JPH0645036B2 - 超純水製造装置 - Google Patents

超純水製造装置

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JPH0645036B2
JPH0645036B2 JP23173884A JP23173884A JPH0645036B2 JP H0645036 B2 JPH0645036 B2 JP H0645036B2 JP 23173884 A JP23173884 A JP 23173884A JP 23173884 A JP23173884 A JP 23173884A JP H0645036 B2 JPH0645036 B2 JP H0645036B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は超純水製造装置に係り、特に生物処理手段を組
み入れて、水中の微生物の増殖を抑制するようにした超
純水製造装置に関する。
[従来の技術] LSIや超LSIの製造においては、多量の純水や超純
水が用いられている。超純水は理論純水(HOのみか
らなる水)の比抵抗18.24MΩ・cmに極めて近く、
17〜18MΩ・cmの比抵抗を有する純水である。
一般に、超純水製造プロセスは、活性炭、イオン交換樹
脂、UV酸化、逆浸透膜(RO)、限外濾過膜(UF)
等で構成されている。
例えば、超純水を用いた半導体ウェーハ清浄システムか
らの洗浄廃液回収工程における超純水製造プロセスは第
2図に示す通りである。第2図に示す装置においては、
半導体洗浄工程1からの廃水を、まず回収システムAの
活性炭吸着塔2において活性炭吸着処理し、イオン交換
塔3で処理して脱塩した後、更に必要なときには逆浸透
膜装置(図示せず)を介して紫外線酸化装置4で処理し
ている。紫外線酸化装置4においては、有機物をほぼ完
全に酸化分解させるために、一般に、酸化剤として過酸
化水素を添加し、過酸化水素存在下で紫外線を照射して
処理が行なわれる。
このような活性炭吸着塔2、イオン交換塔3及び紫外線
酸化装置4からなる回収システムAからの処理水は、純
水製造システムBに戻される。この純水製造システムB
は、前処理システムC(凝集槽5及び二槽濾過器6から
なる。)1次純水システムD(逆浸透膜装置7、脱気塔
8及びイオン交換装置9からなる。)及びサブシステム
E(紫外線殺菌装置10、混床式イオン交換装置11及
び限外濾過膜装置12からなる。)から構成されてい
る。
[発明が解決しようとする問題点] このような純水製造装置で得られる超純水や純水のよう
な貧栄養の水中においても、微生物は極めて微量ではあ
るが存在し、純水中にppbオーダーでも有機物質が存
在すると、微生物は増殖して、RO装置等の純水製造装
置にトラブルが生じる原因となる。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、膜処理装置及びイオン交換塔を有する超純水
製造装置において、更に、微量のエネルギー源及び/又
は栄養源を除去するために、微生物のエネルギー源及び
栄養源の存在のもとに生物処理する生物反応槽と、この
生物反応槽で増殖した菌体を分離・除去するための菌体
分離器とからなる生物処理手段を付加するようにしたも
のである。
即ち、本発明は、 膜処理装置及びイオン交換樹脂を内蔵したイオン交換塔
を備えた、超純水処理手段、 及び 微生物のエネルギー源及び栄養源の存在下に生物処理す
る生物反応槽と、該生物反応槽からの処理水が導入され
る菌体分離器とを有する生物処理手段、 を備えてなる超純水製造装置、 を要旨とする。
下水や産業廃水等、有機物を比較的多く含む水を生物処
理することは慣用技術に属する。
しかし、超純水のように極めて貧栄養下の水を生物処理
することは従来全く行なわれていなかった。また、そも
そも生物処理は不可能と考えられていた。
それは、超純水のような貧栄養下での生物増殖機構は全
く解明されていなかったことに加え、このような水を生
物処理することは、微生物を加えることになるので、逆
に水を汚染するものと考えられていたからである。
そこで、本発明者らは、従来の純水製造プロセスにおけ
る微生物の挙動を研究した結果、このプロセスでは、有
機性炭素は大部分除去されるものの、処理水中にはTO
C濃度で50ppb程度の有機物質がなおも残存し、そし
て、微生物は、水中のTOCが1ppb存在すれば、これ
を資化することにより4〜5×10N/mに増殖
し、TOCが50ppb残存する場合には約2×10
/mとなり、RO、UF膜等の目詰りの原因となり、
純水製造に悪影響を及ぼすことが分った。実際、測定の
結果(バイオアッセイ値)、超純水中では、微生物が菌
数として10〜10N/mにまで増殖するに十分
な有機物が残存しており、これに更に、配管、樹脂等の
設備からのリンあるいは窒素の溶出又は洗浄薬品等によ
り、リン等が付加された場合には、微生物は更に容易に
増殖し、10N/m以上にも達することが確認され
た。
なお、従来の純水製造装置において、紫外線殺菌処理が
行なわれているが(第2図の装置ではサブシステムEの
