特許 7147291 純水製造装置、純水の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-27

(45)【発行日】2022-10-05

(54)【発明の名称】純水製造装置、純水の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20220928BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20220928BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20220928BHJP

   B01D 61/44 20060101ALI20220928BHJP

   B01D 61/04 20060101ALI20220928BHJP

   B01D 61/12 20060101ALI20220928BHJP

   B01D 61/52 20060101ALI20220928BHJP

   B01D 61/54 20060101ALI20220928BHJP

   C02F 1/469 20060101ALI20220928BHJP

   C02F 1/20 20060101ALI20220928BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 J

B01D61/58

B01D61/00

B01D61/44 500

B01D61/04

B01D61/12

B01D61/44 520

B01D61/52 500

B01D61/54 500

C02F1/469

C02F1/20 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018122116

(22)【出願日】2018-06-27

(65)【公開番号】P2020000985

(43)【公開日】2020-01-09

【審査請求日】2021-04-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100192773

【弁理士】

【氏名又は名称】土屋 亮

(74)【代理人】

【識別番号】100178847

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 映美

(72)【発明者】

【氏名】後藤 秀樹

【審査官】富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１０４４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０３０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８９８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１９２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６４６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８３７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２２１４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０５７９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５５７０１０５（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４６９

Ｃ０２Ｆ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原水を収容する逆浸透原水槽と、
前記逆浸透原水槽より供給された原水を第１の処理水と第１の濃縮水に分離する逆浸透膜と、
前記第１の処理水を脱気処理する脱気膜と、
前記脱気処理された第１の処理水中のイオン性物質を除去し、第２の処理水と第２の濃縮水に分離する電気脱イオン装置と、
前記逆浸透膜から排出された第１の濃縮水の一部を前記逆浸透原水槽に返送する第１の返送路と、
前記電気脱イオン装置の脱塩室から排出された第２の処理水の一部を前記逆浸透原水槽に返送する第２の返送路と、
前記電気脱イオン装置の濃縮室から排出された第２の濃縮水を前記逆浸透原水槽に返送する第３の返送路と、
前記第１の返送路から分岐して、前記第１の濃縮水の残部を系外に排出する排水路と、
前記第１の濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度計と、
前記第１の濃縮水の残部の流量を測定する流量計と、
前記電気伝導度計および前記流量計における測定値に基づいて、前記第１の濃縮水の残部の排出量を制御する制御弁と、を備えたことを特徴とする純水製造装置。

【請求項2】

原水を逆浸透膜により第１の処理水と第１の濃縮水に分離する分離工程と、
前記第１の処理水を脱気膜により脱気処理する脱気工程と、
前記脱気処理された第１の処理水を電気脱イオン装置によりイオン性物質を除去し、第２の処理水と第２の濃縮水に分離する脱イオン工程と、
前記分離工程にて得られた第１の濃縮水の一部を前記原水に返送する第１の返送工程と、
前記脱イオン工程にて前記電気脱イオン装置の脱塩室で得られた第２の処理水の一部を前記原水に返送する第２の返送工程と、
前記脱イオン工程にて前記電気脱イオン装置の濃縮室で得られた第２の濃縮水を前記原水に返送する第３の返送工程と、
前記分離工程にて得られた第１の濃縮水の残部を系外に排出する排出工程と、
前記第１の濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度測定工程と、
前記第１の濃縮水の残部の流量を測定する流量測定工程と、
前記電気伝導度測定工程および前記流量測定工程における測定値に基づいて、前記第１の濃縮水の水質が一定になるように、前記第１の濃縮水の残部の排出量を制御する制御工程と、を有することを特徴とする純水の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、純水製造装置および純水の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造工場や液晶製造工場等の電子産業分野や研究開発分野にて利用される超純水を製造する装置としては、例えば、電気脱イオン装置が用いられている。

