JP5413587B2

JP5413587B2 - イオン交換樹脂精製装置用の超純水製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP5413587B2
Application number: JP2009243511A
Authority: JP
Inventors: 伸佐藤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: JP2011088070A

Description

本発明は、イオン交換樹脂を超純水と接触させてコンディショニング（洗浄又は精製）するためのイオン交換樹脂精製装置用の超純水の製造方法に関し、特にコンディショニングに用いた洗浄水を有効に回収することが可能なイオン交換樹脂精製装置用の超純水の製造方法に関する。また、本発明は、イオン交換樹脂を超純水と接触させてコンディショニングするためのイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造装置に関し、特にコンディショニングに用いた洗浄水を有効に回収することが可能なイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造装置に関する。

イオン交換装置として、本体容器にイオン交換樹脂を充填して形成され、容器から突出する管を原水管、処理水管等に接続して用いられるものがある（特許文献１）。図２は、この特許文献１に記載のイオン交換装置である。このイオン交換装置４０は、開口部４１ａを有した容器４１内にコンディショニングされたイオン交換樹脂４２が充填されている。開口部４１ａには蓋４６が装着されている。蓋４６にはイオン交換樹脂の導入口４３が設けられるとともに、原水導入管４５と処理水取出管４４とが貫通するようにして設けられている。原水導入管４５は、容器４１内の底部まで差し込まれており、その下端にストレーナ４５ａが設けられている。

処理水取出管４４の下端に取り付けられたストレーナ４４ａは容器４１内の上部に位置している。

イオン交換樹脂４２は樹脂導入口４３を介して容器４１内に充填される。導入口４３は、その後、密閉される。

このイオン交換装置４０は、カップリング４４ｂ，４５ｂの位置で切り離された状態で密封され、現場に搬送され、据え付けられる。そして、このカップリング４４ｂ，４５ｂで伸縮継手４７，４８と接続され、原水の導入及び処理水（超純水）の取り出しが行われる。

イオン交換樹脂としては、カチオン交換樹脂又はアニオン交換樹脂が単独で充填される場合と、両者を容量比で１：３〜３：１程度の割合で混合して充填する場合とがある。

また特許文献２，３にはイオン交換樹脂を精製処理するための方法及びそのための薬剤が記載されている。

特開平９−７０５４６号公報特開平５−１５７８９号公報特開平９−２０１５３９号公報

半導体産業では、半導体製品の洗浄その他の用途に超純水が用いられているが、この超純水の水質に対する要望は益々厳しくなっており、例えば、金属濃度が１ｐｐｔ以下、場合によっては０．１ｐｐｔ以下の超高水質が必要となることがある。

このような場合、イオン交換装置からの金属等のリークを防止するために、イオン交換装置には高度に精製されたイオン交換樹脂が充填される。特に、最先端の工場ではイオン交換樹脂に要求されるクリーン度がますます厳しくなっている。

このようなイオン交換樹脂のコンディショニングの方法は、薬品を用いたり、温水を用いたり、超純水を用いたりして行うが、上述したように厳しい要求の際は、特に仕上げ用の洗浄水として超純水での長期間（例えば1週間、長い場合数か月）の洗浄が必要となることが多くなってきた。

しかしながら、近年、水資源の不足や経済上の理由から上記洗浄液を有効に回収して再利用することが求められるようになってきているが、樹脂の洗浄に再利用できるだけの清浄度を有するものだけを回収して、これを最適に再利用することは従来困難であった。また、一般的なイオン交換樹脂のコンディショニングにおいても、仕上げ用の洗浄水として超純水を使うことが多いが、これもできるだけ回収して再利用するのが望ましい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、イオン交換樹脂を超純水と接触させてコンディショニングするのに用いた洗浄水を有効に回収することが可能なイオン交換樹脂精製装置用の超純水の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、イオン交換樹脂を超純水と接触させてコンディショニングするのに用いた洗浄水を有効に回収することが可能なイオン交換樹脂精製装置用の超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、第一に本発明は、イオン交換樹脂の精製装置の洗浄水を回収して、該イオン交換樹脂の精製装置用の超純水を製造する方法であって、イオン交換樹脂を洗浄した後の洗浄水が所定の純度か否かを監視し、該純度を上回ったら前記洗浄水を回収する選別工程と、前記選別工程で選別された洗浄水を予備処理する回収前処理工程と、この回収前処理工程後の回収水に補給水を供給して混合する補給工程と、この混合水を処理して超純水を製造する超純水製造工程とからなることを特徴とするイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造方法を提供する（発明１）。

