CN101827792A - 纯水制造装置及纯水制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纯水制造装置及纯水制造方法。为了有效地制造硼浓度低的纯水，超纯水制造装置由活性炭装置(1)、加热器(2)、膜式过滤装置(3)、原水罐(4)、前处理装置(5)、电脱离子装置(6)和一次纯水的辅助罐(7)构成，前处理装置(5)由第1反渗透膜(RO)装置(8)、第2反渗透膜(RO)装置(9)和脱碳酸膜装置(10)构成，该前处理装置(5)设计为：根据原水(W0)的水质，可将氯化物离子浓度100ppb以下的处理水(W1)导入到电脱离子装置(6)的脱盐室。
Description
技术领域
本发明涉及一种适于编入超纯水制造系统等中的纯水制造装置，特别涉及用于制造硼浓度低的纯水的纯水制造装置。另外，本发明涉及一种适于超纯水制造系统等的纯水制造方法，特别涉及用于制造硼浓度低的纯水的纯水制造方法。
背景技术
超纯水制造系统通常由前处理系统、一次纯水系统及子系统构成。前处理系统由利用凝聚过滤、MF膜(微滤膜)、UF膜(超滤膜)等的除浊处理装置、利用活性炭等的脱氯处理装置构成。
一次纯水系统由RO(反渗透膜)装置、脱气膜装置、电脱离子装置等构成，可除去几乎所有的离子成分、TOC成分。另外，子系统由UV装置(紫外线氧化装置)、非再生型离子交换装置、UF装置(超滤装置)等构成，可进行微量离子的除去、特别是低分子的微量有机物的除去、微粒的除去。用该子系统所制造的超纯水一般被输水使用地点，剩余的超纯水被返送到子系统的前段的罐中。
但是，超纯水的水质要求逐年严格起来，目前，在最前沿的电子产业领域已要求硼浓度10ppt以下的超纯水。该硼在超纯水中大部分是作为硼酸离子存在的，但因为这种硼酸离子是弱离子，所以难以除去。于是，为了制造硼浓度低的纯水，已提出使RO装置的给水达到pH10以上来提高RO装置中的硼除去率的方案(参照专利文献1)。
另外，已提出使前处理后的处理水与硼选择性离子交换树脂接触(参照专利文献2)的方案；用RO装置等的脱盐装置将原水脱盐后、通水到硼吸附树脂塔的方案(参照专利文献3)。
进而，已提出使将原水通水到前处理装置、2段RO装置、电再生式脱盐装置等的处理水与硼选择性离子交换树脂接触的超纯水制造装置的方案(参照专利文献4)。
专利文献1：特许第3321179号公报
专利文献2：特许第3200301号公报
专利文献3：特开平8-89956号公报
专利文献4：特开平9-192661号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所记载的纯水制造方法中，存在这样的问题点：为了将RO装置的给水调节到pH10以上而需要使用碱或设置阴离子交换树脂塔，不仅遭受药品成本或装置的负荷，而且不能连续运转。
另外，专利文献2～4所记载的纯水制造方法，是通过使处理水在硼选择性离子交换树脂、硼吸附树脂中流通来除去硼的方法，但存在这样的问题点：如果被处理水的硼浓度高，则在短时间内穿过这些硼吸附树脂等，另一方面如果被处理水的硼浓度为例如10ppb以下左右的低浓度，则除去率下降。进而，还存在这样的问题点：由于TOC可能从硼吸附树脂中溶出，因此需要硼吸附树脂的清洗、调整。
进而，可考虑通过电脱离子装置将作为阴离子的硼酸离子同时予以除去，但由于硼酸离子是弱离子，所以，即使提高电脱离子装置的电流密度进行运转也难以使除去率达到90％以上。另外，即使组合RO装置也不能使硼除去率达到98％以上。
即，尽管近年来超纯水的水质要求逐年严格起来，要求硼浓度100ppt以下、在最前沿的电子产业领域要求硼浓度10ppt以下、有时要求1ppt以下的水质，但没有能够用简单的结构而达到该要求的纯水制造装置。为了在电脱离子装置中达到该要求，至少需要使电脱离子装置中的硼除去率为99％以上、特别为99.5％以上。
