JP2004000919A - 脱塩水製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ホウ素及びＴＯＣ濃度が著しく低い高水質の脱塩水を、高い水回収率で安定に製造する。
【解決手段】脱塩装置２の濃縮水をホウ素除去装置５で処理した後脱塩装置２の入口側へ戻して循環処理する脱塩水製造装置。濃縮水の循環処理で水回収率を高める。濃縮水をホウ素除去装置５で処理して循環処理することにより、ホウ素の濃縮を防止して高水質の脱塩水を得る。
【選択図】 図１
【解決手段】脱塩装置２の濃縮水をホウ素除去装置５で処理した後脱塩装置２の入口側へ戻して循環処理する脱塩水製造装置。濃縮水の循環処理で水回収率を高める。濃縮水をホウ素除去装置５で処理して循環処理することにより、ホウ素の濃縮を防止して高水質の脱塩水を得る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は脱塩水製造装置に係り、特に、ホウ素及びＴＯＣが著しく低減された高水質の脱塩水を、高い水回収率で製造することができる脱塩水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、市水、地下水、工水等の原水から超純水を製造する超純水製造装置は、基本的に、前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製造装置から構成される。このうち、前処理装置は、凝集、浮上、濾過、除濁膜装置等で構成される。一次純水製造装置は、活性炭吸着塔、紫外線（ＵＶ）酸化装置、化学的酸化装置、脱気装置等のうちの１種又は２種以上の装置と、脱塩装置とで構成され、このうち脱塩装置は、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置、電気再生式脱塩装置、イオン交換装置（混床式イオン交換装置ないしはイオン交換純水装置）の１種或いは２種以上の組み合わせにより構成される。また、二次純水製造装置は、一次純水製造装置と同様な装置単位を適宜組み合わせたものであり、一般的には、低圧ＵＶ酸化装置、混床式イオン交換装置及び限外濾過（ＵＦ）膜分離装置で構成される。
【０００３】
これらの各装置単位において、原水の脱塩は、ＲＯ膜分離装置、電気再生式脱塩装置及び混床式イオン交換装置で行われる。また、原水中の微粒子の除去は、ＲＯ膜分離装置及びＵＦ膜分離装置で行われ、ＴＯＣ成分の除去は、ＲＯ膜分離装置、イオン交換純水装置、低圧ＵＶ酸化装置で行われる。
【０００４】
このような超純水製造装置により工水、その他の水を原水として超純水を製造する場合、得られる超純水の純度が悪く、管理値を満足し得ない場合がある。例えば、抵抗率１８．２４ＭΩ・ｃｍの超純水を製造する超純水製造装置において、得られる超純水の抵抗率が１８．０ＭΩ・ｃｍあるいはそれ以下にまで低下する場合がある。このような純度低下は、特に、装置の運転時間が長くなった場合に著しい。
【０００５】
しかして、この純度低下の原因は、原水中のホウ素にあることが知られている。
【０００６】
従来、ホウ素の除去手段としては、強塩基性アニオン交換樹脂、ホウ素選択性キレート樹脂、或いはｐＨ９以上のアルカリ性条件でのＲＯ膜分離処理が知られており、本出願人は、先に脱塩装置の後段にホウ素選択性キレート樹脂を充填したホウ素吸着樹脂塔を設けてホウ素を除去するようにした超純水製造装置を提案した（特開平８−８９９５６号公報）。
【０００７】
しかし、強塩基性アニオン交換樹脂は、単位樹脂量当たりのホウ素の吸着量が少なく、ホウ素の除去効率が悪い。また、ＲＯ膜分離処理では、ｐＨ９以上のアルカリ性であればホウ素を除去し得るが、超純水の製造プロセスのように、ｐＨ中性の系内では、ホウ素は解離せずにホウ酸として存在するため、除去し得ず、濃縮水中に濃縮される。
【０００８】
ホウ素選択性キレート樹脂は、一般の強塩基性アニオン交換樹脂よりも単位樹脂量当たりのホウ素の吸着量は多いが、被処理水中のホウ素濃度が低いと単位樹脂量当たりのホウ素吸着量は小さいものとなる。このため、脱塩装置の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けた特開平８−８９９５６号公報の装置では、ホウ素濃度の低い脱塩水がホウ素吸着樹脂塔に導入されるため、単位樹脂量当たりのホウ素吸着量が少なく、ホウ素吸着樹脂塔への通水可能な時間が短く、ホウ素吸着樹脂塔を頻繁に再生する必要があるという欠点がある。即ち、原水である市水、工水等のホウ素濃度は、通常２０μｇ／Ｌ程度である。従って、このような低ホウ素濃度の原水を脱塩処理して得られる処理水のホウ素濃度は更に低く、このため、ホウ素選択性キレート樹脂の吸着能を有効利用することができない。
【０００９】
また、ホウ素選択性キレート樹脂は、有機物（ＴＯＣ）の溶出の問題があり、ホウ素吸着樹脂塔の後段にＲＯ膜分離装置やＵＶ酸化装置等を設けてＴＯＣの除去を行わないと、得られる超純水のＴＯＣが安定しないという問題もある。そして、ホウ素吸着樹脂塔の後段にＲＯ膜分離装置やＵＶ酸化装置を設けた場合には、これらの装置の負荷が大きいという問題もある。
【００１０】
ところで、脱塩装置としてのＲＯ膜分離装置や電気再生式脱塩装置にあっては、水回収率を高めるために、濃縮水を循環処理することが行われている。この場合、例えば、脱塩装置として、ＲＯ膜分離装置を２段に直列に配置した場合、或いは、ＲＯ膜分離装置とその後段の電気再生式脱塩装置を設けた場合に、比較的純度の高い、後段のＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水を前段のＲＯ膜分離装置の導入側に戻すことが考えられる。しかしながら、このように濃縮水を回収して循環処理を行う場合、前述の如く、ｐＨ中性におけるＲＯ膜分離処理ではホウ素の除去率は低く、５０〜６０％程度であるため、ＲＯ膜分離装置で除去し得なかったホウ素が系内で濃縮され、経時により処理水水質の悪化を招くという問題がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−８９９５６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ホウ素及びＴＯＣ濃度が著しく低い高水質の脱塩水を、高い水回収率で安定に製造することができる脱塩水製造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱塩水製造装置は、ホウ素含有水が供給され、該ホウ素含有水を脱塩水と濃縮水とに分離する脱塩装置と、該脱塩装置から排出される濃縮水を、該脱塩装置の上流側に戻す返送路と、該返送路の途中に設けられ、該濃縮水中のホウ素を除去するホウ素除去装置とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の脱塩水製造装置では、脱塩装置から排出される濃縮水を循環処理することにより水回収率を高めることができる。このように、脱塩装置の濃縮水を循環処理した場合、前述の如く、系内でのホウ素の濃縮の問題があるが、本発明では、この循環濃縮水をホウ素除去装置で処理してホウ素を除去した後脱塩装置の上流側に戻すため、濃縮水を循環処理することによるホウ素の濃縮の問題は解消される。しかも、本発明では、比較的ホウ素濃度の高い脱塩装置の濃縮水をホウ素除去装置で処理するため、例えば、ホウ素選択性キレート樹脂等のホウ素選択性吸着体による処理において、単位吸着体当たりのホウ素吸着量が多くなり、従って、処理水量を大きく（通水時間を長く）することができ、吸着体の再生頻度を低減することができる。
【００１５】
また、ホウ素選択性キレート樹脂等のホウ素選択性吸着体から溶出するＴＯＣは、脱塩装置で除去することができるため、このホウ素選択性吸着体から溶出するＴＯＣの除去のための装置を設ける必要もなく、脱塩水のＴＯＣの増加も防止することができる。
【００１６】
ところで、特開平８−８９９５６号公報に記載される装置のように、脱塩装置の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けたものでは、ホウ素選択性キレート樹脂からのＴＯＣの溶出の問題に加えて、次のような不具合もある。即ち、脱塩処理系統にホウ素吸着樹脂塔を設けた場合、樹脂の再生時に通水を中断することは、脱塩水の製造を中止することになる。このため、再生時も連続通水を行うために、ホウ素吸着樹脂塔を２塔設ける必要がある。
【００１７】
これに対して本発明の脱塩水製造装置であれば、ホウ素吸着樹脂塔の再生時又は交換時には、通水を中断して濃縮水を系外に排出すれば良く、再生のためにホウ素吸着塔を２塔設ける必要はない。
【００１８】
なお、このように濃縮水を処理する場合、脱塩処理系統での処理に比べて、ホウ素吸着塔に通水される処理水量が少ないことにより、ホウ素吸着塔の再生頻度を低減することができるという効果を得ることもできる。
【００１９】
また、特開平８−８９９５６号公報に記載される装置のように脱塩装置の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けた場合には、脱塩装置の後段にブースターポンプを設け、脱塩装置の処理水を昇圧してホウ素吸着樹脂塔に通水する必要が生じる場合もあるが、本発明のように、濃縮水を通水する場合には、このような問題も解消される。
【００２０】
本発明において、脱塩装置は、ＲＯ膜分離装置及び／又は電気再生式脱塩装置により構成されることが好ましく、例えば、
▲１▼ ＲＯ膜分離装置とこのＲＯ膜分離装置の透過水が導入される電気再生式脱塩装置とで構成される脱塩装置
或いは
▲２▼ 前段のＲＯ膜分離装置と、この前段のＲＯ膜分離装置の透過水が導入される後段のＲＯ膜分離装置とで構成される脱塩装置
等を採用することができる。
【００２１】
なお、電気再生式脱塩装置は、電極（陽極、陰極）の間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体とカチオン交換体とを混合もしくは複層状に充填したものであり、特公平４−７２５６７号公報、特許第２７５１０９０号公報、特許第２６９９２５６号公報等に記載されている。電気再生式脱塩装置は、水解離によってＨ＋イオンとＯＨ−イオンとを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から脱塩処理に広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能であるという利点がある。
【００２２】
このような本発明の脱塩水製造装置において、循環処理する濃縮水は、比較的純度の高いＲＯ膜分離装置の後段の電気再生式脱塩装置又は後段のＲＯ膜分離装置の濃縮水であることが好ましい。
【００２３】
脱塩装置の前段のＲＯ膜分離装置の濃縮水を循環処理する場合、或いは、脱塩装置としてＲＯ膜分離装置を１段のみ設け、その濃縮水を循環処理する場合、この濃縮水は塩類濃度が高いため、これを脱塩装置に循環すると脱塩装置の負荷が大きくなり過ぎ、好ましくない。従って、この場合には、濃縮水の返送路にこの濃縮水を脱塩処理するためのＲＯ膜分離装置（以下このＲＯ膜分離装置を「回収ＲＯ膜分離装置」と称す場合がある。）を設け、濃縮水を回収ＲＯ膜分離装置で脱塩処理した後ホウ素除去装置でホウ素の除去を行い、その後脱塩装置に導入することが好ましい。
【００２４】
この回収ＲＯ膜分離装置で濃縮水中の塩類を除去する場合、この濃縮水中にシリカが濃縮されていると、回収ＲＯ膜分離装置においてシリカスケールが生成して脱塩が困難になる恐れがあるため、回収ＲＯ膜分離装置に導入する濃縮水にスケール防止剤を添加するか、酸を添加してスケールの生成し難い条件に調整することが好ましい。
【００２５】
本発明において、ホウ素除去装置としては、
（ｉ） ホウ素選択性吸着体を充填したホウ素吸着塔
（ｉｉ） ホウ素と錯体を形成するキレート剤を添加するキレート剤添加装置
（ｉｉｉ） 被処理水をアルカリ性にして通水するＲＯ膜分離装置（以下「ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置」と称す場合がある。）
又は
