JP3690032B2 - 純水の製造方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は純水の製造方法に係り、特に原水を脱気した後、３段逆浸透膜（ＲＯ膜）分離処理して高水質の純水を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程等で使用される純水の製造方法として、特公平８−２９３１５号公報には、図２に示す如く、市水等の原水に酸を添加して炭酸イオン分解（ＣＯ2 化）した水を脱気装置１で脱気処理した後、２段に直列配置したＲＯ膜分離装置２，３に順次通水して２段ＲＯ処理する方法が提案されている。また、特公平８−２９３１５号公報には、この方法において、脱気処理水にアルカリを添加してＲＯ処理することにより、得られる純水の水質（比抵抗）を更に高めることができることが記載され、半導体製造工程で使用される超純水を得るためには、更に２段ＲＯ処理水をイオン交換処理することが記載されている。なお、このイオン交換処理に用いるイオン交換装置としては、再生が不要な非再生型イオン交換装置を用いるのが有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特公平８−２９３１５号公報記載の方法で得られる２段ＲＯ処理水の水質は、全カチオンで１ｐｐｍ程度、比抵抗で数ＭΩ・ｃｍ程度である。この程度の水質の２段ＲＯ処理水では、半導体製造工程で必要とされる比抵抗１８ＭΩ・ｃｍ以上の水質の超純水を得るためには、後段のイオン交換装置の負荷が過大となる。このため、このイオン交換装置として非再生型のものを用いた場合には、数ケ月程度で交換する必要があり、メンテナンス作業が著しく手間のかかるものとなる。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ＲＯ処理により比抵抗１５ＭΩ・ｃｍ以上の高水質処理水を得ることができ、これにより後段のイオン交換装置の負荷を軽減することができる純水の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の純水の製造方法は、原水に酸を添加して脱気処理して得られたｐＨ５〜７の水を第１段目の逆浸透膜分離処理して主としてカチオン成分を除去し、次いで第１段目の逆浸透膜分離処理の処理水に必要に応じアルカリを添加してｐＨ６．５〜８として第２段目の逆浸透膜分離処理を行って主としてアニオン成分を除去し、その後、第２段目の逆浸透膜分離処理の処理水を、ＮａＣｌ濃度１〜１０ｐｐｍという低塩類濃度域におけるＮａＣｌ阻止率が９９％以上の逆浸透膜を用いて第３段目の逆浸透膜分離処理する純水の製造方法であって、第２段目の逆浸透膜分離処理に用いる逆浸透膜が負荷電膜であり、第３段目の逆浸透膜分離処理に用いる逆浸透膜が正荷電膜であることを特徴とする。
【０００６】
前述の如く、２段ＲＯ処理では、比抵抗が数ＭΩ・ｃｍ程度の処理水しか得ることができないため、本発明では、この２段ＲＯ処理水を更にＲＯ処理する。この３段目のＲＯ処理の原水となる２段ＲＯ処理水は、既に２段階のＲＯ処理を行うことで、塩類濃度が相当に低減されている。一方、一般的なＲＯ膜の塩類阻止率は、原水中の塩類濃度が低くなるにつれて低下する傾向があり、従って、２段ＲＯ処理水のような低濃度水に対する塩類阻止率が低いために、十分なＲＯ処理効果を得ることができない。
【０００７】
本発明では３段目のＲＯ処理のＲＯ膜として、ＮａＣｌ濃度１〜１０ｐｐｍという低塩類濃度域におけるＮａＣｌ阻止率が９９％以上のＲＯ膜を用いるため、著しく高い３段ＲＯ処理効果を得ることができ、比抵抗１５ＭΩ・ｃｍ以上の高水質の純水を製造することが可能となる。
【０００９】
