JP2019118891A - 純水製造装置及び純水製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】再生が容易である弱塩基性アニオン交換樹脂を効率的に活用して強塩基性アニオン交換樹脂へのＴＯＣ負荷を低減することができる純水製造装置及び純水製造方法を提供する。【解決手段】原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）より純水を製造する純水製造装置であって、弱塩基性陰イオン交換樹脂層、強塩基性陰イオン交換樹脂層、強酸性陽イオン交換樹脂層と、これらのイオン交換樹脂層に上記の順番に通水する通水手段とを有する純水製造装置。原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）より純水を製造する純水製造装置であって、弱塩基性陰イオン交換樹脂層、強塩基性陽イオン交換樹脂層、強酸性陰イオン交換樹脂層と、これらのイオン交換樹脂層に上記の順番に通水する通水手段とを有する純水製造装置。【選択図】図１

Description

本発明は、原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）を処理して純水を製造する純水製造装置に係り、特にイオン交換装置を用いた純水製造装置及び純水製造方法に関する。

電子部品製造工程排水から純水を製造する方法として、特許文献１に、弱塩基性アニオン交換樹脂→強塩基性アニオン交換樹脂→強酸性カチオン交換樹脂の順に通水して脱イオンする方法が記載されている。また、特許文献２の０００３段落には、弱塩基性アニオン交換樹脂→強酸性カチオン交換樹脂→強塩基性アニオン交換樹脂の順に通水して脱イオンする方法が記載されている。

電子部品製造工程排水以外の水（例えば工業用水、河川水、井水など）から純水を製造する場合は、通常、図３の通り、強酸性カチオン交換樹脂（ＳＣ）塔３→弱塩基性アニオン交換樹脂（ＷＡ）塔１→強塩基性アニオン交換樹脂（ＳＡ）塔２の順に通水して脱イオン処理を行う。

特開２００８−７３６４４号公報 特開平６−９１２６３号公報

イオン交換樹脂を用いて脱イオン処理して純水を製造する場合、被処理水中のＴＯＣ成分もイオン交換樹脂により除去される。ＴＯＣ成分は弱酸性であるため、被処理水のｐＨが中性ないしはアルカリ性であると、ＴＯＣ成分は解離し、アニオン交換樹脂に吸着される。

アニオン交換樹脂には、弱塩基性アニオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とがある。弱塩基性アニオン交換樹脂は、再生が容易であり、また安価であるが、官能基が弱塩基性であるため、被処理水がアルカリ性であるとイオン交換能が乏しく、中性ないし酸性の被処理水のみを処理対象とする。強塩基性アニオン交換樹脂は、全ｐＨ域でアニオン交換するが、再生に強塩基性の再生液が必要となる。そのため、ＴＯＣ成分を多く含む原水を処理して純水を製造する場合、弱塩基性アニオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とを組み合わせて用い、ＴＯＣ成分由来のアニオンはなるべく弱塩基性アニオン交換樹脂で除去し、強塩基性アニオン交換樹脂への負荷を小さくすることが望まれる。

本発明は再生が容易である弱塩基性アニオン交換樹脂を効率的に活用して強塩基性アニオン交換樹脂へのＴＯＣ負荷を低減することができる純水製造装置及び純水製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の純水製造装置は、原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）より純水を製造する純水製造装置であって、弱塩基性陰イオン（アニオン）交換樹脂層、強塩基性陰イオン交換樹脂層、及び強酸性陽イオン（カチオン）交換樹脂層と、これらのイオン交換樹脂層に上記の順番に通水する通水手段とを有する。

本発明の別の一態様の純水製造装置は、原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）より純水を製造する純水製造装置であって、弱塩基性陰イオン交換樹脂層、強酸性陽イオン交換樹脂層、及び強塩基性陰イオン交換樹脂層と、これらのイオン交換樹脂層に上記の順番に通水する通水手段とを有する。

本発明の純水製造方法は、かかる純水製造装置を用いて純水を製造する。

本発明では、原水（弱塩基性アニオン交換樹脂層への給水）のｐＨは４〜８であることが望ましい。

本発明の純水製造装置及び方法によると、原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）を弱塩基性アニオン交換樹脂で処理した後、強塩基性アニオン交換樹脂で処理するので、前段側の弱塩基性アニオン交換樹脂処理によりＴＯＣ成分の多くが除去され、後段の強塩基性アニオン交換樹脂に対する負荷が減少する。このため、強塩基性アニオン交換樹脂の再生頻度を少なくし、効率よく低コストにて純水を製造することが可能となる。

なお、弱塩基性イオン交換樹脂は、強酸＞弱酸の順でアニオンイオンをイオン交換で除去する。塩基性アニオン交換樹脂で捕捉されるＴＯＣ成分は弱酸であるため、給水中にＨＣｌのような強酸が含まれる場合には、ＴＯＣ成分の捕捉優先順位が低下する。強酸の少ない条件下においては、弱酸であるＴＯＣ成分が弱塩基性イオン交換樹脂により十分に除去される。