（ｉｖ） 電気再生式脱塩装置（以下「ホウ素除去用電気再生式脱塩装置」と称す場合がある。）
等を用いることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の脱塩水製造装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１〜６は本発明の脱塩水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２８】
図１の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後ＲＯ膜分離装置３及び電気再生式脱塩装置４よりなる脱塩装置２で処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３の濃縮水は、系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３の透過水を電気再生式脱塩装置４で処理して脱塩水を得ると共に、濃縮水をホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理する。
【００２９】
図２の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、２段に配置したＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂ及び電気再生式脱塩装置４よりなる脱塩装置２Ａで処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３Ａの濃縮水は系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３Ａの透過水を後段のＲＯ膜分離装置３Ｂで処理し、このＲＯ膜分離装置３Ｂの透過水を電気再生式脱塩装置４で処理して脱塩水を得る。後段のＲＯ膜分離装置３Ｂの濃縮水及び電気再生式脱塩装置４の濃縮水はホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３Ａの入口側に戻して循環処理する。
【００３０】
図３の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、ＲＯ膜分離装置３及び混床式イオン交換装置６よりなる脱塩装置２Ｂで処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３の透過水は混床式イオン交換装置６で処理して脱塩水を得る。ＲＯ膜分離装置３の濃縮水は回収ＲＯ膜分離装置３Ｋで処理し、得られた透過水をホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理する。回収ＲＯ膜分離装置３Ｋの濃縮水は系外へ排出する。
【００３１】
図４の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、ＲＯ膜分離装置３及び２段に配置した電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂよりなる脱塩装置２Ｃで処理して脱塩水を製造するものである。ＲＯ膜分離装置３の濃縮水は系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３の透過水を前段の電気再生式脱塩装置４Ａで処理し、この電気再生式脱塩装置４Ａの透過水を後段の電気再生式脱塩装置４Ｂで処理して脱塩水を得る。前段の電気再生式脱塩装置４Ａの濃縮水及び後段の電気再生式脱塩装置４Ｂの濃縮水はホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理する。
【００３２】
図５の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、２段に配置したＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂ及び２段に配置した電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂよりなる脱塩装置２Ｄで処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３Ａの濃縮水は系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３Ａの透過水を後段のＲＯ膜分離装置３Ｂで処理し、このＲＯ膜分離装置３Ｂの透過水を前段電気再生式脱塩装置４Ａで処理し、この電気再生式脱塩装置４Ａの透過水を後段の電気再生式脱塩装置４Ｂで処理して脱塩水を得る。後段のＲＯ膜分離装置３Ｂの濃縮水及び前段の及び後段の電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂの濃縮水はホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３Ａの入口側に戻して循環処理する。
【００３３】
図６の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、２段に配置したＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂ及び混床式イオン交換装置６よりなる脱塩装置２Ｅで処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３Ａの濃縮水は系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３Ａの透過水を後段のＲＯ膜分離装置３Ｂで処理し、このＲＯ膜分離装置３Ｂの透過水を混床式イオン交換装置６で処理して脱塩水を得る。後段のＲＯ膜分離装置３Ｂの濃縮水はホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３Ａの入口側に戻して循環処理する。
【００３４】
本発明において、原水としては、市水、工水、井水、その他のプロセス排水、或いはこれらの混合水を用いることができる。一般に、これらの原水のホウ素濃度は２０〜３０μｇ／Ｌの範囲であるが、本発明はホウ素濃度１〜５００μｇ／Ｌの原水に適用可能である。
【００３５】
前処理装置１としては、特に制限はなく、除濁装置、活性炭吸着塔、脱気装置、脱炭酸装置等が必要に応じて組み合わせて用いられる。
【００３６】
脱塩装置としては、前処理水を脱塩水と濃縮水とに分離する装置を含むものであれば良く、一般的には、ＲＯ膜分離装置及び／又は電気再生式脱塩装置、更に必要に応じてイオン交換装置等が用いられる。本発明の脱塩水製造装置の脱塩装置は、図１に示すＲＯ膜分離装置３と電気再生式脱塩装置４との組み合せ、図２に示す２段ＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂと電気再生式脱塩装置４との組み合せ、図３に示すＲＯ膜分離装置３と混床式イオン交換装置６との組み合せ、図４に示すＲＯ膜分離装置３と２段電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂとの組み合せ、図５に示す２段ＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂと２段電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂとの組み合せ、図６に示す２段ＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂと混床式イオン交換装置６との組み合せに何ら限定されず、例えば、
▲１▼ ＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の１段処理
▲２▼ ＲＯ膜分離装置の２段又は３段以上の多段処理
▲３▼ ＲＯ膜分離装置と電気再生式脱塩装置と混床式イオン交換装置
等を採用することもできる。また、ＲＯ膜分離装置の２段処理において、２段目のＲＯ膜分離装置の入口水に、炭酸成分のイオン化の目的でＮａＯＨ，ＫＯＨ等のアルカリ剤を添加してｐＨ調整を行うなどの処理も任意に採用することができる。また、非再生式イオン交換装置を併用しても良く、例えば、図１において、電気再生式脱塩装置４の後段に更に非再生式イオン交換装置を設けても良い。また、図６の混床式イオン交換装置６の代りに非再生式イオン交換装置を設けても良い。また、これらの脱塩装置を構成する装置単位間に脱気装置等の脱塩装置以外の装置を設けても良い。
通常の場合、このような脱塩装置の被処理水のｐＨは３〜１０の範囲とされる。
【００３７】
本発明の脱塩水製造装置では、水回収率の向上のために、脱塩装置から排出される濃縮水を循環処理するが、この循環処理による系内でのホウ素の濃縮を防止するために、濃縮水をホウ素除去装置５で処理してホウ素を除去する。
【００３８】
本発明において、ホウ素を除去して循環処理する濃縮水は、ＲＯ膜分離装置及び／又は電気再生式脱塩装置を２段以上に設けた脱塩装置の場合には、塩類濃度の高い前段の装置の濃縮水は系外へ排出し、比較的純度の高い後段の電気再生式脱塩装置又はＲＯ膜分離装置の濃縮水であることが好ましい。このため、図１，４の脱塩水製造装置では、ＲＯ膜分離装置３の後段の電気再生式脱塩装置４又は電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂの濃縮水を循環処理し、図２，５，６の脱塩水製造装置では、ＲＯ膜分離装置３Ａの後段のＲＯ膜分離装置３Ｂの濃縮水と更にその後段の電気再生式脱塩装置４，４Ａ，４Ｂの濃縮水を循環処理し、いずれも前段のＲＯ膜分離装置３，３Ａの濃縮水を系外へ排出している。
【００３９】
ＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置を１段のみ設けた脱塩装置の場合や、１段目のＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水を循環処理する必要がある場合には、図３に示す如く、濃縮水の返送系路にこの濃縮水を処理するための回収ＲＯ膜分離装置３Ｋを設けてＲＯ膜分離処理し、濃縮水を系外へ排出し、得られた透過水を循環処理することが好ましい。
【００４０】
図３に示す如く、回収ＲＯ膜分離装置３Ｋで濃縮水中の塩類を除去する場合、この濃縮水中にシリカが濃縮されていると、回収ＲＯ膜分離装置３Ｋにおいてシリカスケールが生成して脱塩が困難になる恐れがあるため、回収ＲＯ膜分離装置に導入する濃縮水にスケール防止剤を添加するか、酸を添加してｐＨ４程度のスケールの生成し難い条件に調整することが好ましい。
【００４１】
この回収ＲＯ膜分離装置３ＫにおけるＲＯ膜分離処理は、ｐＨ中性又は酸性条件となり、このようなｐＨ条件ではホウ素はイオン化しないため、回収ＲＯ膜分離装置３Ｋでは除去されず、その殆どが透過水中に移行するようになる。通常の場合、回収ＲＯ膜分離装置３Ｋにおけるホウ素除去率は２０〜３０％程度である。このような回収ＲＯ膜分離装置３Ｋを設ける場合、この回収ＲＯ膜分離装置３Ｋの水回収率は５０〜７０％程度とすることが好ましい。
【００４２】
なお、図１，２や図４〜６の脱塩水製造装置にあっても前段のＲＯ膜分離装置３，３Ａの濃縮水を回収ＲＯ膜分離装置で処理した後ホウ素除去装置５に送給して循環処理することも可能であるが、一般的には、前段ＲＯ膜分離装置の濃縮水は系外へ排出することが好ましい。
【００４３】
本発明において、循環濃縮水を処理するホウ素除去装置５としては、
（ｉ） ホウ素選択性吸着体を充填したホウ素吸着塔
（ｉｉ） ホウ素と錯体を形成するキレート剤を添加するキレート剤添加装置
（ｉｉｉ） 被処理水をアルカリ性にして通水するＲＯ膜分離装置（ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置）
又は
（ｉｖ） 電気再生式脱塩装置（ホウ素除去用電気再生式脱塩装置）
等を用いることができる。
【００４４】
