JP6629383B2 - Ultrapure water production method - Google Patents
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Description
本発明は超純水製造システムに係り、尿素の除去率を向上させた超純水製造方法及び超純水製造システムに関する。 The present invention relates to an ultrapure water production system, and more particularly to an ultrapure water production method and an ultrapure water production system with an improved urea removal rate.
従来、半導体製造工程等に使用される超純水は、一般に市水、井水、工業用水、半導体工場から回収される使用済み超純水等を原水として超純水製造システムによって製造されている。超純水製造システムは、前処理システム、一次純水システム及び二次純水システムにより構成されており、各システムでの処理は次のように行われる。 Conventionally, ultrapure water used in a semiconductor manufacturing process and the like is generally produced by an ultrapure water production system using city water, well water, industrial water, used ultrapure water recovered from a semiconductor factory, etc. as raw water. . The ultrapure water production system includes a pretreatment system, a primary pure water system, and a secondary pure water system, and the processing in each system is performed as follows.
前処理システムは、凝集沈殿装置、砂ろ過装置、活性炭吸着装置(AC)、pH調整装置を組み合わせて原水を処理し、前処理水を製造する。一次純水システムは、ろ過分離装置、活性炭吸着装置、逆浸透膜(RO)装置、紫外線酸化装置(TOC−UV)、脱気装置、イオン交換装置等を組み合わせて、前処理水中のイオン成分及び有機物を除去し、一次純水を製造する。二次純水システムは、紫外線酸化装置(TOC−UV)、イオン交換装置、限外濾過装置(UF)等から構成され、一次純水の最終仕上げを行い、超純水を製造する。 The pretreatment system treats raw water by combining a coagulation sedimentation device, a sand filtration device, an activated carbon adsorption device (AC), and a pH adjustment device to produce pretreatment water. The primary pure water system combines the filtration / separation device, activated carbon adsorption device, reverse osmosis membrane (RO) device, ultraviolet oxidation device (TOC-UV), deaerator, ion exchange device, etc. Organic matter is removed to produce primary pure water. The secondary pure water system is composed of an ultraviolet oxidation device (TOC-UV), an ion exchange device, an ultrafiltration device (UF), etc., and performs a final finish of primary pure water to produce ultrapure water.
近年、半導体製造工程で使用される超純水については、更なる高純度化の要求が厳しくなっており、例えば比抵抗率18MΩ・cm以上、全有機炭素(TOC)濃度1μgC/L以下が求められてきている。 In recent years, with respect to ultrapure water used in a semiconductor manufacturing process, the demand for further purification has become severe. For example, a specific resistance of 18 MΩ · cm or more and a total organic carbon (TOC) concentration of 1 μgC / L or less are required. Have been
ところで、近年、超純水のTOC濃度の更なる低減について多くの試みがなされている中、従来の超純水製造システムでは原水中に含まれる尿素の除去率が十分でなく、処理水に残留する尿素がTOC濃度の低減を阻んでいることが判明してきた。そのため、尿素を効率よく高除去率で除去することが求められており、このような要求に対して、前処理システムに生物処理手段を含む超純水製造システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、被処理水に次亜臭素酸を添加する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 By the way, in recent years, while many attempts have been made to further reduce the TOC concentration of ultrapure water, a conventional ultrapure water production system does not have a sufficient removal rate of urea contained in raw water and remains in treated water. It has been found that urea is preventing the reduction of the TOC concentration. Therefore, it is required to efficiently remove urea at a high removal rate. In response to such a demand, an ultrapure water production system including a biological treatment means in a pretreatment system has been proposed (for example, Patent Reference 1). Further, a method of adding hypobromous acid to water to be treated has been proposed (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、生物処理手段を使用する純水製造システムでは、尿素の高除去率を安定的に得ることができないという課題があった。また、次亜臭素酸を添加する方法では、反応性の高い薬品を使用するため、薬品の貯留や添加のための装置が必要であることや残留した薬品を処理することが必要であり、装置構成や操作が煩雑になる等の課題があった。このように、従来の方法では、尿素の高除去率かつ効率的な除去が未だ十分に行われていないという課題があった。 However, the pure water production system using the biological treatment means has a problem that a high urea removal rate cannot be stably obtained. In addition, in the method of adding hypobromous acid, since a highly reactive chemical is used, an apparatus for storing and adding the chemical is required, and it is necessary to treat the remaining chemical. There have been problems such as complicated configuration and operation. As described above, the conventional method has a problem that the urea removal rate and the efficient removal of urea have not been sufficiently performed yet.
本発明は上記した課題を解決するためになされたものであって、薬品を使用することなく逆浸透膜装置における尿素の除去率を向上させ、TOC濃度の極めて低い超純水を製造することのできる超純水製造方法及び超純水製造システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to improve the urea removal rate in a reverse osmosis membrane device without using a chemical, and to produce ultrapure water having an extremely low TOC concentration. It is an object of the present invention to provide an ultrapure water production method and an ultrapure water production system that can be used.
実施形態の超純水製造方法は、尿素濃度10〜100μg/Lの被処理水を2.0〜4.0MPaに加圧する加圧工程と、加圧された被処理水を逆浸透膜により処理する第1の逆浸透膜処理工程とを備えることを特徴とする。
また、他の実施形態の超純水製造方法は、尿素濃度10〜100μg/Lの被処理水を逆浸透膜の標準運転圧力の範囲で、2.0〜4.0MPaに加圧する加圧工程と、加圧された被処理水を前記逆浸透膜により処理する第1の逆浸透膜処理工程とを備えることを特徴とする。上記の実施形態において、逆浸透膜での尿素除去率は60%以上である。また、加圧工程における加圧力は3.0MPa以上であることが好ましい。
The ultrapure water production method according to the embodiment includes a pressurizing step of pressurizing the water to be treated having a urea concentration of 10 to 100 μg / L to 2.0 to 4.0 MPa, and treating the pressurized water to be treated by a reverse osmosis membrane. And a first reverse osmosis membrane treatment step.
