JPH01284385A - 純水及び超純水の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は回収水等の原水中に溶存する有機物を除去して
純水及び超純水を製造する方法及びその製造装置に関し
、特にその製造装置に用いる紫外線照射装置の改良に関
する。

〔従来の技術］ 近年、半導体工業、精密加工工業又は医薬品工業等にお
ける製造用水や洗浄用水として使用される純水及び超純
水は年々高度な水質が要求されている。

特に、半導体装置の洗浄工程で使用される超純水は当初
、粒子、生菌及び塩類が主な除去対象であったが、その
後、半導体装置が高集積化するにつれて溶存有機物を除
去した超純水が必要となってきた。

一般に、これらの超純水は市水、井戸水又は回収水等を
原水として、まず、イオン交換樹脂塔、逆浸透膜装置又
は活性炭塔等で構成された純水装置で塩類５粒子及び有
機物等の不純物を除去した後、−旦その処理水を貯水槽
に滞留し、紫外線殺菌装置、イオン交換樹脂塔、限外ろ
過装置又は逆浸透膜装置等で構成された超純水装置に送
水して殺菌し、塩類、微粒子等を除去して生成している
。

このようにして生成された超純水は、生菌数を１個／ａ
以下、比抵抗を１８ＭΩＧ以上及び粒子数を１０個／　
ｍ　Ｑ以下することができる。

しかし、原水中に全有機炭素（Ｔｏｔａｌ　Ｏｒｇａｎ
ｉｃＣａｒｂｏｎ、以下ＴＯＣと略す）として、１ｍｇ
／α以上含まれる有機物に対しては、純水装置中の逆浸
透膜装置等によって１００〜５００μｇ／Ｑに低減され
た後でも、その微量の有機物の除去は極めて困難であっ
た。

そこで、活性炭吸着法等が用いられていたが、この方法
では活性炭自体から有機物が溶出し、又、化学的酸化法
や過酸化水素等の酸化剤を用いる光酸化法では、添加し
た酸化剤の完全な除去が困難であり、さらに、逆浸透膜
装置を複数用い多段としても２段目以降においてもほと
んど除去されないという問題点があった。

更に、前記のように処理水中に１００〜５００μｇＩＱ
の有機物が存在すると、半導体装置の洗浄工程での歩留
りが低下し、又、超純水を生成する超純水装置の送出口
からその使用場所に到るまでの配管中に存在する微生物
が増殖し、洗浄不良を起こす重大な要因となる欠点があ
った。

［発明が解決するための課題］ 本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、処理水中の
ＴｏＣ濃度が１００〜５００μｇ／Ｑの微量の有機物を
除去でき、超純水装置の送出口からの配管中においても
微生物が増殖しないような純水及び超純水を生成するこ
とができるその製造方法及び製造装置を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、有機物を含有する原水から高分子の有機物を
除去して純水を生成し、該処理水に酸化剤を用いること
なく２００ｎｍ以下の短波長光を照射し、更に、該処理
水中の低分子の有機物を除去して超純水を生成してなる
純水及び超純水の製造方法、及び有機物を含有する原水
から高分子の有機物を除去する逆浸透膜装置等よりなる
純水装置と、該処理水に酸化剤を用いることなく２００
ｎｍ以下の短波長光を照射する光源部を有する紫外線照
射装置と、該処理水中の低分子の有機物を除去する膜分
離装置等よりなる超純水装置とから構成される装置りな
る。

これは、有機物を含有する原水を、まず高分子の有機物
を除去できる装置例えば逆浸透膜装置等で処理し、その
後該処理水を２００ｎｍ以下の短波長光を照射する光源
部を有する紫外線照射装置を介して流通し，更に該処理
水中の低分子の有機物を除去できる超純水装置に流通さ
せることにより、過酸化水素等の酸化剤を用いることな
く、原水中に溶存する微量の有機物を除去できることを
見出し、更に詳細な検討を加え次のように装置を構成し
た。

まず、紫外線酸化装置に用いる光源部として、２００ｎ
ｍ以下の短波長光を良好に透過させる石英ガラス又は合
成石英ガラスよりなる管状のジャケット内に低圧水銀ラ
ンプを内装して構成し、これを処理水が流通する処理槽
内に設置した。

又、前記低圧水銀ランプの管壁温度を２００ｎｍ以下の
短波長光の出力が最大となる３０〜８０℃に、より好ま
しくは５０〜７０℃に設定するため前記ジャケットと低
圧水銀ランプとの間に気体を通気するように構成した。

