CN112520879A - 超纯水制造系统及超纯水制造方法 - Google Patents

超纯水制造系统及超纯水制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超纯水制造系统及超纯水制造方法，即使使用杂质浓度高的原水，也能够有效地获得具有特别是降低了硼浓度的规定的水质的超纯水。本发明的超纯水制造系统是将杂质浓度非常高的原水有效地进行处理而得到规定的水质的超纯水的系统，对于其通水处理，依次具有将原水设定为碱性的第一pH调整机构、弱酸性离子交换装置、将弱酸性离子交换装置的处理水的pH设定为2～6的酸性的第二pH调整机构、脱碳酸装置、第一反渗透膜装置、将第一反渗透膜装置的处理水的pH设定为10～11的碱性的第三pH调整机构、第二反渗透膜装置及强碱性离子交换装置。

Description

超纯水制造系统及超纯水制造方法
技术领域
本发明涉及一种超纯水制造系统及超纯水制造方法，上述超纯水制造系统及超纯水制造方法即使在原水中的盐浓度非常高、进而含有硬度成分、硼的情况下，也能够将这些成分充分除去而制造成为所期望的水质的超纯水。
背景技术
以往，在水处理中，为了除去各种离子成分或硬度成分，使用膜处理机构、离子交换机构、脱碳酸装置等来制造纯水、超纯水。
需要说明的是，在半导体制造那样的制造非常精密的仪器的现场，对其制造的部件要求高的清洁度，对于该部件等的洗涤使用超纯水。近年来，该超纯水中的硼的含量也要求非常低的水平，研究了各种水处理方法(例如参照专利文献1～3)。
专利文献1为一种纯水的制造方法，其中，在进行脱气处理及反渗透膜处理后，通过将pH调整为规定的碱浓度，进一步进行反渗透膜处理，从而将原水中的硼除去，同时能够高效地制造碱成分的泄漏少、水质提高的电导率小的纯水。
专利文献2记载了一种水处理方法及装置，上述水处理方法及装置是具有用于防止水垢产生的成分除去、使规定的成分的离子化增加的pH调整和阻止溶解种的通过而除去的膜分离的水处理方法及装置，在弱酸性阳离子交换树脂、脱碳酸、反渗透膜处理、离子交换处理的各处理中一边进行pH调整一边依次进行。
专利文献3为一种水处理设备及水处理方法，上述水处理设备及水处理方法是从硬度高的被处理水中除去硼的水处理设备及水处理方法，将加有酸的被处理水利用第一反渗透膜进行过滤，将在该透过水中加碱剂而得到的被处理水利用第二反渗透膜进行过滤，从硬度高的被处理水中除去硼。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-267645号公报
专利文献2：日本特表2000-511109号公报
专利文献3：日本特开2019-76827号公报
发明内容
发明所要解决的课题
一般在建设需要超纯水的工厂、例如半导体制造工厂或LCD面板制造工厂等的情况下，对于建设地的决定，可获得的原水的水质也成为重要的要素。当然，这是由于，使用水质良好的原水时所得到的超纯水的水质也良好，并且能够廉价地制造。
不过，由于这样的地区选定条件良好的场所有限，因此近来，在原水水质差的场所设置工厂的情况也在增加。
另外，特别是也有像中国那样尽管是原水水质差的场所但也建设工厂的计划作为国家的政策被推进的情况。
这些情况下，不得不由杂质浓度非常高的原水来制造超纯水。
在由上述那样的杂质浓度非常高的原水来制造显著降低了硼浓度的超纯水时，考虑上述那样的现有技术，为了将硼有效地除去而对专利文献2及3中记载那样的超纯水制造系统进行了研究，可知：由于硬度成分、盐成分的量非常多，因此需要在利用该系统的处理前将杂质除去。
作为这样的前处理，通常，首先研究2床3塔式离子交换装置(2B3T)的使用，但在上述那样的水质的情况下，由于离子交换树脂在短时间内达到交换容量，因此必须以高频率来进行再生、交换。另外，还考虑将2B3T大型化来降低再生、交换频率，可知：这种情况下，在装置的设置空间、装置的制造上，有许多实用上的问题，并不现实。即，对于上述那样的水质的原水，变得需要能够以简易的装置构成来显著降低硼或其他杂质的有效的处理装置及处理方法。
于是，本发明的目的是提供一种超纯水制造系统及超纯水制造方法，上述超纯水制造系统及超纯水制造方法即使使用杂质浓度高的原水，也能够以简易的装置构成并且有效地获得具有特别是降低了硼浓度的规定的水质的超纯水。
用于解决课题的手段
