JP3323040B2 - 超純水製造装置 - Google Patents

超純水製造装置

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JP3323040B2 JP22888495A JP22888495A JP3323040B2 JP 3323040 B2 JP3323040 B2 JP 3323040B2 JP 22888495 A JP22888495 A JP 22888495A JP 22888495 A JP22888495 A JP 22888495A JP 3323040 B2 JP3323040 B2 JP 3323040B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超純水製造装置に
関し、特に、超純水中のTOC(トータル・オーガニック
・カーボン(Total Organic Carbon))の低減と超純水
の導電率の低減を実現できる超純水製造装置に関する。
さらには、低濃度の有機排水を回収することができ、好
気性微生物と嫌気性微生物の両方が繁殖し難い超純水を
提供できる超純水製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体工場における超純水に対する要求
水質は半導体素子の微細化の進展と共に厳しくなってい
る。特に、64M-DRAM以上の集積度の半導体素子
を製造する工場では、超純水におけるTOCを、1ppb
以下にまで低減させている。
【0003】一般に、超純水製造装置は、前処理装置と
1次純水製造装置と2次純水製造装置から構成される。
そして、この前処理装置は、凝集沈殿や凝集濾過や凝集
加圧浮上などの物理化学処理方法を採用している。この
ような前処理装置の具体例を、図4(A)と図4(B)に示
す。また、上記1次純水製造装置としては、逆浸透膜や
イオン交換樹脂や紫外線殺菌器等を組み合わせた装置が
存在している。また、上記2次純水製造装置は、紫外線
酸化装置やイオン交換樹脂や限外濾過膜等から構成され
ている。
【0004】上記図4(B)に示した前処理装置は、図4
(A)に示した前処理装置と同様に化学物理処理である凝
集濾過方式を採用しており、被処理水中の濁質処理を主
目的とした前処理装置である。従って、図4に示した2
つの前処理装置は、被処理水中のTOCである有機窒素
化合物に対して効果的な処理装置ではない。最近の研究
によれば、超純水中の残存TOCは原水由来の有機窒素
化合物が原因していることが判明している。ここで、原
水とは工業用水や市水や地下水等を意味する。また、市
水とは飲料水や水道水を意味する。
【0005】一般的に、被処理水中のTOCを処理する
方法としては逆浸透膜やイオン交換樹脂や紫外線酸化装
置などを使用する方法が存在している。しかし、超純水
中のTOCが1ppb以下という水質が要求される時代に
至った最近では、上記一般的なTOC処理方法で使用さ
れている装置に付け加えて、好気性の微生物を利用した
生物処理方法を採用した前処理装置も開発されている
(特開平6−63592号公報参照)。
【0006】最近は、水資源に対する意識が高まり、原
水としての市水,工水,地下水を無限に使用するのではな
く、排水を回収して再利用できる超純水製造装置も多く
計画されている。たとえば、原水に有機溶剤としてのイ
ソプロピルアルコール(以下、IPAと省略する。)やアセ
トンを数ppm含有した排水を混合して、有機窒素化合物
を処理する超純水製造装置の前処理装置も開発されてい
る(特開平6−233997号公報参照)。
【0007】この従来の超純水製造装置では、まず、被
処理水中の有機窒素化合物が前処理装置である生物処理
装置によって処理される。その後、上記被処理水は従来
の1次純水製造装置と2次純水製造装置によって処理さ
れて、最終的にTOCが1ppb以下の超純水が確保され
ていた。
【0008】言いかえれば、生物処理工程を含む前処理
装置無しでは、全有機物としてのTOCを1ppb以下ま
で処理することが不可能であった。つまり、凝集沈澱,
逆浸透膜,限外濾過膜,TOC-UV(トータル・オーカ゛ニック・カーホ゛ン
‐ウルトラハ゛イオレット(Total OrganicCarbon-Urtra Violet))等
の各装置を組み合わせただけでは、1ppb以下の超純水
を作り出すことは不可能であった。
【0009】上記した生物処理装置は、好気性の微生物
を利用すると共に充填材に活性炭を用いて、尿素を代表
とする有機窒素化合物を処理するものである。しかしな
がら、上記活性炭を用いた生物処理装置は、回収水を利
用するために、回収水を流入水に合流させたときに、被
処理水中のTOC濃度(IPA,アセトン等の有機物質濃
度)が100ppm程度に達して、好気性の微生物が急激に
繁殖し、充填材の部分が微生物の異常繁殖によって急激
に閉塞する問題がある。被処理中のTOC濃度を急激に
上昇させる排水としては、低濃度有機排水がある。
【0010】活性炭等に好気性の微生物が繁殖して、充
填材が閉塞するという問題は、一般によく知られた事実
である。特に、IPAやアセトンに起因する微生物の異
常繁殖に対しては、充填物としての活性炭を頻繁なる逆
洗によって洗浄しても、抑制効果が少ない。したがっ
て、逆洗は、異常繁殖による活性炭の閉塞に対する十分
な解決策ではなかった。
【0011】被処理水中の有機窒素化合物を処理する方
法としては、嫌気処理と好気処理の組み合わせが考えら
れるが、従来技術では、被処理水中の有機窒素化合物の
濃度が比較的低いことと被処理水中の浮遊物質(SS(サ
スペンディド(suspended)・ソリッド(solid))が存在しな
いこととに起因して、微生物を槽内に保持することが不
可能であった。
【0012】また、従来は、有機窒素化合物が高濃度で
かつ浮遊物質が適度に存在していて、嫌気処理と好気処
理の組み合わせが可能な場合であっても、嫌気処理と好
気処理をそれぞれ別個の槽で計画していた。したがっ
て、嫌気処理槽と好気処理槽の2槽が必要であり、必然
的に設置面積が大きくなっていた。
【0013】また、従来の超純水製造装置においては、
1次純水製造装置や2次純水製造装置においては、殺菌
処理が一般に行なわれていた。一方、前処理装置におい
ては、微生物が異常繁殖することがないので、殺菌は実
施されていなかった。
【0014】1次純水製造装置や2次純水製造装置にお
いては、短時間で殺菌作用がある紫外線殺菌器が使用さ
れている。また、2次純水製造装置の出口から生産装置
までの配管を年に1度3時間程度殺菌洗浄する際には、
過酸化水素が使用されている。しかし、過酸化水素によ
る殺菌洗浄後に、超純水で過酸化水素を配管から完全に
洗い抜き出すには数時間必要であることが問題であっ
た。そこで、超純水の採取を短時間で立ち上げるために
は、過酸化水素を薬品によって中和する方法も考えられ
るが、超純水配管に中和剤が残存することが好ましくな
い。
【0015】過酸化水素は、次亜塩素酸ナトリウムとは
異なり、ナトリウムイオンや塩素イオン等のイオンを含
まないから、超純水製造装置にとって都合の良い殺菌剤
である。しかし、1%〜数%の過酸化水素を使用して
も、殺菌反応時間が3時間程度であることが多く、殺菌
反応時間が長いことが欠点である。したがって、1次純
水製造装置や2次純水製造装置においては、反応装置が
大きくなることから、殺菌剤として過酸化水素は使用さ
れていなかった。
【0016】また、過酸化水素は、次亜塩素酸ナトリウ
ムや紫外線殺菌器と比較して反応時間が3時間程度と比
較的長いから、生産装置までの配管の殺菌洗浄以外の超
純水製造装置本体つまり1次純水製造装置や2次純水製
造装置では使用されていなかった。
【0017】過酸化水素による微生物に対する化学的な
殺菌効果は、次の,の通りであることが判明してい
る。
【0018】 過酸化水素の酸化力によって、微生物
の蛋白質が変質または分解して、その後の工程において
残存微生物の微生物活性が低下する。
【0019】 微生物が存在していると、微生物の酵
素によって過酸化水素が分解される。この分解によって
発生する酸素ガスが、微生物のロウ物質膜を破裂させて
微生物を完全に死滅させる。
【0020】ここで、図5に、微生物を用いて前処理を
行う従来の超純水製造装置を示す。この装置は、工業用
水と、工場で使用後の回収水とを原水として、貯留槽1
01に導入する。そして、この貯留槽101に導入され
た原水は3時間以上の滞留時間を経て、送水ポンプ12
3によって上向流式生物分解装置117に導入される。
この上向流式生物分解装置117には活性炭などの充填
物が充填されて好気性の微生物が繁殖している。次に、