本発明においては、特に、原水に酸を添加して炭酸イオン分解した後脱気処理し、その後、低ｐＨ領域で第１段目のＲＯ処理を行って主としてカチオン成分を除去し、次いでｐＨ６．５〜８で第２段目のＲＯ処理を行って主としてアニオン成分を除去し、その後、低塩類濃度域における塩類阻止率の高いＲＯ膜を用いて第３段目のＲＯ処理を行うため、より一層高水質の純水を得ることができる。
【００１０】
即ち、一般に、Ｎａ+ 等のカチオン成分は低ｐＨ領域でＲＯ処理による除去率が高く、一方、Ｃｌ- 等のアニオン成分はｐＨ５．５以上の、これよりも高いｐＨ領域でＲＯ処理による除去率が高いため、上記の如くｐＨ調整することにより、効率的なＲＯ処理を行える。
【００１１】
この場合、カチオン成分、アニオン成分の除去に用いる第１，２段目のＲＯ膜は負荷電膜が、また、第３段目のＲＯ膜は正荷電膜が好適である。
【００１２】
なお、正荷電膜とは、限外濾過膜の上に界面架橋のような方法で薄いスキン層を形成してなるＲＯ複合膜のうち、カチオン基、例えば第四アンモニウム基等を導入することにより、膜表面を正に帯電させたものであり、一方、負荷電膜とは、このようなＲＯ複合膜において、アニオン基、例えばカルボキシル基等を導入して膜表面を負に帯電させたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は本発明の純水の製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１５】
本実施の形態においては、市水、井水、工業用水等を原水として、必要に応じて凝集沈澱、膜濾過等の前処理を施した後、ＨＣｌ，Ｈ2 ＳＯ4 等の酸を添加して原水中のＭ−アルカリ成分の主体をなすＨＣＯ3 -，ＣＯ3 2- イオンを脱気装置で除去し易いＣＯ2 の形態とした後、脱炭酸塔、膜脱気装置等の脱気装置１に通水する。なお、酸の添加量は、脱気処理水のｐＨが５〜７程度となるような量とするのが好ましい。
【００１６】
脱気装置１では、原水中のＣＯ2 を気相に移行させて除去すると共に原水中の溶存酸素も気相に移行させて除去する。
【００１７】
脱気処理水は、第１段目のＲＯ膜分離装置２に導入してＲＯ処理する。この第１段目のＲＯ膜分離装置２では、原水に添加した酸により調整された低ｐＨ条件下において、主にＮａ+ イオン等のカチオン成分を除去する。
【００１８】
即ち、一般に、ＲＯ膜処理において、Ｎａ+ イオン等のカチオン成分はｐＨ３〜４の低ｐＨ領域で高い除去率を示し、逆にＣｌ- イオン等のアニオン成分はｐＨ５．５以上で高い除去率を示すため、第１段目のＲＯ処理では、低ｐＨの脱気処理水について主にカチオン成分の除去を行う。
【００１９】
なお、この第１段目のＲＯ処理はｐＨ３〜４の範囲で行うのが好ましく、従って、脱気処理水のｐＨがこの範囲よりも高い場合には脱気処理水に更に酸を添加してｐＨ調整を行っても良い。
【００２０】
この第１段目及び次の第２段目のＲＯ処理に用いるＲＯ膜としては、日東電工株式会社製「ＥＳ２０」、東レ株式会社製「ＳＵ７１０」等の負荷電膜を用いることができる。
【００２１】
第１段目のＲＯ処理水は、次いで、ＮａＯＨ等のアルカリを添加してｐＨ６．５〜８に調整した後、第２段目のＲＯ膜分離装置３に導入してＲＯ処理する。
【００２２】
第２段目のＲＯ処理水の水質は比抵抗で数ＭΩ・ｃｍから最高でも６〜７ＭΩ・ｃｍ程度であるため、本発明では、更に水質を向上させるために、第２段目のＲＯ処理水を第３段目のＲＯ膜分離装置４に導入してＲＯ処理する。
【００２３】
本発明において、この第３段目のＲＯ処理は、低塩類濃度域における塩類阻止率の高いＲＯ膜を用いて行う。低塩類濃度域における塩類阻止率の高いＲＯ膜であれば、２段ＲＯ処理により既に塩類濃度が相当に低減された第２段目のＲＯ処理水中の塩類を極低濃度にまで除去して、著しく高水質の処理水を得ることができる。
