JP5720122B2

JP5720122B2 - 超純水製造システム

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Publication number: JP5720122B2
Application number: JP2010132711A
Authority: JP
Inventors: 徳浩坂井; 岩崎　達行; 達行岩崎
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: JP2011255326A

Description

本発明は、原水中に存在する全有機体炭素（Total Organic Carbon：以下、ＴＯＣと言う。）を酸化分解して超純水を製造する超純水製造システムに関する。

従来、前処理システムと、一次純水システムと、サブシステムとを備え、これらのシステムに工業用水、市水、井戸水等の原水を順に通して処理することにより超純水を製造する超純水製造システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この超純水製造システムでは、サブシステムにおいて、処理水に波長が１８５ｎｍ付近である紫外線を照射することで、一次純水中に存在するＴＯＣを酸化分解している。
また、一次純水システムにおいては、処理水に酸化剤である過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を添加するとともに、波長が２５４ｎｍ付近である紫外線を照射することで、過酸化水素からＯＨラジカルを発生させ、このＯＨラジカルによって処理水中のＴＯＣを酸化分解するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２１０４９４号公報特開平１１−５７７５３号公報

しかしながら、上記従来の一次純水システムでは、過酸化水素を添加しなければならないため、２５４ｎｍ付近の紫外線を照射する工程の前段に過酸化水素を添加する工程を設けるとともに、２５４ｎｍ付近の紫外線を照射する工程の後段に余剰の過酸化水素を除去する工程を設ける必要があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、酸化剤に係る工程を省くことのできる超純水製造システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、原水を、一次純水システム、サブシステムを通してユースポイントに供給し、前記ユースポイントの廃水を、回収処理システムを通して、前記一次純水システムの上流に還流させる超純水製造システムにおいて、前記回収処理システムは、前記廃水から分子量がＩＰＡより大きいＴＯＣを除去する装置と、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射することで、水を分解してＯＨラジカルを生成させ、前記紫外線の照射により励起状態になったＴＯＣを前記ＯＨラジカルによって酸化分解するＵＶ酸化装置と、紫外線の照射により、廃水中のバクテリアを殺菌するＵＶ殺菌塔と、を通水の順に備えている。
また、原水を、一次純水システム、サブシステムを通してユースポイントに供給する超純水製造システムにおいて、前記一次純水システムは、前記原水から分子量がＩＰＡより大きいＴＯＣを除去する装置と、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射することで、水を分解してＯＨラジカルを生成させ、前記紫外線の照射により励起状態になったＴＯＣを前記ＯＨラジカルによって酸化分解するＵＶ酸化装置と、紫外線の照射により、廃水中のバクテリアを殺菌するＵＶ殺菌塔と、を通水の順に備えている。

上記構成において、イソプロピルアルコール（Isopropyl Alcohol：以下、ＩＰＡと言う。）の濃度が３０ｐｐｍ以下である水に、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射してもよい。

本発明によれば、一次純水システム又は回収処理システムでは、分子量がＩＰＡレベルの有機物より大きい有機物を除去した後、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射するため、酸化剤を添加することなくＴＯＣを酸化分解できるので、酸化剤を添加する工程や余剰の酸化剤を除去する工程を省くことができる。

本発明の第１実施形態に係る超純水製造システムを示す図である。ＴＯＣ源にメタノールを用い、一次純水システムのＵＶ酸化装置において、１８５ｎｍ又は２５４ｎｍ付近の紫外線を照射した場合の初期ＴＯＣ濃度とＴＯＣ処理速度との関係を示す図である。ＴＯＣ源にＩＰＡを用い、一次純水システムのＵＶ酸化装置において、１８５ｎｍ又は２５４ｎｍ付近の紫外線を照射した場合の初期ＴＯＣ濃度とＴＯＣ処理速度との関係を示す図である。本発明の第２実施形態に係る超純水製造システムを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る超純水製造システムを示す図である。
超純水製造システム１は、大別して、前処理システム１０と、一次純水システム２０と、二次純水システム（サブシステム）３０と、回収処理システム４０とを備えて構成され、工業用水、市水、井戸水等の原水をシステム１０〜３０で順に処理することにより、ユースポイント５０に供給する超純水を製造するとともに、ユースポイント５０から排出された廃水を回収処理システム４０で処理し、回収処理システム４０から得られた処理水を再び一次純水システム２０に返送するシステムである。
前処理システム１０は、原水に含まれる微粒子、イオン、コロイド、高分子有機物等の除去を行う。