Further, the ultrapure water production method according to another embodiment includes a pressurizing step of pressurizing water to be treated having a urea concentration of 10 to 100 μg / L to 2.0 to 4.0 MPa within a standard operating pressure of the reverse osmosis membrane. And a first reverse osmosis membrane treatment step of treating pressurized water to be treated with the reverse osmosis membrane. In the above embodiment, the urea removal rate in the reverse osmosis membrane is 60% or more. Further, the pressing force in the pressing step is preferably 3.0 MPa or more.
実施形態の超純水製造システムは、尿素濃度10〜100μg/Lの被処理水を2.0〜4.0MPaに加圧するポンプと、加圧された被処理水を逆浸透膜により処理する第1の逆浸透膜装置とを備えることを特徴とする。
また、他の実施形態の超純水製造システムは、尿素濃度10〜100μg/Lの被処理水を逆浸透膜の標準運転圧力の範囲で、2.0〜4.0MPaに加圧するポンプと、加圧された被処理水を前記逆浸透膜により尿素の除去率を60%以上で処理する第1の逆浸透膜処理装置とを備えることを特徴とする。上記の実施形態において、逆浸透膜での尿素除去率は60%以上である。また、加圧工程における加圧力は3.0MPa以上であることが好ましい。
The ultrapure water production system according to the embodiment includes a pump for pressurizing the water to be treated having a urea concentration of 10 to 100 μg / L to 2.0 to 4.0 MPa, and a pump for treating the pressurized water to be treated by a reverse osmosis membrane. 1 reverse osmosis membrane device.
Further, the ultrapure water production system according to another embodiment includes a pump that pressurizes the water to be treated having a urea concentration of 10 to 100 μg / L to 2.0 to 4.0 MPa within a standard operating pressure of the reverse osmosis membrane, A first reverse osmosis membrane treatment device for treating pressurized water to be treated with the reverse osmosis membrane at a urea removal rate of 60% or more. In the above embodiment, the urea removal rate in the reverse osmosis membrane is 60% or more. Further, the pressing force in the pressing step is preferably 3.0 MPa or more.
実施形態の超純水製造方法及び超純水製造システムによれば、逆浸透膜装置における尿素の除去率を向上させ、TOC濃度の極めて低い超純水を得ることができる。 According to the ultrapure water production method and the ultrapure water production system of the embodiment, the urea removal rate in the reverse osmosis membrane device can be improved, and ultrapure water having an extremely low TOC concentration can be obtained.
以下、本発明の実施形態を、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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, devices having common functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Further, the present invention is not limited to the following embodiments.
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態の超純水製造システム1のブロック図である。超純水製造システム1は、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30とを順に備えている。二次純水システム30はユースポイント(POU)40に接続されて、製造された超純水をPOUに供給するようになっている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of an ultrapure
超純水製造システム1において、原水としては、特に限定されず、市水、井水、工業用水、ユースポイント40から回収された使用済みの超純水等を用いることができる。
In the ultrapure
前処理システム10は、原水を除濁し、必要に応じて熱交換器等により温度調節を行い、前処理水を製造する。前処理システム10は例えば、砂ろ過装置、精密ろ過装置等を適宜選択して構成され、後段の一次純水システムの各装置への原水中の不純物による影響を抑えるために、主として除濁を行う。前処理システム10は、製造した前処理水を一旦前処理水タンク11に貯留させ、前処理水は一次純水システム20に送られる。なお、原水の水質が一次純水システム20に供給するために十分な水質である場合には、前処理システム10は省略されてもよい。
The
本実施形態の一次純水システム20は、前処理水から有機物、イオン成分及び溶存気体を除去して一次純水を製造する。一次純水システム20は、活性炭装置(AC)21、補助逆浸透膜装置(Sub−RO)23、逆浸透膜装置(RO)25、紫外線酸化装置(TOC−UV)26、混床式イオン交換装置(MB)27をこの順に備えている。補助逆浸透膜装置23及び逆浸透膜装置25の直前には、補助逆浸透膜装置23及び逆浸透膜装置25に所定の供給圧で被処理水を供給するポンプ22,24がそれぞれ設けられている。ポンプ22,24は例えば、吐出圧の調節可能な給水ポンプである。
The primary
ここで、従来の超純水製造システムにおける逆浸透膜処理では低分子量の有機物が除去されず、特に、尿素の除去率が極めて低かった。これは、尿素は、分子量が60と低分子量であることに加えて極性分子であるため、水との親和性が高く、水とともに逆浸透膜を通過してしまうためであると考えられる。また、従来の超純水製造システムでは、逆浸透膜装置を通過した尿素の一部は、紫外線酸化装置によっても分解されず、さらに、二次純水システムをも通過して、末端でのTOCとして残留してしまうことがあった。 Here, the reverse osmosis membrane treatment in the conventional ultrapure water production system did not remove low molecular weight organic substances, and in particular, the urea removal rate was extremely low. This is considered to be because urea has a low molecular weight of 60 and is a polar molecule, and thus has a high affinity for water and passes through a reverse osmosis membrane together with water. Further, in the conventional ultrapure water production system, part of the urea that has passed through the reverse osmosis membrane device is not decomposed by the ultraviolet oxidizing device, and further passes through the secondary pure water system, so that the TOC at the terminal ends. In some cases.
