浸透膜装置入
口の水に対する電気脱イオン装置出口の水のホウ素除去
率は、耐アルカリ性逆浸透膜装置入口で水のpHを１０.
０に調整した実施例１では９９.７％、電気脱イオン装
置入口で水のpHを１０.０に調整した実施例２では９７.
０％であるのに対して、水のpHを１０.０に調整しなか
った比較例１では８０.７％にとどまっている。この結
果から、水にアルカリを添加してpHを９.２以上に調整
するアルカリ添加装置を備えた本発明の純水製造装置に
より、ホウ素除去率の高い純水が得られることが分か
る。特に、耐アルカリ性逆浸透膜装置を用い、アルカリ
添加装置を逆浸透膜装置の前段に設けた純水製造装置に
おいて、非常に高いホウ素除去率が達成されている。

【００１１】

【発明の効果】本発明の純水製造装置によれば、電気脱
イオン装置において、水中のホウ素を低濃度まで除去
し、後段の非再生型イオン交換装置の負荷を軽減し、そ
の寿命を延ばすことができる。また、耐アルカリ性逆浸
透膜装置を用い、その前段にpHを調整するためのアルカ
リ添加装置を設けて、逆浸透膜装置への供給水をアルカ
リ性にすることにより、逆浸透膜装置の透過水すなわち
電気脱イオン装置への供給水も同時にアルカリ性とする
ことができ、アルカリを有効に利用するとともに、高い
ホウ素除去率を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の純水製造装置の工程系統図で
ある。

【符号の説明】

１アルカリ添加装置２耐アルカリ性逆浸透膜装置３電気脱イオン装置４強酸性イオン交換樹脂を含むイオン交換装置５膜脱気装置６非再生型イオン交換装置７ pHセンサー８制御器９薬注ポンプ１０アルカリ貯槽１１逆浸透膜装置１２アルカリ添加装置１３電気脱イオン装置１４強酸性イオン交換樹脂を含むイオン交換装置１５膜脱気装置１６非再生型イオン交換装置１７ pHセンサー１８制御器１９薬注ポンプ２０アルカリ貯槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）ホウ素含有水にアルカリを添加して
pHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｂ）pH
の調整されたホウ素含有水が通水される耐アルカリ性逆
浸透膜装置及び（Ｃ）耐アルカリ性逆浸透膜装置の透過
水が通水される電気脱イオン装置を有することを特徴と
する純水製造装置。
【請求項２】（Ｄ）ホウ素含有水が通水される逆浸透膜
装置、（Ｅ）逆浸透膜装置の透過水にアルカリを添加し
てpHを９.２以上に調整するアルカリ添加装置、（Ｆ）p
Hの調整された逆浸透膜装置の透過水が通水される電気
脱イオン装置を有することを特徴とする純水製造装置。