本发明的超纯水制造系统的特征在于，其是将含有600mg/L以上的总溶解性蒸发残留物质(TDS)、以CaCO3计为100mg/L以上的硬度成分、0.1mg/L以上的硼的原水进行处理而得到硼的含量为0.01μg/L(10ppt)以下的超纯水的超纯水制造系统，对于上述原水的通水处理，依次具有弱酸性离子交换装置、将上述弱酸性离子交换装置的处理水的pH设定为2～6的酸性的第二pH调整机构、脱碳酸装置、第一反渗透膜装置、将上述第一反渗透膜装置的处理水的pH设定为10～11的碱性的第三pH调整机构、第二反渗透膜装置及强碱性离子交换装置。
本发明的超纯水制造方法的特征在于，其是将含有600mg/L以上的总溶解性蒸发残留物质(TDS)、以CaCO3计为100mg/L以上的硬度成分、0.1mg/L以上的硼的原水进行处理而得到硼的含量为0.01μg/L(10ppt)以下的超纯水的超纯水制造方法，使上述原水在弱酸性离子交换装置中通水，将上述弱酸性离子交换装置的处理水通过第二pH调整而设定为pH2～6的酸性，在脱碳酸装置中通水，使上述脱碳酸装置的处理水在第一反渗透膜装置中通水，将上述第一反渗透膜装置的处理水通过第三pH调整设定为pH10～11的碱性，在第二反渗透膜装置中通水，进而使第二反渗透膜装置的处理水在强碱性离子交换装置中通水。
发明效果
根据本发明的超纯水制造系统及超纯水制造方法，即使使用杂质浓度高的原水，也能够以简易的装置构成并且有效地获得具有特别是降低了硼浓度的规定的水质的超纯水。另外，根据本发明的超纯水制造系统及超纯水制造方法，能够长时间稳定地获得规定的水质的超纯水。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的超纯水制造系统的概略构成的图。
符号的说明
10超纯水制造系统、11第一pH调整机构、12弱酸性离子交换装置、13第二pH调整机构、14脱碳酸装置、15第一反渗透膜装置、16第三pH调整机构、17第二反渗透膜装置、18强碱性离子交换装置
具体实施方式
以下，参照附图的同时对本发明的实施方式进行说明。
[超纯水制造系统]
本实施方式的超纯水制造系统如上所述是将杂质浓度非常高的原水有效地进行处理而得到规定的水质的超纯水的系统，如图1中所示的那样，是依次具有第一pH调整机构11、弱酸性离子交换装置12、第二pH调整机构13、脱碳酸装置14、第一反渗透膜装置15、第三pH调整机构16、第二反渗透膜装置17、强碱性离子交换装置18而构成的超纯水制造系统10。
首先，本实施方式中作为处理对象的原水如上所述为杂质浓度非常高的原水(例如市水、工业用水、井水、河川水、地表水等)，具体而言，为含有600mg/L以上的总溶解性蒸发残留物质(TDS；Total Dissolved Solids)、以CaCO3计为100mg/L以上的硬度成分、0.1mg/L以上的硼的原水。优选适宜用于硬度成分为以CaCO3计为120mg/L以上、进一步优选硬度成分为以CaCO3计为150mg/L以上的原水。本实施方式中，即使是这样的含有高浓度的盐类、硬度成分的处理水，也能够将硼浓度极度降低，是迄今为止所没有的有用的超纯水制造系统。
本实施方式中使用的第一pH调整机构11是在接下来说明的弱酸性离子交换装置12的前段将原水(被处理水)的pH调整为碱性的机构。
该第一pH调整机构11只要是为了将原水设定为规定的pH而能够添加碱溶液的机构即可，可列举出公知的pH调整机构。作为pH调整机构，例如可列举出从容纳碱溶液的第一调整槽中通过加药泵向配管内添加碱溶液的机构。
需要说明的是，该pH调整机构11只要根据需要设置即可。例如，在后段的弱酸性离子交换树脂为H型的情况下，由于随着离子交换的进行，pH降低，因此在脱离弱酸性离子交换树脂发挥功能的pH范围的情况下，变得需要添加碱。但是，在不脱离弱酸性离子交换树脂发挥功能的pH范围的情况下不需要添加碱。另外，在弱酸性离子交换树脂为Na型的情况下，由于随着离子交换的进行，pH不会降低，因此没有必要添加碱。
通过该根据需要而设置的第一pH调整机构11，将原水的pH设定为在后段的弱酸性离子交换装置12中不产生硬度水垢的范围的pH后供给。此时的pH只要为碱性即可，进一步优选pH8～9.5左右。
需要说明的是，关于该第一pH调整机构11，在图1中，示出了上述说明那样的调整槽和泵的构成，但也可以设定为使后述的第二反渗透膜装置17的浓缩水或其他的碱溶液在弱酸性离子交换装置12的前段循环来调整原水的pH的构成。
