本発明は、逆浸透膜モジュールと電気脱イオン装置とを備えた純水製造システムに関し、特に電気脱イオン装置のスケール障害が抑制され、原水質が変動しても所定のレベルの純水を供給することの可能な純水製造システムに関する。

近年、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おいて、超純水を製造する手段として電気脱イオン装置が定着しつつある。 この電気脱イオン装置では、電気脱イオン装置に供給される水のシリカ濃度が制限されている。 電気脱イオン装置に供給される水のシリカ濃度が高いと、シリカスケールが発生して電気抵抗が増すので、電気脱イオン装置を運転する際の電圧が上昇し、処理水の水質の低下を招くことになる。

従来、２段構成の逆浸透膜モジュールにより構成される前処理装置を設けて、シリカを除去することで対応していたが、上記構成の前処理装置は、非常に大掛かりなものであり、シリカは所定の水準値以下であれば問題はないにもかかわらず必要以上に除去されることになる一方、システム構成が過剰であるため、設置スペースが限られる場合には適用できないという問題点があった。

そこで、図２に示すように逆浸透膜を用いた超純水製造装置により対応している。 この超純水製造装置は、原水槽Ｔ、前処理装置、純水製造システム及びサブシステムから構成されており、前処理装置は、膜式前処理装置２１及び活性炭塔２２からなるシンプルな構成となっており、純水製造システムは、ろ過水槽２３から逆浸透膜モジュール（ＲＯ装置）２４、膜脱気装置２５、電気脱イオン装置２６をそれぞれ直列的に設けてなる。 そして、サブシステムは、サブタンク２７、デミナー（非再生型イオン交換樹脂塔）２８と紫外線処理装置２９とフィルタ装置（ＵＦ）３０とからなる。

上述したような超純水製造装置では、原水槽Ｔから供給された原水Ｗ０を膜式前処理装置２１及び活性炭塔２２で前処理したＲＯ原水Ｗ１に対し、ＲＯ装置２４によりシリカを所定の給水条件値以下まで除去し、このＲＯ処理水Ｗ２を膜脱気装置２５において脱気処理した後、電気脱イオン装置２６に導入する。 この電気脱イオン装置２６でイオン性の不純物を十分に除去した処理水Ｗ３をデミナー２８、紫外線処理装置２９及びＵＦ３０を経由してユースポイント３１に超純水として供給するものである。 このような構成にすることで前処理装置をシンプルにして、コンパクトな超純水製造装置とすることができる。

しかしながら、上記超純水製造装置では、定常運転時には、問題なく電気脱イオン装置２６を運転できるが、電気脱イオン装置２６への給水が基準値を超えるのは定常運転時ではなく、予測を大きく超えるカルシウム濃度、シリカ濃度及び炭酸イオン濃度の原水Ｗ０が供給される場合や、ＲＯ装置２４が経時的に劣化した場合等の非定常運転時である。 上記超純水製造装置では、このような場合に十分に対応できないため、非定常運転が長期間継続した場合には、電気脱イオン装置２６の濃縮室にスケールを生じるおそれがあるという問題点があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、最小限の前処理装置の構成を維持したまま、非定常運転時においても電気脱イオン装置のスケール障害を生じることなく、所定のレベルの純水を供給することの可能な純水製造システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、逆浸透膜モジュールからの処理水ラインに電気脱イオン装置を設けた純水製造システムであって、前記逆浸透膜モジュールの処理水ラインの前記電気脱イオン装置より上流側に水質測定器を設けるとともに、前記逆浸透膜モジュールの処理水ライン又は電気脱イオン装置の処理水ラインに流量調整可能な分流機構を設け、この分流機構に逆浸透膜モジュールの原水槽への循環ラインを接続するとともに、前記分流機構の制御機構を設けたことを特徴とする純水製造システムを提供する（請求項１）。

上記発明（請求項１）によれば、非定常運転時に逆浸透膜モジュールから電気脱イオン装置への給水の水質が設定値（基準値）を超えたら、逆浸透膜モジュールの処理水又は電気脱イオン装置の処理水の一部を逆浸透膜モジュールの原水槽（ろ過水槽）へ戻して、シリカ濃度の低い水を原水側に合流させることで、原水の水質を改善し、この結果電気脱イオン装置への給水の水質を改善することができる。

上記発明（請求項１）においては、前記制御機構は、前記水質測定器の計測値が設定値を超えていたら、前記逆浸透膜モジュールの処理水の一部又は電気脱イオン装置の一部を逆浸透膜モジュールの原水槽へ前記循環ラインから所定流量を戻すように前記分流機構を制御することが好ましい（請求項２）。

