JP5257619B2

JP5257619B2 - 純水製造装置

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Publication number: JP5257619B2
Application number: JP2009195766A
Authority: JP
Inventors: 伸佐藤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: JP2011045824A

Description

本発明は、超純水製造システム等に組み込むのに好適な純水製造装置に関し、特にＵＶ酸化装置と電気脱イオン装置とを有し、ＵＶ酸化装置の後段の電気脱イオン装置中のイオン交換樹脂の劣化を抑制した純水製造装置に関する。

純水製造装置は、通常、図３に示すように、前処理システム１、一次純水システム２、および二次純水製造装置たるサブシステム３により構成される。前処理システム１は、凝集、加圧浮上、ろ過等により構成され、被処理水Ｗ０から濁質成分の除去を行う。

一次純水システム２は、一次純水タンクＴ１、４床５塔イオン交換装置４、ＲＯ（逆浸透膜）装置５、脱気膜装置６、ＵＶ酸化装置（紫外線酸化装置）７および電気脱イオン装置８により構成され、ほとんどのイオン成分やＴＯＣ成分がこの一次純水システム２において除去される。この一次純水システム２において、ＴＯＣ成分が１０ｐｐｂ以下程度にまで除去される。

サブシステム３は、サブタンクＴ２、非再生型イオン交換装置９およびＵＦ装置（限外濾過装置）１０により構成される。このサブシステム３において、ＴＯＣ成分が１ｐｐｂ以下程度にまで除去される。

そして、このようにして製造された超純水Ｗ１は、ユースポイントＵＰに送水され、余剰の超純水Ｗ１は、サブシステム３の前段のサブタンクＴ２に返送される。

しかしながら、上述したような従来の純水製造装置では、ＵＶ酸化装置７の後段に配置される電気脱イオン装置８の脱塩室中にアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂等のイオン交換樹脂が充填されている場合に、このイオン交換樹脂の劣化が生じやすい、という問題があることがわかった。特に劣化がひどい場合には、電気脱イオン装置８の脱塩室中のイオン交換樹脂のポリマーの重合が切断され、微粒子成分が流出することにより、電気脱イオン装置８の後段に設けられる、サブシステム３を構成するＵＦ装置１０を閉塞してしまうなど、サブシステム３を構成する各装置に悪影響を及ぼすおそれもある。この傾向は、ＵＶ酸化装置７のＵＶの強度が強いほど、またＵＶ酸化装置７から電気脱イオン装置８までの配管長さが短いほど顕著であることが明らかになった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＵＶ酸化装置と電気脱イオン装置とを有する純水製造装置において、ＵＶ酸化装置の後段に設けられた電気脱イオン装置中のイオン交換樹脂の劣化を抑制することのできる純水製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ＵＶ酸化装置と電気脱イオン装置とを有し、前記電気脱イオン装置が前記ＵＶ酸化装置の後段に配置されている純水製造装置であって、前記ＵＶ酸化装置と前記電気脱イオン装置との間にＵＶ殺菌装置を有することを特徴とする純水製造装置を提供する（発明１）。

上記発明（発明１）によれば、主ＵＶ波長１８５ｎｍのＵＶ酸化装置の後段に、主ＵＶ波長２５４ｎｍのＵＶ殺菌装置を設けることにより、ＵＶ酸化装置で発生するオゾン等の酸化成分を分解することができ、これらの後段に配置された電気脱イオン装置中のイオン交換樹脂の劣化を抑制することができる。

これは以下のような作用によると考えられる。すなわち、従来の純水製造装置においては、電気脱イオン装置中のイオン交換樹脂の劣化が、ＵＶ酸化装置のＵＶの強度が強いほど、またＵＶ酸化装置から電気脱イオン装置までの配管長さが短いほど顕著であることから、水および水中の溶存酸素がＵＶ酸化装置によって下記式のように酸化され、オゾン等の酸化成分が多く発生し、かつこれにより生じたラジカル等の分解時間が短いことにより、電気脱イオン装置にオゾンやラジカルが供給され、イオン交換樹脂の劣化が生じると考えられる。

