JP3525495B2 - 高純度水の製造方法 - Google Patents

高純度水の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高純度水の製造方法に係
り、特に、半導体洗浄用水である超純水或いは医薬用水
といった、特に高純度を要求される水を製造するに当
り、溶存酸素を効率良く除去して高水質処理水を得る方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体洗浄用水として用いられて
いる超純水は、図2に示すように前処理システム1、一
次純水システム2、二次純水システム3及びサブシステ
ム4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。
図2において、各システムの役割は次の通りである。
【0003】即ち、凝集、加圧浮上(沈殿)、濾過装置
等よりなる前処理システム1では、原水中の懸濁物質や
コロイド物質の除去を行う。逆浸透膜分離装置及びイオ
ン交換純水装置(混床式又は4床5塔式)を備える一次
純水システム2では原水中のイオンや有機成分の除去を
行う。脱気装置(窒素脱気又は真空脱気)を備える二次
純水システムでは溶存酸素の除去を行う。なお、この二
次純水システムに流通する間に、原水中の不純分は殆ど
除去される。熱交換器、低圧紫外線酸化装置、ポリッシ
ャー(非再生式イオン交換樹脂装置)及び限外濾過膜分
離装置を備えるサブシステム4では、水の純度をより一
層高め超純水にするために、循環処理を行って高純度超
純水を製造する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来、このような超純
水製造装置によれば、溶存酸素濃度が5〜10ppbの
超純水が得られる。得られた超純水は、半導体洗浄用水
等として実用上、何ら支障なく使用可能であるが、近
年、各種産業分野における機能向上、特性向上の要求が
高められ、超純水の水質についてもより一層の向上が望
まれている。
【0005】本発明は上記従来の問題点を解決し、超純
水等の高純度水中の溶存酸素(DO)を効率的に除去し
て、より純度の高い高純度水を製造する方法を提供する
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の高純度水の製造
方法は、原水を処理して純水とし、この純水を低圧紫外
線酸化装置と該低圧紫外線酸化装置の流出水が流入され
るイオン交換装置とを備える高次処理システムで処理し
て高純度水を製造する方法において、該純水に有機物を
添加して該低圧紫外線酸化装置の流入水のTOC濃度を
2〜10ppbとすることを特徴とする。
【0007】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。
【0008】図1は本発明の高純度水の製造方法の一実
施例方法を示す系統図である。
【0009】本実施例の高純度水の製造方法において
は、各種前処理工程より得られた純水(通常の場合、T
OC濃度2ppb以下の純水)をサブタンク11、ポン
プ12、熱交換器13、低圧紫外線酸化装置14、イオ
ン交換装置(本実施例ではポリッシャー)15及び限外
濾過膜分離装置16に、配管21,22,23,24,
25,26を経て順次通水処理し、限外濾過膜分離装置
16の流出水の一部をサブタンク11に配管27を経て
返送して循環処理し、残部を処理水(高純度水)として
配管28より系外へ排出するシステムにおいて、熱交換
器13の導入配管23に、ポンプ17を備える配管29
より有機物を注入することにより、低圧紫外線酸化装置
14の流入水のTOC濃度を2〜10ppbに高める。
【0010】ここで注入する有機物としては、メタノー
ル、イソプロピルアルコール等のアルコール、酢酸等の
有機酸等の易分解性有機物が挙げられる。注入された有
機物は低圧紫外線酸化装置14で除去されるが、何らか
の理由で低圧紫外線酸化装置14で除去されなかった場
合を考慮すると、後段のイオン交換装置15で除去可能
な酢酸(CH3 COOH)等の有機酸を用いるのが好ま
しい。
【0011】この有機物の注入は、熱交換器13の入口
側に限らず、熱交換器13の出口側の配管24に行って
も良いが、熱交換器13の入口側の配管23に注入した
場合には、注入された有機物が熱交換器13を通過する
間に均一に水中に混合されるため、より良好な注入効果
が得られる。有機物はポンプ12の入口側の配管22に
注入することも可能である。
【0012】なお、本発明において、純水製造のための
前処理工程とは、図2に示す前処理システム1、一次純
水システム2及び二次純水システム3よりなる工程、或
いは、後述の実施例1で例示する工程などを挙げること
ができる。
【0013】
【0014】