【００２４】
この第３段目のＲＯ処理に用いるＲＯ膜としては、塩類濃度１〜１０ｐｐｍというような低塩類濃度域における塩類阻止率が９９％以上のＲＯ膜、例えば、日東電工社製「ＮＴＲ−７１９ＨＦ」，「ＥＳ１０Ｃ」，（共にＮａＣｌ濃度１〜１０ｐｐｍでのＮａＣｌ阻止率９９％以上）等の正荷電膜を用いる。
【００２５】
本発明の方法によれば、第３段目のＲＯ処理水として、比抵抗１５ＭΩ・ｃｍ以上の高水質の純水を得ることができる。従って、この純水を更にイオン交換処理する際、イオン交換装置の負荷を大幅に軽減することができ、非再生型イオン交換装置の場合、その寿命を６ケ月〜１年以上に大幅に延長することができる。このため、メンテナンス作業が大幅に軽減される。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２７】
実施例１
図１に示す本発明の方法により、厚木市の水道水を原水として純水の製造を行った。
【００２８】
まず、原水に脱気処理水のｐＨが６となるように酸（ＨＣｌ）を添加し、これを脱気装置（脱炭酸塔）１に通水して脱気処理した。脱気処理水を第１段目のＲＯ膜分離装置２に通水し、第１段目のＲＯ処理水にアルカリ（ＮａＯＨ）を添加してｐＨ７．０とした後第２段目のＲＯ膜分離装置３に通水し、第２段目のＲＯ処理水を更に第３段目のＲＯ膜分離装置４に通水した。
【００２９】
なお、各ＲＯ膜分離装置２〜４で用いたＲＯ膜は表１に示す通りである。
得られた純水（第３段目のＲＯ処理水）の比抵抗を表１に示す。
【００３０】
比較例１
実施例１において、脱気処理を行わなかったこと以外は同様の条件で処理を行い、得られた純水の比抵抗を表１に示した。
【００３１】
比較例２
実施例１において、第３段目のＲＯ膜分離装置４のＲＯ膜として表１に示すものを用いたこと以外は同様の条件で処理を行い、得られた純水の比抵抗を表１に示した。
【００３２】
比較例３
実施例１において、第３段目のＲＯ膜分離装置を設けず、脱気処理水を２段ＲＯ処理したこと以外は同様の条件で処理を行い、得られた純水の比抵抗を表１に示した。
【００３３】
比較例４
比較例３において、アルカリを第１段目のＲＯ処理水ではなく、脱気処理水に添加したこと以外は同様の条件で処理を行い、得られた純水の比抵抗を表１に示した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１より、本発明の純水の製造方法によれば、比抵抗１５ＭΩ・ｃｍ以上の高水質の純水を製造することができることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の純水の製造方法によれば、高水質の純水を製造することができる。このため、得られた純水を更にイオン交換処理する場合、イオン交換装置の負荷を著しく低減することができ、非再生型イオン交換装置の場合、その寿命を大幅に延長して交換頻度を低減することで、メンテナンス作業を著しく軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水の製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】従来法を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 脱気装置
２，３，４ ＲＯ膜分離装置
【発明の属する技術分野】