一次純水システム２０は、逆浸透（ＲＯ）ユニット（装置）２１、真空脱気塔（装置）２２、イオン交換塔（装置）２３、ＵＶ殺菌塔（装置）２４、及びＲＯユニット（装置）２５を備え、これら装置２１〜２５に前処理システム１０において処理された処理水を順に通水し、処理水に含まれる低分子の有機物（ＴＯＣ）、例えば低分子アルコール等の分解を行い、一次純水を製造する。
ＲＯユニット２１は、逆浸透膜を備え、この逆浸透膜に処理水を通水することで、処理中のイオンをはじめ、有機物、微粒子、生菌、シリカ、コロイド等の除去を行う。真空脱気塔２２は、処理水中の溶存酸素や二酸化炭素等の溶存ガスを除去する。イオン交換塔２３は、イオン交換樹脂を有し、このイオン交換樹脂に処理水を通水することで、処理水中のイオンを吸着除去する。ＵＶ殺菌塔２４は、処理水中のバクテリア（生菌）を殺菌する。ＲＯユニット２５は、逆浸透膜を備え、この逆浸透膜に処理水を通水することで、処理中のイオンをはじめ、有機物、微粒子、生菌、シリカ、コロイド等の除去を行う。

二次純水システム３０は、紫外線（ＵＶ）酸化装置３１、イオン交換塔（装置）３２、及び限外濾過（Ultrafiltration：以下、ＵＦと言う。）ユニット（装置）３３を備え、これらの装置３１〜３３に一次純水システム２０で製造された一次純水を順に通水し、一次純水システム２０においてＴＯＣの濃度が数十ｐｐｂまで低減した一次純水中の有機物を、更に数ｐｐｂまで分解し、超純水を製造する。

ＵＶ酸化装置３１は、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射可能な紫外線ランプを有し、この紫外線ランプによって紫外線を処理水に照射することで、処理水中のＴＯＣを酸化分解する。ＵＶ酸化装置３１に用いられる紫外線ランプは、１８５ｎｍの紫外線のみを発生するランプである必要はなく、本実施形態では、例えば、１８５ｎｍの紫外線とともに２５４ｎｍ付近の紫外線を放射する低圧水銀ランプが使用されている。紫外線ランプのランプ管材は、１８５ｎｍの紫外線の透過率が高い普通石英、あるいは、石英の純度が高く、１８５ｎｍ付近の紫外線の透過率がより高い合成石英を用いて形成されている。
ＵＶ酸化装置３１では、処理水に１８５ｎｍ付近の紫外線を照射することにより、水が分解してＯＨラジカルが生成し、このＯＨラジカルが紫外線の照射により励起状態になったＴＯＣに作用し、ＴＯＣが酸化分解される。

イオン交換塔３２は、イオン交換樹脂を有し、このイオン交換樹脂に処理水を通水することで、処理水中のイオンを吸着除去する。ＵＦユニット３３は、限外濾過膜を有し、この限外濾過膜に処理水を通水することで、処理水中の微粒子を除去する。
ユースポイント５０は、例えば半導体製造工場の半導体製造工程であり、ユースポイント５０から排出される廃水（原水）には、半導体製造工程で洗浄に用いられるＩＰＡが有機物（ＴＯＣ）の主成分として含まれている。

回収処理システム４０は、活性炭塔（装置）４１、イオン交換塔（装置）４２、ＵＶ酸化装置４３、及びＵＶ殺菌塔（装置）４４を備え、これら装置４１〜４４にユースポイント５０から排出された廃水を順に通水して処理する。
活性炭塔４１は、活性炭を有し、この活性炭に処理水を通水することで、処理水中の有機物、色度、界面活性剤等を吸着除去するとともに、酸化剤（例えば、過酸化水素）や次亜塩素酸ソーダ等を分解する。イオン交換塔４２は、イオン交換樹脂を有し、このイオン交換樹脂に処理水を通水することで、処理水中のイオンを吸着除去する。
これらの活性炭塔４１及びイオン交換塔４２に通水される間に、ユースポイント５０から排出された廃水から、分子量がＩＰＡレベルのＴＯＣより大きいＴＯＣが除去される。また、イオン交換塔４２で処理された処理水に含まれるＴＯＣ濃度は、数ｐｐｍ（例えば、２ｐｐｍ）程度となっている。

