JP3932591B2 - 純水の製造方法 - Google Patents
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Description
【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、半導体や液晶製造用水などの超純水を製造するプロセスにおいて、有機物やアンモニア性窒素成分を効率的に除去する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、市水や工水、或いは回収水(半導体、液晶などの薄膜製造工程等から排出される使用済超純水)等の原水を処理して純水を製造するに当り、これらの水に含まれるTOC成分を効率的に分解するために、貧栄養細菌による生物処理を採用することが公知である(特公平6−45036号公報)。この方法によれば、原水中の0.1〜1ppm程度のTOCを、生物に利用可能なAOCとして数ppbレベルまで低減することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
近年、工水等の水質の悪化や回収水の回収率の向上等により、原水中のTOCが増加する傾向にあり、生物処理だけではTOCを十分に低減させることが困難となってきている。即ち、原水中のTOCが高くなると、生物分解の過程で生成する代謝物に由来する生物分解不可能なTOC成分が数十〜数百ppb残留するようになり、処理水中のTOCを十分に低減させることができない。
【0004】
この場合には、生物処理の後段の逆浸透(RO)膜分離装置やイオン交換装置、紫外線(UV)酸化装置等でTOCを分解ないし除去する必要があり、これらの装置のTOC負荷が増大するという不具合がある。
【0005】
また、アンモニア性窒素成分は後段のRO膜分離装置では除去されにくいため、原水中の窒素成分は、生物処理時にできるだけRO膜分離可能な硝酸に変換(硝化)しておくことが望ましいが、公知の生物処理手段、例えば活性炭に微生物を担持させた流動床式生物処理手段では、溶存酸素(DO)供給量の不足などのために、安定して硝酸化することが困難である。
【0006】
本発明は上記従来の問題点を解決し、原水中の有機物を安定して低濃度にまで分解するとともに、代謝物濃度を低減してAOCだけでなくTOC成分全体を低減し、更に窒素成分の硝化をほぼ完全に行うことにより、高水質の純水を製造する方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の純水の製造方法は、半導体、液晶製造工程から排出される、TOC10mg/L以下の使用済超純水を生物処理した後オゾン酸化処理し、その後再度生物処理して、TOC数10ppb以下の純水を製造する純水の製造方法であって、前段の生物処理手段が生物膜濾過装置であり、その濾材の粒径が1〜5mmで、後段の生物処理手段が活性炭を担体とし、貧栄養細菌を担持していることを特徴とする。
【0008】
以下、本発明において、オゾン酸化処理の前に行う生物処理を「前段生物処理」と称し、オゾン酸化処理後の生物処理を「後段生物処理」と称す。
【0009】
本発明における被処理水(原水)は、半導体、液晶製造工程の回収水である。
【0010】
本発明では、前段生物処理において、原水中のAOCを直接分解すると共に、窒素を硝化する。前段生物処理後のオゾン酸化処理では、この前段生物処理で生成した生物代謝物(TOCであるが生物分解性のないもの)を生物分解可能な物質に変換する。原水中の生物分解可能なTOCは前段生物処理においてほぼ完全に除去されているため、このオゾン酸化処理におけるオゾンがAOCの分解に無駄に使われることはない。また、オゾンにより、前段生物処理工程からの流出菌体の凝集性が向上し、後段生物処理工程での除去が容易になるという効果も奏される。
【0011】
オゾン酸化処理後の後段生物処理では、貧栄養細菌により1ppm以下のTOCが数〜数十ppbレベルにまで低減する。
【0012】
【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詳細に説明する。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。
【0013】
本発明においては、原水を前段生物処理手段1、オゾン酸化処理手段2及び後段生物処理手段3で順次処理する。
【0014】