ここで、前記気体として処理水中のＴＯＣ濃度が２００
μｇ／ｎ以上の場合には、酸素又は空気を用い、該処理
水に低圧水銀ランプの２００ｎｍ以下の短波長を照射す
ることにより生成する少量のオゾンを含んだ酸素又は空
気を後述するように処理槽の底部から曝気して利用した
。

又、ＴＯＣ濃度が１００〜２００μｇ／Ｑ以下の処理水
の場合には、気体として窒素又は不活性ガスを用い、前
記同様曝気して利用した。

このように構成することにより、処理水中に溶存するオ
ゾンと酸素は脱気され、イオン交換樹脂等が劣化するこ
となく、又配管中の微生物の増殖を抑制する効・果が得
られる。

更に、前記した気体を処理槽内の底部から曝気する手段
として前記ジャケットの底部に散気板を装着するように
構成した。

次いで、処理槽中の処理水を光源部付近に流動させるた
めにジャケットの外周に触媒作用を有するチタン整流板
を設置する。又、整流板として、目皿状に成型された板
又は表面積の大きいチタン粒を網目状のステンレス板等
で保持するように構成してもよく、更にチタンにかえ白
金を用いてもよい。

なお、前記紫外線酸化装置は純水装置又は超純水装置中
に及びその両方に設置してもよい。

又、光源部の低圧水銀ランプにかえ高圧水銀ランプを使
用する場合は、その効率は悪いが低圧水銀ランプとほぼ
同一の効果が得られる。

［実施例コ 以下、本発明に係る一実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明に係る純水及び超純水装置を示すフロー
チャート図である。

本装置を用い、回収水等の溶存有機物を含有する原水か
ら純水及び超純水を製造する場合、まず、逆浸透膜装置
１により高分子の有機物を除去し、処理水中のＴＯＣ濃
度を１００〜５００μｇ／Ｑ以下にし、この純水を紫外
線照射装置２を有する処理槽中に流入させ、曝気等の手
段を用い光源部より２００ｎｍ以下の短波長光を照射す
ることによって有機物を分解してＴＯＣ濃度を５〜５０
μｇ／ｎに低減し、更に該処理水をイオン交換樹脂塔３
及び逆浸透膜装置又は限外ろ過装置等の膜分離装置４に
流通させることにより、比抵抗１８ＭΩ■以上、粒子数
１０個／ｍΩ以下及び生菌数１個／Ｑ以下の超純水を製
造できる。

第２図は紫外線照射装置の一例を示すもので、ジャケッ
ト６、低圧水銀ランプ７及び散気板８よりなる光源部を
内装した処理槽５の処理水流入口９から処理水を注入し
、又、前記管状ジャケット６の上端に接続した気体送入
口１１より酸素を送入し、ジャケット内の低圧水銀ラン
プ７の外周に通気させることにより散気板８を介し処理
水中にオゾンを含む酸素を曝気するようにしている。

更に、該処理水は処理水流出口１０より流出され、又酸
素は気体排出口１２から排出される。

なお、１３は温度調節器を示す。

ここで、本発明に係る紫外線照射装置により処理水のＴ
ＯＣ濃度を５〜５０μｇ／Ｑの微量有機物に低減できる
メカニズムについて、次の通り実験により確認した。

まず、本発明者等は逆浸透膜装置等の高分子有機物を除
去する装置で処理された純水（Ｔ。

Ｃ濃度が１００〜５００μｇ／Ｑｉ中の従来の方法では
除去困難であった微量有機物の約９Ｑ％が揮発性物質で
あることを実験で確認し、これは分子量が２００以下の
アルコールや有機酸等の低分子有機物と推定して光酸化
法の適用を試みた。

一般に、光酸化法では特公昭５６−２８１９１号公報に
記載されているように、過酸化水素等の酸化剤を添加し
ているが、処理後その酸化剤の除去が困難であったので
種々の改良を行なったところ、ＴＯＣ濃度が１００〜５
００μｇ／Ｑと希薄で既に高分子物質を除去した処理水
に従来のように酸化剤を加えることなく、２００ｎｍ以
下の短波長光の照射により励起された有機物の結合部分
に水の光化学反応で生じる水酸化ラジカルが作用して分
解し、ＴＯＣ濃度を照射前のｌ／１０〜１／２０であ６
５〜５０　ｕ　ｇ　／　Ｑに低減できることを見出した
。