作为用于该pH调整的碱溶液中包含的碱成分，只要是用于pH调整的公知的碱成分即可，例如可列举出氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾等。
本实施方式中使用的弱酸性离子交换装置12(WC)是在离子交换容器内容纳弱酸性阳离子交换树脂而构成的装置，将pH调整后的原水进行通水处理，主要将原水中的硬度成分除去。
作为其中使用的弱酸性阳离子交换树脂，可列举出Na型的弱酸性阳离子交换树脂或H型的弱酸性阳离子交换树脂，优选Na型的弱酸性阳离子交换树脂。作为该弱酸性阳离子交换树脂，只要是将公知的弱酸性阳离子交换树脂的离子交换基设定为H型或Na型的树脂即可，例如可列举出在高分子基体上键合COOH基或COONa基而得到的树脂。
这里，通过弱酸性阳离子交换树脂，被处理水中包含的Ca2+、Mg2+等硬度成分与阳离子交换树脂的H+或Na+被离子交换，从被处理水中除去硬度成分。
该弱酸性离子交换装置12只要是按照如上所述通过在容器内填充弱酸性阳离子交换树脂并使其接触原水而从被处理水中除去作为硬度成分的Ca2+、Mg2+等离子的方式使用的装置则没有特别限定。弱酸性离子交换装置12例如可以设定为再生型或非再生型的单床式离子交换装置。另外，就该弱酸性阳离子交换树脂而言，也可以设定为与强酸性阳离子交换树脂的复床式的离子交换装置，但为了确保离子交换容量，优选弱酸性阳离子交换树脂的单床式离子交换装置。
弱酸性阳离子交换树脂由于相对于Ca2+、Mg2+等硬度成分的选择性大，一般而言与强酸性阳离子交换树脂相比交换容量大，因此能够避免起因于使用强酸性阳离子交换树脂的情况的再生频率高的超纯水制造系统的再生频率变大的问题。另外，弱酸性阳离子交换树脂由于能够通过在化学当量上稍微过剩的再生水平而容易地再生，因此还具有再生剂少即可的优点。
本实施方式中使用的第二pH调整机构13是在接下来说明的脱碳酸装置14的前段将该被处理水的pH调整为酸性的机构。
该第二pH调整机构13只要是为了将被处理水设定为规定的pH而能够添加酸溶液的机构即可，可列举出公知的pH调整机构。作为该pH调整机构，例如可列举出从容纳酸溶液的第二调整槽中通过加药泵向配管内添加酸溶液的机构。
通过该第二pH调整机构13，将被处理水的pH调整为残留于被处理水中而成为硬度水垢的原因的M碱度(M-Alk)变成二氧化碳气体且在后段的脱碳酸装置14中能够将变成了二氧化碳气体的M-Alk除去的范围的pH。此时的pH调整例如优选将被处理水的pH设定为pH2～6的酸性，进一步更优选设定为pH4～6。
作为用于该pH调整的酸溶液中包含的酸成分，只要是用于pH调整的公知的酸成分即可，可列举出盐酸、硝酸、硫酸等。
本实施方式中使用的脱碳酸装置14(DG)可以使用本领域公知的脱碳酸装置，是将溶存于被处理水中的二氧化碳气体除去的装置。对于该脱碳酸装置14，供给在其前段大部分的硬度成分被除去而调整了pH的被处理水，溶解的碳酸成分被有效地除去。脱碳酸装置14例如可列举出能够将碳酸成分有效地除去的公知的脱碳酸塔、脱气膜装置等。
本实施方式中使用的第一反渗透膜装置15(RO1)可以使用本领域公知的反渗透膜装置，将经弱酸性离子交换装置12及脱碳酸装置14处理的处理水中残存的有机杂质、盐类除去。作为第一反渗透膜装置15中使用的反渗透膜，例如可以使用由醋酸纤维素、脂肪族聚酰胺系或芳香族聚酰胺系或者它们的复合系形成的各种有机高分子膜或陶瓷膜等，可以适用超低压反渗透膜、低压或中压反渗透膜中的任一者，从能够进行伴随透过流速的提高的低压操作的方面出发，优选适用低压反渗透膜或超低压反渗透膜。另外，作为膜模块的形式，可以适用中空纤维型模块、管状型模块、螺旋型模块、平膜型模块等，优选较大地取得每单位容积的膜面积的螺旋型模块。
在本实施方式中，由于在其前段，Ca2+、Mg2+等离子状物质或碳酸成分被除去，因此能够降低该第一反渗透膜装置15所受到的负荷，并且将残存于被处理水中的有机杂质、盐类有效地除去。需要说明的是，这里硼的除去率不那么高，但其除去率优选为25％以上，更优选为30％以上。
本实施方式中使用的第三pH调整机构16是在接下来说明的第二反渗透膜装置17的前段将该被处理水的pH调整为碱性的机构。
该第三pH调整机构16只要是为了将被处理水设定为规定的pH而能够添加碱溶液的机构即可，可列举出公知的pH调整机构。作为该pH调整机构，例如可列举出从容纳碱溶液的第三调整槽中通过加药泵向配管内添加碱溶液的机构。