被処理水(処理を受けた原水)はばっ気槽120に導入さ
れる。このばっ気槽120では、上記被処理水は散気管
126から吐き出される曝気空気によって曝気される。
散気管126への空気はブロワー124から供給され
る。そして、このばっ気槽120内の一部の被処理水
は、ばっ気槽ポンプ118によって上向流式生物分解装
置117に返送されて循環することになる。また、上記
ばっ気槽120内の別の一部の被処理水は、ポンプビッ
ト121に導入されて、送水ポンプ125によって順に
分離膜装置122と1次純水製造装置110に送水され
る。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】最近の半導体工場で
は、超純水の水質に対するグレードも極限のレベルに達
しており、水質の各項目に関しては特にその低減化が求
められている。また、その低減化と同時に資源の有効利
用の観点から排水の再利用も求められている。
【0022】図5に示した従来例は、前処理に好気性微
生物のみを使用しているので、TOCの低下は期待でき
るが、嫌気性の微生物を使用していないので、硝酸性窒
素を還元して窒素ガスに処理する機構はない。したがっ
て、処理水の導電率の低減は全く期待できない。また、
強力な酸化剤である過酸化水素水による酸化工程が存在
していないので、膜分離装置における精密濾過膜では微
生物の中で大きさの最も小さいウイルスについては完全
に除去されない。そして、この分離膜装置の膜にトラブ
ルがあると、1次純水製造装置と2次純水製造装置の全
体において微生物が繁殖する危険性がある。特に、従来
技術では、1次純水製造装置のRO装置の直前で次亜塩
素酸ナトリウムを添加して殺菌するものもあるが、この
後に還元剤として亜硫酸水素ナトリウムを添加するか
ら、塩素イオンとナトリウムイオンなどが被処理水中に
残る問題もある。また、この従来例でも、IPA等有機
物を含有した回収水の利用は可能であるが、より多くの
排水が利用できるのが望ましい。
【0023】また、前処理装置で、有機窒素化合物由来
の硝酸性窒素を処理しておけば、1次純水製造装置への
硝酸性窒素の負荷が軽減されることとなる。
【0024】従来技術での好気性微生物による処理で
は、好気性微生物の栄養源が消費されるので、これ以降
の工程で好気性微生物の繁殖が抑制される。しかし、嫌
気性の微生物の栄養源は消費されていない上に、1次,
2次純水製造装置は密閉状態であり、嫌気性微生物が繁
殖し易い条件が成立しているので、嫌気性微生物が繁殖
する可能性が大きい。
【0025】また、特開平6−233997号公報や特
開平6−63592号公報に記載されている技術では、
1次,2次純水製造装置への微生物をカットする方法と
して、生物処理の後のUF膜分離装置またはMF膜分離
装置を採用している。
【0026】しかし、この従来技術においても、仮に前
処理装置への被処理水としてTOC濃度が100ppm程
度の低濃度有機排水が導入された場合には、異常繁殖し
た微生物が上記UF膜分離装置またはMF膜分離装置を
閉塞させる問題がある。
【0027】従来例における殺菌は、前処理装置の被処
理水に対するものではなく、1次純水製造装置や2次純
水製造装置の被処理水に対するものであり、短い反応時
間で直接的に殺菌剤を添加するものや、あるいは直接的
に紫外線を照射するものである。従って、上記従来例に
おける殺菌は、低濃度有機排水による微生物の異常繁殖
に対しては比較的効力が小さい殺菌であったことが問題
である。
【0028】前記したように、特にTOC100ppm程
度の流入水(原水と回収水の混合水)を前処理装置の被処
理水としている場合には、前処理装置が微生物によって
異常繁殖した状態となる。このことは、微生物の最も少
ない超純水が求められている今日の観点からすれば問題
であり、前処理装置が強力な殺菌手段をもっていないこ
とが問題になる。
【0029】100ppm程度のTOCを含んでいる被処
理水を前処理装置で処理する場合、1次純水製造装置の
前段の前処理装置で確実に殺菌して、1次純水製造装置
以降では微生物繁殖の可能性を極力少なくする必要があ
る。また、この前処理装置での殺菌は簡便な設備で実行
でき、殺菌後に殺菌剤による系内の汚染がないことが必
要である。
【0030】従来の超純水製造装置の前処理装置におい
て過酸化水素が使用されていなかった理由は、前処理装
置に流入する被処理水のTOC濃度が100ppm程度に
達しておらず、微生物が異常繁殖していなかったからで
ある。このため、1次純水製造装置での次亜塩素酸ナト
リウムによる短時間殺菌でも問題はなかったのである。
【0031】これに対し、原水に低濃度有機排水を混合
させて、TOC100ppm程度の被処理水を処理する前
処理装置では、3時間以上の反応時間の確実な殺菌工程
が必要である。また、この殺菌工程は、イオンの増加が
ない殺菌工程である必要がある。
【0032】そこで、本発明の目的は、微生物の異常繁
殖による処理系の閉塞を招くことなく、回収排水に微生
物処理を施して再利用でき、かつ、TOCが1ppb以下
の超純水を得ることができるコンパクトな超純水製造装
置を提供することにある。
【0033】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明の超純水製造装置は、原水の前処理
装置と1次純水製造装置と2次純水製造装置を備える超
純水製造装置において、上記前処理装置は、上部から自
然落下してくる微生物を電荷により付着する塩化ビニリ
デンが充填された嫌気有機物処理部を有する下部と、開
口を持つ分離板を介して上記下部の上に配置されてお
り、吐出空気によって形成される2種類の水の循環ライ
ンを有する好気有機物処理部を含んでいる生物処理装置
を有する上部とを備え 上記好気有機物処理部は、 微生
物を生育させた木炭と、微生物を生育させたプラスチッ
ク製充填物と、ばっ気手段とを有する第1接触循環部
と、 上記第1接触循環部に隣接されており、微生物を生
育させた木炭と微生物を生育させたプラスチック製充填
物とを有する第2接触循環部と、 上記第1,第2接触循
環部よりも上に配置されて処理水に水没しないようにな
っており、微生物を生育させた木炭とプラスチック製充
填物とを有し、上記第2接触循環部からエアーリフトポ
ンプによって汲み上げられた処理水が散布され、この処
理水を上記木炭とプラスチック製充填物とを通過させな
がら落下させて、上記第1,第2接触循環部に戻す第1
反応散水部とを備え、 上記2種類の水の循環ラインは、
上記エアーリフトポンプと、 上記第1接触循環部の底部
に配置され、曝気空気によって、上記第1接触循環部か
ら第2接触循環部に処理水を循環させる散気管とによっ
て、形成されることを特徴としている。
【0034】この請求項1の発明によれば、超純水製造
装置の前処理装置は、下部が嫌気有機物処理部を有し、
上部が好気有機物処理部を有している。したがって、第
1に、好気有機物処理部では、微生物が時間とともに繁
殖した汚泥は自然沈降によって自動的に下部の嫌気有機
物処理部に至る。この下部に降下した微生物は、嫌気性
の微生物として固定化することができる。
【0035】この嫌気有機物処理部では、時間が経過す
るにしたがって酸素が供給されなくなって、嫌気性の微
生物が時間の経過とともに発生して繁殖する。これによ
り、次第に嫌気性の微生物が大部分を占めることとな
る。こうして、下部では嫌気性微生物を繁殖させた嫌気
処理領域を形成し、上部では好気性微生物を繁殖させた
好気性領域を形成したから、この前処理装置に導入され
た被処理水は、好気性と嫌気性の両方の微生物によっ
て、微生物の栄養源が処理(消費)がされる。したがっ
て、その後の工程において両方の微生物が発生繁殖し難
い被処理水を得ることができる。
【0036】また、この発明は、上部と下部との立体構
造を備えているので、設備面積を節約できる。また、こ
の発明は、嫌気有機物処理部と好気有機物処理部を有し
ているから、被処理水中のTOCのみならず有機窒素化
合物をも処理することができる。また、この発明によれ
ば、有機窒素化合物を処理したときに発生した硝酸性窒
素を、上記微生物によって除去でき、結果的に被処理水
の導電率を改善することができる。
【0037】したがって、請求項1の発明によれば、微
生物の異常発生を防止して、処理系の閉塞を招くことな
く、回収排水に微生物処理を施して再利用することがで
き、かつ、TOCが1ppb以下の超純水を得ることがで
きるコンパクトな超純水製造装置を提供することができ
る。
【0038】また、請求項1の発明によれば、前処理装
置の下部が有する嫌気有機物処理部に充填された塩化ビ
ニリデンが、好気有機物処理部を含んだ上部から自然落
