JP4367887B2

JP4367887B2 - シリカの懸濁物を含むｃｍｐ廃水の処理方法

Info

Publication number: JP4367887B2
Application number: JP2001059970A
Authority: JP
Inventors: 祥之相戸; 義浩藤原
Original assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Current assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP2002263635A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体部品の製造に際して使用されるＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）装置から排出されるＣＭＰ廃水のうち、シリカ系の懸濁物を含むＣＭＰ廃水を、蒸発濃縮にて処理する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体部品の製造に際して使用されるＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）装置から排出されるＣＭＰ廃水には、シリカ（ＳｉＯ2 ）を主成分とする微粒の砥粒子、及び、これに砥粒子にて被加工物から剥離又は削られた微粒子を含み、これらが懸濁しているから、そのままでは河川等に排出することができない。
【０００３】
従来、このＣＭＰ廃水の処理には、懸濁物を凝集沈殿して分離する方法と、懸濁物を濾過によって分離する方法とが存在する。
【０００４】
前者の凝集沈殿による方法は、例えば、特開平１１−３３５６０号公報、特開平１１−３４７５６９号公報、特開２０００−１４０８６１号公報及び特開２０００−２５４６５６号公報等に記載されているように、ＣＭＰ廃水に凝集剤を添加して凝縮処理したのち、沈殿槽に導いてシリカ等の懸濁物を沈殿することによって、懸濁物を含む沈殿汚泥水と、懸濁物を含ない上澄水とに分離するという方法である。
【０００５】
一方、後者の濾過による方法は、例えば、特開平７−３１６８４６号公報及び特開平９−１１７７６３号公報等に記載されているように、ＣＭＰ廃水を濾過膜にて濾過することにより、懸濁物を分離するという方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の凝集沈殿による方法は、ＣＭＰ廃水に、その懸濁物を効果的に凝集するために凝集剤を多量に添加しなければならないから、沈殿分離したあとにおける沈殿汚泥水の量が、前記凝集剤を多量に添加するだけ増大するから、その後における沈殿汚泥水の乾燥等のような後処理の負荷が増大し、この後処理に要する経費が大幅にアップするばかりか、高い沈殿分離を達成するには、ＣＭＰ廃水の性状に応じて最適の凝集剤及びこの凝集剤の最適の添加量を選択しなければならない点も問題であった。
【０００７】
また、後者の濾過による方法は、ＣＭＰ廃水の性状に応じて濾過膜の種類を最適のものに厳選する必要があり、場合によって、著しく高価なセラミック膜を使用しなければならず、また、運転管理の面においても、ＣＭＰ廃水の性状に応じて、当該ＣＭＰ廃水中における特定の物質を除く等の前処理を必要とするとか、濾過膜の目詰まりに応じて洗浄作業を行う頻度の設定、及び最適な透過流速の設定を必要とする等の問題があった。
【０００８】
本発明は、シリカ系の懸濁物を含むＣＭＰ廃水を、前記従来の凝集沈殿法又は濾過方法によることなく、蒸発濃縮にて処理する方法を提供することを技術的課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明における請求項１は、