ホウ素選択性吸着体としては、ホウ素選択性キレート樹脂のような粒状物でも良く、また、繊維状物でも良い。これらを吸着塔内に充填し、循環濃縮水を通水することによりホウ素を吸着除去することができる。また、ホウ素選択性吸着体の微粒子を循環濃縮水に添加してホウ素を除去しても良い。しかし、微粒子を使用する場合は後段に微粒子除去工程が必要になり、また、吸着塔の場合は運転操作が容易であり、再生により繰り返し使用できることから、吸着塔方式を採用することが好ましい。吸着塔方式を採用した場合、一塔式でも良く、また、二塔式など複数塔式でも良い。複数塔式では吸着塔を直列に配置して使用しても良く、並列に配置して使用しても良い。また、吸着塔は再生が必要になった時にその場で再生する再生型でも良いし、別途再生済みの吸着塔と交換する非再生型でも良い。
【００４５】
ホウ素選択性吸着体としては、イオン交換作用でホウ素を吸着するものや、キレート作用でホウ素を吸着するものがあるが、本発明においてはいずれをも用いることができる。なお、ホウ素選択性のない通常のイオン交換樹脂では、濃縮水の処理であり、共存塩類によって速やかに樹脂の吸着能が飽和し、再生頻度が高くなるので好ましくない。
【００４６】
本発明において、ホウ素選択性吸着体としては、各種のものを用いることができるが、例えば、市販のホウ素選択性キレート樹脂の「ダイヤイオンＣＲＢ」（三菱化学（株））、ホウ素選択性キレート繊維の「キレストファイバーＧＲＹ」（キレスト（株））等を用いることができる。
【００４７】
例えば、「ダイヤイオンＣＲＢ０２」は、以下に示す如く、スチレン・ジビニルベンゼンの骨格にホウ素選択性の高いキレート形成基としてＮグルカミン基を導入した化学構造を有している。
【００４８】
【化１】
【００４９】
このＮグルカミン基は、弱塩基性アニオン交換樹脂と同様の３級アミン型になっており、次のような反応でホウ酸性ホウ素を吸着する。
【００５０】
【化２】
【００５１】
ホウ素選択性吸着体を充填した吸着塔への濃縮水の通水ＳＶは特に限定されない。ホウ素を吸着して破過したホウ素選択性吸着体は、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４等の酸、又はＮａＯＨ、ＫＯＨ等のアルカリ剤を用いて任意の方法で再生することができる。
【００５２】
一方、ホウ素と錯体を形成するキレート剤としては、液体キレート剤として知られているタイロン：（ＯＨ）２Ｃ６Ｈ２（ＳＯ３Ｎａ）２やクロモトロープ酸ナトリウム：（ＯＨ）２Ｃ１０Ｈ４（ＳＯ３Ｎａ）２などが使用でき、また、ソルビット、マンニットなどの多価アルコール類或いはクルクミンなどを用いることができる。濃縮水をｐＨ５以下の酸性としてこれらのキレート剤を添加すると、ホウ素と錯体を形成してホウ素を捕捉する。形成された錯体は脱塩装置で排除される。
【００５３】
本発明においては、ホウ素濃度の高い濃縮水を処理することから、前述の如く、ホウ素選択性キレート樹脂等のホウ素選択性吸着体のホウ素吸着量を高めることができる。即ち、工水等の原水のホウ素濃度は２０〜３０μｇ／Ｌ程度であり、この程度の希薄水では、ホウ素吸着量が低く、ホウ素選択性吸着体の再生頻度が高いものとなるが、例えば、このような原水を１段目のＲＯ膜分離装置で処理して得られる透過水のホウ素濃度は１０〜１５μｇ／Ｌ程度であり、この透過水を電気再生式脱塩装置で４〜５倍程度に濃縮処理して得られる濃縮水のホウ素濃度は８０μｇ／Ｌ程度となる。
【００５４】
また、ｐＨ中性の処理において、１段目ＲＯ膜分離装置の濃縮水のホウ素濃度は５０〜６０μｇ／Ｌ程度であり、これを回収ＲＯ膜分離装置で処理して得られる透過水は、回収ＲＯ膜分離装置のホウ素除去率が２０〜３０％程度と低いため、処理する前のホウ素濃度と大差はなく、５０〜６０μｇ／Ｌ程度である。
【００５５】
このように、濃縮水を処理することで、ホウ素濃度５０〜１００μｇ／Ｌ程度の水がホウ素除去装置５に導入されるようになるため、ホウ素選択性吸着体の単位量当たりのホウ素吸着量を増大させることができる。なお、温泉地区の市水のようにホウ素濃度が１００μｇ／Ｌ程度の原水の場合には、ホウ素除去装置５にはホウ素濃度２００μｇ／Ｌ程度の濃縮水が導入されるようになる。
【００５６】
本発明ではまた、脱塩装置で脱塩水と濃縮水とに分離され、原水に対して水量が低減された濃縮水をホウ素除去装置５で処理することによっても、ホウ素選択性吸着体の再生頻度を低減することができる。
【００５７】
ホウ素除去装置としてホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置を用いる場合、ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の給水のｐＨは８以上のアルカリ性、好ましくはｐＨ８〜１１、より好ましくは９〜１１とする。これは、水中のホウ酸は中性付近では殆ど解離せず、ＲＯ膜分離装置では分離することはできないが、ｐＨが高くなるほど解離してＲＯ膜分離装置で分離できるようになるためである。図１１にＲＯ膜分離装置の給水のｐＨとホウ素除去率との関係を示すが、このグラフからも、ＲＯ膜分離装置のホウ素除去率はｐＨに依存し、ｐＨが上昇するに従い除去率が向上すること、特にｐＨ９以上で高い除去率を得ることができることがわかる。
【００５８】
このホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の給水のｐＨ調整のためのアルカリ剤としては、特に制限はなく、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等の一般的なアルカリ剤を用いることができる。
【００５９】
ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置のその他の運転条件、使用膜、圧力、透過水量（水回収率）には特に制限はない。このホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の処理水（透過水）は必要に応じてＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４等の酸を添加してｐＨ４〜１１、好ましくはｐＨ６〜８に調整した後ホウ素除去装置の上流側に循環する。
【００６０】
一方、ホウ素除去装置としてホウ素除去用電気再生式脱塩装置を用いる場合には、電気再生式脱塩装置に導入された水は、電気再生式脱塩装置内部に充填されているアニオン交換樹脂の表面で部分的にアルカリ性になるので、ホウ酸は解離し、電気的に濃縮水側へ移動して分離される。ただし、ホウ素除去用電気再生式脱塩装置においても給水をアルカリ性にしておくのが好ましく、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等のアルカリ剤の添加によりｐＨ７〜１０程度に調整しておくことが好ましい。
【００６１】
このホウ素除去用電気再生式脱塩装置の処理水も必要に応じてｐＨ４〜１１、好ましくはｐＨ６〜８に調整した後ホウ素除去装置の上流側に循環する。
【００６２】
ところで、ホウ素除去装置としてＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置を用いる場合、装置内で水が濃縮されることにより、Ｃａ等の硬度成分の濃度が高くなり、炭酸カルシウム等のスケールが発生し、運転に支障をきたす場合がある。特に、ｐＨアルカリ性ではこのスケールによる問題が起こり易く、短時間で運転ができなくなる場合がある。
【００６３】
従って、ホウ素除去装置としてＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置を採用する場合には、特に、脱塩装置として前段にＲＯ膜分離装置が設けられ、その後段にＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置が設けられている場合には、前段のＲＯ膜分離装置の濃縮水ではなく、図１，２、図４〜６に示す如く、前段のＲＯ膜分離装置の透過水を脱塩処理して得られる後段のＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水を処理して循環させるようにすることが好ましい。
【００６４】
この場合には、前段のＲＯ膜分離装置で水中のＣａ等の硬度成分が除去され、この透過水中のＣａ等の硬度成分濃度は微量となっているため、その後段のＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水のＣａ等の硬度成分濃度もスケールが発生するほどに高くなることはなく、従って、このような濃縮水をホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置又はホウ素除去用電気再生式脱塩装置で処理してもスケール障害に到ることはなく安定運転が可能である。
【００６５】
本発明の脱塩水製造装置は、一般的には、前述のような前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製造装置から構成される超純水製造装置に組み込まれて用いられ、従って、図１〜６に示した脱塩装置とホウ素除去装置の他に、任意の処理装置が前段又は後段に設けられていても良い。
【００６６】
【実施例】
以下に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。説明の便宜上、まず、比較例を挙げる。
【００６７】
比較例１
図７に示す脱塩水製造装置により脱塩水の製造を行った。
【００６８】
原水は野木町水（ｐＨ：６．９，導電率：１３．０ｍＳ／ｍ、ホウ素濃度：２１〜２５μｇ／Ｌ）であり、この原水を、前処理装置１としての精密濾過（ＭＦ）膜分離装置（孔径：０．２μｍ）で濾過した後、脱炭酸塔（入口ｐＨ：５〜５．５）にて脱炭酸処理し、前処理水（ｐＨ：５．８〜６．２，導電率：１４．４ｍＳ／ｍ、ホウ素濃度：２１〜２５μｇ／Ｌ）を得た。
【００６９】
この前処理水をＲＯ膜分離装置（日本電工（株）製「ＥＳ２０」４インチ，２本）３に０．８ＭＰａの圧力で通水して下記条件で処理し、濃縮水を系外へ排出した。ＲＯ膜分離装置３の透過水を電気再生式脱塩装置（栗田工業（株）製「Ｍ４０型」１台）４に通水して下記条件で処理して脱塩水を得、濃縮水を系外へ排出した。
［ＲＯ膜分離装置３の処理条件］
水回収率：７５％
給水量：４４４Ｌ／ｈｒ
処理水（透過水）量：３３３Ｌ／ｈｒ
［電気再生式脱塩装置４の処理条件］
水回収率：９０％
処理水（脱塩水）量：３００Ｌ／ｈｒ
濃縮水量：３３Ｌ／ｈｒ
【００７０】
この処理において、ＲＯ膜分離装置３の処理水（透過水：ＲＯ処理水）のホウ素濃度、脱塩水（電気再生式脱塩装置４の処理水）のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率は表１に示す通りであった。
【００７１】
比較例２
図８に示す脱塩水製造装置により、比較例１において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水をそのままＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行い、このときのＲＯ処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率を表１に示した。
【００７２】
この比較例２では、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を循環処理したため水回収率は比較例１よりも高くなったが、循環処理によるホウ素の濃縮でＲＯ処理水及び脱塩水のホウ素濃度が高くなっている。
【００７３】
実施例１
図１に示す本発明の脱塩水製造装置により、比較例２において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水の返送路にホウ素除去装置５を設け、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を、ホウ素除去装置５でホウ素の除去処理を行った後ＲＯ膜分離装置３の入口側に戻したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。
【００７４】