そこで、ＵＶ酸化装置の後段にＵＶ殺菌装置を配置して、下記式に示すようにオゾンを波長２５４ｎｍのＵＶにより過酸化水素と酸素に分解し、この過酸化水素をさらに分解して水と酸素とに戻すことで、後段の電気脱イオン装置にオゾンやラジカルが供給されてしまうのを防止し、これにより電気脱イオン装置中のイオン交換樹脂の劣化を抑制することができる。

上記発明（発明１）においては、前記ＵＶ酸化装置の前段に少なくとも一以上の逆浸透膜装置を有することが好ましく（発明２）、前記電気脱イオン装置の後段に少なくとも一以上の逆浸透膜装置を有していてもよい（発明３）。

上記発明（発明２，３）によれば、電気脱イオン装置中のイオン交換樹脂の劣化を抑制することができるとともに、逆浸透膜装置をＵＶ酸化装置の前段および／または電気脱イオン装置の後段に設けることで、イオン成分やＴＯＣ成分を効率的に除去することができるため、より高純度の純水を得ることができる。

上記発明（発明１〜３）においては、ユースポイントからの排水を前記純水製造装置の所定の箇所に返送する返送路を有していてもよい（発明４）。

上記発明（発明４）によれば、ユースポイントからの排水を再利用することができ、ユースポイントからの排水は、原水よりも水質が良好であるため、当該原水にユースポイントからの排水を合流させることで、純水製造装置における装置負荷を軽減させることができる。

上記発明（発明１〜４）においては、前記ＵＶ殺菌装置のＵＶ出力が前記ＵＶ酸化装置のＵＶ出力の１／１０以上であることが好ましい（発明５）。

上記発明（発明５）によれば、電気脱イオン装置中のイオン交換樹脂の劣化をより効果的に抑制することができる。

本発明の純水製造装置によれば、主ＵＶ波長１８５ｎｍのＵＶ酸化装置の後段に、主ＵＶ波長２５４ｎｍのＵＶ殺菌装置を設けることにより、ＵＶ酸化装置におけるＵＶ照射で発生するオゾン等の酸化成分を分解することができ、これらの後段の電気脱イオン装置中のイオン交換樹脂の劣化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る純水製造装置の構成を示すフロー図である。同実施形態における電気脱イオン装置を示す概略構成図である。従来の純水製造装置の構成を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態に係る純水製造装置について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る純水製造装置の構成を示すフロー図である。本実施形態の純水製造装置は、前述した図３に示す従来の純水製造装置と基本的には同様の構成を有するため、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の純水製造装置は、図１に示すように、前処理システム１、一次純水システム２、およびサブシステム３により構成される。また、サブシステム３は、サブタンクＴ２、非再生型イオン交換装置９およびＵＦ装置（限外濾過装置）１０をこの順に備える。

本実施形態において、一次純水システム２は、一次純水タンクＴ１、４床５塔イオン交換装置４、第１ＲＯ（逆浸透膜）装置５Ａ、第２ＲＯ装置５Ｂ、脱気膜装置６、ＵＶ酸化装置（紫外線酸化装置）７、ＵＶ殺菌装置（紫外線殺菌装置）７Ａ、および電気脱イオン装置８をこの順に備える。

ＵＶ酸化装置７は、波長１８５ｎｍの紫外線を主波長として放出する。この２２０ｎｍ以下の短波長紫外線は強いエネルギーを有することから、水中の有機物分解に有効である。なお、ＵＶ酸化装置７のＵＶ出力は、ＵＶ酸化装置７に導入される被処理水Ｗ０の通水量１ｍ^３あたり０．１〜０．５ｋＷ・ｈであるのが好ましく、特に０．２〜０．４ｋＷ・ｈであるのが好ましい。ＵＶ出力が０．１ｋＷ・ｈ／ｍ^３未満であると、被処理水Ｗ０中のＴＯＣ成分を十分に分解することができないおそれがあり、０．５ｋＷ・ｈ／ｍ^３を超えると消費電力が上昇し、純水製造コストが高くなってしまう。