本発明は純水の製造方法に係り、特に原水を脱気した後、３段逆浸透膜（ＲＯ膜）分離処理して高水質の純水を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程等で使用される純水の製造方法として、特公平８−２９３１５号公報には、図２に示す如く、市水等の原水に酸を添加して炭酸イオン分解（ＣＯ2 化）した水を脱気装置１で脱気処理した後、２段に直列配置したＲＯ膜分離装置２，３に順次通水して２段ＲＯ処理する方法が提案されている。また、特公平８−２９３１５号公報には、この方法において、脱気処理水にアルカリを添加してＲＯ処理することにより、得られる純水の水質（比抵抗）を更に高めることができることが記載され、半導体製造工程で使用される超純水を得るためには、更に２段ＲＯ処理水をイオン交換処理することが記載されている。なお、このイオン交換処理に用いるイオン交換装置としては、再生が不要な非再生型イオン交換装置を用いるのが有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特公平８−２９３１５号公報記載の方法で得られる２段ＲＯ処理水の水質は、全カチオンで１ｐｐｍ程度、比抵抗で数ＭΩ・ｃｍ程度である。この程度の水質の２段ＲＯ処理水では、半導体製造工程で必要とされる比抵抗１８ＭΩ・ｃｍ以上の水質の超純水を得るためには、後段のイオン交換装置の負荷が過大となる。このため、このイオン交換装置として非再生型のものを用いた場合には、数ケ月程度で交換する必要があり、メンテナンス作業が著しく手間のかかるものとなる。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ＲＯ処理により比抵抗１５ＭΩ・ｃｍ以上の高水質処理水を得ることができ、これにより後段のイオン交換装置の負荷を軽減することができる純水の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の純水の製造方法は、原水に酸を添加して脱気処理して得られたｐＨ５〜７の水を第１段目の逆浸透膜分離処理して主としてカチオン成分を除去し、次いで第１段目の逆浸透膜分離処理の処理水に必要に応じアルカリを添加してｐＨ６．５〜８として第２段目の逆浸透膜分離処理を行って主としてアニオン成分を除去し、その後、第２段目の逆浸透膜分離処理の処理水を、ＮａＣｌ濃度１〜１０ｐｐｍという低塩類濃度域におけるＮａＣｌ阻止率が９９％以上の逆浸透膜を用いて第３段目の逆浸透膜分離処理する純水の製造方法であって、第２段目の逆浸透膜分離処理に用いる逆浸透膜が負荷電膜であり、第３段目の逆浸透膜分離処理に用いる逆浸透膜が正荷電膜であることを特徴とする。
【０００６】
前述の如く、２段ＲＯ処理では、比抵抗が数ＭΩ・ｃｍ程度の処理水しか得ることができないため、本発明では、この２段ＲＯ処理水を更にＲＯ処理する。この３段目のＲＯ処理の原水となる２段ＲＯ処理水は、既に２段階のＲＯ処理を行うことで、塩類濃度が相当に低減されている。一方、一般的なＲＯ膜の塩類阻止率は、原水中の塩類濃度が低くなるにつれて低下する傾向があり、従って、２段ＲＯ処理水のような低濃度水に対する塩類阻止率が低いために、十分なＲＯ処理効果を得ることができない。
【０００７】
本発明では３段目のＲＯ処理のＲＯ膜として、ＮａＣｌ濃度１〜１０ｐｐｍという低塩類濃度域におけるＮａＣｌ阻止率が９９％以上のＲＯ膜を用いるため、著しく高い３段ＲＯ処理効果を得ることができ、比抵抗１５ＭΩ・ｃｍ以上の高水質の純水を製造することが可能となる。
【０００９】
本発明においては、特に、原水に酸を添加して炭酸イオン分解した後脱気処理し、その後、低ｐＨ領域で第１段目のＲＯ処理を行って主としてカチオン成分を除去し、次いでｐＨ６．５〜８で第２段目のＲＯ処理を行って主としてアニオン成分を除去し、その後、低塩類濃度域における塩類阻止率の高いＲＯ膜を用いて第３段目のＲＯ処理を行うため、より一層高水質の純水を得ることができる。
【００１０】