用いたホウ素除去装置５は、三菱化学（株）製ホウ素選択性キレート樹脂「ダイヤイオンＣＲＢ０２」を３．３Ｌ充填したホウ素吸着樹脂塔であり、このホウ素吸着樹脂塔に電気再生式脱塩装置４の濃縮水（給水ホウ素濃度：１３０〜１５０μｇ／Ｌ）をＳＶ：１０ｈｒ−１で通水して処理した。
【００７５】
このときのＲＯ処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率は表１に示す通りであり、濃縮水の循環処理で水回収率を高めたにもかかわらず、ホウ素及びＴＯＣ濃度の低い高水質の脱塩水を得ることができた。
【００７６】
このホウ素吸着樹脂塔は、通水１０６０ｈｒで破過したため、通水１０６０ｈｒに１回の頻度で再生を行った。
【００７７】
比較例３
図９に示す脱塩水製造装置により、比較例２において、ＲＯ膜分離装置３と電気再生式脱塩装置４との間に実施例１で用いたものと同様のホウ素吸着樹脂塔（ホウ素選択性キレート樹脂量は実施例１と同量の３．３Ｌ，通水ＳＶは１００ｈｒ−１，給水量は３３３Ｌ／ｈｒ）を設け、ＲＯ膜分離装置３の透過水をホウ素吸着樹脂塔で処理した後電気再生式脱塩装置４に通水して脱塩水を得ると共に、電気再生式脱塩装置４の濃縮水をそのままＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。
【００７８】
このときのＲＯ処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率は表１に示す通りであり、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を循環処理したため水回収率は高く、また、ＲＯ膜分離装置３と電気再生式脱塩装置４との間にホウ素吸着樹脂塔を設けたため脱塩水のホウ素濃度も低いが、ＴＯＣ濃度が高い。このＴＯＣ濃度の増加は、ホウ素選択性キレート樹脂からのＴＯＣの溶出に起因するものと認められる。
【００７９】
また、ホウ素吸着樹脂塔の給水であるＲＯ処理水のホウ素濃度は１５〜１７μｇ／Ｌで、このホウ素吸着樹脂塔は通水６４０ｈｒで破過したため、通水６４０ｈｒに１回の頻度で再生を行う必要があり、再生頻度が高かった。
【００８０】
また、このように、ホウ素吸着樹脂塔を脱塩処理系統に設ける比較例３では、次の点からも工業的に不利である。即ち、実施例１のように濃縮水をホウ素吸着樹脂塔に通水する場合には、ホウ素吸着樹脂塔の再生時には通水を中断して濃縮水を系外へ排出すれば良いが、脱塩処理系統の水の通水を中断することはできないため、ホウ素吸着樹脂塔の再生の際も連続通水するために、ホウ素吸着樹脂塔が２塔必要となる。
【００８１】
比較例４
図１０に示す脱塩水製造装置により、比較例１において、電気再生式脱塩装置４の後段に実施例１で用いたものと同様のホウ素吸着樹脂塔（ホウ素選択性キレート樹脂量は実施例１と同量の３，３Ｌ，通水ＳＶは９１ｈｒ−１，給水量は３００Ｌ／ｈｒ）を設け、電気再生式脱塩装置４の処理水をホウ素吸着樹脂塔で処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。濃縮水の循環処理は行わなかった。
【００８２】
このときのＲＯ処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率は表１に示す通りであり、濃縮水の循環処理を行わないため水回収率は低い。電気再生式脱塩装置４の処理水を更にホウ素吸着樹脂塔で処理したため、脱塩水のホウ素濃度は低いが、ホウ素選択性キレート樹脂からのＴＯＣの溶出でＴＯＣ濃度が高いため、後段に更にＴＯＣ処理装置が必要となり、このＴＯＣ除去装置の負荷が大きいため、装置が大型化する。
【００８３】
本比較例のホウ素吸着樹脂塔の給水（電気再生式脱塩装置の処理水）のホウ素濃度は４〜６μｇ／Ｌであり、このホウ素吸着樹脂塔は通水１８４７ｈｒで破過したため、通水１８４７ｈｒに１回の頻度で再生を行う必要があった。この再生頻度は、ホウ素吸着樹脂塔を用いた実施例１及び比較例３，４の中で最も低いが、このように脱塩処理系統にホウ素吸着樹脂塔を設けることは、前述の比較例３の場合のように、ホウ素吸着樹脂塔の再生のためにホウ素吸着樹脂塔が２塔必要となるという欠点がある上に、電気再生式脱塩装置４の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けることは、ＴＯＣの溶出のみならず、次の点からも好ましくない。
【００８４】
即ち、電気再生式脱塩装置４の後段に背圧０．１ＭＰａ以上の負荷が生じ、給水限界圧力０．４ＭＰａ程度となる場合が多いため、送水距離によっては、ホウ素吸着樹脂塔に供給する水の昇圧のために電気再生式脱塩装置４の後段にブースターポンプが必要になる場合がある。
【００８５】
【表１】
【００８６】
比較例５
図７に示す脱塩水製造装置により脱塩水の製造を行った。
【００８７】
原水は野木町水（ｐＨ：６．９，導電率：１３．０ｍＳ／ｍ、ホウ素濃度：２５μｇ／Ｌ）であり、この原水を、前処理装置１としての精密濾過（ＭＦ）膜分離装置（孔径：０．２μｍ）で濾過した後、脱炭酸塔（入口ｐＨ：５．０）にて脱炭酸処理し、その後活性炭塔に通水して前処理水（ｐＨ：６，ホウ素濃度：２５μｇ／Ｌ）を得た。
【００８８】
この前処理水をＲＯ膜分離装置（超低圧ＰＡ膜４インチ，２本）３に０．７５ＭＰａの圧力で通水して下記条件で処理し、濃縮水を系外へ排出した。ＲＯ膜分離装置３の透過水を電気再生式脱塩装置（栗田工業（株）製「Ｍ４０型」１台）４に通水して下記条件で処理して脱塩水を得、濃縮水を系外へ排出した。
［ＲＯ膜分離装置３の処理条件］
水回収率：８０％
給水量：６７５Ｌ／ｈｒ
処理水（透過水）量：５４０Ｌ／ｈｒ
［電気再生式脱塩装置４の処理条件］
水回収率：８０％
処理水（脱塩水）量：４３２Ｌ／ｈｒ
濃縮水量：１０８Ｌ／ｈｒ
【００８９】
この処理において、２４時間運転後の脱塩水（電気再生式脱塩装置４の処理水）のホウ素濃度、及び系全体の水回収率は表２に示す通りであった。
【００９０】
比較例６
図８に示す脱塩水製造装置により、比較例１において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水をそのままＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行い、このときの２４時間運転後の脱塩水のホウ素濃度、及び系全体の水回収率を表２に示した。
【００９１】
この比較例６では、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を循環処理したため水回収率は比較例５よりも高くなったが、循環処理によるホウ素の濃縮で脱塩水のホウ素濃度が高くなっている。
【００９２】
実施例２
図１に示す本発明の脱塩水製造装置により、比較例６において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水の返送路にホウ素除去装置５を設け、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を、ホウ素除去装置５でホウ素の除去処理を行った後ＲＯ膜分離装置３の入口側に戻したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。
【００９３】
用いたホウ素除去装置５は、ＲＯ膜分離装置（超低圧ＰＡ膜４インチ，１本）であり、電気再生式脱塩装置４の濃縮水にＮａＯＨを添加してｐＨ９〜１０に調整した後、０．８ＭＰａの圧力で通水し、下記条件で処理した。
［ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の処理条件］
水回収率：８０％
給水量：１０８Ｌ／ｈｒ
処理水（透過水）量：８６Ｌ／ｈｒ
【００９４】
この処理において、２４時間運転後の脱塩水のホウ素濃度、及び系全体の水回収率は表２に示す通りであり、濃縮水の循環処理で水回収率を高めたにもかかわらず、ホウ素及びＴＯＣ濃度の低い高水質の脱塩水を得ることができた。
【００９５】
実施例３
実施例２において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水をｐＨ７に調整し、ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の代りにホウ素除去用電気再生式脱塩装置（栗田工業（株）製「Ｍ１０型」１台）を用い、下記条件で処理したこと以外は、同様にして脱塩水の製造を行った。
［ホウ素除去用電気再生式脱塩装置の処理条件］
水回収率：８０％
処理水量：８６Ｌ／ｈｒ
【００９６】
この処理において、２４時間運転後の脱塩水のホウ素濃度、及び系全体の水回収率は表２に示す通りであり、濃縮水の循環処理で水回収率を高めたにもかかわらず、ホウ素及びＴＯＣ濃度の低い高水質の脱塩水を得ることができた。
【００９７】
【表２】
【００９８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の脱塩水製造装置によれば、ホウ素及びＴＯＣ濃度が著しく低い高水質の脱塩水を、高い水回収率で安定に製造することができる。しかも、本発明によれば、ホウ素除去に用いるホウ素選択性吸着体の単位量当たりのホウ素吸着量を増加させることができ、ホウ素選択性吸着体を有効利用して再生頻度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱塩水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の脱塩水製造装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図４】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図５】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図６】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図７】比較例１で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図８】比較例２で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図９】比較例３で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図１０】比較例４で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図１１】ＲＯ膜分離装置の給水のｐＨとホウ素除去率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 前処理装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ 脱塩装置
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｋ ＲＯ膜分離装置
４，４Ａ，４Ｂ 電気再生式脱塩装置
５ ホウ素除去装置
６ 混床式イオン交換装置
【発明の属する技術分野】
本発明は脱塩水製造装置に係り、特に、ホウ素及びＴＯＣが著しく低減された高水質の脱塩水を、高い水回収率で製造することができる脱塩水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、市水、地下水、工水等の原水から超純水を製造する超純水製造装置は、基本的に、前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製造装置から構成される。このうち、前処理装置は、凝集、浮上、濾過、除濁膜装置等で構成される。一次純水製造装置は、活性炭吸着塔、紫外線（ＵＶ）酸化装置、化学的酸化装置、脱気装置等のうちの１種又は２種以上の装置と、脱塩装置とで構成され、このうち脱塩装置は、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置、電気再生式脱塩装置、イオン交換装置（混床式イオン交換装置ないしはイオン交換純水装置）の１種或いは２種以上の組み合わせにより構成される。また、二次純水製造装置は、一次純水製造装置と同様な装置単位を適宜組み合わせたものであり、一般的には、低圧ＵＶ酸化装置、混床式イオン交換装置及び限外濾過（ＵＦ）膜分離装置で構成される。