「シリカの懸濁物を含むＣＭＰ廃水を、そのｐＨ値がアルカリの添加によって８〜１０になるように調整し、次いで、この廃水を、大気圧よりも低い減圧状態とした蒸発缶内に導き、この蒸発缶内において伝熱管の外表面と蒸発缶内の底部との間を循環し、この循環中の廃水を、前記伝熱管内における熱源にて間接加熱することにより、水分を蒸発する濃縮を行い、前記シリカの懸濁物を含む前記ＣＭＰ廃水と、蒸発した水蒸気とに分離する一方、前記伝熱管ではその内部の熱源と外表面の前記ＣＭＰ廃水との温度差を６℃以下に保持する。」ことを特徴としている。
【００１０】
【００１１】
【発明の作用・効果】
このように、懸濁物を含むＣＭＰ廃水を、伝熱面を介して間接加熱することにより蒸発缶内で水の蒸発を行い、前記濃縮水と、蒸発した水蒸気の凝縮水とに分離することにより、前記ＣＭＰ廃水を、当該ＣＭＰ廃水に予め含まれていた懸濁物の全てを含む濃縮水として減量化することができる一方、前記ＣＭＰ廃水における水を、懸濁物を含まない凝縮水として回収することができる。
【００１２】
ところで、処理するＣＭＰ廃水が、シリカ系の懸濁物を含むＣＭＰ廃水である場合、これを、前記伝熱管内における熱源にて間接加熱にて水を蒸発して濃縮することは、前記伝熱面に、シリカのスケールが付着することになるから、その蒸発濃縮の運転を比較的短い時間間隔で停止して、伝熱面に付着するシリカのスケールの除去を行うようにしなければならず、スケール除去のための運転停止を頻繁に行わなければないことになる。
【００１３】
しかし、シリカの水に対する溶解度は、その水溶液のｐＨ値が７のときにおいて、図３に示すように、温度に略直線的に比例して上昇するものの、この水溶液のｐＨ値を種々に変えたときにおけるシリカの水に対する溶解度は、前記図３における溶解度に対して、図４の曲線から求められる修正係数Ｘを掛け算した値になり、水溶液のｐＨ値が８の付近では比較的に緩やかに増大するが、１０を越えると急激に増大することが認められる。
【００１４】
そこで、本発明においては、前記シリカの懸濁物を含むＣＭＰ廃水を、そのｐＨ値がアルカリの添加によって８〜１０になるように調整したのち、前記蒸発缶に導いて、このＣＭＰ廃水は、この蒸発缶内において伝熱管の外表面と蒸発缶内の底部との間を循環し、この循環中において水を蒸発するという濃縮を行うようにしたものであり、これにより、蒸発缶と加熱缶との間を循環する循環水のｐＨ値は、蒸発濃縮により前記当初に調整したｐＨ値８〜１０を越えてこれよりも更に高くなり、シリカの溶解度が著しく増大して、前記加熱缶における伝熱面に付着するシリカのスケールを確実に抑制することができるから、蒸発濃縮の運転を伝熱面にシリカスケールが付着することのために停止しなければならない時間間隔を、大幅に延長できるのである。
【００１５】
しかも、この蒸発缶内において伝熱管の外表面と蒸発缶内の底部との間を循環する循環水におけるシリカの溶解度を著しく高い値に保持することができるものでありながら、処理する目的のＣＭＰ廃水には、そのｐＨ値を８〜１０にするまでのアルカリを添加するだけで良いことになり、換言すると、アルカリの添加量を少なくできるから、運転経費を節減できるとともに、アルカリを添加することのために、処理する目的のＣＭＰ廃水に予め含まれていた懸濁物の全てを含む濃縮水の量が増大することを僅少にとどめることができて、この濃縮水を乾燥する等の後処理の負荷を軽減できる。
【００１６】
また、前記の蒸発濃縮に際しては、以下の実施の形態において述べるように、前記伝熱管内における熱源にて間接加熱するときに、前記伝熱管ではその内部の熱源と外表面の前記ＣＭＰ廃水との間の温度差を、６℃以下に保持することにより、単位伝熱面積当たりの交換熱量を小さくし、ひいては、単位伝熱面積当たりの蒸発量を少なくした場合に、伝熱面の表面での局部的に過剰に濃縮することを防止できて、伝熱面に付着するスケールは、付着力が小さいものとなるから、前記伝熱面にシリカスケールが付着しても、このシリカスケールは比較的柔らかくなり、このシリカスケールを除去することが容易にできるのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００１８】