上記発明（請求項２）によれば、水質測定器により計測されるシリカ等の濃度が設定値（基準値）を超えたときのみ必要一定量の処理水をろ過水槽へ戻すことで、逆浸透膜モジュールでの処理水の水質を改善し、この結果、電気脱イオン装置への給水の水質を改善することができる。 さらに、水質測定器の測定結果に基づき迅速に必要一定量の循環水をろ過水槽へ戻すことができるので、電気脱イオン装置を安全に運転することができる。

上記発明（請求項１，２）においては、前記水質測定器が、シリカ、カルシウム又は炭酸濃度を測定するものであることが好ましい（請求項３）。 かかる発明（請求項３）によれば、シリカ、カルシウム又は炭酸等の被処理水である原水において変動しやすい水質を計測することで、電気脱イオン装置を安全に運転することができる。

上記発明（請求項１〜３）においては、前記分流機構が、三方弁であることが好ましい（請求項４）。 かかる発明（請求項４）によれば、制御機構で三方弁を切り替えるだけで逆浸透膜モジュールの処理水ライン又は電気脱イオン装置の処理水ラインの処理水を逆浸透膜モジュールの原水槽（ろ過水槽）へ戻すことができる。

本発明によれば、非定常運転時に逆浸透膜モジュールからの電気脱イオン装置への給水の水質測定器による水質が設定値（基準値）を超えたら、逆浸透膜モジュール又は電気脱イオン処理水の一部を逆浸透膜モジュールの原水槽（ろ過水槽）へ戻して、シリカ濃度の低い水を原水側に合流させて原水の水質を改善することで、最小限の前処理装置の構成を維持したまま非定常運転時においても電気脱イオン装置のスケール障害を生じることなく、所定のレベルの純水を電気脱イオン装置に供給することのできる純水製造システムを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る純水製造システムについて、図面に基づいて詳細に説明する。 図１は、本実施形態に係る純水製造システムを有する超純水製造装置のフロー図を示す。

図１に示すように、超純水製造装置は、原水槽Ｔと前処理装置と純水製造システムとサブシステムとから構成されている。 前処理装置は、膜式前処理装置１と活性炭塔２のみにより構成されている。

純水製造システムは、この活性炭塔２の処理水を続けて処理するものであり、逆浸透膜モジュールの原水槽たるろ過水槽３と、逆浸透膜モジュールたるＲＯ装置４と、膜脱気装置５と、電気脱イオン装置６とを備え、ＲＯ装置４の処理水ラインＬ１の電気脱イオン装置６より上流側には、水質測定器としてのシリカセンサ７が設けられている。 また、電気脱イオン装置６の処理水ラインＬ２には、分流機構としての流量コントロール機能を備えた三方弁８が設けられており、サブシステムへの送水ラインＬ３とろ過水槽３への循環ラインＬ４とに分岐している。

そして、これらシリカセンサ７及び三方弁８は、パーソナルコンピュータ等の制御機構（図示せず）に接続されており、この制御機構は、シリカセンサ７のシリカ濃度のデータに基づいて三方弁８の流量コントロール機能を制御してろ過水槽３への循環水量を制御可能となっている。

さらに、サブシステムは、電気脱イオン装置６の脱塩水が貯留されるサブタンク９と、デミナー（非再生型イオン交換樹脂塔）１０と、紫外線処理装置（ＵＶ）１１と、フィルタ装置（ＵＦ）１２とからなり、この処理水Ｗが超純水としてユースポイント１３に供給される。

なお、図１中において、Ｌ５はユースポイント１３で未使用の超純水をサブタンク９へ返送する循環ラインである。 また、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６及びＱ７は、それぞれ原水の水量、ＲＯ装置３の供給水量、ＲＯ装置３の排出水量、電気脱イオン装置６の供給水量、電気脱イオン装置６の排出水量、ろ過水槽３への循環水量及びサブシステムへの供給水量であり、後述する実施例１におけるそれぞれの流量が記載されている。

このような構成を有する超純水製造装置について、その作用を説明する。
まず、原水槽Ｔから供給される原水Ｗ０に対し、膜式前処理装置１で濁質成分を除去した後、活性炭塔２で有機物を除去する。 続いて、この前処理後の被処理水を純水製造システムに導入する。

