JPH074592B2 - 超純水の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は半導体製造用および医薬製造用等に用いられる
超純水の製造方法に関するものであり、特に一次系純水
製造装置から得られる一次純水を更に処理して超純水を
得る方法に関するものである。

＜従来技術＞ 半導体製造および医薬製造に用いられる水には電解質、
微粒子、生菌等が極めて少ない高度に精製された超高度
純水、いわゆる超純水が必要とされている。

近年、これらの工業技術が高度化されるに従い、要求さ
れる水質も高くなってきており、更に高度に精製した超
純水の製造が必要になっている。

超純水は従来から下記のようなシステムの組合せで製造
されるのが一般的である。まず凝集装置、濾過装置等で
原水中のコロイド状物質の除去を行い、次に純水装置、
逆浸透装置、脱気装置、ミックスベッドポリシャー等で
大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行い、このよう
な一次系純水製造装置から得られる一次純水を更に殺菌
およびまたは有機物分解をするための紫外線照射装置、
ポリシャー装置、膜分離装置等からなる二次系純水製造
装置で、前記一次純水に僅かに残留している極微量の不
純物の除去を最終的に行い超純水を製造するのである。

上記の一連の装置により製造された超純水は各ユースポ
イントまで供給されるが、供給配管内での汚染を防止す
るために二次系純水製造装置は一次系純水製造装置とは
離れてユースポイント近傍に設置されることが多い。

二次系純水製造装置に用いられる膜分離装置は限外濾過
膜や逆浸透膜から選択される透過膜を内蔵するものであ
り、特に超純水中への微細な非イオン性物質の混入を防
止するために、二次系純水製造装置においては当該膜分
離装置の設置が必須であるとされており、二次系純水製
造装置の末端に設置される（例えば特開昭61−111190号
公報）。

しかし、この二次系純水製造装置に用いられる膜分離装
置は透過膜表面で一次系システムで除去できなかった微
粒子、あるいは配管材等より溶出した有機物等の微細な
非イオン物質を捕捉すると、これが膜表面に付着して圧
力損失が増大して超純水の生産量が減少してくる。

このため、従来からこのように圧力損失が増大して超純
水の生産量が減少した透過膜は洗浄を行い圧力損失の回
復が計られる。透過膜の洗浄は圧力損失が所定の値に達
すると行われるが、この洗浄工程では薬品が用いられる
場合が多く、システムを薬品でよごすため系列内では洗
浄しないのが普通である。したがって、圧力損失が増大
した透過膜は別に設置した専用の洗浄設備で、洗浄に適
した薬品で洗浄が行われるが、系列内に設置し直す前に
洗浄に用いた薬品を更に洗浄する必要があり大量の超純
水が消費される。また設置し直した後に二次系純水製造
装置全体をクリーンアップする必要があるなど、透過膜
の洗浄は非常に高度の技術と多額の費用を必要とする。

更に、洗浄を繰り返すことにより透過膜の膜劣化も懸念
されることになる。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 本発明は上述した従来の二次系純水製造装置に用いられ
る膜分離装置の圧力損失の増大を防止することができる
超純水の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

更に膜分離装置の圧力損失の増大を防止することによ
り、前記薬品洗浄の回数を減少させて、洗浄に要する超
純水の消費を大幅に低下させることを目的とするもので
ある。

＜問題点を解決するための手段＞ 上述目的を達成するためになされた本発明よりなる超純
水の製造方法は、一次純水製造装置から得られる一次純
水を更に処理して超純水を得るに当たり、当該一次純水
を紫外線照射装置、イオン交換樹脂が充填されたポリシ
ャー装置の順に、あるいはイオン交換樹脂が充填された
ポリシャー装置、紫外線照射装置の順に処理し、次いで
プラス荷電を有する精密濾過膜を内蔵したカートリッジ
型精密濾過器、更に限外濾過膜を内蔵したクロスフロー
型の膜分離装置の順に処理するようにしたところにあ
る。

以下に本発明を詳細に説明する。

超純水製造工程では前述したごとく上水、井水、河川水
等を原水として一次系純水製造装置で一次純水を製造す
るが、まず原水の水質に応じて前処理が行なわれる。前
処理装置としては凝集処理、濾過処理、活性炭処理等を
組み合わせて実施される。

そして前処理を通過した原水は、通常の純水製造に適用
されるたとえば２床３塔式の純水装置およびまたは混床
式純水装置、更に逆浸透膜装置で処理される。あるい
は、逆浸透膜装置を先に置き次に２床３塔式の純水装置
およびまたは混床式純水装置の順で処理される場合もあ
る。

このような一次系純水製造装置で原水中の大部分の電解
質、微粒子、生菌類等が除去され、通常比抵抗が10〜15
MΩ・cm、微粒子数が100〜500個/ml、生菌数10個/ml以
下程度の一次純水が得られる。