一方、ＵＶ殺菌装置７Ａは、波長２５４ｎｍの紫外線を主波長として放出する。この波長２５４ｎｍの紫外線は、オゾンや過酸化水素等の酸化成分の分解に有効である。なお、ＵＶ殺菌装置７ＡのＵＶ出力は、ＵＶ殺菌装置７Ａに導入される被処理水Ｗ０の通水量１ｍ^３あたり０．０１〜０．１ｋＷ・ｈであるのが好ましく、特に０．０３〜０．０７ｋＷ・ｈであるのが好ましい。ＵＶ出力が０．０１ｋＷ・ｈ／ｍ^３未満であると、ＵＶ酸化装置７にて生成した被処理水Ｗ０中の酸化成分を十分に分解することができないおそれがあり、０．１ｋＷ・ｈ／ｍ^３を超えると消費電力が上昇し、純水製造コストが高くなってしまう。

ＵＶ殺菌装置７ＡのＵＶ出力は、ＵＶ酸化装置７のＵＶ出力の１／１０以上であるのが好ましい。ＵＶ殺菌装置７ＡのＵＶ出力が、ＵＶ酸化装置７のＵＶ出力の１／１０以上であることで、ＵＶ酸化装置７にて生成した被処理水Ｗ０中の酸化成分を十分に分解することができる。

電気脱イオン装置８は、図２に示すように、電極（陽極８１，陰極８２）の間に複数のアニオン交換膜８３およびカチオン交換膜８４を交互に配列して濃縮室８５と脱塩室８６とが交互に形成されてなるものであり、少なくとも脱塩室８６には、アニオン交換樹脂およびカチオン交換樹脂（イオン交換樹脂）が混合または複層状に充填されている。なお、濃縮室８５にはイオン交換樹脂が充填されていてもよいし、充填されていなくてもよい。また、図２において、８７は陽極室、８８は陰極室を示す。

上記構成につき、その作用について説明する。
被処理水Ｗ０は、まず前処理システム１により濁質成分等が除去された後、一次純水システム２の４床５塔イオン交換装置４、第１ＲＯ（逆浸透膜）装置５Ａ、第２ＲＯ装置５Ｂ、および脱気膜装置６により、ある程度のイオン成分やＴＯＣ成分が除去される。

続いて、ＵＶ酸化装置７により、被処理水Ｗ０中のＴＯＣ成分が炭酸または有機酸のレベルになるまで分解される。このＵＶ酸化装置７の酸化力は非常に強力であるため、水や溶存酸素が酸化されてオゾンが発生する。

続いて、この被処理水Ｗ０がＵＶ殺菌装置７Ａで処理されることにより、被処理水Ｗ０中のオゾンは過酸化水素を経由して水と酸素とに戻ることになる。

そして、この被処理水Ｗ０が電気脱イオン装置８の脱塩室８６に導入され、被処理水Ｗ０中に微量に含まれる炭酸、有機酸等が電気脱イオン装置８で除去され、脱イオン水が得られる。

このとき、電気脱イオン装置８の脱塩室８６に供給された被処理水Ｗ０中には、オゾン、過酸化水素等の酸化成分が含まれていないため、脱塩室８６中に充填されているイオン交換樹脂の劣化を抑制することができる。

その後、電気脱イオン装置８からの脱イオン水をサブタンクＴ２に貯留した後、サブシステム３において更なる処理を進めることにより超純水Ｗ１を得ることができる。

このようにして得られた超純水Ｗ１はユースポイントＵＰに送水され、余剰の超純水Ｗ１はサブシステム３の前段のサブタンクＴ２に返送される。

このように、本実施形態の純水製造装置によれば、オゾンや過酸化水素等の強酸化成分が電気脱イオン装置８の脱塩室８６に供給されることがないため、電気脱イオン装置８の脱塩室８６中のイオン交換樹脂の劣化を抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る純水製造装置について図面に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、種々の変更実施が可能である。