10)、紫外線照射処理は一過性のものであり、微量の
微生物がその後再び増殖することが分った。
而して、本発明者らは、純水中の微生物の増殖機構につ
いて上述したような研究の結果、微生物はリンが極めて
低濃度例えば10pptとなるまで速い除去速度でTO
C、リンその他の栄養塩を除去して増殖し、TOC、リ
ン又は窒素が欠乏した時点で、増殖が急激に抑制される
という事実が判明した。
本発明はこのような知見を発明完成の背景として有する
ものであり、本発明の好ましい一態様においては、純水
製造手段からの純水を、生物処理手段にて処理し、該水
中に含まれるTOC成分を除去する。この際、好ましく
は栄養源を添加して生物処理する。前述のように、通
常、純水中にはイオン交換樹脂等から溶出してくる窒素
が溶解しているので、添加する栄養源としてはリンを添
加するのが好ましい。リンの添加量は、純水中のTOC
が殆ど除去された時点でリンが殆ど全て消費されるよう
な量とするのが最も好ましいが、この量よりも若干、増
減しても良い。
このようにしてTOC成分が十分に除去されれば、その
後、微生物が増殖することはない。
TOCの除去の程度としては、純水中のTOCが10pp
b以下好ましくは1ppb以下となるようにするのが好まし
い。
本発明の好ましい他の態様においては、純水製造手段か
らの処理水を、生物処理手段にて処理し、該純水中に含
まれるリンを10ppt以下まで除去する。このようにリ
ンを除去すれば、その後リンが該純水に付加されない限
り、微生物が増殖することはない。
本発明の更に他の態様としては、純水製造手段からの処
理水を生物処理手段にて処理し、該純水中に含まれる窒
素を除去することである。
本発明において、このような貧栄養下における生物処理
に用いられる菌種としては、オリゴトロフィックバクテ
リア(Origotrophic bacteria)等が好適である。オリゴ
トロフィックバクテリアは超純水のような極度にTOC
濃度の低い水中において生育する微生物であって、これ
を用いることにより、処理水中のTOC濃度を50ppb
以下、例えば10〜1ppb以下程度に、リン又は窒素濃
度であれば10ppt以下程度まで低減することが可能と
なる。
第3図は超純水中のTOC濃度(横軸)とオリゴトロフ
ィックバクテリアの増殖速度(縦軸)との関係の一例を
示すグラフである。この例は酢酸を基質とし、その添加
量を変えることにより水中のTOC濃度を0〜35ppb
の間で変えている。図示の如く、この例ではTOC濃度
の減少に伴って増殖速度μ(hr-1)も次第に減少し、T
OC濃度が5ppb以下になると増殖速度μは直線的に小
さくなる。一方、TOC濃度が増加してもμの増加率は
次第に減少し、増殖速度の最大値μmaxは0.24hr-1
であった。この例から、酢酸を基質とした場合は、0.
12〜0.24hr-1の増殖速度でオリゴトロフィックバ
クテリアが増殖し、純水中のTOC濃度を5ppb以下に
まで、かなり速い速度で低下され得ることが認められ
る。
[作用] 純水処理手段から得られる水は、TOC成分や塩類の含
有量が少ないものであり、半導体の洗浄工程等に使用し
得る。しかるに、叙上の如く、このままでは微生物が増
殖し易い。そこで、この処理水を更に生物処理手段にて
処理する。
この生物処理手段においては、エネルギー源及び栄養源
の存在下で好気的に生物処理が行なわれ、純水に含まれ
ていた微量のTOC成分及び/又はリン成分がほぼ完全
に除去される。
これにより、得られる超純水は、微生物の増殖のおそれ
のない、極めて優れた水質のものとなる。
[実施例] 以下に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。
第1図は本発明の純水製造装置を、第2図に示す洗浄廃
液回収工程に採用した例を示す系統図である。なお第1
図において、A、C、D、Eのシステムの構成は第2図
のものと同様であるので、同一部材に同一符号を付し、
その構成の説明を省略する。
第1図において、回収システムAの紫外線酸化装置4を
通過した水は、生物反応槽13に導入され好気的に生物
処理される。即ち、生物反応槽13は、生物固定手段、
例えば材質がセラミックからなるハニカムチューブ等の
固定床、又はセラミックの粒状等の流動床を内蔵してい
る。従って、これら充填材からは、無機あるいは有機物
の溶出は無視できる。そして、微生物のエネルギー源及
び栄養源の存在下に微生物が十分に繁殖(増殖)するに
必要な時間以上反応が行なわれる。なお、通常、純水中
には溶存酸素が数ppm存在するので、この反応は好気的
に進行するが、溶存酸素が少ないときには、純酸素等で
曝気し、好気的条件を与えることが必要である。この反
応により、微生物は活性化し、水中のTOC成分を資化
する。而して、本実施例においては、生物反応槽13内
の水に、微生物の増殖に十分な量のリン及び窒素が含ま
れており、反応槽13内の水に含まれるTOC成分が殆
ど完全に無くなるまでこの生物反応が継続する。
生物反応槽13におけるかかる反応により、有機炭素は