特に、被処理水の尿素濃度が極めて低い場合には、従来の超純水製造システムにおける逆浸透膜処理では尿素の除去が困難であった。これに対し、本実施形態の超純水製造システム1によれば、尿素濃度の低い被処理水を逆浸透膜処理するに際し、所定の供給圧以上とすることで、尿素の除去率を飛躍的に向上させること可能とした。
In particular, when the urea concentration of the water to be treated is extremely low, it has been difficult to remove urea by the reverse osmosis membrane treatment in the conventional ultrapure water production system. On the other hand, according to the ultrapure
本実施形態の一次純水システム20では、先ず、活性炭装置21が前処理水中に混入する過酸化水素や塩素等、膜劣化の原因となる不純物を除去する。次いで、補助逆浸透膜装置23が活性炭装置21の処理水を脱塩する。このとき、活性炭装置21及び補助逆浸透膜装置23は尿素の一部を除去して、脱塩水の尿素濃度を10〜100μg/L、好ましくは30〜50μg/Lとする。
In the primary
本実施形態の一次純水システム20において、活性炭装置21における尿素の除去率は40〜60%程度であることが好ましい。そのため、活性炭装置21での被処理水の空間速度(SV)は、好ましくは5〜20hr−1、より好ましくは7〜15hr−1とする。また、活性炭装置21における空間速度SVを上記した値よりも小さく、例えばSVを2〜7hr−1とすることで、活性炭装置21での尿素の除去量を増やすことができる。
In the primary
補助逆浸透膜装置23は、活性炭装置21の処理水を脱塩するとともに活性炭装置21の処理水中の尿素の一部を除去することができる。補助逆浸透膜23において、尿素の除去率は20〜40%であることが好ましい。そのため、前処理水の水質にもよるが、補助逆浸透膜装置23における水回収率は、50〜80%とすることが好ましい。また、脱塩能の点から、ポンプ22は活性炭処理水を好ましくは0.5〜1.5MPa、より好ましくは0.7〜1.3MPaに加圧して補助逆浸透膜装置23に供給することが望ましい。
The auxiliary reverse
補助逆浸透膜装置23としては、三酢酸セルロース系非対称膜、ポリアミド系の複合膜を、シート平膜、スパイラル膜、管状膜、中空糸膜とした膜モジュール等を特に限定されず用いることができる。補助逆浸透膜装置23は、尿素の除去率と脱塩率を向上させるために、ポリアミド系の複合膜であることが好ましく、膜形状は、スパイラル膜であることが好ましい。
As the auxiliary reverse
なお、補助逆浸透膜23を2段直列に接続して2段補助逆浸透膜装置とすることで、尿素の除去量を増やすことが可能である。
In addition, it is possible to increase the removal amount of urea by connecting the auxiliary
逆浸透膜装置25は、尿素濃度10〜100μg/L、好ましくは30〜50μg/Lの被処理水中の尿素を除去する。逆浸透膜装置25を2段直列に接続した2段逆浸透膜装置として、2段目の逆浸透膜装置の被処理水の尿素濃度が上記した値となるようにしてもよい。このとき、ポンプ24は被処理水を加圧して逆浸透膜装置25における供給圧を2.0〜4.0MPa、好ましくは2.5〜3.5MPaとする。これにより、逆浸透膜装置25は尿素を高除去率で除去することができ、具体的には、尿素の除去率を好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上とすることができ、尿素の除去率は85%程度、より好ましくは90%程度とすることが可能である。この際、ポンプ24で加圧された被処理水の供給圧が2.0MPa以上であることで尿素を高除去率で除去することができ、4.0MPa以下であることで消費電力の増大を抑えることができる。
The reverse
逆浸透膜装置25における水回収率は、尿素の除去率を向上させるために、50〜95%であることが好ましく、60〜90%であることがより好ましく、65〜85%であることがさらに好ましい。なお、水回収率の調節は、逆浸透膜装置25の濃縮水配管及び透過水配管に開度可変バルブを設け、当該バルブの開度を調節して濃縮水及び透過水の流量をそれぞれ変更することで達成できる。また、逆浸透装置25へ通水するに先立ち、被処理水に、塩酸等の酸性剤又は、水酸化ナトリウム等のアルカリ性剤を添加して、任意のpHとしてもよい。この場合、例えば、被処理水に水酸化ナトリウムを添加してpH10〜11とすることで、逆浸透装置25における逆浸透膜面へのスケール生成を抑制し、水回収率を向上させることができる。
The water recovery rate in the reverse
逆浸透膜装置25としては、三酢酸セルロース系非対称膜や、ポリアミド系複合膜を用い、シート平膜、スパイラル膜、管状膜、中空糸膜とした膜モジュールを用いることができる。中でも、尿素を高除去率で除去するために、ポリスルホン製の支持膜に例えば界面重合法でポリアミドの超薄膜を形成したポリアミド複合膜をスパイラル膜として構成した膜モジュールや、三酢酸セルロース系非対称膜を中空糸膜として構成した膜モジュールが好ましく用いられ、尿素の除去率を向上させる点から、ポリアミド系の複合膜であることがより好ましく、膜形状はスパイラル膜であることがより好ましい。
As the reverse
逆浸透膜装置25としては、例えば、SW−30(ダウ・フィルムテック社製、最大運転圧力8.2MPa)やSU820(東レ株式会社製)、TM820(東レ株式会社製)、NTR−SWC(日東電工株式会社製)等の市販品を用いることができる。なお、SU820、TM820、NTR−SWCについても最大運転圧力はSW−30と同等である。
Examples of the reverse
紫外線酸化装置26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、この紫外線ランプから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26に用いられる紫外線ランプは、185nm付近の波長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付近の波長の紫外線とともに254nm付近の波長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。
The
紫外線酸化装置26は、波長185nm付近の紫外線により、水を分解してOHラジカルを生成させ、このOHラジカルによって被処理水中の有機物を有機酸にまで酸化分解する。なお、一次純水システム20の紫外線酸化装置26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ことができる。例えば、紫外線照射量を0.2〜0.7kW・h/m3とすることで、尿素をさらに除去することができる。紫外線照射量は、処理水に求められる所望の尿素濃度に応じて上記範囲で調整することが好ましい。例えば、紫外線照射量を抑える観点からは0.2〜0.4kW・h/m3程度とすることが好ましく、より高純度な水質を得たい場合には、必要に応じ、紫外線照射量をこれ以上とすることで、尿素の除去量を増やすことができる。その際、紫外線照射量は0.7kW・h/m3程度あれば、十分な尿素除去率を得ることができる。