図１は、第１の実施の形態を示す。
【００１９】
この図１において、符号１は、供給管路２から送られてくるシリカの懸濁物を含むＣＭＰ廃水に対するｐＨ調整槽を、符号３は、前記ＣＭＰ廃水に対する蒸発濃縮装置を各々示す。
【００２０】
前記ｐＨ調整槽１は、攪拌機を備え、前記管路２から送られてくるシリカの懸濁物を含むＣＭＰ廃水を受け入れて、そのｐＨ値が、管路４から供給される苛性ソーダ等のアルカリの添加量をｐＨセンサー５にて増減制御することにより、８〜１０になるように調整する。
【００２１】
このようにｐＨ調整されたＣＭＰ廃水は、前記蒸発濃縮装置３における蒸発缶６内の下部にポンプ７にて供給される。この場合、前記蒸発缶６内の下部には液面センサー８が設けられ、この液面センサー８にて蒸発缶６内へのＣＭＰ廃水供給弁９を開閉制御することにより、蒸発缶６内の下部に一定の液面を保つように構成されている。
【００２２】
前記蒸発缶６内の上部には、加熱缶における水平に延びる伝熱管１０の多数本が多段状に設けられ、この各伝熱管１０の一端は入り口ヘッダー１１に他端は出口ヘッダー１２に各々開口しており、前記各伝熱管１０内には、ボイラー（図示せず）から管路１３にて送られて来る熱源としての蒸気が、前記入り口ヘッダー１１を介して供給される。
【００２３】
一方、前記蒸発缶６内底部に供給された処理目的のＣＭＰ廃水は、循環ポンプ１４にて汲み出され、前記加熱缶における各伝熱管１０の上部に配設したノズル１５に循環管路１６にて送られ、ノズル１５から前記各伝熱管１０の外側面に対して散布されたのち、再び蒸発缶６内の底部に戻るというように循環される。
【００２４】
この循環により、蒸発缶６内において、前記各伝熱管１０により間接加熱されることにより、水分が蒸発する。
【００２５】
この蒸発により、蒸発缶６内におけるＣＭＰ廃水は、水が蒸発するようにいわゆる蒸発濃縮され、懸濁物の濃度が高い濃縮水になり、濃縮水送出管路１７から排出される。
【００２６】
一方、前記蒸発缶６内で蒸発した水蒸気は、ダクト１８を介して凝縮器１９に導かれ、ここでの冷却により凝縮水になり、前記出口ヘッダー１２における凝縮水と一緒に凝縮水ポンプ２０により汲み出される。
【００２７】
また、前記蒸発缶６内は、不凝縮性ガスを前記凝縮器１９から真空ポンプ２１などの真空発生装置にて抽出することにより、大気圧よりも低い減圧状態（例えば、沸点が約８０℃の減圧状態）に保持され、従って、この蒸発缶６内での前記した蒸発は、大気圧よりも低い減圧状態のもとで行われる。
【００２８】
前記濃縮水送出管路１７から排出される濃縮水は、処理目的のＣＭＰ廃水に当初より含まれていた懸濁物の全てを含み、その後における乾燥等の後処理工程に送られる。
【００２９】
一方、前記凝縮水ポンプ２０により汲み出される凝縮水は、これに懸濁物を含まないことにより、工業用水等として再利用箇所に凝縮水送出管路２２より送られる。
【００３０】
なお、本実施の形態の場合、前記濃縮水送出管路１７の途中に、比重計等の懸濁物濃度センサー２３を設け、濃縮水中の懸濁物濃度が所定値以上になったときのみ弁２４を開いて、乾燥等の後処理工程に送出するように構成されている。一方、前記凝縮水送出管路２２の途中に、水質センサー２５を設け、凝縮水の水質が所定値よりも良いときには弁２６を開いて、再利用箇所に送出するが、凝縮水の水質が所定値よりも悪いときには、前記弁２６を閉じ、バイパス弁２７を開いて再利用箇所以外の箇所に送出するように構成されている。
【００３１】
また、本実施の形態の場合、前記循環管路１６には、タンク２８に入れたスケール防止剤が弁２９より適当な時期に適宜供給されるとともに、タンク３０に入れた消泡剤が弁３１より適当な時期に適宜供給される。
【００３２】