下してくる微生物を電荷により付着する構成により、嫌
気有機物処理部での微生物濃度を高めて、微生物による
処理能力を高めることができる。
【0039】また、請求項1の発明によれば、上記前処
理装置の上部が有する生物処理装置が含んでいる好気有
機物処理部が、上記エアーリフトポンプと、上記第1接
触循環部の底部に配置された散気管とによって形成され
2種類の水の循環ラインを有する構成により、被処理
水中の溶存酸素を高める効果があり、また、被処理水は
より多くの空気と接触することになる。
【0040】また、請求項2の発明は、請求項1に記載
の超純水製造装置において、上記下部の嫌気有機物処理
部と上記上部の好気有機物処理部とを通過した処理水
を、上記下部の嫌気有機物処理部に返送させる処理水返
送手段を備え、上記処理水を上記嫌気有機物処理部と上
記好気有機物処理部とを循環させることを特徴としてい
る。
【0041】したがって、請求項2に記載の発明によれ
ば、嫌気処理および好気処理を通った被処理水の一部が
上記嫌気有機物処理部に返送されて循環する。したがっ
て、被処理水中の有機窒素化合物が、まず、嫌気有機物
処理部で微生物によって嫌気的に処理され、次に、好気
有機物処理部で微生物によって硝酸性窒素まで酸化処理
される。そして、上記被処理水は、再び上記嫌気有機物
処理部に返送されて循環されるから、上記硝酸性窒素は
窒素ガスにまで還元されて窒素ガスとなる。これによ
り、上記被処理水は脱窒処理されるから、被処理水中の
導電率を改善(低減)できる。
【0042】従って、請求項2の発明によれば、被処理
水を返送循環させることなく、嫌気槽を別個に設置する
従来例に比べて、設備費用と場所を節約することができ
る。つまり、請求項2の発明によれば、よりコンパクト
で効率の良い超純水製造装置を提供することができる。
【0043】また、請求項3の発明は、原水が導入され
るようになっており、固定化担体を有する嫌気有機物処
理部を有する下部と、この下部の上に配置されており好
気有機物処理部を有する上部とを備える第1水槽と、上
記第1水槽の上部の好気有機物処理部に連通するように
隣接されている第2水槽とを備え、上記第1水槽の上部
の好気有機物処理部は、微生物を生育させた木炭と、微
生物を生育させたプラスチック製充填物と、ばっ気手段
とを有する第1接触循環部と、第1接触循環部に隣接さ
れており、微生物を生育させた木炭と微生物を生育させ
たプラスチック製充填物とを有する第2接触循環部と、
上記第1,第2接触循環部よりも上に配置されて処理水
に水没しないようになっており、微生物を生育させた木
炭とプラスチック製充填物とを有し、上記第2接触循環
部からエアーリフトポンプによって汲み上げられた処理
水が散布され、この処理水を上記木炭とプラスチック製
充填物とを通過させながら落下させて、上記第1,第2
接触循環部に戻す第1反応散水部とを備えていることを
特徴としている。
【0044】したがって、請求項3の発明によれば、前
処理装置の下部である嫌気有機物処理部に固定化担体が
充填されているので、上部の好気有機物処理部で発生し
て沈降した汚泥を上記固定化担体に固定化することがで
きる。したがって、上記沈降汚泥を単に堆積させた場合
に比べて、上記汚泥と被処理水との反応面積を増大させ
ることができ、微生物処理効率を向上させることができ
る。
【0045】また、請求項3の発明によれば、木炭とプ
ラスチック製充填物が上部の好気有機物処理部を構成す
る第1接触循環部,第2接触循環部および第1反応散水
部に充填されており、しかも、上記木炭とプラスチック
製充填物には微生物が充分に繁殖している。したがっ
て、上記好気有機物処理部によって、有機窒素化合物を
硝酸性窒素にまで酸化処理できる。
【0046】上記木炭は、上記有機窒素化合物を最初に
吸着し、その後、上記木炭に繁殖した微生物によって、
吸着した有機窒素化合物を処理する。また、上記プラス
チック製充填物は、表面に繁殖した微生物によって、有
機窒素化合物を処理し、かつ、槽内の空間部分を多くし
て発生汚泥による閉塞を防止している。
【0047】また、第1及び第2接触循環部において、
曝気手段からの空気によって被処理水を循環させている
上に、エアーリフトポンプによって上の第1反応散水部
にくみ上げられた被処理水はより多くの空気と接触す
る。したがって、有機窒素化合物をより確実に酸化させ
て硝酸性窒素にすることができる。
【0048】また、請求項4の発明は、請求項1乃至3
のいずれか1つに記載の超純水製造装置において、過酸
化水素水と上記上部の好気有機物処理部からの処理水と
が導入される過酸化水素酸化槽と、この過酸化水素酸化
槽からの過酸化水素含有処理水が導入される過酸化水素
分解槽とを備えていることを特徴としている。
【0049】請求項4の発明によれば、前処理装置は生
物処理装置の後に、過酸化水素酸化槽と過酸化水素分解
槽とを備えている。したがって、生物処理装置から多く
の微生物が流出したときに、上記過酸化水素酸化槽にお
いて過酸化水素による殺菌を行って微生物を確実に死滅
させることができる。したがって、以後の工程で、微生
物が繁殖することを抑制できる。したがって、微生物の
異常繁殖による処理系の閉塞を招かない。
【0050】また、上記過酸化水素の分解槽は、被処理
水と混合させた過酸化水素を水と酸素ガスに確実に分解
するから、過酸化水素を1次純水製造装置に残存させる
心配がない。したがって、水質の良い超純水を得ること
ができる。
【0051】また、請求項5の発明は、請求項3に記載
の超純水製造装置において、上記下部の嫌気有機物処理
部が有する固定化担体は、塩化ビニリデンで作製されて
いることを特徴としている。
【0052】従って、請求項5の発明によれば、塩化ビ
ニリデンの内部の小穴に常時嫌気性微生物を生息させる
ことができる。したがって、溶存酸素を含有した被処理
水が上記嫌気有機物処理部に導入されても、上記塩化ビ
ニリデンには安定的に嫌気性微生物が繁殖できるから、
被処理水の嫌気処理を確実に実行できる。
【0053】また、請求項6の発明は、請求項1に記載
の超純水製造装置において、上記下部の嫌気有機物処理
部と上記上部の好気有機物処理部とを通過した処理水
を、上記下部の嫌気有機物処理部に、ラインミキサーで
有機物を含んだ工場排水と混合しながら返送させる処理
水返送手段を備え、上記処理水を上記嫌気有機物処理部
と上記好気有機物処理部とを循環させることを特徴とし
ている。
【0054】この請求項6の発明によれば、処理水返送
手段が下部の嫌気有機物処理部と上部の好気有機物処理
部とを通過した処理水を、ラインミキサーで有機物を含
んだ工場排水と混合しながら、嫌気有機物処理部に返送
させる構成によって、工場排水のリサイクルを図れる。
【0055】また、請求項7の発明は、請求項1乃至3
のいずれか1つに記載の超純水製造装置において、過酸
化水素水と上記上部の好気有機物処理部からの処理水と
が導入される過酸化水素酸化槽と、この過酸化水素酸化
槽からの過酸化水素含有処理水が導入され、活性炭,プ
ラスチック製充填物,木炭が上から順に配置され、水没
しないようになっている上部と、木炭,プラスチック製
充填物を含み、水没するようになっている下部とを有す
る過酸化水素分解槽とを備えていることを特徴としてい
る。
【0056】この請求項7の発明によれば、過酸化水素
酸化槽において、過酸化水素を有機物の化学的な酸化に
使用した後、この使用済みの過酸化水素を、過酸化水素
分解槽において、水没しない上部と水没する下部とで、
活性炭と木炭の炭素を触媒として分解することができ
る。また、水没している下部では、活性炭と比較して大
きな木炭を有するので、流出を防ぐことができ、比較的
微細で過酸化水素分解能力が優れている活性炭を、被処
理水に水没することがない上部の最上部に設置している
構造によって、活性炭の流失を回避できる。
【0057】
【発明の実施の形態】以下、この発明の超純水製造装置
の実施の形態を、図を参照しながら詳細に説明する。
【0058】〔第1例〕 図1に、この発明の超純水製造装置の実施の形態の第1
例を示す。この第1例は、原水として、工業用水と回収
水が導入される。上記工業用水は窒素化合物を含む全有
機物を含有している。また、上記回収水は半導体工場か
らの低濃度有機排水である。この第1例は、上記原水を
嫌気処理する工程と上記原水を好気処理する工程とを有
している。
【0059】この第1例は、第1水槽F1と第2水槽F
2と膜分離槽24と1次純水製造装置30と2次純水製
造装置31を備えている。
【0060】上記第1水槽F1は、上部を構成している
好気有機物処理部1と、下部を構成している嫌気有機物
処理部12とを有している。この好気有機物処理部1
は、上段の第1反応散水部2と下段の第1接触循環部3