【0015】本発明において、低圧紫外線酸化装置の流
入水のTOC濃度が10ppbを超えると低圧紫外線酸
化装置のTOC負荷が高くなるため、高水質処理水を得
るためには大型の低圧紫外線酸化装置が必要となるなど
の不具合が生じる。逆に、TOC濃度が2ppb未満で
は、TOC濃度を高めることによる本発明による溶存酸
素低減効果は得られない。従って、低圧紫外線酸化装置
の流入水のTOC濃度は2〜10ppbとする。特に、
このTOC濃度は、溶存酸素濃度や処理水の溶存酸素濃
度の目標値等によっても異なるが、5〜10ppbとす
るのが好ましい。
【0016】
【作用】図2に示す超純水製造装置において、水中の溶
存酸素は基本的には二次純水システムの脱気装置で除去
されるのであるが、各ユニットでの溶存酸素濃度の推移
を調査した結果、近年、超純水製造システムの技術開発
が進み、サブシステムの低圧紫外線酸化装置でも溶存酸
素が低減されることが確認された。
【0017】この低圧紫外線酸化装置において、溶存酸
素を除去することができることは公知の事実であるが、
本発明者らは、図2に示されるような超純水製造装置に
おける溶存酸素濃度の推移を調べた結果、サブシステム
内の低圧紫外線酸化装置出口で一旦溶存酸素濃度は低下
するが、後段のポリッシャー出口で再度低圧紫外線酸化
装置入口の溶存酸素濃度まで上昇してしまい、結果的に
低圧紫外線酸化装置の溶存酸素除去効果が表れないこと
を確認した。即ち、二次純水システムの流出水の溶存酸
素濃度は約5〜10ppbであり、この水が低圧紫外線
酸化装置で処理されることにより、溶存酸素濃度は0〜
5ppbに低減するが、ポリッシャー出口水の溶存酸素
濃度は再び5〜10ppb程度に上昇しており、結果と
して得られる超純水の溶存酸素濃度は5〜10ppbと
なる。
【0018】本発明者らは、この現象について鋭意検討
した結果、下記(1)式のような反応が低圧紫外線酸化
装置からポリッシャーの間で生じていることを推定し
た。
【0019】
【化1】
【0020】即ち、低圧紫外線酸化装置入口では水(H
2 O)と溶存酸素(O2 )が存在し、これらは紫外線の
照射によりH22 (過酸化水素)となり、見掛け上溶
存酸素濃度が低下する。しかし、H22 はポリッシャ
ー(特にポリッシャー内のアニオン交換樹脂)で分解さ
れ、再度O2 が発生するため、ポリッシャー出口水の溶
存酸素濃度は上昇する。
【0021】ところで、仮りに、低圧紫外線酸化装置入
口にO2 以外にTOC源(有機成分)が存在するなら
ば、下記(2)式のような反応が生じ、結果として水中
のO2はTOC分解に伴うCO2 生成に用いられ、生成
したCO2 は後段のポリッシャーで効率的に除去される
ため、ポリッシャー出口水の溶存酸素濃度は低く抑えら
れるはずである。
【0022】
【化2】
【0023】しかし、図2に示されるような超純水製造
装置のサブシステム内では、低圧紫外線酸化装置入口に
いたるまでに水中のTOC濃度は1ppb以下になって
おり、上記(2)式の反応を促進するために必要なTO
C源は既に二次純水システムまでで除去されている。そ
のため、実際には上記(2)式の反応ではなく、前記
(1)式の反応が生じ、結果的に、溶存酸素は除去され
ない。
【0024】本発明者らは、以上のような推論をもとに
サブシステム内で更なる溶存酸素の除去を行うべく検討
を重ね、低圧紫外線酸化装置の入口側に有機物を注入し
て、低圧紫外線酸化装置流入水のTOC濃度を限られた
範囲内で高めることにより、上記(2)式の反応を生起
させ、これにより溶存酸素のより一層の低減を図る本発
明の方法を見出した。
【0025】本発明の方法によれば、低圧紫外線酸化装
置の流入水中に適当量の有機物が存在することにより、
上記(2)式に従って、低圧紫外線酸化装置において、
水中の溶存酸素はCO2 となって除去される。しかし
て、このCO2 は後段のイオン交換装置で効率的に除去
される。なお、TOCは溶存酸素と共に除去されるた
め、低圧紫外線酸化装置流入水中のTOC濃度を高める
ことにより、何ら水質の低下を生じることはない。この
ため、溶存酸素濃度がより一層低減され、著しく純度が
高められた高純度水を得ることができる。
【0026】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
【0027】実施例1 原水(厚木市水:平成6年3月10日〜平成6年4月1
8日)を第1の限外濾過膜分離装置、タンク、脱炭酸
塔、第1の逆浸透膜分離装置、第2の逆浸透膜分離装
置、第1のポリッシャー、タンク、窒素脱気装置の順で
通水処理して得られた純水を、図1に示す如く、サブタ
ンク、熱交換器、低圧紫外線酸化装置、第2のポリッシ
ャー及び第2の限外濾過膜分離装置に通水処理して高純
度水を製造した。
【0028】なお、原水は凝集剤を添加した後、第1の
