JPH0217994A - 超純水製造装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば電子工業半導体製造に用いることの
できる純度の極めて高い超純水を製造する装置に関する
。

（従来の技術） 一般に半導体製造に用いる超純水は、製品に与える影響
が大きいために水質に対する要求が厳しいものであり、
あらゆる不純物、例えば固形物、溶解性塩類、溶存ガス
、有機物、コロイド、藻やバクテリアなどの微生物等が
存在しないことが望まれる。

このため、普通の純水製造装置では十分ではなく、さら
に厳密な処理を行なう装置が求められている。

第３図のこのような超純水製造装置の従来例を示してお
り、原水として使用される水道水１に対して、そこに含
有される残留塩素及び有機物を除去する活性炭濾過装置
２と、水道水中の懸濁物を除去するためにルコート沢過
等の精密濾過を用いた固形物濾過装ｒＩ１３と、溶存イ
オン分を除去ずるなめの温床式イオン交換樹脂装置４と
、水道水中の溶存ガスを除去するための脱気装置５とを
備えている。

さらにこの脱気装置５の後段には、１通水を一時的に貯
留するための貯４（！６と、この貯槽６に貯留されてい
る水を吸い上げるポンプ７と、このポンプ７により貯槽
６からの濾過水を加圧して供給され、イオン分の十分な
除去を行なう混床式カートリッジイオン交換樹脂装置で
あるボリッシャ８と、残存微粒子を０．３〜数μ程度ま
で除去するために有機膜を用いたフィルタエレメントを
濾過器とする純水ｒ過装置９とを備え、この純水濾過装
置９から目的の超純水１０を取出す構成としている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の超純水製造装置では、
固形物、溶解塩類、溶存ガス、コロイド、バクテリアな
どは十分に除去できて良好であるが、有機物については
十分な除去ができず、ＴＯＣで数１０ＰＰｂの残留が避
けられない問題点があった。

これは、第３図の従来の超純水製造装置では、微量有機
物を除去できる装置や機能を備えておらず、逆に水道水
の濾過中に有機物を溶出すると考えられるイオン交換樹
脂が溶解塩類除去用として用いられておつ、同様にコロ
イド除去のためにも高性能フィルタとして有機膜フィル
タエレメントが用いられているためである。

しかるに、このように得られる純水中にａｍではあって
も有機物が含まれていると、今後ますますミクロ領域を
追及する超々ＬＳＩ等の半導体デバイス用洗浄水として
好ましくない。

そこで、従来から、有機物の含まれていない超純水の製
造のできる装置の出現が強く望まれていた。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、製造工程内に溶存微量有機物を完全に酸化分解
できる有機物酸化装置を設けると共に、微量有ｎ物を酸
化分解処理した後の工程には有機物溶出源となりやすい
有機材料を使用しないようにし、有機物を含まない超純
水を製造できるようにした超純水製造装置を提供するこ
とを目的とする。

つまり、製造工程内に設ける溶存微量有機物を完全に酸
化分解できる有機物分解装置として、分解性能、信頼性
、安全性、経済性などの観点から、過酸化水素添加後、
紫外線照射する装置や、高温高圧下の湿式酸化装置を用
い、これらの有機物酸化装置により水道水中の溶存有機
物を完全に分解すると共に、バクテリアやビールスなど
の微生物も完全に除去するようにする。

そして、この有機物酸化装置より下流側の工程では有機
物を溶出しやすい有機材料を使用しないようにし、実用
上問題となる溶存微量イオン分及びコロイドなどの固形
物の除去のためには、次のような対策をとる。

（１）有機物分解後の溶存イオン除去対策超純水製造工
程に設ける有機物分解装置は上述のように過酸化水素−
紫外線酸化反応、高温湿式酸化反応により溶存有機物を
酸化分解するものであるが、一方、処理装置を構成する
金属材料についても苛酷な条件となるために金属材料か
ら若干の重金属溶出が避けられない、そこで、有機物分
解後においては、溶出重金属イオン、例えば鉄、ニラゲ
ル、マンガン、クロムなどのイオンを除去することが不
可欠となる。

しかしながら、上述のように重金属イオン除去にイオン
交換樹脂や逆浸透膜のような有機系材料は、それらから
若干の有機物の溶出が生じ得るので用いることができな
い。

そこで、この重金属イオンの除去のために無機系イオン
交換材を用いることにするが、無機イオン交換材は金属
材料から溶出する重金属イオンなどに対してはその除去
性能が優れており、イオン交換樹脂と比較しても遜色無
いことが確認されているとはいえ、電離症の大きいアル
カリ金属、例えばカリウム、ナトリウム、リチウムなど
のイオンについてはイオン交換樹脂に比べて性能が劣る
。