【０００３】
これらの各装置単位において、原水の脱塩は、ＲＯ膜分離装置、電気再生式脱塩装置及び混床式イオン交換装置で行われる。また、原水中の微粒子の除去は、ＲＯ膜分離装置及びＵＦ膜分離装置で行われ、ＴＯＣ成分の除去は、ＲＯ膜分離装置、イオン交換純水装置、低圧ＵＶ酸化装置で行われる。
【０００４】
このような超純水製造装置により工水、その他の水を原水として超純水を製造する場合、得られる超純水の純度が悪く、管理値を満足し得ない場合がある。例えば、抵抗率１８．２４ＭΩ・ｃｍの超純水を製造する超純水製造装置において、得られる超純水の抵抗率が１８．０ＭΩ・ｃｍあるいはそれ以下にまで低下する場合がある。このような純度低下は、特に、装置の運転時間が長くなった場合に著しい。
【０００５】
しかして、この純度低下の原因は、原水中のホウ素にあることが知られている。
【０００６】
従来、ホウ素の除去手段としては、強塩基性アニオン交換樹脂、ホウ素選択性キレート樹脂、或いはｐＨ９以上のアルカリ性条件でのＲＯ膜分離処理が知られており、本出願人は、先に脱塩装置の後段にホウ素選択性キレート樹脂を充填したホウ素吸着樹脂塔を設けてホウ素を除去するようにした超純水製造装置を提案した（特開平８−８９９５６号公報）。
【０００７】
しかし、強塩基性アニオン交換樹脂は、単位樹脂量当たりのホウ素の吸着量が少なく、ホウ素の除去効率が悪い。また、ＲＯ膜分離処理では、ｐＨ９以上のアルカリ性であればホウ素を除去し得るが、超純水の製造プロセスのように、ｐＨ中性の系内では、ホウ素は解離せずにホウ酸として存在するため、除去し得ず、濃縮水中に濃縮される。
【０００８】
ホウ素選択性キレート樹脂は、一般の強塩基性アニオン交換樹脂よりも単位樹脂量当たりのホウ素の吸着量は多いが、被処理水中のホウ素濃度が低いと単位樹脂量当たりのホウ素吸着量は小さいものとなる。このため、脱塩装置の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けた特開平８−８９９５６号公報の装置では、ホウ素濃度の低い脱塩水がホウ素吸着樹脂塔に導入されるため、単位樹脂量当たりのホウ素吸着量が少なく、ホウ素吸着樹脂塔への通水可能な時間が短く、ホウ素吸着樹脂塔を頻繁に再生する必要があるという欠点がある。即ち、原水である市水、工水等のホウ素濃度は、通常２０μｇ／Ｌ程度である。従って、このような低ホウ素濃度の原水を脱塩処理して得られる処理水のホウ素濃度は更に低く、このため、ホウ素選択性キレート樹脂の吸着能を有効利用することができない。
【０００９】
また、ホウ素選択性キレート樹脂は、有機物（ＴＯＣ）の溶出の問題があり、ホウ素吸着樹脂塔の後段にＲＯ膜分離装置やＵＶ酸化装置等を設けてＴＯＣの除去を行わないと、得られる超純水のＴＯＣが安定しないという問題もある。そして、ホウ素吸着樹脂塔の後段にＲＯ膜分離装置やＵＶ酸化装置を設けた場合には、これらの装置の負荷が大きいという問題もある。
【００１０】
ところで、脱塩装置としてのＲＯ膜分離装置や電気再生式脱塩装置にあっては、水回収率を高めるために、濃縮水を循環処理することが行われている。この場合、例えば、脱塩装置として、ＲＯ膜分離装置を２段に直列に配置した場合、或いは、ＲＯ膜分離装置とその後段の電気再生式脱塩装置を設けた場合に、比較的純度の高い、後段のＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水を前段のＲＯ膜分離装置の導入側に戻すことが考えられる。しかしながら、このように濃縮水を回収して循環処理を行う場合、前述の如く、ｐＨ中性におけるＲＯ膜分離処理ではホウ素の除去率は低く、５０〜６０％程度であるため、ＲＯ膜分離装置で除去し得なかったホウ素が系内で濃縮され、経時により処理水水質の悪化を招くという問題がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−８９９５６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ホウ素及びＴＯＣ濃度が著しく低い高水質の脱塩水を、高い水回収率で安定に製造することができる脱塩水製造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱塩水製造装置は、ホウ素含有水が供給され、該ホウ素含有水を脱塩水と濃縮水とに分離する脱塩装置と、該脱塩装置から排出される濃縮水を、該脱塩装置の上流側に戻す返送路と、該返送路の途中に設けられ、該濃縮水中のホウ素を除去するホウ素除去装置とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の脱塩水製造装置では、脱塩装置から排出される濃縮水を循環処理することにより水回収率を高めることができる。このように、脱塩装置の濃縮水を循環処理した場合、前述の如く、系内でのホウ素の濃縮の問題があるが、本発明では、この循環濃縮水をホウ素除去装置で処理してホウ素を除去した後脱塩装置の上流側に戻すため、濃縮水を循環処理することによるホウ素の濃縮の問題は解消される。しかも、本発明では、比較的ホウ素濃度の高い脱塩装置の濃縮水をホウ素除去装置で処理するため、例えば、ホウ素選択性キレート樹脂等のホウ素選択性吸着体による処理において、単位吸着体当たりのホウ素吸着量が多くなり、従って、処理水量を大きく（通水時間を長く）することができ、吸着体の再生頻度を低減することができる。
【００１５】
また、ホウ素選択性キレート樹脂等のホウ素選択性吸着体から溶出するＴＯＣは、脱塩装置で除去することができるため、このホウ素選択性吸着体から溶出するＴＯＣの除去のための装置を設ける必要もなく、脱塩水のＴＯＣの増加も防止することができる。
【００１６】
ところで、特開平８−８９９５６号公報に記載される装置のように、脱塩装置の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けたものでは、ホウ素選択性キレート樹脂からのＴＯＣの溶出の問題に加えて、次のような不具合もある。即ち、脱塩処理系統にホウ素吸着樹脂塔を設けた場合、樹脂の再生時に通水を中断することは、脱塩水の製造を中止することになる。このため、再生時も連続通水を行うために、ホウ素吸着樹脂塔を２塔設ける必要がある。
【００１７】
これに対して本発明の脱塩水製造装置であれば、ホウ素吸着樹脂塔の再生時又は交換時には、通水を中断して濃縮水を系外に排出すれば良く、再生のためにホウ素吸着塔を２塔設ける必要はない。
【００１８】
なお、このように濃縮水を処理する場合、脱塩処理系統での処理に比べて、ホウ素吸着塔に通水される処理水量が少ないことにより、ホウ素吸着塔の再生頻度を低減することができるという効果を得ることもできる。
【００１９】
また、特開平８−８９９５６号公報に記載される装置のように脱塩装置の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けた場合には、脱塩装置の後段にブースターポンプを設け、脱塩装置の処理水を昇圧してホウ素吸着樹脂塔に通水する必要が生じる場合もあるが、本発明のように、濃縮水を通水する場合には、このような問題も解消される。
【００２０】
本発明において、脱塩装置は、ＲＯ膜分離装置及び／又は電気再生式脱塩装置により構成されることが好ましく、例えば、
▲１▼ ＲＯ膜分離装置とこのＲＯ膜分離装置の透過水が導入される電気再生式脱塩装置とで構成される脱塩装置
或いは
▲２▼ 前段のＲＯ膜分離装置と、この前段のＲＯ膜分離装置の透過水が導入される後段のＲＯ膜分離装置とで構成される脱塩装置
等を採用することができる。
【００２１】
なお、電気再生式脱塩装置は、電極（陽極、陰極）の間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体とカチオン交換体とを混合もしくは複層状に充填したものであり、特公平４−７２５６７号公報、特許第２７５１０９０号公報、特許第２６９９２５６号公報等に記載されている。電気再生式脱塩装置は、水解離によってＨ＋イオンとＯＨ−イオンとを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から脱塩処理に広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能であるという利点がある。
【００２２】
このような本発明の脱塩水製造装置において、循環処理する濃縮水は、比較的純度の高いＲＯ膜分離装置の後段の電気再生式脱塩装置又は後段のＲＯ膜分離装置の濃縮水であることが好ましい。
【００２３】
脱塩装置の前段のＲＯ膜分離装置の濃縮水を循環処理する場合、或いは、脱塩装置としてＲＯ膜分離装置を１段のみ設け、その濃縮水を循環処理する場合、この濃縮水は塩類濃度が高いため、これを脱塩装置に循環すると脱塩装置の負荷が大きくなり過ぎ、好ましくない。従って、この場合には、濃縮水の返送路にこの濃縮水を脱塩処理するためのＲＯ膜分離装置（以下このＲＯ膜分離装置を「回収ＲＯ膜分離装置」と称す場合がある。）を設け、濃縮水を回収ＲＯ膜分離装置で脱塩処理した後ホウ素除去装置でホウ素の除去を行い、その後脱塩装置に導入することが好ましい。
【００２４】
この回収ＲＯ膜分離装置で濃縮水中の塩類を除去する場合、この濃縮水中にシリカが濃縮されていると、回収ＲＯ膜分離装置においてシリカスケールが生成して脱塩が困難になる恐れがあるため、回収ＲＯ膜分離装置に導入する濃縮水にスケール防止剤を添加するか、酸を添加してスケールの生成し難い条件に調整することが好ましい。
【００２５】
本発明において、ホウ素除去装置としては、
（ｉ） ホウ素選択性吸着体を充填したホウ素吸着塔
（ｉｉ） ホウ素と錯体を形成するキレート剤を添加するキレート剤添加装置
（ｉｉｉ） 被処理水をアルカリ性にして通水するＲＯ膜分離装置（以下「ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置」と称す場合がある。）
又は
（ｉｖ） 電気再生式脱塩装置（以下「ホウ素除去用電気再生式脱塩装置」と称す場合がある。）
等を用いることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の脱塩水製造装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１〜６は本発明の脱塩水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２８】
図１の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後ＲＯ膜分離装置３及び電気再生式脱塩装置４よりなる脱塩装置２で処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３の濃縮水は、系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３の透過水を電気再生式脱塩装置４で処理して脱塩水を得ると共に、濃縮水をホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理する。
【００２９】
図２の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、２段に配置したＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂ及び電気再生式脱塩装置４よりなる脱塩装置２Ａで処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３Ａの濃縮水は系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３Ａの透過水を後段のＲＯ膜分離装置３Ｂで処理し、このＲＯ膜分離装置３Ｂの透過水を電気再生式脱塩装置４で処理して脱塩水を得る。後段のＲＯ膜分離装置３Ｂの濃縮水及び電気再生式脱塩装置４の濃縮水はホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３Ａの入口側に戻して循環処理する。
