JP2022175837A - 超純水製造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】純水を、ＵＶ酸化装置に通した後、イオン交換装置に通水し、その後サブシステムに通水して超純水を製造する方法及び装置において、このＵＶ酸化装置における有機物の分解効率を高くすることができる超純水製造方法及び装置を提供する。【解決手段】前処理装置２、一次純水装置４及びサブシステム２０を有する超純水製造装置を用いて超純水を製造する超純水製造方法において、一次純水装置４からの一次純水を脱気膜装置７により、脱気後のＤＯ濃度が２０～８０ｐｐｂとなるように脱気処理した後、ＵＶ酸化器１１とイオン交換装置１２とに通水し、サブシステム２０に供給する。【選択図】図１
Description
本発明は、超純水製造方法及び装置に関し、特に、半導体製造工業等における電子部品部材類の洗浄に好適な超純水製造方法及び装置に関する。
従来、半導体洗浄用水として用いられている超純水は、前処理システム、一次純水システム及びサブシステムから構成される超純水製造装置で原水（工業用水、市水、井水等）を処理することにより製造されている（例えば特許文献１参照）。
凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過装置等よりなる前処理システムでは、原水中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。逆浸透（ＲＯ）膜分離装置、脱気装置及びイオン交換装置（混床式、２床３塔式又は４床５塔式）を備える一次純水システムでは原水中のイオンや有機成分の除去を行う。なお、ＲＯ膜分離装置では、塩類除去のほかにイオン性、コロイド性の全有機酸素（ＴＯＣ）を除去する。イオン交換装置では、塩類除去のほかにイオン交換樹脂によって吸着又はイオン交換されるＴＯＣ成分を除去する。脱気装置（窒素脱気又は真空脱気）では溶存酸素の除去を行う。
熱交換器、低圧紫外線（ＵＶ）酸化装置、混床式イオン交換装置及び限外濾過（ＵＦ）膜分離装置を備えるサブシステム（二次純水システム）では、水の純度をより一層高め超純水にする。なお、低圧ＵＶ酸化装置では、低圧ＵＶランプより出される波長１８５ｎｍの紫外線によりＴＯＣを有機酸さらにはＣＯ２まで分解する。分解された有機酸及びＣＯ２は後段のイオン交換樹脂で除去される。ＵＦ膜分離装置では、微小粒子が除去されイオン交換樹脂の流出粒子も除去される。
従来は、ユースポイントでの超純水の想定使用量に合わせて、サブシステムやその前段のイオン交換装置やＵＶ酸化器の仕様を決定し、設計施工する。しかし工場の稼働率が低いと、超純水使用量が想定量より少なくなる。その場合、後述の図１ａの配管１８の戻り水量が多く、純水槽内のＴＯＣ濃度が低くなるため、ＵＶ酸化器でＵＶが過剰照射され、電力を無駄に消費することになる。ＴＯＣ濃度に応じＵＶ照射量の制御も可能だが、制御に対応したより高価なＵＶ酸化器への変更などが必要となる。
本発明は、純水をＵＶ酸化装置に通した後、イオン交換装置に通水し、その後サブシステムに通水して超純水を製造する方法及び装置において、このＵＶ酸化装置における有機物の分解効率を高くすることができる超純水製造方法及び装置を提供することを課題とする。
本発明は、純水をＵＶ酸化装置に通した後、イオン交換装置に通水し、その後サブシステムに通水して超純水を製造する方法及び装置において、このＵＶ酸化装置における有機物の分解効率を高くすることができる超純水製造方法及び装置を提供することを課題とする。
本発明の要旨は、次の通りである。
［１］ 前処理装置、一次純水装置及びサブシステムを有する超純水製造装置を用いて超純水を製造する超純水製造方法において、一次純水装置からの一次純水の少なくとも一部を、脱気後のＤＯ濃度が２０～８０ｐｐｂとなるように脱気処理した後、ＵＶ酸化器とイオン交換装置又は電気脱イオン装置とに通水し、前記サブシステムに供給することを特徴とする超純水製造方法。
