特許 7556427 電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-17

(45)【発行日】2024-09-26

(54)【発明の名称】電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/469 20230101AFI20240918BHJP

   B01D 61/46 20060101ALI20240918BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20240918BHJP

   G01N 27/06 20060101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

C02F1/469

B01D61/46

C02F1/44 H

G01N27/06 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023091804

(22)【出願日】2023-06-02

【審査請求日】2024-05-23

(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】100108833

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 裕司

(74)【代理人】

【識別番号】100162156

【弁理士】

【氏名又は名称】村雨 圭介

(72)【発明者】

【氏名】阿部 幸也

【審査官】山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／１３１１３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１８８３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１１３２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０２５０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３１８４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４６－ １／４８

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／１０

２７／１４－２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

陰極及び陽極と、該陰極と陽極との間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列することにより交互に形成された濃縮室及び脱塩室とを有し、該脱塩室にイオン交換樹脂が充填された電気脱イオン装置の脱塩室を通過して得られる脱塩水の比抵抗値又は導電率を計測する方法であって、前記脱塩室を通過した後１０秒以上経過した脱塩水の比抵抗値又は導電率を計測する、電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法。

【請求項2】

前記電気脱イオン装置の脱塩室出口から前記比抵抗値又は導電率の測定箇所までが、ＰＰ、ＰＶＣ、ＰＶＤＦから選ばれる硬質樹脂材料または金属材料により構成されている、請求項１に記載の電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法。

【請求項3】

前記比抵抗値又は導電率を計測する手段が比抵抗計又は導電率計であり、該比抵抗計又は導電率計の採水管がガスバリア性材料製チューブである、請求項１又は２に記載の電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法に関し、特に電気脱イオン装置の脱塩水の比抵抗値又は導電率を的確に計測することの可能な電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体等の電子産業分野で用いられている超純水は、前処理システム、一次純水製造装置及び一次純水を処理するサブシステム（二次純水製造装置）で構成される超純水製造システムで原水を処理することにより製造されている。

【0003】

例えば、図４に示すように超純水製造システム１は、前処理装置２と一次純水製造装置（純水製造装置）３とサブシステム４といった３段の装置で構成されている。このような超純水製造システム１の前処理装置２では、原水Ｗの濾過、凝集沈殿、精密濾過膜などによる前処理が施され、主に懸濁物質が除去される。

【0004】

一次純水製造装置３は、前処理水Ｗ１を処理する逆浸透膜装置５と、紫外線酸化装置６と、電気脱イオン装置８と、この電気脱イオン装置８に給水を供給する給水ポンプ７とを有する。この一次純水製造装置３で前処理水Ｗ１中の大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行うとともに有機物を分解して、一次純水（純水）Ｗ２を得る。

【0005】

そして、サブシステム４は、サブタンク１０と供給ポンプ１１と紫外線酸化装置１２と非再生型混床式イオン交換装置１３と限外ろ過膜（ＵＦ膜）１４とを有し、限外ろ過膜（ＵＦ膜）１４からユースポイント１５を経由してサブタンク１０に還流する構成となっている。このサブシステム４では、一次純水製造装置３で製造された一次純水Ｗ２中に含まれる微量の有機物（ＴＯＣ成分）を酸化分解し、炭酸イオン、有機酸類、アニオン性物質、さらには金属イオンやカチオン性物質を除去し、最後に限外濾過（ＵＦ）膜１４で微粒子を除去して超純水Ｗ３を製造し、これをユースポイント１５に供給して、未使用の超純水Ｗ３はサブタンク１０に還流する。

【0006】

上述したような超純水製造システム１の一次純水製造装置３に用いられる電気脱イオン装置８は、一般に陰極（カソード）及び陽極（アノード）間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配置し、これらカチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画を構成することで脱塩室及び濃縮室を形成し、この脱塩室及び前記濃縮室にイオン交換樹脂を充填したものである。カチオン交換膜やアニオン交換膜などのイオン交換膜としては、粉末状のイオン交換樹脂にポリスチレンなどの結合剤を加えて製膜した不均質膜や、スチレン－ジビニルベンゼン等の重合によって製膜した均質膜などのほか、各種アニオン交換機能あるいはカチオン交換機能を有する単量体をグラフト重合により製膜したものなどが用いられている。