【００３０】
図３の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、ＲＯ膜分離装置３及び混床式イオン交換装置６よりなる脱塩装置２Ｂで処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３の透過水は混床式イオン交換装置６で処理して脱塩水を得る。ＲＯ膜分離装置３の濃縮水は回収ＲＯ膜分離装置３Ｋで処理し、得られた透過水をホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理する。回収ＲＯ膜分離装置３Ｋの濃縮水は系外へ排出する。
【００３１】
図４の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、ＲＯ膜分離装置３及び２段に配置した電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂよりなる脱塩装置２Ｃで処理して脱塩水を製造するものである。ＲＯ膜分離装置３の濃縮水は系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３の透過水を前段の電気再生式脱塩装置４Ａで処理し、この電気再生式脱塩装置４Ａの透過水を後段の電気再生式脱塩装置４Ｂで処理して脱塩水を得る。前段の電気再生式脱塩装置４Ａの濃縮水及び後段の電気再生式脱塩装置４Ｂの濃縮水はホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理する。
【００３２】
図５の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、２段に配置したＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂ及び２段に配置した電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂよりなる脱塩装置２Ｄで処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３Ａの濃縮水は系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３Ａの透過水を後段のＲＯ膜分離装置３Ｂで処理し、このＲＯ膜分離装置３Ｂの透過水を前段電気再生式脱塩装置４Ａで処理し、この電気再生式脱塩装置４Ａの透過水を後段の電気再生式脱塩装置４Ｂで処理して脱塩水を得る。後段のＲＯ膜分離装置３Ｂの濃縮水及び前段の及び後段の電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂの濃縮水はホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３Ａの入口側に戻して循環処理する。
【００３３】
図６の脱塩水製造装置は、原水を前処理装置１で処理した後、２段に配置したＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂ及び混床式イオン交換装置６よりなる脱塩装置２Ｅで処理して脱塩水を製造するものである。前段のＲＯ膜分離装置３Ａの濃縮水は系外へ排出し、このＲＯ膜分離装置３Ａの透過水を後段のＲＯ膜分離装置３Ｂで処理し、このＲＯ膜分離装置３Ｂの透過水を混床式イオン交換装置６で処理して脱塩水を得る。後段のＲＯ膜分離装置３Ｂの濃縮水はホウ素除去装置５に送給してホウ素を除去した後、ホウ素処理水をＲＯ膜分離装置３Ａの入口側に戻して循環処理する。
【００３４】
本発明において、原水としては、市水、工水、井水、その他のプロセス排水、或いはこれらの混合水を用いることができる。一般に、これらの原水のホウ素濃度は２０〜３０μｇ／Ｌの範囲であるが、本発明はホウ素濃度１〜５００μｇ／Ｌの原水に適用可能である。
【００３５】
前処理装置１としては、特に制限はなく、除濁装置、活性炭吸着塔、脱気装置、脱炭酸装置等が必要に応じて組み合わせて用いられる。
【００３６】
脱塩装置としては、前処理水を脱塩水と濃縮水とに分離する装置を含むものであれば良く、一般的には、ＲＯ膜分離装置及び／又は電気再生式脱塩装置、更に必要に応じてイオン交換装置等が用いられる。本発明の脱塩水製造装置の脱塩装置は、図１に示すＲＯ膜分離装置３と電気再生式脱塩装置４との組み合せ、図２に示す２段ＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂと電気再生式脱塩装置４との組み合せ、図３に示すＲＯ膜分離装置３と混床式イオン交換装置６との組み合せ、図４に示すＲＯ膜分離装置３と２段電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂとの組み合せ、図５に示す２段ＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂと２段電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂとの組み合せ、図６に示す２段ＲＯ膜分離装置３Ａ，３Ｂと混床式イオン交換装置６との組み合せに何ら限定されず、例えば、
▲１▼ ＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の１段処理
▲２▼ ＲＯ膜分離装置の２段又は３段以上の多段処理
▲３▼ ＲＯ膜分離装置と電気再生式脱塩装置と混床式イオン交換装置
等を採用することもできる。また、ＲＯ膜分離装置の２段処理において、２段目のＲＯ膜分離装置の入口水に、炭酸成分のイオン化の目的でＮａＯＨ，ＫＯＨ等のアルカリ剤を添加してｐＨ調整を行うなどの処理も任意に採用することができる。また、非再生式イオン交換装置を併用しても良く、例えば、図１において、電気再生式脱塩装置４の後段に更に非再生式イオン交換装置を設けても良い。また、図６の混床式イオン交換装置６の代りに非再生式イオン交換装置を設けても良い。また、これらの脱塩装置を構成する装置単位間に脱気装置等の脱塩装置以外の装置を設けても良い。
通常の場合、このような脱塩装置の被処理水のｐＨは３〜１０の範囲とされる。
【００３７】
本発明の脱塩水製造装置では、水回収率の向上のために、脱塩装置から排出される濃縮水を循環処理するが、この循環処理による系内でのホウ素の濃縮を防止するために、濃縮水をホウ素除去装置５で処理してホウ素を除去する。
【００３８】
本発明において、ホウ素を除去して循環処理する濃縮水は、ＲＯ膜分離装置及び／又は電気再生式脱塩装置を２段以上に設けた脱塩装置の場合には、塩類濃度の高い前段の装置の濃縮水は系外へ排出し、比較的純度の高い後段の電気再生式脱塩装置又はＲＯ膜分離装置の濃縮水であることが好ましい。このため、図１，４の脱塩水製造装置では、ＲＯ膜分離装置３の後段の電気再生式脱塩装置４又は電気再生式脱塩装置４Ａ，４Ｂの濃縮水を循環処理し、図２，５，６の脱塩水製造装置では、ＲＯ膜分離装置３Ａの後段のＲＯ膜分離装置３Ｂの濃縮水と更にその後段の電気再生式脱塩装置４，４Ａ，４Ｂの濃縮水を循環処理し、いずれも前段のＲＯ膜分離装置３，３Ａの濃縮水を系外へ排出している。
【００３９】
ＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置を１段のみ設けた脱塩装置の場合や、１段目のＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水を循環処理する必要がある場合には、図３に示す如く、濃縮水の返送系路にこの濃縮水を処理するための回収ＲＯ膜分離装置３Ｋを設けてＲＯ膜分離処理し、濃縮水を系外へ排出し、得られた透過水を循環処理することが好ましい。
【００４０】
図３に示す如く、回収ＲＯ膜分離装置３Ｋで濃縮水中の塩類を除去する場合、この濃縮水中にシリカが濃縮されていると、回収ＲＯ膜分離装置３Ｋにおいてシリカスケールが生成して脱塩が困難になる恐れがあるため、回収ＲＯ膜分離装置に導入する濃縮水にスケール防止剤を添加するか、酸を添加してｐＨ４程度のスケールの生成し難い条件に調整することが好ましい。
【００４１】
この回収ＲＯ膜分離装置３ＫにおけるＲＯ膜分離処理は、ｐＨ中性又は酸性条件となり、このようなｐＨ条件ではホウ素はイオン化しないため、回収ＲＯ膜分離装置３Ｋでは除去されず、その殆どが透過水中に移行するようになる。通常の場合、回収ＲＯ膜分離装置３Ｋにおけるホウ素除去率は２０〜３０％程度である。このような回収ＲＯ膜分離装置３Ｋを設ける場合、この回収ＲＯ膜分離装置３Ｋの水回収率は５０〜７０％程度とすることが好ましい。
【００４２】
なお、図１，２や図４〜６の脱塩水製造装置にあっても前段のＲＯ膜分離装置３，３Ａの濃縮水を回収ＲＯ膜分離装置で処理した後ホウ素除去装置５に送給して循環処理することも可能であるが、一般的には、前段ＲＯ膜分離装置の濃縮水は系外へ排出することが好ましい。
【００４３】
本発明において、循環濃縮水を処理するホウ素除去装置５としては、
（ｉ） ホウ素選択性吸着体を充填したホウ素吸着塔
（ｉｉ） ホウ素と錯体を形成するキレート剤を添加するキレート剤添加装置
（ｉｉｉ） 被処理水をアルカリ性にして通水するＲＯ膜分離装置（ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置）
又は
（ｉｖ） 電気再生式脱塩装置（ホウ素除去用電気再生式脱塩装置）
等を用いることができる。
【００４４】
ホウ素選択性吸着体としては、ホウ素選択性キレート樹脂のような粒状物でも良く、また、繊維状物でも良い。これらを吸着塔内に充填し、循環濃縮水を通水することによりホウ素を吸着除去することができる。また、ホウ素選択性吸着体の微粒子を循環濃縮水に添加してホウ素を除去しても良い。しかし、微粒子を使用する場合は後段に微粒子除去工程が必要になり、また、吸着塔の場合は運転操作が容易であり、再生により繰り返し使用できることから、吸着塔方式を採用することが好ましい。吸着塔方式を採用した場合、一塔式でも良く、また、二塔式など複数塔式でも良い。複数塔式では吸着塔を直列に配置して使用しても良く、並列に配置して使用しても良い。また、吸着塔は再生が必要になった時にその場で再生する再生型でも良いし、別途再生済みの吸着塔と交換する非再生型でも良い。
【００４５】
ホウ素選択性吸着体としては、イオン交換作用でホウ素を吸着するものや、キレート作用でホウ素を吸着するものがあるが、本発明においてはいずれをも用いることができる。なお、ホウ素選択性のない通常のイオン交換樹脂では、濃縮水の処理であり、共存塩類によって速やかに樹脂の吸着能が飽和し、再生頻度が高くなるので好ましくない。
【００４６】
本発明において、ホウ素選択性吸着体としては、各種のものを用いることができるが、例えば、市販のホウ素選択性キレート樹脂の「ダイヤイオンＣＲＢ」（三菱化学（株））、ホウ素選択性キレート繊維の「キレストファイバーＧＲＹ」（キレスト（株））等を用いることができる。
【００４７】
例えば、「ダイヤイオンＣＲＢ０２」は、以下に示す如く、スチレン・ジビニルベンゼンの骨格にホウ素選択性の高いキレート形成基としてＮグルカミン基を導入した化学構造を有している。
【００４８】
【化１】
このＮグルカミン基は、弱塩基性アニオン交換樹脂と同様の３級アミン型になっており、次のような反応でホウ酸性ホウ素を吸着する。
【００５０】
【化２】
ホウ素選択性吸着体を充填した吸着塔への濃縮水の通水ＳＶは特に限定されない。ホウ素を吸着して破過したホウ素選択性吸着体は、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４等の酸、又はＮａＯＨ、ＫＯＨ等のアルカリ剤を用いて任意の方法で再生することができる。
【００５２】
一方、ホウ素と錯体を形成するキレート剤としては、液体キレート剤として知られているタイロン：（ＯＨ）２Ｃ６Ｈ２（ＳＯ３Ｎａ）２やクロモトロープ酸ナトリウム：（ＯＨ）２Ｃ１０Ｈ４（ＳＯ３Ｎａ）２などが使用でき、また、ソルビット、マンニットなどの多価アルコール類或いはクルクミンなどを用いることができる。濃縮水をｐＨ５以下の酸性としてこれらのキレート剤を添加すると、ホウ素と錯体を形成してホウ素を捕捉する。形成された錯体は脱塩装置で排除される。
