JP6161954B2 - 超純水製造装置及び超純水製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、超純水を製造する超純水製造装置に係り、特に、原水と使用済み超純水から超純水を製造する超純水製造装置及び超純水製造方法に関する。
半導体製造工程等に使用される超純水は、一般に、膜分離装置及びイオン交換脂装置からなる一次純水システムと、紫外線酸化装置、非再生式ポリッシャー及び限外ろ過膜装置等からなる二次純水システム（サブシステムとも呼ばれる）とを備える超純水製造装置を用いて製造されている。この超純水製造装置では、市水、井水、河川水、工業用水等の原水や、半導体製造工程から排出される使用済み超純水が被処理水として用いられている。
一次純水システムは、例えば、熱交換器、逆浸透膜装置、イオン交換装置（混床式又は４床５塔式等）、脱気装置等を備えており、一次純水システムは被処理水中の塩類や有機物成分を除去する。
一次純水システムで製造された一次純水は、二次純水システムへ送水される。二次純水システムは、一次純水中の極微量の不純物を除去して一次純水を超純水とする。製造された超純水は、ユースポイント等に送水される。
このような超純水製造装置では、原水は前処理システムを経ることで除濁されて一次純水システムに供給される。一方、使用済み超純水は、活性炭装置、弱塩基性アニオン交換樹脂装置を備える回収処理システムを経て使用済み超純水中の硫酸、フッ化水素、イオン性有機物、過酸化水素等が除去されて一次純水システムに供給される。
工業用水及び半導体製造排水を用いて純水を製造する方法としては、脱カチオンされた工業用水と、脱アニオン及び脱炭酸された半導体製造排水を混合して混合原水とし、純水を製造する純水製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、逆浸透膜装置と電気脱イオン装置とを用いて原水を脱イオンして超純水を製造する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、逆浸透膜装置と電気脱イオン装置とを用いて原水を脱イオンして超純水を製造する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
ところで、近年、超純水製造装置に対しては、高水質の超純水を安定に供給する高度な水質管理に加えて、薬品使用量の低減や使用済み超純水の有効利用による環境負荷低減の重要性が高まってきている。
ここで、イオン交換樹脂を用いて使用済み超純水中のイオン成分を除去する方法では、使用済み超純水中のイオン成分濃度が例えば原水よりも高いため、原水のみから超純水を製造する場合に比べて、イオン交換樹脂再生のための薬品使用量が増大するという問題があった。
また、電気脱イオン装置を用いて超純水を製造する方法では、電気脱イオン装置のイオン成分の除去率がイオン交換樹脂装置のそれよりもやや低いため、十分な水質を得ることができないという問題があった。そのため、特に使用済み超純水の処理には不向きであった。
本発明は上記した課題を解决するためになされたものであって、原水及び使用済み超純水を被処理水として、高純度の超純水を効率よく製造することのできる超純水製造装置及び超純水製造方法を提供することを目的とする。
実施形態に係る超純水製造装置は、前処理システムと、一次純水システムと、回収処理システムとを備える超純水製造装置であって、前記前処理システムは、溶存炭酸を含む原水を処理して前処理水を生成し、前記回収処理システムは逆浸透膜装置と電気脱イオン装置とをこの順に備え、フッ素イオンを含有するｐＨが４未満の使用済みの超純水を処理して回収処理水を生成し、前記一次純水システムは逆浸透膜装置と電気脱イオン装置とをこの順に備え、前記前処理水及び前記回収処理水が混合された、フッ素イオン及び溶存炭酸を含むｐＨ５〜６．５の混合処理水を処理することを特徴とする。
実施形態に係る超純水製造方法は、原水と使用済み超純水を用いて超純水を製造する超純水製造方法であって、溶存炭酸を含む原水を前処理システムで処理して前処理水を生成する工程と、フッ素イオンを含有するｐＨが４未満の使用済み超純水を、逆浸透膜装置と電気脱イオン装置を順に備える回収処理システムで処理して回収処理水を生成する工程と、前記前処理水と前記回収処理水を混合して、フッ素イオン及び溶存炭酸を含むｐＨ５〜６．５の混合処理水を生成する工程と、前記混合処理水を逆浸透膜装置と電気脱イオン装置を順に備える一次純水システムで処理する工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、原水及び使用済み超純水を被処理水として高純度の純水を効率よく製造することのできる超純水製造装置及び超純水製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。各図において、共通する機能を有する装置は同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、実施形態の超純水製造装置の構成を示すブロック図である。