純水製造システムでは、ろ過水槽３に一旦ＲＯ原水Ｗ１を貯留した後、ＲＯ装置３で処理を行い、このＲＯ原水Ｗ１中からイオン類、シリカ等を除去する。 そして、ＲＯ装置４の透過水は、膜脱気装置５で炭酸イオン、溶存酸素が除去されて電気脱イオン装置６に供給される。 このとき、ＲＯ装置４の処理水ラインＬ１に設けたシリカセンサ７でＲＯ透過水Ｗ２のシリカ濃度を測定し、図示しない制御機構によりこれを監視する。 具体的には、シリカ濃度の基準値（例えば、シリカ濃度０．７ｍｇ／Ｌ（ａｓ ＳｉＯ _２ ）、以下同じ。）を設定値として、これを超えているか否かを監視する。

そして、制御機構は以下に詳述する通り、シリカセンサ７の出力に応じて、三方弁８を制御することで、サブシステムへの送水ラインＬ３と、ろ過水槽３への循環ラインＬ４との流量を三方弁８でコントロールすることにより処理が行われる。 すなわち、シリカセンサ７の出力（ＲＯ装置４の透過水Ｗ２の水質）が基準値（０．７ｍｇ／Ｌ）を超えている非定常運転時等の場合、制御機構は、電気脱イオン装置６の処理水ラインＬ２の三方弁８からろ過水槽３への循環水量を増加するように制御する。

この電気脱イオン装置６では、イオン性の不純物が十分に除去されており、シリカ濃度が非常に低い（通常１０ｐｐｂ以下）ので、ろ過水槽３中の原水Ｗ１の水質が改善されることになる。 これが連続的に行われることによりＲＯ処理水Ｗ２、すなわち電気脱イオン装置６に供給される処理水のシリカ濃度が０．７ｍｇ／Ｌ以下になり、非定常運転時においても電気脱イオン装置６のスケール障害を生じることなく、電気脱イオン装置６の運転を継続することができる。

具体的には、あらかじめＲＯ原水Ｗ１のシリカ濃度と、ＲＯ処理水Ｗ２とのシリカ濃度との関係を制御機構にインプットしておき、ＲＯ処理水Ｗ２のシリカ濃度が０．７ｍｇ／Ｌ以下となるような電気脱イオン装置６の処理水Ｗ３による希釈率を算出し、この算出された量だけ処理水Ｗ３を返送してやればよい。 例えば、本実施形態では、希釈率は、下記式により０．７５となる。
Ｑ１／(Ｑ１＋Ｑ６)＝Ｑ１／Ｑ２

ただし、サブシステムへの流量を０にすることはできないこと、ＲＯ装置４の濃縮水（Ｑ３）及び電気脱イオン装置６の濃縮水（Ｑ５）は不可避であること、等を考慮すると希釈率は０．５以上とするのが好ましい。

一方、シリカセンサ７の出力（ＲＯ装置４の透過水Ｗ２の水質）が基準値（０．７ｍｇ／Ｌ以下）の定常運転時の場合、制御機構は、送水ラインＬ３の水量を充分に確保し、循環ラインＬ４の水量をユースポイント１３での必要量の余剰分、又は０になるように三方弁８を制御して、必要以上に多く循環させないようにする。

このように電気脱イオン装置６の処理水をろ過水槽３に戻す量をシリカセンサ７の出力（ＲＯ装置４の透過水Ｗ２の水質）に基づいて制御することにより、非定常運転時における電気脱イオン装置６の原水（ＲＯ処理水）Ｗ２自体の水質を改善し、電気脱イオン装置６への給水条件を基準値以下にすることができる。 これにより電気脱イオン装置６の処理水Ｗ３の水質を所定のレベルに保持することができる。

そして、電気脱イオン装置６に供給されたＲＯ処理水Ｗ２は、サブタンク９に一端貯留され、デミナー１０、紫外線処理装置１１及びフィルタ装置１２を経由してユースポイント１３に超純水Ｗとして供給される。 なお、ユースポイント１３での余剰水は循環ラインＬ５からサブタンク９に返送される。

以上、本実施形態に係る純水製造システムについて図面に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、種々の変更実施が可能である。

例えば、本実施形態においては、電気脱イオン装置６の処理水をろ過水槽３の希釈水としたが、ろ過水槽３のＲＯ原水Ｗ１よりもシリカ濃度が低い水を戻してやればよいことから、ＲＯ装置４と電気脱イオン装置６の間に流量コントロール機能を備えた三方弁を設けて、ろ過水槽３への循環水量を制御することで、同様に非定常運転時におけるＲＯ原水Ｗ１の水質を改善し、電気脱イオン装置６への給水条件を基準値以下にすることができる。

また、本発明は純水製造システムにその特徴を有するものであり、前記実施形態において前処理装置及びサブシステムの構成については特に制限はなく、場合によっては設けなくてもよい。