【００５３】
本発明においては、ホウ素濃度の高い濃縮水を処理することから、前述の如く、ホウ素選択性キレート樹脂等のホウ素選択性吸着体のホウ素吸着量を高めることができる。即ち、工水等の原水のホウ素濃度は２０〜３０μｇ／Ｌ程度であり、この程度の希薄水では、ホウ素吸着量が低く、ホウ素選択性吸着体の再生頻度が高いものとなるが、例えば、このような原水を１段目のＲＯ膜分離装置で処理して得られる透過水のホウ素濃度は１０〜１５μｇ／Ｌ程度であり、この透過水を電気再生式脱塩装置で４〜５倍程度に濃縮処理して得られる濃縮水のホウ素濃度は８０μｇ／Ｌ程度となる。
【００５４】
また、ｐＨ中性の処理において、１段目ＲＯ膜分離装置の濃縮水のホウ素濃度は５０〜６０μｇ／Ｌ程度であり、これを回収ＲＯ膜分離装置で処理して得られる透過水は、回収ＲＯ膜分離装置のホウ素除去率が２０〜３０％程度と低いため、処理する前のホウ素濃度と大差はなく、５０〜６０μｇ／Ｌ程度である。
【００５５】
このように、濃縮水を処理することで、ホウ素濃度５０〜１００μｇ／Ｌ程度の水がホウ素除去装置５に導入されるようになるため、ホウ素選択性吸着体の単位量当たりのホウ素吸着量を増大させることができる。なお、温泉地区の市水のようにホウ素濃度が１００μｇ／Ｌ程度の原水の場合には、ホウ素除去装置５にはホウ素濃度２００μｇ／Ｌ程度の濃縮水が導入されるようになる。
【００５６】
本発明ではまた、脱塩装置で脱塩水と濃縮水とに分離され、原水に対して水量が低減された濃縮水をホウ素除去装置５で処理することによっても、ホウ素選択性吸着体の再生頻度を低減することができる。
【００５７】
ホウ素除去装置としてホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置を用いる場合、ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の給水のｐＨは８以上のアルカリ性、好ましくはｐＨ８〜１１、より好ましくは９〜１１とする。これは、水中のホウ酸は中性付近では殆ど解離せず、ＲＯ膜分離装置では分離することはできないが、ｐＨが高くなるほど解離してＲＯ膜分離装置で分離できるようになるためである。図１１にＲＯ膜分離装置の給水のｐＨとホウ素除去率との関係を示すが、このグラフからも、ＲＯ膜分離装置のホウ素除去率はｐＨに依存し、ｐＨが上昇するに従い除去率が向上すること、特にｐＨ９以上で高い除去率を得ることができることがわかる。
【００５８】
このホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の給水のｐＨ調整のためのアルカリ剤としては、特に制限はなく、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等の一般的なアルカリ剤を用いることができる。
【００５９】
ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置のその他の運転条件、使用膜、圧力、透過水量（水回収率）には特に制限はない。このホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の処理水（透過水）は必要に応じてＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４等の酸を添加してｐＨ４〜１１、好ましくはｐＨ６〜８に調整した後ホウ素除去装置の上流側に循環する。
【００６０】
一方、ホウ素除去装置としてホウ素除去用電気再生式脱塩装置を用いる場合には、電気再生式脱塩装置に導入された水は、電気再生式脱塩装置内部に充填されているアニオン交換樹脂の表面で部分的にアルカリ性になるので、ホウ酸は解離し、電気的に濃縮水側へ移動して分離される。ただし、ホウ素除去用電気再生式脱塩装置においても給水をアルカリ性にしておくのが好ましく、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等のアルカリ剤の添加によりｐＨ７〜１０程度に調整しておくことが好ましい。
【００６１】
このホウ素除去用電気再生式脱塩装置の処理水も必要に応じてｐＨ４〜１１、好ましくはｐＨ６〜８に調整した後ホウ素除去装置の上流側に循環する。
【００６２】
ところで、ホウ素除去装置としてＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置を用いる場合、装置内で水が濃縮されることにより、Ｃａ等の硬度成分の濃度が高くなり、炭酸カルシウム等のスケールが発生し、運転に支障をきたす場合がある。特に、ｐＨアルカリ性ではこのスケールによる問題が起こり易く、短時間で運転ができなくなる場合がある。
【００６３】
従って、ホウ素除去装置としてＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置を採用する場合には、特に、脱塩装置として前段にＲＯ膜分離装置が設けられ、その後段にＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置が設けられている場合には、前段のＲＯ膜分離装置の濃縮水ではなく、図１，２、図４〜６に示す如く、前段のＲＯ膜分離装置の透過水を脱塩処理して得られる後段のＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水を処理して循環させるようにすることが好ましい。
【００６４】
この場合には、前段のＲＯ膜分離装置で水中のＣａ等の硬度成分が除去され、この透過水中のＣａ等の硬度成分濃度は微量となっているため、その後段のＲＯ膜分離装置又は電気再生式脱塩装置の濃縮水のＣａ等の硬度成分濃度もスケールが発生するほどに高くなることはなく、従って、このような濃縮水をホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置又はホウ素除去用電気再生式脱塩装置で処理してもスケール障害に到ることはなく安定運転が可能である。
【００６５】
本発明の脱塩水製造装置は、一般的には、前述のような前処理装置、一次純水製造装置及び二次純水製造装置から構成される超純水製造装置に組み込まれて用いられ、従って、図１〜６に示した脱塩装置とホウ素除去装置の他に、任意の処理装置が前段又は後段に設けられていても良い。
【００６６】
【実施例】
以下に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。説明の便宜上、まず、比較例を挙げる。
【００６７】
比較例１
図７に示す脱塩水製造装置により脱塩水の製造を行った。
【００６８】
原水は野木町水（ｐＨ：６．９，導電率：１３．０ｍＳ／ｍ、ホウ素濃度：２１〜２５μｇ／Ｌ）であり、この原水を、前処理装置１としての精密濾過（ＭＦ）膜分離装置（孔径：０．２μｍ）で濾過した後、脱炭酸塔（入口ｐＨ：５〜５．５）にて脱炭酸処理し、前処理水（ｐＨ：５．８〜６．２，導電率：１４．４ｍＳ／ｍ、ホウ素濃度：２１〜２５μｇ／Ｌ）を得た。
【００６９】
この前処理水をＲＯ膜分離装置（日本電工（株）製「ＥＳ２０」４インチ，２本）３に０．８ＭＰａの圧力で通水して下記条件で処理し、濃縮水を系外へ排出した。ＲＯ膜分離装置３の透過水を電気再生式脱塩装置（栗田工業（株）製「Ｍ４０型」１台）４に通水して下記条件で処理して脱塩水を得、濃縮水を系外へ排出した。
［ＲＯ膜分離装置３の処理条件］
水回収率：７５％
給水量：４４４Ｌ／ｈｒ
処理水（透過水）量：３３３Ｌ／ｈｒ
［電気再生式脱塩装置４の処理条件］
水回収率：９０％
処理水（脱塩水）量：３００Ｌ／ｈｒ
濃縮水量：３３Ｌ／ｈｒ
【００７０】
この処理において、ＲＯ膜分離装置３の処理水（透過水：ＲＯ処理水）のホウ素濃度、脱塩水（電気再生式脱塩装置４の処理水）のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率は表１に示す通りであった。
【００７１】
比較例２
図８に示す脱塩水製造装置により、比較例１において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水をそのままＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行い、このときのＲＯ処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率を表１に示した。
【００７２】
この比較例２では、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を循環処理したため水回収率は比較例１よりも高くなったが、循環処理によるホウ素の濃縮でＲＯ処理水及び脱塩水のホウ素濃度が高くなっている。
【００７３】
実施例１
図１に示す本発明の脱塩水製造装置により、比較例２において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水の返送路にホウ素除去装置５を設け、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を、ホウ素除去装置５でホウ素の除去処理を行った後ＲＯ膜分離装置３の入口側に戻したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。
【００７４】
用いたホウ素除去装置５は、三菱化学（株）製ホウ素選択性キレート樹脂「ダイヤイオンＣＲＢ０２」を３．３Ｌ充填したホウ素吸着樹脂塔であり、このホウ素吸着樹脂塔に電気再生式脱塩装置４の濃縮水（給水ホウ素濃度：１３０〜１５０μｇ／Ｌ）をＳＶ：１０ｈｒ−１で通水して処理した。
【００７５】
このときのＲＯ処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率は表１に示す通りであり、濃縮水の循環処理で水回収率を高めたにもかかわらず、ホウ素及びＴＯＣ濃度の低い高水質の脱塩水を得ることができた。
【００７６】
このホウ素吸着樹脂塔は、通水１０６０ｈｒで破過したため、通水１０６０ｈｒに１回の頻度で再生を行った。
【００７７】
比較例３
図９に示す脱塩水製造装置により、比較例２において、ＲＯ膜分離装置３と電気再生式脱塩装置４との間に実施例１で用いたものと同様のホウ素吸着樹脂塔（ホウ素選択性キレート樹脂量は実施例１と同量の３．３Ｌ，通水ＳＶは１００ｈｒ−１，給水量は３３３Ｌ／ｈｒ）を設け、ＲＯ膜分離装置３の透過水をホウ素吸着樹脂塔で処理した後電気再生式脱塩装置４に通水して脱塩水を得ると共に、電気再生式脱塩装置４の濃縮水をそのままＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。
【００７８】
このときのＲＯ処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率は表１に示す通りであり、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を循環処理したため水回収率は高く、また、ＲＯ膜分離装置３と電気再生式脱塩装置４との間にホウ素吸着樹脂塔を設けたため脱塩水のホウ素濃度も低いが、ＴＯＣ濃度が高い。このＴＯＣ濃度の増加は、ホウ素選択性キレート樹脂からのＴＯＣの溶出に起因するものと認められる。
【００７９】
また、ホウ素吸着樹脂塔の給水であるＲＯ処理水のホウ素濃度は１５〜１７μｇ／Ｌで、このホウ素吸着樹脂塔は通水６４０ｈｒで破過したため、通水６４０ｈｒに１回の頻度で再生を行う必要があり、再生頻度が高かった。
【００８０】
また、このように、ホウ素吸着樹脂塔を脱塩処理系統に設ける比較例３では、次の点からも工業的に不利である。即ち、実施例１のように濃縮水をホウ素吸着樹脂塔に通水する場合には、ホウ素吸着樹脂塔の再生時には通水を中断して濃縮水を系外へ排出すれば良いが、脱塩処理系統の水の通水を中断することはできないため、ホウ素吸着樹脂塔の再生の際も連続通水するために、ホウ素吸着樹脂塔が２塔必要となる。