【0007】

また、脱塩室には、イオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるイオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）が混合もしくは複層状に充填されている。さらに、濃縮室と、陽極室及び陰極室にも、イオン交換体が充填されている。

【0008】

この電気脱イオン装置８には、脱塩室に被処理水（給水）を通水して処理水を取り出す通水手段と、濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段とが設けられていて、通常は脱塩室に被処理水を通水する方向と、濃縮室に濃縮水を通水する方向を同じくすること、もしくは逆方向とすることが行われている。

【0009】

このような電気脱イオン装置８を備えた一次純水製造装置（純水製造装置）３においては、例えば、図５に示すように複数系列（４系列）の電気脱イオン装置８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄが設けられていて、この電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄは、給水（被処理水）Ｗ４の給水管２１から分岐した電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄの脱塩室に給水Ｗ４を供給する分岐菅２１Ａ～２１Ｄと、脱塩室に連通した処理水（脱塩水）Ｗ５の流出管２２Ａ～２２Ｄが接続していて、これら流出管２２Ａ～２２Ｄは、合流管２２において合流し、後段のシステムに処理水Ｗ５を供給する。そして、一次純水Ｗ２の水質の管理には、電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄの処理水の水質の把握は重要である。そこで、流出管２２Ａ～２２Ｄに、比抵抗計２３Ａ～２３Ｄがそれぞれ設け、これら比抵抗計２３Ａ～２３Ｄにより電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄの脱塩室から吐出された直後の処理水（脱塩水）Ｗ５の比抵抗を測定することで処理水の水質を監視している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、この電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄの処理水（脱塩水）Ｗ５の比抵抗値が、この電気脱イオン装置８の後段側、例えば、合流管２２に比抵抗計２３を設けて合流した処理水Ｗ５の比抵抗を計測してみると、比抵抗が低下していることがわかった。一次純水Ｗ２ひいては超純水Ｗ３の水質を安定化させるためには電気脱イオン装置８の処理水の水質を正確に管理することが好ましいが、比抵抗値の計測精度が低いと電気脱イオン装置の運転電流などの運転条件の設定が困難になる、という問題点がある。

【0011】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電気脱イオン装置の脱塩水の比抵抗値又は導電率を的確に計測することの可能な電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定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】

【0012】

上記目的を達成するために本発明は、陰極及び陽極と、該陰極と陽極との間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列することにより交互に形成された濃縮室及び脱塩室とを有し、該脱塩室にイオン交換樹脂が充填された電気脱イオン装置の脱塩室を通過して得られる脱塩水の比抵抗値又は導電率を計測する方法であって、前記脱塩室を通過した後１０秒以上経過した脱塩水の比抵抗値又は導電率を計測する、電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法を提供する（発明１）。

【0013】

かかる発明（発明１）によれば、電気脱イオン装置の脱塩水の比抵抗値又は導電率を精度よく計測することができる。このような効果が得られる理由は以下のように推測される。すなわち、電気脱イオン装置の後段側で脱塩水が低下する原因について本発明者が種々検討した結果、電気脱イオン装置の脱塩室から吐出された直後の脱塩水は、炭酸が水中で乖離した状態ではなく、時間の経過とともに炭酸が乖離してイオン化することで比抵抗値を低下させていることがわかった。そこで、電気脱イオン装置の処理水（脱塩水）の水質を比抵抗計や導電率計で測定する際に一定時間を経過させた後に測定すれば、脱塩水の水質を的確に計測することができるので、電気脱イオン装置の脱塩水の水質を好適に管理することができる。

【0014】

上記発明（発明１）においては、前記電気脱イオン装置の脱塩室の出口から前記比抵抗値又は導電率の測定箇所までが、ＰＰ、ＰＶＣ、ＰＶＤＦから選ばれる硬質樹脂材料または金属材料により構成されていることが好ましい（発明２）。