ＵＶ酸化装置４３は、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を放射可能な紫外線ランプを有し、この紫外線ランプによって紫外線を処理水に照射することで、処理水中のＴＯＣを酸化分解する。ＵＶ酸化装置４３に用いられる紫外線ランプは、１８５ｎｍ付近の紫外線のみを発生するランプである必要はなく、本実施形態では、例えば、１８５ｎｍ付近の紫外線とともに２５４ｎｍ付近の紫外線を放射する低圧水銀ランプが使用されている。紫外線ランプのランプ管材は、１８５ｎｍ付近の紫外線の透過率が高い普通石英、あるいは、石英の純度が高く、１８５ｎｍ付近の紫外線の透過率がより高い合成石英を用いて形成されている。

ＵＶ酸化装置４３では、処理水に１８５ｎｍ付近の紫外線を照射することにより、水が分解してＯＨラジカルが生成し、このＯＨラジカルが紫外線の照射により励起状態になったＴＯＣに作用し、ＴＯＣが酸化分解される。ＵＶ酸化装置４３で紫外線が照射される時間は、ＵＶ酸化装置３１に比べ長い。
なお、紫外線ランプからは２５４ｎｍ付近の紫外線も放射されるが、２５４ｎｍ付近の紫外線を処理水に照射しても、ＯＨラジカルは発生しないので、２５４ｎｍ付近の紫外線はＴＯＣの酸化分解には直接寄与しない。

ＵＶ殺菌塔４４は、殺菌に効果的な波長、例えば２５４ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射可能な紫外線ランプを備え、この紫外線ランプによって紫外線を処理水に照射することで、処理水中のバクテリア（生菌）を殺菌する。
このように、本実施形態では、二次純水システム３０の前段のシステム（本実施形態では、回収処理システム４０）において、ＵＶ酸化装置４３の前段に酸化剤を添加する工程を設けておらず、ＵＶ酸化装置４３において照射する紫外線も、２５４ｎｍ付近の紫外線ではなく、１８５ｎｍ付近の紫外線としている。
以下、回収処理システム４０において、処理水に酸化剤を添加するとともに波長が２５４ｎｍ付近の紫外線を照射する構成を採用した場合、及び、処理水に酸化剤を添加せずに波長が１８５ｎｍ付近の紫外線を照射する構成を採用した場合のＴＯＣの処理速度について説明する。

図２は、ＴＯＣ源にメタノールを用い、回収処理システム４０のＵＶ酸化装置４３において、１８５ｎｍ又は２５４ｎｍ付近の紫外線を照射した場合の初期ＴＯＣ濃度とＴＯＣ処理速度との関係を示す図である。図３は、ＴＯＣ源にＩＰＡを用い、回収処理システム４０のＵＶ酸化装置４３において、１８５ｎｍ又は２５４ｎｍ付近の紫外線を照射した場合の初期ＴＯＣ濃度とＴＯＣ処理速度との関係を示す図である。なお、図２及び図３において、符号Ａは、処理水に酸化剤である過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を添加するとともに、波長が２５４ｎｍ付近の紫外線を照射した場合の実験結果の近似曲線、符号Ｂは、ランプ管材の素材に合成石英を用いるとともに、波長が１８５ｎｍ及び２５４ｎｍ付近である紫外線を照射した場合の実験結果の近似曲線、符号Ｃは、ランプ管材の素材に普通石英を用いるとともに、波長が１８５ｎｍ及び２５４ｎｍ付近である紫外線を照射した場合の実験結果の近似曲線を示す。また、点ＰＡＢは近似曲線Ａと近似曲線Ｂとの交点を、点ＰＡＣは近似曲線Ａと近似曲線Ｃとの交点を示す。さらに、処理速度は、ＴＯＣを酸化分解するのに要した紫外線照射量に基づいた速度定数であり、速度定数が大きくなるほど処理速度は速くなる。

図２に示すように、処理水に含まれるＴＯＣがメタノールである場合、近似曲線Ｂは初期ＴＯＣ濃度が３．６ｐｐｍより低いときに近似曲線Ａを上回り、近似曲線Ｃは初期ＴＯＣ濃度が２．１ｐｐｍより低いときに近似曲線Ａを上回っている、すなわち、処理水に含まれるＴＯＣがメタノールである場合、初期ＴＯＣ濃度が数ｐｐｍより低いときには、過酸化水素を添加せずに１８５ｎｍ及び２５４ｎｍ付近の紫外線を照射する方が、過酸化水素を添加するとともに２５４ｎｍ付近の紫外線を照射するより、ＴＯＣの処理速度が速くなる。

