JPH0739870A

JPH0739870A - 純水製造方法および装置

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Publication number: JPH0739870A
Application number: JP18533693A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Ishikawa; 薫石川; Masahiro Furukawa; 征弘古川
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1995-02-10
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JP3413882B2

Abstract

(57)【要約】【目的】工業用水と半導体製造排水の混合原水から純
水を製造する際、フッ化カルシウム等の不溶性塩の生成
によるスケール化を防止し、膜分離装置を使用する場
合、目詰まりによる処理性能および処理水質の低下を防
止する。【構成】工業用水を軟化装置３において軟化し、脱炭
酸装置４で脱炭酸したのち、混合水槽１５で半導体製造
排水と混合する。混合原水は必要により生物濾過装置
５、ＵＦ膜分離装置７で前処理したのち、ＲＯ膜分離装
置９、１０、イオン交換装置等において脱イオンし純水
を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工業用水と半導体製造排
水を原水として純水を製造するための純水製造方法およ
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程等に使用される超純水
は、一般にイオン交換および膜分離からなる一次純水製
造工程と、紫外線酸化、混床式イオン交換および限外濾
過からなる二次純水製造工程（サブシステムとも呼ばれ
る）とを経て製造される。このような超純水製造工程に
供給される原水としては、工業用水のほか、半導体製造
工場等においては、半導体製造工程から排出される半導
体製造排水を回収して原水としている。

【０００３】ところが両者は含まれる成分が異なるた
め、別の処理法により純水を製造している。すなわち半
導体製造排水を原水とする場合は活性炭処理、弱塩基性
アニオン交換、強酸性カチオン交換、強塩基性アニオン
交換、膜分離の各工程を経て一次純水を製造している。
これに対して工業用水を原水とする場合は活性炭処理、
強酸性カチオン交換、脱気、強塩基性アニオン交換、膜
分離の各工程を経て一次純水を製造している。しかし原
水ごとに別の処理法により一次純水を製造すると、処理
装置および操作が複雑となり、製造コストが高くなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで工業用水と半導
体製造排水を混合して処理を行うと、膜分離装置等にお
いてスケールが付着して、処理水量が低下するととも
に、処理水質が低下する。特に膜分離装置の脱塩機能を
活かし、膜分離装置を前段に設置する場合に、その傾向
が大きい。

【０００５】本発明の目的は、半導体製造排水と工業用
水を混合して原水としても、膜分離装置等におけるスケ
ールの生成による処理水量および処理水質の低下を防止
することができ、これにより簡単な処理装置と操作によ
り、高水質の純水を高処理水量で製造することができる
純水製造方法および装置を提案することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は次の純水製造方
法および装置である。（１）工業用水と半導体製造排水を混合し、混合原水を
脱イオンして純水を製造する方法において、工業用水を
軟化したのち半導体製造排水を混合し、混合原水を脱イ
オンすることを特徴とする純水製造方法。（２）工業用水を軟化する軟化装置と、軟化された工業
用水を半導体製造排水と混合して混合原水とする混合装
置と、混合原水を脱イオンする脱イオン装置とを含むこ
とを特徴とする純水製造装置。（３）軟化装置が強酸性カチオン交換樹脂と弱酸性カチ
オン交換樹脂を容量比で１：９〜１０：０の割合で充填
したものである上記（２）記載の装置。（４）脱イオン装置が膜分離装置を含むものである上記
（２）または（３）記載の装置。

【０００７】本発明において原水として用いる工業用水
は、水道水、地下水、河川水など、一般に純水製造の原
水として用いられるものが、そのまま使用できる。この
工業用水は、凝集沈殿処理等の前処理を行うことができ
る。これらの工業用水は、通常カルシウム、マグネシウ
ム等の硬度成分を含んでいる。他の原水として用いる半
導体製造排水は、半導体製造工程から排出される洗浄排
水その他の排水であって、フッ素イオンを含む排水であ
る。半導体製造排水は予め活性炭処理等の前処理を行う
ことができる。

