JP3323040B2

JP3323040B2 - 超純水製造装置

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Publication number: JP3323040B2
Application number: JP22888495A
Authority: JP
Inventors: 和幸山嵜; 誠二岡本; 明津志横谷; 和之坂田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2015-09-06
Also published as: US5788838A; KR0180853B1; KR970015491A; JPH0970598A

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
る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_３)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
る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ＦＩＣ０２Ｆ 9/00 ５０４Ｃ０２Ｆ 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

(57)【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。