図１に示す超純水製造装置１は、原水を処理する前処理システム１０と、使用済み超純水を処理する回収処理システム２０とを備えている。前処理システム１０及び回収処理システム２０はそれぞれ処理水ピットＴ１に接続されている。回収処理システム２０は、逆浸透膜装置（ＲＯ）２１及び電気脱イオン装置（ＥＤＩ）２２を備えている。
図１に示す超純水製造装置１は、原水を処理する前処理システム１０と、使用済み超純水を処理する回収処理システム２０とを備えている。前処理システム１０及び回収処理システム２０はそれぞれ処理水ピットＴ１に接続されている。回収処理システム２０は、逆浸透膜装置（ＲＯ）２１及び電気脱イオン装置（ＥＤＩ）２２を備えている。
処理水ピットＴ１の下流には、原水及び使用済み超純水を一次純水とする一次純水システム３０、一次純水を貯留する一次純水タンクＴ２、一次純水を二次純水とする二次純水システム４０が接続され、二次純水システム４０は、ユースポイント（ＰＯＵ）５０に接続されている。一次純水システム３０は、逆浸透膜装置（ＲＯ）３１、電気脱イオン装置（ＥＤＩ）３２を備えている。
前処理システム１０は、原水中の濁質分やコロイド成分を除去して原水を前処理水とする。前処理システム１０は、前処理水のｐＨを６〜８程度とする。この前処理水は、処理水ピットＴ１に供給されて貯留される。前処理システム１０が処理する原水としては、市水、井水、河川水、工業用水等が挙げられる。このような原水は通常、硬度成分（カルシウム、マグネシウム等)、イオン成分（ナトリウム、塩素イオン、イオン性有機物等）、溶存気体（溶存炭酸、溶存酸素等）、非イオン性有機物、微粒子成分等を含んでいる。前処理システム１０は、具体的には、精密ろ過膜や限外ろ過膜等を用いた膜分離装置、生物ろ過装置、紫外線照射装置、活性炭装置等を適宜選択して用いることができる。
回収処理システム２０は、半導体製造工場等(ユースポイント)で使用された使用済み超純水を回収処理する。使用済み超純水としては、例えば、半導体洗浄工程における洗浄排水を用いる。このような使用済み超純水は、半導体製造工程で使用された薬剤類、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、フッ化水素、アンモニア、水酸化ナトリウム、過酸化水素、イソプロピルアルコールや界面活性剤などの有機物等、剥離したレジスト等の有機物を含み、ｐＨは１〜３程度である。
逆浸透膜装置２１は、被処理水中の塩類やイオン性の有機物、コロイド性の有機物を除去する。すなわち、逆浸透膜装置２１は、使用済み超純水中の硫酸、塩酸、硝酸、酢酸等やイオン性有機物等を除去して透過水とする。この透過水は、後段の電気脱イオン装置２２に供給される。逆浸透膜装置２１の濃縮水の一部は電気脱イオン装置２２の電極室に電極水として供給され、残部は系外に排出される。逆浸透膜装置２１としては、例えば、酢酸セルロース、ポリアミド等からなる逆浸透膜を、スパイラル型、チューブラー型、ホローファイバ型等、任意の形式としたモジュールを備えたものを用いることができる。
逆浸透膜装置２１の脱塩率(ナトリウムイオンの除去率)は９６〜９９．８％であることが好ましい。また、逆浸透膜装置２１での水回収率は、６０〜９８％が好ましく、８０〜９５％がより好ましい。
なお、逆浸透膜装置２１の脱塩率を高めるために、逆浸透膜装置を２段直列に接続して２段逆浸透膜装置としてもよい。これにより、原水と比較してイオン成分の濃度が高い使用済み超純水中のイオン成分を十分に除去し、後段の電気脱イオン装置２２への負荷を軽減することができる。なお、この場合、第１段の逆浸透膜装置での脱塩率(ナトリウムイオンの除去率)は、好ましくは９６〜９９．８％、第２段の逆浸透膜装置での脱塩率は好ましくは９６〜９９．８％である。水回収率は、第１段の逆浸透膜装置では６０〜９８％が好ましく、８０〜９５％がより好ましい。第２段の逆浸透膜装置では、８０〜９５％が好ましく、８５〜９５％がより好ましい。