前段生物処理手段1では、原水に含まれるAOCを直接分解するとともに、窒素成分を硝化する。この前段生物処理工程では、原水中のTOC及びNがともに数ppmレベルの場合、原水中のDOだけでは酸素量が不足するため、前段生物処理槽内を曝気するのが好ましい。
【0015】
生成する菌体の流出を防止するために、この前段生物処理の処理方式は、生物膜濾過方式とする。使用する濾材の粒径を小さく、1〜5mmとすることにより、余剰菌体を濾材層中に捕捉することができ、菌体の流出を防止して、前段生物処理水中のSS濃度を極めて低く維持することができる。なお、処理槽中の余剰菌体は濾材層を定期的に逆洗することにより系外へ排出する。
【0016】
この前段生物処理後のオゾン酸化処理手段2では、前段生物処理で生成した生物代謝物(TOCであるが生物分解性のないもの)を生物分解可能な物質となるように酸化処理する。このオゾン酸化処理におけるオゾンの添加量は、原水中のTOCやN濃度によって異なるが、通常、添加直後の被処理水中のオゾン濃度が1〜10ppmとくに2〜8ppm程度となる添加量で良い。即ち、本発明では、前段生物処理で生物分解可能なTOCはほぼ完全に除去されているため、このオゾン酸化処理工程におけるオゾンがAOCの分解に無駄に使われることはないため、オゾン添加量は比較的少なくて足りる。このオゾン酸化処理では、前段生物処理工程の流出菌体の凝集性を高めて次の後段生物処理での菌性除去を容易とし、得られる純水のFI値を低減するという効果も奏される。
【0017】
このオゾン酸化処理後の後段生物処理手段3においては、活性炭を担体として用いる。この活性炭を担体とした処理方式は、流動床方式、固定床方式のいずれも利用可能である。この後段生物処理工程で生育する微生物は貧栄養細菌であり、この後段生物処理で1ppm以下のTOCを数〜数十ppbレベルまで低下させることができる。ここでは、酸素は、処理槽の入口や循環ラインでの空気溶解によるDOだけで十分足りるため、特に曝気を行う必要はない。
【0018】
このように原水を前段生物処理、オゾン酸化処理及び後段生物処理で処理する本発明の方法によれば、原水中のTOCが5〜10ppmの高濃度の場合でも、得られる処理水のTOCを数ppb〜数10ppbレベルにまで低減させることができる。
【0019】
また、このような高TOC濃度の原水を生物処理した場合、余剰菌体が後段に流出して後工程のRO膜分離装置の膜やイオン交換装置のイオン交換樹脂などの閉塞等を引き起こすおそれがあるが、前段生物処理に生物濾過方式を採用することにより、前段生物処理手段1からの余剰菌体の流出及びそれによる後段の装置の閉塞等を防止することができる。
【0020】
しかも、本発明の方法では、前段生物処理手段1において処理槽を曝気する場合には、原水中の窒素成分を前段生物処理でほぼ完全に硝化することができるため、後工程のRO膜分離装置等で窒素成分を容易に除去することができ、著しく高純度の純水を得ることができる。
【0021】
このような本発明の純水の製造方法は、特に、TOC3〜10mg/L,NH4 −N5〜20mg/Lというような比較的TOC,NH4 −N濃度の高い原水の処理にきわめて有効である。
【0022】
【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。
【0023】
実施例1
下記水質のTFT液晶工場の回収水を原水として、図1に示す本発明の方法に従って、前段生物処理手段、オゾン酸化処理手段及び後段生物処理手段に順次通液して処理した。
【0024】
[原水水質]
pH :6.4
TOC :7.6mg/L
NH4 −N:4.6mg/L
T−N :4.8mg/L
前段生物処理手段、オゾン酸化処理手段及び後段生物処理手段の装置仕様及び通液条件は次の通りである。
【0025】
[装置仕様]
前段生物処理手段:発泡ポリスチレンの球形濾材(比重0.05,粒径3mm)を充填した上向流生物膜濾過装置。直径5cm,濾材容量約500mLで、曝気は濾材の下部から行った。
【0026】
オゾン酸化処理手段:直径25mm,高さ40mmのポリ塩化ビニル製カラムの下部のセラミック散気球から、オゾン発生機より直接オゾンを曝気するもの。オゾン濃度25g/Nm3 ,通気量10mL/minで曝気した。
【0027】
後段生物処理手段:直径25mmのカラムに20〜40メッシュの石炭系粒状活性炭を約200mL充填(充填高さ40cm)したもの。原水はカラム下部から通液。
【0028】
[通液条件]
