JP2008086854A - 純水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡易な設備で希薄尿素様窒素化合物濃度の被処理水中から尿素様窒素化合物を十分に除去することができる手段を備えた純水製造装置を提供する。
【解決手段】被処理水に紫外線を照射する紫外線酸化装置４を有する純水製造装置において、被処理水は尿素様窒素化合物を含有しており、該紫外線酸化装置４の前段又は後段に尿素様窒素化合物を吸着する酸化セルロース、フェノール樹脂等の尿素様窒素化合物吸着剤を有した尿素様窒素化合物吸着装置３が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は純水製造装置に係り、特に尿素、チオ尿素、スルホニル尿素、アリル尿素、グアニシン、アセチルチオ尿素、フェニル尿素などの尿素様窒素化合物含有水を被処理水（原水）とする純水製造装置に関する。

Ｉ．半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される純水の製造において、原水（被処理水）に含まれるＴＯＣ成分をオゾン、過酸化水素、過硫酸、次亜塩素酸等の酸化剤や紫外線酸化装置を用いてイオン状の有機酸に酸化分解し、後段のイオン交換樹脂に吸着させて除去する方法（特開平１１−９９３９５）や、生物処理により生物代謝を利用して分解除去する方法（特開平７−３１３９９４）、尿素分解酵素を用いて尿素分解をして除去する方法（特開昭６３−２０３１６）などが行われている。
II．尿素の吸着剤として、酸化セルロース、ヒドラジド基を有する重合体にホルムアルデヒド又はグリオキザールを反応させてなる物質、カルボキシル基とイミダゾール基を有する物質などが公知である（特開平２−２２１２２４，特開昭５１−６９４８９，特開昭６３−５９３５３）。
特開平７−３１３９９４ 特開平１１−９９３９５ 特開昭６３−２０３１６ 特開平２−２２１２２４ 特開昭５１−６９４８９ 特開昭６３−５９３５３

ｉ） 純水製造装置に用いられている酸化装置、分解装置、生物処理装置などの装置は非常に大型であると共に、非常に高価であり、また広い設置面積を必要とする。

例えば、紫外線酸化装置においては、尿素様窒素化合物は難分解性物質のため、紫外線ランプの本数を多く必要とし、装置が非常に大型化し、高価となってしまう。

また、オゾン酸化装置の場合、難分解物質の酸化に時間を要し、装置が大型化すると共に、酸化に必要なオゾン発生装置も大きくなり、設備が高価となっていた。
ii） 上記特許文献４〜６に記載の尿素除去は、腎臓疾患患者の人工透析を対象とするものであり、被処理水中の尿素濃度は１００ｍｇ／ｄｌ程度と高濃度であり、純水製造装置の様な希薄な溶液からの尿素除去を対象とはしていない。
iii) 本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、比較的簡易な設備で希薄尿素様窒素化合物濃度の被処理水中から尿素様窒素化合物を十分に除去することができる手段を備えた純水製造装置を提供することを目的とする。

本発明の純水製造装置は、被処理水に紫外線を照射する紫外線酸化装置を有する純水製造装置において、被処理水は尿素様窒素化合物を含有しており、該紫外線酸化装置の前段又は後段に尿素様窒素化合物を吸着する尿素様窒素化合物吸着剤を有した尿素様窒素化合物吸着手段が設けられていることを特徴とするものである。

なお、尿素様窒素化合物としては、尿素、チオ尿素、スルホニル尿素、アリル尿素、グアニシン、アセチルチオ尿素、フェニル尿素などが例示される。

かかる本発明の純水製造装置によると、被処理水中の尿素様窒素化合物が吸着剤によって効率よく除去される。この純水製造装置は、尿素様窒素化合物を吸着除去するものであり、尿素様窒素化合物除去設備の構成が簡易であり、設備コストも低い。

尿素様窒素化合物吸着手段を紫外線酸化装置の前段に配置した場合には、紫外線酸化装置に流入する尿素様窒素化合物濃度が低下し、紫外線酸化装置の負荷が低減される。

尿素様窒素化合物吸着手段を紫外線酸化装置の後段に配置した場合には、紫外線酸化装置で除去しきれなかった尿素様窒素化合物を尿素様窒素化合物吸着手段で吸着除去することができる。

尿素様窒素化合物吸着手段をユースポイントへの純水供給配管の末端に設置した場合には、尿素様窒素化合物除去処理が必要な水だけを尿素様窒素化合物吸着除去処理することになり、尿素様窒素化合物吸着手段の負荷が低減される。

尿素様窒素化合物吸着剤を繊維状、粒状又はプリーツ膜状などの濾材形状とすることにより、尿素様窒素化合物の吸着除去作用と共に、微粒子の濾過による除去作用も奏される。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

本発明の純水製造装置は、尿素様窒素化合物吸着剤を有した尿素様窒素化合物吸着手段と、紫外線酸化装置とを備えており、好ましくは第１図〜第３図のように前処理装置１、逆浸透膜処理装置（ＲＯ装置）２、尿素様窒素化合物吸着装置３、紫外線酸化装置４、イオン交換装置又は電気脱イオン装置などよりなる脱イオン装置５、限外濾過膜装置（ＵＦ装置）などよりなる微粒子除去装置６を備えている。

