JP3095600B2 - 粒状活性炭充填塔による過酸化水素の除去方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過酸化水素を比較的高
濃度に含有する水溶液、例えば半導体製造工場における
廃液から過酸化水素を効率よく除去する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】半導体を製造する電子工業では製品の洗浄
に各種イオンはもとより、微粒子、生菌、ＴＯＣなどの
不純物を極限値まで除去した、いわゆる超純水が用いら
れる。

【０００３】このような超純水は濾過、イオン交換処
理、逆浸透膜処理、紫外線殺菌等あらゆる技術を駆使し
て製造されるが、当該超純水の純度を維持するために、
超純水を移送する配管は定期的に洗浄される。当該配管
洗浄は特に配管の滞留部に沈着するスライムの除去や、
接液部全般の殺菌のために行うもので、洗浄剤としては
通常、０．１５重量％〜０．２５重量％の過酸化水素を
含む水溶液が用いられる。当該洗浄に用いた過酸化水素
を含む水溶液はその後、定期的に廃液として排出処理さ
れる場合と、原液使用にかかる費用の低減、工場で必要
な用水量を節約するなどの目的から、回収して再利用す
る場合とがある。

【０００４】過酸化水素を含む水溶液を廃液として排出
する場合、ＣＯＤ規制の問題から当該過酸化水素を含む
水溶液はそのまま放流することができない。また、過酸
化水素を含む水溶液を回収し再利用する場合、通常、回
収水は凝集沈澱処理、イオン交換処理、逆浸透膜処理等
が施される。

【０００５】上記処理過程において、当該回収した水溶
液中に、例えば低濃度であっても過酸化水素が含まれて
いると、当該回収液を凝集処理する場合においては凝集
工程で添加される高分子凝集剤が破壊され、凝集効果が
低下し、またイオン交換処理する場合においては当該回
収液に含まれる過酸化水素によって、イオン交換樹脂が
劣化させられるという障害が起こってくる。さらに逆浸
透膜処理する場合は、膜自身が酸化剤である過酸化水素
によって劣化させられる等の問題がある。

【０００６】このことから、過酸化水素を含む廃液はこ
れを放流する場合及びこれを回収する場合ともに過酸化
水素の除去処理が行われている。従来法として、当該廃
液に亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を添加し、過酸化水
素の酸化力を中和する方法が挙げられる。

【０００７】しかし、亜硫酸ナトリウムの添加による中
和反応では過酸化水素と亜硫酸ナトリウムの反応時間が
２〜３時間と比較的長く、したがって反応槽もそれだけ
大きくなり、当該廃液量が多い場合は反応槽の設置面積
を広く必要とし、またその処理液に過酸化水素が残留し
ても、逆に亜硫酸ソーダが残留してもいずれの場合も放
流不適となり、酸やアルカリの中和反応と比較して放流
における認容範囲が極めて狭く、酸化還元の中和は技術
的にかなり難しく、これを自動化する場合制御が比較的
複雑となる。したがってこのような反応槽、自動制御機
構および攪拌機構を備えた処理装置の設備費は比較的高
価となり、かつ定常的に亜硫酸ナトリウム等の還元剤も
必要とするので、ランニングコストも高いという欠点を
有している。

【０００８】なお、水溶液中の過酸化水素の除去方法と
して、上記従来の方法の他に活性炭充填塔に過酸化水素
を含む水溶液を通水し、過酸化水素を分解除去する方法
がとられている。

【０００９】過酸化水素を含む水溶液を活性炭で処理す
る方法として、従来から例えば特開昭６２−２７０９０
号公報及び特公平５−７０７５号公報で開示されている
方法がある。特開昭６２−２７０９０号公報によれば、
上下２段の粒状活性炭充填層と、その下方に付属する空
間とよりなる塔に下降流にｐＨを１０以上に調整した過
酸化水素を含む水溶液を流下させ、粒状活性炭の有する
還元力を用いて、水溶液中の過酸化水素を分解除去する
方法が提案されている。