電気脱イオン装置２２は、逆浸透膜装置２１の透過水中に残留するイオン成分を除去するものである。電気脱イオン装置２２は、陽極と陰極の間に交互に配置された陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを有している。また、電気脱イオン装置２２は、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜によって仕切られた脱塩室と、除去されたイオン成分を含む濃縮水が流入する濃縮室とを交互に有している。電気脱イオン装置２２は、脱塩室内に充填された陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂との混合体と、直流電圧を印加するための電極を有している。
電気脱イオン装置２２において、被処理水は脱塩室及び濃縮室に並行して供給され、脱塩室の陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合体が被処理水中のイオン成分を吸着する。吸着されたイオン成分は直流電流の作用により濃縮室に移行されて、濃縮室の濃縮水は系外に排出される。
電気脱イオン装置２２は、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合体に吸着されたイオン成分を直流電流の作用により濃縮室へ連続的に移行させることで、同時にこの混合体を再生する。そのため、電気脱イオン装置２２では、酸やアルカリのようなイオン交換樹脂を再生するための薬品を一切使用せずに連続的にイオン成分の除去を行うことができる。
また、電気脱イオン装置２２では、逆浸透膜装置２１の濃縮水が電極水として電極室に供給される。そのため、電気脱イオン装置２２の電極としては一般的に、耐食性のあるステンレス鋼等が用いられる。また、耐腐食性向上の観点から白金族金属電極又は白金族金属コーティングを施した電極を用いてもよく、電極水として、一次純水システム３０の逆浸透膜装置３１の透過水、濃縮水又は電気脱イオン装置３２の濃縮水を供給することもできる。これらによって、電気脱イオン装置２２の腐食を抑制して長期間安定した水質の透過水を得ることができる。
電気脱イオン装置２２は、一般的に、イオン交換樹脂よりもイオン成分の除去率が若干低いため、使用済み超純水のような酸性の水を処理する場合には、その透過水中に少量のフッ化水素等の酸成分が残留することになる。本実施形態では、この残留する酸成分によって、前処理水中の炭酸の少なくとも一部を被処理水中に気体として溶存させることができる。
そのため、電気脱イオン装置２２は、透過水のｐＨが４〜６程度となるような条件で運転することが好ましい。一般的に使用されている電気脱イオン装置を用いる場合には、透過水のｐＨはおおむね上記した好ましい範囲となる。また、電力量を１０〜４０Ｗ／ｈとすることで、透過水のｐＨを上記した好ましい範囲とすることができる。また、回収処理システム２０に供給される使用済み超純水の水質又は逆浸透膜装置２１の透過水の水質をあらかじめ測定し、測定値に基いて手動で、又は制御装置を用いてフィードバック制御することで運転条件を調節することも可能である。具体的には、使用済み超純水等の水質に基いて、運転条件として、電気脱イオン装置２２への供給流量や、電気脱イオン装置２２で印加する電圧の大きさを調節することができる。
このように、回収処理システム２０は、使用済み超純水を処理して、フッ素濃度が０．２〜０．５ｍｇ／Ｌ程度、ｐＨが４〜６程度の回収処理水とする。この回収処理水は、処理水ピットＴ１に供給されて貯留される。
上記したように、使用済み超純水は、種々の薬剤類を含んでいるため、本実施形態の回収処理システム２０は、逆浸透膜装置２１の上流側に、逆浸透膜を保護する目的で、使用済み超純水中の過酸化水素等を分解除去するための活性炭装置や有機物を酸化分解するための紫外線酸化装置を備えることが好ましい。
紫外線酸化装置は、例えば、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被処理水に照射することで、被処理水中のＴＯＣを酸化分解する。紫外線酸化装置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を使用することができる。
紫外線酸化装置では、波長１８５ｎｍ付近の紫外線により、水が分解してＯＨラジカルが生成し、このＯＨラジカルが被処理水中の有機物を有機酸にまで酸化分解する。なお、回収処理システ２０の紫外線酸化装置における紫外線照射量は、被処理水の水質によって適宜変更する。後述する一次純水システム３０、二次純水システム４０においても同様である。