【0015】

かかる発明（発明２）によれば、ＰＰ、ＰＶＣ、ＰＶＤＦから選ばれる硬質樹脂材料や属材料は、ガスバリア性に優れているので、前記脱塩室出口から吐出した脱塩水が比抵抗値又は導電率の測定箇所までに外部的な要因で水質が低下するのを抑制することができる。

【0016】

上記発明（発明１，２）においては、前記比抵抗値又は導電率を計測する手段が比抵抗計又は導電率計であり、該比抵抗計又は導電率計の採水管がガスバリア性材料製チューブであることが好ましい（発明３）。

【0017】

かかる発明（発明３）によれば、比抵抗計又は導電率計での脱塩水の水質を計測する過程で脱塩水が外部的な要因で水質が低下するのを抑制することができるので、この測定値に基づいて脱塩水の水質を的確に管理することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の電気脱イオン装置の電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法によれば、脱塩室を通過した後１０秒以上経過した脱塩水の比抵抗値又は導電率に基づいて水質を管理するので、電気脱イオン装置の脱塩室から吐出された直後の脱塩水に残存する未乖離の炭酸が溶解するので、脱塩水の水質を的確に計測することができる。これにより、電気脱イオン装置の脱塩水の水質を好適に管理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態による電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法を示す概略図である。

【図2】電気脱イオン装置の脱塩水の測定箇所による比抵抗値の差異を示すグラフである。

【図3】電気脱イオン装置の脱塩水の時間の経過による比抵抗値の変化を示すグラフである。

【図4】本発明の電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法を適用可能な超純水製造装置を示す概略図である。

【図5】従来の電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の一実施形態による電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法について添付図面を参照して説明する。

【0021】

（水処理システム）
図１は、本実施形態の電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法を適用可能な電気脱イオン装置による水処理システムを示している。図１において、複数系列（４系列）の電気脱イオン装置８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄには、給水（被処理水）Ｗ４の給水管２１から分岐した電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄの脱塩室に給水Ｗ４を供給する分岐菅２１Ａ～２１Ｄが接続しているとともに、脱塩室の出口に処理水（脱塩水）Ｗ５の流出管２２Ａ～２２Ｄが連通している。これら流出管２２Ａ～２２Ｄは、合流管２２において合流し、後段のシステムに処理水Ｗ５を供給する。そして、流出管２２Ａ～２２Ｄには、比抵抗計２３Ａ～２３Ｄがそれぞれ設けられており、これら比抵抗計２３Ａ～２３Ｄにより電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄの脱塩室から吐出された直後の処理水（脱塩水）Ｗ５の比抵抗を測定することで処理水の水質を監視している。また、合流官２２にも比抵抗計２３が設けられている。この電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄは、一次純水装置を構成する逆浸透膜装置、及び必要に応じ紫外線酸化装置の後段に位置することが好ましい。

【0022】

この水処理システムにおいて、流出管２２Ａ～２２Ｄ及び合流管２２は、少なくとも比抵抗計２３Ａ～２３Ｄの接続箇所まで、このましくは全部がポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＤ）などのガスバリア性の硬質樹脂材料からなる管材、または金属製の管材により構成されていることが好ましい。これらの材料は、ガスバリア性に優れているので、このような材料により流出管２２Ａ～２２Ｄ及び合流管２２を構成することにより、脱塩室出口から吐出した処理水が比抵抗値又は導電率の測定箇所である比抵抗計２３Ａ～２３Ｄに到達するまでに外部的な要因で気体が溶解し水質が低下するのを防止することができる。

【0023】

また、比抵抗計２３Ａ～２３Ｄの採水管２４Ａ～２４Ｄは、ペルフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ナイロンなどのガスバリア性の材料製のチューブであり、その長さは、電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄの脱塩室の出口から吐出された脱塩水（処理水）が、比抵抗計２３Ａ～２３Ｄの計測部に到達するまで１０秒以上、好ましくは３０秒以上を要する長さとする。計測部に到達するまで１０秒未満の長さでは、脱塩水（処理水）の炭酸イオン濃度を精度よく計測することができないため好ましくない。この採水管２４Ａ～２４Ｄの長さは、採水管のチューブ径と処理水の流量とに応じて、所望とする到達時間となるように設定すればよい。具体的には、１～３０ｍの範囲内で到達時間に応じて適宜設定すればよい。