および第2接触循環部4を備えている。上記第1反応散
水部2は、上記第1,第2接触循環部3,4よりも上に配
置されていて、処理水に水没しないようになっている。
この散水部2は、木炭5Cとプラスチック製充填物6C
を有している。この木炭5Cとプラスチック製充填物6
Cは、格子板7C上に交互に積み重ねられている。格子
板7Cは側壁に固定されている。プラスチック製充填物
6A,6B,6Cとしては、具体的にはラシヒリングや、
ベルルサドルや、インタロックサドルや、テラレット
や、ポールリング等を選定すれば良い。
【0061】また、上記第1接触循環部3は、格子板7
A上に交互に積み重ねられている木炭5Aとプラスチッ
ク製充填物6Aとを有している。また、上記第2接触循
環部4も、格子板7B上に交互に積み重ねられている木
炭5Bとプラスチック製充填物6Bとを有している。上
記第1接触循環部3と第2接触循環部4は、隔壁Wを介
して隣接しており、上端と下端が互いに連通している。
また、第1接触循環部3は底部に配置された散気管8A
を有している。この散気管8Aはブロワー19に接続さ
れている。また、上記第2接触循環部4の底部は、エア
ーリフトポンプ9の下端開口に連通している。このエア
ーリフトポンプ9の下部内には散気管8Bが配置されて
おり、この散気管8Bは上記ブロワー19に接続されて
いる。また、エアーリフトポンプ9は、第2接触循環部
4に沿って上方に延在しており、上段の第1反応散水部
2の最上部の上で水平方向に屈曲している。そして、こ
の水平に延在している部分が散水管10を構成してい
る。エアーリフトポンプ9によって第2接触循環部4の
底部から汲み上げられた処理水は、上記散水管10から
上記散水部2に散布される。そして、この散水部2に散
布された処理水は、散水部2の木炭5Cとプラスチック
製充填物6Cとを通りながら落下して、上記第1および
第2接触循環部3,4に戻ることとなる。また、上記散
気管8Aからの曝気空気によって、第1接触循環部3か
ら第2接触循環部4に処理水が循環する。
【0062】一方、上記第1,第2接触循環部3,4の
下には、下方に向かって先細になっている底壁WBを挟
んで、嫌気有機物処理部12が配置されている。この底
壁WBの底端は開口しており、この開口には短い筒状の
出入管16が固定されている。上記嫌気有機物処理部1
2は、固定金具15に固定された塩化ビニリデン14を
有している。この塩化ビニリデン14は、図3(A)と
(B)に示すように、中心の軸をなしているひも状の糸体
14bと、この糸体14bから放射状に延びている複数
の輪状の部分14aとを有している。上記糸体14b
は、太い糸で編み上げたものである。この太い糸には、
複数の小さな孔が空いているから、特に嫌気性の微生物
である脱窒菌が繁殖し易い構造になっている。
【0063】また、上記嫌気有機物処理部12の底部に
は流入管13が配置されている。この流入管13は、ラ
インミキサー40に接続されている。このラインミキサ
ー40には、バルブ49aを介して工業用水が導入さ
れ、バルブ49bを介して半導体工場32からの低濃度
有機排水が導入される。また、このラインミキサー40
には、バルブ49Cを介して第2水槽F2からの処理水
が導入される。
【0064】この第2水槽F2は、上記エアーリフトポ
ンプ9を挟んで上記好気有機物処理部1の下段の第2接
触循環部4に隣接している。この第2水槽F2は、上記
第2接触循環部4の底部に連通している。
【0065】そして、この第2水槽F2の隣には、この
第2水槽F2からの処理水が導入される膜分離槽24が
配置されている。第2水槽F2と膜分離槽24とは所定
の間隔を隔てている。この膜分離槽24は、分離膜25
を有している。また、この分離膜25の下方に散気管8
Cが配置されている。この散気管8Cは上記ブロワー1
9に接続されている。また、上記分離膜25は、横方向
に配列された複数の濾過膜を有し、この複数の濾過膜
は、所定の間隔を隔てて上下に対向するように配置され
た2本の管に固定されている。そして、この複数の濾過
膜によって濾過された処理水は、分離膜用ポンプ27に
よって吸い上げられて次の1次純水製造装置30に導入
される。
【0066】この1次純水製造装置30の次段には2次
純水製造装置31が配置されている。そして、この2次
純水製造装置31を経た処理水は、半導体工場32に導
入される。
【0067】上記構成の超純水製造装置は、上記ライン
ミキサー40には、工業用水と低濃度有機排水と第2水
槽F2からの処理水が導入される。上記工業用水と低濃
度排水と処理水は、バルブ49aと49bと49cによ
って流量が調整される。上記低濃度有機排水は、IPA
等の水素供与体を含んでいる。
【0068】このラインミキサー40は、上記工業用水
と低濃度有機排水と処理水とを混合して、流入管13に
送出する。すると、この流入管13は、この被処理水と
しての混合水を嫌気有機物処理部12の底部から上方に
向かって均等に噴き出す。
【0069】一方、この嫌気有機物処理部12には、塩
化ビニリデン14が充填されており、塩化ビニリデン1
4の糸体14bの内部においては小孔が存在し、この小
孔には嫌気性の微生物が安定的に繁殖している。この嫌
気性微生物の繁殖には、混合された原水(被処理水)が
含んでいる低濃度有機排水中の溶存酸素が少なく、か
つ、上記低濃度有機排水がIPA等の水素供与体を含ん
でいることも寄与している。このような好条件に基づい
て、上記塩化ビニリデン14には脱窒菌を主体とした嫌
気性の微生物が繁殖する。脱窒菌を主体とした嫌気性の
微生物は菌体が小さく浮遊しているが、固定化担体とし
ての塩化ビニリデン14の存在によって、嫌気有機物処
理部12内に嫌気性微生物を高濃度に維持繁殖させるこ
とが可能となる。また、上記塩化ビニリデン14は細い
繊維で構成されているから、表面積が大きく、またマイ
ナスの表面電位を有している。したがって、この塩化ビ
ニリデン14は、繊維に静電気が発生しているのと同じ
ように、微生物や浮遊物が付着し易い状態になってい
る。また、この塩化ビニリデン14は固定金具15に固
定されているから、流入水量が急に増加しても、出入管
16から第1接触循環部3に流失してしまうことはな
い。
【0070】よって、特に超純水製造装置の前処理装置
のように相対的に微生物濃度の低い条件において、この
塩化ビニリデン14は、嫌気性の微生物や、原水に由来
する好気性の微生物を包含した微生物の大部分を効果的
に補足して付着させて固定化することができる。このよ
うに、この例では、金属イオンを含む凝集剤や薬品を使
用することなく被処理水を微生物処理するから、被処理
水の導電率を上昇させない効果がある。
【0071】尚、一般に、固定化担体として各種の活性
炭,アンスラサイト,ゼオライト,イオン交換樹脂,プラス
チック製成型品等が存在するが、超純水製造装置の前処
理装置における嫌気有機物処理部12の充填材として
は、嫌気性微生物が高濃度に付着して繁殖できる点で塩
化ビニリデンが最も良い。しかし、微生物処理効果をあ
る程度犠牲にするならば、上記活性炭,アンスラサイト,
ゼオライト,イオン交換樹脂,プラスチック製成型品等を
使用してもよい。
【0072】次に、上記被処理水は、脱窒菌を中心とし
た嫌気性の微生物が固定化された塩化ビニリデン14を
通過して、嫌気有機物処理部12で嫌気処理された後に
出入管16を通って第1接触循環部3に流入する。そし
て、第1接触循環部3に導入された被処理水は、第1,
第2接触循環部3,4が有している木炭5A,5Bによっ
て、未分解のTOCである全有機物が吸着処理される。
また、上記未分解のTOCである全有機物は、木炭5
A,Bとプラスチック製充填物6A,Bに繁殖している微
生物によって、好気的に微生物酸化処理されて、最終的
に硝酸性窒素となる。
【0073】また、上記第1接触循環部3内の下部に設
置されている散気管8Aは、第1ブロワー19から供給
された空気を吐出する。その結果上昇水流が生じて、被
処理水は木炭5Aと5Bおよびプラスチック製充填物6
Aと6Bに繁殖した好気性の微生物に繰り返し接触す
る。これにより、被処理水が含んでいる全有機物を効果
的に硝酸性窒素まで処理することができる。
【0074】また、図1に示すように、第1接触循環部
3と第2接触循環部4の下部および第1反応散水部2の
最下部に設けられている格子板7A,7B,7Cは、格子
が垂直方向に延びていて、上下方向への投影面積が左右
方向への投影面積よりも小さくなっている。したがっ
て、上記被処理水は、上記格子板7A,B,Cを容易に通
過して第1接触循環部3と第2接触循環部4と第1反応
散水部2とを容易に通過することができる。
【0075】そして、上記エアリフトポンプ9を運転す
