JP2009092564A

JP2009092564A - 検水の濃縮方法及び濃縮装置

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Publication number: JP2009092564A
Application number: JP2007264659A
Authority: JP
Inventors: Nobutoki Arai; 伸説新井
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-10
Also published as: JP5092669B2

Abstract

【課題】検水のコンタミネーションを抑制した上で、また検水中の分析対象物質を気散ないし形態変化させることなく、効率的に連続濃縮する。
【解決手段】検水を透水性半透膜を介して高浸透圧物質と接触させ、該検水中の水を高浸透圧物質側へ透過させることにより分析対象物質を濃縮し、該検水と接触した高浸透圧物質を別の濃縮手段を用いて濃縮し、濃縮された高浸透圧物質を検水の濃縮に循環使用する。検水濃縮用の透水性半透膜装置１と、高浸透圧物質貯留タンク２と高浸透圧物質濃縮用の透水性半透膜装置３とで構成される検水の濃縮装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、検水の濃縮方法及び濃縮装置に係り、特に、検水のコンタミネーションを抑制した上で、また、検水中の分析対象物質を気散ないし形態変化させることなく、効率的に連続濃縮する方法及び装置に関する。
本発明の検水の濃縮方法及び装置は、半導体産業、電力・原子力産業、医薬産業、その他の産業分野において、分析対象物質を極微量に含む検水、例えば超純水の連続分析に有用である。
本発明はまた、この検水の濃縮方法及び濃縮装置を利用した超純水製造方法及び装置に関する。

半導電製造工場等では、不純物を高度に除去して純度を高めた超純水が使用されている。この超純水の水質管理項目としては、抵抗率、微粒子、生菌、ＴＯＣ（ＴｏｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣａｒｂｏｎ：有機物の指標）、溶存酸素、シリカ、カチオンイオン、アニオンイオン、重金属等が挙げられる。

現在、超純水の連続分析装置（オンラインモニター）には、抵抗率計、微粒子計、ＴＯＣ計、シリカ計、溶存酸素計などが使用されている。これらの分析計には、測定可能な下限値が存在し、例えばＴＯＣやシリカについては、測定下限値は１μｇ／Ｌ程度である。一方で、超純水については、近年益々その要求水質が高められている。従って、極微量の分析対象物質を含む超純水を検水として、これらの分析装置で水質管理を行うためには、超純水中の分析対象物質を分析装置の測定下限値以上の濃度にまで濃縮する必要がある。また、測定下限値以上に含まれる分析対象物質であっても、より高精度な分析結果を得るために、分析対象物質を濃縮する場合もある。

従来、超純水中の分析対象物質の濃縮方法としては、超純水をロータリーエバポレーターで蒸発濃縮させる方法、或いは、イオン交換樹脂等の吸着体に分析対象物質を吸着させて濃縮する方法などが採用されているが、ロータリーエバポレーターで蒸発濃縮する方法では、分析対象物質によっては、蒸発により気散、形態変化を起こすために、適用不可能な場合があり、また、吸着による濃縮では、その後、薬品などを使った溶離が必要であり、操作が煩雑であるという問題がある。

特開２００４−７７２９９号公報には、多段に設けた電気脱イオン装置又は逆浸透膜装置により、検水中の分析対象物質を連続的に濃縮する方法が提案されている。この方法によれば、比較的簡易な操作にて、特に逆浸透膜装置を用いる場合には、検水を相変化させることなく濃縮することができることから、分析対象物質を気散、形態変化させることなく濃縮することが可能と考えられる。
特開２００４−７７２９９号公報

しかしながら、特開２００４−７７２９９号公報の方法では、例えば、逆浸透膜装置にて検水を濃縮する場合、検水を分析対象物質を含まない逆浸透膜透過水と、分析対象物質が濃縮された逆浸透膜濃縮水とに逆浸透膜にて分離するため、高い駆動圧力が必要となり、昇圧手段として用いる高圧ポンプ等の回転機からの溶出物等によるコンタミネーションが問題となる。

昇圧手段として、ポンプ等の回転機を用いず、空気等の圧縮気体を用いる方法も考えられるが、この場合、検水と圧縮気体との接触に基づくコンタミネーションを避けるため、圧縮気体自体を精製しておく必要があり、操作は煩雑なものとなる。また、検水と圧縮気体とを直接接触させない様、隔膜等にて仕切る場合には、この仕切り部分がピストン運動など何らかの動作をする必要があり、回転機同様、検水と稼動部分との接触に伴うコンタミネーションが問題となる。

