純水装置とは
純水装置とは、水道水や井戸水などの不純物を除去する装置です。
自然水や水道水にはカルシウムなどの金属成分や塩素イオンが含まれており、純水装置でこれらを除去します。用途に応じて不純物の削減量は異なり、不純物が非常に少ない純水を作り出す装置が超純水製造装置です。
純水装置は、研究室で少量の純水を製造する装置から工場で大量の純水を製造する大型装置まで、様々な装置があります。
純水装置の使用用途
純水装置は、主に研究施設や工場などの設備で使用されます。具体的な使用用途は、以下の通りです。
- 発電用蒸気ボイラーの蒸気発生用
- 半導体研究に用いる洗浄水製造用
- 食品・飲料工場の製品製造用
- 製紙工場における乾燥用蒸気発生用
- 化学プラントにおけるプラスチック加工用蒸気発生用
研究分野では、水道の不純物除去を目的に使用されます。特に半導体業界では不純物の混入を嫌うため、超純水装置を使用して洗浄水とします。
食品や飲料業界でも食品安全のため、純水装置で水質を厳しく管理しています。その他の業界でも蒸気を使用する産業は数多く、蒸気発生用ボイラーに純水装置が必要です。
純水装置の原理
純水装置はイオン交換膜タイプと、半透膜タイプに大分されます。種類によって原理は異なります。
1. イオン交換樹脂タイプ
イオン交換樹脂タイプは、イオン交換樹脂の持つ水素イオンや水酸化物イオンを不純物イオンと交換させて除去する純水装置です。主に吸着する陽イオンはカルシウムイオンやマグネシウムイオンです。陰イオンについては塩素イオンや硫化物イオンを除去します。
長期間使用するとイオン交換樹脂が不純物を吸着できなくなるため、苛性ソーダや塩酸を使用して再生させます。
2. 半透膜タイプ
半透膜タイプは、半透膜で不純物を除去する純水装置です。半透膜に圧力を加えて水を流通させると、水のみが半透膜を通過できるため不純物を除去することが可能です。半透膜タイプは海水を流通させることで淡水化せる製品も存在します。
交換樹脂タイプとは異なり、苛性ソーダなどの劇物を使用する必要はありませんが、加圧ポンプのために電力を多く消費します。いずれのタイプの純水装置も定期的なメンテナンスとして樹脂や膜の交換が必要です。交換頻度は流通量や稼働時間によって決定します。
純水装置のその他情報
1. 家庭用純水装置
家庭用純水装置として、逆浸透膜を利用した装置が知られています。逆浸透膜は加圧することで水分子だけを通過させることができる膜です。逆浸透膜を通すことにより、不純物や微生物などを取り除くことが可能です。
この純水装置は通常キッチンのシンク下に設置して、専用の蛇口を通して純水を供給します。このような純水装置を設置した場合には、水道水と純水の供給を切り替えて使用できるように施工されるのが一般的です。
水道水を純水化する原理としては、不純物の多い水道水に対して0.4～1.2Mpaの圧力をかけて逆浸透膜を透過させることで不純物を除去します。この際に、ろ過による目詰まりを防ぐために、水は逆浸透膜と平行に流通させます。
2. 電気再生式純水装置
純水装置の1つとして電気再生式純水装置が知られています。この純水装置は脱塩室と濃縮室を交互に配置し、その間に陰イオン交換膜と陽イオン交換樹脂を挟み込んだ構造です。純水製造工程はイオン交換樹脂タイプの純水装置と同様です。脱塩室内に充填したイオン交換樹脂によって原水中に含まれる不純物イオンを除去します。
イオン交換樹脂を長く使用すると不純物イオンが溜まってくるため、再生処理が必要です。この再生工程に電気を使用するのが電気再生式純水装置です。直流電圧を樹脂に対して印加し、不純物イオンが電極へ引き寄せられることでイオン交換樹脂を再生します。
イオン交換樹脂タイプの純水装置は再生に強酸や強アルカリが必要ですが、これらの薬液の排液処理も必要となります。この純水装置においては、再生に薬品が不要で管理がしやすく、環境にも優しいというメリットがあります。
参考文献
https://www.organo.co.jp/products/pure-water/
https://www.yamato-net.co.jp/product/category/science/water-purifier-1/
http://www.kan-tech.co.jp/newpage.html
https://www.miuraz.co.jp/product/water/pure.html
https://rosuiki.co.jp/product/deionizer2.html
http://www.mizushori.co.jp/amc.html