通过该第三pH调整机构16，将被处理水的pH调整为在后段的第二反渗透膜装置17中能够将硼显著地除去的pH。此时的pH调整是将该被处理水设定为pH10～11的碱性的调整，进一步优选设定为pH10.5～11。
作为用于该pH调整的碱溶液中包含的碱成分，只要是用于pH调整的公知的碱成分即可，例如可列举出氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾等。
本实施方式中使用的第二反渗透膜装置17(RO2)可以使用具有耐碱性的反渗透膜的公知的反渗透膜装置。由于进行碱运转，因此通过第二反渗透膜装置17，残存于处理水中的硼被高效地除去。
在该第二反渗透膜装置17中，由于在其前段部分，原水中的杂质的大部分被除去，变得不易引起该膜中的结垢，因此能够提高其水回收率。作为第二反渗透膜装置17，除了超低压、低压或中压反渗透膜以外，还可以使用高压的反渗透膜(海水淡水化膜)，从硼除去的观点出发，第二反渗透膜装置17优选高压反渗透膜。但是，也存在运转压力变高、运行成本变高的缺点。因此，优选考虑被处理水的水质、超纯水的水质而适当选择。
作为该第二反渗透膜装置17中使用的反渗透膜的材质，例如可以使用由醋酸纤维素、脂肪族聚酰胺系或芳香族聚酰胺系或者它们的复合系形成的各种有机高分子膜或陶瓷膜等。另外，作为膜模块的形式，可以适用中空纤维型模块、管状型模块、螺旋型模块、平膜型模块等，优选较大地取得每单位容积的膜面积的螺旋型模块。
本实施方式中使用的强碱性离子交换装置18是在离子交换容器内容纳强碱性阴离子交换树脂而构成的装置，相对于第二反渗透膜装置17的处理水，进一步将该处理水中微量包含的硼除去，得到满足本实施方式的要求水平的超纯水。
作为其中使用的强碱性阴离子交换树脂，使用该领域的公知的强碱性阴离子交换树脂，由于离子交换树脂的水解少且有机系阴离子成分向超纯水中的溶出少，因此优选使用具有季铵基作为官能团的苯乙烯系树脂等。
另外，强碱性阴离子交换树脂为了将硼那样的离子选择性低的阴离子成分有效地除去而设定为OH型。作为将Cl型的阴离子交换树脂设定为OH型的方法，可列举出使用氢氧化钠水溶液将Cl型的阴离子交换树脂处理后用去离子水进行洗涤的方法等。另外，适宜使用容易高效地进行再生的均匀粒径树脂。
该强碱性离子交换装置18在将仅除去硼作为目的的情况下也可以设定为单独使用了仅填充有强碱性阴离子交换树脂的阴离子交换树脂塔的单床单塔式。另外，在考虑除去其他的阳离子性物质等的情况下，强碱性离子交换装置18也可以设定为将填充有强酸性阳离子交换树脂的阳离子交换树脂塔与填充有强碱性阴离子交换树脂的阴离子交换树脂塔串联连接的2床2塔式、将强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂按照分别成为各自不同的层的方式配置于一个离子交换树脂塔内的2床1塔式、将强酸性阳离子交换树脂与强碱性阴离子交换树脂均匀地混合而填充于同一塔内的混床式等强碱性离子交换装置。
在本实施方式的超纯水制造系统中，除了上述构成以外，可以进一步在不阻碍本发明的效果的范围内适当具有热交换器、紫外线氧化装置(TOC-UV)、过氧化氢除去装置、脱气膜装置、非再生型混床式离子交换树脂装置(Polisher)、超滤膜装置等。
[超纯水制造方法]
本实施方式的超纯水制造方法是通过使用上述说明的水质的原水并对其进行规定的处理而得到超纯水的方法。即，将含有600mg/L以上的总溶解性蒸发残留物质(TDS)、以CaCO3计为100mg/L以上的硬度成分、0.1mg/L以上的硼的原水通过第一pH调整而设定为碱性后，在弱酸性离子交换装置中通水，将该处理水通过第二pH调整而将pH设定为2～6的酸性，在脱碳酸装置中通水。接着，使脱碳酸装置的处理水在第一反渗透膜装置中通水，将该处理水通过第三pH调整而将pH设定为10～11的碱性，在第二反渗透膜装置中通水。进而，使第二反渗透膜装置的处理水在强碱性离子交换装置中通水，得到超纯水。
以下，对于本实施方式的水处理方法，以下以使用图1中所示的超纯水制造系统10的情况为例进行说明。
首先，对原水(被处理水)进行第一pH调整。该pH调整是从第一pH调整机构11向原水中添加碱溶液而设定为所期望的pH的调整。这里进行调整的pH调整为在后段的弱酸性离子交换装置12中不会产生硬度水垢的范围的pH。此时的pH只要将原水设定为碱性即可，pH优选设定为8～9.5左右。需要说明的是，如在上述超纯水制造系统10中说明的那样，该第一pH调整只要根据需要进行即可，不是必须的构成。