本発明は、検水のコンタミネーションを抑制した上で、また検水中の分析対象物質を気散ないし形態変化させることなく、効率的に連続濃縮する方法及び装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、この検水の濃縮方法及び濃縮装置を利用して超純水を濃縮した後、その水質を分析し、この結果に基いて効率的な超純水の製造を行う方法と装置を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の検水の濃縮方法は、検水を透水性半透膜を介して高浸透圧物質と接触させ、該検水中の水を高浸透圧物質側へ透過させることにより分析対象物質を濃縮する検水濃縮工程と、該検水と接触した高浸透圧物質を検水濃縮手段とは別の濃縮手段を用いて濃縮する高浸透圧物質濃縮工程と、濃縮された高浸透圧物質を前記検水濃縮工程に循環する高浸透圧物質循環工程とを備えることを特徴とする。

請求項２の検水の濃縮方法は、請求項１において、前記別の濃縮手段が透水性半透膜を含むことを特徴とする。

本発明（請求項３）の検水の濃縮装置は、検水を透水性半透膜を介して高浸透圧物質と接触させ、該検水中の水を高浸透圧物質側へ透過させることにより分析対象物質を濃縮する検水濃縮手段と、該検水と接触した高浸透圧物質を濃縮する該検水濃縮手段とは別の高浸透圧物質濃縮手段と、濃縮された高浸透圧物質を前記検水濃縮手段に循環する高浸透圧物質循環手段とを備えることを特徴とする。

請求項４の検水の濃縮装置は、請求項３において、前記高浸透圧物質濃縮手段が透水性半透膜を含むことを特徴とする。

本発明（請求項５）の超純水製造方法は、超純水を製造する方法において、製造された超純水の水質を分析し、この分析結果に基いて超純水の製造条件を制御する方法であって、請求項１又は２に記載の検水の濃縮方法により、検水としての超純水を濃縮し、濃縮された超純水の水質を分析することを特徴とする。

本発明（請求項６）の超純水の製造装置は、超純水の製造手段と、製造された超純水の水質を分析する水質分析手段と、該水質分析手段の分析結果に基いて、前記超純水製造手段の運転を管理する運転管理手段とを備える超純水製造装置において、請求項３又は４に記載の検水の濃縮装置を備え、該検水の濃縮装置で検水としての超純水を濃縮し、濃縮された超純水の水質を前記水質分析手段で分析するようにしたことを特徴とする。

本発明の検水の濃縮方法及び濃縮装置によれば、検水のコンタミネーションを制御した上で、また、検水中の分析対象物質を気散ないし形態変化させることなく、効率的に連続濃縮することができる。
本発明の検水の濃縮方法及び装置は、半導体産業、電力・原子力産業、医薬産業、その他の産業分野において、分析対象物質を極微量に含む検水、例えば超純水の連続分析に有用である。

また、本発明の超純水製造方法及び製造装置によれば、このような本発明の検水の濃縮方法及び濃縮装置を利用して、製造された超純水を連続的に濃縮してその水質を分析し、この分析結果に基いて製造条件の制御ないし装置の運転管理を行うことにより、目的とする水質の超純水を安定に製造することができる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

［検水の濃縮方法及び濃縮装置］
本発明の検水の濃縮方法は、検水を透水性半透膜を介して高浸透圧物質と接触させ、該検水中の水を高浸透圧物質側へ透過させることにより分析対象物質を濃縮する検水濃縮工程と、該検水と接触した高浸透圧物質を検水濃縮手段とは別の濃縮手段を用いて濃縮する高浸透圧物質濃縮工程と、濃縮された高浸透圧物質を前記検水濃縮工程に循環する高浸透圧物質循環工程とを備えるものであり、また、本発明の検水の濃縮装置は、検水を透水性半透膜を介して高浸透圧物質と接触させ、該検水中の水を高浸透圧物質側へ透過させることにより分析対象物質を濃縮する検水濃縮手段と、該検水と接触した高浸透圧物質を濃縮する該検水濃縮手段とは別の高浸透圧物質濃縮手段と、濃縮された高浸透圧物質を前記検水濃縮手段に循環する高浸透圧物質循環手段とを備えるものである。

この検水の濃縮装置は、例えば、図１に示す如く、検水濃縮用の透水性半透膜装置１と、高浸透圧物質貯留タンク２と高浸透圧物質濃縮用の透水性半透膜装置３とで構成される。
この検水の濃縮装置では、透水性半透膜装置１の濃縮側に検水を導入すると共に、配管１５より透過側に高浸透圧物質を導入し、検水と高浸透圧物質とを透水性半透膜１Ａを介して接触させて、検水側から高浸透圧物質側へ水を透過させ、分析対象物質が濃縮された検水を配管１６より取出す。この濃縮された検水は、水質分析のための自動分析装置等へ送給される。