［２］ 前処理装置、一次純水装置及びサブシステムを有する超純水製造装置を用いて超純水を製造する超純水製造方法において、前記一次純水装置では、前記前処理装置からの処理水をＲＯ処理し、このＲＯ処理水を、脱気後のＤＯ濃度が２０～８０ｐｐｂとなるように脱気処理した後、ＵＶ酸化器とイオン交換装置又は電気脱イオン装置とに通水するように処理し、該一次純水装置からの処理水をイオン交換装置に通水した後、前記サブシステムに供給することを特徴とする超純水製造方法。
［３］ 前処理装置、一次純水装置及びサブシステムを有する超純水製造装置において、一次純水装置からの一次純水の少なくとも一部を、脱気後のＤＯ濃度が２０～８０ｐｐｂとなるように脱気処理する脱気手段と、該脱気手段からの脱気処理水が通水されるＵＶ酸化器とイオン交換装置又は電気脱イオン装置とを備え、該イオン交換装置又は電気脱イオン装置からの処理水が前記サブシステムに供給されることを特徴とする超純水製造装置。
［４］ 前処理装置、一次純水装置及びサブシステムを有する超純水製造装置において、前記一次純水装置は、前記前処理装置からの処理水をＲＯ処理するＲＯ装置と、該ＲＯ装置のＲＯ処理水を、脱気後のＤＯ濃度が２０～８０ｐｐｂとなるように脱気処理する脱気手段と、該脱気手段からの脱気処理水が通水されるＵＶ酸化器とイオン交換装置又は電気脱イオン装置とを備えており、該超純水製造装置は、該一次純水装置からの処理水が通水されるイオン交換器を備えており、該イオン交換器の処理水が前記サブシステムに供給されることを特徴とする超純水製造装置。
［５］ 前記脱気手段は、脱気膜装置と、該脱気膜装置を迂回するバイパスラインと、該バイパスラインに設けられた流量調節用バルブと、脱気処理水のＤＯが２０～８０ｐｐｂとなるように該バルブを制御する手段とを有する［３］又は［４］の超純水製造装置。
本発明者が種々研究を重ねたところ、純水をＵＶ酸化及びイオン交換処理した後、サブシステムに供給する超純水製造方法及び装置において、ＵＶ酸化装置の給水中のＤＯ（溶存酸素）濃度を２０～８０ｐｐｂとすることにより、ＵＶによる有機物の分解効率が高くなることが見出された。
本発明は、かかる知見に基づくものである。本発明によると、サブシステムに供給されるＴＯＣ濃度の低い純水を低消費電力にて製造することができる。
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
図１ａは第１の実施の形態に係る純水装置のフロー図であり、図１ｂはそのサブシステムの構成図である。
工業用水、井水、市水などよりなる原水は、原水槽１から前処理装置２に送水されて処理される。前処理装置２は、凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過装置等を備えており、原水中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。
前処理装置２の処理水は、濾過水槽３を経て一次純水装置４に送水され、処理される。一次純水装置４としては、
（ａ） 多床型イオン交換装置＋ＲＯ装置
（ｂ） ＲＯ装置＋高純度型イオン交換装置
（ｃ） ＲＯ装置＋脱炭酸装置＋電気脱イオン装置
などを用いることができるが、これに限定されない。なお、（ｂ），（ｃ）におけるＲＯ装置は、２段式ＲＯ装置であってもよい。
（ａ） 多床型イオン交換装置＋ＲＯ装置
（ｂ） ＲＯ装置＋高純度型イオン交換装置
（ｃ） ＲＯ装置＋脱炭酸装置＋電気脱イオン装置
などを用いることができるが、これに限定されない。なお、（ｂ），（ｃ）におけるＲＯ装置は、２段式ＲＯ装置であってもよい。
一次純水装置４で処理されて得られた純水は、純水槽５に導入される。純水槽５内の純水は、配管６から脱気膜装置７に送水され、脱気処理される。脱気処理水は、配管８を通ってＴＯＣ分解ユニット１０に送水されて処理される。
