JP3115750B2 - 純水の製造方法 - Google Patents

純水の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子産業や医製薬産業等
に用いる純水の製造方法に関し、更に詳述すればシリカ
濃度が20μg/L以下の脱塩水を逆浸透膜(RO)処
理して純水を製造する純水の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、イオン交換装置や逆浸透膜装
置(RO装置)を組合わせた純水装置が数多く考案され
ている。例えば、工水等の原水をRO装置で脱塩後、イ
オン交換装置でさらに脱塩するシステムがある。また半
導体向けの超純水製造装置の1次純水製造装置には、イ
オン交換装置で脱塩後、さらにRO処理し、処理水中の
TOCや微粒子、コロイド状物質を低減するシステム等
が多く採用されている。
【0003】しかし、近年になり、半導体ウエハーの洗
浄水などに利用する純水は、さらなる高純度化が要求さ
れている。特にシリカ濃度を低減することが要求されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のRO装置は、主
としてイオン交換装置では除去しきれないTOCや微粒
子、コロイド物質を除去する目的で設置されていた。本
発明者は従来のRO装置のこれらの目的に加えて、シリ
カ濃度の低減も同時に行うことを目的として種々の検討
を行った結果、従来のRO装置でシリカが充分に低減さ
れない理由は、給水中のシリカ濃度が低下するとRO膜
のシリカ除去率が大きく低下することにあることが判明
した。更に、給水中のシリカ濃度が低い場合、透過水中
のシリカ濃度をさらに低減するには、RO装置の透過水
回収率を低くしなければならないことを知得して本発明
を完成するに至ったもので、その目的とするところは、
シリカ濃度の低い純水が得られると共に、濃縮水の有効
利用が図れる純水の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、シリカ濃度が20μgSiO2 /L以下の給水を
逆浸透膜装置に供給して給水を透過水と濃縮水とに逆浸
透膜分離する純水の製造方法において、前記逆浸透膜装
置の透過水量を給水の供給水量に対して80%以下とす
ることを特徴とする純水の製造方法であり、濃縮水をイ
オン交換処理して逆浸透膜装置の給水に戻すことを含
む。
【0006】また本発明は、複数の逆浸透膜装置を連設
してなり、最前段の逆浸透膜装置から最後段の逆浸透膜
装置まで順次前段の濃縮水を後段の逆浸透膜装置で逆浸
透処理してそれぞれの逆浸透膜装置からそれぞれの透過
水を純水として取り出す純水の製造方法において、最前
段の逆浸透膜装置にシリカ濃度が20μgSiO2 /L
以下の給水を供給すると共に、最前段の逆浸透膜装置の
透過水量を給水の供給水量に対して80%以下とするこ
とを特徴とする純水の製造方法であり、最後段の逆浸透
膜装置の濃縮水をイオン交換処理して最前段の逆浸透膜
装置の給水に戻すことを含む。
【0007】以下、本発明を図面を参照して詳細に説明
する。 (実施態様1)図1は本発明の第1の実施態様を示すフ
ロー図である。図1中1は給水で例えば市水、工業用水
(工水)等の原水を2床3塔式や混床式等のイオン交換
装置で前処理してシリカ濃度を20μgSiO2 /L以
下、特に好ましくは10μgSiO2 /L以下に保って
ある。この給水には他のイオン種やTOC成分(有機
物)等が共存していても良い。
【0008】給水1は貯槽2に送られ、一時貯留された
後、高圧ポンプ3により加圧されRO装置4に供給され
る。高圧ポンプ3、及びRO装置4は通常使用されてい
る公知のものがそのまま利用できる。RO膜としては例
えばポリアミド系合成膜や酢酸セルロース系膜等があ
り、具体的には東レ製SU710、720や日東電工製
NTR−759UP等が好ましい。
【0009】高圧ポンプ3の圧力も公知の圧力範囲のも
のである。
【0010】前記のようにRO装置4に加圧供給された
給水は、ここで逆浸透処理され、RO膜を透過してシリ
カ濃度を低減させた透過水5と、RO膜を透過せずに、
従ってシリカ濃度を増加させた濃縮水6とに分離されて
取り出される。この場合、後述の検討例に示すごとく、
透過水5の透過水量の、RO装置4に供給される給水1
の供給水量に対する割合(回収率と略記する)を80%
以下、特に75〜50%とすることが好ましいものであ
る。回収率は濃縮水6の流量をバルブ7で調節する等の
手段で行うことができる。
【0011】本実施態様においては、上記のように構成
することにより、シリカ濃度を低減させた透過水5を純
水として取り出し、これを例えばUV酸化装置、混床式
ポリシャー、限外濾過膜装置で更に処理して超純水とな
し、半導体ウエハーの洗浄用途に供するものである。
【0012】なお、上記態様において濃縮水6はそのま
ま系外に排出し、又はそれ程高純度のものを必要としな
い他の用途に利用しても良いが、濃縮水6をイオン交換
装置(不図示)に通水して濃縮されたシリカ等の不純物