本发明是鉴于上述课题而完成的，目的在于提供一种能够有效地制造硼浓度低的纯水制造装置。另外，本发明的目的在于提供一种能够有效地制造硼浓度低的纯水制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，第一，本发明提供一种纯水制造装置，其具有前处理装置、和将所述前处理装置的处理水收进脱盐室进行脱离子处理的电脱离子装置，其特征为，所述前处理装置使导入到所述电脱离子装置的脱盐室的处理水的氯化物离子浓度为100ppb以下(发明1)。
根据上述发明(发明1)，氯化物离子与硼相比其除去容易，仅仅通过使导入到电脱离子装置中的处理水的氯化物离子浓度为100ppb以下，可以将电脱离子装置中的硼的除去率大幅提高为99％以上。
在上述发明(发明1)中，优选所述前处理装置具备1或2以上的RO膜装置，使导入到所述电脱离子装置的脱盐室中的处理水的碳酸浓度为1ppm以下(发明2)；在该发明(发明2)中，优选所述前处理装置还具备1或者2以上的离子交换树脂塔(发明3)；在该发明(发明3)中，优选所述前处理装置还具备脱碳酸膜装置、脱碳酸塔或真空脱气塔(发明4)。
根据上述发明(发明2～4)，可以进一步降低被导入到电脱离子装置的脱盐室的处理水的氯化物浓度及碳酸离子浓度，可以使电脱离子装置中的硼的除去率进一步提高。
在上述发明中(发明1～4)，优选将所述电脱离子装置的脱盐水的一部分从与向所述脱盐室导入处理水的方向相反的方向导入到所述电脱离子装置的浓缩室(发明5)。
根据上述发明(发明5)，因为通过使水质良好的脱盐室的排出水(脱盐水)从脱盐室的出口侧向入口侧的方向流进脱盐室，可缓和脱盐室和浓缩室之间的硼的浓度梯度，因此可以使用电脱离子装置的硼的除去率进一步提高。
在上述发明(发明1～5)中，优选所述电脱离子装置多段串联地设置(发明6)。根据该(发明6)，因为可以使硼的除去率提高到99.99％，因此硼离子浓度为1ppt以下的超纯水的供给也成为可能。
第二，本发明提供一种纯水制造方法，其是用前处理装置对原水进行处理，将该处理水导入到电脱离子装置的脱盐室中进行脱离子处理，其特征为，将用所述前处理装置使氯化物离子浓度为100ppb以下的处理水导入到所述电脱离子装置的脱盐室(发明7)。
根据上述发明(发明7)，氯化物离子与硼相比其除去容易，仅仅通过使导入到电脱离子装置的处理水的氯化物离子浓度为100ppb以下，可以使电脱离子装置中的硼的除去率大幅提高为99％以上。
在上述发明(发明7)中，优选将所述电脱离子装置的脱盐水的一部分从与向所述脱盐室导入处理水的方向相反的方向导入到所述电脱离子装置的浓缩室(发明8)。
根据上述发明(发明8)，因为通过使水质良好的脱盐室的排出水(脱盐水)从脱盐室的出口侧向入口侧的方向流进浓缩室中，可缓和脱盐室和浓缩室之间的硼的浓度梯度，因此可以使电脱离子装置中的硼除去率进一步提高。
在上述发明中(发明7，8)，优选所述电脱离子装置多段串联地设置(发明9)。根据该发明(发明9)，因为可以将硼的除去率提高到99.99％，因此硼离子浓度为1ppt以下的超纯水的提供也成为可能。
在上述发明(发明9)中，优选将所述多段的电脱离子装置中最后段的电脱离子装置的浓缩水与所述处理水一起导入到第1段的电脱离子装置的脱盐室(发明10)。
根据上述发明(发明10)，因为最后的电脱离子装置的浓缩水与用前处理装置处理后的处理水相比不仅硼浓度低，而且氯化物离子浓度也非常低，因此通过将其导入到第1段的电脱离子装置的脱盐室，装置的基本构成原样可以进一步改善直接来自第1段的电脱离子装置的脱盐室的处理水的硼浓度。
发明的效果
根据本发明的纯水制造装置，氯化物离子与硼相比其除去容易，仅仅通过使导入到电脱离子装置的处理水的氯化物离子浓度为100ppb以下，可以将电脱离子装置中的硼的除去率大幅提高为99％以上。根据本发明，因为通过电脱离子装置可大幅除去硼，因此不仅可连续运转，而且因为不使用碱等的药品因此环境负荷小，可应对给水(原水)的硼浓度的广范围。另外，与硼吸附树脂等相比因为不发生穿过，因此可数年时间稳定地供给硼浓度低的纯水。而且，通过多段串联地设置电脱离子装置，使硼离子浓度为1ppt以下的超纯水进行供给成为可能。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的纯水制造装置的流程图；