ると、上記第2接触循環部4の底にある被処理水は、上
記エアリフトポンプ9を上昇して、上記散水管10から
上記第1反応散水部2の中に散水される。尚、上記エア
リフトポンプ9に替えて、通常使用されているポンプを
選定してもよいが、上記エアリフトポンプ9を選定した
場合には、比較的少ない動力費で多量の被処理水を移動
させることができるという利点と被処理水中の溶存酸素
を高める効果がある。
【0076】そして、上記第1反応散水部2が有してい
る木炭5Cとプラスチック製充填物6Cには、好気性の
微生物が付着して繁殖し生物膜を構成する。
【0077】好気有機物処理部1において繁殖した微生
物は、時間の経過と共に木炭5A,B,Cやプラスチック
製充填物6A,B,Cの表面から剥離して、汚泥となる。
この剥離汚泥は、かなり好気的に酸化されており、自然
沈降して第1接触循環部3の底部すなわち散気管8Aの
下部に集積する。そして、上記剥離汚泥は、ラインミキ
サー40から第1水槽F1への導入流量を停止または減
少させた時(すなわち流量調整した時)に、出入管16に
向かって傾斜している底面に沿って自動的に下降して、
出入管16から嫌気有機物処理部12に自動的に流入す
る。そして、上記剥離汚泥は、嫌気有機物処理部12内
の塩化ビニリデン14に到達して固定化される。そし
て、この塩化ビニリデン14に固定化された剥離汚泥が
溶存酸素を急激に消費するから、嫌気有機物処理部12
内の嫌気状態を安定的に維持できる。
【0078】また、上述の様に微生物処理を行う第1水
槽F1は、空間部分の多い塩化ビニリデン14やプラス
チック製充填物6A〜Cを有しているから、その空間容
量でもって原水と低濃度有機排水に対する貯留槽として
の役割も果たす。また、第2水槽F2からの硝酸性窒素
を含む循環水が嫌気有機物処理部12に返送されて、嫌
気有機物処理部12において被処理水を処理できる。こ
のように、第1水槽F1は、貯留槽としての機能と微生
物による処理機能との両方を有する。
【0079】次に、この第1水槽F1の第2接触循環部
4の下部からの被処理水は、隣接する第2水槽F2つま
り第1沈澱槽11に導入される。この第1沈澱槽11で
は、循環処理された被処理水が生物膜汚泥と上澄液とに
分離される。この生物膜汚泥と分離された上澄液は、第
1沈澱槽11から流出して管路に沿って2分割される。
2分割された被処理水の一方は、循環ポンプ41によっ
て移送され、ラインミキサー40で原水(工水),低濃度
有機排水と混合されて、嫌気有機物処理部12に導入さ
れる。その結果、第1沈澱槽11の出口で2分割された
被処理水(循環水)に含まれている硝酸性窒素は、上記嫌
気有機物処理部12で処理されて窒素ガスとなる。この
循環ポンプ41によって循環される被処理水は、被処理
水中の硝酸性窒素濃度によって異なるが、第1沈澱槽1
1からの全般処理水量の60%以上を目安とする。
【0080】一方、2分割されたもう一方の被処理水は
膜分離槽24に導入される。この膜分離槽24では、上
記被処理水が含んでいる全ての微生物や浮遊物が確実に
分離される。分離膜25としては、限外濾過膜や精密濾
過膜を選定すれば良い。図1の膜分離槽24における分
離膜25は液中膜を選定しているが、液中に設置しない
陸上型のプレブロックス限外濾過膜を選定しても良い。
この第1例では、三菱レイヨン株式会社の液中膜として
の精密濾過膜や株式会社クボタの液中膜としての限外濾
過膜を使用したが、特に限定する必要はない。液中膜を
使用した場合は膜の洗浄が重要であるが、分離膜25の
下部に設置された散気管8Cから吐出する空気によって
分離膜25を洗浄することができる。分離膜25は、配
管によって分離膜用ポンプ27と接続しており、被処理
水は分離膜用ポンプ27によって1次純水製造装置に送
水される。
【0081】この1次純水製造装置30と2次純水製造
装置31は、従来の純水製造装置で用いられているもの
と同様であり、この1次,2次純水製造装置30,31に
よって、TOCと導電率が改善された超純水が製造され
る。そして、製造された超純水は半導体工場32に送水
されて生産装置において使用される。
【0082】このように、この第1例によれば、有機窒
素化合物を含む原水と水素供与体を含む低濃度有機排水
と循環水を第1にラインミキサー40にて混合し、嫌気
有機物処理部12に導入する。嫌気有機物処理部12に
おいて硝酸性窒素をIPA等の水素供与体の存在下で効
率的に除去する。続いて、嫌気的条件によって分解不可
能な未分解有機物を好気性の微生物と木炭5A,5B,5
Cを利用してさらに微生物処理および吸着処理する。そ
こで、原水由来の有機窒素化合物は、最終的には硝酸性
窒素まで酸化される。そして、硝酸性窒素は第1水槽F
1と第2水槽F2の間を何度となく循環することによっ
て脱窒処理される。
【0083】上記嫌気有機物処理部12と好気有機物処
理部1及び第1沈澱層11の部分を被処理水が循環する
ことは、嫌気性の微生物と好気性の微生物が繁殖するた
めの栄養源をすべてそれら微生物が食べてしまうすなわ
ち処理してしまうことを意味している。
【0084】これらの結果として、この第1例によれ
ば、被処理水中の有機窒素化合物を含む全有機物に関し
ては、処理末端で、TOC1ppb以下まで処理できると
同時に、イオンを除去して被処理水の導電率も低減で
き、しかも、1次,2次純水製造装置において微生物の
発生と繁殖を極力抑えることができる。
【0085】〔第2例〕 次に、図2に本発明の超純水製造装置の実施の形態の第
2例を示す。この第2例の第1水槽D1,第2水槽D2
は上記第1例の第1水槽F1,第2水槽F2と同じ構造
である。また、この第2例の第6水槽D6は上記第1例
の膜分離槽24と同じ構造である。また、この第2例
は、上記第2水槽D2と上記第6水槽D6との間に、第
3水槽D3と第4水槽D4と第5水槽D5とを備え、か
つ、過酸化水素貯槽84を備えている点が上記第1例と
異なっている。したがって、この第2例は、上記第1例
と異なっている点を重点的に説明する。
【0086】上記過酸化水素貯槽84は、半導体工場8
2からの過酸化水素排水を貯留する。そして、過酸化水
素貯槽84からの過酸化水素排水は、ポンプ85でもっ
て上記第3水槽D3(過酸化水素酸化槽67)に送出され
る。
【0087】この過酸化水素酸化槽67は撹拌機68を
有している。この過酸化水素酸化槽67からの被処理水
は上記第4水槽D4に導入される。この第4水槽D4は
過酸化水素分解槽72である。この過酸化水素分解槽7
2は下段の第3接触循環部87,第4接触循環部88と
上段の第2反応散水部89を備えている。この第2反応
散水部89は、被処理水の中に水没しないように上記接
触循環部87,88よりも上に配置されている。接触循
環部87と88は互いに隣接しており、隔壁WCによっ
て上と下で連通するように仕切られている。上記接触循
環部87は格子板57E上にプラスチック製充填物56
Eと木炭55Eとが交互に積み重ねられている。また、
上記接触循環部88は格子板57F上にプラスチック製
充填物56Fと木炭55Fとが交互に積み重ねられてい
る。また、接触循環部87の下には散気管58Cが配置
されている。この散気管58Cは第2ブロワー70に接
続されている。
【0088】一方、上記第2反応散水部89は、底部に
固定された格子板57の上に交互に積み重ねられたプラ
スチック充填物56Dと木炭55Dを有している。ま
た、再上段のプラスチック製充填物56Dの上には網状
シート92が配置されている。そして、この網状シート
92上には、活性炭86が積み重ねられている。そし
て、この活性炭86の上には散水管60が配置されてい
る。この散水管60は、上下方向に延びているエアリフ
トポンプ59Bにつながっている。このエアリフトポン
プ59Bは、下段の第4接触循環部88の底部に達して
いる。また、エアリフトポンプ59Bの下端より少し上
には散気管58Dが配置されている。この散気管58D
は第2ブロワー70に接続されている。
【0089】また、上記エアリフトポンプ59Bに隣接
して、底部が上記第4接触循環部88に連通している第
5水槽D5(第2沈澱槽73)が配置されている。そし
て、この第2沈澱槽73に隣接して第6水槽D6が配置
されている。この第6水槽D6は膜分離槽74である。
この膜分離槽74からの被処理水は、分離膜用ポンプ7
7を経由して1次純水製造放置80と2次純水製造装置
81を通って、半導体工場82に超純水として送出され
る。そして、この半導体工場82から排出されるフッ酸
を含んだ酸排水は酸排水処理装置83に送出される。一
方、上記半導体工場82から排出される過酸化水素排水
は上記過酸化水素貯槽84に送出される。また、上記半