该第一pH调整如超纯水制造系统中记载的那样，可以通过具有调整槽和泵的构成的第一pH调整机构11来进行，也可以设定为使第二反渗透膜装置17的浓缩水或其他的碱溶液循环来调整原水的pH的构成。
接着，经pH调整的原水被供给至弱酸性离子交换装置12(WC)，进行通水处理。由此，原水与弱酸性阳离子交换树脂相接触，原水中包含的Ca2+、Mg2+等硬度成分与阳离子交换树脂的H+或Na+被离子交换，从被处理水中除去硬度成分。
弱酸性阳离子交换树脂由于如上述的超纯水制造系统中说明的那样，相对于硬度成分的选择性大，交换容量大，因此能够大幅降低硬度成分的离子的泄漏量。此时硬度成分的泄漏量例如优选降低至以CaCO3计为1mg/L以下。进而，能够减少再生频率，能够容易地再生，能够使再生成本变得廉价。
需要说明的是，该弱酸性阳离子交换树脂的再生通常只要对再生式的离子交换装置通过公知的再生方法来进行即可。即，弱酸性阳离子交换树脂由于被离子交换成Ca或Mg型，因此进行将其恢复成H型或Na型的操作。
为了恢复成H型，只要向离子交换容器内供给盐酸、硫酸等强酸并使其与弱酸性阳离子交换树脂相接触而制成H型即可。
另外，为了恢复成Na型，只要进行下述任一种方法即可：向离子交换容器内供给氯化钠等钠盐或氢氧化钠等并使其与弱酸性阳离子交换树脂相接触；或者如上所述暂且制成H型后，接着供给氯化钠等钠盐、氢氧化钠等并使其与弱酸性阳离子交换树脂相接触。
由于再生效率、所使用的药液的量少即可，因此优选暂且制成H型后制成Na型的方法。
需要说明的是，在再生时，可以通过使再生药液沿与弱酸性离子交换装置12的被处理水的流动相同的方向流动的顺流、使再生药液沿与弱酸性离子交换装置12的被处理水的流动相反的方向流动的逆流中的任一者来进行，由于弱酸性离子交换树脂的膨胀率大，因此再生工序优选简单的顺流再生。
接着，对在弱酸性离子交换装置12中得到的处理水进行第二pH调整。该pH调整是由第二pH调整机构13向该处理水中添加酸溶液而设定为所期望的pH的调整。这里进行调整的pH只要设定为残留于该处理水中而成为硬度水垢的原因的M-Alk变成二氧化碳气体且在后段的脱碳酸装置14中能够将变成了二氧化碳气体的M-Alk除去的范围的pH即可，例如优选设定为pH2～6的酸性，进一步更优选设定为pH4～6。
接着，以经pH调整的处理水作为被处理水，使其在脱碳酸装置14(DG)中进行通水处理。该被处理水是在其前段大部分的硬度成分被除去而调整了pH的水，通过该脱碳酸装置14将溶解于该被处理水中的二氧化碳气体有效地除去。处理水的碳酸浓度优选为10mg/L以下，更优选为6mg/L以下(作为M-Alk浓度，优选为以CaCO3计为1.0mg/L以下，更优选为以CaCO3计为0.6mg/L以下)。
通过脱碳酸装置14的脱碳酸处理而得到的处理水直接作为被处理水被供给至第一反渗透膜装置15(RO1)，进行通水处理，残存于被处理水中的有机杂质、盐类被除去。
本实施方式中，由于在其前段，Ca2+、Mg2+等离子状物质、碳酸成分被大部分除去，因此能够降低该反渗透膜装置15所受到的负荷，并且将残存于被处理水中的有机杂质、盐类有效地除去。但是，由于弱酸性离子交换装置12的Ca2+、Mg2+等的除去能力对于满足第二反渗透膜装置17能够不结垢地运转的条件而言并不充分，因此在第一反渗透膜装置15中将Ca2+、Mg2+等充分除去很重要。另外，虽然这里硼的除去能力低，但为了由被处理水的高的硼浓度满足作为目标的超纯水的要求水质，该除去率也不可忽视。
作为该第一反渗透膜装置15的处理水的水质，例如优选将硬度成分设定为以CaCO3计为0.01mg/L以下。进而，作为该水质，优选将TDS降低至10mg/L以下、将M-Alk降低至以CaCO3计为0.05mg/L以下、将硼降低至0.1mg/L以下。
在第一反渗透膜装置15中，通过反渗透膜处理得到透过水(处理水)和浓缩水，但浓缩水被排水处理或进行作为再生用水所需的处理，作为其他用途的水被再利用。
接着，对第一反渗透膜装置15中得到的处理水进行第三pH调整。该pH调整是由第三pH调整机构16向该处理水中添加碱溶液而设定为所期望的pH的调整。这里进行调整的pH优选设定为在后段的第二反渗透膜装置17中能够将硼有效地除去的范围的pH例如pH10～11左右，更优选设定为pH10.5～11。