【００１０】この方法では、ｐＨが１０以上になると、
過酸化水素の分解速度が速くなるため、粒状活性炭充填
層の比較的上層部で分解し、充填層内に発生する気泡の
量が極めて少なくなり、過酸化水素のチャンネリング現
象が防止できるとされている。しかし、この方法にはｐ
Ｈ調整という工程が必要であり、このために特別なｐＨ
調整タンクと処理後の中和を必要とするため、ｐＨ調整
タンクとそれに伴う制御系がコストアップの原因にな
り、ｐＨの調整のための経済的負担、排水中の塩類の増
加という欠点がある。

【００１１】特公平５−７０７５号公報によれば、粒状
活性炭層に対して当該水溶液を上昇流で通液し粒状活性
炭を流動層として通液接触せしめる方法を提案してい
る。この方法では、流動層で接触させる為、活性炭によ
る過酸化水素の還元は活性炭の新しい面を絶えず露出し
ながら行われるので、活性炭の活性度の低下が遅く、ま
た、酸・アルカリ等によるｐＨの複雑な調整が不要であ
るとされている。

【００１２】しかし、この方法は、流動層の性質として
活性炭粒子が流動されている場合、相互の接触や或は塔
壁との接触によって活性炭粒子の一部が破砕され、微粒
子化し、これらは流動槽の上部にシフトし、排水ととも
に塔外に排出されるので、粒状活性炭を補給または交換
することが必要であり、粒状活性炭は比較的高価である
ので、コスト高にもつながる。また、流動層は流体の流
速を増加させると流動層が膨張し、活性炭粒子が流出す
るので当該流速には上限があり設定値以上の流速で処理
することが不可能である。更に、流動層内での接触なの
で、吸着帯を形成しにくく、したがって処理水過酸化水
素濃度を低濃度レベルで、常時一定に維持出来るかどう
か疑わしいという問題がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの欠点
を解決すべくなされたもので、過酸化水素を高濃度に含
む水溶液を、粒状活性炭充填塔で効率よく、安定して処
理する方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【問題点を解決する手段】即ち、本発明は、過酸化水素
を含む水溶液を粒状活性炭充填塔に通液して、過酸化水
素を除去するにあたり、当該粒状活性炭充填塔として、
前段塔及び後段塔の少なくとも二塔を設置し、上記水溶
液を下降流で前段塔及び後段塔の順に直列に通液し、前
段塔の処理水過酸化水素濃度が１ｍｇ／Ｌ前後となった
時点で、前段塔を逆洗することにより、粒状活性炭層内
の気泡を除去し、その後に再び前段塔及び後段塔の順に
直列に通液することを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】活性炭による過酸化水素の除去方法は、粒状活
性炭の有する還元力を用いて水溶液中の過酸化水素を分
解除去するものであるが、問題点として当該水溶液が粒
状活性炭層に接触すると、直ちに分解反応が起こり酸素
が発生しそれが気泡となって充填層内に閉じこめられ、
当該気泡によって充填層内を水溶液がショートパス（チ
ャンネリング現象）し、それが、処理液の過酸化水素早
期漏出の原因となることが挙げられる。従って、従来で
は充填層の逆洗を頻繁に行って、上記気泡を除去する操
作が避けられず、逆洗のための用水量を十分に確保せね
ばならない。