を低減させた後、例えば原水タンク2等に返送すること
により、給水1に戻しても良く、この場合には水の有効
利用が図れるものである。
【0013】イオン交換装置としては各種の公知のもの
が利用できる。
【0014】具体的には陽イオン交換樹脂と陰イオン交
換樹脂とを混合して同一の塔内に充填した混床式イオン
交換装置(MB)、陽イオン交換塔と脱炭酸塔と陰イオ
ン交換塔とをこの順に連設してなる2床3塔式イオン交
換装置(2B3T)、陰イオン交換塔単独の装置、更に
これらを適宜組合わせたもの等がある。 (実施態様2)図2は本発明の第2の実施態様を示すフ
ロー図で、図中10は市水、井水、工水等の原水に、凝
集濾過、膜除濁等の前処理を行って得られた前処理水で
ある。前処理水10は、2床3塔式イオン交換装置1
2、混床式イオン交換装置14を順次通過することによ
り、シリカ濃度を20μgSiO2 /L以下に低減され
て給水16となり、貯槽18に貯留される。次いで、給
水16は高圧ポンプ20によって第1RO装置22に圧
送され、ここで逆浸透処理がなされ、これにより第1透
過水24と第1濃縮水26とが得られるが、この場合透
過水24の透過水量の、第1RO装置22に供給される
給水16の供給水量に対する割合(回収率)を80%以
下、特に75〜50%とすることが好ましいものであ
る。
【0015】回収率は第1バルブ28で調節できる。
【0016】このようにして得られた第1透過水24は
シリカ濃度が著しく低減されたものであり、これを例え
ば混床式ポリシャーや限外濾過膜装置で更に処理して半
導体ウエハー洗浄用の超純水を製造する。
【0017】一方、シリカ濃度を増加させた第1濃縮水
26は、次いで第2RO装置30に送られ、ここで逆浸
透処理がなされ、第2透過水32と第2濃縮水34とが
製造される。
【0018】ここで第2RO装置の回収率は80%以下
に限定されることなく、任意の値とすることができる。
RO装置の回収率は第2バルブ36によって調節でき
る。
【0019】このようにして得られた第2透過水32は
一般的に第1透過水24よりもシリカ濃度が高いので、
前記第1透過水24と混合することなく、別系統の純水
として、第1透過水24と異なる用途に供することが好
ましいが、勿論混合使用をすることもできる。
【0020】前記第2濃縮水34は、その後回収管38
を通って混床式イオン交換装置14の前段に返送され、
次いで混床式イオン交換装置14を透過する際に濃縮さ
れたシリカを除去され、シリカ濃度が20μgSiO2
/L以下となり、貯槽18に送られ、以後上記と同様に
処理される。
【0021】なお、上記態様においては、RO装置は2
個使用したが、これに限られず任意の個数のRO装置を
連設し、順次前段の濃縮水を後段のRO装置で処理して
RO装置の個数と等しい数の純水をそれぞれのRO装置
毎に取り出しても良い。また、第2濃縮水34を2床3
塔式イオン交換装置12の前段に返送しても良い。
【0022】上記のように構成することにより、RO装
置に供給される水の全利用率を高めることができ、また
各RO装置の透過水を混合しない場合には、種々のシリ
カ濃度の純水が得られるため、用途別に要求される純度
の純水を供給でき、合理的に使用できる。
【0023】以下、検討例により本発明を更に説明す
る。 (検討例1)図1に示す構成の純水製造装置を用いて以
下の検討を行った。RO膜は東レ(株)製SU710を
用いた。
【0024】本装置を用いて給水中のシリカ濃度が膜分
離性能に与える影響を検討した結果を図3に示した。給
水中のシリカ濃度は工業用水を超純水で希釈する事によ
り調整した。運転圧力は17kgf/cm2 、回収率は
60%、透過水5の流量は460L/hrであった。濃
縮水6及び透過水5は全量貯槽2に循環した。また、濃
縮水6の流路には図示していない熱交換器が設置され、
水温を23℃に維持した。図3よりRO膜のシリカ分離
性能は濃度が低くなると低下する事がわかる。特に給水
シリカ濃度が20μgSiO2 /L以下になると分離性
能の低下が激しいものである。
【0025】なお、図3中SPはRO膜の塩透過率(但
し、この場合はシリカ透過率)を示し、下式で定義され
る。
【0026】
【数1】 但し、CF :給水中のシリカ濃度 CR :濃縮水中のシリカ濃度 CP :透過水中のシリカ濃度 (検討例2)図1に示した装置を用いて、濃縮水バルブ
7を調整する事により回収率を変化させた検討結果を図
4に示した。給水には2B3T型イオン交換装置の処理
水(シリカ濃度12μgSiO2 /L)を用いた。この
結果より、透過水のシリカ濃度は回収率が高いと上昇す
る傾向をもち、特に回収率が80%を越えると急速に増
加する事がわかる。したがって、回収率を80%以下、
望ましくは75%以下で運転する事が好ましい。本検討
では、はっきりした傾向を得るために、比較的シリカ濃
度の高い2B3T型イオン交換装置の処理水を給水とし
て利用したが、シリカ濃度のより低い(2B3T+M
B)装置の処理水等を利用した場合、更に除去率が低下
するのは図3より明らかである。
【0027】本発明は前記のように、これら検討例の知