一方、検水からの水で希釈された高浸透圧物質を配管１２より高浸透圧物質貯留タンク２に送り、この高浸透圧物質貯留タンク２内の高浸透圧物質をポンプＰにより配管１３を経て高浸透圧物質濃縮用の透水性半透膜装置３の濃縮側に導入する。
水で希釈された高浸透圧物質は、ポンプ等の駆動圧による逆浸透操作により高浸透圧物質に含まれる水が透水性半透膜３Ａを透過し、この透過水は配管１４を経て系外へ排出される。水が透過することにより濃縮された高浸透圧物質は、配管１５より検水濃縮用の透水性半透膜装置１に循環される。

＜検水＞
本発明において、濃縮対象となる検水としては特に制限はないが、一般的には、分析対象物質の含有濃度が低く、水質分析のためには濃縮を要するものであり、最も代表的なものとしては、半導体工場等で使用される超純水が挙げられる。

＜透水性半透膜＞
検水の濃縮手段としての透水性半透膜は、検水を分析対象物質濃度が高められた濃縮水と、水又は、分析対象物質濃度が低減された水とに分離するものであり、特に制限はないが、検水が半導体工場等にて使用される超純水の場合、水質管理項目としては、抵抗率、微粒子、生菌、ＴＯＣ（全有機炭素）、溶存酸素、シリカ、カチオンイオン、アニオンイオン、重金属等が挙げられることから、検水の濃縮に用いる透水性半透膜としては、逆浸透膜が好ましく、逆浸透膜を用いることにより、検水中のＮａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ等のカチオンや重金属類、Ｃｌ、ＳＯ_４、ＮＯ_３、ＮＯ_２、ＰＯ_４、Ｆ等のアニオン、シリカや有機酸等のイオン化した有機物、さらにアルコール類、尿素等の非イオン状の有機物やコロイド成分等の濃縮も可能であり、検水中の分析対象物質を、相変化を伴わない濃縮手段にて形態変化をさせることなく、またコンタミネーションが殆どない状態にて濃縮が可能となる。

このような透水性半透膜による検水の濃縮の程度は、濃縮目的の検水中の分析対象物質の種類やその濃度、用いる分析装置の分析下限値等に応じて、適宜決定される。この濃縮の程度によっては、例えば、逆浸透膜装置を多段に設けても良い。

また、濃縮に際しては、濃縮効率を向上させることを目的に、検水に酸又はアルカリ剤を添加しても良い。この場合、添加剤としては、塩酸、硝酸、硫酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等を用いることができる。

＜高浸透圧物質＞
高浸透圧物質としては、各種塩類をはじめ、ショ糖、異性化糖、水飴、プルラン、果糖、ブドウ糖、マンニトール、ソルビトール、マルゲトールなどの糖類、マンナン質、アルギン酸ソーダ、カラギーナン等の天然高分子、メチルセルロース、ポリアクリル酸ソーダ、グリセリン、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等の合成物ないし合成高分子を用いることができる。これらは１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良いが、液状のものが好適であり、また、検水濃縮手段としての透水性半透膜や、高浸透圧物質濃縮手段としての透水性半透膜を透過しないものを適宜選択使用することが好ましい。

＜高浸透圧物質濃縮手段＞
上述のような高浸透圧物質を濃縮する手段としては特に制限はないが、検水の濃縮と同様、高浸透圧物質を気散ないし形態変化させることがないことから、透水性半透膜を用いることが好ましい。高浸透圧物質の濃縮に用いる透水性半透膜としては、検水の濃縮に用いる透水性半透膜と同様、逆浸透膜が好適に用いられるが、その他、ビニロンフィルム、セロハン、コロジオン膜、ナイロンフィルム、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム等を用いることもできる。

＜水質分析装置＞
前述の如く、濃縮された検水の水質分析装置としては、検水が半導体工場等にて使用される超純水の場合、抵抗率、微粒子、生菌、ＴＯＣ（全有機炭素）、溶存酸素、シリカ、カチオンイオン、アニオンイオン、重金属等の分析装置が挙げられる。

本発明によれば、検水を連続的に濃縮することができるため、本発明の検水の濃縮装置はオンラインモニターと組み合わせた連続分析に適用することが好適であるが、何ら連続分析に限らず、バッチ分析用として用いても良い。この場合には、例えば逆浸透膜装置から得られた濃縮水を容器に採取して分析試料とすれば良い。

［超純水製造方法及び製造装置］
本発明の超純水の製造方法は、製造された超純水を本発明の検水の濃縮方法により濃縮し、濃縮された超純水の水質を分析し、この分析結果に基いて超純水の製造条件を制御するものであり、本発明の超純水の製造装置は、超純水製造手段と、この超純水製造手段で製造された超純水を濃縮する本発明の検水の濃縮装置と、濃縮された超純水の水質を分析する水質分析手段と、この分析結果に基いて、超純水製造手段の運転を管理する運転管理手段とを備えるものである。

