特許 7639856 純水製造システムおよび純水製造方法

(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】2025-02-25

(45)【発行日】2025-03-05

(54)【発明の名称】純水製造システムおよび純水製造方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20250226BHJP

   B01D 61/02 20060101ALI20250226BHJP

   B01D 61/44 20060101ALI20250226BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20250226BHJP

   B01D 69/02 20060101ALI20250226BHJP

   C02F 1/469 20230101ALI20250226BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 J

B01D61/02 510

B01D61/44 520

B01D61/58

B01D69/02

C02F1/469

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023107337

(22)【出願日】2023-06-29

(65)【公開番号】P2025006504

(43)【公開日】2025-01-17

【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】山川 晴義

(72)【発明者】

【氏名】阿部 幸也

(72)【発明者】

【氏名】港 康晴

(72)【発明者】

【氏名】田部井 麗奈

【審査官】山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２８３７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／１３１１３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－０２５０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－００５６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／２３５１０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２４／０４８１１５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｃ０２Ｆ １／４６－ １／４８

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４－２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理水が供給される膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの第一の超低圧型逆浸透膜装置と、
前記第一の超低圧型逆浸透膜装置の透過水のｐＨを８～１１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膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの第二の超低圧型逆浸透膜装置と、
前記第二の超低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イオン交換装置と、
前記電気再生式イオン交換装置の脱塩室から吐出された後１０秒以上経過した処理水の比抵抗値又は導電率を測定する比抵抗計又は導電率計と、
を有する、純水製造システム。

【請求項2】

前記電気再生式イオン交換装置の脱塩室の通水方向と向流となるように濃縮室を通水し、該濃縮室に電気再生式イオン交換装置の給水または処理水を通水する、請求項１に記載の純水製造システム。

【請求項3】

被処理水を膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの第一の超低圧型逆浸透膜装置で処理する第一の逆浸透膜処理工程と、
前記第一の超低圧型逆浸透膜装置の透過水のｐＨを８～１１に調整するｐＨ調整工程と、
このｐＨ調整工程によってｐＨ調整された調整水を膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの第二の超低圧型逆浸透膜装置で処理する第二の逆浸透膜処理工程と、
前記第二の超低圧型逆浸透膜装置の透過水を電気再生式イオン交換装置で処理して処理水を得る脱イオン工程と
を有し、
前記脱イオン工程で得られた処理水の比抵抗値を、該処理水が前記電気再生式イオン交換装置の脱塩室から吐出されて１０秒以上経過した後測定し、この測定した比抵抗値が１５ＭΩ・ｃｍ以上となるように前記電気再生式イオン交換装置の運転条件を制御する、純水製造方法。

【請求項4】

前記脱イオン工程において、前記電気再生式イオン交換装置の脱塩室の通水方向と向流となるように濃縮室を通水し、該濃縮室に電気再生式イオン交換装置の給水または処理水を通水する、請求項３に記載の純水製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、純水製造システムおよびこれを用いた純水製造方法に関し、特に効率的な純水製造設備の運転性能と、安定した水質の純水製造性能とを兼ね備えた純水製造システムおよびこれを用いた純水製造方法に関する。

【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（純水製造システム）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６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（純水製造システム）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２段構成の逆浸透膜装置５，６と、電気再生式イオン交換装置７とを有し、これらの機器の間に中継槽、送水ポンプまたは昇圧ポンプを設けることができる。さらに電気再生式イオン交換装置７の後段に紫外線酸化装置８を有する。この紫外線酸化装置８は、電気再生式イオン交換装置７の前段としてもよい。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イオン交換体を充填した機器で除去し、最後に限外濾過（ＵＦ）膜１４で微粒子を除去して超純水Ｗ３とし、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では、逆浸透膜装置６におけるホウ素の濃度低減などの処理性能向上を目的に、逆浸透膜装置６の給水にＮａＯＨ等のアルカリを注入してｐＨ８以上とし、各種成分のイオン化を促進して処理することが行われている。

【0007】

また、この一次純水製造装置３に用いられる電気再生式イオン交換装置７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。

【0008】

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。また、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。