このように、本実施形態の純水製造装置１は、逆浸透膜装置２１と電気脱イオン装置２２をこの順に組み合わせた回収処理システム２０を備えることで、イオン成分を効率よく除去することができる。
また、本実施形態の純水製造装置１は、電気脱イオン装置２２を用いているので、回収処理システム２０における使用済み超純水のｐＨの調節が簡便であり、ｐＨの調整のための酸、アルカリ薬品の使用量を削減することができる。また、逆浸透膜装置２１と電気脱イオン装置２２を用いてイオン成分を除去することができるので、従来のようなイオン交換樹脂の再生のための酸、アルカリ等の薬品の使用量を低減することができ、さらにはこれらの薬品を使用しないことも可能である。
本実施形態の超純水製造装置１において、処理水ピットＴ１は、前処理システム１０から得られた前処理水と、回収処理システム２０から得られた回収処理水を貯留することで、これらを混合して混合処理水とするものである。処理水ピットＴ１は、例えばポリテトラフルオロエチレン製の容器を用いる。処理水ピットＴ１の大きさは特に限定されず、製造される超純水の流量や水質に合わせて適宜設計する。処理水ピットＴ１内では、混合処理水のｐＨは５〜６．５程度とされることが好ましい。
原水中の溶存炭酸のほとんどは前処理システムを通過して前処理水中に溶存する。また、上述したように、排水処理システム２０において、使用済み超純水のｐＨが４未満では、電気脱イオン装置２２でのフッ素の除去率が低いので、除去されないフッ素が回収処理水中に残存することになる。処理水ピットＴ１は、この前処理水と回収処理水とを混合することで、上述したように混合処理水のｐＨを５〜６．５程度とすることができる。これにより溶存炭酸が炭酸イオンや炭酸水素イオンとして溶存することで、ｐＨ緩衝作用を有することになり、一次純水システム３０系内での被処理水のｐＨの変動を小さくすることができる。一方、フッ化水素の酸解離定数がｐＫａ＝３．５程度であるので、回収処理水中に残存するフッ素は、混合処理水中でほとんどがフッ素イオンとして溶存することで、一次純水システム３０の逆浸透膜装置３１及び電気脱イオン装置３２を経ることでそのほとんどが除去される。
なお、処理水ピットＴ１内の混合処理水のｐＨは、前処理水及び回収処理水の水質を測定し、これらに基いて処理水ピットＴ１への前処理水の供給流量及び回収処理水の供給流量を調節することで、上記した好ましいｐＨの値の範囲に保つことができる。具体的には、前処理水流量／回収処理水流量で示される比を３０／７０〜７０／３０とすることで、混合処理水のｐＨを上記した好ましい値の範囲に安定に維持することができる。これにより、酸やアルカリ等の薬品を使用することなく、混合処理水のｐＨを調節することができる。
一次純水システム３０は、上記で得られた混合処理水を被処理水として、一次純水を製造する。一次純水システム３０は、逆浸透膜装置３１と、電気脱イオン装置３２を備えている。
逆浸透膜装置３１は、回収処理システム２０で用いられる逆浸透膜装置２１と同様の装置を用いることができる。上述したように、逆浸透膜装置３１の被処理水（混合処理水）中では、フッ化水素はそのほとんどが解離して、フッ素イオンとして溶存している。そのため、逆浸透膜装置３１において、酸やアルカリ等の薬品を用いてｐＨを調整することなく、フッ素を効率よく除去することができる。逆浸透膜装置３１の脱塩率(ナトリウムイオンの除去率)は、９６〜９９．８％であることが好ましい。逆浸透膜装置３１の水回収率は、６０〜９８％が好ましく、８０〜９５％がより好ましい。
なお、逆浸透膜装置３１を、逆浸透膜装置を２段直列に接続した２段逆浸透膜装置としてもよい。これにより、脱塩率を向上させ、被処理水中の硬度成分をほぼ完全に除去することができるので、後段の電気脱イオン装置３２における硬度スケールの生成を抑制することができる。
この場合、第１段の逆浸透膜装置での脱塩率(ナトリウムイオンの除去率)は、好ましくは９６〜９９．８％、第２段の逆浸透膜装置での脱塩率は、好ましくは９６〜９９．８％である。また、水回収率は、第１段の逆浸透膜装置では６０〜９８％が好ましく、８０〜９５％がより好ましい。第２段の逆浸透膜装置では、８０〜９５％が好ましく、８５〜９５％がより好ましい。