The
混床式イオン交換装置27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27は、前段の紫外線酸化装置26で有機物が酸化分解されて生成した低分子量のイオン成分を吸着除去する。本実施形態の紫外線酸化装置26及び混床式イオン交換装置27の組み合わせにおける尿素の除去率は、40〜60%であることが好ましく、これにより、被処理水中に残留する尿素を除去してTOC濃度の低減された一次純水を得ることができる。一次純水は、例えば比抵抗率17MΩ・cm以上、TOC濃度が10μgC/L以下の超純水である。
As the mixed bed type
本実施形態によれば、逆浸透膜装置25が尿素を高除去率で除去し、さらに逆浸透膜装置25の下流側の紫外線酸化装置26及び混床式イオン交換装置27の組合せで尿素を除去するので、高除去率で尿素を除去することができる。なお、混床式イオン交換装置27の後段に膜脱気装置を設けてもよく、これにより被処理水中の溶存炭酸及び溶存酸素を除去することができる。
According to this embodiment, the reverse
このように、本実施形態の一次純水システム20では、先ず、活性炭装置21及び補助逆浸透膜装置23が前処理水から尿素濃度10〜100μg/Lの被処理水を生成し、ポンプ24が逆浸透膜装置25への被処理水の供給圧を2.0〜4.0MPaに高めた状態で逆浸透膜装置25が被処理水を逆浸透膜処理するため、尿素を高除去率で除去することができる。そして、その下流側の紫外線酸化装置26と混床式イオン交換装置27の組合せが、逆浸透膜装置25の透過水中の微量の有機物を分解、吸着除去するので、より高純度の一次純水を製造することができる。また、逆浸透膜装置25が尿素を高除去率で除去するため、尿素を分解するための酸化剤が不要であり、したがって、酸化剤を使用した場合に残留した酸化剤を還元するための還元剤を省略できる。また、尿素分解のために被処理水に酸化剤や還元剤を添加するための装置も不要である。
As described above, in the primary
次いで、一次純水は一次純水タンク31に一旦貯留された後、二次純水システム30に送られる。二次純水システム30は、紫外線酸化装置(TOC−UV)32、非再生式ポリッシャー(Polisher)33、膜脱気装置(MDG)34及び限外ろ過装置(UF)35を備え、全有機炭素(TOC)濃度が5μgC/L程度まで低減された一次純水中の有機物をさらに1μgC/L程度まで低減した超純水を製造する。
Next, the primary pure water is once stored in a primary
二次純水システム30における紫外線酸化装置32の構成は、一次純水システム20の紫外線酸化装置26と同様である。紫外線酸化装置32は、被処理水に185nm付近の紫外線を照射することで被処理水中の有機物を酸化分解する。紫外線酸化装置32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ことができる。例えば、紫外線照射量を0.2〜0.7kW・h/m3とすることで、尿素をさらに除去することができる。紫外線照射量は、処理水に求められる所望の尿素濃度に応じて上記範囲で調整することが好ましい。例えば、紫外線照射量を抑える観点からは0.2〜0.4kW・h/m3程度とすることが好ましく、より高純度な水質を得たい場合には、必要に応じ、紫外線照射量をこれ以上とすることで、尿素の除去量を増やすことができる。その際、紫外線照射量は0.7kW・h/m3程度あれば、十分な尿素除去率を得ることができる。
The configuration of the
非再生式ポリッシャー33は、紫外線酸化装置32が有機物を分解することで生成したイオン成分を吸着除去する。
The
非再生式ポリッシャー33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様式のものを備えている。膜脱気装置34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程度以下まで低減する。限外ろ過膜装置35は、上流側の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。
The
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30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。
In addition, in order to process primary pure water with extremely few impurities and produce ultrapure water of ultra-high quality, each water treatment device of the secondary
このように、二次純水システム30は、一次純水を処理してさらに高純度の超純水を製造する。この超純水はユースポイント40に供給される。
As described above, the secondary
以上説明した本実施形態の超純水製造システム1によれば、逆浸透膜装置25における尿素の除去率が極めて高く、TOC濃度の極めて低い超純水を効率よく製造することが可能である。
According to the ultrapure
(第2の実施形態)
次に、図2を参照して第2の実施形態について説明する。本実施形態の超純水製造システム2は、逆浸透膜装置25の後段に配置された紫外線酸化装置26及び混床式イオン交換装置27の組合せを補助逆浸透膜装置23と逆浸透膜装置25の間に配置した点で第1の実施形態と異なる。そのため、共通の要素には共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The ultrapure
本実施形態では一次純水システム20において、先ず、活性炭装置21及び補助逆浸透膜装置23が前処理水から尿素濃度10〜100μg/Lの被処理水を生成し、ポンプ24が逆浸透膜装置25への被処理水の供給圧を2.0〜4.0MPaに高めた状態で逆浸透膜装置25が被処理水を逆浸透膜処理するため、尿素を高除去率で除去することができる。また、紫外線酸化装置26及び混床式イオン交換装置27の組合せが補助逆浸透膜装置23の透過水から有機物を除去した後、この処理水を逆浸透膜装置25が処理するため、逆浸透膜装置25での水回収率を大きくして、尿素の除去率を向上させることができる。また、逆浸透膜装置25が尿素を高除去率で除去するため、尿素を分解するための酸化剤が不要であり、したがって、酸化剤を使用した場合に残留した酸化剤を還元するための還元剤を省略できる。また、尿素分解のために被処理水に酸化剤や還元剤を添加するための装置も不要である。