【0009】

この純水製造システムを構成する電気再生式イオン交換装置では、逆浸透膜装置６の透過水を電気再生式イオン交換装置の給水とする、あるいは逆浸透膜装置の透過水を紫外線酸化装置で処理した後電気再生式イオン交換装置の給水とすることが行われている。

【0010】

さらに、逆浸透膜装置と電気再生式イオン交換装置とは、図７に示すように被処理水Ｗ４を第一の逆浸透膜装置２１で処理し、この透過水にアルカリ添加手段２２からアルカリ性の薬品を添加してｐＨを８～１１に調整した調整水Ｗ５を第二の逆浸透膜装置２３で処理し、この透過水Ｗ６を電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）２４で処理して処理水Ｗ７を得る装置もある。このような装置では、第一の逆浸透膜装置２１または第二の逆浸透膜装置２３の少なくともいずれかに低圧逆浸透膜（ＬＰＲＯ）を用いている。また、電気再生式イオン交換装置２４では、濃縮水として、脱塩室の給水または処理水を用い、脱塩室と濃縮室が、すべてまたは一部において同じ方向で通水されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、低圧逆浸透膜（低圧ＲＯ）は不純物の除去率が高い一方で、適切な透過流速を得るための膜面有効圧が１．０～２．０ＭＰａ必要であり、ポンプ動力を大きくする必要があり、運転に必要な電力量が大きくなる、という問題点があった。

【0012】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、効率的な純水製造設備の運転性能と、安定した水質の純水製造性能とを兼ね備えた純水製造システムおよびこれを用いた純水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】

【0013】

上記目的に鑑み本発明は第一に、被処理水が供給される膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの第一の超低圧型逆浸透膜装置と、前記第一の超低圧型逆浸透膜装置の透過水のｐＨを８～１１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膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの第二の超低圧型逆浸透膜装置と、前記第二の超低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イオン交換装置とを有する純水製造システムを提供する（発明１）。

【0014】

かかる発明（発明１）によれば、２段目の逆浸透膜の被処理水をアルカリ性とする２段逆浸透膜装置を備えた純水製造システムにおいて、１段目の逆浸透膜装置として膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの超低圧型逆浸透膜装置を用いることで、被処理水（処理原水）を従来の低圧逆浸透膜よりも低い消費電力で適切なフラックス（Ｆｌｕｘ）で処理することができる。その後、ｐＨ調整装置からアルカリ性の薬品を添加して１段目の逆浸透膜装置の透過水のｐＨを８～１１に調整して難除去成分のイオン化を促進した後、２段目の逆浸透膜装置として膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの超低圧型逆浸透膜装置を用いることで、被処理水（処理原水）を従来の低圧逆浸透膜よりも低い消費電力で適切なフラックス（Ｆｌｕｘ）で処理することができる。そして、この２段目の逆浸透膜装置の透過水を電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）で処理することにより、安定した水質の純水を製造することができる。これらにより、効率的な純水製造設備の運転と、安定した水質の純水の製造とを兼ね備えた純水製造システムとすることができる。

【0015】

上記発明（発明１）においては、前記電気再生式イオン交換装置の脱塩室の通水方向と向流となるように濃縮室を通水し、該濃縮室に電気再生式イオン交換装置の給水または処理水を通水することが好ましい（発明２）。

【0016】

かかる発明（発明２）によれば、２段目の逆浸透膜装置の透過水を電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）で処理する際に、該電気再生式イオン交換装置の濃縮水として脱塩室への給水または処理水（脱塩水）を用い、脱塩室と濃縮室を向流に通水することで、脱塩室と濃縮室の間の濃度差が緩和されるので、高純度の純水を安定して製造することができる。

【0017】

上記発明（発明１又は２）においては、前記電気再生式イオン交換装置の脱塩室から吐出された後１０秒以上経過した処理水の比抵抗値又は導電率を測定する比抵抗計又は導電率計を有することが好ましい（発明３）。

【0018】

上記発明（発明３）によれば、電気再生式イオン交換装置の処理水（脱塩水）は、吐出直後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るので、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可能となる。