限外濾過膜分離装置で生成フロックを分離した。
【0029】各装置の仕様及び処理条件は下記の通りで
ある。
【0030】 低圧紫外線酸化装置:80W×4本(0.32kW) (発生波長:185mm) 第1及び第2のポリッシャー:カチオン交換樹脂とアニ
オン交換樹脂とを混合充填した混床式イオン交換装置 SV=70〜80hr-1 第1及び第2の限外濾過膜分離装置:kU−1030
(栗田工業株式会社製) 限外濾過膜分離装置流入量:1.1m3 /hr 処理水流出量:1.0m3 /hr また、有機物としてはCH3 COOHを熱交換器の入口
側に10ppb(TOC濃度)となるように連続注入し
た。
【0031】原水及びサブタンクに到るまでの各装置の
流出水の水質は表1に示す通りであった。
【0032】
【表1】
【0033】また、低圧紫外線酸化装置以降の各装置の
流入水又は流出水及び処理水の水質は表2に示す通りで
あった。
【0034】実施例2,3 実施例1において、表1に示すTOC濃度となるように
有機物の注入を行ったこと以外は同様に処理したとこ
ろ、低圧紫外線酸化装置以降の各装置の流入水又は流出
水及び処理水の水質は表2に示す通りであった。
【0035】比較例1 有機物の注入を行わなかったこと以外は実施例1と同様
に処理したところ、低圧紫外線酸化装置以降の各装置の
流入水又は流出水及び処理水の水質は表2に示す通りで
あった。
【0036】
【表2】
【0037】表2より次のことが明らかである。即ち、
低圧紫外線酸化装置流入水のTOC濃度が0.8ppb
と低い比較例1では低圧紫外線酸化装置での処理により
一時的にDOが低減するが、その後、ポリッシャーでの
処理により、DOは上昇してしまうため、結果としてD
O濃度の低い処理水を得ることができない。
【0038】これに対して、有機物の注入を行って低圧
紫外線酸化装置流入水のTOC濃度を5〜10ppbと
した実施例1〜3では、低圧紫外線酸化装置で低減され
たDO濃度がポリッシャーで殆ど高められることなく、
低DO濃度の処理水を得ることができる。しかも、低圧
紫外線酸化装置流入水のTOC濃度を高めても、処理水
のTOC濃度には何ら影響はない。
【0039】
【0040】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高純度水の
製造方法によれば、原水を処理して純水とし、この純水
を低圧紫外線酸化装置と該低圧紫外線酸化装置の流出水
が流入されるイオン交換装置とを備える高次処理システ
ムで処理して高純度水を製造するに当り、低圧紫外線酸
化装置による溶存酸素低減機能を十分に活用して、極低
溶存酸素濃度で著しく純度の高い高純度水を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高純度水の製造方法の一実施例方法を
示す系統図である。
【図2】従来の超純水製造装置を示す系統図である。
【符号の説明】
1 前処理システム 2 一次純水システム 3 二次純水システム 4 サブシステム 11 サブタンク 12,17 ポンプ 13 熱交換器 14 低圧紫外線酸化装置 15 イオン交換装置(ポリッシャー) 16 限外濾過膜分離装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−138162(JP,A) 特開 平3−278882(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/32

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原水を処理して純水とし、この純水を低
    圧紫外線酸化装置と該低圧紫外線酸化装置の流出水が流
    入されるイオン交換装置とを備える高次処理システムで
    処理して高純度水を製造する方法において、 該純水に有機物を添加して該低圧紫外線酸化装置の流入
    水のTOC濃度を2〜10ppbとすることを特徴とす
    る高純度水の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、該有機物が有機酸で
    あることを特徴とする高純度水の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、該低圧紫外線
    酸化装置の流入水のTOC濃度を5〜10ppbとする
    ことを特徴とする高純度水の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項におい
    て、該純水の溶存酸素濃度が5〜10ppbであること
    を特徴とする高純度水の製造方法。
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