【0024】

（電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法）
次に上述したような水処理システムによる電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法について説明する。

【0025】

被処理水（給水）Ｗ４を電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄの脱塩室に供給すると、イオン性の不純物が除去され、処理水（脱塩水）Ｗ５が吐出される。このとき、被処理水（給水）Ｗ４中の乖離していない炭酸は、脱塩室で除去されていないため、脱塩室から出た直後にはイオン化していないので比抵抗値には影響しないが、時間の経過とともに炭酸が乖離してイオン化することで処理水（脱塩水）Ｗ５の比抵抗値が低下する。そこで、採水管２４Ａ～２４Ｄの長さを、脱塩水（処理水）が脱塩室の出口から比抵抗計２３Ａ～２３Ｄの計測部に到達するまで１０秒以上、好ましくは３０秒以上を要する長さとすることで、脱塩水（処理水）の炭酸イオン濃度を精度よく計測することができる。計測部に到達するまで１０秒未満の長さでは、脱塩水（処理水）の炭酸イオン濃度を精度よく計測することができないため好ましくない。また、合流官２２において合流した処理水Ｗ５の比抵抗を比抵抗計２３で計測することで、比抵抗値を確認することができる。

【0026】

上述したような本実施形態の電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法によれば、電気脱イオン装置の性能を正確に把握し、電気脱イオン装置の運転条件の適否のみならず、劣化・寿命を判断することもできる。また、後段設備への負荷も的確に把握して設計に反映させることも可能となる。

【0027】

以上、本発明の電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変更実施が可能である。例えば、前記実施形態においては、比抵抗計の採水管の長さを調節したり、比抵抗計の設置位置を調節したりしているが、これに限らず、流出管２２Ａ～２２Ｄに脱塩水の滞留部を設けて、１０秒以上、好ましくは３０秒以上滞留させた後、比抵抗計により脱塩水の比抵抗を計測するようにしてもよい。また、比抵抗計の代わりに導電率計を設けて、比抵抗値でなく導電率により同様に、電気脱イオン装置の脱塩水の水質を管理してもよい。

【実施例】

【0028】

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

【0029】

〔実施例１〕（電気脱イオン装置の処理水の比抵抗の低下要因についての検討）
電気脱イオン装置として、ｅｖｏｑｕａ社製「ＶＮＸ－５５ＥＸ－２」を用いて図５に示すシステムを用いた一次純水装置において、電気脱イオン装置８Ａ，８Ｂの処理水（脱塩水）の比抵抗を比抵抗計２３Ａ，２３Ｂで測定した。また、合流管２２における比抵抗値を比抵抗計２３で測定した。結果を図２に示す。なお、比抵抗計２３Ａ，２３Ｂへの処理水の到達時間は５秒以下であり、合流後の比抵抗計２３への処理水の到達時間は約３０秒に設定した。

【0030】

図２から明らかなとおり、比抵抗計までの到達時間が異なることで、電気脱イオン装置の処理水の比抵抗値には大きな差が生じ、時間が経過すると比抵抗値が低下することがわかる。

【0031】

次に、この比抵抗の低下要因を確認するため、十分に時間が経過した後の電気脱イオン装置８Ａ，８Ｂの処理水の水質を測定した。結果を表１に示す（炭酸成分は分析できないため対象外）。

【0032】

【表1】

【0033】

表１から明らかなとおり、炭酸イオンを除き、その他の成分は理論計算上１７ＭΩ・ｃｍ以上と推測されるレベルであった。

【0034】

そこで、この十分に時間が経過した後の電気脱イオン装置８Ａ，８Ｂの処理水の比抵抗値、処理水をカチオン交換樹脂カラムに通水した後の比抵抗値及びアニオン交換樹脂カラムに通水した後の比抵抗値を測定した。結果を表２に示す。なお、比較のためにカチオン交換樹脂カラム、またはアニオン交換樹脂カラムのいずれにも通水しない処理水の比抵抗値を測定した結果をあわせて表２に示す。