【0003】

従来、電気脱イオン装置を備えた純水製造装置は、ｏｎ／ｏｆｆ運転させると、電気脱イオン装置内部の劣化が促進され、電圧が急上昇する等のトラブルに繋がることがあった。そのため、原則として、純水製造装置は連続運転していた（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－５７２７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そのため、予め除濁、除塩素等の前処理を経ることなく、直接に逆浸透膜から供給された処理水を、電気脱イオン装置にて脱イオン処理する純水製造装置では、水の使用料が一時的に減った場合でも、逆浸透膜と電気脱イオン装置は連続運転する。そのため、逆浸透膜から濃縮水が排出され続けることになる。したがって、純水製造装置の運転経費が増加するという課題があった。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、使用者毎に、純水の生産量の調整や、装置の稼働状況に応じて、原水の供給量や、濃縮水の排出量を調整することができる純水製造装置および純水の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

［１］原水を収容する逆浸透原水槽と、前記逆浸透原水槽より供給された原水を第１の処理水と第１の濃縮水に分離する逆浸透膜と、前記第１の処理水を脱気処理する脱気膜と、前記脱気処理された第１の処理水中のイオン性物質を除去し、第２の処理水と第２の濃縮水に分離する電気脱イオン装置と、前記逆浸透膜から排出された第１の濃縮水の一部を前記逆浸透原水槽に返送する第１の返送路と、前記電気脱イオン装置の脱塩室から排出された第２の処理水の一部を前記逆浸透原水槽に返送する第２の返送路と、前記電気脱イオン装置の濃縮室から排出された第２の濃縮水を前記逆浸透原水槽に返送する第３の返送路と、前記第１の返送路から分岐して、前記第１の濃縮水の残部を系外に排出する排水路と、前記第１の濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度計と、前記第１の濃縮水の残部の流量を測定する流量計と、前記電気伝導度計および前記流量計における測定値に基づいて、前記第１の濃縮水の残部の排出量を制御する制御弁と、を備えた純水製造装置。
［２］原水を逆浸透膜により第１の処理水と第１の濃縮水に分離する分離工程と、前記第１の処理水を脱気膜により脱気処理する脱気工程と、前記脱気処理された第１の処理水を電気脱イオン装置によりイオン性物質を除去し、第２の処理水と第２の濃縮水に分離する脱イオン工程と、前記分離工程にて得られた第１の濃縮水の一部を前記原水に返送する第１の返送工程と、前記脱イオン工程にて前記電気脱イオン装置の脱塩室で得られた第２の処理水の一部を前記原水に返送する第２の返送工程と、前記脱イオン工程にて前記電気脱イオン装置の濃縮室で得られた第２の濃縮水を前記原水に返送する第３の返送工程と、前記分離工程にて得られた第１の濃縮水の残部を系外に排出する排出工程と、前記第１の濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度測定工程と、前記第１の濃縮水の残部の流量を測定する流量測定工程と、前記電気伝導度測定工程および前記流量測定工程における測定値に基づいて、前記第１の濃縮水の水質が一定になるように、前記第１の濃縮水の残部の排出量を制御する制御工程と、を有する純水の製造方法。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、使用者毎に、純水の生産量の調整や、装置の稼働状況に応じて、原水の供給量や、濃縮水の排出量を調整することができる純水製造装置および純水の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る純水製造装置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の純水製造装置および純水の製造方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

【0011】

［純水製造装置］
図１は、本発明の一実施形態に係る純水製造装置を示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態の純水製造装置１は、逆浸透原水槽２と、逆浸透膜３と、脱気膜４と、電気脱イオン装置５と、処理水槽６とを、この順に備えている。また、本実施形態の純水製造装置１は、原水路１１と、第１の返送路１２と、第２の返送路１３と、排水路１４と、第３の返送路１５と、電気伝導度計７と、流量計８と、制御弁９とを備えている。

【0012】

逆浸透原水槽２としては、原水路１１から供給される原水を収容することができるものであれば、特に限定されない。逆浸透原水槽２に供給される原水（被処理水）は、水道水、井戸水、工業用水等を、予め除濁、除塩素等の前処理を行った水であることが好ましい。
逆浸透原水槽２は、水路１６を介して、逆浸透膜３に接続されている。