更にまた、本実施の形態においては、前記各伝熱管１０の表面に、シリカのスケールが所定値以上に付着した場合には、前記の蒸発濃縮の運転を停止し、蒸発缶６内等に溜まるＣＭＰ廃水を排出したのち、前記蒸発缶６内に、タンク３２に入れた洗浄剤を、弁３３を開いて供給して循環することにより、前記シリカスケールの除去を行い、スケールの除去を終わった洗浄剤は、前記凝縮水送出管路２２に接続した排出弁３４より排出するように構成されている。
【００３３】
ところで、本発明者達の実験によると、シリカの懸濁物を含むＣＭＰ廃水を１日当たり１４４立方メートル処理する設備で、蒸発濃縮装置３での蒸発濃縮比を１２倍とするというように、前記処理目的のＣＭＰ廃水を、１／１２の濃縮水に減量する場合において、前記処理目的のＣＭＰ廃水におけるｐＨ値を、前記ｐＨ調整槽１における苛性ソーダの添加によって８に調整し、これを蒸発濃縮装置３に供給したところ、蒸発濃縮装置３における循環水のｐＨ値は、９．５〜１０以上になるのであった。
【００３４】
ところで、前記蒸発濃縮装置３の加熱缶において、その各伝熱管１０における内側の加熱側と、外側の被加熱側との間の温度差は、これが大きい程、単位伝熱面積当たりの伝熱量が増大するから、伝熱面積の縮小、ひいては、蒸発濃縮装置の小型化を図ることができる。
【００３５】
しかし、本発明者達の実験によると、前記の温度差が、６℃を越えた場合には、前記各伝熱管１０の外側面に付着するシリカのスケールは、硬くなって、これを容易に除去することができないようになる現象が認められたが、前記の温度差が６℃以下にした場合には、前記各伝熱管１０の外側面に付着するシリカのスケールは比較的柔らかい状態になり、洗浄剤による洗浄にて容易に除去できるのであった。
【００３６】
次に、図２は、第２の実施の形態を示す。
【００３７】
この第２の実施の形態は、蒸発濃縮装置として蒸気圧縮型蒸発濃縮装置３′を使用した場合であり、その他の構成は、前記第１の実施の形態と同じである。
【００３８】
ここにおける蒸気圧縮型蒸発濃縮装置３′は、蒸発缶６内で発生した水蒸気を、電動モータ３５にて回転駆動されるブロワー３６にて圧縮したのち、前記各伝熱管１０の入り口ヘッダー１１内に供給する一方、前記各伝熱管１０の出口ヘッダー１２から不凝縮性ガスを真空ポンプ２１′などの真空発生装置にて行うことにより、前記蒸発缶６内での蒸発を、大気圧よりも低い減圧状態で行うようにしたものであり、前記蒸発で発生した水蒸気は、凝縮水として前記出口ヘッダー１２に集まり、ここから凝縮水ポンプ２０により汲み出される。
【００３９】
この構成によると、前記電動モータにおける電流は、前記各伝熱管１０の外側面へのシリカスケールの付着に反比例して小さくなるから、前記電動モータにおける電流を、電流計３７にして検出することにより、この電流値にて、スケールの除去を行う時期を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図３】シリカの水に対する溶解度を示す図である。
【図４】シリカ水溶液のｐＨによる溶解度の修正係数を示す図である。
【符号の説明】
１ｐＨ調整槽
２シリカの懸濁物を含むＣＭＰ廃水供給管路
３，３蒸発濃縮装置
６蒸発缶
１０伝熱管
１４循環ポンプ
１７濃縮水送出管路
１９凝縮器
２０凝縮水ポンプ
２１凝縮水送出管路

Claims

シリカの懸濁物を含むＣＭＰ廃水を、そのｐＨ値がアルカリの添加によって８〜１０になるように調整し、次いで、この廃水を、大気圧よりも低い減圧状態とした蒸発缶内に導き、この蒸発缶内において伝熱管の外表面と蒸発缶内の底部との間を循環し、この循環中の廃水を、前記伝熱管内における熱源にて間接加熱することにより、水分を蒸発する濃縮を行い、前記シリカの懸濁物を含む前記ＣＭＰ廃水と、蒸発した水蒸気とに分離する一方、前記伝熱管ではその内部の熱源と外表面の前記ＣＭＰ廃水との温度差を６℃以下に保持することを特徴とするシリカ系懸濁物を含むＣＭＰ廃水の処理方法。