【0035】

【表2】

【0036】

表２から明らかなとおり、カチオン交換樹脂カラムに通水した後は、いずれにも通水しない処理水と比抵抗値に大きな変化はなかったのに対し、アニオン交換樹脂カラムに通水した後は、比抵抗値が大きく上昇していた。この結果から、比抵抗値の低下要因はアニオン成分であり、表１の水質分析の結果と合わせてこのアニオン成分は炭酸イオンであり、電気脱イオン装置８Ａ，８Ｂの出口直後は水中で乖離していなかった炭酸が、時間経過と共にイオンとなり水中に乖離するために一定時間経過後に比抵抗計で測定できるようになると考えられる。

【0037】

〔実施例２〕
電気脱イオン装置としてｅｖｏｑｕａ社製「ＶＮＸ－５５ＥＸ－２」に、給水Ｗ４を１０．５ｍ^３／ｈで供給し、濃縮水０．５ｍ^３／ｈ、負荷電流値１０Ａで処理を行った。なお、給水Ｗ４としては、超純水にＩＣ（無機炭素）が１６０～２００ｐｐｂ程度となるようにＮａＨＣＯ_３試薬で調整したものを用いた。

【0038】

１ケ月の通水期間の経過し、電気脱イオン装置の処理水の比抵抗値が安定したことを確認したら、ナイロン製のチューブ（採水管２４Ａ）の長さを種々調整するとともに通水流量を変化させて、処理水の比抵抗計２３Ａまでの到達時間を調整して、比抵抗値を測定した。結果を図３及び表３に示す。

【0039】

【表3】

【0040】

表３及び図３から明らかなとおり、脱塩室出口からの到達時間を１０秒以上とすれば、比抵抗値がある程度低下し、３０秒以上とすることで、４分以上経過した処理水の比抵抗値に近似した比抵抗値を計測することができることがわかる。

【符号の説明】

【0041】

１ 超純水製造システム
２ 前処理装置
３ 一次純水製造装置（純水製造装置）
４ サブシステム
５ 逆浸透膜装置
６ 紫外線酸化装置
７ 給水ポンプ
８、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ 電気脱イオン装置
１０ サブタンク
１１ 供給ポンプ
１２ 紫外線酸化装置
１３ 非再生型混床式イオン交換装置
１４ 限外ろ過膜（ＵＦ膜）
１５ ユースポイント
２１ 給水管
２１Ａ～２１Ｄ 分岐菅
２２ 合流管
２２Ａ～２２Ｄ 流出管
２３，２３Ａ～２３Ｄ 比抵抗計
２３Ａ～２３Ｄ 採水チューブ
Ｗ 原水
Ｗ１ 前処理水
Ｗ２ 一次純水（純水）
Ｗ３ 超純水
Ｗ４ 被処理水（給水）
Ｗ５ 脱塩水（処理水）

【要約】

【課題】 電気脱イオン装置の脱塩水の比抵抗値又は導電率を的確に計測することの可能な電気脱イオン装置の脱塩水の水質測定方法を提供する。
【解決手段】 電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄには、被処理水Ｗ４の給水管２１から分岐した電気脱イオン装置８Ａ～８Ｄの脱塩室に給水Ｗ４を供給する分岐菅２１Ａ～２１Ｄが接続しているとともに、脱塩室の出口に処理水Ｗ５の流出管２２Ａ～２２Ｄが連通している。これら流出管２２Ａ～２２Ｄは、合流管２２において合流し、後段のシステムに処理水Ｗ５を供給する。そして、流出管２２Ａ～２２Ｄには、比抵抗計２３Ａ～２３Ｄがそれぞれ設けられており、採水管２４Ａ～２４Ｄの長さは、脱塩水が、脱塩室の出口から比抵抗計２３Ａ～２３Ｄの計測部に到達するまで１０秒以上、好ましくは３０秒以上を要する長さとなっている。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】