【0013】

逆浸透膜３は、逆浸透原水槽２から供給される原水を第１の処理水と第１の濃縮水に分離し、原水中の炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）やカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）等のイオン性物質を主に除去するためのものである。逆浸透膜３は、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねて海苔巻き状に巻き、容器に収めたスパイラル型モジュールを好適に使用できるが、これに限定されるものではない。
逆浸透膜３は、水路１７を介して、脱気膜４に接続されている。
また、逆浸透膜３は、第１の濃縮水の一部を逆浸透原水槽２に返送する第１の返送路１２に接続されている。

【0014】

また、逆浸透膜３は２つ以上直列に設けられていることが好ましい。逆浸透膜３が２つ以上直列に設けられる場合、前段の逆浸透膜３のが透過水（処理水）が後段の逆浸透膜３の供給水となるように設けられる。

【0015】

脱気膜４としては、逆浸透膜３を透過した第１の処理水に溶存している二酸化炭素（ＣＯ_２）を主に除去することができるものであれば、特に限定されない。脱気膜４としては、例えば、中空糸膜等から構成される膜脱気装置等が用いられる。
脱気膜４は、水路１８を介して、電気脱イオン装置５に接続されている。
また、脱気膜４は、脱気管２１を介して、真空ポンプ１０に接続されている。真空ポンプ１０は、脱気膜４で除去された二酸化炭素を系外に排出するためのものである。

【0016】

電気脱イオン装置５は、脱気膜４にて脱気処理された第１の処理水から、残存するイオン性物質を更に除去し、第２の処理水と第２の濃縮水に分離するためのものである。電気脱イオン装置５は、陽極と陰極との間がアニオン交換膜とカチオン交換膜とで区画され、陽極室、陰極室、脱塩室および濃縮室が形成されてなるものである。
電気脱イオン装置５は、水路１９を介して処理水槽６に接続されている。

【0017】

また、電気脱イオン装置５は、水路１９に接続された第２の返送路１３を介して逆浸透原水槽２に接続されている。電気脱イオン装置５の脱塩室から、水路１９および第２の返送路１３を介して逆浸透原水槽２へ第２の処理水の一部が返送される。
さらに、電気脱イオン装置５は、第３の返送路１５を介して逆浸透原水槽２に接続されている。電気脱イオン装置５の濃縮室から、第３の返送路１５を介して逆浸透原水槽２へ第２の濃縮水が返送される。

【0018】

処理水槽６は、電気脱イオン装置５の脱塩室から排出された第２の処理水を収容することができるものであれば、特に限定されない。

【0019】

排水路１４は、第１の返送路１２の途中から分岐して、逆浸透膜３から排出された第１の濃縮水の残部（第１の濃縮水のうち逆浸透原水槽２に返送されないもの）を系外に排出するためのものである。

【0020】

電気伝導度計７は、例えば、排水路１４の途中に設けられ、第１の濃縮水の電気伝導度を測定するためのものである。

【0021】

流量計８は、排水路１４の途中に設けられ、排水路１４を流れる第１の濃縮水の残部の流量を測定するためのものである。

【0022】

制御弁９は、排水路１４の途中かつ流量計８の近傍に設けられ、電気伝導度計７および流量計８における測定値に基づいて、第１の濃縮水の水質（例えば、第１の濃縮水の電気伝導度）が一定になるように、排水路１４から系外に排出する第１の濃縮水の残部の排出量を制御するためのものである。制御弁９は、電気伝導度計７および流量計８における測定値に基づいて、第１の濃縮水の残部の排出量を制御する制御部を備えている。
なお、測定値とは、電気伝導度計７においては第１の濃縮水の電気伝導度であり、流量計８においては第１の濃縮水の残部の流量である。
制御弁９は、信号線３１を介して、電気伝導度計７および流量計８と電気的に接続されている。