接着，以经pH调整的处理水作为被处理水，供给至第二反渗透膜装置17(RO2)，进行通水处理。由此，被处理水与第二反渗透膜装置17进行接触，被处理水中包含的硼被除去至充分降低的浓度。
需要说明的是，为了将硼充分除去，供给至该第二反渗透膜装置17的被处理水需要将其硬度成分充分降低而使其不产生水垢，该被处理水的硬度成分的浓度设定为以CaCO3计为0.1mg/L以下。为了得到这样的充分除去了硬度成分的被处理水，依次在上述说明的第一pH调整机构11、弱酸性离子交换装置12、第二pH调整机构13、脱碳酸装置14、第一反渗透膜装置15中进行处理的本实施方式的构成是非常有效的。
另外，该第二反渗透膜装置17的浓缩水浓缩地含有硼，将其排出到系统外而作为排液进行处理。需要说明的是，也可以如超纯水制造系统的说明中记载的那样，使该浓缩水的一部分在弱酸性离子交换装置12的前段循环，作为用于原水的pH调整(第一pH调整)的碱溶液来使用。
在该第二反渗透膜装置17中，硼被除去至充分降低的浓度，该第二反渗透膜装置17中的硼的除去率优选为85％以上，更优选为90％以上，进一步优选为95％以上。
作为该第二反渗透膜装置17的处理水的水质，例如优选将硼设定为0.002mg/L以下。进而，作为该水质，优选将TDS降低至1mg/L以下、将M-Alk降低至以CaCO3计为0.01mg/L以下、将硬度成分降低至以CaCO3计为0.005mg/L以下。
接着，以第二反渗透膜装置17中得到的处理水作为被处理水，用强碱性离子交换树脂18(SA)进行通水处理。就该强碱性离子交换树脂18而言，OH型的强碱性阳离子交换树脂能够进一步将被处理水中微量包含的硼除去而降低至本实施方式的要求水平所期望的浓度(硼浓度为0.01μg/L以下(10ppt以下))，得到所期望的水质的超纯水。
通过设定为以上那样的处理顺序及处理条件，能够有效地制造除了TDS、硬度成分以外硼也极度降低的超纯水。
以上，通过实施方式对本发明进行了具体说明，但本发明并不直接限定于该实施方式，在实施阶段不脱离其主旨的范围内可以各种变更。例如可以从实施方式中所示的全部构成要素中删除几个构成要素，也可以将上述实施方式中公开的多个构成要素适当组合。
实施例
以下，参照实施例及比较例的同时对本发明进行说明。需要说明的是，首先对实施例及比较例中使用的装置进行说明。
[弱酸性离子交换装置12]
在内径为2200mm的树脂塔中，填充4900L的弱酸性阳离子交换树脂(MitsubishiChemical Corporation制、商品名：WK60L)作为使用树脂。将该树脂塔以2塔通水、1塔待机的规格进行了准备。树脂层高为1300mm。
[脱碳酸装置14]
准备了内径为2000mm的脱气塔(Nomura Micro Science Co.，Ltd.制、型号：DGH-200)。
[第一反渗透膜装置15]
使用具备228根反渗透膜模块(Du Pont制、商品名：BW30XFR-400/34i)的反渗透膜装置作为第一反渗透膜装置。
[第二反渗透膜装置17]
使用具备192根反渗透膜模块(Du Pont制、商品名：BW30XFR-400/34i)的反渗透膜装置作为第二反渗透膜装置。
[强碱性离子交换装置18]
在内径为2000mm的树脂塔中，填充4860L的强碱性阴离子交换树脂(MitsubishiChemical Corporation制、商品名：UBA120OHUP)作为使用树脂。将该树脂塔以3塔通水的使用进行了准备。树脂层高为1550mm。
[pH调整机构]
作为pH调整机构，分别设定为容纳pH调整用的碱溶液或酸溶液的容器和能够从该容器通过加药泵按照成为规定的pH的方式添加至处理水所通水的配管内的构成。此时，利用pH计测定、确认pH调整后的pH，设定为能够调整添加量的规格。
第一pH调整机构11和第三pH调整机构16设定为添加氢氧化钠溶液而进行pH调整的机构，第二pH调整机构13设定为添加硫酸溶液而进行pH调整的机构。
[强碱性离子交换装置(比较例2中使用)]
在内径为2200mm的树脂塔中，填充4900L的强碱性阳离子交换树脂(MitsubishiChemical Corporation制、商品名：UBA120OH)作为使用树脂。将该树脂塔以2塔通水、1塔待机的规格进行了准备。树脂层高为1300mm。
[强酸性离子交换装置]