実施の形態に係る純水製造装置のフロー図である。 別の実施の形態に係る純水製造装置のフロー図である。 従来例の純水製造装置のフロー図である。 ＴＯＣ除去率の経時変化を示すグラフである。 ＴＯＣ除去率の経時変化を示すグラフである。 処理水中の有機物の分析結果を示すグラフである。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明の一態様の純水製造装置は、図１の通り、原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）を弱塩基性アニオン交換樹脂（ＷＡ）塔１、強塩基性アニオン交換樹脂（ＳＡ）塔２、強酸性カチオン交換樹脂（ＳＣ）塔３の順に通水して純水を製造する。弱塩基性アニオン交換樹脂塔１、強塩基性アニオン交換樹脂塔２、強酸性カチオン交換樹脂塔３内には、それぞれ、弱塩基性アニオン交換樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層が設けられている。

各塔同士は通水手段を構成する配管によって連通されている。原水は、通水手段を構成する原水配管及び原水ポンプによって弱塩基性アニオン交換樹脂塔１に供給される。

本発明の別の一態様の純水製造装置は、図２の通り、原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）を弱塩基性アニオン交換樹脂塔１、強酸性カチオン交換樹脂塔３及び強塩基性アニオン交換樹脂塔２の順に通水して純水を製造する。

この図１，２のフローによると、弱塩基性アニオン交換樹脂塔１によりＴＯＣ成分の多くが除去されるので、強塩基性アニオン交換樹脂塔２の負荷が低減され、強塩基性アニオン交換樹脂の再生頻度が少なくなり、効率よく低コストにて純水を製造することができる。なお、図２のフローの方が図１のフローよりも、強塩基性アニオン交換樹脂塔２でのＴＯＣ成分の除去率が増加する。これは、強酸性カチオン交換樹脂塔で処理することで、ｐＨが酸性となり、強塩基性アニオン交換樹脂塔での除去効率が向上するためである。

上記原水としては、工業用水、河川水、湖沼水、井水等のほか、電子部品製造工程排水以外の排水（例えば鉄鋼、食品系排水）などが例示される。弱塩基性イオン交換樹脂への給水のＴＯＣは３ｍｇ／Ｌ以下、特に１ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。

原水は、弱塩基性アニオン交換樹脂に供給される前に、凝集沈殿、凝集加圧浮上、濾過装置等の除濁装置や活性炭装置などの前処理装置によって処理されて上記給水とされてもよい。なお、弱塩基性アニオン交換樹脂塔１の前段に、脱イオン装置（イオン交換樹脂装置、逆浸透膜装置、電気再生式脱イオン装置など）を設ける必要はない。

弱塩基性アニオン交換樹脂塔１に供給される水のｐＨは２〜１２特に４〜８であることが好ましく、必要であれば、この範囲となるように酸又はアルカリを添加してｐＨ調整を行う。

弱塩基性アニオン交換樹脂は、弱塩基性アニオン交換基を有するイオン交換樹脂であり、市販品が使用できる。弱塩基性アニオン交換基としては、１〜３級アミノ基が一般的であるが、他の基でもよい。

強塩基性アニオン交換樹脂は、強塩基性アニオン交換基を有するイオン交換樹脂であり、市販品が使用できる。強塩基性アニオン交換基としては、４級アンモニウム基が一般的であるが、他の基でもよい。強塩基性アニオン交換樹脂のうち、トリメチルアンモニウム基を交換基とするＩ型強塩基性アニオン交換樹脂が塩基度が高く、中性塩分解能が高いので好ましい。ジメチルエタノールアンモニウム基を交換基とするＩＩ型強塩基性アニオン交換樹脂は、フッ化物イオンの除去性が悪いので、その目的のためには好ましくない。

強酸性カチオン交換樹脂は、強酸性カチオン交換基を有するイオン交換樹脂であり、市販品が使用できる。強酸性カチオン交換基としては、スルフォン基が一般的であるが、他の基でもよい。

各イオン交換樹脂塔１，２，３には、下向流にて通水することが好ましい。また、各イオン交換樹脂塔１，２，３への通水ＳＶは１０〜４０ｈｒ^−１特に２０〜３０ｈｒ^−１程度が好ましい。

本発明装置は、各イオン交換樹脂層をそれぞれを一つに塔に設けるようにした多塔形式でもよいし、一つ或いは二つの塔に設けてもよい。各塔の間に、脱炭酸塔などの他の水処理装置を設けてもよい。

以下の実施例、比較例及び参考例では、以下の原水、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を用いた。なお、アニオン交換樹脂は、再生及び洗浄した後に使用した。
原水：野木町水（ＴＯＣ：１．１〜１．２ｍｇ／Ｌ、ｐＨ６〜７、常温）
弱塩基性アニオン交換樹脂：三菱化学株式会社ＷＡ３０Ｃ
強塩基性アニオン交換樹脂：三菱化学株式会社ＳＡ１０ＡＬ
強酸性カチオン交換樹脂：三菱化学株式会社ＳＫ１ＢＬ