【０００８】このような工業用水および半導体製造排水
を混合して脱イオン処理を行うとスケールが生成し、特
に膜分離装置においてスケールが生成すると、分離膜が
目詰まりし、処理水量および処理水質が低下する。その
原因を調べたところ、半導体製造排水中のフッ素イオン
と工業用水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオ
ン、アルミニウムイオンが反応してフッ化カルシウム、
フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウムナトリウム等
のコロイドが生成するためであることがわかった。この
ようなフッ化カルシウム等のスケールが分離膜に付着す
ると、薬品洗浄を行っても容易に性能が回復せず、処理
水量が低下するとともに、付着物が少しずつ溶出して、
処理水質が低下する。

【０００９】本発明では、このようなフッ化カルシウム
等の生成を防止するために、予め工業用水を軟化したの
ち、半導体製造排水と混合して混合原水とする。両者の
混合割合は任意である。混合は両者を貯槽に導入するこ
とにより行うことができる。

【００１０】本発明において、工業用水の軟化に用いる
軟化装置としては、工業用水中のカルシウムイオン、マ
グネシウムイオン等の硬度成分を除去し、あるいはナト
リウムイオン等とイオン交換できるものであればよい。
このような軟化装置にはＨ形強酸性カチオン交換樹脂、
Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂、Ｈ形弱酸性カチオン交
換樹脂などを充填することができる。

【００１１】このうち弱酸性カチオン交換樹脂は再生が
容易であるが、中性塩分解能がないので、強酸性カチオ
ン交換樹脂と組合せて使用するのが好ましい。強酸性カ
チオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂は、容量比で
１：９〜１０：０の割合で使用できるが、強酸性カチオ
ン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂、特にＨ形強酸性
カチオン交換樹脂とＨ形弱酸性カチオン交換樹脂を容量
比で２：８〜８：２とするのが好ましい。軟化装置の通
水速度はＳＶ１０〜３０ｈｒ^-1、再生剤使用量はカル
シウムおよびマグネシウムイオンの１７０当量％以下と
することができる。

【００１２】工業用水処理系には、軟化装置の後に脱炭
酸装置を設けるのが好ましい。この脱炭酸装置は酸性下
に炭酸を除去する装置であり、気液接触式、真空式など
任意の形式のものが使用できる。気液接触式の場合、Ｇ
／Ｌ比（Ｎ−ｍ³／ｍ³）５〜２０の範囲が好ましい。

【００１３】混合原水を得るための混合装置は工業用水
の軟化処理水と半導体製造排水を混合できるものであれ
ばよく、一般的には混合水槽が用いられるが、単にパイ
プを接続するだけでもよい。脱炭酸装置を用いる場合
は、脱炭酸処理水が得られる水槽を混合水槽として用い
ることができる。

【００１４】混合原水を脱イオンする脱イオン装置とし
ては、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置等の膜分離装置、イオ
ン交換装置あるいはこれらの組合せからなるものが使用
できる。本発明では工業用水を軟化してフッ化カルシウ
ム等の生成を防止するため、膜分離装置を使用してもス
ケール化による性能低下は少ない。脱イオン装置として
膜分離装置を採用すると、イオン交換装置における再生
工程が省略できる利点がある。

【００１５】脱イオン用の膜分離装置としては、ＲＯ膜
を用いて膜分離によりイオンを分離するＲＯ装置があげ
られる。このような膜分離装置としては、スパイラル
型、チューブラー型、ホローファイバ型など、任意の形
式のモジュールを備えたものを用いることができるが、
生物濾過装置を組合せて用いるときは、後述のような集
水管の外周に波形板のスペーサを介してＲＯ膜を巻付け
たスパイラル形モジュールを備えたものが好ましい。膜
分離装置はイオン交換装置と組合せて用いることができ
る。膜分離装置のみを脱イオン装置とする場合は、複数
のものをシリーズに接続することにより、処理水純度を
高くすることができる。

【００１６】脱イオン用のイオン交換装置としては、カ
チオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を用いる２塔式、複
床式、混床式、これらを組合せたものなど、任意のもの
が用いられる。またＲＯ装置と組合せて使用するときは
混床式を用いるのが好ましい。

【００１７】工業用水および／または半導体製造排水が
有機物、懸濁物等の不純物を含む場合には、混合原水と
する前または混合原水とした後脱イオン前に、前処理装
置を設けてこれらの不純物を除去するのが好ましい。こ
のような前処理装置としては、ミリポアフィルタ（Ｍ
Ｆ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜等を用いた膜分離装置、生
物濾過装置、紫外線（ＵＶ）酸化装置、活性炭吸着装置
等が使用できるが、生物濾過装置と波形板スペーサを用
いた膜分離装置の組合せが好ましい。