導体工場82から排出される低濃度有機排水は、バルブ
99bを経由してラインミキサー90に導入される。
【0090】上記構成の超純水製造装置は、第1水槽D
1によって微生物処理がなされた被処理水は、第2水槽
D2(第1沈澱槽61)に導入され、この第1沈澱槽61
から流出した被処理水は2分割される。一部の被処理水
は図1の第1例と同じく循環ポンプ91によって嫌気有
機物処理部62に循環され、特に被処理水中の硝酸性窒
素が窒素ガスまで処理される。一方、2分割されたもう
一方の被処理水は第3水槽D3つまり過酸化水素酸化槽
67に流入する。
【0091】上記第2水槽D2の上澄液である被処理水
中には浮遊している微生物が存在している。従って、過
酸化水素酸化槽67には、半導体工場82の生産装置で
使用されて超純水によって希釈された過酸化水素排水が
導入される。当然のことながら、この過酸化水素酸化槽
67に導入されるのは、過酸化水素排水ではなく、新品
の薬品としての過酸化水素水でも良い。半導体工場82
における使用済の過酸化水素水は過酸化水素貯槽84に
一旦貯留されてから、過酸化水素移送ポンプ85によっ
て過酸化水素酸化槽67に導入される。この過酸化水素
酸化槽67に導入された過酸化水素水は、撹拌機68に
よって被処理水と撹拌されて混合される。すると、被処
理水中の微量のTOCとしての全有機物と浮遊している
生きた微生物(生菌)は、上記過酸化水素水によって化学
的に強力に酸化処理される。すると、活動している微生
物はその細胞レベルまで化学的に酸化処理される。尚、
過酸化水素水の添加量を制御する目的で、過酸化水素酸
化槽67に酸化還元電位計(図示せず)を設置してもよ
い。半導体工場82で使用済の過酸化水素水といえど
も、電子工業用の過酸化水素水を生産装置において超純
水でもって希釈したものであるから、超純水製造装置の
前処理装置で使用するには品質的に何ら問題ない。ま
た、新品の過酸化水素水を使用する必要がないので、ラ
ンニングコストの低減に役立つ効果もある。また、過酸
化水素貯槽84に導入される過酸化水素排水は、従来は
費用をかけて処理していたのであるから、イニシアルコ
ストとランニングコストを低減できることにもなる。
【0092】そして、この過酸化水素酸化槽67におい
て過酸化水素水で化学的に酸化処理された被処理水は、
次に過酸化水素分解槽72に流入する。
【0093】一般に、過酸化水素を分解処理するには、
亜硫酸水素ナトリウム(NaHSO)や活性炭が使用さ
れるが、被処理水に薬品を添加することは、イオンの増
加を招くから、純水製造には不適当である。従って、こ
の例では、過酸化水素分解槽72は、活性炭86と木炭
55D,E,Fを使用して過酸化水素を処理している。こ
の過酸化水素分解槽72の第2反応散水部89の最上部
に活性炭86が充填されている。この活性炭86は木炭
よりも過酸化水素分解能力すなわち触媒としての能力が
数倍すぐれている。したがって、この活性炭86の存在
によって、過酸化水素の濃度変動があった時にも過酸化
水素をより確実に分解することができる。ところで、従
来技術の過酸化水素の分解装置は、触媒としての活性炭
等が被処理水に浸かっていたが、この場合発生する酸素
ガスの気泡により触媒が流出していた。これに対し、こ
の第2例では、水没している第3,第4接触循環部87,
88では、活性炭と比較して大きな備長炭を木炭55
E,Fとして使用した。したがって、触媒流出の可能性
をなくすることができた。その上、比較的微細で過酸化
水素分解能力が優れている活性炭86を、被処理水に水
没することがない第2反応散水部89の最上部に設置し
ている構造にしたから、活性炭86が流失する心配がな
い。
【0094】そして、第3接触循環部87の最下部に配
置された散気管58Cは、第2ブロワー70から供給さ
れる空気を吐出する。この吐出空気によって、上昇水流
が発生するから被処理水の処理効率を向上させることが
できる。
【0095】上記第3接触循環部87と第4接触循環部
88の構成は、第1接触循環部53と第2接触循環部5
4の構成と同様である。そして、第1接触循環部53と
第2接触循環部54の目的が有機窒素化合物も含む全有
機物に対する木炭の吸着作用と木炭に繁殖する微生物に
よる生物学的処理である。一方、第3接触循環部57と
第4接触循環部58の目的は、単に大部分の木炭を触媒
とした過酸化水素の確実なる分解処理である。しかし、
この第3,第4接触循環部57,58も多くの木炭55
E,55Fを有しているから、木炭の持つ吸着作用によ
って結果的には極微量の有機窒素化合物すなわちTOC
を含む全有機物の高度処理効果を期待できる。
【0096】次に、上記過酸化水素分解槽72によって
過酸化水素が確実に処理された被処理水は第2沈澱槽7
3に流入する。そして、この第2沈澱槽73では被処理
水が上澄液と沈澱物に分離される。
【0097】次に、この第5水槽D5である第2沈澱槽
73からの被処理水は、膜分離槽74に流入する。膜分
離槽74は、分離膜75と散気管58Eを有している。
散気管58Eから吐出された空気は、分離膜75を空気
洗浄する。この空気洗浄によって、分離膜75の閉塞を
防止することができる。図1の第1例と同様に、この第
2例でも、膜分離槽74に流入した被処理水は、分離膜
75によって微生物の死骸,浮遊物等が物理的に濾過さ
れて除去処理される。なお、分離膜75は、図1の第1
例と同様に、微生物の死骸,浮遊物など0.1ミクロン
程度以上の物質を濾過できる限外濾過膜や精密濾過膜を
選定することが望ましい。なお、この分離膜75の性能
は、処理目的に応じて決定すれば良い。
【0098】次に、分離膜75によって濾過された被処
理水は、分離膜用ポンプ77によって、1次純水製造装
置80に送水されて処理されて1次純水となる。そし
て、この1次純水は、1次純水製造装置80の後段の2
次純水製造装置81でより高度に処理されてTOCと導
電率が低減された超純水となる。
【0099】尚、本発明の超純水製造装置の前処理装置
は、原水と低濃度有機排水とを混合して処理するもので
あれば良く、その混合比率の制限は特にない。この混合
比率については、半導体工場によって異なるが、低濃度
有機排水は原水に対して10wt%〜30wt%であること
が多い。ただし、低濃度有機排水中のTOC濃度が高す
ぎると超純水製造装置末端の超純水において1ppb以下
は確保できない。
【0100】次に、具体的な実験例を説明する。
【0101】〔実験例1〕 図1に示した第1例の前処理装置と同じ構造の実験用前
処理装置を構築して、第1水槽F1である好気有機物処
理部1と嫌気有機物処理部12との合計容量を約1.5
立方メートルとし、第2水槽F2である第1沈澱槽11
の容量を0.4立方メートルとし、膜分離槽24の容量
を0.5立方メートルとして、前処理実験で行った。
【0102】この場合、前処理前に、導電率が182μ
s/cmであり、TOCが2.4ppmである被処理水を、導
電率105μs/cm,TOC0.7ppmの処理水にするこ
とができた。
【0103】〔実験例2〕 また、図3に示した第2例の前処理装置と同じ構造の実
験用前処理装置を構築して、第1水槽D1を構成する好
気有機物処理部51と嫌気有機物処理部62の合計容量
を約1.5立方メートルとし、第2水槽D2(第1沈澱槽
61)の容量を0.4立方メートルとし、第3水槽D3
(過酸化水素酸化槽67)の容量を0.6立方メートルと
した。また、第4水槽D4を構成する第2反応散水部8
9と第3接触循環部87と第4接触循環部88との合計
容量を1.0立方メートルとし、第5水槽D5(第2沈澱
槽73)の容量を0.4立方メートルとし、第6水槽D6
(膜分離槽74)の容量を0.5立方メートルとして、前
処理実験を行った。
【0104】この場合、前処理前に、導電率が180μ
s/cmであり、TOCが2.5ppmである工業用水(被処理
水)を、導電率92μs/cm,TOC0.5ppmの処理水に
することができた。
【0105】〔実験例3〕 また、図2に示した第2例の前処理装置に基づいて、低
濃度有機排水にIPAを添加して処理するべき被処理水
のTOC濃度を高め、前処理前の被処理水のTOC濃度
を103ppmまで上昇させて第6水槽D6である膜分離
槽74の出口での水質を測定した。この場合、TOCを
1.2ppmまで低下させることができた。そして、これら
実験例1〜3での前処理水を前処理装置の後段の1次純
水製造装置の実験装置と2次純水製造装置の実験装置に
導入して処理したところ1ppb以下の超純水を得ること
ができた。
【0106】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、請求