第１図の純水製造装置では、原水は、前処理装置１で処理された後、ＲＯ処理され、尿素様窒素化合物が吸着除去された後、紫外線酸化処理され、ＴＯＣ成分が酸化されてイオン化する。このイオン化した分解物が脱イオン装置５で除去される。脱イオン装置５からの流出水中に含まれる微小なイオン交換樹脂片などの微粒子はＵＦ膜などを備えた微粒子除去装置６で除去される。

第２図では、尿素様窒素化合物吸着装置３が紫外線酸化装置４の後段側に配置されており、ここで尿素様窒素化合物の吸着除去が行われる他は第１図と同様の処理が行われる。

第３図では、尿素様窒素化合物吸着装置３がＵＦ膜装置６の後段側に配置されており、ここで尿素様窒素化合物の吸着除去が行われる他は第１図と同様の処理が行われる。

尿素様窒素化合物吸着装置３としては、好ましくは酸化セルロース又はフェノール樹脂よりなる吸着剤を備えたものが用いられる。酸化セルロースとしては重合度が５００〜８００程度のリンターセルロースを酸化したものが好適であるが、これに限定されない。フェノール樹脂としては軟化点が１２０℃程度のノボラック型フェノール樹脂が好適である。

これらの吸着剤は、繊維状、粒状又はプリーツ膜状などの濾材形態とされるのが好ましい。繊維としては、直径１ｎｍ〜１００μｍ、長さ０．１〜１００ｍｍ程度のものが好適である。粒子としては平均粒径が０．１〜０．９ｍｍ程度のものが好適である。粒子形状は、球状、ペレット状、粉末状、破砕状など任意である。プリーツ膜状としては、膜厚２００〜８００μｍのものが好適である。

吸着装置３としては、このような濾材形状の吸着剤を充填した充填床を有する吸着塔が好適である。

この吸着装置３は、第１図のように紫外線酸化装置４の前段に設けられてもよく、第２図のように紫外線酸化装置４の後段に設けられてもよく、また第３図のように、ユースポイントへの純水送水配管の末端に設けられてもよい。

吸着装置３を紫外線酸化装置４の前段に設けた場合には、紫外線酸化装置４への流入水中の尿素様窒素化合物濃度が低下するので、紫外線酸化装置４の負荷が軽減され、紫外線酸化装置４が構成の簡易なもので足りるようになる。

吸着装置３を紫外線酸化装置４の後段に設けた場合には、紫外線酸化装置で処理しきれなかった尿素様窒素化合物のポリッシングの役割を果たし、特に送水配管の末端に設けた場合には、吸着処理すべき水量が少なくて済み、吸着剤量を少なくすることができる。

即ち、特に半導体製造などの純水製造設備では、超純水を循環させ、使用場所で必要な量だけを供給する系統となっていることが多い。また使用場所での水質の要求はさまざまであり、有機物除去を必要とする系、有機物質除去を必要としない系、微粒子除去を必要とする系、微粒子除去を必要としない系と分かれていることが多い。

そこで、高度な有機物除去を要する系だけに尿素様窒素化合物吸着装置を設置することで、尿素様窒素化合物吸着装置の設置面積、コストを低減することが可能となる。

なお、前処理装置１としては、ＵＦ膜装置又は精密濾過膜装置の膜濾過装置が好適であるが、これらの膜濾過装置の前段に生物処理装置が設置されてもよい。

また、処理される原水としては、市水、井水、工水、回収水などが挙げられる。

ＲＯ装置２としては、ＲＯ装置を直列に２段設置した２段ＲＯ処理装置が好適である。

紫外線酸化装置４としては、低圧紫外線酸化装置などが好適である。

脱イオン装置５としては、上記の通り、電気脱イオン装置やイオン交換装置が好適である。

以下、実施例、比較例及び参考例について説明する。

なお、これらの例で用いた吸着剤や機器、分析法は次の通りである。
活性炭：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
尿素様窒素化合物吸着剤（酸化セルロース）：ジョンソンエンドジョンソン（株）製
「アブソーバブルヘモスタット」（平均直径２μｍ、平均長さ５ｍｍ）
ノボラック型フェノール樹脂吸着剤：群栄化学工業（株）製ＰＳＭ−４３２６
（平均粒径０．３ｍｍ）
イオン交換樹脂カラム：栗田工業（株）製「デミエースＤＹ−０７」
イオン交換樹脂：栗田工業（株）製「ＫＲ−ＵＭ２」
ＵＶ酸化装置：日本フォトサイエンス（株）製「ＫＵＳ−１改」（ＵＶ酸化分解ランプ
１本の特注品）
ＴＯＣ計：Ｓｉｅｖｅｒｓ社製ＰＰＴ
尿素分析法：ジアセチル法