このため、無機イオン交換材を使用するには、除去が困
難なアルカリイオンが存在しないことが条件となるが、
有機物酸化装置の上流側でアルカリイオンを含む全ての
イオンをこれらに対して除去性能の良いイオン交換樹脂
により除去しておくならば、有機物酸化装置の下流側に
はアルカリイオンが溶出することはなく重金属イオンの
み除去すればよくなる。

この重金属イオンを除去するために用いられる無機イオ
ン交換材としては、例えば酸化チタニウム、酸化ジルコ
ニウムなどの金属酸化物、あるいはリン酸ジルコニウム
、タングステン酸錫などの金属酸塩が用いられる。

（２）有機物分解後の微粒固形物除去対策有機物分解後
の処理対象不純物は、上記の重金属イオンと無機系微粒
固形物であり、超純水においては微粒固形物の除去が不
可欠である。

超純水の微粒固形物を除去する濾過装置としては、超濾
過装置や逆浸透装置等があるが、超濾過装置は０．３〜
数μ程度のｒ過能力を持つフィルタエレメントを濾過器
のケースに取付けたものであり、このエレメントの材質
はセルロースや合成樹脂などの有機系が多用され、その
他にグラスファイバーなどの無機系材料も用いられる。

そして、逆浸透装置ではエレメントに半透膜が用いられ
、その材質は全て有Ｒ膜が用いられ、ポアサイズは０．
００２〜０．００５μで、コロイド粒子も完全に除去で
きる。

しかし、これらの超濾過装置や逆浸透装置の有機材料の
ものは用いることができないので、無機膜エレメントを
用いることによりこの問題を解決する。

無機エレメントとしては、アルミナなど化学的に安定な
材料を用い、多孔質支持体の表面に微細孔の層を形成し
たもので、０．００５μ程度までのコロイド性微粒固形
物も濾過てきる。しかも、この無機膜エレメントを含む
微粒固形物濾過装置には溶出する恐れのある有機物が含
まれておらず、装置からの有機物の溶出が無い。

こうして、水道水中のアルカリイオンや有機物は有機物
酸化装置の上流側で濾過しておき、なお処理水中に含ま
れている有機物を有機物酸化装置により完全に除去し、
この有機物酸化装置の下流側では処理水中に含まれてい
る不純物としての重金属イオンや無機固形物を無機イオ
ン交換手段と無ｎｐｉｐｐ過手段により除去することに
より、有機物を含まない超純水を得ることができるので
ある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明の超純水製造装置は、水道水から有機物や残留
塩素を除去する有機物濾過手段と、水道水中の懸濁物を
除去する固形物濾過手段と、水道水中の溶存イオン成分
を除去する温床式イオン交換樹脂装置とを前段濾過装置
群として配置し、この前段濾過装置群の出側に水道水中
から溶存有機物を酸化除去する有機物酸化装置を配置し
、この有機物酸化装置の出側に説気手段と、重金属イオ
ンを除去するための無機イオン交換手段と、無機微粒固
形物を除去するための無機Ｍ濾過手段とを後段濾過装置
群として配置し、これら後段ｒ過装置群を有機溶存物を
溶出しない無機材料の配管、機器、分離膜、部品等で構
成したものである。

（作用） この発明の超純水製造装置では、前段濾過装置群により
まず水道水中の残留塩素や有機物、懸濁物、アルカリイ
オンなどのイオンを除去し、有機物酸化装置に導く。

製造工程内に設ける溶存微量有機物を完全に酸化分解す
る有機物酸化装置としては１、分解性能、信頼性、安全
性、経済性などを考慮して過酸化水素添加後紫外線照射
する装置や、高温高圧下の湿式酸化装置を用い、この有
機物酸化装置により濾過水中の溶存有機物を完全に酸化
分解して除去し、その処理水を後段濾過装置群に与える
。

後段濾過装置群では、前記有機物酸化装置により溶出し
得る重金属イオン、例えば鉄、ニッケル、マンガン、ク
ロムなどのイオンを無機イオン交換手段によって除去し
、さらに処理水中に含まれている無ｎ微粒固形物を無機
膜濾過手段によって除去し、こうして水道水中に含まれ
ている全ての不純物を取り除き、有機物不含の超純水を
取出すことができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に示す実施例に基づいて詳
説する。