例えば、一次純水システム２は、被処理水Ｗ０の水質および超純水Ｗ１の要求水質に応じて種々設定することができる。具体的には、４床５塔イオン交換装置４の代わりに２床３塔イオン交換装置が設けられていてもよい。また、第１ＲＯ装置５Ａおよび第２ＲＯ装置５Ｂの代わりに、一つのＲＯ装置だけが設けられていてもよいし、三つ以上のＲＯ装置が設けられていてもよい。さらに、電気脱イオン装置８の後段に、一または二以上のＲＯ装置が設けられていてもよく、この場合において脱気膜装置６の前段にＲＯ装置が設けられていてもよいし、ＲＯ装置が設けられていなくてもよい。

また、純水製造装置はサブシステム３を有していなくてもよいし、サブシステム３ではなく一次純水システム２に非再生型イオン交換装置９が設けられていてもよい。

上記実施形態に係る純水製造装置において、余剰の超純水Ｗ１がサブシステム３の前段のサブタンクＴ２に返送されているが、ユースポイントＵＰからの排水をサブタンクＴ２に返送する返送路が設けられていてもよいし、当該排水を前処理システム１の前段または一次純水タンクＴ１に返送する返送路が設けられていてもよい。なお、ユースポイントＵＰからの排水が一次純水タンクＴ１またはサブタンクＴ２に返送される場合、ユースポイントＵＰと一次純水タンクＴ１またはサブタンクＴ２とを接続する返送路上に、排水中の濁質成分を除去するための装置（例えば、ろ過装置、凝集装置等）が設けられているのが好ましい。このような構成とすることで、ユースポイントＵＰからの排水を再利用する場合にも、電気脱イオン装置８の脱塩室８６中のイオン交換樹脂の劣化を抑制し、より高純度の純水を得ることができる。また、ユースポイントＵＰからの排水は、原水よりも水質が良好であるため、当該原水にユースポイントＵＰからの排水を合流させることで、純水製造装置における装置負荷を軽減させることができるという効果も併せ持つ。

なお、上記実施形態においては、一次純水システム２にＵＶ殺菌装置が設けられているが、サブシステム３やその他の箇所にＵＶ酸化装置７と電気脱イオン装置８とが設けられることもある。その場合、サブシステム３やその他の箇所に設けられたＵＶ酸化装置７と電気脱イオン装置８との間にＵＶ殺菌装置７Ａが設けられていてもよい。

以下に比較例および実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら限定されるものではない。
なお、以下の比較例および実施例においては、以下の装置を使用した。
・電気脱イオン装置（栗田工業社製「ＫＣＤＩ−ＵＰｚ」、処理水量：１５０００Ｌ／ｈｒ）
・ＲＯ装置（栗田工業社製，製品名：Ｋ−ＲＯ−Ａ−２０７２）
・脱気膜装置（セルガード社製，製品名：リキセルＸ４０）
・ＵＶ酸化装置（ＵＶ出力：０．３〜０．７ｋＷ・ｈ／ｍ^３）
・ＵＶ殺菌装置（ＵＶ出力：０．０１〜０．０６ｋＷ・ｈ／ｍ^３）

〔実施例１〕
図１に示す構成の純水製造装置を用いて、ＵＶ酸化装置７のＵＶ出力を０．３ｋＷ・ｈ／ｍ^３、ＵＶ殺菌装置７ＡのＵＶ出力を０．０５ｋＷ・ｈ／ｍ^３とし、回収水（半導体工場で排出された使用済みリンス水）を被処理水Ｗ０として用い、電気脱イオン装置８へ通水条件ＳＶ＝１３０／ｈで通水し、１年経過後の電気脱イオン装置８からの脱イオン水の微粒子数を微粒子モニター（栗田工業社製、ＫＬＡＭＩＣ−ＫＳ）により計測したところ、粒径約０．０５μｍの微粒子が１０個／ｍＬ検出された。