この水質分析手段としては、前述の水質分析装置が挙げられる。

本発明によれば、超純水の連続的製造工程において、製造された超純水を連続的に濃縮した後水質の分析を行い、この水質水析結果に基いて製造条件の制御ないし装置の運転管理を行なうことにより、目的とする水質の超純水を安定に製造することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により何ら限定されるものではない。

［実施例１］
図１に示す検水の濃縮装置により、超純水の連続濃縮を行った。
超純水には濃縮操作の状態を確認するため微量金属（ナトリウム、カルシウム、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛）を供給濃度５ｎｇ／Ｌとなるように添加した。高浸透圧物質としてはブドウ糖を用い５重量％水溶液を調製して用いた。超純水濃縮用の透水性半透膜装置及び高浸透圧物質濃縮用の透水性半透膜装置には、いずれもポリアミド系逆浸透膜（ＥＳ−２０、日東電工社製）を用いた。

超純水濃縮装置は、平膜状の逆浸透膜にて濃縮室と透過水室とを隔てる構造のアクリル製セル（特注品）を用い、濃縮室の入口側を超純水配管に直接接続し、超純水が順次供給される状態にするとともに、濃縮室の出口側からは流量調整弁を用い濃縮された超純水を所定量、連続的に流出するよう調整した。また、濃縮水室内は、逆浸透膜面近傍での分析対象物質の滞留を防ぐため撹拌素子を用いて常時撹拌を実施した。

なお、濃縮水室の出口側からの濃縮水流出流量は、透過水の流量に基づき調整し、濃縮倍率１００倍になるように調整して実施した。

透過水室側では、ブドウ糖水溶液を連続的に循環した。超純水の濃縮で希釈されるブドウ糖水溶液は、ブドウ糖水溶液貯留タンク及び昇圧ポンプを介してブドウ糖水溶液濃縮用の逆浸透膜装置に供給し、再濃縮し循環利用した。
なお、ブドウ糖水溶液の濃度管理は、ブドウ糖水溶液の総液量を監視し、総液量が一定となるよう制御することで一定条件を維持した。

濃縮水の金属濃度を下表に示す。（測定はＩＣＰ−ＭＳ分析装置にて実施した。）

以上の結果の通り、超純水濃縮用の透水性半透膜装置からは、若干のバラツキは見られるものの、ほぼ１００倍濃縮された濃縮水を連続的に得ることができた。
また、高浸透圧物質として用いたブドウ糖溶液は、超純水の濃縮により一時的に希釈されるものの、高浸透圧物質濃縮用の逆浸透膜装置にて、総液量一定となるように制御することで再濃縮でき、循環利用が可能であった。

本発明の検水の濃縮装置の実施の形態を示す系統図である。

符号の説明

１検水濃縮用の透水性半透膜装置
２高浸透圧物質貯留タンク
３高浸透圧物質濃縮用の透水性半透膜装置

Claims

検水を透水性半透膜を介して高浸透圧物質と接触させ、該検水中の水を高浸透圧物質側へ透過させることにより分析対象物質を濃縮する検水濃縮工程と、該検水と接触した高浸透圧物質を検水濃縮手段とは別の濃縮手段を用いて濃縮する高浸透圧物質濃縮工程と、濃縮された高浸透圧物質を前記検水濃縮工程に循環する高浸透圧物質循環工程とを備えることを特徴とする検水の濃縮方法。
請求項１において、前記別の濃縮手段が透水性半透膜を含むことを特徴とする検水の濃縮方法。
検水を透水性半透膜を介して高浸透圧物質と接触させ、該検水中の水を高浸透圧物質側へ透過させることにより分析対象物質を濃縮する検水濃縮手段と、該検水と接触した高浸透圧物質を濃縮する該検水濃縮手段とは別の高浸透圧物質濃縮手段と、濃縮された高浸透圧物質を前記検水濃縮手段に循環する高浸透圧物質循環手段とを備えることを特徴とする検水の濃縮装置。
請求項３において、前記高浸透圧物質濃縮手段が透水性半透膜を含むことを特徴とする検水の濃縮装置。
超純水を製造する方法において、製造された超純水の水質を分析し、この分析結果に基いて超純水の製造条件を制御する方法であって、請求項１又は２に記載の検水の濃縮方法により、検水としての超純水を濃縮し、濃縮された超純水の水質を分析することを特徴とする超純水製造方法。
超純水の製造手段と、製造された超純水の水質を分析する水質分析手段と、該水質分析手段の分析結果に基いて、前記超純水製造手段の運転を管理する運転管理手段とを備える超純水製造装置において、請求項３又は４に記載の検水の濃縮装置を備え、該検水の濃縮装置で検水としての超純水を濃縮し、濃縮された超純水の水質を前記水質分析手段で分析するようにしたことを特徴とする超純水の製造装置。