【0023】

本実施形態の純水製造装置１によれば、逆浸透膜３から排出された第１の濃縮水の一部を逆浸透原水槽２に返送し、逆浸透膜３から排出された第１の濃縮水の残部を系外に排出するとともに、電気伝導度計７および流量計８における測定値に基づいて、制御弁９により、第１の濃縮水の水質が一定になるように、排水路１４から系外に排出される第１の濃縮水の残部の排出量を制御する。これにより、水の使用料が一時的に減った場合に、第１の濃縮水の排出量を減らすことができ、運転経費を低減することができる。したがって、使用者毎に、純水の生産量の調整や、装置の稼働状況に応じて、原水の供給量や、第１の濃縮水の排出量を調整することができる。

【0024】

また、本実施形態の純水製造装置１によれば、電気脱イオン装置５から排出された第２の処理水の一部を逆浸透原水槽２に返送する第２の返送路１３を備えることにより、逆浸透膜３に供給する原水の水質を向上し、純水製造装置１全体として処理効率を高めることができる。
さらに、本実施形態の純水製造装置１によれば、電気脱イオン装置５から排出された第２の濃縮水を逆浸透原水槽２に返送する第３の返送路１５を備えることにより、逆浸透膜５に供給する原水の水質を向上し、純水製造装置１全体として処理効率を高めることができる。

【0025】

［純水の製造方法］
本実施形態の純水の製造方法は、原水を逆浸透膜により第１の処理水と第１の濃縮水に分離する分離工程と、前記第１の処理水を脱気膜により脱気処理する脱気工程と、前記脱気処理された第１の処理水を電気脱イオン装置によりイオン性物質を除去し、第２の処理水と第２の濃縮水に分離する脱イオン工程と、前記分離工程にて得られた第１の濃縮水の一部を前記原水に返送する第１の返送工程と、前記脱イオン工程にて得られた第２の処理水の一部を前記原水に返送する第２の返送工程と、前記分離工程にて得られた第１の濃縮水の残部を系外に排出する排出工程と、前記第１の濃縮水の電気伝導度を測定する電気伝導度測定工程と、前記第１の濃縮水の残部の流量を測定する流量測定工程と、前記電気伝導度測定工程および前記流量測定工程における測定値に基づいて、前記第１の濃縮水の水質が一定になるように、前記第１の濃縮水の残部の排出量を制御する制御工程と、を有する。

【0026】

図１を参照して、本実施形態の純水の製造方法を説明する。
原水路１１から逆浸透原水槽２に原水が供給される。
逆浸透原水槽２には、原水が収容される。

【0027】

次いで、原水が、逆浸透原水槽２から水路１６を介して逆浸透膜３に供給され、逆浸透膜３により、その原水を第１の処理水と第１の濃縮水に分離し、原水中の炭酸イオンやカルシウムイオン等のイオン性物質を除去する（分離工程）。
原水を逆浸透膜３によって処理すると、逆浸透膜３を透過する第１の処理水には二酸化炭素が含まれ、一方、逆浸透膜３を透過しない第１の濃縮水には、炭酸イオンやカルシウムイオン等のイオン性物質が含まれる。

【0028】

また、逆浸透膜３から第１の返送路１２を介して、第１の濃縮水の一部が逆浸透原水槽２に返送される（第１の返送工程）。

【0029】

また、第１の返送路１２の途中から分岐する排水路１４を介して、分離工程にて得られた第１の濃縮水（第１の返送路１２を流れる第１の濃縮水）の残部（第１の濃縮水のうち逆浸透原水槽２に返送されないもの）を系外に排出する（排出工程）。

【0030】

電気伝導度計７により、第１の濃縮水の電気伝導度を測定する（電気伝導度測定工程）。

【0031】

また、流量計８により、第１の濃縮水の残部（排水路１４を流れる第１の濃縮水）の流量を測定する（流量測定工程）。

【0032】

さらに、制御弁９により、電気伝導度測定工程および流量測定工程における測定値に基づいて、第１の濃縮水の水質（例えば、第１の濃縮水の電気伝導度）が一定になるように、第１の濃縮水の残部の排出量を制御する（制御工程）。なお、測定値とは、電気伝導度測定工程においては第１の濃縮水の電気伝導度であり、流量測定工程においては第１の濃縮水の残部（排水路１４を流れる第１の濃縮水）の流量である。