【0019】

また、本発明は第二に、被処理水を膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの第一の超低圧型逆浸透膜装置で処理する第一の逆浸透膜処理工程と、前記第一の超低圧型逆浸透膜装置の透過水のｐＨを８～１１に調整するｐＨ調整工程と、このｐＨ調整工程によってｐＨ調整された調整水を膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの第二の超低圧型逆浸透膜装置で処理する第二の逆浸透膜処理工程と、前記第二の超低圧型逆浸透膜装置の透過水を電気再生式イオン交換装置で処理する処理水を得る脱イオン工程とを有する純水製造方法を提供する（発明４）。

【0020】

かかる発明（発明４）によれば、膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの超低圧型逆浸透膜装置を用いることで、被処理水（処理原水）を従来の低圧逆浸透膜よりも低い消費電力で適切なフラックス（Ｆｌｕｘ）で処理し、次に、ｐＨ調整装置からアルカリ性の薬品を添加して１段目の逆浸透膜装置の透過水のｐＨを８～１１に調整して難除去成分のイオン化を促進した後、膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの超低圧型逆浸透膜装置を用いることで、被処理水（処理原水）を従来の低圧逆浸透膜よりも低い消費電力で適切なフラックス（Ｆｌｕｘ）で処理する。そして、この２段目の逆浸透膜装置の透過水を電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）で処理することにより、純水を安定して製造することができる。これらにより、効率的な純水製造設備の運転と、安定した水質とを両立させて純水を製造することができる。

【0021】

上記発明（発明４）においては、前記脱イオン工程において、前記電気再生式イオン交換装置の脱塩室の通水方向と向流となるように濃縮室を通水し、該濃縮室に電気再生式イオン交換装置の給水または処理水を通水することが好ましい（発明５）。

【0022】

かかる発明（発明５）によれば、２段目の逆浸透膜装置の透過水を電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）で処理する際に、該電気再生式イオン交換装置の濃縮水として脱塩室への給水または処理水（脱塩水）を用い、脱塩室と濃縮室を向流に通水することで、脱塩室と濃縮室の間の濃度差が緩和されるので、高純度の純水を安定して製造することができる。
高純度の純水を安定して製造することができる。

【0023】

上記発明（発明４又は５）においては、前記脱イオン工程で得られた処理水の比抵抗値を、該処理水が前記電気再生式イオン交換装置の脱塩室から吐出されて１０秒以上経過した後測定し、この測定した比抵抗値が１５ＭΩ・ｃｍ以上となるように前記電気再生式イオン交換装置の運転条件を制御することが好ましい（発明６）。

【0024】

上記発明（発明６）によれば、電気再生式イオン交換装置の処理水（脱塩水）は、吐出直後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るので、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可能となる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の純水製造システムによれば、２段目の逆浸透膜の被処理水をアルカリ性とする２段逆浸透膜装置を備えた純水製造システムにおいて、１段目の逆浸透膜装置及び２段目の逆浸透膜装置として、膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａの超低圧型逆浸透膜装置を用いているので、この２段目の逆浸透膜装置の透過水を電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）で処理することにより、効率的な純水製造設備の運転と、安定した水質の純水の製造とをバランスを良く兼ね備えたものとなっている。これにより、例えば、電気再生式イオン交換装置の処理水において、１７ＭΩ・ｃｍ以上の比抵抗値の高い純度の純水をより少ない電力で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一実施形態に係る純水製造システムにおける２段逆浸透膜処理装置と電気再生式イオン交換装置の構成を示すフロー図である。

【図2】前記実施形態における電気再生式イオン交換装置の通水方式の一例を示す概略図である。

【図3】前記実施形態における電気再生式イオン交換装置の処理水の比抵抗の計測方法を示す概略図である。

【図4】前記実施形態における電気再生式イオン交換装置の通水方式の他例を示す概略図である。

【図5】実施例１で用いた純水製造システムにおける２段逆浸透膜処理装置と電気再生式イオン交換装置の構成を示すフロー図である。

【図6】本発明の純水製造システムを適用可能な超純水製造装置を示すフロー図である。

【図7】従来の純水製造システムにおける２段逆浸透膜処理装置と電気再生式イオン交換装置の構成を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の純水製造システムについて添付図面を参照して説明する。