第１図は、有機物酸化装置として過酸化水素添加−紫外
線照射装置を用いた実施例であり、第３図に示した従来
例と同一の構成部分には同一の符号を付しである。

第１図に示す超純水製造装置は、水道水１を原水とし、
有機物及び残留塩素を除去するための活性炭濾過装置２
と、水中の懸濁物を除去するための固形物濾過装置３で
プレコート濾過などの精密濾過を用いたものと、溶存す
るアルカリなどのイオン分を完全に除去する混床式イオ
ン交換樹脂装置４とを前段濾過装置群として備えている
。

有機物酸化袋ｇ１１１は、過酸化水素１２を処理水中に
注入する過酸化水素混和槽１３と、この過酸化水素混和
水に対して紫外線を照射する紫外線反応装置１４と、水
中の残留過酸化水素を分解するための残留過酸化水素分
解装置１５とで構成されている。

この有機物酸化装置１１の下流側には、水中の炭酸ガス
等を除去する脱気装置５と、貯槽６と、この貯４ｉ’Ｖ
６の水を汲上げて加圧するポンプ７と、鉄、ニッケル、
マンガン、クロムなどの重金属イオンを除去するために
無機イオン交換材を充填した無機イオン交換装置１６と
、水中の懸濁物を除去するために無機膜をエレメントと
する無機膜濾過装置１７とを後段濾過装置群として備え
ている。

上記の構成の超純水製造装置の動作について、次に説明
する。

原水として水道水１を活性炭濾過装置２に導入して有機
物及び残留塩素を除去し、次にプレコート濾過などの精
密濾過を用いた固形物ｒ過装置３に導入して水中の懸濁
物を除去する。

次いで、温床式イオン交換ｖＩＪ脂装置４へ通水して溶
存するアルカリなどのイオン分を完全に除去する。

しかる後、有機物酸化装置１１の過酸化水素混和槽１３
に処理水を導入する。この過酸化水素混和槽１３には過
酸化水素１２が残留有機物を十分酸化できる量だけ注入
されており、ここで処理水が過酸化水素と混和される。

そして、この過酸化水素と混和された処理水は紫外線反
応装置１４に導入され、残留有機物（Ｃ，Ｈ，Ｏ）を紫
外線（ＵＶ）で励起して過酸化水素（Ｈ２Ｏ，ｔ）で完
全に酸化分解する。

つまり、 煽宿樗麹（Ｃ，Ｈ，Ｏ）　＋Ｈ２０２ Ｕ■ −ＣＯ２＋Ｈ２０ の化学反応により残留有機物を分解するのである。

こうして残留有機物の分解された処理水は、次に未反応
の過酸化水素を分解するために、銀触媒等を充填した残
留過酸化水素分解装置１５に導入され、過酸化水素を完
全に分解、除去する。

つまり、 銀触媒 ２）ｉ２０ｔ−一一一一中２Ｈ２０十０２の化学反応に
基づいて残留過酸化水素が分解されるのである。

次いで、処理水は脱気４ｆｆ５に導入され、炭酸ガス等
を除去し、貯槽６に貯えられる。

そして、この貯槽６から貯留水がポンプ７により加圧さ
れ、無機イオン交換装置１６に導かれ、紫外線反応装置
１４や残留過酸化水素分解装置１５などの金属材料から
溶出した重金属イオン（鉄、ニッケル、マンガン、クロ
ムなどのイオン分）が無機イオン交換材により完全に吸
着、除去されるさらに、この後、処理水は無機膜をエレ
メントとする無１１ＷＡ濾過装置１７に導入され、無機
物の懸濁物あるいは二１０イド分が除去される。

こうして無機膜濾過波！１７を出た処理水は有機物を含
まず、高度に浄化された有機物不合超純水１８として半
導体デバイス用洗浄水として利用されることになる。

このようにして、この実施例の場合、有機物酸化装置１
１として過酸化水素添加後、紫外線照射装置１４により
残留有機物を分解除去し、この後の工程には有機物の溶
出が生じない機器構成を採ることにより有機物を完全に
除去した超純水を製造することができるのである。

第２図は有機物酸化装置１１として湿式酸化装置を用い
た超純水製造装置の実施例であり、活性炭濾過装置２か
ら温床式イオン交換樹脂装置４までの部分の構成と、脱
気装置５から無機膜濾過装置１７までの部分の構成は第
１図に示した実施例と同一の構成をとっている。

この実施例の特徴は有機物酸化装置１１の構成にあり、
この有機物酸化装置１１は、ブロア１９、このブロア１
９からのエアーによりバブリングするバブリング貯槽２
０、高圧ボン１２１、熱交換器２２、燃料２３の燃焼に
より加熱する加熱装置２４、湿式酸化装置２５、冷却水
２６により冷却するクーラー２７から構成されている。