上記発明（発明１）によれば、イオン交換樹脂を超純水で洗浄すると、この洗浄後の洗浄水には初期にはイオン交換樹脂に付着している汚れや溶出物が比較的多く含まれるが、時間の経過とともにこれらの量は減少、すなわち洗浄後の洗浄水の純度が向上する。そこで、洗浄後の洗浄水の純度を監視し、当該洗浄水が所定の純度を下回っている間は廃棄し、上回ったら洗浄水を前処理した後、この前処理後の回収水に廃棄により減少した分の補給水を混合して、この混合水から洗浄水としての超純水を製造することにより、イオン交換樹脂を洗浄するのに用いた洗浄水を有効に回収することができる。

上記発明（発明１）においては、前記回収前処理工程が、逆浸透膜装置と、紫外線酸化装置と、イオン交換装置とを有する回収前処理システムによって前記洗浄水を処理する工程であるのが好ましい（発明２）。

上記発明（発明２）によれば、イオン交換樹脂を洗浄した後の洗浄水を効率的に洗浄水としての超純水を製造するための原水とすることができる。

上記発明（発明１，２）においては、前記補給水が、一次純水装置及び二次純水装置により処理した純水であるのが好ましい（発明３）。

かかる発明（発明３）によれば、前記補給水を回収前処理工程の回収水と混合するのに好適な純水とすることができる。

上記発明（発明１〜３）においては、前記超純水製造工程が、電気脱イオン装置を備えた超純水製造システムによって前記超純水を製造する工程であるのが好ましい（発明４）。

上記発明（発明４）によれば、回収水と補給水との混合水を効率よく洗浄水として好適な純度にまで浄化することができる。

上記発明（発明１〜４）においては、前記選別工程において、ＴＯＣモニターにより測定された洗浄水のＴＯＣ濃度が所定の値以下か否かにより、該洗浄水が所定の純度か否かを監視するのが好ましい（発明５）。

上記発明（発明５）によれば、イオン交換樹脂を洗浄した後の洗浄水が、回収して再利用するのに好適か否かを簡便かつ確実に判断することができる。

また、第二に本発明は、イオン交換樹脂の精製装置の洗浄水を回収して、該イオン交換樹脂の精製装置用の超純水を製造する装置であって、イオン交換樹脂を洗浄した後の洗浄水が所定の純度か否かを監視する監視装置及び該監視装置による監視結果に基づき洗浄水を選別する選別システムと、この選別された洗浄水を予備処理する回収前処理システムと、この回収前処理システムで処理された回収水に補給水を混合する補給装置と、この回収水と補給水との混合水から超純水を製造する超純水製造システムとを備えることを特徴とするイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造装置を提供する（発明６）。

かかる発明（発明６）によれば、イオン交換樹脂を超純水で洗浄すると、この洗浄後の洗浄水には初期にはイオン交換樹脂に付着している汚れや溶出物が比較的多く含まれるが、時間の経過とともにこれらの量は減少、すなわち水の純度が向上する。そこで、洗浄後の洗浄水の純度を監視装置により監視し、選別システムにより洗浄後の水が所定の純度を下回っている間は廃棄し、上回ったら洗浄水を回収前処理システムに供給する。そして、この回収前処理システムで洗浄後の洗浄水を前処理し、続いて補給装置により回収前処理システムで処理された回収水に廃棄により減少した分の補給水を混合する。さらに、超純水製造システムによりこの混合水から洗浄水としての超純水を製造することにより、イオン交換樹脂を洗浄するのに用いた洗浄水を有効に回収することができる。

上記発明（発明６）においては、前記補給水の製造用の純水製造装置を有するのが好ましい（発明７）。

かかる発明（発明７）によれば、回収前処理工程の回収水と混合する補給水を同時に製造することができる。

本発明のイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造方法によれば、イオン交換樹脂を超純水で洗浄した後の洗浄水の純度を監視し、当該洗浄水が所定の純度を下回っている間は廃棄し、上回ったら洗浄水を前処理して、この前処理後の回収水に廃棄等により減少した分の補給水を混合して、この混合水から洗浄水としての超純水を製造することにより、イオン交換樹脂を洗浄するのに用いた洗浄水を有効に回収することができる。