【0028】

〔純水製造システム〕
本実施形態の純水製造システムは、２段目の逆浸透膜の被処理水をアルカリ性とする２段逆浸透膜装置の後段に電気再生式イオン交換装置を有するものであればよく、例えば前述した図５に示す超純水製造システム１における一次純水製造装置３に好適適用することができる。

【0029】

具体的には、２段逆浸透膜装置は、図１に示すように被処理水Ｗ４を第一の逆浸透膜装置（ＵＬＰ－ＲＯ１）３１と、この第一の逆浸透膜装置３１の処理水（透過水）にアルカリ性の薬品を添加するｐＨ調整装置としてのアルカリ添加手段３２と、アルカリ性の薬品の添加によりｐＨを８～１１に調整した調整水Ｗ５を処理する第二の逆浸透膜装置（ＵＬＰ－ＲＯ２）３３と、この第二の逆浸透膜装置３３の処理水（透過水）Ｗ６を処理して処理水Ｗ７を製造する電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）３４とを有する。

【0030】

（逆浸透膜）
第一の逆浸透膜装置３１及び第二の逆浸透膜装置３３としては、それぞれ超低圧型逆浸透膜を用いる。本実施形態において、超低圧型逆浸透膜は、膜面有効圧（水温２５℃、純水（ＲＯ透過水））が０．４～０．９ＭＰａにおける透過流束（フラックス）０．４～０．９ｍ^３／（ｍ^２・日）、ＮａＣｌ除去率９０％以上、ホウ素除去率３０％以上の性能を有する逆浸透膜である。

【0031】

膜面有効圧が０．９ＭＰａを超える低圧逆浸透膜では、得られる純水の純度は向上するものの、消費電力が増加する。一方、膜面有効圧が０．４ＭＰａ未満の逆浸透膜では、得られる純水の水質が低下する。

【0032】

なお。低圧型逆浸透膜は、膜面有効圧が１．０～２．０ＭＰａにおける透過流束（フラックス）０．３～１．０ｍ^３／（ｍ^２・日）、ＮａＣｌ除去率９９％以上、ホウ素除去率５０％以上の性能を有する逆浸透膜である。

【0033】

（電気再生式イオン交換装置）
本実施形態において、電気再生式イオン交換装置としては、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、図２に示すように脱塩室（Ｄ室）及び濃縮室（Ｃ室）を形成するとともに両端部に陽極室及び陰極室を形成したものであり、脱塩室の給水（第二の逆浸透膜装置３３の透過水Ｗ６）を濃縮室（Ｃ室）、陽極室及び陰極室に供給する。そして、濃縮室（Ｃ室）には脱塩室（Ｄ室）と反対方向（向流式）で透過水Ｗ６を供給する構造となっている。

【0034】

〔純水製造方法〕
上述したような純水製造システムの運転方法について以下説明する。

【0035】

（第一の逆浸透膜処理工程）
まず、図示しない給水ポンプを駆動して被処理水Ｗ４を第一の逆浸透膜装置３１に供給する。この第一の逆浸透膜装置３１は、膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａで超低圧型逆浸透膜装置に通水すると、従来の低圧逆浸透膜よりも低い消費電力で適切なフラックス（Ｆｌｕｘ）で処理することができる。

【0036】

（ｐＨ調整工程）
次に、第一の逆浸透膜装置３１の透過水にアルカリ添加手段３２からＮａＯＨ溶液を添加して、第一の逆浸透膜装置３１の透過水のｐＨを８～１１に調整し、シリカ、炭酸などの難イオン化成分をイオン化する。

【0037】

（第二の逆浸透膜処理工程）
続いて、このｐＨを８～１１に調整した調整水Ｗ５を第二の逆浸透膜装置３３で処理する。この第二の逆浸透膜装置３３は、膜面有効圧が０．４～０．９ＭＰａで超低圧型逆浸透膜装置に通水すると、従来の低圧逆浸透膜よりも低い消費電力で適切なフラックス（Ｆｌｕｘ）で処理することができる。