項1の発明の超純水製造装置は、原水の前処理装置と1
次純水製造装置と2次純水製造装置を備える超純水製造
装置において、上記前処理装置は、嫌気有機物処理部を
有する下部と、開口を持つ分離板を介して上記下部の上
に配置されており、好気有機物処理部を含んでいる生物
処理装置を有する上部とを備えている。
【0107】この請求項1の発明によれば、超純水製造
装置の前処理装置は、下部が嫌気有機物処理部を有し、
上部が好気有機物処理部を有している。従って、第1
に、好気有機物処理部では、微生物が時間とともに繁殖
した汚泥は自然沈降によって自動的に下部の嫌気有機物
処理部に至る。この下部に降下した微生物は、嫌気性の
微生物として固定化することができる。
【0108】この嫌気有機物処理部では、時間が経過す
るにしたがって酸素が供給されなくなって、嫌気性の微
生物が時間の経過とともに発生して繁殖する。これによ
り、次第に嫌気性の微生物が大部分を占めることとな
る。こうして、下部では嫌気性微生物を繁殖させた嫌気
処理領域を形成し、上部では好気性微生物を繁殖させた
好気性領域を形成したから、この前処理装置に導入され
た被処理水は、好気性と嫌気性の両方の微生物によっ
て、微生物の栄養源が処理(消費)がされる。したがっ
て、その後の工程において両方の微生物が発生繁殖し難
い被処理水を得ることができる。
【0109】また、この発明は、上部と下部との立体構
造を備えているので、設備面積を節約できる。また、こ
の発明は、嫌気有機物処理部と好気有機物処理部を有し
ているから、被処理水中のTOCのみならず有機窒素化
合物をも処理することができる。また、この発明によれ
ば、有機窒素化合物を処理したときに発生した硝酸性窒
素を、上記微生物によって除去でき、結果的に被処理水
の導電率を改善することができる。
【0110】したがって、請求項1の発明によれば、微
生物の異常発生を防止して、処理系の閉塞を招くことな
く、回収排水に微生物処理を施して再利用することがで
き、かつ、TOCが1ppb以下の超純水を得ることがで
きるコンパクトな超純水製造装置を提供することができ
る。
【0111】また、請求項1の発明によれば、前処理装
置の下部が有する嫌気有機物処理部に充填された塩化ビ
ニリデンが、好気有機物処理部を含んだ上部から自然落
下してくる微生物を電荷により付着する構成により、嫌
気有機物処理部での微生物濃度を高めて、微生物による
処理能力を高めることができる。
【0112】また、請求項1の発明によれば、上記前処
理装置の上部が有する生物処理装置が含んでいる好気有
機物処理部が、上記エアーリフトポンプと、上記第1接
触循環部の底部に配置された散気管とによって形成され
2種類の水の循環ラインを有する構成により、被処理
水中の溶存酸素を高める効果があり、また、被処理水は
より多くの空気と接触することになる。
【0113】また、請求項2の発明は、請求項1に記載
の超純水製造装置において、上記下部の嫌気有機物処理
部と上記上部の好気有機物処理部とを通過した処理水
を、上記下部の嫌気有機物処理部に返送させる処理水返
送手段を備え、上記処理水を上記嫌気有機物処理部と上
記好気有機物処理部とを循環させる。
【0114】したがって、請求項2に記載の発明によれ
ば、嫌気処理および好気処理を通った被処理水の一部が
上記嫌気有機物処理部に返送されて循環する。したがっ
て、被処理水中の有機窒素化合物が、まず、嫌気有機物
処理部で微生物によって嫌気的に処理され、次に、好気
有機物処理部で微生物によって硝酸性窒素まで酸化処理
される。そして、上記被処理水は、再び上記嫌気有機物
処理部に返送されて循環されるから、上記硝酸性窒素は
窒素ガスにまで還元されて窒素ガスとなる。これによ
り、上記被処理水は脱窒処理されるから、被処理水中の
導電率を改善(低減)できる。
【0115】従って、請求項2の発明によれば、被処理
水を返送循環させることなく、嫌気槽を別個に設置する
従来例に比べて、設備費用と場所を節約することができ
る。つまり、請求項2の発明によれば、よりコンパクト
で効率の良い超純水製造装置を提供することができる。
【0116】また、請求項3の発明は、原水が導入され
るようになっており、固定化担体を有する嫌気有機物処
理部を有する下部と、この下部の上に配置されており好
気有機物処理部を有する上部とを備える第1水槽と、上
記第1水槽の上部の好気有機物処理部に連通するように
隣接されている第2水槽とを備え、上記第1水槽の上部
の好気有機物処理部は、微生物を生育させた木炭と、微
生物を生育させたプラスチック製充填物と、ばっ気手段
とを有する第1接触循環部と、第1接触循環部に隣接さ
れており、微生物を生育させた木炭と微生物を生育させ
たプラスチック製充填物とを有する第2接触循環部と、
上記第1,第2接触循環部よりも上に配置されて処理水
に水没しないようになっており、微生物を生育させた木
炭とプラスチック製充填物とを有し、上記第2接触循環
部からエアーリフトポンプによって汲み上げられた処理
水が散布され、この処理水を上記木炭とプラスチック製
充填物とを通過させながら落下させて、上記第1,第2
接触循環部に戻す第1反応散水部とを備えている。
【0117】したがって、請求項3の発明によれば、前
処理装置の下部である嫌気有機物処理部に固定化担体が
充填されているので、上部の好気有機物処理部で発生し
て沈降した汚泥を上記固定化担体に固定化することがで
きる。したがって、上記沈降汚泥を単に堆積させた場合
に比べて、上記汚泥と被処理水との反応面積を増大させ
ることができ、微生物処理効率を向上させることができ
る。
【0118】また、請求項3の発明によれば、木炭とプ
ラスチック製充填物が上部の好気有機物処理部を構成す
る第1接触循環部,第2接触循環部および第1反応散水
部に充填されており、しかも、上記木炭とプラスチック
製充填物には微生物が充分に繁殖している。したがっ
て、上記好気有機物処理部によって、有機窒素化合物を
硝酸性窒素にまで酸化処理できる。
【0119】上記木炭は、上記有機窒素化合物を最初に
吸着し、その後、上記木炭に繁殖した微生物によって、
吸着した有機窒素化合物を処理する。また、上記プラス
チック製充填物は、表面に繁殖した微生物によって、有
機窒素化合物を処理し、かつ、槽内の空間部分を多くし
て発生汚泥による閉塞を防止している。
【0120】また、第1,第2接触循環部において、曝
気手段からの空気によって被処理水を循環させている上
に、エアーリフトポンプによって上の第1反応散水部に
くみ上げられた被処理水はより多くの空気と接触する。
したがって、有機窒素化合物をより確実に酸化させて硝
酸性窒素にすることができる。
【0121】また、請求項4の発明は、請求項1乃至3
のいずれか1つに記載の超純水製造装置において、過酸
化水素水と上記上部の好気有機物処理部からの処理水と
が導入される過酸化水素槽と、この過酸化水素槽からの
過酸化水素含有処理水が導入される過酸化水素処理槽と
を備えている。
【0122】請求項4の発明によれば、前処理装置は生
物処理装置の後に、過酸化水素酸化槽と過酸化水素分解
槽とを備えている。したがって、生物処理装置から多く
の微生物が流出したときに、上記過酸化水素酸化槽にお
いて過酸化水素による殺菌を行って微生物を確実に死滅
させることができる。したがって、以後の工程で、微生
物が繁殖することを抑制できる。したがって、微生物の
異常繁殖による処理系の閉塞を招かない。
【0123】また、上記過酸化水素分解槽は、被処理水
と混合させた過酸化水素を水と酸素ガスに確実に分解す
るから、過酸化水素を1次純水製造装置に残存させ心配
がない。したがって、水質の良い超純水を得ることがで
きる。
【0124】また、請求項5の発明は、請求項3に記載
の超純水製造装置において、上記下部の嫌気有機物処理
部が有する固定化担体は、塩化ビニリデンで作製されて
いる。
【0125】従って、請求項5の発明によれば、塩化ビ
ニリデンの内部の小穴に常時嫌気性微生物を生息させる
ことができる。したがって、溶存酸素を含有した被処理
水が上記嫌気有機物処理部に導入されても、上記塩化ビ
ニリデンには安定的に嫌気性微生物が繁殖できるから、
被処理水の嫌気処理を確実に実行できる。
【0126】すなわち、上記請求項1から5の発明は、
有機窒素化合物を含む全有機物の処理を行うと同時に導
電率を改善でき、かつ、嫌気性の微生物と好気性の微生
物が繁殖しにくい超純水を製造できる。したがって、こ
の超純水製造装置によれば、IC生産における歩留まり
向上に貢献できると共に、低濃度有機排水と過酸化水素
排水の再利用による省資源的効果を実現できる。
【0127】また、請求項6の発明は、処理水返送手段
が下部の嫌気有機物処理部と上部の好気有機物処理部と