ＴＯＣ分解ユニット１０は、この実施の形態ではＵＶ酸化器１１と、その後段に配置されたイオン交換器（混床式、２床３塔式又は４床５塔式などのいずれでもよい。）１２とを備えている。
上記の脱気膜装置７を迂回するように、配管１３，バルブ１４及び配管１５よりなるバイパスラインが設けられている。配管１３は配管６とバルブ１４とを接続し、配管１５はバルブ１４と配管８とを接続している。
配管８のうち、配管１５との合流点よりも下流側にＤＯ計９が設けられている。ＤＯ計９の検出信号がバルブ制御器（図示略）に入力される。バルブ１４は、該バルブ制御器により、ＤＯ計９の検出ＤＯが２０～８０ｐｐｂ、特に４０～６０ｐｐｂとなるように開度が制御される。
ＴＯＣ分解ユニット１０で処理された高純度（低ＴＯＣ）一次純水は、配管１６を通ってサブタンク１７に向けて送水される。なお、配管１６から配管１８が分岐しており、ＴＯＣ分解ユニット１０からの高純度（低ＴＯＣ）一次純水の一部が純水槽５に返送可能とされている。配管１６には、該配管１８の分岐部よりも下流側に流量調整弁（図示略）が設けられており、サブタンク１７内の水位が所定範囲となるように該流量調整弁の開度が制御される。
サブタンク１７には、ユースポイント３２からの戻り超純水も配管３３を通って導入される。
サブタンク１７内の水は、配管１９を通ってサブシステム２０に送水される。サブシステム２０で処理されることにより製造された超純水は、配管３１を通ってユースポイント３２に送水され、未使用超純水が配管３３を通ってサブタンク１７に返送される。
サブシステム２０としては、図１ｂの通り、冷却器（熱交換器）２１、低圧紫外線（ＵＶ）酸化器２２、イオン交換器２３、脱気膜装置２４及び限外濾過膜（ＵＦ）装置２５を備えている。
図２は、第２の実施の形態を示すものである。この実施の形態では、一次純水装置４の代りに一次純水装置４Ａが設置されている。この一次純水装置４Ａでは、濾過水槽３からの水がまずＲＯ装置４ａでＲＯ処理される。ＲＯ処理水は、配管６から脱気膜装置７に送水され、脱気処理される。脱気処理水は、配管８を通ってＴＯＣ分解ユニット１０に送水されて処理される。ＴＯＣ分解ユニット１０の構成は、第１の実施の形態と同じである。
第１の実施の形態と同様に、脱気膜装置７を迂回するように、配管１３、バルブ１４及び配管１５よりなるバイパスラインが設けられていると共に、配管１５との合流点よりも下流側の配管８にＤＯ計９が設けられている。バルブ１４は、バルブ制御手段（図示略）により、ＤＯ計９の検出ＤＯが２０～８０ｐｐｂ特に４０～６０ｐｐｂとなるように開度が制御される。
ＴＯＣ分解ユニット１０で処理された一次純水は、配管４ｂを通って純水槽５に導入される。配管４ｂにはＤＯ計４ｃが設けられている。なお、純水槽５内の水位が所定範囲となるように、ＴＯＣ分解ユニット１０からの一次純水の一部が配管４ｒを介して濾過水槽３に返送される。
純水槽５内の一次純水は、イオン交換器４０に通水されて高純度（低ＴＯＣ）一次純水となり、配管１６を通ってサブタンク１７に送水される。この実施の形態では、純水槽５内の一次純水の一部をサブタンク１７に直送するための配管１８は省略されている。図２の実施の形態のその他の構成は図１ａと同様であり、同一符号は同一部分を示している。
図３は第３の実施の形態を示すものである。この実施の形態は、図２において、イオン交換器１２の代りに電気脱イオン装置１２’を設置したものである。図３のその他の構成は図２同様であり、同一符号は同一部分を示している。
図４ａは第４の実施の形態を示すものである。この実施の形態は、図１ａにおいて、配管８を配管８ａ，８ｂに分岐させ、一方の配管８ｂをＴＯＣ分解ユニット１０に接続し、他方の配管８ａをＴＯＣ分解ユニット１０’に接続したものである。ＴＯＣ分解ユニット１０’の処理水は、設備用水等として用いられる。ＴＯＣ分解ユニット１０の処理水は、配管１６を通ってサブタンク１７に送水される。