即ち、一般に、Ｎａ+ 等のカチオン成分は低ｐＨ領域でＲＯ処理による除去率が高く、一方、Ｃｌ- 等のアニオン成分はｐＨ５．５以上の、これよりも高いｐＨ領域でＲＯ処理による除去率が高いため、上記の如くｐＨ調整することにより、効率的なＲＯ処理を行える。
【００１１】
この場合、カチオン成分、アニオン成分の除去に用いる第１，２段目のＲＯ膜は負荷電膜が、また、第３段目のＲＯ膜は正荷電膜が好適である。
【００１２】
なお、正荷電膜とは、限外濾過膜の上に界面架橋のような方法で薄いスキン層を形成してなるＲＯ複合膜のうち、カチオン基、例えば第四アンモニウム基等を導入することにより、膜表面を正に帯電させたものであり、一方、負荷電膜とは、このようなＲＯ複合膜において、アニオン基、例えばカルボキシル基等を導入して膜表面を負に帯電させたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は本発明の純水の製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１５】
本実施の形態においては、市水、井水、工業用水等を原水として、必要に応じて凝集沈澱、膜濾過等の前処理を施した後、ＨＣｌ，Ｈ2 ＳＯ4 等の酸を添加して原水中のＭ−アルカリ成分の主体をなすＨＣＯ3 -，ＣＯ3 2- イオンを脱気装置で除去し易いＣＯ2 の形態とした後、脱炭酸塔、膜脱気装置等の脱気装置１に通水する。なお、酸の添加量は、脱気処理水のｐＨが５〜７程度となるような量とするのが好ましい。
【００１６】
脱気装置１では、原水中のＣＯ2 を気相に移行させて除去すると共に原水中の溶存酸素も気相に移行させて除去する。
【００１７】
脱気処理水は、第１段目のＲＯ膜分離装置２に導入してＲＯ処理する。この第１段目のＲＯ膜分離装置２では、原水に添加した酸により調整された低ｐＨ条件下において、主にＮａ+ イオン等のカチオン成分を除去する。
【００１８】
即ち、一般に、ＲＯ膜処理において、Ｎａ+ イオン等のカチオン成分はｐＨ３〜４の低ｐＨ領域で高い除去率を示し、逆にＣｌ- イオン等のアニオン成分はｐＨ５．５以上で高い除去率を示すため、第１段目のＲＯ処理では、低ｐＨの脱気処理水について主にカチオン成分の除去を行う。
【００１９】
なお、この第１段目のＲＯ処理はｐＨ３〜４の範囲で行うのが好ましく、従って、脱気処理水のｐＨがこの範囲よりも高い場合には脱気処理水に更に酸を添加してｐＨ調整を行っても良い。
【００２０】
この第１段目及び次の第２段目のＲＯ処理に用いるＲＯ膜としては、日東電工株式会社製「ＥＳ２０」、東レ株式会社製「ＳＵ７１０」等の負荷電膜を用いることができる。
【００２１】
第１段目のＲＯ処理水は、次いで、ＮａＯＨ等のアルカリを添加してｐＨ６．５〜８に調整した後、第２段目のＲＯ膜分離装置３に導入してＲＯ処理する。
【００２２】
第２段目のＲＯ処理水の水質は比抵抗で数ＭΩ・ｃｍから最高でも６〜７ＭΩ・ｃｍ程度であるため、本発明では、更に水質を向上させるために、第２段目のＲＯ処理水を第３段目のＲＯ膜分離装置４に導入してＲＯ処理する。
【００２３】
本発明において、この第３段目のＲＯ処理は、低塩類濃度域における塩類阻止率の高いＲＯ膜を用いて行う。低塩類濃度域における塩類阻止率の高いＲＯ膜であれば、２段ＲＯ処理により既に塩類濃度が相当に低減された第２段目のＲＯ処理水中の塩類を極低濃度にまで除去して、著しく高水質の処理水を得ることができる。
【００２４】
この第３段目のＲＯ処理に用いるＲＯ膜としては、塩類濃度１〜１０ｐｐｍというような低塩類濃度域における塩類阻止率が９９％以上のＲＯ膜、例えば、日東電工社製「ＮＴＲ−７１９ＨＦ」，「ＥＳ１０Ｃ」，（共にＮａＣｌ濃度１〜１０ｐｐｍでのＮａＣｌ阻止率９９％以上）等の正荷電膜を用いる。
【００２５】