【００１６】ところで本発明者は、鋭意研究を重ねたと
ころ、粒状活性炭充填塔をたとえば２塔設け、比較的多
量の過酸化水素を含む水溶液を当該充填塔に対して直列
に通水すると、前段塔の充填層内には気泡が発生する
が、後段塔の充填層内には気泡が発生しない期間が比較
的長く続くこと。前段塔の処理水の過酸化水素濃度が１
ｍｇ／Ｌを越えると、換言すれば後段塔の流入水の過酸
化水素濃度が１ｍｇ／Ｌを越えると、後段塔にも気泡が
発生しはじめること。よって前段塔の充填層内に気泡が
発生してもそのまま通水を続行し、前段塔の処理水の過
酸化水素濃度が１ｍｇ／Ｌ前後となった際に、前段塔を
逆洗して気泡を除去し、再び前段塔および後段塔の順に
直列に通水すると、後段塔の充填塔には気泡が発生する
ことがなく、その処理水の過酸化水素濃度を低レベルに
維持できること。しかも前段塔を逆洗して気泡を除去し
て通水を再開すると再び気泡が発生するが、前段塔の過
酸化水素除去能力は復帰すること等の知見を得た。

【００１７】本発明は上記の知見に基づくもので、被処
理水を二塔以上の粒状活性炭充填塔に直列に通水して被
処理水中の過酸化水素を除去し、前段塔の充填層内には
気泡が発生しても、後段塔の充填層内には気泡を発生さ
せないようにして処理水の過酸化水素濃度を低レベルに
維持するものである。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の実施例を示す説明図である。

【００１９】（１）は被処理水槽で、（２）は流入ポン
プである。（３）は流入管でその一端を被処理水槽
（１）に、他端を前段塔（４）上部に連結している。
（６）は配送管で、その一端を前段塔（４）下部に、他
端を後段塔（７）上部に連通している。（９）は流出管
で、その一端を後段塔（７）下部に連通しており、他端
を貯水タンク（１６）に連通している。また、図中の
（５）、（８）はそれぞれ、前段粒状活性炭層、後段粒
状活性炭層である。（１０）は取水管で、（１１）は逆
洗時に使用する逆洗ポンプである。また、（１２）、
（１３）はそれぞれ前段逆洗管、後段逆洗管で、（１
４）、（１５）はそれぞれ前段塔逆洗排水管、後段塔逆
洗排水管である。（３０）、（３１）、（３２）、（３
３）、（３４）、（３５）は、それぞれ弁を示す。

【００２０】次に、本発明による過酸化水素の除去方法
について説明する。被処理水は、被処理水槽（１）か
ら、流入ポンプ（２）によって流入管（３）を通り前段
塔（４）内を下向流で流下する。その際、前段塔内に充
填されている前段粒状活性炭層（５）と当該被処理液が
接触することにより、被処理液中の過酸化水素が分解除
去される。その後、前段処理液は、前段塔（４）下部に
連結している配送管（６）を経て、後段塔（７）上部か
ら当該後段塔（７）内を下降流で流下し、後段粒状活性
炭層（８）を通り、当該後段塔（７）下部からの処理水
は流出管（９）を通過し、貯水タンク（１６）へ送られ
る。

【００２１】上述の通水を続行するにしたがい前段塔
（４）の粒状活性炭層（５）には過酸化水素の分解にと
もない発生する酸素に起因する気泡が発生するが、その
まま通水を続行する。

【００２２】当該通水中に弁（３１）を開き、取水管
（１０）から前段塔出口水を採取し、前段塔処理水過酸
化水素濃度を測る。そして、前段塔処理水過酸化水素濃
度が、１ｍｇ／Ｌ前後（０．９〜１．０ｍｇ／Ｌ）とな
った時点で、通水を中断し、前段塔（４）の逆洗工程に
はいる。即ち、弁（３０）、（３５）を閉じ、弁（３
２）、（３４）を開き、貯水タンク（１６）から、逆洗
ポンプ（１１）によって、前段逆洗管（１２）を介し、
前段塔（４）を逆洗することにより、前段粒状活性炭
（５）内に発生している気泡を除去する。