電気脱イオン装置３２は、逆浸透膜装置３１の透過水中のイオン成分(塩類、イオン性有機物等)を除去するものであり、回収処理システム２０で用いられる電気脱イオン装置２２と同様のものを使用することができる。本実施形態の一次純水システム３０では、逆浸透膜装置３１において、イオン化したフッ素のほとんどが除去されており、電気脱イオン装置３２への負荷を軽減することができる。そのため、電気脱イオン装置３２でのイオン成分の除去率を向上させることができる。
なお、一次純水システム３０は、逆浸透膜装置３１の逆浸透膜面でのファウリングやスケール生成を抑制するために、逆浸透膜装置３１の前段に、従来公知の紫外線照射装置やプレフィルターを備えていてもよい。また、一次純水システム３０は、逆浸透膜装置３１の後段に被処理水中の溶存炭酸ガスを除去する膜脱気装置を備えることが好ましく、これにより逆浸透膜装置３１の被処理水の溶存炭酸濃度を低くすることで、下流側の電気脱イオン装置３２のイオン交換膜面でのスケールの生成を抑制することができる。
また、本実施形態の一次純水システム３０は、電気脱イオン装置３２の後段に紫外線酸化装置、混床式イオン交換装置及び膜脱気装置を備えることが好ましい。
紫外線酸化装置は、回収処理システム２０における紫外線酸化装置とその構成、作用は同様であり、例えば、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射することにより、被処理水中の有機物を酸化分解する。
混床式イオン交換装置としては、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を混合して充填した装置を用いることができ、再生式、非再生式のいずれであってもよい。混床式イオン交換装置は、前段の紫外線酸化装置で有機物が酸化分解して生成した低分子量のイオン成分を吸着除去する。また、膜脱気装置は、紫外線酸化装置の処理水中の溶存炭酸及び溶存酸素を除去する。
このように一次純水システム３０はその後段側に、紫外線酸化装置と混床式イオン交換装置を備えることで、被処理水中の微量の有機物を分解するとともに、イオン成分を吸着除去して、より高純度の一次純水を製造することができる。
なお、一次純水システム３０は、長期間運転する間には、逆浸透膜装置３１を構成する膜部材にスケールが生成することがある。そのため、一次純水システム３０の逆浸透膜装置３１では、被処理水の供給管に分岐管等の形態で注入管を設け、逆浸透膜面へのスケール生成を抑制する機能を有する公知の化合物を分散剤やキレート剤として注入することが好ましい。
分散剤やキレート剤等としては、カルシウムやフッ素に対して分散効果を有するものであれば特に限定されず、例えば、ホスホン酸、ポリアクリル酸、重合リン酸系分散剤等が挙げられる。また、キレート剤としては、Ｃａに対してキレート効果を有するものであれば特に限定されず、エチレンジアミン四酢酸等を用いることができる。
また、逆浸透膜面へのスケール生成を抑制するものとして、市販品を用いることもできる。市販品として、具体例には、Ｔｒｉｓｅｐ社製の商品「ＴｒｉＰｏｌ ８０１０」、「ＴｒｉＰｏｌ ９０１０」、「ＴｒｉＰｏｌ ９５１０」、ＧＥ社製の商品「Ｈｙｐｅｒｓｐｅｒｓｅ ＡＦ ２００」、「Ｈｙｐｅｒｓｐｅｒｓｅ ＳＩ ３００」、ＢｉｏＬａｂ社製の商品「Ｆｌｏｃｏｎ １００」、「Ｆｌｏｃｏｎ ２００」、片山Ｎａｌｃｏ社製の商品「ＰｅｒｍａＴｒｅａｔ ＰＣ１９１」、「ＰｅｒｍａＴｒｅａｔ ＰＣ５１０」等が挙げられる。本実施形態においては、これらの市販品を適宜選択して使用することができる。
一次純水タンクＴ２は、一次純水を貯留する。貯留された一次純水は、二次純水システム４０に供給される。
二次純水システム４０は、例えば、紫外線酸化装置、非再生式ポリッシャー、膜脱気装置及び限外ろ過装置を備えている。二次純水システム４０において、これらの装置が一次純水を順に処理し、全有機炭素（ＴＯＣ）濃度が数十μｇＣ／Ｌまで低減された一次純水中の有機物をさらに数μｇＣ／Ｌまで低減して超純水とする。
二次純水システム４０における紫外線酸化装置の構成及び作用は一次純水システムの紫外線酸化装置と同様であり、被処理水に１８５ｎｍ付近の紫外線を照射することにより、被処理水中の有機物を酸化分解する。
非再生式ポリッシャーは、紫外線酸化装置で有機物が分解して生成したイオン成分を吸着除去する。
非再生式ポリッシャーとしては、ボンベ等の容器に強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基性陰イオン交換樹脂が混合充填されたものを用いることができる。また、膜脱気装置は、一次純水中の微量溶存酸素を除去して溶存酸素濃度を１μｇ／Ｌ以下程度まで低減し、限外ろ過膜装置は、イオン交換樹脂からの微量溶出物や微粒子成分を除去して０．０５μｍ以上の微粒子数を２５０Ｐｓｃ．／Ｌ以下程度まで低減する。