图2是表示所述实施方式的电脱离子装置的脱盐室及浓缩室的概略构成图；
图3是表示本发明的第二实施方式涉及的纯水制造装置的流程图；
图4是表示比较例1的纯水制造装置的流程图。
符号说明
5...前处理装置
6...电脱离子装置
6A...第1电脱离子装置
6B...第2电脱离子装置
8...第1反渗透膜(RO)装置(前处理装置)
9...第2反渗透膜(RO)装置(前处理装置)
10...脱碳酸膜装置(前处理装置)
11...脱盐室
12...浓缩室
W3...浓缩水
T...处理水罐
具体实施方式
〔第一实施方式〕
下面，对本发明的纯水制造装置的第一实施方式基于附图详细进行说明。
图1是表示本实施方式涉及的纯水制造装置的流程图，图2是表示本实施方式中的电脱离子装置的概略构成图。
如图1所示，超纯水制造装置由活性炭装置1、加热器2、膜式过滤装置3、原水罐4、前处理装置5、电脱离子装置6和一次纯水的辅助罐(subtank)7构成。而且，在本实施方式中，前处理装置5由第1反渗透膜(RO)装置8、第2反渗透膜(RO)装置9和脱碳酸膜装置10构成。该前处理装置5设计为根据原水W0的水质，氯化物离子浓度100ppb以下的处理水W1被导入到电脱离子装置6的脱盐室。
在如上的超纯水制造装置中，电脱离子装置6的构成为：如图2所示具备脱盐室11和浓缩室12，在脱盐室11上连接有前处理装置5的处理水W1的管路R1，而脱盐室11的出口侧成为脱盐水W2的管路R2。分支管路R3从该管路R2分支，将脱盐室11的脱盐水W2的一部分从脱盐室11的出口侧向入口侧的方向导入到浓缩室12，即从与脱盐室11的处理水W1的流通方向相反的方向导入到浓缩室12而将浓缩水W3放出。
对具有这种构成的超纯水制造装置，说明其作用。
首先，对原水W0在活性炭装置1中除去有机物后，在加热器2中加温到规定的温度后，用膜式过滤装置3除去固体微粒，暂时贮存在原水罐4中。接着，对该原水W0用前处理装置5进行处理。
在该前处理装置5中，通过第1反渗透膜(RO)装置8和第2反渗透膜(RO)装置9除去强离子性的杂质，进而，通过脱碳酸膜装置10除去碳酸离子(CO2)。
该前处理装置5设计为使得处理水W1中的氯化物离子浓度为100ppb以下、优选为50ppb以下、特别优选为30ppb以下。如果处理水W1中的氯化物离子浓度超过100ppb，则不能使后续的用电脱离子装置6的硼的除去率达到99％以上。
另外，处理水W1中的CO2的浓度优选设定为1ppm以下。如果处理水W1中的CO2的浓度超过1ppm，则有可能硼的除去率小于99％，有时甚至降低到小于90％。
而后，用电脱离子装置6处理这样的处理水W1。在该电脱离子装置6中，优选以电流密度300mA/dm2以上进行运转。通过以这样的电流密度进行运转，虽然取决于电脱离子装置的性能，也可以形成用现有的电脱离子装置不能达到的99％以上、特别是99.5％以上的硼除去率。
这样，根据本实施方式涉及的纯水制造装置，如果处理水W1的硼浓度为10ppb以下，可以可靠地得到硼浓度100ppt以下的脱盐水W2。另外，如果本实施方式涉及的纯水制造装置的硼除去率为99.5％、处理水W1的硼浓度为20ppb，进而，如果硼除去率为99.8％以上、处理水W1的硼浓度为50ppb，可以得到硼浓度100ppt以下的脱盐水W2。而且，因为通过电脱离子装置6可充分除去硼，因此不仅可连续运转，而且因为不使用碱等药品所以环境负荷小。而且，可对应给水(原水)的硼浓度的广范围，另外，与硼吸附树脂等相比因为不发生穿过，因此可数年时间稳定地供给硼浓度低的纯水。
〔第二实施方式〕
其次，对本发明的纯水制造装置的第二实施方式基于图3进行说明。
图3是表示第二实施方式涉及的纯水制造装置的流程图。
就第二实施方式涉及的纯水制造装置而言，在所述的第一实施方式中，将电脱离子装置2段串联配置为第1电脱离子装置6A及第2电脱离子装置6B，将第2电脱离子装置6B的浓缩水W3返送到设置于第1电脱离子装置6A的前段的处理水罐T，除此之外，具有同样的构成。