一方、図３に示すように、処理水に含まれるＴＯＣがＩＰＡである場合、近似曲線Ｂは初期ＴＯＣ濃度が２８．４ｐｐｍより低いときに近似曲線Ａを上回り、近似曲線Ｃは初期ＴＯＣ濃度が２１．９ｐｐｍより低いときに近似曲線Ａを上回っている。すなわち、処理水に含まれるＴＯＣがＩＰＡである場合、初期ＴＯＣ濃度が約３０ｐｐｍより低いときには、過酸化水素を添加せずに１８５ｎｍ及び２５４ｎｍ付近の紫外線を照射する方が、過酸化水素を添加するとともに２５４ｎｍ付近の紫外線を照射するより、ＴＯＣの処理速度が速くなる。
なお、図２及び図３では、１８５ｎｍ及び２５４ｎｍ付近の紫外線を照射する紫外線ランプを用いた場合の実験結果が図示されていたが、２５４ｎｍ付近の紫外線を遮光し、１８５ｎｍ付近の紫外線を主に照射するように構成された紫外線ランプを用いた場合にも、１８５ｎｍ及び２５４ｎｍ付近の紫外線を照射する紫外線ランプを用いた場合と同様の結果が得られる。

上述したように、回収処理システム４０で処理する原水のＴＯＣの主成分はＩＰＡであるとともに、ＵＶ酸化装置４３で処理する処理水に含まれるＴＯＣの濃度は数ｐｐｍ程度であるため、ＵＶ酸化装置４３において１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射することにより、ＴＯＣを速く、かつ、確実に酸化分解できる。したがって、ＵＶ酸化装置４３の前段に過酸化水素を添加する工程を設ける必要がなく、ＵＶ酸化装置４３の後段に余剰の過酸化水素を除去する工程を設ける必要がないので、超純水製造システム１の構成を簡素化することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、回収処理システム４０では、活性炭塔４１及びイオン交換塔４２によって、分子量がＩＰＡレベルの有機物より大きい有機物を除去した後、ＵＶ酸化装置４３によって、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射する構成とした。この構成により、酸化剤を添加することなくＴＯＣを酸化分解できるので、酸化剤を添加する工程や余剰の酸化剤を除去する工程を省くことができる。

また、本実施形態によれば、ＩＰＡレベルの有機物の濃度が３０ｐｐｍ以下である水に、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射するため、酸化剤を添加することなく処理水中のＴＯＣを速く、かつ、確実に酸化分解できる。したがって、照射時紫外線の照射時間を短縮することもできるので、紫外線ランプに使用する電力を抑えることができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、ＵＶ酸化装置４３を回収処理システム４０に備えていたが、第２実施形態では、ＵＶ酸化装置４３を一次純水システム１２０に備えている。
図４は、第２実施形態に係る超純水製造システム１００を示す図である。なお、図４では、図１に示す超純水製造システム１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
超純水製造システム１００は、大別して、前処理システム１０と、一次純水システム１２０と、二次純水システム（サブシステム）１３０とを備えて構成され、工業用水、市水、井戸水等の原水をこれらのシステム１０，１２０，１３０で順に処理することにより超純水を製造し、この超純水をユースポイント５０に供給するシステムである。この超純水製造システム１００が処理する工業用水等の原水においても、ＩＰＡがＴＯＣの主成分である。

一次純水システム１２０は、活性炭塔４１、イオン交換塔４２、ＵＶ酸化装置４３、ＲＯユニット２１、真空脱気塔２２、ＵＶ殺菌塔２４、ポリッシャー塔（装置）１２１、及びＵＦユニット（装置）１２２を備え、これら装置４１，４２，４３，２１，２２，２４，１２１，１２２に前処理システム１０において処理された処理水を順に通水し、一次純水を製造する。
ポリッシャー塔１２１は、処理水中に残留するイオンを極限まで除去する。ＵＦユニット１２２は、限外濾過膜を有し、この限外濾過膜に処理水を通水することで、処理水中の微粒子を除去する。