本発明の方法によれば、第３段目のＲＯ処理水として、比抵抗１５ＭΩ・ｃｍ以上の高水質の純水を得ることができる。従って、この純水を更にイオン交換処理する際、イオン交換装置の負荷を大幅に軽減することができ、非再生型イオン交換装置の場合、その寿命を６ケ月〜１年以上に大幅に延長することができる。このため、メンテナンス作業が大幅に軽減される。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２７】
実施例１
図１に示す本発明の方法により、厚木市の水道水を原水として純水の製造を行った。
【００２８】
まず、原水に脱気処理水のｐＨが６となるように酸（ＨＣｌ）を添加し、これを脱気装置（脱炭酸塔）１に通水して脱気処理した。脱気処理水を第１段目のＲＯ膜分離装置２に通水し、第１段目のＲＯ処理水にアルカリ（ＮａＯＨ）を添加してｐＨ７．０とした後第２段目のＲＯ膜分離装置３に通水し、第２段目のＲＯ処理水を更に第３段目のＲＯ膜分離装置４に通水した。
【００２９】
なお、各ＲＯ膜分離装置２〜４で用いたＲＯ膜は表１に示す通りである。
得られた純水（第３段目のＲＯ処理水）の比抵抗を表１に示す。
【００３０】
比較例１
実施例１において、脱気処理を行わなかったこと以外は同様の条件で処理を行い、得られた純水の比抵抗を表１に示した。
【００３１】
比較例２
実施例１において、第３段目のＲＯ膜分離装置４のＲＯ膜として表１に示すものを用いたこと以外は同様の条件で処理を行い、得られた純水の比抵抗を表１に示した。
【００３２】
比較例３
実施例１において、第３段目のＲＯ膜分離装置を設けず、脱気処理水を２段ＲＯ処理したこと以外は同様の条件で処理を行い、得られた純水の比抵抗を表１に示した。
【００３３】
比較例４
比較例３において、アルカリを第１段目のＲＯ処理水ではなく、脱気処理水に添加したこと以外は同様の条件で処理を行い、得られた純水の比抵抗を表１に示した。
【００３４】
【表１】
表１より、本発明の純水の製造方法によれば、比抵抗１５ＭΩ・ｃｍ以上の高水質の純水を製造することができることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の純水の製造方法によれば、高水質の純水を製造することができる。このため、得られた純水を更にイオン交換処理する場合、イオン交換装置の負荷を著しく低減することができ、非再生型イオン交換装置の場合、その寿命を大幅に延長して交換頻度を低減することで、メンテナンス作業を著しく軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水の製造方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】従来法を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 脱気装置
２，３，４ ＲＯ膜分離装置
Claims (1)
- 原水に酸を添加して脱気処理して得られたｐＨ５〜７の水を第１段目の逆浸透膜分離処理して主としてカチオン成分を除去し、次いで第１段目の逆浸透膜分離処理の処理水に必要に応じアルカリを添加してｐＨ６．５〜８として第２段目の逆浸透膜分離処理を行って主としてアニオン成分を除去し、その後、第２段目の逆浸透膜分離処理の処理水を、ＮａＣｌ濃度１〜１０ｐｐｍという低塩類濃度域におけるＮａＣｌ阻止率が９９％以上の逆浸透膜を用いて第３段目の逆浸透膜分離処理する純水の製造方法であって、第２段目の逆浸透膜分離処理に用いる逆浸透膜が負荷電膜であり、第３段目の逆浸透膜分離処理に用いる逆浸透膜が正荷電膜であることを特徴とする純水の製造方法。
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