COあるいは菌体となる。菌体は後続の菌体分離器1
4において、マイクロフィルター等で捕捉され分離され
る。マイクロフィルターとしてはメンブレンフィルタ
ー、セラミックからなる多孔質濾過等が利用できる。菌
体が分離された水はTOCが極めて低濃度であるため、
微生物の増殖能力は殆どない。この水はその後1次純水
システムDの供給側に導入される。
なお、第1図に示す装置において、紫外線酸化装置4か
らの水のリン又は窒素濃度がTOC濃度に対して著しく
低い場合には、生物反応槽13における生物処理速度が
非常に遅くなる。このような場合には、生物が増殖し、
有機性炭素を資化できるように、生物反応槽入口部にお
いて微量のリン又は窒素を添加しても良い。この場合、
リンは水中のBOD成分量に対し、重量比でBOD/リ
ン≒100/1程度、窒素は100/5程度となるよう
に添加するのが好ましい。
なお、第1図の実施例においては、第2図に示す装置の
回収システムAと1次純水システムDとの間に生物処理
システムFを設けた構成としているが、本発明において
は、生物処理システムFを1次純水システムとサブシス
テムEとの間に設けた構成としても良い。あるいは、回
収システムDのイオン交換塔3と紫外線酸化装置4との
間に、更には、この紫外線酸化装置4に代えて設けた構
成としても良い。
また、第1図に実施例においては、生物反応槽13で、
TOCが残留しなくなるように必要に応じてリンあるい
は窒素を添加し生物反応を行なっているが、本発明にお
いては、リン又は窒素が残留しなくなるように生物反応
させても良い。この場合は、純水製造装置全体を、リン
や窒素の溶出のおそれのない材質で構成するのが好まし
い。
また本発明においては、生物処理を行なうに際し、リン
とTOC成分とが共に殆ど全て微生物に消化されるよう
リン及び/又はTOC成分の調整を行なうようにしても
良い。
上記の説明では半導体洗浄工程からの排出水を処理して
超純水に再生するよう構成した例について説明したが、
本発明は、当然ながら、他のプロセスからの回収水処理
設備、あるいは、工水、井水等から純水を製造するプロ
セス等、その他の各種の設備に適用し得る。
[効果] 以上詳述した通り、本発明の純水製造装置は、生物処理
手段を組み入れ、微生物の増殖反応を利用してTOC及
び/又はリン成分を除去するものであり、TOC及び/
又はリン成分を、低コストで極めて低濃度にまで除去す
ることができる。
本発明の装置により製造された純水は、微生物増殖の要
因であるTOC及び/又はリン成分の濃度が極めて低い
ことから、微生物の増殖は確実に抑制される。従って、
本発明装置においては、微生物増殖に起因するスライム
の発生が抑制され、ROあるいはUF膜面等のスライム
付着等の各種の機器トラブルが防止される。そして、R
O又はUFの洗浄回数も低減され、装置の運転を円滑に
行ない、効率的な純水製造を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の純水製造装置を採用した純水製造・回
収システムを示す系統図、第2図は一般的な純水製造・
回収システムを示す系統図、第3図は超純水のTOC濃
度と微生物の増殖速度との関係を示すグラフである。 A……回収システム、 B……純水製造システム、 C……前処理システム、 D……1次純水システム、 E……サブシステム、 F……生物処理システム、 4……紫外線酸化装置、 7……逆浸透膜装置、 9……イオン交換装置、 12……限外濾過膜装置、 13……生物反応槽、 14……菌体分離器。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】膜処理装置及びイオン交換樹脂を内蔵した
    イオン交換塔を備えた超純水処理手段、 及び 微生物のエネルギー源及び栄養源の存在下に生物処理す
    る生物反応槽と、該生物反応槽からの処理水が導入され
    る菌体分離器とを有する生物処理手段、 を備えてなる超純水製造装置。
  2. 【請求項2】生物処理手段は水中からTOC成分を除去
    するための手段であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載の超純水製造装置。
  3. 【請求項3】生物処理手段は水中からリンを除去するた
    めの手段であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載の超純水製造装置。
  4. 【請求項4】生物処理手段は水中から窒素を除去するた
    めの手段であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載の超純水製造装置。
  5. 【請求項5】生物処理手段の微生物はオリゴトロフィッ
    クバクテリアであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項ないし第4項のいずれか1項に記載の超純水製造装
    置。
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