原水流量:25mL/min
滞留時間(充填部空塔容量に対して):
前段生物処理手段=20min
オゾン処理手段 = 4min
後段生物処理手段= 8min
なお、前段生物処理手段は週に1〜2回、後段生物処理手段は週に1回それぞれ逆洗を行った。
【0029】
約1ケ月の連続通液後に達した安定運転期間の前段生物処理手段の流出水及び後段生物処理手段の流出水(処理水)の水質を原水水質と共に表1に示した。
【0030】
比較例1
実施例1で処理したものと同様の原水を、直径25mmのカラムに20〜40メッシュの石炭系粒状活性炭を約100mL充填(充填高さ20cm)したものに、展開率100%となるように、下部から処理水の一部と共に通液した(LV=約15m/hr)。原水流量は4.0mL/minであり、充填部空塔容量に対する滞留時間は50minであった。
【0031】
約1ケ月の連続通液後に達した安定運転期間の処理水水質を表1に示した。
【0032】
【表1】
【0033】
表1より次のことが明らかである。
【0034】
即ち、実施例1と比較例1とはほぼ同程度の滞留時間での処理であるが、実施例1では、比較例1の従来法と比較してTOCを1桁低くできる上に、アンモニアもほぼ完全に硝化することができる。また、流出菌体も少ないため、FI値も従来法よりも低い。従って、後工程のRO膜分離装置やイオン交換装置の閉塞や汚染を防止できる。
【0035】
実施例2
実施例1において、半導体メモリー工場の原水(工水)と回収水(回収率70%)とが混合された、下記水質の水を原水とし、下記通液条件で処理を行ったこと以外は同様にして処理を行い、約2週間の馴致期間の後の安定運転期間の前段生物処理手段の流出水及び後段生物処理手段の流出水(処理水)の水質を原水水質と共に表2に示した。
【0036】
原水水質
pH :5.8
TOC:1.8mg/L
NH4 −N:0.9mg/L
T−N:1.0mg/L
通液条件
原水流量:50mL/min
滞留時間(充填部空塔容量に対して):
前段生物処理手段=10min
オゾン処理手段=2min
後段生物処理手段=4min
比較例2
実施例2で処理したものと同様の原水を、比較例1と同様にして処理し(ただし、原水流量は8mL/minで充填部空塔容量に対する滞留時間は25min)、約2週間の馴致期間後の安定運転期間の処理水水質を表2に示した。
【0037】
【表2】
【0038】
表2からも、本発明によれば、従来法に比べて処理水の水質が大幅に向上することが明らかである。
【0039】
【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、原水中の有機物を安定して低濃度にまで分解するとともに、代謝物濃度を低減してAOCだけでなくTOC成分全体を低減し、更に窒素成分の硝化をほぼ完全に行うことができる。このため、本発明で得られる純水をRO膜分離装置やイオン交換装置等の後工程の処理設備で処理することにより、これらの設備の負荷を軽減して著しく高純度の超純水を製造することが可能となる。
【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。
【符号の説明】
1 前段生物処理手段
2 オゾン酸化処理手段
3 後段生物処理手段
Claims (1)
- 半導体、液晶製造工程から排出される、TOC10mg/L以下の使用済超純水を生物処理した後オゾン酸化処理し、その後再度生物処理して、TOC数10ppb以下の純水を製造する純水の製造方法であって、
前段の生物処理手段が生物膜濾過装置であり、その濾材の粒径が1〜5mmで、
後段の生物処理手段が活性炭を担体とし、貧栄養細菌を担持していることを特徴とする純水の製造方法。
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JP02662097A JP3932591B2 (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 純水の製造方法 |
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- 1997-02-10 JP JP02662097A patent/JP3932591B2/ja not_active Expired - Fee Related
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