なお、不純物の極めて少ない一次純水を処理し、超高水質の超純水を製造するために、二次純水システム４０の各水処理装置は、薬品再生等を行わない交換タイプのものを用いることが好ましい。
このように、二次純水システム４０は、一次純水を処理して超純水とし、製造された超純水はユースポイント５０に供給される。
以上、本実施形態の超純水製造装置１によれば、使用済み超純水を用いて超純水を製造するに際し、電気脱イオン装置を用いて使用済み超純水中の不純物成分を効率よく除去することができる。さらに、回収処理水や、一次純水システムに供給される被処理水のｐＨの調整を簡便に行うことができ、一次純水システムでの不純物の除去効率を向上させることができる。さらに、ｐＨ調整のための酸、アルカリ等の使用を極力抑えることができる。
また、本実施形態の超純水製造装置１によれば、回収処理システム２０及び一次純水システム３０において、被処理水中のイオン成分を、逆浸透膜装置と電気脱イオン装置との組み合わせでほとんど除去することができる。そのため、薬品再生の必要なイオン交換樹脂を省略することができ、これによりさらに、イオン交換樹脂の再生のための酸、アルカリ等の使用を、極力低減することができる。
また、イオン交換樹脂を省略することで、大型の脱炭酸装置を省略することができるので、超純水システム１を小規模化、簡素化することができる。さらに、通常脱炭酸装置で行われるｐＨ調整のための酸の注入を省略することができ、このための酸の使用量を極力低減することができる。
さらに、本実施形態の超純水製造装置１によれば、酸やアルカリ等の薬品の使用量を極めて少なくすることができるので、これらを貯留するタンクや、ポンプ等を削減して装置を簡素化することができるだけでなく、薬品使用量の削減によるランニングコストの低減、薬品取扱いのリスクの低減が可能となる。
次に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
本実施例に係る超純水製造装置２の構成を図２に示す。以下の説明において、図１と共通の機能を有する装置は同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
本実施例に係る超純水製造装置２の構成を図２に示す。以下の説明において、図１と共通の機能を有する装置は同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
図２に示される超純水製造装置２は、前処理システム１０と、回収処理システム２０と、一次純水システム３０と、二次純水システム４０とを備えている。二次純水システム４０は、ユースポイント（ＰＯＵ）５０に接続され、ユースポイント（ＰＯＵ）５０で回収された使用済み超純水は、回収処理システム２０に送られるようになっている。
回収処理システム２０は、活性炭装置（ＡＣ）２３と、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）２４と、２段逆浸透膜装置（ＲＯ）２１ａ，２１ｂと、電気脱イオン装置２２をこの順に備えている。
前処理システム１０と回収処理システム２０は、それぞれ処理水ピットＴ１に接続されており、処理水ピットＴ１の下流側には、一次純水システム３０と、一次純水タンクＴ２と、二次純水システム４０とが配管を用いてこの順に接続されている。
一次純水システム３０は、紫外線照射装置（ＵＶ）３３、プレフィルター（ＰＦ）３４２段逆浸透膜装置（ＲＯ）３１ａ，３１ｂ、膜脱気装置（ＭＤＧ）３５、電気脱イオン装置（ＥＤＩ）３２、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）３６、混床式イオン交換装置（ＭＢ）３７、膜脱気装置（ＭＤＧ）３８をこの順に備えている。また、一次純水システム３０は、余剰の一次純水が図示しない配管によって処理水ピットＴ１に循環されるよう構成されている。
二次純水システム４０は、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）４１、非再生式ポリッシャー（Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）４２、膜脱気装置（ＭＤＧ）４３、限外ろ過装置（ＵＦ）４４をこの順に備えている。二次純水システム４０は、余剰の超純水が図示しない配管によって一次純水タンクＴ２に循環されるよう構成されている。