〔比較例１〕
実施例１において、ＵＶ殺菌装置７Ａを用いない以外は同様にして、回収水を処理し、１年経過後の電気脱イオン装置８からの脱イオン水の微粒子数を微粒子モニターにより計測したところ、粒径約０．０５μｍの微粒子が１０００個／ｍＬ検出された。これは電気脱イオン装置８の脱塩室８６中のイオン交換樹脂が劣化したためであると考えられる。

〔実施例２〕
実施例１において、ＵＶ酸化装置のＵＶ出力を０．３ｋＷ・ｈ／ｍ^３、ＵＶ殺菌装置のＵＶ出力を０．０１ｋＷ・ｈ／ｍ^３とする以外は同様にして、回収水を処理し、１年経過後の電気脱イオン装置８からの脱イオン水の微粒子数を微粒子モニターにより計測したところ、粒径約０．０５μｍの微粒子が２００個／ｍＬ検出された。

〔実施例３〕
実施例１において、ＵＶ酸化装置のＵＶ出力を０．７ｋＷ・ｈ／ｍ^３、ＵＶ殺菌装置のＵＶ出力を０．０５ｋＷ・ｈ／ｍ^３とする以外は同様にして、回収水を処理し、１年経過後の電気脱イオン装置８からの脱イオン水の微粒子数を微粒子モニターにより計測したところ、粒径約０．０５μｍの微粒子が１５０個／ｍＬ検出された。

〔実施例４〕
実施例１において、ＵＶ酸化装置のＵＶ出力を０．３ｋＷ・ｈ／ｍ^３、ＵＶ殺菌装置のＵＶ出力を０．０６ｋＷ・ｈ／ｍ^３とする以外は同様にして、回収水を処理し、１年経過後の電気脱イオン装置８からの脱イオン水の微粒子数を微粒子モニターにより計測したところ、粒径約０．０５μｍの微粒子が０個／ｍＬ検出された。

上記実施例１及び比較例１に示すように、ＵＶ酸化装置と電気脱イオン装置との間にＵＶ殺菌装置を設けることで、電気脱イオン装置の脱塩室中のイオン交換樹脂の劣化を抑制し得ることが判明した。

また、上記実施例１〜４に示すように、ＵＶ殺菌装置のＵＶ出力をＵＶ酸化装置のＵＶ出力の１／１０以上とすることで、電気脱イオン装置の脱塩室中のイオン交換樹脂の劣化をより効果的に抑制し得ることが判明した。

１…前処理システム
２…一次純水システム
３…サブシステム（二次純水製造装置）
７…ＵＶ酸化装置（紫外線酸化装置）
７Ａ…ＵＶ殺菌装置（紫外線殺菌装置）
８…電気脱イオン装置

Claims

ＵＶ酸化装置と電気脱イオン装置とを有し、前記電気脱イオン装置が前記ＵＶ酸化装置の後段に配置されている純水製造装置であって、
前記ＵＶ酸化装置と前記電気脱イオン装置との間にＵＶ殺菌装置を有することを特徴とする純水製造装置。
前記ＵＶ酸化装置の前段に少なくとも一以上の逆浸透膜装置を有することを特徴とする請求項１に記載の純水製造装置。
前記電気脱イオン装置の後段に少なくとも一以上の逆浸透膜装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載の純水製造装置。
ユースポイントからの排水を前記純水製造装置の所定の箇所に返送する返送路を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の純水製造装置。
前記ＵＶ殺菌装置のＵＶ出力が前記ＵＶ酸化装置のＵＶ出力の１／１０以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の純水製造装置。