【００８１】
比較例４
図１０に示す脱塩水製造装置により、比較例１において、電気再生式脱塩装置４の後段に実施例１で用いたものと同様のホウ素吸着樹脂塔（ホウ素選択性キレート樹脂量は実施例１と同量の３，３Ｌ，通水ＳＶは９１ｈｒ−１，給水量は３００Ｌ／ｈｒ）を設け、電気再生式脱塩装置４の処理水をホウ素吸着樹脂塔で処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。濃縮水の循環処理は行わなかった。
【００８２】
このときのＲＯ処理水のホウ素濃度、脱塩水のホウ素濃度及びＴＯＣ濃度、及び系全体の水回収率は表１に示す通りであり、濃縮水の循環処理を行わないため水回収率は低い。電気再生式脱塩装置４の処理水を更にホウ素吸着樹脂塔で処理したため、脱塩水のホウ素濃度は低いが、ホウ素選択性キレート樹脂からのＴＯＣの溶出でＴＯＣ濃度が高いため、後段に更にＴＯＣ処理装置が必要となり、このＴＯＣ除去装置の負荷が大きいため、装置が大型化する。
【００８３】
本比較例のホウ素吸着樹脂塔の給水（電気再生式脱塩装置の処理水）のホウ素濃度は４〜６μｇ／Ｌであり、このホウ素吸着樹脂塔は通水１８４７ｈｒで破過したため、通水１８４７ｈｒに１回の頻度で再生を行う必要があった。この再生頻度は、ホウ素吸着樹脂塔を用いた実施例１及び比較例３，４の中で最も低いが、このように脱塩処理系統にホウ素吸着樹脂塔を設けることは、前述の比較例３の場合のように、ホウ素吸着樹脂塔の再生のためにホウ素吸着樹脂塔が２塔必要となるという欠点がある上に、電気再生式脱塩装置４の後段にホウ素吸着樹脂塔を設けることは、ＴＯＣの溶出のみならず、次の点からも好ましくない。
【００８４】
即ち、電気再生式脱塩装置４の後段に背圧０．１ＭＰａ以上の負荷が生じ、給水限界圧力０．４ＭＰａ程度となる場合が多いため、送水距離によっては、ホウ素吸着樹脂塔に供給する水の昇圧のために電気再生式脱塩装置４の後段にブースターポンプが必要になる場合がある。
【００８５】
【表１】
比較例５
図７に示す脱塩水製造装置により脱塩水の製造を行った。
【００８７】
原水は野木町水（ｐＨ：６．９，導電率：１３．０ｍＳ／ｍ、ホウ素濃度：２５μｇ／Ｌ）であり、この原水を、前処理装置１としての精密濾過（ＭＦ）膜分離装置（孔径：０．２μｍ）で濾過した後、脱炭酸塔（入口ｐＨ：５．０）にて脱炭酸処理し、その後活性炭塔に通水して前処理水（ｐＨ：６，ホウ素濃度：２５μｇ／Ｌ）を得た。
【００８８】
この前処理水をＲＯ膜分離装置（超低圧ＰＡ膜４インチ，２本）３に０．７５ＭＰａの圧力で通水して下記条件で処理し、濃縮水を系外へ排出した。ＲＯ膜分離装置３の透過水を電気再生式脱塩装置（栗田工業（株）製「Ｍ４０型」１台）４に通水して下記条件で処理して脱塩水を得、濃縮水を系外へ排出した。
［ＲＯ膜分離装置３の処理条件］
水回収率：８０％
給水量：６７５Ｌ／ｈｒ
処理水（透過水）量：５４０Ｌ／ｈｒ
［電気再生式脱塩装置４の処理条件］
水回収率：８０％
処理水（脱塩水）量：４３２Ｌ／ｈｒ
濃縮水量：１０８Ｌ／ｈｒ
【００８９】
この処理において、２４時間運転後の脱塩水（電気再生式脱塩装置４の処理水）のホウ素濃度、及び系全体の水回収率は表２に示す通りであった。
【００９０】
比較例６
図８に示す脱塩水製造装置により、比較例１において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水をそのままＲＯ膜分離装置３の入口側に戻して循環処理したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行い、このときの２４時間運転後の脱塩水のホウ素濃度、及び系全体の水回収率を表２に示した。
【００９１】
この比較例６では、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を循環処理したため水回収率は比較例５よりも高くなったが、循環処理によるホウ素の濃縮で脱塩水のホウ素濃度が高くなっている。
【００９２】
実施例２
図１に示す本発明の脱塩水製造装置により、比較例６において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水の返送路にホウ素除去装置５を設け、電気再生式脱塩装置４の濃縮水を、ホウ素除去装置５でホウ素の除去処理を行った後ＲＯ膜分離装置３の入口側に戻したこと以外は同様にして脱塩水の製造を行った。
【００９３】
用いたホウ素除去装置５は、ＲＯ膜分離装置（超低圧ＰＡ膜４インチ，１本）であり、電気再生式脱塩装置４の濃縮水にＮａＯＨを添加してｐＨ９〜１０に調整した後、０．８ＭＰａの圧力で通水し、下記条件で処理した。
［ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の処理条件］
水回収率：８０％
給水量：１０８Ｌ／ｈｒ
処理水（透過水）量：８６Ｌ／ｈｒ
【００９４】
この処理において、２４時間運転後の脱塩水のホウ素濃度、及び系全体の水回収率は表２に示す通りであり、濃縮水の循環処理で水回収率を高めたにもかかわらず、ホウ素及びＴＯＣ濃度の低い高水質の脱塩水を得ることができた。
【００９５】
実施例３
実施例２において、電気再生式脱塩装置４の濃縮水をｐＨ７に調整し、ホウ素除去用アルカリＲＯ膜分離装置の代りにホウ素除去用電気再生式脱塩装置（栗田工業（株）製「Ｍ１０型」１台）を用い、下記条件で処理したこと以外は、同様にして脱塩水の製造を行った。
［ホウ素除去用電気再生式脱塩装置の処理条件］
水回収率：８０％
処理水量：８６Ｌ／ｈｒ
【００９６】
この処理において、２４時間運転後の脱塩水のホウ素濃度、及び系全体の水回収率は表２に示す通りであり、濃縮水の循環処理で水回収率を高めたにもかかわらず、ホウ素及びＴＯＣ濃度の低い高水質の脱塩水を得ることができた。
【００９７】
【表２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の脱塩水製造装置によれば、ホウ素及びＴＯＣ濃度が著しく低い高水質の脱塩水を、高い水回収率で安定に製造することができる。しかも、本発明によれば、ホウ素除去に用いるホウ素選択性吸着体の単位量当たりのホウ素吸着量を増加させることができ、ホウ素選択性吸着体を有効利用して再生頻度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱塩水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の脱塩水製造装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図４】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図５】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図６】本発明の脱塩水製造装置の別の実施の形態を示す系統図である。
【図７】比較例１で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図８】比較例２で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図９】比較例３で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図１０】比較例４で用いた脱塩水製造装置を示す系統図である。
【図１１】ＲＯ膜分離装置の給水のｐＨとホウ素除去率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 前処理装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ 脱塩装置
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｋ ＲＯ膜分離装置
４，４Ａ，４Ｂ 電気再生式脱塩装置
５ ホウ素除去装置
６ 混床式イオン交換装置
Claims (11)
- ホウ素含有水が供給され、該ホウ素含有水を脱塩水と濃縮水とに分離する脱塩装置と、
該脱塩装置から排出される濃縮水を、該脱塩装置の上流側に戻す返送路と、
該返送路の途中に設けられ、該濃縮水中のホウ素を除去するホウ素除去装置とを有することを特徴とする脱塩水製造装置。 - 請求項１において、該脱塩装置は、逆浸透膜分離装置及び／又は電気再生式脱塩装置により構成されることを特徴とする脱塩水製造装置。
- 請求項１又は２において、該脱塩装置とホウ素除去装置との間の返送路に濃縮水処理用の逆浸透膜分離装置が設けられており、前記脱塩装置の濃縮水を該濃縮水処理用の逆浸透膜分離装置で処理して得られた透過水が前記返送路を通して前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。
- 請求項２又は３において、該脱塩装置は、逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の透過水が導入される電気再生式脱塩装置とを備えることを特徴とする脱塩水製造装置。
- 請求項４において、該電気再生式脱塩装置から排出される濃縮水が、前記返送路を経て前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。
- 請求項２又は３において、前記脱塩装置が前段の逆浸透膜分離装置と、該前段の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される後段の逆浸透膜分離装置とを備え、該後段の逆浸透膜分離装置の濃縮水が前記返送路を経て前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。
- 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記ホウ素除去装置は、ホウ素選択性吸着体を充填したホウ素吸着塔であることを特徴とする脱塩水製造装置。
- 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記ホウ素除去装置は、ホウ素と錯体を形成するキレート剤を添加するキレート剤添加装置であることを特徴とする脱塩水製造装置。
- 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記ホウ素除去装置は、被処理水をアルカリ性にして通水する逆浸透膜分離装置、又は電気再生式脱塩装置であることを特徴とする脱塩水製造装置。
- ホウ素含有水が供給され、該ホウ素含有水を脱塩水と濃縮水とに分離する脱塩装置と、
該脱塩装置から排出される濃縮水を、該脱塩装置の上流側に戻す返送路と、
該返送路の途中に設けられ、該濃縮水中のホウ素を除去するホウ素除去装置とを有する脱塩水製造装置であって、
該ホウ素除去装置は、被処理水をアルカリ性にして通水する逆浸透膜分離装置、又は電気再生式脱塩装置であり、
前記脱塩装置は、前段の逆浸透膜分離装置と、該前段の逆浸透膜分離装置の透過水が導入される後段の逆浸透膜分離装置とを備え、該後段の逆浸透膜分離装置の濃縮水が前記返送路を経て前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。 - ホウ素含有水が供給され、該ホウ素含有水を脱塩水と濃縮水とに分離する脱塩装置と、
該脱塩装置から排出される濃縮水を、該脱塩装置の上流側に戻す返送路と、
該返送路の途中に設けられ、該濃縮水中のホウ素を除去するホウ素除去装置とを有する脱塩水製造装置であって、
該ホウ素除去装置は、被処理水をアルカリ性にして通水する逆浸透膜分離装置、又は電気再生式脱塩装置であり、
前記脱塩装置は、逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の透過水が導入される電気再生式脱塩装置とを備え、該電気再生式脱塩装置から排出される濃縮水が、前記返送路を経て前記ホウ素除去装置に導入されることを特徴とする脱塩水製造装置。
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