【００２３】逆洗水は、前段塔逆洗水排出管（１４）を
経て系外へ排出される。逆洗終了後、弁（３０）を開
き、弁（３２）、（３４）を閉じ、通水を再開する。な
お、前段塔（４）の逆洗中は、被処理水槽（１）の被処
理水を後段塔（７）に図示してない配管を用いて直接通
水しても短時間の通水なので後段塔に気泡が発生するこ
とはない。従って前段塔の逆洗中に後段塔の通水を行っ
ても差し支えない。

【００２４】また、長時間使用後、後段塔（７）に縣濁
物等がつまり、圧力損失が増大した場合は、逆洗ポンプ
（１１）によって、後段逆洗管（１３）を介し、後段塔
（７）を逆洗洗浄してもさしつかえない。

【００２５】図２は同じ量の粒状活性炭を充填した前段
塔と後段塔に１００ｍｇ／Ｌの濃度の過酸化水素を含む
原水を直列に通水したときの前段塔処理水の過酸化水素
濃度と通水時間の関係図である。なお図２に示していな
いが後段塔の処理水の過酸化水素濃度は前段塔の処理水
過酸化水素濃度が１ｍｇ／Ｌまでの時点で０．０ｍｇ／
Ｌである。図２からわかるように、従来法は、一塔処理
なので６日後には処理塔出口水における過酸化水素濃度
が０．１ｍｇ／Ｌとなり、充填塔の逆洗洗浄工程に入ら
なければならなかったが、本発明のように後段塔を設置
することにより前段塔の逆洗を実施することなく１．０
ｍｇ／Ｌまで通水可能となり、従って逆洗するまでの通
水時間が約２９０日と大幅に延長でき、逆洗するまでの
運転時間を従来の約３０倍とすることができた。

【００２６】

【効果】以上説明したごとく、本発明方法は、粒状活性
炭層に原液を通過させるのみで過酸化水素を除去できる
ので従来法のような大きな反応槽を必要とせず、装置の
設置面積を小さくすることができ、装置の設備費を従来
のものより安価にすることができ、更に還元剤を用いる
必要がなくなるので、ランニングコストも大幅に低減で
きる。

【００２７】さらに粒状活性炭充填塔として前段塔と後
段塔の少なくとも２塔を設置し、過酸化水素を含む被処
理水を前段塔と後段塔の順に直列に通水し、後段塔の入
口の被処理水の過酸化水素濃度を常に１ｍｇ／Ｌ以下に
することにより、後段塔の充填層内に気泡が発生しない
ようにして処理するので、後段塔処理水の過酸化水素濃
度を常に低レベルに保つことができ、しかも前段塔はそ
の処理水の過酸化水素濃度が１ｍｇ／Ｌになるまで通水
を続行することが出来るので、従来の一塔処理方式より
も逆洗間隔を約３０倍も延長させることができ、逆洗用
水量を大幅に削減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の一例のフローを示す説明図で
ある。

【図２】前段塔の通水時間と処理水過酸化水素の濃度の
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１．被処理水槽 ２．流入ポンプ ３．流入管 ４．前段塔 ５．前段粒状活性炭層 ６．配送管 ７．後段塔 ８．後段粒状活性炭層 ９．流出管 １０．取水管 １１．逆洗ポンプ １２．前段逆洗管 １３．後段逆洗管 １４．前段塔逆洗水排出管 １５．後段塔逆洗水排出管 １６．貯水タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/28 C02F 1/58 C02F 1/70

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過酸化水素を含む水溶液を粒状活性炭充
   填塔に通液して、過酸化水素を除去するにあたり、当該
   粒状活性炭充填塔として、前段塔及び後段塔の少なくと
   も二塔を設置し、上記水溶液を下降流で前段塔及び後段
   塔の順に直列に通液し、前段塔の処理液過酸化水素濃度
   が１ｍｇ／Ｌ前後となった時点で、前段塔を逆洗するこ
   とにより、粒状活性炭層内の気泡を除去し、その後に再
   び前段塔及び後段塔の順に直列に通液することを特徴と
   する粒状活性炭充填塔による過酸化水素の除去方法。