実施例で用いた装置の仕様は次のとおりである。
[回収処理システム２０]
活性炭装置（ＡＣ）２３：Ｆ４００(カルゴン カーボン ジャパン株式会社製)
紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）２４：ＳＵＶ−８０００ＴＯＣ（日本フォトサイエンス社製）
２段逆浸透膜装置（ＲＯ）２１ａ，２１ｂ：ＴＭＬ２０−４００(東レ株式会社製)
電気脱イオン装置２２：Ｅ−ＣＥＬＬ ＭＫ３(ＧＥ社製)
処理水ピットＴ１：容量５００ｍ３
活性炭装置（ＡＣ）２３：Ｆ４００(カルゴン カーボン ジャパン株式会社製)
紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）２４：ＳＵＶ−８０００ＴＯＣ（日本フォトサイエンス社製）
２段逆浸透膜装置（ＲＯ）２１ａ，２１ｂ：ＴＭＬ２０−４００(東レ株式会社製)
電気脱イオン装置２２：Ｅ−ＣＥＬＬ ＭＫ３(ＧＥ社製)
処理水ピットＴ１：容量５００ｍ３
[一次純水システム３０]
２段逆浸透膜装置（ＲＯ）３１ａ：ＴＭＬ２０Ｄ(東レ株式会社製)
３１ｂ：ＳＵ−７２０(東レ株式会社製)
膜脱気装置（ＭＤＧ）３５：Ｘ−４０(ポリポア社製)
電気脱イオン装置（ＥＤＩ）３２：Ｅ−ＣＥＬＬ ＭＫ３(ＧＥ社製)
紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）３６：ＳＵＶ−８０００ＴＯＣ（日本フォトサイエンス社製）
混床式イオン交換装置（ＭＢ）３７：野村マイクロ・サイエンス(株)社製（イオン交換樹脂としてＤｕｏｌｉｔｅ ＭＢＧＰ(ローム・アンド・ハース社製)を充填したもの）
膜脱気装置（ＭＤＧ）３８：Ｘ−４０(ポリポア社製)
２段逆浸透膜装置（ＲＯ）３１ａ：ＴＭＬ２０Ｄ(東レ株式会社製)
３１ｂ：ＳＵ−７２０(東レ株式会社製)
膜脱気装置（ＭＤＧ）３５：Ｘ−４０(ポリポア社製)
電気脱イオン装置（ＥＤＩ）３２：Ｅ−ＣＥＬＬ ＭＫ３(ＧＥ社製)
紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）３６：ＳＵＶ−８０００ＴＯＣ（日本フォトサイエンス社製）
混床式イオン交換装置（ＭＢ）３７：野村マイクロ・サイエンス(株)社製（イオン交換樹脂としてＤｕｏｌｉｔｅ ＭＢＧＰ(ローム・アンド・ハース社製)を充填したもの）
膜脱気装置（ＭＤＧ）３８：Ｘ−４０(ポリポア社製)
[二次純水システム４０]
紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）４１：ＳＵＶ−８０００ＴＯＣ（日本フォトサイエンス社製）
非再生式ポリッシャー（Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）４２：野村マイクロ・サイエンス(株)社製（イオン交換樹脂としてＤｕｏｌｉｔｅ ＭＢＧＰ(ローム・アンド・ハース社製)を充填したもの）
膜脱気装置（ＭＤＧ）４３：Ｘ−４０(ポリポア社製)
限外ろ過装置（ＵＦ）４４：ＯＬＴ―６０３６Ｖ（旭化成株式会社製）
紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）４１：ＳＵＶ−８０００ＴＯＣ（日本フォトサイエンス社製）
非再生式ポリッシャー（Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）４２：野村マイクロ・サイエンス(株)社製（イオン交換樹脂としてＤｕｏｌｉｔｅ ＭＢＧＰ(ローム・アンド・ハース社製)を充填したもの）
膜脱気装置（ＭＤＧ）４３：Ｘ−４０(ポリポア社製)
限外ろ過装置（ＵＦ）４４：ＯＬＴ―６０３６Ｖ（旭化成株式会社製）
[計測計器類]
ＴＯＣ計：Ａｎａｔｅｌ Ａ１０００ＸＰ（商品名、ＨＡＣＨ社製）
溶存酸素計：ＭＯＣＡ−３６００、オービスフェア社製
比抵抗率計：比抵抗モニター。
過酸化水素濃度計：ＮＯＸＩＡ−ＬＩＩ（商品名（登録商標）、野村マイクロ・サイエンス（株）社製）
微粒子計測器：オンラインパーティクルカウンター(ＵＤＩ−５０、ＰＭＳ社製)
シリカ：原子吸光光度計
ホウ素：誘導結合プラズマ質量分析計
各種金属：誘導結合プラズマ質量分析計
各種イオン：イオンクロマトグラフィー装置
ＴＯＣ計：Ａｎａｔｅｌ Ａ１０００ＸＰ（商品名、ＨＡＣＨ社製）
溶存酸素計：ＭＯＣＡ−３６００、オービスフェア社製
比抵抗率計：比抵抗モニター。
過酸化水素濃度計：ＮＯＸＩＡ−ＬＩＩ（商品名（登録商標）、野村マイクロ・サイエンス（株）社製）