在内径为2200mm的树脂塔中，填充4900L的强酸性阳离子交换树脂(MitsubishiChemical Corporation制、商品名：UBK08H)作为使用树脂。将该树脂塔以2塔通水、1塔待机的规格进行了准备。树脂层高为1300mm。
(实施例1)
以含有TDS 600mg/L、M-Alk以CaCO3计为120mg/L、硬度成分以CaCO3计为150mg/L、硼0.15mg/L的水作为被处理水(原水)，使用图1中所示的装置构成即超纯水系统，以280m3/小时的装置的处理流量进行了通水处理。
即，该实施例中的装置构成依次具有第一pH调整机构11、弱酸性离子交换装置12、第二pH调整机构13、脱碳酸装置14、第一反渗透膜装置15、第三pH调整机构16、第二反渗透膜装置17、强碱性离子交换装置18而成。
调查各处理装置中的处理水的水质，汇总示于表1中。确认以该超纯水制造装置处理而得到的超纯水能够将杂质极度降低，具有良好的水质。需要说明的是，作为被处理水而显示的pH表示通过第一pH调整机构进行了pH调整后的水质。
另外，之后继续进行4周水处理，还确认能够作为SA处理水而维持水质。此时，弱酸性离子交换装置12的再生频率为15小时/循环。
确认进一步继续进行通算1年水处理后也没有引起问题，能够维持表1的水质。
[表1]
被处理水→NaWC→添加酸→DG→RO1→添加碱→RO2→SA
Figure BDA0002684757610000141
(比较例1)
除了将弱酸性离子交换装置12替换成强酸性离子交换装置以外，使用具有与实施例1相同的构成的装置，与实施例1同样地进行了处理。
同样地调查各处理装置中的处理水的水质，汇总示于表2中。确认：以该超纯水制造装置处理而得到的超纯水能够将杂质极度降低，具有良好的水质。
但是，之后继续进行了几天水处理的结果，实际的再生操作变得需要实施例1的3～4倍，再生变得来不及。此时，强酸性离子交换装置的再生频率为4～6小时/循环。
需要说明的是，由于再生来不及，因此设想若想要使再生频率与实施例1同等，则需要增加树脂塔尺寸及使用树脂量，变得不是作为超纯水制造装置的现实的大小。例如，关于树脂塔的树脂填充量，在设定为与实施例1同等的再生频率(将树脂量设定为3倍)的情况下，树脂量成为22000L。若将树脂层高与实施例同样地设定为1300mm，则塔内径成为4700mm。可知在将该内径的罐进行道路输送的情况下，为变得妨碍交通的大小。另外，在这样的树脂塔的情况下，还产生关于塔自身的强度、塔制造的技术问题。另外，由于树脂塔的压力损耗成为问题，因此提高树脂层来进行应对也是困难的。即，可知成为不现实的树脂塔。
[表2]
被处理水→SC→添加酸→DG→RO1→添加碱→RO2→SA
Figure BDA0002684757610000151
(比较例2)
将弱酸性离子交换装置12替换成强酸性离子交换装置，将第一反渗透膜装置15替换成强碱性离子交换装置，除此以外，使用具有与实施例1相同的构成的装置，与实施例1同样地进行了处理。
同样地调查各处理装置中的处理水的水质，汇总示于表3中。确认：以该超纯水制造装置处理而得到的超纯水能够将杂质极度降低，具有良好的水质。
但是，与比较例1同样地，之后继续进行了几天水处理的结果，强酸性离子交换装置及强碱性离子交换装置的再生操作变得需要实施例1的3～4倍，再生变得来不及。在该比较例的情况下，与比较例1同样地增多树脂塔的树脂量来尝试应对的情况下，也由于树脂塔的大小成为不现实的大小，因此难以实现。
[表3]
被处理水→添加酸→2B3T(SC→DG→SA)→添加碱→RO2→SA
Figure BDA0002684757610000161
(比较例3)
除了未设置第一反渗透膜装置15以外，使用具有与实施例1相同的构成的装置，与实施例1同样地进行了处理。
同样地调查各处理装置中的处理水的水质，汇总示于表4中。确认：以该超纯水制造装置处理而得到的超纯水能够将杂质极度降低，具有良好的水质。
但是，之后继续进行了6个月水处理，结果由于第二反渗透膜装置17的压差急剧上升，因此中止运转。确认压差上升的原因是硬度水垢的产生剧烈。
[表4]
被处理水→NaWC→添加酸→DG→添加碱→RO2→SA
Figure BDA0002684757610000162
(比较例4)
除了未设置第二pH调整机构16以外，使用具有与实施例1相同的构成的装置，与实施例1同样地进行了处理。
同样地调查各处理装置中的处理水的水质，汇总示于表5中。确认：以该超纯水制造装置处理而得到的超纯水能够将杂质极度降低，具有良好的水质。