In the present embodiment, in the primary
(第3の実施形態)
次に、図3を参照して第3の実施形態について説明する。本実施形態の超純水製造システム3は、一次純水システム20においてポンプ22及び逆浸透膜装置23に代えて2床3塔式装置28を備える点で第1の実施形態と異なる。そのため、共通の要素には共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The ultrapure
図3は本実施形態の超純水製造システム3のブロック図である。本実施形態の一次純水システム20は、2床3塔式装置(2B3T)28、ポンプ24、逆浸透膜装置(RO)25、紫外線酸化装置(TOC−UV)26、混床式イオン交換装置(MB)27をこの順に備えている。本実施形態の一次純水システム20は先ず、活性炭装置21と、2床3塔式装置28におけるイオン交換装置及び脱炭酸装置の組合せとが前処理水を脱塩するとともに尿素の一部を除去して尿素濃度が10〜100μg/Lの被処理水を生成する。次いで、逆浸透膜装置25がコロイド及び尿素とそれ以外の有機物のほとんどを除去した後、紫外線酸化装置26、混床式イオン交換装置27の組合せが被処理水中に残留する分子量の小さい有機物を分解、除去する。
FIG. 3 is a block diagram of the ultrapure
また、活性炭装置21〜逆浸透膜装置25の間の任意の位置に、補助逆浸透膜装置23を設置してもよい。この場合には、被処理水の尿素をさらに除去して逆浸透膜装置25の被処理水の尿素濃度を、好ましくは50μg/L以下、より好ましくは30μg/L以下に低減することができるので、尿素の除去率をさらに向上させることができる。
The auxiliary reverse
本実施形態の一次純水システム20は、2床3塔式装置28において脱塩することで、逆浸透膜装置25の被処理水の塩濃度を低減することができるので、逆浸透膜装置25における水回収率を向上させ、これにより逆浸透膜装置25における尿素の除去率を向上させることができる。2床3塔式装置28としては、陽イオン交換樹脂装置、脱炭酸塔及び陰イオン交換樹脂装置を順に備えた装置を用いることが好ましい。2床3塔式装置28は、前処理水中の塩類と溶存炭酸を除去することができる。また、2床3塔式装置28は、向流再生式であるため濁質分の影響を受けにくいという利点がある。原水が鉱酸や塩類を多く含む場合には、2床3塔式装置28に代えて3床4塔式装置等を用いることができる。3床4塔式装置は、陽イオン交換樹脂装置、脱炭酸装置、弱塩基性陰イオン交換樹脂及び強塩基性イオン交換装置から構成されたものである。
The primary
第3の実施形態の超純水製造システム3では、先ず、活性炭装置21及び2床3塔式装置28が前処理水から尿素濃度10〜100μg/Lの被処理水を生成し、ポンプ24が逆浸透膜装置25への被処理水の供給圧を2.0〜4.0MPaに高めた状態で逆浸透膜装置25が被処理水を逆浸透膜処理するため、尿素を高除去率で除去することができる。そして、その下流側の紫外線酸化装置26と混床式イオン交換装置27の組合せが、逆浸透膜装置25の透過水中の微量の有機物を分解、吸着除去するので、より高純度の一次純水を製造することができる。また、逆浸透膜装置25が尿素を高除去率で除去するため、尿素を分解するための酸化剤が不要であり、したがって、酸化剤を使用した場合に残留した酸化剤を還元するための還元剤を省略できる。また、尿素分解のために被処理水に酸化剤や還元剤を添加するための装置も不要である。
In the ultrapure
(第4の実施形態)
次に、図4を参照して第4の実施形態について説明する。本実施形態の超純水製造システム4は、逆浸透膜装置の後段に配置された紫外線酸化装置26及び混床式イオン交換装置27の組合せを2床3塔式装置28と逆浸透膜装置25の間に配置した点で第3の実施形態と異なる。そのため、共通の要素には共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The ultrapure
第4の実施形態の超純水製造システム3では、先ず、活性炭装置21及び2床3塔式装置28が前処理水から尿素濃度10〜100μg/Lの被処理水を生成し、ポンプ24が逆浸透膜装置25への被処理水の供給圧を2.0〜4.0MPaに高めた状態で逆浸透膜装置25が被処理水を逆浸透膜処理するため、尿素を高除去率で除去することができる。また、紫外線酸化装置26及び混床式イオン交換装置27の組合せが2床3塔式装置28の透過水から有機物を除去した後、この処理水を逆浸透膜装置25が処理するため、逆浸透膜装置25における水回収率を向上させ、これにより逆浸透膜装置25における尿素の除去率を向上させることができる。また、逆浸透膜装置25が尿素を高除去率で除去するため、尿素を分解するための酸化剤が不要であり、したがって、酸化剤を使用した場合に残留した酸化剤を還元するための還元剤を省略できる。また、尿素分解のために被処理水に酸化剤や還元剤を添加するための装置も不要である。
In the ultrapure
次に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
(実施例1)
超純水(比抵抗率18.2MΩ・cm、TOC濃度2μgC/L)に、尿素濃度が100μg/Lとなるように定量ポンプを用いて尿素を加えながら、供給圧3.0MPaで逆浸透膜モジュールA(SW30、ダウ・フィルムテック社製)に通水した。水回収率50%、70%、80%、90%として実験を行い、それぞれ透過水中の尿素濃度を測定し、下記式(1)で示される尿素の除去率を計測した。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(Example 1)
Reverse osmosis membrane at a supply pressure of 3.0 MPa while adding urea to ultrapure water (specific resistance 18.2 MΩ · cm,
尿素除去率(%)=[(供給水尿素濃度−透過水尿素濃度)/供給水尿素濃度)]×100 …(1) Urea removal rate (%) = [(supply water urea concentration−permeate urea concentration) / supply water urea concentration] × 100 (1)
実施例1における水回収率と尿素除去率との関係を、水回収率を横軸、尿素除去率を縦軸として三角の黒点で図5のグラフに示す。 The relationship between the water recovery rate and the urea removal rate in Example 1 is shown in the graph of FIG. 5 by a triangular black point with the water recovery rate on the horizontal axis and the urea removal rate on the vertical axis.