見を基礎として完成したものである。
【0028】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。 実施例1 本発明においては、RO装置の回収率を低くすることに
よりシリカ除去性能を高めているが、このため給水の多
くが濃縮水となり、これを何ら利用せずに廃棄すると水
の利用効率の点では不利になる。そこで、図2に示す構
成とした。第1RO装置22の回収率を50%、第2R
O装置30の回収率を80%に設定した。
【0029】この結果、第1RO装置22の透過水と第
2RO装置30の透過水とを合計した装置全体の回収率
は90%になった。給水には2床3塔式+混床式のイオ
ン交換装置の処理水(シリカ濃度1.1μgSiO2
L)を用いた。第1透過水24中のシリカ濃度は0.2
μgSiO2 /Lであったのに対し、第2透過水32の
シリカ濃度は0.4μgSiO2 /Lであり約2倍の差
があった。従来どうり第1透過水24と第2透過水32
を混合した場合のシリカ濃度は0.3μgSiO2 /L
となり、第1透過水24より50%も高濃度であった。
したがって、第1透過水24と第2透過水32を用途別
に使い分ける事により、シリカ濃度の極めて低い純水
(第1透過水)を得るとともに水の有効利用を図る事が
可能となった。
【0030】なお、RO膜は東レ(株)製SU710を
使用した。
【0031】また第2濃縮水34のシリカ濃度は約9.
1μgSiO2 /Lであった。この濃縮水を2床3塔式
イオン交換装置12の処理水に混合し、混床式イオン交
換装置14に通水する事により、更に水の有効利用を図
ることができた。この場合も、混床式イオン交換装置1
4を透過して得られた給水16のシリカ濃度は1.1μ
gSiO2 /Lであり変化はなかった。
【0032】
【発明の効果】本発明はシリカ濃度が20μgSiO2
/L以下という極めて低濃度のシリカ含有水をRO装置
で処理するに際し、RO装置を低回収率で運転すること
により、シリカ濃度を可及的に低減する事と同時に水の
有効利用を計ることができる。即ち、RO装置を低回収
率で運転するとシリカ濃度を低減できるが、その結果R
O装置の濃縮水が増加し、水有効利用の観点からはマイ
ナスである。そこで、増加した濃縮水を更に別のRO装
置の給水に利用して透過水を得ることにより、水の有効
利用を計ることができる。ここで得られた透過水の水質
は前段の透過水より劣るので、混合して使用しないこと
が望ましい。
【0033】また、RO濃縮水はシリカが濃縮されてい
るが、イオン交換処理することにより、RO装置の給水
に再利用できる。
【0034】本発明方法により、シリカ濃度を充分に低
下した純水を得ることができるが、この純水を更にイオ
ン交換処理やUF膜などによる膜濾過処理することによ
り、シリカを可及的に除去した超純水を得ることが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施態様を示すフロー図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施態様を示すフロー図であ
る。
【図3】RO膜の塩透過率と給水中のシリカ濃度との関
係を示すグラフである。
【図4】給水中のシリカ濃度を一定とした時のRO膜の
回収率と透過水のシリカ濃度の関係を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1、16 給水 2、18 貯槽 3、20 高圧ポンプ 4、22、30 逆浸透膜装置 5、24、32 透過水 6、26、34 濃縮水 7、28、36 バルブ 14 混床式イオン交換装置 38 回収管

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリカ濃度が20μgSiO2 /L以下
    の給水を逆浸透膜装置に供給して給水を透過水と濃縮水
    とに逆浸透膜分離する純水の製造方法において、前記逆
    浸透膜装置の透過水量を給水の供給水量に対して80%
    以下とすることを特徴とする純水の製造方法。
  2. 【請求項2】 濃縮水をイオン交換処理して逆浸透膜装
    置の給水に戻す請求項1に記載の純水の製造方法。
  3. 【請求項3】 複数の逆浸透膜装置を連設してなり、最
    前段の逆浸透膜装置から最後段の逆浸透膜装置まで順次
    前段の濃縮水を後段の逆浸透膜装置で逆浸透処理してそ
    れぞれの逆浸透膜装置からそれぞれの透過水を純水とし
    て取り出す純水の製造方法において、最前段の逆浸透膜
    装置にシリカ濃度が20μgSiO2/L以下の給水を
    供給すると共に、最前段の逆浸透膜装置の透過水量を給
    水の供給水量に対して80%以下とすることを特徴とす
    る純水の製造方法。
  4. 【請求項4】 最後段の逆浸透膜装置の濃縮水をイオン
    交換処理して最前段の逆浸透膜装置の給水に戻す請求項
    3に記載の純水の製造方法。
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