对具有这种构成的超纯水制造装置说明其作用。
首先，对于原水W0用活性炭装置1进行有机物的除去处理后，用加热器2加温到规定的温度，然后用膜式过滤装置3除去固体微粒，暂时贮存在原水罐4中。然后，对于该原水W0用前处理装置5进行处理。
在该前处理装置5中，通过第1反渗透膜(RO)装置8和第2反渗透膜(RO)装置9除去强离子性的杂质，进而，通过脱碳酸膜装置10除去碳酸离子(CO2)。
该前处理装置5涉及为使得处理水W1中的氯化物离子浓度为100ppb以下、优选为50ppb以下、特别优选为30ppb以下。如果处理水W1中的氯化物离子浓度超过100ppb，则不能使后续的用电脱离子装置6A的硼的除去率达到99％以上。
然后，将这种处理水W1用第1电脱离子装置6A及第2电脱离子装置6B连续进行处理，同时将浓缩水W3返送到设置于第1电脱离子装置6A的前段的处理水罐T中。
优选使该电脱离子装置6A、6B以电流密度300mA/dm2以上进行运转。因为如果电流密度不足300mA/dm2，硼除去率不足99％，因此不优选。具体而言，在第1电脱离子装置6A中除去99％以上的硼，在第2电脱离子装置6B中进一步除去99％以上的硼。
特别地，在本实施方式中，将第2电脱离子装置6B的浓缩水W3返送到设置于第1电脱离子装置6A的前段的处理水罐T中，该浓缩水W3与处理水W1相比硼浓度低，因此随着时间在处理水罐T中，与处理水W1相比氯化物离子浓度及硼浓度也进一步下降，因此得到硼浓度1ppt以下的超纯水也成为可能。
以上，对本实施方式涉及的纯水制造系统基于附图进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，可以进行各种的变更实施。
例如，前处理装置5可以将氯化物离子浓度100ppb以下的处理水W1供给电脱离子装置6，且为了能够得到所希望的硼浓度的纯水，可以根据原水W0的水质进行各种设定。
具体而言，可以将前处理装置5设定为
(1)RO装置+脱碳酸膜装置
(2)第1RO装置+第2RO装置+脱碳酸膜装置
(3)离子交换树脂装置(2B3T)+RO装置+脱碳酸膜装置
(4)离子交换树脂装置(4B5T)+RO装置+脱碳酸膜装置等。
另外，电脱离子装置6既可以是1段、也可以串联设置2段或3段以上，在设置3段以上的情况下，只要使最终段的电脱离子装置6的浓缩水W3与第1段的电脱离子装置的处理水W1合流即可。
进而，作为电脱离子装置6并没有特别限制，可以合适地使用在脱盐室11设置有垂直侧面不透过水而斜面透过水的六角形构件的电脱离子装置。
实施例
以下，举出实施例及比较例更具体地说明本发明。
需要说明的是，在本实施例及比较例中，使用下述的试验装置。
·电脱离子装置(栗田工业社制，制品名：KCDI-UPz-150H，处理水量：150m3/hr)
·反渗透膜装置(日东电工社制，制品名：ES-20)
·脱碳酸膜装置(リキセル社制，制品名：X-50)
〔实施例1〕
如图1及图2所示，由第1反渗透膜(RO)装置8、第2反渗透膜(RO)装置9和脱碳酸膜装置10构成前处理装置5，将电脱离子装置6配置为1段，制成纯水制造装置。
通过该纯水制造装置，对硼浓度为25ppb、氯化物离子浓度为11000ppb、CO2浓度为8ppm的原水W0进行处理，结果前处理装置5的处理水W1的硼浓度为25ppb、氯化物离子浓度为10ppb、CO2浓度为1ppm以下。
而后，用电脱离子装置6对该处理水W1进行处理，结果得到硼浓度为50ppt、氯化物离子浓度为0.5ppb以下、CO2浓度为0.01ppm以下的脱盐水W2。此时，用电脱离子装置6的硼除去率为99.8％。
〔比较例1〕
如图4所示，在实施例1中，将反渗透膜(RO)装置设定为1段构成，除此之外用同样的装置构成制成纯水制造装置。
通过该纯水制造装置，与实施例1相同对原水W0进行处理，结果前处理装置5的处理水W1的硼浓度为25ppb、氯化物离子浓度为150ppb、CO2浓度为1ppm以下。