【0038】

（脱イオン工程）
そして、第二の逆浸透膜装置３３の透過水Ｗ６を電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）３４で処理することにより、透過水Ｗ６に含まれる微量のイオン性不純物を除去することにより、処理水Ｗ７を得ることができる。

【0039】

このとき、本実施形態においては、電気再生式イオン交換装置３４の脱塩室の通水方向と濃縮室の通水方向とが逆方向（向流）となるように通水しているので、脱塩室と濃縮室の間の不純物の濃度差が緩和されるので、高純度の純水を安定して製造することができる。例えば、電気再生式イオン交換装置の処理水Ｗ７の比抵抗値が１７ＭΩ・ｃｍ以上の高い純度の純水をより少ない電力で製造することができる。

【0040】

この電気再生式イオン交換装置３４の脱塩水（処理水）Ｗ７の比抵抗値は、例えば、図３に示すような方法で計測することが好ましい。図３おいて、複数系列（４系列）の電気再生式イオン交換装置３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄには、給水管４１から分岐した電気再生式イオン交換装置３４Ａ～３４Ｄの脱塩室に第二の逆浸透膜装置３３の透過水Ｗ６を供給する分岐菅４１Ａ～４１Ｄが接続しているとともに、脱塩室の出口に処理水（脱塩水）Ｗ７の流出管４２Ａ～４２Ｄが連通している。これら流出管４２Ａ～４２Ｄは、合流管４２において合流し、後段のシステムに処理水Ｗ７を供給する。そして、流出管４２Ａ～４２Ｄには、比抵抗計４３Ａ～４３Ｄがそれぞれ設けられており、これら比抵抗計４３Ａ～４３Ｄにより電気再生式イオン交換装置３４Ａ～３４Ｄの脱塩室から吐出された直後の処理水（脱塩水）Ｗ７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４２にも比抵抗計４３が設けられている。

【0041】

このような電気脱イオン装置によるシステムにおいて、流出管４２Ａ～４２Ｄ及び合流管４２は、少なくとも比抵抗計４３Ａ～４３Ｄ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４２Ａ～４２Ｄ及び合流管４２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の測定箇所である比抵抗計４３Ａ～４３Ｄ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。

【0042】

また、比抵抗計４３Ａ～４３Ｄの採水チューブ４４Ａ～４４Ｄ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、電気再生式イオン交換装置３４Ａ～３４Ｄの脱塩室の出口から吐出された脱塩水（処理水）Ｗ７が、比抵抗計４３Ａ～４３Ｄの計測部に到達するまで１０秒以上、特に３０秒以上の滞留時間を要する長さとすることが好ましい。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）中の炭酸がほとんど解離していない状態で比抵抗を計測することになるため好ましくない。この採水チューブ４４Ａ～４４Ｄの長さは、採水チューブのチューブ径と通水流量とに応じて、所望とする滞留時間となるように設定すればよい。

【0043】

このような構成とするする理由は以下のとおりである。すなわち、第二の逆浸透膜装置３３の透過水Ｗ６を電気再生式イオン交換装置３４Ａ～３４Ｄ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）Ｗ７が吐出される。このとき、被処理水（給水）Ｗ７中の乖離していない炭酸は、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）Ｗ７の比抵抗値が低下する。そこで、採水チューブ３４Ａ～３４Ｄの長さを、脱塩水（処理水）が脱塩室の出口から比抵抗計４３Ａ～４３Ｄの計測部に到達するまで１０秒以上、好ましくは３０秒以上の滞留時間とな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４２において合流した処理水Ｗ７の比抵抗を比抵抗計４３で計測することで、比抵抗値を確認することができる。

【0044】

上述したように電気再生式イオン交換装置の脱塩水の水質を測定し、この測定した比抵抗値が１５ＭΩ・ｃｍ以上となるように電気再生式イオン交換装置の運転条件を制御することで、処理水Ｗ７の水質を好適に維持することができる。さらに電気再生式イオン交換装置の性能を正確に把握し、電気再生式イオン交換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。