【００１８】生物濾過装置は、固定床もしくは流動床を
形成する粒状の担体または空隙率の高い充填材に生物汚
泥を付着させたり、あるいは生物汚泥を浮遊状態で保持
した濾過槽に、好気状態で混合原水を通過させて、有機
物を生物分解するとともに、懸濁物を捕捉するように構
成される。

【００１９】波形板スペーサを用いた膜分離装置は、特
開昭６４−４７４０４号、特開昭６４−５１１０５号に
開示されているように、集水管の外周の波形板のスペー
サを介してＵＦ膜等の分離膜をスパイラルに巻付けた構
造で、スペーサは巻付方向と交差する方向に、波形によ
って形成される連続した被処理水路を有し、被処理水路
はその延長方向に対して蛇行流路となるか、あるいは凹
凸部によって乱流を生じ、固形物が被処理液流路内に堆
積して閉塞しないようになったものが好ましい。

【００２０】

【作用】本発明の純水製造装置による純水製造方法は、
軟化装置において工業用水を軟化したのち、混合装置に
おいて半導体製造排水と混合し、混合原水を脱イオン装
置において脱イオンして純水を製造する。このとき軟化
により工業用水中のカルシウムイオン、マグネシウムイ
オン等の硬度成分が除去されるので、半導体製造排水と
混合しても不溶性のフッ化物は生成せず、スケール化は
起こらない。

【００２１】軟化装置に強酸性カチオン交換樹脂と弱酸
性カチオン交換樹脂を混合して用いる場合は、強酸性カ
チオン交換樹脂により中性塩が分解されて、酸性となる
ため、弱酸性カチオン交換樹脂によるカルシウムの除去
も可能になる。そして弱酸性カチオン交換樹脂を用いる
ため、再生は容易になる。

【００２２】脱イオン装置として膜分離装置を用いる
と、イオン交換装置に比べて再生操作は軽減される。そ
してこの場合、軟化により硬度成分が除去されるから、
スケールは生成せず、分離膜の目詰まりは防止される。
このため処理水量および処理水質を高くすることができ
る。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１および図２はそれぞれ別の実施例による純水製
造装置を示すフローシートである。図において、１は工
業用水供給路、２は半導体製造排水供給路、３は軟化装
置、４は脱炭酸装置、５は生物濾過装置、６は調整槽、
７はＵＦ膜分離装置、８は調整槽、９、１０はＲＯ膜分
離装置、１１は純水取出路である。

【００２４】軟化装置３はＨ形強酸性カチオン交換樹脂
とＨ形弱酸性カチオン交換樹脂を容量比で１：９〜１
０：０の割合で混合した軟化材層１２が充填され、工業
用水を軟化するように構成されている。脱炭酸装置４は
上部に設けられた充填材層１３上に軟化水を導入し、ブ
ロア１４によって下部から導入されるガスと気液接触さ
せて、炭酸ガスを放出するように構成されている。脱炭
酸装置４の下部には混合水槽１５が形成されている。

【００２５】生物濾過装置５は粒状担体に生物汚泥を付
着させた生物濾過層１６を備え、好気性下に混合原水を
通過させて、有機物を生物分解するようになっている。
ＵＦ膜分離装置７は、集水管の外周に蛇行する被処理水
路を形成した波形板からなるスペーサを介してＵＦ膜を
スパイラル形に巻付けたＵＦ膜モジュール１７を有し、
有機物および懸濁物等の不純物を分離するように形成さ
れている。

【００２６】ＲＯ膜分離装置９、１０は２段にシリーズ
に接続されて脱イオン装置を構成している。それぞれの
ＲＯ膜モジュール１８、１９はスパライル型、チューブ
ラー型、ホローファイバ型など任意のものが使用できる
が、集水管の外周に蛇行する被処理水路を形成した波形
板からなるスペーサを介してＲＯ膜をスパイラルに巻付
けたものが好ましい。