本発明の一実施形態に係るイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造方法を示すフロー図である。本発明の方法を適用して精製したイオン交換樹脂を用いたイオン交換装置を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係るイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造方法を適用可能なイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造装置を示すフロー図である。

図１において、１は円筒状のイオン交換樹脂精製装置であり、このイオン交換樹脂精製装置１の内部にはイオン交換樹脂として、アニオン交換樹脂又はカチオン交換樹脂が充填されている。このイオン交換樹脂精製装置１は、外部から密閉され、埃が入らない構造であることが望ましい。特に金属濃度が１ｐｐｔ以下、特に０．１ｐｐｔ以下の高純度の超純水の製造に用いるイオン交換樹脂のコンディショニングに用いる場合は、埃が金属濃度に影響するため、密閉構造とされることが望ましい。

このイオン交換樹脂精製装置１には、流入管２及び排出管３が接続されていて、流入管２は、超純水製造システム４に接続されている。また、イオン交換樹脂精製装置１の排出管３には、水質の監視装置としてのＴＯＣモニター５と、排出管３を排水管路３Ａ側と回収管路３Ｂ側とに切り替え可能な切替え弁等の切替え装置とが設けられている。切替え装置は、ＴＯＣモニター５の出力に基づいて、図示しない制御装置によって、排出管３を排水管路３Ａ側と回収管路３Ｂ側とに切り替え可能に制御される。そして、回収管路３Ｂは、回収前処理システム６に接続している。本実施形態においては、これらＴＯＣモニター５と制御装置と切替え装置とにより選別システムが構成される。

回収前処理システム６は、回収タンク７と、逆浸透膜（ＲＯ）装置８と、紫外線（ＵＶ）酸化装置９と、非再生型のイオン交換装置１０とにより構成されていて、この回収管路３Ｂの末端は原水タンク１１に連通している。

さらに、この原水タンク１１の流入側には、補給装置としての補給水供給管１１Ａ及び純水製造装置１２が設けられている。本実施形態においては、純水製造装置１２は、市水、井水、工水等の水Ｗを前処理装置としてのＭＦ膜１３と、一次純水装置１４と、二次純水装置１５とにより処理する構成である。さらに、一次純水装置１４は、一次純水タンク１６と、逆浸透膜（ＲＯ）装置１７と、脱気膜装置１８と、電気脱イオン装置１９とから構成されている。また、二次純水装置１５は、二次純水タンク２０と、紫外線（ＵＶ）酸化装置２１と、非再生型のイオン交換装置２２と、ＵＦ膜２３とから構成されている。

一方、原水タンク１１の流出側は、原水供給管２４を介して超純水製造システム４に接続されており、この超純水製造システム４が前述したイオン交換樹脂精製装置１の流入管２に連通している。この超純水製造システム４は、一次純水装置としての電気脱イオン装置２５と、二次純水装置２６とからなる。二次純水装置２６は、サブタンク２７と、紫外線（ＵＶ）酸化装置２８と、第一の非再生型イオン交換装置２９と、脱気膜装置３０と、第二の非再生型イオン交換装置３１と、ＵＦ膜３２とから構成されており、ＵＦ膜３２の濃縮水側３２Ａは前述した回収タンク６に連通している。なお、上記電気脱イオン装置２５としては、処理水の一部を濃縮室に、脱塩室における通水方向と反対方向に通水する方式のものを用いるのが好ましい。

前記構成につきその作用について説明する。本実施形態においては、イオン交換樹脂精製装置１内のイオン交換樹脂用の洗浄水Ｗ６として、比抵抗１８．２ＭΩ・ｃｍ以上、ＴＯＣ１ｐｐｂ以下、ＤＯ（溶存酸素）１ｐｐｂ以下、シリカ０．１ｐｐｂ以下、ホウ素１ｐｐｔ以下、微粒子（粒径０．０５μｍ以下）１個／ｍＬ以下、金属成分（Ｎａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌ等）１ｐｐｔ以下、アニオン１ｐｐｔ以下の超純水を製造する場合である。