［参考例１，２，３］
第５図に示すように、原水タンク１０内の原水を吸着塔１１、イオン交換塔１３の順に通水し、原水タンク１０に戻す閉鎖循環ラインを採用した。

吸着塔１１内の吸着剤は活性炭（参考例１）、酸化セルロース（同２）、フェノール樹脂（同３）とした。

原水として超純水に特級試薬である尿素を０．５ｍｇ／Ｌ添加した原水を使用し、処理前及び処理後のＴＯＣ濃度と尿素濃度及び抵抗率を測定した。

なお、通水量は１Ｌ／ｈｒとし、吸着塔１１の通水ＳＶは１０ｈｒ^−１とした。結果を表１に示す。

表１の通り、吸着剤として酸化セルロース又はフェノール樹脂を使用した場合、活性炭を使用した場合に比べ、ＴＯＣ、尿素の除去性能が優れている。尿素の除去能力は酸化セルロースが特に優れている。

［比較例１、実施例１，２］
吸着塔１１とイオン交換塔１３の間にＵＶ酸化装置１２を設けることにより第４図のラインを構成した。その他は参考例１と同一条件として通水を行い、結果を表２に示した。

［比較例２、実施例３，４］
原水の通水速度を２Ｌ／ｈｒとした他は比較例１、実施例１，２と同一条件にて通水を行った。結果を表３に示す。

なお、吸着剤については比較例１，２は活性炭とし、実施例１，３は酸化セルロースとし、実施例２，４はフェノール樹脂とした。

表２，３の様に、流量を倍の２Ｌ／ｈｒに増加させても酸化セルロースを使用した実施例１，３及びフェノール樹脂を使用した実施例２，４では処理水中のＴＯＣ、尿素の増加は認められなかった。一方活性炭を使用した比較例１，２では流量を増加させるとＴＯＣ、尿素の増加が確認された。

このように流量を倍にしても、ＴＯＣ、尿素の除去効率は変わらなかったことにより、ＵＶ酸化装置の負荷を上げても除去性能は変わらないことが言える。即ち、尿素吸着剤をＵＶ酸化装置の前に前置することでＵＶ酸化装置の負荷が減っており、ＴＯＣ酸化装置の性能能力を落としても処理水のＴＯＣ、尿素濃度に影響がないと言える。すなわち、尿素吸着手段をＵＶ酸化装置の前段に設置することにより、ＵＶ酸化装置として性能の低いものを選択できるので、全体のコストを下げることができる。

［参考例４］
ＪＩＳ Ｚ ８９０１試験用粉体２の白色アルミナＮｏ２を上記原水に１ｍｇ／Ｌ分散させたアルミナ分散原水を作成した。このアルミナ分散原水を孔径０．４５μｍのＭＦフィルターに水頭圧０．１ＭＰａで１Ｌ／ｈｒの流量にて通水したところ、５０Ｌで通水できなくなった。なお、この処理水の水質を表４に示す。

［参考例５］
酸化セルロースの不織布を直径３０ｍｍのカラムに１５０ｍｍ高さに充填した。この充填カラムを参考例４と同じＭＦフィルターの前段に配置し、充填カラムからＭＦフィルターに直列に参考例４と同一のアルミナ分散原水を同一条件で通水したところ、ＭＦフィルターに４００Ｌまで通水することができた。このときの処理水の水質を表４に示す。

この参考例４，５の通り、酸化セルロース不織布は尿素様窒素化合物吸着剤としてだけでなく、微粒子除去も可能となる。このように、フィルターの機能とＴＯＣ除去機能を兼ね備えた酸化セルロース不織布を尿素様窒素化合物吸着剤として用いることにより、吸着装置の後段側の装置の設置面積の低減、コストの低減、交換などのメンテナンスの簡易化が期待できる。

実施例の純水製造装置の系統図である。 別の実施例の純水製造装置の系統図である。 別の実施例の純水製造装置の系統図である。 参考例の純水製造装置の系統図である。 別の参考例の純水製造装置の系統図である。

符号の説明

１ 前処理装置
２ 逆浸透膜処理装置
３ 尿素様窒素化合物吸着装置
４ 紫外線酸化装置
５ 脱イオン装置
６ 微粒子除去装置

Claims (5)

1. 被処理水に紫外線を照射する紫外線酸化装置を有する純水製造装置において、
   被処理水は尿素様窒素化合物を含有しており、
   該紫外線酸化装置の前段又は後段に尿素様窒素化合物を吸着する尿素様窒素化合物吸着剤を有した尿素様窒素化合物吸着手段が設けられていることを特徴とする純水製造装置。
2. 請求項１において、前記吸着手段がユースポイントへの純水供給配管の末端に設置されていることを特徴とする純水製造装置。
3. 請求項１又は２において、前記吸着剤が濾材形状となっていることを特徴とする純水製造装置。
4. 請求項３において、前記吸着剤は繊維状、粒状又はプリーツ膜状であることを特徴とする純水製造装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記吸着剤は酸化セルロース及び／又はフェノール樹脂よりなることを特徴とする純水製造装置。

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