したがってこの実施例の超純水製造装置では、原水であ
る水道水１を活性炭濾過装置２に導入して残留塩素や有
機物を除去し、固形物ｒ過装置３で懸濁物を除去し、さ
らに温床式イオン交換樹脂装ｆｆｆ４で溶存アルカリイ
オンなどのイオン分を除去する。

この後、ブロア１９によりエアーが連続的に注入されて
いるバブリング貯槽２０に処理水を導入し、ここで溶存
酸素が飽和するまでバブリングし、貯留する。

こうして溶存酸素の飽和した処理水は、高圧ポンプ２１
により加圧して熱交換器２２へ導入され、十分に昇温さ
せな後にさらに加熱袋ｒ！！、２４により湿式酸化反応
が生ずる温度（１５０〜３００℃）まで昇温させ、湿式
酸化装置２５に導入する。

湿式酸化装置２５では、その内部において原水中の、さ
らにはイオン交換樹脂などがら溶出した残留有機物（Ｃ
，Ｈ，Ｏ）を水中の溶存酸素（０２）により高温高圧下
で完全に湿式酸化分解させる。

残留有機物（Ｃ，Ｈ，Ｏ）＋０２ 高温高圧 ＣＯ□＋Ｈ，０ こうして湿式酸化装置２５を出た高温高圧の湿式酸化処
理水は熱交換器へ導入され、ここで高圧ポンプ２１から
の処理水と熱交換して高圧ポンプ２１からの処理水を加
熱し、同時に湿式酸化処理水側は冷却され、続いてクー
ラー２７に通されてさらに冷却されて常温になり、脱気
槽５に導かれる。

脱気槽５では炭酸ガスのような溶存ガスが除去され、貯
４！６に貯留される。

この貯槽６に貯留された処理水は、その後ポンプ７で加
圧されて無機イオン交換装置１６に導入され、湿式酸化
装置２５、熱交換器２２、加熱装置２４などから溶出し
た重金属イオンが完全に吸着、除去される。

次に、この処理水が無ＩＩＷＡｒ過装置ｔ１７に導入さ
れ、無機微粒固形物がさらに除去され、有機物不含の超
純水１８が送り出されてくる。

このようにして、この実施例でも湿式酸化装置２５によ
り処理水中の残留有機物を分解除去し、この後の工程に
は有機物が溶出しない機器構成を採り、無機イオン、無
機固形物を除去するようにして有機物不含の超純水を製
造することができるのである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、処理水中の溶存有機物
を有機物酸化装置により分解除去し、この後の工程には
有機物の溶出しない機器を用いて処理水中の無機イオン
と無機微粒固形物を除去するようにしているため、従来
の装置では本来的に除去のできなかった溶存有機物を除
去することができ、有機物不含の超純水を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の系統図、第２図はこの発
明の他の実施例の系統図、第３図は従来例の系統図であ
る。 ｌ・・・水道水　　　　　　２・・・活性炭濾過装置３
・・・固形物濾過装置 ４・・・温床式イオン交換樹脂装置 ５・・・脱気装置　　　　　６・・・貯槽７・・・ポン
プ　　　　　１１・・・有機物酸化装置１２・・・過酸
化水素 １３・・・過酸化水素混和槽 １４・・・紫外線反応装置 １５・・・残留過酸化水素分解装置 １６・・・残留無機イオン交換装置 １７・・・無ＩＩ膜濾過装置　１８・・・超純水１９・
・・ブロア　　　　　２０・・・バブリング貯槽２１・
・・高圧ポンプ　　　２２・・・熱交換器２３・・・燃
料　　　　　　２４・・・加熱装置２５・・・湿式酸化
装置　　２６・・・冷却水２７・・・クーラー 代理人　　弁理士　則　近　　憲　佑

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 水道水から有機物や残留塩素を除去する有機物濾過手段
   と、水道水中の懸濁物を除去する固形物濾過手段と、水
   道水中の溶存イオン成分を除去する混床式イオン交換樹
   脂装置とを前段濾過装置群として配置し、 この前段濾過装置群の出側に水道水中から溶存有機物を
   酸化除去する有機物酸化装置を配置し、この有機物酸化
   装置の出側に脱気手段と、重金属イオンを除去するため
   の無機イオン交換手段と、無機微粒固形物を除去するた
   めの無機膜濾過手段とを後段濾過装置群として配置し、 これら後段濾過装置群を有機溶存物を溶出しない無機材
   料の配管、機器、分離膜、部品等で構成して成る超純水
   製造装置。