【0045】

以上、本発明の純水製造システムおよび純水製造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、電気再生式イオン交換装置３４は、図４に示すように処理水Ｗ７を脱塩室の通水方向と濃縮室の通水方向とを逆方向（向流）となるように通水してもよい。このような構成を採用することにより、さらに高純度の純水を安定して製造することができる。また、前記実施形態においては、比抵抗計の採水チューブ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４２Ａ～４２Ｄ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、電気再生式イオン交換装置の脱塩水の水質を管理してもよい。

【実施例】

【0046】

以下、具体的実施例に基づい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。

【0047】

〔試験用純水製造装置〕
試験用の純水製造装置システムとして、図５に示すものを用意した。図５において、純水製造システム１は、原水槽５２と、第一の給水ポンプ（ＲＯ１給水ポンプ）５３と、第一の逆浸透膜（ＲＯ１）５４と、第一の逆浸透膜５４の透過水のタンク５５と、ＮａＯＨ溶液を用いたアルカリ添加手段５６と、第二の給水ポンプ（ＲＯ２給水ポンプ）５７と、第二の逆浸透膜（ＲＯ２）５８と、電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）５９と、電気再生式イオン交換装置５９の脱塩水（処理水）Ｗ７の処理水槽６０とを順次設けた構造を有する。

【0048】

〔逆浸透膜装置〕
逆浸透膜（ＲＯ膜）としては、超低圧逆浸透膜低圧と逆浸透膜とを用いた。これらの性能と運転条件を以下に示す。

【0049】

・超低圧逆浸透膜：膜面有効圧力０．５～０．８ＭＰａ、透過水量０．５～０．８ｍ^３／（ｍ^２・日）及び水回収率８３～８７％
・低圧逆浸透膜：膜面有効圧力１．２～１．５ＭＰａ、透過水量０．５～０．８ｍ^３／（ｍ^２・日）及び水回収率８３～８７％

【0050】

［実施例１～３、比較例１～５］
Ｎａイオン、炭酸イオンなどと、ホウ素（Ｂ）１０～２０μｇ／Ｌを含む電気伝導率約２０ｍＳ／ｍの原水（被処理水）Ｗ４を用意した。この原水Ｗ４を図５に示す試験用装置において原水槽５２から第一の給水ポンプ（ＲＯ１給水ポンプ）５３で被処理水Ｗ４を第一の逆浸透膜（ＲＯ１）５４に供給し、第一の逆浸透膜５４の処理水（透過水）をタンク５５で受けた。次に第二の給水ポンプ（ＲＯ２給水ポンプ）５７で第一の逆浸透膜５４の透過水を第二の逆浸透膜（ＲＯ２）５８に給水し、この際第一の逆浸透膜５４の透過水にアルカリ添加手段５６から必要に応じＮａＯＨ溶液を添加して調整水Ｗ５とした。この調整水Ｗ５を第二の逆浸透膜（ＲＯ２）５８で処理して第二の逆浸透膜の透過水Ｗ６を得た。この透過水Ｗ６を電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）５９で処理して、処理水Ｗ７を得た。

【0051】

上述したような処理において、第一の給水ポンプ５３の送水量は約１４ｍ^３／ｈであり、第一の逆浸透膜５４の水回収率は８３～８７％であり、第二の給水ポンプ５７の送水量は約１２ｍ^３／ｈであり、第二の逆浸透膜５８の水回収率は８８～９２％とした。また、第二の逆浸透膜５８の透過水Ｗ６をそのまま電気再生式イオン交換装置５９に給水し、電気再生式イオン交換装置５９では水回収率９３～９７％で１０Ａの定電流運転とし、電圧は１００～１５０Ｖで推移した。このとき、電気再生式イオン交換装置５９の処理水Ｗ７の量はいずれも約１０ｍ^３／ｈとなった。

【0052】

第二の逆浸透膜５８の給水のｐＨをアルカリにする場合には、第一の逆浸透膜５４の透過水に必要に応じて１％ＮａＯＨ溶液をアルカリ添加手段５６から所定のｐＨとなるように薬注し、調整水Ｗ５とした。