但是，确认：由于强碱性离子交换装置18的硼除去的负荷大，因此与实施例1相比需要以5倍的频率再生。
[表5]
被处理水→NaWC→添加酸→DG→RO1→RO2→SA
Figure BDA0002684757610000171
(比较例5)
除了未设置弱酸性离子交换装置12及脱碳酸装置14以外，使用具有与实施例1相同的构成的装置，与实施例1同样地进行了处理。
同样地调查各处理装置中的处理水的水质，汇总示于表6中。确认：以该超纯水制造装置处理而得到的超纯水能够将杂质极度降低，具有良好的水质。
但是，之后继续进行了6个月水处理的结果，由于第一反渗透膜装置15及第二反渗透膜装置17的压差急剧上升，因此中止运转。确认压差上升的原因是硬度水垢的产生剧烈。
[表6]
被处理水→添加酸→RO1→添加碱→RO2→SA
Figure BDA0002684757610000172
需要说明的是，上述实施例及比较例中水质的测定如下进行。
[pH]使用CP-200(Horiba公司制、商品名)测定pH。
[TDS]使用ES-70(Horiba公司制、商品名)测定TDS浓度。
[M-Alk]通过基于JIS K0101的滴定法测定M-Alk。
[硬度]使用手提式全硬度计HI96735(Hanna Instruments制、商品名)测定硬度。
[硼]采样并利用电感耦合等离子体质量分析计(ICP-MS)进行分析，算出硼浓度。
综上，获知本实施方式的超纯水制造系统及超纯水制造方法即使是使用杂质浓度高的原水的情况下，也能够以简易的装置构成并且有效地获得具有特别是显著降低了硼浓度的规定的水质的超纯水。另外，获知为可长时间稳定地获得规定的水质的超纯水的优异的系统及方法。

Claims (9)

1.一种超纯水制造系统，其特征在于，其是将含有600mg/L以上的总溶解性蒸发残留物质TDS、以CaCO3计为100mg/L以上的硬度成分、0.1mg/L以上的硼的原水进行处理而得到硼的含量为0.01μg/L即10ppt以下的超纯水的超纯水制造系统，其中，
对于所述原水的通水处理，依次具有弱酸性离子交换装置、将所述弱酸性离子交换装置的处理水的pH设定为2～6的酸性的第二pH调整机构、脱碳酸装置、第一反渗透膜装置、将所述第一反渗透膜装置的处理水的pH设定为10～11的碱性的第三pH调整机构、第二反渗透膜装置及强碱性离子交换装置。
2.根据权利要求1所述的超纯水制造系统，其中，所述弱酸性离子交换装置为填充有Na型的弱酸性阳离子交换树脂的装置。
3.根据权利要求1或2所述的超纯水制造系统，其中，所述第二反渗透膜装置中使用的反渗透膜为低压或超低压反渗透膜。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的超纯水制造系统，其中，在所述弱酸性离子交换装置的前段，具有将所述原水设定为碱性的第一pH调整机构。
5.根据权利要求4所述的超纯水制造系统，其中，作为所述第一pH调整机构，具有使所述第二反渗透膜装置的浓缩水作为pH调整用的碱溶液进行循环的循环配管。
6.一种超纯水制造方法，其特征在于，其是将含有600mg/L以上的总溶解性蒸发残留物质TDS、以CaCO3计为100mg/L以上的硬度成分、0.1mg/L以上的硼的原水进行处理而得到硼的含量为0.01μg/L即10ppt以下的超纯水的超纯水制造方法，其中，
使所述原水在弱酸性离子交换装置中通水，将所述弱酸性离子交换装置的处理水通过第二pH调整而设定为pH2～6的酸性，在脱碳酸装置中通水，使所述脱碳酸装置的处理水在第一反渗透膜装置中通水，将所述第一反渗透膜装置的处理水通过第三pH调整设定为pH10～11的碱性，在第二反渗透膜装置中通水，进而使第二反渗透膜装置的处理水在强碱性离子交换装置中通水。
7.根据权利要求6所述的超纯水制造方法，其中，所述第一反渗透膜装置的处理水中的硬度成分的浓度为以CaCO3计为0.01mg/L以下。
8.根据权利要求6或7所述的超纯水制造方法，其中，所述第一反渗透膜装置的硼的除去率为25％以上。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的超纯水制造方法，其中，所述第二反渗透膜装置的硼的除去率为85％以上。
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