図４ｂの通り、第４の実施の形態では、サブシステム２０では、ＵＶ酸化器２２の代りにＵＶ殺菌器２２’を設置しているが、図１ｂと同様にＵＶ酸化器を設置してもよい。
図４ａ，４ｂのその他の構成は図１ａ，１ｂと同様であり、同一符号は同一部分を示している。
第１～第４のいずれの実施の形態においても、ＤＯ計９で検出されるＵＶ酸化器１１の入口ＤＯが２０～８０ｐｐｂ（望ましくは４０～６０ｐｐｂ）の範囲に入るようにバルブ１４の開度を制御することにより、ＵＶ酸化器１１によるＴＯＣ分解効率が従来法と比較して著しく、例えば１．４～１．６倍向上する。これにより、ＵＶ酸化器１１のＵＶランプの本数を３～４割低減することが可能となる。
なお、一般にサブシステムにおいては、ユースポイントでの超純水使用量に応じてユースポイントからの戻り水量が変換するため、超純水使用量が少ない場合、サブシステム２０のＵＶ酸化器２２の入口ＤＯが目標値よりも低くなり、最適なＵＶ酸化器の運転条件とはならなくなる。
この場合、一次純水装置又はＴＯＣ分解ユニットを、サブシステム処理水保証値のＴＯＣに到達するように設計すると共に、サブシステム２０ではＵＶ殺菌器２２’または系内からの溶出分除去用の最小仕様のＵＶ酸化器２２を設置する。
［実施例１］
図１ａ及び１ｂの構成の超純水製造装置において、原水としてＴＯＣ１ｍｇ／Ｌの工業用水を１００ｍ３／ｈで供給し、超純水を製造した。
図１ａ及び１ｂの構成の超純水製造装置において、原水としてＴＯＣ１ｍｇ／Ｌの工業用水を１００ｍ３／ｈで供給し、超純水を製造した。
前処理装置２の処理水のＴＯＣは０．７ｍｇ／Ｌ、処理水量は９５ｍ３／ｈであり、一次純水装置４の処理水のＴＯＣは３０μｇ／Ｌであった。
一次純水をＴＯＣ分解ユニット１０で処理した後、配管１６でサブタンク１７に送水した。図１ａで純水槽５の気相部が窒素ガスでシールされておらず、純水槽５内の純水の溶存酸素濃度は、水温２５℃での飽和濃度に近い８ｍｇ／Ｌとなっている。バルブ１４の開度は次の通りとした。ＤＯ計９の検出ＤＯは５０ｐｐｂであった。
ユースポイント３２の超純水使用量が設計値１００％の時：バルブ開度０．５５％
同 設計値５０％の時：バルブ開度１．１％
同 設計値５％の時：バルブ開度１１％
ユースポイント３２の超純水使用量が設計値１００％の時：バルブ開度０．５５％
同 設計値５０％の時：バルブ開度１．１％
同 設計値５％の時：バルブ開度１１％
その結果、ＴＯＣ分解ユニット１０で処理した後、配管１６からサブタンク１７に送水される純水のＴＯＣは２μｇ／Ｌであった。また、ＵＶ酸化器１１の消費電力は８．４ｋＷであった。
［実施例２，３、比較例１，２］
実施例１において、ＵＶ酸化器１１の消費電力は同じとし、ＤＯ計９の検出ＤＯが８０ｐｐｂ（実施例２）、２０ｐｐｂ（実施例３）、１０ｐｐｂ（比較例１）、又は１００ｐｐｂ（比較例２）となるようにバルブ１４を制御した結果、配管１６からサブタンク１７に送水される純水のＴＯＣは、平均して次の通りとなった。
実施例１において、ＵＶ酸化器１１の消費電力は同じとし、ＤＯ計９の検出ＤＯが８０ｐｐｂ（実施例２）、２０ｐｐｂ（実施例３）、１０ｐｐｂ（比較例１）、又は１００ｐｐｂ（比較例２）となるようにバルブ１４を制御した結果、配管１６からサブタンク１７に送水される純水のＴＯＣは、平均して次の通りとなった。
実施例２：４．６μｇ／Ｌ
実施例３：４．１μｇ／Ｌ
比較例１：５．３μｇ／Ｌ
比較例２：６．８μｇ／Ｌ
実施例３：４．１μｇ／Ｌ
比較例１：５．３μｇ／Ｌ
比較例２：６．８μｇ／Ｌ
［比較例３］
図５のように、脱気膜装置７及びそのバイパスラインを省略したフローとしたこと以外は実施例１と同様にして超純水製造運転を行った。その結果、配管１６からサブタンク１７に送水される純水のＴＯＣは、平均して１１．１μｇ／Ｌであった。