【００２７】図１では工業用水供給路１が連続する軟化
装置３と脱炭酸装置４は連絡路２１で連絡し、半導体製
造排水供給路２は混合水槽１５に連絡している。混合水
槽１５、生物濾過装置５、調整槽６、ＵＦ膜分離装置
７、調整槽８、ＲＯ膜分離装置９、１０はそれぞれ連絡
路２２〜２７でシリーズに連絡している。２８、２９、
３０、３１はポンプ、３２、３３は濃縮液取出路、３４
は循環路である。

【００２８】図２では、半導体製造排水供給路２はポン
プ２８を介して生物濾過装置５に連続し、ＵＦ膜分離装
置７から連絡路２５が混合水槽１５に連絡している。そ
して混合水槽１５から連絡路２６がポンプ３０を介して
ＲＯ膜分離装置９に連絡し、循環路３４はＲＯ膜分離装
置１０から混合水槽１５に連絡している。他の構成は図
１と同様である。

【００２９】上記の純水製造装置による純水製造方法は
次の通りである。図１では工業用水供給路１から供給さ
れる工業用水は、軟化装置３を通過することにより、カ
ルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分が除
去されて軟化される。軟化水は連絡管２１から脱炭酸装
置４に入り、充填材層１３を通る間にブロア１４から吹
込まれるガスと交液接触して脱炭酸され、混合水槽１５
に落下する。

【００３０】混合水槽１５では半導体製造排水供給路２
から供給される半導体製造排水と脱炭酸水が混合され、
混合原水となる。この場合硬度成分は除去されているの
で、フッ化カルシウム等の不溶性塩は生成しない。混合
原水はポンプ２８により生物濾過装置５に供給され、好
気性下に生物濾過層１６を通過することにより、有機物
は生物分解され、懸濁物は除去される。生物濾過水は調
整槽６に貯留され、ここで重質の懸濁物は沈降して除去
される。

【００３１】調整槽６内の生物濾過水はポンプ２９でＵ
Ｆ膜分離装置７に供給され、生物汚泥等の固形物および
有機物がＵＦ膜分離により分離される。このときモジュ
ール１７の被処理水路は波形板スペーサにより蛇行流路
となっているため固形物は堆積せず、分離膜の目詰まり
は生じない。そして膜分離による濃縮液は濃縮液取出路
３２から取出され、透過液は連絡路２５から調整槽８に
導入される。

【００３２】調整槽８の被処理水はポンプ３０によりＲ
Ｏ膜分離装置９に供給され、膜分離により脱イオンさ
れ、濃縮液は濃縮液取出路３３から取出され、透過液は
ポンプ３１によりＲＯ膜分離装置１０に供給される。Ｒ
Ｏ膜分離装置１０ではさらに膜分離による脱イオンが行
われ、濃縮液は循環路３４から調整槽８に循環し、透過
液は純水取出路１１から純水として取出される。モジュ
ール１８、１９として波形板スペーサを用いたスパライ
ルモジュールを用いた場合は乱流により固形物の堆積は
防止される。

【００３３】軟化装置３は酸を通液とすることにより再
生されるが、弱酸性カチオン交換樹脂を用いると再生は
容易になる。Ｎａ形で用いる場合は食塩で再生すること
ができる。脱イオン装置としてイオン交換装置を採用す
る場合も、カチオン交換樹脂は酸により、アニオン交換
樹脂はアルカリにより再生することができる。ＵＦ膜分
離装置７、ＲＯ膜分離装置９、１０の性能が低下した場
合は、逆方向に水を透過させたり、物理的または化学的
に洗浄を行うなどの方法により性能を回復することがで
きる。

【００３４】上記の方法においては、軟化装置３におい
て工業用水中の硬度成分が除去されるため、半導体製造
排水中にフッ素イオンが含まれている場合でも、スケー
ル化が防止される。このためＵＦ膜分離装置７、ＲＯ膜
分離装置９、１０において、スケール化による処理能力
や処理水質の低下は防止される。このため脱イオン装置
として膜分離装置９、１０を用いることができ、これに
よりイオン交換装置におけるようなはん雑な再生操作を
省略することができる。もちろんイオン交換装置を用い
ることは差支えない。