を通過した処理水を、ラインミキサーで有機物を含んだ
工場排水と混合しながら、嫌気有機物処理部に返送させ
る構成によって、工場排水のリサイクルを図れる。
【0128】また、請求項7の発明は、過酸化水素酸化
槽において、過酸化水素を有機物の化学的な酸化に使用
した後、この使用済みの過酸化水素を、過酸化水素分解
槽において、水没しない上部と水没する下部とで、活性
炭と木炭の炭素を触媒として分解することができる。ま
た、水没している下部では、活性炭と比較して大きな木
炭を有するので、流出を防ぐことができ、比較的微細で
過酸化水素分解能力が優れている活性炭を、被処理水に
水没することがない上部の最上部に設置している構造に
よって、活性炭の流失を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の超純水製造装置の実施の形態の第1
例を模式的に示す図である。
【図2】 本発明の超純水製造装置の実施の形態の第2
例を模式的に示す図である。
【図3】 放射状輪状糸体である塩化ビニリデンの構造
図である。
【図4】 図4(A)は従来の超純水製造装置を模式的に
示す図であり、図4(B)は今一つの従来例を模式的に示
す図である。
【図5】 さらに別の従来例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1,51…好気有機物処理部、2,52…第1反応散水
部、3,53…第1接触循環部、4,54…第2接触循環
部、5,55…木炭、6,56…プラスチック製充填物、
7,57…格子板、8,58…散気管、9,59…エアー
リフトポンプ、10,60…散水管、11,61…第1沈
澱槽、12,62…嫌気有機物処理部、13,63…流入
管、14,64…塩化ビニリデン、15,65…塩化ビニ
リデン固定金具、16,66…出入管、17,67…過酸
化水素酸化槽、18,68…撹拌機、19,69…第1ブ
ロワー、20,70…第2ブロワー、21,71…第3ブ
ロワー、22,72…過酸化水素分解槽、23,73…第
2沈澱槽、24,74…膜分離槽、25,75…分離膜、
27,77…分離膜用ポンプ、28…ポンプピット、3
0,80…1次純水製造装置、31,81…2次純水製造
装置、32,82…半導体工場、67…過酸化水素酸化
槽、72…過酸化水素分解槽、73…第2沈澱槽、74
…膜分離槽、83…フッ酸他酸排水処理装置、84…過
酸化水素貯槽、85…過酸化水素移送ポンプ、86…活
性炭、87…第3接触循環部、88…第4接触循環部、
89…第2反応散水部、90…ラインミキサー、91…
循環ポンプ、92…網状シート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C02F 9/00 504 C02F 9/00 504A (72)発明者 坂田 和之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−233997(JP,A) 特開 平6−23392(JP,A) 特開 平6−142692(JP,A) 特開 平5−300(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 3/30 - 3/34 C02F 9/00 C02F 3/02 - 3/10

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原水の前処理装置と1次純水製造装置と
    2次純水製造装置を備える超純水製造装置において、 上記前処理装置は、 上部から自然落下してくる微生物を電荷により付着する
    塩化ビニリデンが充填された嫌気有機物処理部を有する
    下部と、 開口を持つ分離板を介して上記下部の上に配置されてお
    り、吐出空気によって形成される2種類の水の循環ライ
    ンを有する好気有機物処理部を含んでいる生物処理装置
    を有する上部とを備え 上記好気有機物処理部は、 微生物を生育させた木炭と、微生物を生育させたプラス
    チック製充填物と、ばっ気手段とを有する第1接触循環
    部と、 上記第1接触循環部に隣接されており、微生物を生育さ
    せた木炭と微生物を生育させたプラスチック製充填物と
    を有する第2接触循環部と、 上記第1,第2接触循環部よりも上に配置されて処理水
    に水没しないようになっており、微生物を生育させた木
    炭とプラスチック製充填物とを有し、上記第2接触循環
    部からエアーリフトポンプによって汲み上げられた処理
    水が散布され、この処理水を上記木炭とプラスチック製
    充填物とを通過させながら落下させて、 上記第1,第2接触循環部に戻す第1反応散水部とを備
    え、 上記2種類の水の循環ラインは、 上記エアーリフトポンプと、 上記第1接触循環部の底部に配置され、曝気空気によっ
    て、上記第1接触循環部から第2接触循環部に処理水を
    循環させる散気管とによって、形成されること を特徴と
    する超純水製造装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の超純水製造装置におい
    て、 上記下部の嫌気有機物処理部と上記上部の好気有機物処
    理部とを通過した処理水を、上記下部の嫌気有機物処理
    部に返送させる処理水返送手段を備え、 上記処理水を上記嫌気有機物処理部と上記好気有機物処
    理部とを循環させることを特徴とする超純水製造装置。
  3. 【請求項3】 原水が導入されるようになっており、固
    定化担体を有する嫌気有機物処理部を有する下部と、こ
    の下部の上に配置されており好気有機物処理部を有する
    上部とを備える第1水槽と、 上記第1水槽の上部の好気有機物処理部に連通するよう
    に隣接されている第2水槽とを備え、 上記第1水槽の上部の好気有機物処理部は、 微生物を生育させた木炭と、微生物を生育させたプラス
    チック製充填物と、ばっ気手段とを有する第1接触循環
    部と、 第1接触循環部に隣接されており、微生物を生育させた
    木炭と微生物を生育させたプラスチック製充填物とを有
    する第2接触循環部と、 上記第1,第2接触循環部よりも上に配置されて処理水
    に水没しないようになっており、微生物を生育させた木
    炭とプラスチック製充填物とを有し、上記第2接触循環
    部からエアーリフトポンプによって汲み上げられた処理
    水が散布され、この処理水を上記木炭とプラスチック製
    充填物とを通過させながら落下させて、上記第1,第2
    接触循環部に戻す第1反応散水部とを備えていることを
    特徴とする超純水製造装置。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の
    超純水製造装置において、 過酸化水素水と上記上部の好気有機物処理部からの処理
    水とが導入される過酸化水素酸化槽と、 この過酸化水素酸化槽からの過酸化水素含有処理水が導
    入される過酸化水素分解槽とを備えていることを特徴と
    する超純水製造装置。
  5. 【請求項5】 請求項3に記載の超純水製造装置におい
    て、 上記下部の嫌気有機物処理部が有する固定化担体は、塩
    化ビニリデンで作製されていることを特徴とする超純水
    製造装置。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の超純水製造装置におい
    て、 上記下部の嫌気有機物処理部と上記上部の好気有機物処
    理部とを通過した処理水を、上記下部の嫌気有機物処理
    部に、ラインミキサーで有機物を含んだ工場排水と混合
    しながら返送させる処理水返送手段を備え、 上記処理水を上記嫌気有機物処理部と上記好気有機物処
    理部とを循環させることを特徴とする超純水製造装置。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の
    超純水製造装置において、 過酸化水素水と上記上部の好気有機物処理部からの処理
    水とが導入される過酸化水素酸化槽と、 この過酸化水素酸化槽からの過酸化水素含有処理水が導
    入され、活性炭,プラスチック製充填物,木炭が上から順
    に配置され、水没しないようになっている上部と、木
    炭,プラスチック製充填物を含み、水没するようになっ
    ている下部とを有する過酸化水素分解槽とを備えている
    ことを特徴とする超純水製造装置。
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