(実施例2)
実施例1において、RO供給水の尿素濃度を30μg/Lとなるようにした他は実施例1と同様の条件、同様の装置で尿素除去率を測定した。実施例2における尿素除去率と水回収率との関係を四角の黒点で図5のグラフに実施例1と併せて示す。
(Example 2)
In Example 1, the urea removal rate was measured using the same apparatus and under the same conditions as in Example 1, except that the urea concentration of the RO feed water was adjusted to 30 μg / L. Shown together with Example 1 in the graph of FIG. 5 the relationship between the urea removal rate and the water recovery rate in Example 2 by a square black dots.
(実験例1)
実験例1において、水回収率を90%、供給圧を3.0MPaで、尿素濃度30μg/L、50μg/L、100μg/L及び10g/Lの被処理水を逆浸透膜モジュールAで実施例1と同様に処理した。このときの尿素濃度と尿素除去率の関係を、尿素濃度を横軸、尿素除去率を縦軸として白丸で図6のグラフに示す。
(Experimental example 1)
In Experimental Example 1, water to be treated having a water recovery rate of 90%, a supply pressure of 3.0 MPa, and urea concentrations of 30 μg / L, 50 μg / L, 100 μg / L, and 10 g / L was subjected to reverse osmosis membrane module A. The same procedure was used as in 1. The relationship between the urea concentration and the urea removal rate at this time is shown in the graph of FIG. 6 by white circles with the urea concentration on the horizontal axis and the urea removal rate on the vertical axis.
(実験例2)
実験例1において、水回収率を50%として実験例1と同様の条件で同様の実験を行った。このときの尿素濃度と尿素除去率の関係を図6のグラフにひし形の白点で実験例1と併せて示す。
(Experimental example 2)
In Experimental Example 1, the same experiment was performed under the same conditions as in Experimental Example 1 except that the water recovery rate was 50%. The relationship between the urea concentration and the urea removal rate at this time is shown in the graph of FIG.
(実験例3)
実験例1において、供給圧を2.0MPaとして実験例1と同様の条件で同様の実験を行った。このときの尿素濃度と尿素除去率の関係を図6のグラフに黒四角形で実験例1と併せて示す。
(Experimental example 3)
In Experimental Example 1, the same experiment was performed under the same conditions as in Experimental Example 1 with the supply pressure set to 2.0 MPa. The relationship between the urea concentration and the urea removal rate at this time is shown in the graph of FIG.
(比較例1)
実験例1において、逆浸透膜モジュールAに代えて、逆浸透膜モジュールB(SU720、ダウ・フィルムテック社製)を用い、水回収率を50%、供給圧を1.5MPaとして実験例1と同様の実験を行った。このときの尿素濃度と尿素除去率の関係を白三角点で図6のグラフに実験例1、2と併せて示す。
(Comparative Example 1)
In Experimental Example 1, a reverse osmosis membrane module B (SU720, manufactured by Dow Filmtech) was used instead of the reverse osmosis membrane module A, the water recovery rate was 50%, and the supply pressure was 1.5 MPa. A similar experiment was performed. The relationship between the urea concentration and the urea removal rate at this time is shown in the graph of FIG.
図5より、3.0MPaの供給圧において、尿素濃度が100μg/Lでは、水回収率を上げていくと尿素の除去率は低下していくが、尿素濃度が30μg/Lでは、水回収率を上げていくと尿素の除去率も向上することが分かる。図5には示していないが、水回収率を上げると尿素の除去率が向上する傾向は、尿素濃度が50μg/L以下の条件で確認された。 From FIG. 5, at a supply pressure of 3.0 MPa, when the urea concentration is 100 μg / L, the urea removal rate decreases as the water recovery rate increases, but when the urea concentration is 30 μg / L, the water recovery rate decreases. It can be understood that the urea removal rate is improved as the value is increased. Although not shown in FIG. 5, the tendency of the urea removal rate to increase when the water recovery rate was increased was confirmed under the condition that the urea concentration was 50 μg / L or less.
また、図6より、実験例2と比較例1を比べると水回収率がいずれも50%では、供給圧供給圧を1.5MPaとした比較例1では、被処理水の尿素濃度が低いほど尿素除去率は低くなり、尿素濃度が100μg/L以下では、尿素除去率は30%に満たないことが判明した。一方、供給圧を3.0MPaとした実験例2では尿素濃度が100μg/Lから、これより小さくなるにしたがって、尿素除去率が徐々に低下していくことが判明した。さらに、実験例2と同じ条件で水回収率を大きくし、90%となるようにした実験例1では、尿素濃度が100μ/Lから、これより小さくなるにしたがって、尿素除去率が徐々に増加していくことが判明した。 Further, from FIG. 6, comparing the experimental example 2 with the comparative example 1, when the water recovery rate is 50%, in the comparative example 1 in which the supply pressure and the supply pressure are set to 1.5 MPa, the lower the urea concentration of the water to be treated, the lower the urea concentration. The urea removal rate was low, and it was found that the urea removal rate was less than 30% when the urea concentration was 100 μg / L or less. On the other hand, in Experimental Example 2 in which the supply pressure was 3.0 MPa, it was found that the urea removal rate gradually decreased as the urea concentration became lower than 100 μg / L. Furthermore, in Experimental Example 1 in which the water recovery rate was increased to 90% under the same conditions as in Experimental Example 2, the urea removal rate gradually increased from 100 μ / L as the urea concentration became smaller. It turned out to be.