而后，用电脱离子装置6对该处理水W1进行处理，结果得到硼浓度为500ppt、氯化物离子浓度为0.5ppb以下、CO2浓度为0.01ppm以下的脱盐水W2。此时，用电脱离子装置6的硼除去率为98％。
〔比较例2〕
在实施例1中，在处理水W1中添加氯化钠使前处理装置5的处理水W1的氯化物离子浓度为150ppb，除此之外同样地操作进行处理，结果得到硼浓度为400ppt、氯化物离子浓度为0.5ppb以下、CO2浓度为0.01ppm以下的脱盐水W2。用电脱离子装置6的硼除去率为98.4％。
〔实施例2〕
如图3所示，通过第1反渗透膜(RO)装置8、第2反渗透膜(RO)装置9和脱碳酸膜装置10构成前处理装置5，以6A、6B的2段将电脱离子装置串联配置，形成将第2电脱离子装置6B的浓缩水W3返送到设置于第1电脱离子装置6A的前段的处理水罐T的构成，制成纯水制造装置。
通过该纯水制造装置，对硼浓度为25ppb、氯化物离子浓度为11000ppb、CO2浓度为8ppm的原水W0进行处理，结果前处理装置5的处理水W1的硼浓度为25ppb、氯化物离子浓度为30ppb、CO2浓度为1ppm以下。
而后，对该处理水W1用电脱离子装置6A、6B进行连续处理，结果，经过15小时后，处理水罐T的处理水的硼浓度为20ppb、氯化物离子浓度为24ppb、CO2浓度为0.6ppm，第1段的电脱离子装置6A的脱盐水的硼浓度为40ppt、氯化物离子浓度为0.5ppb以下、CO2浓度为0.01ppm以下，电脱离子装置6A中的硼除去率为99.8％。进而，第2段的电脱离子装置6B的脱盐水的硼浓度为0.4ppt、氯化物离子浓度为0.5ppb以下、CO2浓度为0.01ppm以下，用电脱离子装置6B的硼除去率为99％。
〔比较例3〕
在实施例2中，在处理水罐T中添加氯化钠使电脱离子装置6的处理水W1的氯化物离子浓度为150ppb，除此之外同样地操作进行处理，结果第1电脱离子装置6A的脱盐水的硼浓度为400ppt、氯化物离子浓度为0.5ppb以下、CO2浓度为0.01ppm以下，用第1电脱离子装置6A的硼除去率为98％。另外，第2电脱离子装置6B的脱盐水的硼浓度为2ppt、氯化物离子浓度为0.5ppb以下、CO2浓度为0.01ppm以下，用第2电脱离子装置6B的硼除去率为99.5％。
Claims (10)
1.一种纯水制造装置，其具有前处理装置、和将所述前处理装置的处理水收进脱盐室中进行脱离子处理的电脱离子装置，其特征在于，
所述前处理装置使导入到所述电脱离子装置的脱盐室的处理水的氯化物离子浓度为100ppb以下。
2.如权利要求1所述的纯水制造装置，其特征在于，所述前处理装置具备1或2以上的RO膜装置，使导入到所述电脱离子装置的脱盐室的处理水的碳酸浓度为1ppm以下。
3.如权利要求2所述的纯水制造装置，其特征在于，所述前处理装置还具备1或2以上的离子交换树脂塔。
4.如权利要求3所述的纯水制造装置，其特征在于，所述前处理装置还具备脱碳酸膜装置、脱碳酸塔或真空脱气塔。
5.如权利要求1～4中任一项所述的纯水制造装置，其特征在于，将所述电脱离子装置的脱盐水的一部分从与向所述脱盐室导入处理水的方向相反的方向导入到所述电脱离子装置的浓缩室。
6.如权利要求1～5中任一项所述的纯水制造装置，其特征在于，所述电脱离子装置多段串联地设置。
7.一种纯水的制造方法，其用前处理装置处理原水，将该处理水导入到电脱离子装置的脱盐室进行脱离子处理，其特征在于，
将用所述前处理装置使氯化物离子浓度为100ppb以下的处理水导入到所述电脱离子装置的脱盐室。
8.如权利要求7所述的纯水的制造方法，其特征在于，将所述电脱离子装置的脱盐水的一部分从与向所述脱盐室导入处理水的方向相反的方向导入到所述电脱离子装置的浓缩室。
9.如权利要求7或8所述的纯水的制造方法，其特征在于，所述电脱离子装置多段串联地设置。
10.如权利要求9所述的纯水的制造方法，其特征在于，将所述多段的电脱离子装置中最后段的电脱离子装置的浓缩水与所述处理水一起导入到第1段的电脱离子装置的脱盐室。
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