〔初期工程〕
まず、初期状態において、回収水がないため、補給装置である純水製造装置１２に所定流量の市水、井水、工水等の水Ｗを供給する。この水Ｗは、ＭＦ膜１３と一次純水装置１４と二次純水装置１５を通過して、原水タンク１１に洗浄原水Ｗ１として貯留される。続いて、この洗浄原水Ｗ１を原水供給管２４から超純水製造システム４に供給する。これにより上述した純度の超純水を得ることができるため、これを洗浄水Ｗ６として流入管２からイオン交換樹脂精製装置１内に供給することでイオン交換樹脂の洗浄・コンディショニングを行うことができる。

〔選別工程〕
同時にイオン交換樹脂精製装置１の排出管３からは、イオン交換樹脂を洗浄した後の洗浄排水Ｗ２が排出される。新品のイオン交換樹脂を洗浄した洗浄排水Ｗ２は、イオン交換樹脂を調製する際に残存してしまう未重合成分等が含まれており、特に洗浄初期には高濃度で該成分が溶出するため、そのまま回収して再利用するには適さない。しかしながら、洗浄を長期間続けていくうちに、洗浄排水Ｗ２は清浄化していく。そこで、排出管３に設けたＴＯＣモニター５により、洗浄排水Ｗ２のＴＯＣ濃度を監視し、ＴＯＣ濃度が所定の値（例えばＴＯＣ１００ｐｐｂ）より高ければ、図示しない制御装置により回収管路３Ｂを閉鎖するとともに排水管路３Ａを開成して洗浄排水Ｗ２を排出して廃棄する一方、所定の値以下になったら、回収管路３Ｂを開成するとともに排水管路３Ａを閉鎖し、洗浄排水Ｗ２を回収前処理システム６に供給する。

〔回収前処理工程〕
次に、この回収管路３Ｂから排出された回収水Ｗ３は、回収タンク７に一旦貯留された後、逆浸透膜（ＲＯ）装置８と、紫外線（ＵＶ）酸化装置９と、非再生型のイオン交換装置１０とを順次通過する。回収水Ｗ３には、イオン交換樹脂の未重合成分である中低の分子量の有機物が含まれているが、このような有機物は、これらの処理により効率的に分解・除去することができる。

〔補給工程〕
このようにして回収前処理工程を経た回収水Ｗ３は、原水タンク１１に貯留される。この原水タンク１１に貯留される水量は、初期工程の水量よりも廃棄される分等で減少しているため、これに相当する分だけ原水タンク１１に接続された補給水供給管１１Ａから補給水Ｗ４を補給する。この補給水Ｗ４は、前述したとおり市水、井水、工水等の水ＷをＭＦ膜１３、一次純水タンク１６、逆浸透膜（ＲＯ）装置１７、脱気膜装置１８及び電気脱イオン装置１９で順次処理した一次純水を二次純水タンク２０に一旦貯留し、さらにこの一次純水を紫外線（ＵＶ）酸化装置２１、非再生型イオン交換装置２２及びＵＦ膜２３により処理したものであり、高純度の純水である。したがって、回収水Ｗ３と補給水Ｗ４との混合水Ｗ５は比較的高い純度を有するものとなっている。

しかしながら、本発明者が検討した結果、この混合水Ｗ５中には、極微量のホウ素が含まれていることがわかった。そして、この微量のホウ素が含まれた超純水（混合水Ｗ５）でイオン交換樹脂を長時間洗浄すると、このホウ素がイオン交換樹脂に吸着・蓄積してしまい、このようなイオン交換樹脂で超純水を製造しても超純水中にホウ素が漏洩してしまう。このような超純水中の微量のホウ素の除去には、電気脱イオン装置が好適であり、特にホウ素除去率の高い、処理水の一部を濃縮室に脱塩室における通水方向と反対方向に通水する方式の電気脱イオン装置が好適である。