二次純水システム１３０は、活性炭塔（装置）１３１、ＲＯユニット（装置）１３２、イオン交換塔（装置）１３３、真空脱気塔（装置）１３４、ＵＶ酸化装置３１、イオン交換塔３２、ＵＦユニット３３を備え、これらの装置１３１〜１３４，３１〜３３に一次純水システム１２０で製造された一次純水を順に通水し、一次純水システム１２０においてＴＯＣの濃度が数十ｐｐｂまで低減した一次純水中の有機物を、更に、数ｐｐｂまで分解させ、超純水を製造する。
活性炭塔１３１は、活性炭を有し、この活性炭に処理水を通水することで、処理水中の有機物、色度、界面活性剤等を吸着除去するとともに、酸化剤（例えば、過酸化水素）や次亜塩素酸ソーダ等を分解する。ＲＯユニット１３２は、逆浸透膜を備え、この逆浸透膜に処理水を通水することで、処理中のイオンをはじめ、有機物、微粒子、生菌、シリカ、コロイド等の除去を行う。イオン交換塔１３３は、イオン交換樹脂を有し、このイオン交換樹脂に処理水を通水することで、処理水中のイオンを吸着除去する。真空脱気塔１３４は、処理水中の溶存酸素や二酸化炭素等の溶存ガスを除去する。

このように構成された超純水製造システム１００においても、一次純水システム１２０では、活性炭塔４１及びイオン交換塔４２によって、分子量がＩＰＡレベルの有機物より大きい有機物を除去した後、ＵＶ酸化装置４３によって、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射するため、酸化剤を添加することなくＴＯＣを酸化分解できるので、酸化剤を添加する工程や余剰の酸化剤を除去する工程を省くことができる。しかも、ＩＰＡレベルの有機物の濃度が３０ｐｐｍ以下である水に、１８５ｎｍ付近の紫外線を照射するため、酸化剤を添加することなく処理水中のＴＯＣを速く、かつ、確実に酸化分解できる。したがって、照射時紫外線の照射時間を短縮することもできるので、紫外線ランプに使用する電力を抑えることができる。

但し、上記実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、一次純水システム、二次純水システム、及び回収処理システムを構成する装置の組み合わせや順番は、限定されるものではない。特に、一次純水システム又は回収処理システムにおいて、ＵＶ酸化装置の前に配置する装置も、ＵＶ酸化装置の前に分子量がＩＰＡレベルのＴＯＣより大きいＴＯＣが処理水から除去される構成であれば、活性炭塔及びイオン交換塔に限定されるものではない。但し、活性炭塔の活性炭やイオン交換塔のイオン交換樹脂は細菌が比較的繁殖しやすく、ＲＯユニットやＵＦユニット等の膜装置も生菌で目詰まりのトラブルなどを起こしやすいので、ＵＶ酸化装置が活性炭塔やイオン交換塔の後段、あるいは膜装置の前段に適用されるのがより望ましい。

１，１００超純水製造システム
２０，１２０一次純水システム
３０、１３０二次純水システム（サブシステム）
４０回収処理システム
４３ＵＶ酸化装置

Claims

原水を、一次純水システム、サブシステムを通してユースポイントに供給し、前記ユースポイントの廃水を、回収処理システムを通して、前記一次純水システムの上流に還流させる超純水製造システムにおいて、
前記回収処理システムは、
前記廃水から分子量がＩＰＡより大きいＴＯＣを除去する装置と、
１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射することで、水を分解してＯＨラジカルを生成させ、前記紫外線の照射により励起状態になったＴＯＣを前記ＯＨラジカルによって酸化分解するＵＶ酸化装置と、
紫外線の照射により、廃水中のバクテリアを殺菌するＵＶ殺菌塔と、
を通水の順に備えている、
ことを特徴とする超純水製造システム。
原水を、一次純水システム、サブシステムを通してユースポイントに供給する超純水製造システムにおいて、
前記一次純水システムは、
前記原水から分子量がＩＰＡより大きいＴＯＣを除去する装置と、
１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射することで、水を分解してＯＨラジカルを生成させ、前記紫外線の照射により励起状態になったＴＯＣを前記ＯＨラジカルによって酸化分解するＵＶ酸化装置と、
紫外線の照射により、廃水中のバクテリアを殺菌するＵＶ殺菌塔と、
を通水の順に備えている、
ことを特徴とする超純水製造システム。
ＩＰＡの濃度が３０ｐｐｍ以下である水に、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の超純水製造システム。