以上より、被処理水の尿素濃度を100μg/L以下、被処理水の供給圧を3.0MPa以上として逆浸透膜処理を行うことで、尿素の除去率が向上することが判明した。 From the above, it was found that the urea removal rate was improved by performing the reverse osmosis membrane treatment with the urea concentration of the water to be treated being 100 μg / L or less and the supply pressure of the water being treated being 3.0 MPa or more.
(実施例3)
図1に示す超純水製造システム1において、活性炭装置21に、尿素濃度100μg/Lの被処理水を供給した場合の、活性炭装置21、補助逆浸透膜装置23、逆浸透膜装置25、混床式イオン交換装置27及びポリッシャー33の処理水中の尿素濃度表1に示す。なお、本実施例におけるポリッシャー33の処理水の尿素濃度(0.8μg/L)は、TOC濃度で0.16μgC/Lに相当する。
(Example 3)
In the ultrapure
本実施例における、各装置の仕様及び通水条件は次のようである。
原水:市水
活性炭装置(AC)21:活性炭F400(三菱化学カルゴン社製)を充填したもの、空間速度(SV)10hr−1
補助逆浸透膜装置(Sub−RO)23:逆浸透膜モジュールSU720(ダウ・フィルムテック社製)、供給圧1.5MPa、水回収率75%
逆浸透膜装置(RO)25:逆浸透膜モジュールSW30(ダウ・フィルムテック社製)、供給圧2.0MPa、水回収率85%
紫外線酸化装置(TOC−UV)26,32:AUV−8000TOC(日本フォトサイエンス(株)社製)、紫外線照射量0.3kW・h/m3
混床式イオン交換装置(MB)27:陰イオン交換樹脂:強塩基性陰イオン交換樹脂デュオライトA−113plus(ローム&ハース社製)及び陽イオン交換樹脂:強酸性陽イオン交換樹脂デュオライトC−20(ローム&ハース社製)を予め再生してH型とOH型に変換した後に混合充填したもの、空間速度(SV)40hr−1
ポリッシャー(Polisher)33:陰イオン交換樹脂:強塩基性陰イオン交換樹脂デュオライトA−113plus(ローム&ハース社製)及び陽イオン交換樹脂:強酸性陽イオン交換樹脂デュオライトC−20(ローム&ハース社製)を予め再生してH型とOH型に変換した後に混合充填したもの、空間速度(SV)40hr−1
The specifications and water flow conditions of each device in this embodiment are as follows.
Raw water: City water Activated carbon device (AC) 21: Filled with activated carbon F400 (manufactured by Mitsubishi Chemical Calgon), space velocity (SV) 10 hr -1
Auxiliary reverse osmosis membrane device (Sub-RO) 23: Reverse osmosis membrane module SU720 (manufactured by Dow Filmtec), supply pressure 1.5 MPa, water recovery rate 75%
Reverse osmosis membrane device (RO) 25: Reverse osmosis membrane module SW30 (manufactured by Dow Filmtech), supply pressure 2.0 MPa, water recovery rate 85%
UV oxidation devices (TOC-UV) 26, 32: AUV-8000 TOC (manufactured by Japan Photo Science Co., Ltd.), UV irradiation dose 0.3 kW · h / m 3
Mixed bed type ion exchange device (MB) 27: Anion exchange resin: Strongly basic anion exchange resin Duolite A-113plus (manufactured by Rohm & Haas) and cation exchange resin: Strongly acidic cation exchange resin Duolite C -20 (manufactured by Rohm & Haas Co.) is preliminarily regenerated and converted into H-form and OH-form and then mixed and filled, space velocity (SV) 40 hr -1
Polisher 33: Anion exchange resin: Strongly basic anion exchange resin Duolite A-113plus (manufactured by Rohm & Haas) and cation exchange resin: Strongly acidic cation exchange resin Duolite C-20 (Rohm & Haas) Haas Co., Ltd.) was previously regenerated and converted into H-form and OH-form and then mixed and filled, space velocity (SV) 40 hr -1
(実施例4)
図2に示す超純水製造システム2において、活性炭装置21に、尿素濃度100μg/Lの被処理水を供給した場合の、活性炭装置21、補助逆浸透膜装置23、混床式イオン交換装置27、逆浸透膜装置25及びポリッシャー33の処理水中の尿素濃度を表2に示す。なお、本実施例におけるポリッシャー33の処理水の尿素濃度(0.5μg/L)は、TOC濃度で0.16μgC/Lに相当する。
なお、実施例4で用いた各装置の仕様及び通水条件は実施例3と同様である。
(Example 4)
In the ultrapure
The specifications and water flow conditions of each device used in the fourth embodiment are the same as those in the third embodiment.