微粒子計測器：オンラインパーティクルカウンター(ＵＤＩ−５０、ＰＭＳ社製)
シリカ：原子吸光光度計
ホウ素：誘導結合プラズマ質量分析計
各種金属：誘導結合プラズマ質量分析計
各種イオン：イオンクロマトグラフィー装置
実施例では、導電率２００μＳ／ｃｍ、ｐＨ７．３、硬度６０ｍｇ／Ｌ（ａｓ ＣａＣＯ３）、炭酸濃度３０ｍｇ／Ｌ（ａｓ ＣａＣＯ３）の工業用水を、一日あたりの流量１０，０００ｍ３／ｄで前処理システム１０に供給した。また、導電率１，５００μＳ／ｃｍ、ｐＨ１．８、フッ素濃度６ｍｇ／Ｌ（ａｓ ＣａＣＯ３）の使用済み超純水を一日あたりの流量９，５００ｍ３／ｄで回収処理システム２０に供給した。
実施例で用いた工業用水及び使用済み超純水の水質を表１に示す。
実施例で用いた工業用水及び使用済み超純水の水質を表１に示す。
逆浸透膜装置３１の透過水の膜脱気装置３５への供給流量は１８，０００ｍ３／ｄであった。また、逆浸透膜装置３１ｂの透過水水質は、比抵抗０．１ＭΩ・ｃｍ、全有機炭素（ＴＯＣ）濃度１４μｇＣ／Ｌ、ホウ素濃度１μｇ／Ｌであり、電気脱イオン装置３２の透過水水質は比抵抗１７．２ＭΩ・ｃｍ、全有機炭素（ＴＯＣ）濃度１３μｇＣ／Ｌ、ホウ素濃度０．０４μｇ／Ｌであった。これらの結果を表３に示す。
これらの結果及び上記以外の超純水水質測定結果を表４に示す。
このように、超純水製造装置２では回収処理システム２０及び一次純水システム３０において十分なイオン除去率を得ることができる。そのため、使用済み超純水を利用して高水質の超純水を製造することができる。また、イオン交換樹脂を省略できるので、これを再生するための薬品使用量を大幅に削減でき、コストを削減することができる。
１，２…超純水製造装置、１０…前処理システム、２０…回収処理システム、２１…逆浸透膜装置、２２…電気脱イオン装置、２３…活性炭装置、２４…紫外線酸化装置、３０…一次純水システム、３１…逆浸透膜装置、３２…電気脱イオン装置、３３…紫外線照射装置、３４…プレフィルター、３５…膜脱気装置、３６…紫外線酸化装置、３７…混床式イオン交換装置、３８…膜脱気装置、４０…二次純水システム、４１…紫外線酸化装置、４２…非再生式ポリッシャー、４３…膜脱気装置、４４…限外ろ過装置、５０…ユースポイント、Ｔ１…処理水ピット、Ｔ２…一次純水タンク
Claims (6)
- 前処理システムと、一次純水システムと、回収処理システムとを備える超純水製造装置であって、
前記前処理システムは、溶存炭酸を含む原水を処理して前処理水を生成し、
前記回収処理システムは逆浸透膜装置と電気脱イオン装置とをこの順に備え、フッ素イオンを含有するｐＨが４未満の使用済み超純水を処理して回収処理水を生成し、
前記一次純水システムは逆浸透膜装置と電気脱イオン装置とをこの順に備え、前記前処理水及び前記回収処理水が混合された、フッ素イオン及び溶存炭酸を含むｐＨ５〜６．５の混合処理水を処理することを特徴とする超純水製造装置。 - 前記使用済み超純水は、硫酸、硝酸、塩酸、酢酸及びリン酸のうち少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載の純水製造装置。
- 前記回収処理システムは、電気脱イオン装置の前段に、活性炭装置及び紫外線酸化装置のうち少なくとも１方を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の超純水製造装置。
- 原水と使用済み超純水を用いて超純水を製造する超純水製造方法であって、
溶存炭酸を含む原水を前処理システムで処理して前処理水を生成する工程と、
フッ素イオンを含有するｐＨが４未満の使用済み超純水を、逆浸透膜装置と電気脱イオン装置を順に備える回収処理システムで処理して回収処理水を生成する工程と、
前記前処理水と前記回収処理水を混合して、フッ素イオン及び溶存炭酸を含むｐＨ５〜６．５の混合処理水を生成する工程と、
前記混合処理水を、逆浸透膜装置と電気脱イオン装置を順に備える一次純水システムで処理する工程とを備えることを特徴とする超純水製造方法。 - 前記回収処理水は、ｐＨが４〜６であることを特徴とする請求項４記載の超純水製造方法。
- 前記混合処理水を生成する工程における、前記前処理水と前記回収処理水の混合比は、前記前処理水の容量（ｍ ３ ）／前記回収処理水の容量（ｍ ３ ）で３０／７０〜７０／３０であることを特徴とする請求項４又は５記載の超純水製造方法。
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