図５のように、脱気膜装置７及びそのバイパスラインを省略したフローとしたこと以外は実施例１と同様にして超純水製造運転を行った。その結果、配管１６からサブタンク１７に送水される純水のＴＯＣは、平均して１１．１μｇ／Ｌであった。
１ 原水槽
２ 前処理装置
４，４Ａ 一次純水装置
５ 純水槽
７ 脱気膜
１０ ＴＯＣ分解ユニット
１７ サブタンク
２０ サブシステム
２ 前処理装置
４，４Ａ 一次純水装置
５ 純水槽
７ 脱気膜
１０ ＴＯＣ分解ユニット
１７ サブタンク
２０ サブシステム
Claims (5)
- 前処理装置、一次純水装置及びサブシステムを有する超純水製造装置を用いて超純水を製造する超純水製造方法において、
一次純水装置からの一次純水の少なくとも一部を、脱気後のＤＯ濃度が２０～８０ｐｐｂとなるように脱気処理した後、ＵＶ酸化器とイオン交換装置又は電気脱イオン装置とに通水し、前記サブシステムに供給することを特徴とする超純水製造方法。 - 前処理装置、一次純水装置及びサブシステムを有する超純水製造装置を用いて超純水を製造する超純水製造方法において、
前記一次純水装置では、前記前処理装置からの処理水をＲＯ処理し、このＲＯ処理水を、脱気後のＤＯ濃度が２０～８０ｐｐｂとなるように脱気処理した後、ＵＶ酸化器とイオン交換装置又は電気脱イオン装置とに通水するように処理し、
該一次純水装置からの処理水をイオン交換装置に通水した後、前記サブシステムに供給することを特徴とする超純水製造方法。 - 前処理装置、一次純水装置及びサブシステムを有する超純水製造装置において、
一次純水装置からの一次純水の少なくとも一部を、脱気後のＤＯ濃度が２０～８０ｐｐｂとなるように脱気処理する脱気手段と、
該脱気手段からの脱気処理水が通水されるＵＶ酸化器とイオン交換装置又は電気脱イオン装置と
を備え、
該イオン交換装置又は電気脱イオン装置からの処理水が前記サブシステムに供給されることを特徴とする超純水製造装置。 - 前処理装置、一次純水装置及びサブシステムを有する超純水製造装置において、
前記一次純水装置は、
前記前処理装置からの処理水をＲＯ処理するＲＯ装置と、該ＲＯ装置のＲＯ処理水を、脱気後のＤＯ濃度が２０～８０ｐｐｂとなるように脱気処理する脱気手段と、
該脱気手段からの脱気処理水が通水されるＵＶ酸化器とイオン交換装置又は電気脱イオン装置と
を備えており、
該超純水製造装置は、該一次純水装置からの処理水が通水されるイオン交換器を備えており、
該イオン交換器の処理水が前記サブシステムに供給されることを特徴とする超純水製造装置。 - 前記脱気手段は、脱気膜装置と、該脱気膜装置を迂回するバイパスラインと、該バイパスラインに設けられた流量調節用バルブと、脱気処理水のＤＯが２０～８０ｐｐｂとなるように該バルブを制御する手段とを有する請求項３又は４の超純水製造装置。
Priority Applications (3)
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Patent Citations (4)
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| JPH06312175A (ja) * | 1993-04-28 | 1994-11-08 | Japan Organo Co Ltd | 超純水製造装置 |
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| WO2018092831A1 (ja) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | オルガノ株式会社 | 水処理方法および装置 |
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