さらに、本実施形態においては、シリカ濃度を監視したが、シリカセンサ７の代わりに炭酸イオンセンサやカルシウムセンサ等を用いて炭酸イオンやカルシウムの濃度に基づき三方弁８を制御してもよい。

〔参考例〕
図１に示す超純水製造装置において、電気脱イオン装置６の処理水量を２５ｍ ^３ ／ｈとして、表１に示すシリカ濃度２４ｍｇ／Ｌの原水の処理を行ったところ、シリカセンサ７によるＲＯ処理水Ｗ２のシリカ濃度が０．７ｍｇ／Ｌであったので、三方弁８を制御して循環ラインＬ４を閉鎖して定常運転を行った。

この定常時における原水、ＲＯ入口（ＲＯ原水）及びＲＯ出口（ＲＯ処理水）のシリカ濃度、ＲＯ装置４のシリカ除去率及び回収率、電気脱イオン装置６の送水量（Ｑ７）及び循環量（Ｑ６）、原水補給水量（処理量）、原水希釈率、３０日間処理した後の電気脱イオン装置６（ＣＤＩ）の電圧変化、ＣＤＩ処理水のシリカ濃度、及びＣＤＩ処理水の比抵抗値を測定した結果をそれぞれ表１に示す。

〔実施例１〕
前記参考例において、シリカ濃度３２ｍｇ／Ｌの原水の処理を行ったところ、シリカセンサ７によるＲＯ処理水Ｗ２のシリカ濃度が１．０ｍｇ／Ｌと基準値を超えるものであったので、三方弁８を制御して循環ラインＬ４の水量（Ｑ６）を１０ｍ ^３ ／ｈ（送水ラインＬ３の水量(Ｑ７)を１５ｍ ^３ ／ｈ）として、連続的に処理を行った。

この運転時における原水、ＲＯ入口（ＲＯ原水）及びＲＯ出口（ＲＯ処理水）のシリカ濃度、ＲＯ装置４のシリカ除去率及び回収率、電気脱イオン装置６の送水量（Ｑ７）及び循環量（Ｑ６）、原水補給水量（処理量）、原水希釈率、３０日間処理した後の電気脱イオン装置６（ＣＤＩ）の電圧変化、ＣＤＩ処理水のシリカ濃度、及びＣＤＩ処理水の比抵抗値を測定した結果をそれぞれ表１にあわせて示す。

〔比較例１〕
実施例１において、電気脱イオン装置６の処理水Ｗ３をろ過水槽３に戻さない（Ｑ６＝０）ことにより、模擬的に従来の純水製造システムとして、同様にシリカ濃度３２ｍｇ／Ｌの原水の処理を行った。

この運転時における原水、ＲＯ入口（ＲＯ原水）及びＲＯ出口（ＲＯ処理水）のシリカ濃度、ＲＯ装置４のシリカ除去率及び回収率、電気脱イオン装置６の送水量（Ｑ７）及び循環量（Ｑ６）、原水補給水量（処理量）、原水希釈率、３０日間処理した後の電気脱イオン装置６（ＣＤＩ）の電圧変化、ＣＤＩ処理水のシリカ濃度、及びＣＤＩ処理水の比抵抗値を測定した結果をそれぞれ表１にあわせて示す。

表１から明らかなように、実施例１の装置では、３０日間運転後でも電気脱イオン装置６の電圧の変化がなく、ＲＯ処理水Ｗ２のシリカ濃度も０．７ｍｇ／Ｌと基準値以下であり、比抵抗値も大きく処理水の純度も高く、参考例である定常運転と同様の水質で運転が可能であった。 これは、ＲＯ原水Ｗ１のシリカ濃度が低くなったためであると考えられる。 これに対し、電気脱イオン装置６の処理水をろ過水槽３へ戻さなかった比較例１では、ＲＯ処理水Ｗ２のシリカ濃度が１．０ｍｇ／Ｌと基準値を超えるものであり、３０日運転後の電気脱イオン装置６の電圧上昇、シリカ濃度の上昇、及び比抵抗値の低下が認められた。

本発明の一実施形態による純水製造システムを含む超純水製造装置を示すフロー図である。

従来の純水製造システムを含む超純水製造装置を示すフロー図である。

符号の説明

３…ろ過水槽（原水槽）
４…ＲＯ装置（逆浸透膜モジュール）
６…電気脱イオン装置７…シリカセンサ（水質測定器）
８…三方弁（分流機構）
Ｌ２…処理水ラインＬ３…送水ラインＬ４…循環ラインＷ１…ＲＯ原水Ｗ２…ＲＯ処理水（電気脱イオン装置原水）
Ｗ…純水