〔超純水製造工程〕
そこで、本実施形態においては、原水タンク１１から流出した混合水Ｗ５を超純水製造システム４によりさらに処理する。すなわち、一次純水装置としての電気脱イオン装置２５でホウ素等の残存イオン成分を除去した後、二次純水装置２６を構成するサブタンク２７に一旦貯留し、紫外線（ＵＶ）酸化装置２８でＴＯＣ等を分解し、さらに第一の非再生型イオン交換装置２９でＴＯＣ等の分解に起因するイオン成分を除去し、脱気膜装置３０により炭酸成分を気体として除去することで炭酸成分に起因するイオン成分を除去し、第二の非再生型イオン交換装置３１により残存する極微量のアニオン及びカチオンを除去し、最後にＵＦ膜３２で微粒子等を除去する。これにより上述した純度の超純水を得ることができるため、これを洗浄水Ｗ６として流入管２からイオン交換樹脂精製装置１内に供給することでイオン交換樹脂の洗浄・コンディショニングを行えばよい。

上述したような選別工程、回収前処理工程、補給工程及び超純水製造工程を順次繰り返すことで、イオン交換樹脂の洗浄・コンディショニングに用いる水Ｗの量を削減することができる。

以上本発明を一実施形態に基づき説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されない。

例えば、本実施形態においては、前述したような水質の超純水でイオン交換樹脂をコンディショニングする場合を例に説明してきたが、種々の水質の超純水でイオン交換樹脂をコンディショニングする場合に適用可能である。したがって、使用する超純水の水質に応じて、超純水製造システム４、回収前処理システム６、補給水用の純水製造装置１２等の種々の装置を適宜組み合わせることができる。

また、水質の監視装置としては、ＴＯＣモニター５に限らず、導電率計や濁度計等を単独で又は組み合わせて用いてもよい。この監視装置は、イオン交換樹脂をコンディショニングする洗浄水（超純水）Ｗ６の水質と、装置構成に応じて回収する水質を設定し、これに応じたものを用いて、洗浄水を回収・再利用するようにすればよい。

１…イオン交換樹脂精製装置
４…超純水製造システム
５…ＴＯＣモニター（制御装置）
６…回収前処理システム
７…回収タンク（回収前処理システム）
８…逆浸透膜（ＲＯ）装置（回収前処理システム）
９…紫外線（ＵＶ）酸化装置（回収前処理システム）
１０…非再生型イオン交換装置（回収前処理システム）
１１…原水タンク
１１Ａ…補給水供給管（補給装置）
１２…純水製造装置（補給装置）
１３…ＭＦ膜（純水製造装置）
１４…一次純水装置（純水製造装置）
１５…二次純水装置（純水製造装置）
２５…電気脱イオン装置（一次純水装置：超純水製造システム）
２６…二次純水装置（超純水製造システム）

Claims

イオン交換装置に充填するためのイオン交換樹脂の精製装置の洗浄水を回収して、該イオン交換樹脂の精製装置用の超純水を製造する方法であって、
イオン交換樹脂を洗浄した後の洗浄水が所定の純度か否かを監視し、該純度を上回ったら前記洗浄水を回収する選別工程と、
前記選別工程で選別された洗浄水を逆浸透膜装置と、紫外線酸化装置と、イオン交換装置とを有する回収前処理システムにより予備処理する回収前処理工程と、
この回収前処理工程後の回収水に一次純水装置及び二次純水装置により処理した純水を補給水として供給して混合する補給工程と、
この混合水を処理して電気脱イオン装置を備えた超純水製造システムによって超純水を製造する超純水製造工程と
からなることを特徴とするイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造方法。
前記選別工程において、ＴＯＣモニターにより測定された洗浄水のＴＯＣ濃度が所定の値以下か否かにより、該洗浄水が所定の純度か否かを監視することを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造方法。
イオン交換装置に充填するためのイオン交換樹脂の精製装置の洗浄水を回収して、該イオン交換樹脂の精製装置用の超純水を製造する装置であって、
イオン交換樹脂を洗浄した後の洗浄水が所定の純度か否かを監視する監視装置及び該監視装置による監視結果に基づき洗浄水を選別する選別システムと、
この選別された洗浄水を予備処理する逆浸透膜装置と、紫外線酸化装置と、イオン交換装置とを有する回収前処理システムと、
この回収前処理システムで処理された回収水に補給水を混合する一次純水装置及び二次純水装置を有する補給装置と、
この回収水と補給水との混合水から超純水を製造する電気脱イオン装置を備えた超純水製造システムと
を備えることを特徴とするイオン交換樹脂精製装置用の超純水製造装置。