【0053】

電気再生式イオン交換装置５９では、通水方法として、脱塩室への通水方向と濃縮室の通水方向が同じ向きとなる並流フローと、逆方向になる向流フローを条件によって切り替えた。また、濃縮室への給水は、電気再生式イオン交換装置５９の脱塩室の給水と同じ第二の逆浸透膜５８の透過水Ｗ６を通水する場合と、電気再生式イオン交換装置５９の処理水Ｗ７を通水する場合とを条件によって切り替えた。

【0054】

処理水Ｗ７の製造工程におけるＲＯ１給水ポンプ５３の消費電力、ＲＯ２給水ポンプの消費電力、電気再生式イオン交換装置５９の消費電力をそれぞれ測定し、これらの合計を算出した。また、処理水Ｗ７のホウ素濃度、脱塩室から吐出直後の比抵抗値及び吐出後３０秒経過した後の比抵抗値を測定した。この結果を第一の逆浸透膜５４の給水ｐＨ及び膜種、第二の逆浸透膜５８の給水ｐＨ及び膜種、並びに電気再生式イオン交換装置５９の脱塩室と濃縮室の通水方式、濃縮室の給水種及び回収率とともに表１～表３に示す。

【0055】

【表1】

【0056】

【表2】

【0057】

【表3】

【0058】

表１～表３から明らかなように、第一の逆浸透膜５４及び第二の逆浸透膜５８として超低圧逆浸透膜を使用し、第二の逆浸透膜５８の給水（調整水）Ｗ５のｐＨを９～１０とし、かつ電気再生式イオン交換装置５９の通水方式を向流式とした実施例１～３では、より低消費電力で高純度な水質の処理水が得られることがわかる。

【0059】

これに対し、第一の逆浸透膜５４及び第二の逆浸透膜５８として超低圧逆浸透膜を使用し、第二の逆浸透膜５８の給水のｐＨを調整しない比較例１、２、４では、電気再生式イオン交換装置５９の通水方式に関わらず、処理水Ｗ７の水質が実施例１，２に比べて悪かった。また、第一の逆浸透膜５４として低圧逆浸透膜を使用し、第二の逆浸透膜５８として超低圧逆浸透膜を使用した比較例３，５では、純度の高い処理水が得られるものの、消費電力が実施例１～３に比べて約４０％増大した。さらに、電気再生式イオン交換装置５９の通水方式を並流式とした比較例１，３では、電気再生式イオン交換装置５９の脱塩室出口から３０秒経過後の比抵抗値がさらに低下した。これは電気再生式イオン交換装置５９の処理水Ｗ７中に存在する分子状ＣＯ_２が時間の経過とともに解離して比抵抗値を低下させたためであると考えられる。

【符号の説明】

【0060】

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（純水製造システム）
４ サブシステム
５，６ 逆浸透膜装置
７ 電気再生式イオン交換装置
８ 紫外線酸化装置
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 第一の逆浸透膜装置
２２ アルカリ添加手段（ｐＨ調整装置）
２３ 第二の逆浸透膜装置
２４ 電気再生式イオン交換装置
３１ 第一の逆浸透膜装置
３２ アルカリ添加手段
３３ 第二の逆浸透膜装置
３４，３４Ａ～３４Ｄ 電気再生式イオン交換装置
４１ 給水管
４１Ａ～４１Ｄ 分岐菅
４２ 合流管
４２Ａ～４２Ｄ 流出管
４３，４３Ａ～４３Ｄ 比抵抗計
４４Ａ～４４Ｄ 採水チューブ
５１ 純水製造装置（純水製造システム）
５２ 原水槽
５３ 第一の給水ポンプ
５４ 第一の逆浸透膜
５５ 透過水タンク
５６ アルカリ添加手段
５７ 第二の給水ポンプ
５８ 第二の逆浸透膜
５９ 電気再生式イオン交換装置（ＣＥＤＩ）
６０ 処理水槽
Ｗ 原水
Ｗ１ 前処理水
Ｗ２ 一次純水（純水）
Ｗ３ 超純水
Ｗ４ 被処理水
Ｗ５ 調整水
Ｗ６ 第二の逆浸透膜装置の透過水
Ｗ７ 電気再生式イオン交換装置の処理水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】