［参考例１］
上記原水を図５（ａ）の通り、強酸性カチオン交換樹脂塔（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）→強塩基性アニオン交換樹脂塔（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）の順に通水した。また、上記原水を図５（ｂ）の通り、強酸性カチオン交換樹脂塔（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）→弱酸性カチオン交換樹脂塔（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）→強塩基性アニオン交換樹脂塔（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）の順に通水した。処理水のＴＯＣ除去率をそれぞれ図５に示す。

図５の通り、原水を強酸性カチオン交換樹脂に通水した後、（ａ）のように強塩基性アニオン交換樹脂に通水した方が、（ｂ）のように弱塩基性アニオン交換樹脂に通水した場合よりも、ＴＯＣ除去率が高い。図５のΔＬは、原水を強酸性カチオン交換樹脂→強塩基性アニオン交換樹脂通水処理した場合と、強酸性カチオン交換樹脂→弱塩基性アニオン交換樹脂通水処理した場合との、強塩基性アニオン交換樹脂負荷の差である。

本発明では、原水を弱塩基性アニオン交換樹脂に通水してから強塩基性アニオン交換樹脂に通水するので、図５のΔＬに相当する分だけ強塩基性アニオン交換樹脂への負荷が小さいものとなる。その結果、強塩基性アニオン交換樹脂の再生頻度が減少し、純水製造効率が向上し、純水製造コストが低下する。

［実施例１］
上記原水を図２の通り、弱塩基性アニオン交換樹脂塔１（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）→強酸性カチオン交換樹脂塔３（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）→強塩基性アニオン交換樹脂塔２（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）の順に通水して純水を製造した。弱塩基性アニオン交換樹脂塔１の流出水及び強酸性カチオン交換樹脂塔３の流出水中のＴＯＣ濃度を測定し、原水ＴＯＣ濃度に対するＴＯＣ除去率を求めた。結果を図４に示す。

図４の通り、実施例１では、弱塩基性アニオン交換樹脂塔１流出水のＴＯＣ除去率が通水開始１００ｍｉｎ以降でも約６０％であり、上記参考例１の（ｂ）のように強酸性カチオン交換樹脂と弱塩基性アニオン交換樹脂とを用いた場合のＴＯＣ除去率約４５％（図５（ｂ）の通水開始１００ｍｉｎ以降の値）よりも大幅に上昇していることが認められた。

なお、実施例１において、弱塩基性アニオン交換樹脂塔１からの流出水中のＴＯＣ成分について、ＬＣ−ＯＣＤによる分画を行い、その分子量の大きさにより、生物由来有機物（高分子）、有機酸、低分子有機物に分類し、それぞれの濃度の経時変化を測定した。結果を図６に示す。

［比較例１］
上記原水を図３の通り、強酸性カチオン交換樹脂塔３（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）→弱塩基性アニオン交換樹脂塔１（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）→強塩基性アニオン交換樹脂塔２（ＬＶ＝４０ｍ／ｈｒ）の順に通水した。この際の弱塩基性アニオン交換樹脂塔１からの流出水中のＴＯＣ成分について、ＬＣ−ＯＣＤによる分画を行い、その分子量の大きさにより、生物由来有機物（高分子）、有機酸、低分子有機物に分類し、それぞれの濃度の経時変化を測定した。結果を図６に示す。

図６の通り、実施例１は、比較例１に比べて、生物由来有機物、有機酸の削減効果が高い。強塩基性イオン交換樹脂を汚染する成分は、生物由来有機物、有機酸等のイオン性有機物が主体であるので、実施例１によると後段の強塩基性イオン交換樹脂の負荷が低減されることが認められた。

１ 弱塩基性アニオン交換樹脂塔
２ 強塩基性アニオン交換樹脂塔
３ 強酸性カチオン交換樹脂塔

Claims (4)

1. 原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）より純水を製造する純水製造装置であって、
   弱塩基性陰イオン交換樹脂層、強塩基性陰イオン交換樹脂層、及び強酸性陽イオン交換樹脂層と、
   これらのイオン交換樹脂層に上記の順番に通水する通水手段と
   を有する純水製造装置。
2. 原水（ただし電子部品製造工程排水を除く）より純水を製造する純水製造装置であって、
   弱塩基性陰イオン交換樹脂層、強酸性陽イオン交換樹脂層、及び強塩基性陰イオン交換樹脂層と、
   これらのイオン交換樹脂層に上記の順番に通水する通水手段と
   を有する純水製造装置。
3. 前記弱塩基性アニオン交換樹脂に供給される原水のｐＨが４〜８であることを特徴とする純水製造装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の純水製造装置を用いた純水製造方法。

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