【００３５】図２の装置においては、半導体製造排水は
ポンプ２８により生物濾過装置５に供給され、ここで有
機物を分解し、懸濁物を除去した後ＵＦ膜分離装置７
で、流出する有機物および固形物を膜分離により除去す
る。そして透過液を連絡路２５から混合水槽１５に導入
し、脱炭酸水と混合して混合原水とする。混合原水はポ
ンプ３０によりＲＯ膜分離装置９に導入し、前記と同様
に膜分離により脱イオンして純水取出路１１から純水を
得る。

【００３６】図１の装置は工業用水と半導体製造排水の
両方に有機物が多量に含まれる場合に適し、図２の装置
は半導体製造排水だけに有機物が多量に含まれる場合に
適する。両方の排水とも有機物が多量に含まれない場合
には、生物濾過装置および／またはＵＦ膜分離装置を省
略することができる。

【００３７】上記図１および図２を中心とした純水製造
装置の説明は、１次純水製造工程に関する説明であった
が、超純水を製造する場合は、さらにＵＶ酸化、混床式
イオン交換、膜分離などの２次純水製造工程による処理
を行うことができる。

【００３８】試験例１強酸性カチオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂を容
量比２：８で混合して軟化装置に充填し、樹脂１ｌｉ
ｔｅｒあたり６０ｇの塩酸で再生してＨ形とした。これ
にＣａ：６０ｍｇ／ｌ、Ｍｇ：２２ｍｇ／ｌ、ＨＣ
Ｏ₃：５０ｍｇ／ｌ（いずれもＣａＣＯ₃として）の工業
用水をＳＶ７０ｈｒ^-1で通水して軟化を行った。３サ
イクル目の処理水の電導度（μＳ／ｃｍ）、ｐＨ、硬度
ＴＨ（ｍｇ／ｌＣａＣＯ₃として）の変化を図３に示
す。

【００３９】試験例２弱酸性カチオン交換樹脂のみを充填して試験例１と同様
に試験した結果を図４に示す。以上の結果から、弱酸性
カチオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂を混合使用
することにより、低再生レベルで効率よく硬度成分を除
去できることがわかる。

【００４０】試験例３図１の装置において、工業用水を濾過したのち、試験例
１で用いた軟化装置に通水して軟化し、脱炭酸した処理
水に半導体製造排水を混合した。混合原水を生物濾過お
よびＵＦ膜分離し、２段ＲＯ膜分離（全体の水回収率８
５％）して純水を製造したところ、スケール生成による
処理性能および処理水質の低下は発生しなかった。この
ときの各部の水質を表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【発明の効果】本発明の純水製造方法および装置におい
ては、工業用水を軟化したのち半導体製造排水と混合し
て脱イオンするようにしたので、不溶性塩の生成による
スケール化を防止することができ、脱イオン工程におい
て膜分離装置を用いる場合でも、分離の目詰まりによる
処理性能および処理水質の低下を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の純水製造装置のフローシートである。

【図２】他の実施例の純水製造装置のフローシートであ
る。

【図３】試験例１の結果を示すグラフである。

【図４】試験例２の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１工業用水供給路２半導体製造排水供給路３軟化装置４脱炭酸装置５生物濾過装置６、８調整槽７ＵＦ膜分離装置９、１０ＲＯ膜分離装置１１純水取出路１２軟化材層１３充填材層１４ブロア１５混合水槽１６生物濾過層１７ＵＦ膜モジュール１８、１９ＲＯ膜モジュール２１〜２７連絡路２８〜３１ポンプ３２、３３濃縮液取出路３４循環路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工業用水と半導体製造排水を混合し、混
合原水を脱イオンして純水を製造する方法において、工業用水を軟化したのち半導体製造排水を混合し、混合
原水を脱イオンすることを特徴とする純水製造方法。
【請求項２】工業用水を軟化する軟化装置と、軟化された工業用水を半導体製造排水と混合して混合原
水とする混合装置と、混合原水を脱イオンする脱イオン装置とを含むことを特
徴とする純水製造装置。
【請求項３】軟化装置が強酸性カチオン交換樹脂と弱
酸性カチオン交換樹脂を容量比で１：９〜１０：０の割
合で充填したものである請求項２記載の装置。
【請求項４】脱イオン装置が膜分離装置を含むもので
ある請求項２または３記載の装置。