次に、その酸化条件を詳細に検討したところ、第３図の
紫外線照射量とＴＯＣ濃度との関係図に示すように、水
中に酸素が溶存している場合実線ａのように、短波長の
光の照射でオゾンが生成し気液接触面では低圧水銀灯の
２５４ｎｍ光と水分子との分子間衝突によりオゾンの分
解が生じ活性な酸素が生成する。又、水中に酸素が溶存
していない実線すに比べその処理速度が約２倍に促進さ
れていることがわかる。

なお、ＴＯＣ濃度が１００μｇ／（ｌ以下になると５点
１ｉａ及びｂに示すように前記した特性は得られない。

ここで、第３図において紫外線照射量は次式で求めてい
る。

紫外線照射量（Ｗ−Ｈｒ／耐）＝ランプ電力（Ｗ）Ｘ照
射時間（Ｈｒ）／処理水量（耐） 更に、２００ｎｍ以下の短波長の光は、水により吸収さ
れ光化学反応を起こすためある程度の水層厚以上になる
と２００ｎｍ以下の短波長光が到達しないので分解処理
を行なえない領域が発生することが分かった。

実験によると、ジャケットと処理槽との間の水層厚は、
光源の出力によって変化するがＩＳＷの低圧水銀ランプ
の場合３０ｎｍ前後の水層厚が最適であるを確認した。

又、本発明に係る紫外線照射装置について、更に詳細に
検討し前記第２図に示すような装置を構成した。

まず、光源部として２００ｎｍ以下の短波長の光を良好
に透過しその減衰が少ない石英ガラス又は合成石英ガラ
スを管状のジャケット６内に同一の材質よりなる低圧水
銀ランプ７を内装した。又、ジャケットの底部に環状の
散気板８を装着することにより曝気手段を設けた。

そして、低圧水銀ランプのランプ管壁温度とその紫外線
出力との関係は、第４図に示すような結果を得た。

ここで、低圧水銀ランプを殺菌等の目的で使用する場合
には、２６４ｎｍの波長出力が最大となるようにそのラ
ンプ管壁温度を約４０℃に設定するが１本発明において
は第４図に示すように、管壁温度を３０〜８０℃好まし
くは５０〜７０℃に設定することにより１８５ｎｍ出力
は管壁温度４０℃に比べ、約２０％増大することが認め
られた。

ここで、前記温度制御手段として、温度調節器１３を設
け、通気する気体の温度及び流量を制御することにより
ランプ管壁温度を最適条件に制御した。

更に、前記気体として、処理水のＴＯＣ濃度が１００μ
ｇ／Ｑ以上となる場合、有機物を効率よく分解し処理す
るために酸素又は空気を気体送入口１１から流入し、処
理槽５内の底部からジャケット６の底部に装着した環状
の散気板８を介して、処理槽内に曝気した。

一方、ＴＯＣ濃度が１００μｇ／Ｑ以下となるこれ以降
の分解処理は、２００ｎｍ以下の短波長の光の出力を最
大限に利用し、水から水酸化ラジカルを生成させるため
に酸素や空気より短波長光の透過率の高い窒素又は不活
性ガスを通気した。

なお、水中に溶存しなかった気体は気体排出口１２より
排出される。

そして、処理槽５には低圧水銀ランプ７が複数本設置さ
れ、その照射量は１〜６ＫＷ−Ｈｒ／、ｌとしている。

これは、本発明に係る製造装置においてはまず。

高分子の有機物を除去しＴＯＣ濃度が１００〜５００μ
ｇ　／　Ｑに低減された処理水は、第一段の処理槽に導
入され、曝気されるオゾンを含む酸素又は空気によって
流動させられ低圧水銀ランプから照射された短波長光を
受ける範囲内に達してその有機物が分解され、ＴＯＣ濃
度は８０〜１２０μｇ／Ｑに低減される。

次に、その後段の処理槽では曝気される窒素によって流
動させられ短波長光を受け、ＴＯＣ濃度は５〜５０μｇ
／Ｑに低減される。

又、このとき窒素ガスを曝気することによって水中の酸
素やオゾン及び有機物の分解によって生じた炭酸ガス等
は脱気され、処理水はＴＯＣ濃度が低く不純な溶存ガス
を除去した純水として処理水流出口から流出される。

この結果、オゾンによって陰イオン交換樹脂の４級アン
モニウム基を分解し、低級化させその能力を劣化させる
作用や溶存酸素と有機物によって、後段のイオン交換樹
脂塔や配水管等での微生物の増殖作用を大幅に低減でき
る。