(実施例5)
図3に示す超純水製造システム3において、活性炭装置21に、尿素濃度100μg/Lの被処理水を供給した場合の、活性炭装置21、2床3塔式装置28、逆浸透膜装置25、混床式イオン交換装置27及びポリッシャー33の処理水中の尿素濃度を表3に示す。なお、本実施例におけるポリッシャー33の処理水の尿素濃度(0.9μg/L)は、TOC濃度で0.18μgC/Lに相当する。
(Example 5)
In the ultrapure
実施例5で用いる2床3塔式装置28の仕様は次の陽イオン交換樹脂塔、常圧脱気塔及び陰イオン交換樹脂塔をこの順に接続したものである。また、各水処理塔の通水条件を併せて示す。
2床3塔式装置28:陽イオン交換樹脂塔:強酸性陽イオン交換樹脂デュオライトC−20(ローム&ハース社製)を充填したもの、空間速度(SV)=10hr−1
常圧脱気塔(野村マイクロ・サイエンス(株)社製)、
陰イオン交換樹脂塔:強塩基性陰イオン交換樹脂デュオライトA−113plus(ローム&ハース社製)を充填したもの、空間速度(SV)=10hr−1、
また、実施例5における活性炭装置21、逆浸透膜装置25、紫外線酸化装置26の装置の仕様及び通水条件は実施例3と同様である。
The specifications of the two-bed, three-
Two-bed, three-column apparatus 28: Cation exchange resin tower: Packed with strongly acidic cation exchange resin Duolite C-20 (manufactured by Rohm & Haas), space velocity (SV) = 10 hr -1
Atmospheric pressure degassing tower (manufactured by Nomura Micro Science Co., Ltd.),
Anion exchange resin tower: packed with strong basic anion exchange resin Duolite A-113plus (manufactured by Rohm & Haas), space velocity (SV) = 10 hr -1 ,
Further, the specifications of the activated
(実施例6)
図4に示す超純水製造システム4において、活性炭装置21に、尿素濃度100μg/Lの被処理水を供給した場合の、活性炭装置21、2床3塔式装置28、混床式イオン交換装置27、逆浸透膜装置25及びポリッシャー33の処理水中の尿素濃度を表4に示す。なお、本実施例におけるポリッシャー33の処理水の尿素濃度(0.7μg/L)は、TOC濃度で0.14μgC/Lに相当する。なお、実施例6で用いる各装置の仕様及び通水条件は実施例5と同様である。
(Example 6)
In the ultrapure
以上のように、実施例3〜実施例6の超純水製造システム1〜超純水製造システム4によれば、逆浸透膜装置25において、尿素濃度が50μg/Lの被処理水を、2.0MPa以上に加圧して処理するため、尿素の除去率が極めて高く、TOC濃度が1μgC/L以下の超純水を製造することができることが分かる。また、従来の水処理装置の単位装置を組み合わせることにより、尿素を100μg/L以下程度で含む被処理水からも、TOC濃度の極めて低い超純水が得られることが分かる。
As described above, according to the ultrapure
1,2,3,4…超純水製造システム、10…前処理システム、11…前処理水タンク、20…一次純水システム、21…活性炭装置、22,24…ポンプ、23…補助逆浸透膜装置、25…逆浸透膜装置、26…紫外線酸化装置、27…混床式イオン交換装置、28…2床3塔式装置、30…二次純水システム、31…一次純水タンク、32…紫外線酸化装置、33…非再生式ポリッシャー、34…膜脱気装置、35…限外ろ過膜装置。 1, 2, 3, 4 ... ultrapure water production system, 10 ... pretreatment system, 11 ... pretreatment water tank, 20 ... primary pure water system, 21 ... activated carbon device, 22, 24 ... pump, 23 ... auxiliary reverse osmosis Membrane device, 25 reverse osmosis membrane device, 26 ultraviolet ray oxidation device, 27 mixed-bed ion exchange device, 28 two-bed three-column device, 30 secondary water system, 31 primary water tank, 32 ... Ultraviolet oxidation device, 33 ... Non-regenerative polisher, 34 ... Membrane deaerator, 35 ... Ultrafiltration membrane device.
Claims (6)
加圧された被処理水を逆浸透膜を有する逆浸透膜装置により、該逆浸透膜装置1段あたりの尿素の除去率を60%以上65%未満で処理する第1の逆浸透膜処理工程と、
を備えることを特徴とする超純水製造方法。 A pressure step of pressurizing the water to be treated having a urea concentration of 10 to 100 μg / L to 2.0 to 4.0 MPa;
A first reverse osmosis membrane treatment step in which pressurized water to be treated is treated by a reverse osmosis membrane device having a reverse osmosis membrane at a removal rate of urea per stage of the reverse osmosis membrane device of 60% or more and less than 65%. and,
A method for producing ultrapure water, comprising:
原水を活性炭に接触させる活性炭処理工程と、
活性炭処理水を逆浸透膜により処理する第2の逆浸透膜処理工程と、
紫外線酸化処理及び混床式イオン交換処理の組合せにより第2の逆浸透膜処理工程で得られた透過水中の有機物を分解除去する第2の除去工程と、
を備えることを特徴とする請求項4記載の超純水製造方法。 The first removing step includes:
An activated carbon treatment step of bringing raw water into contact with activated carbon,
A second reverse osmosis membrane treatment step of treating the activated carbon treated water with a reverse osmosis membrane;
A second removal step of decomposing and removing organic matter in the permeated water obtained in the second reverse osmosis membrane treatment step by a combination of an ultraviolet oxidation treatment and a mixed bed ion exchange treatment ;
The ultrapure water production method according to claim 4, comprising :
原水を活性炭に接触させる活性炭処理工程と、
活性炭処理水を陽イオン交換処理、脱炭酸処理及び陰イオン交換処理の組合せで処理する、2床3塔式処理工程又は3床4塔式処理工程と、
紫外線酸化処理及び混床式イオン交換処理の組合せを用いて、前記2床3塔式処理工程又は3床4塔式処理工程で得られた透処理水中の有機物を分解除去する第2の除去工程と、
を備えることを特徴とする請求項4記載の超純水製造方法。 The first removing step includes:
An activated carbon treatment step of bringing raw water into contact with activated carbon,
A two-bed three-column processing step or a three-bed four-column processing step of treating activated carbon treated water by a combination of a cation exchange treatment, a decarboxylation treatment, and an anion exchange treatment;
A second removal step of decomposing and removing organic substances in the permeated water obtained in the two-bed three-column treatment step or the three-bed four-column treatment step using a combination of ultraviolet oxidation treatment and mixed-bed ion exchange treatment. and,
The ultrapure water production method according to claim 4, comprising :
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