【0033】

第１の処理水が、逆浸透膜３から水路１７を介して脱気膜４に供給され、脱気膜４により、その第１の処理水を脱気処理する（脱気工程）。
脱気工程において、第１の処理水中に含まれていた二酸化炭素の大部分は除去されるが、除去しきれなかったものが第１の処理水に溶存している。そこで、脱気工程において、第１の処理水に溶存している二酸化炭素を除去する。

【0034】

また、脱気膜４で除去された二酸化炭素は、脱気管２１を介して、真空ポンプ１０によって吸引され、系外に排出される。

【0035】

次いで、脱気処理された第１の処理水が、脱気膜４から水路１８を介して電気脱イオン装置５に供給され、電気脱イオン装置５により、その第１の処理水から、残存するイオン性物質を更に除去し、第２の処理水と第２の濃縮水に分離する（脱イオン工程）。
脱気膜４からの第１の処理水が電気脱イオン装置５の脱塩室に供給されると、第１の処理水中の陰イオンは、アニオン交換膜を通過して陽極側の濃縮室に移動し、第１の処理水中の陽イオンは、カチオン交換膜を通過して陰極側の濃縮室に移動する。これにより、脱塩室から処理水槽６へ排出される第２の処理水は、イオン性物質が除去されたものとなる。これにより、純水を製造することができる。

【0036】

脱イオン工程において、第２の処理水は、電気脱イオン装置５の脱塩室から水路１９を介して処理水槽６へ排出され、処理水槽６に収容される。処理水槽６に収容された第２の処理水は、必要に応じて、図示しない配管を介して、目的とする（第２の処理水を必要とする）装置、設備等に供給される。

【0037】

また、脱イオン工程において、第２の処理水の一部は、水路１９および第２の返送路１３を介して、逆浸透原水槽２へ返送される（第２の返送工程）。これにより、逆浸透膜３における分離工程に供給する原水の水質を向上し、純水の製造方法全体として処理効率を高めることができる。

【0038】

さらに、脱イオン工程において得られた第２の濃縮水は、第３の返送路１５を介して、逆浸透原水槽２へ返送される（第３の返送工程）。これにより、逆浸透膜３における分離工程に供給する原水の水質を向上し、純水の製造方法全体として処理効率を高めることができる。

【0039】

本実施形態の純水の製造方法によれば、第１の返送工程により、分離工程にて得られた第１の濃縮水の一部を逆浸透原水槽２内の原水に返送し、排出工程により、分離工程にて得られた第１の濃縮水の残部を系外に排出するとともに、制御工程により、電気伝導度測定工程および流量測定工程における測定値に基づいて、制御弁９により、第１の濃縮水の水質が一定になるように、排水路１４から系外に排出される第１の濃縮水の残部の排出量を制御する。これにより、水の使用料が一時的に減った場合に、第１の濃縮水の排出量を減らすことができ、運転経費を低減することができる。したがって、使用者毎に、純水の生産量の調整や、装置の稼働状況に応じて、原水の供給量や、第１の濃縮水の排出量を調整することができる。

【0040】

また、本実施形態の純水の製造方法によれば、脱イオン工程にて得られた第２の処理水の一部を逆浸透原水槽２内の原水に返送する第２の返送工程を有することにより、分離工程に供給する原水の水質を向上し、純水の製造方法全体として処理効率を高めることができる。
さらに、本実施形態の純水の製造方法によれば、脱イオン工程にて得られた第２の濃縮水を逆浸透原水槽２内の原水に返送する第３の返送工程を有することにより、分離工程に供給する原水の水質を向上し、純水の製造方法全体として処理効率を高めることができる。

【符号の説明】

【0041】

１ 純水製造装置
２ 逆浸透原水槽
３ 逆浸透膜
４ 脱気膜
５ 電気脱イオン装置
６ 処理水槽
７ 電気伝導度計
８ 流量計
９ 制御弁
１０ 真空ポンプ
１１ 原水路
１２ 第１の返送路
１３ 第２の返送路
１４ 排水路
１５ 第３の返送路
１６，１７，１８，１９ 水路
２１ 脱気管
３１ 信号線

【図1】