ここで、前記した本装置における一連のＴＯＣ濃度変化
を第５図に示す。

なお、第５図の縦軸におけるＴＯＣ濃度（μｇ／Ｒ）は
対数目盛で表示している。

このように、本発明によれば従来のように酸化剤等を使
用することなく、ＴＯＣ濃度が１００〜５００μｇ／Ｑ
の微量有機物を５〜５０μｇ／Ｑに低減することができ
る。

なお、曝気手段として、第２図に示すような散気板を設
けそして送気のための配管が必要であったが、第６図に
示すように、ジャケットの底部に散気味１４を一体的に
装着すると、効率よく曝気されるためにジャケットの汚
れや雑菌が発生する死水域をなくすことができる。

又、ジャケットの外周にチタン整流板１５を設置するこ
とにより、チタンの触媒作用と共に処理水が効率よく照
射を受けるため、有機物の分解処理も良好である。

更に、低圧水銀ランプにかえ短波長光の光源として高圧
水銀ランプを使用しても良いが消費電力当りの有機物の
分解効率は低圧水銀灯の１１５〜１７２０と悪くなる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る純水及び超純水の製造方法
及びその製造装置は、比較的簡単な構成ニヨリ、Ｔｏ（
４１度が１００〜５ｏＯμｇ／Ｑである処理水を５〜５
０μｇ／Ｑに低減できるばかりでなく、超純水供給用の
配管中での微生物の増殖を抑制し長期間にわたり、高純
度の純水を供給できる。そして、特に半導体工業等にお
ける洗浄用水として利用できその産業上の価値は大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は５本発明に係る純水及び超純水製造装置の一例
を示すフローチャート図、第２図は同じく紫外線照射装
置の一例を示す説明図、第３図は、紫外線照射量とＴＯ
Ｃ濃度との関係を示す図、第４図は低圧水銀ランプの管
壁温度と紫外線出力との関係を示す図、第５図は本発明
に係る各装置におけるＴＯＣ濃度の低減状況を示す説明
図、第６図は紫外線照射装置の他の実施例を示す説明図
である。 特許出願人　日立プラント建設株式会社岩崎電気株式会
社 第１図 第３図 紫外線照射Ｒ（ＫＷ−Ｈｒ／ｍ’） 第４図 管壁温度（°Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）有機物を含有する原水から高分子の有機物を除去
   して純水を生成し、該処理水に酸化剤を用いることなく
   ２００ｎｍ以下の短波長光を照射し、更に該処理水中の
   低分子の有機物を除去して超純水を生成してなる純水及
   び超純水の製造方法。 （２）有機物を含有する原水から高分子の有機物を除去
   する逆浸透膜装置等よりなる純水装置と、該処理水に酸
   化剤を用いることなく２００ｎｍ以下の短波長光を照射
   する光源部を有する紫外線照射装置と、該処理水中の低
   分子の有機物を除去する膜分離装置等の超純水装置とか
   らなる純水及び超純水の製造装置。 （３）前記紫外線照射装置を、純水装置中及び／又は超
   純水装置中に設置してなる請求項第２項記載の製造装置
   。 （４）前記紫外線照射装置は、２００ｎｍ以下の短波長
   光を良好に透過させる石英ガラス又は合成石英ガラスよ
   りなる管状のジャケット内に低圧水銀ランプを内装して
   なる光源部を処理水を流通する処理槽内に設置してなる
   請求項第２項又は第３項記載の製造装置。 （５）前記光源部のジャケットと低圧水銀ランプとの間
   に気体を通気して、該水銀ランプのランプ管壁温度を３
   ０℃〜８０℃に設定してなる請求項第２項乃至第４項記
   載の製造装置。 （６）前記純水装置又は超純水装置中に設置した紫外線
   照射装置の光源部のジャケットと低圧水銀ランプとの間
   に酸素又は空気を通気してなる請求項第２項乃至第５項
   記載の製造装置。 （７）前記超純水装置中に設置した紫外線照射装置の光
   源部のジャケットと低圧水銀ランプとの間に窒素又は不
   活性ガスを通気してなる請求項第２項乃至第５項記載の
   製造装置。（８）前記光源部のジャケットの底部に環状
   の散気板を装着し前記気体を処理水中に曝気してなる請
   求項第２項乃至第７項記載の製造装置。 （９）前記処理槽内の光源部ジャケットの外周に触媒作
   用を有するチタン整流板を設置してなる請求項第２項乃
   至第８項記載の製造装置。