一次系純水製造装置で得られた一次純水は次いで本発明
の二次系純水製造装置で更に処理され、一次系純水製造
装置で除去され得なかった電解質、微粒子、生菌類等が
更に除去され超純水のユースポイントに供給される。

第一図は本発明の実施態様の一例の二次系純水製造装置
のフローを示す説明図である。

ユースポイント７における水質を維持するため、二次系
純水製造装置の末端に設置される膜分離装置６の透過水
は循環ライン８を使い常に循環させるシステムとする。
なお図に記載していないが、膜分離装置６の非透過水は
一次純水製造装置に戻し回収する。

図中１は一次純水槽で一次系純水製造装置（図示せず）
で製造された一次純水を一旦貯蔵するもので、当該一次
純水は送水ポンプ２でまず紫外線照射装置３に導入され
る。

紫外線照射装置では紫外線の殺菌効果を利用して一次純
水中のバクテリア等の生菌を殺菌するために紫外線が照
射される。波長としては254nm付近、照射量として50000
μワット・秒／cm²程度が採用される。なお254nm付近の
波長は一般に殺菌線と言われるもので、主に殺菌の目的
で使用されるが、185nm付近の波長も含まれており、当
該波長は特に水中の有機物の分解に効果があるので、殺
菌とともに水中の有機物も分解される。また当該紫外線
照射装置で185nm付近の紫外線を主に照射して水中の有
機物の分解を主目的とし、そこに含まれる254nm付近の
波長で同時に殺菌することもできる。

紫外線照射された純水は引続いてポリシャー装置４に導
入される。

ポリシャー装置４はほぼ完全に再生された強塩基性陰イ
オン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂の混合層からな
っている。通常ポリシャー用樹脂の強塩基性陰イオン交
換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂を系外で再生し混合状
態にしてカートリッジ式のイオン交換塔に充填して用い
る。

上述のポリシャー装置４から流出する純水はプリーツ
状、平板状等の0.1〜１μｍの孔径をもつカートリッジ
濾過体（精密濾過膜）を内蔵するカートリッジ型精密濾
過器５に供給され、その全量をいわゆる直行流型で濾過
し、その濾過水を続いてポリアクリロニトリル、ポリア
ミド、ポリスルフォン等を主体とした限外濾過膜からな
る透過膜を内蔵した膜分離装置６に供給される。当該膜
分離装置６により、その上流の諸処理により除去できな
かった特に微細な非イオン性物質が除去され、得られる
透過水である高度に精製された超高純度純水は超純水と
してユースポイント７に供給される。この超純水の水質
は比抵抗16〜18MΩ・cm、微粒子数20〜50個/ml以下、生
菌数１個/ml以下である。

従来の二次系純水製造装置では、限外濾過膜内蔵の膜分
離装置６への流入水をその前段でカートリッジ型精密濾
過器で処理することは行われてなく、したがって前述し
たごとく比較的短期間で圧力損失が増大するが、本発明
のように当該膜分離装置６の前段でその流入水をカート
リッジ型精密濾過器５で処理すると膜分離装置６の圧力
損失の上昇傾向は大幅に軽減される。またカートリッジ
型精密濾過器自身の圧力損失も比較的長期間使用しても
ほとんど上昇しない。

＜作用＞ このように二次系純水製造装置において、本発明のごと
くカートリッジ型精密濾過器を通過させた高純度純水を
膜分離装置に供給すると、如何なる理由により膜分離装
置の圧力損失の上昇傾向を大幅に軽減出来るのかは明確
には解明されていないが、微細な非イオン性物質はカー
トリッジ型濾過器を通過する際に、内蔵するカートリッ
ジ濾過体により、電気的に吸着除去されるものと考えら
れる。なお本発明に用いるカートリッジ型濾過器に使用
するカートリッジ濾過体としてはプリーツ状、平板状等
いずれの形態でもよく、またその材質はポリスルフォ
ン、66−ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル等い
ずれでも良いが、特にプラス荷電を有するカートリッジ
濾過体を用いた方が後段の膜分離装置の圧力損失の上昇
傾向を効果的に抑制することができる。なお通水流速は
0.7〜2.9m³／m²・hr付近が採用される。

また第１図に示した実施態様は紫外線照射装置をポリシ
ャー装置の前段に設置した例を示したが、ポリシャー装
置、紫外線照射装置、カートリッジ型精密濾過器、膜分
離装置の順で処理しても本発明の効果は同じである。

次に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は次の
実施例に限定されるものではない。

実施例１ 工業用水（工水）に凝集剤を添加し、濾材としてアンス
ラサイトと砂を２層に充填した凝集濾過器に通水をした
あと、強酸性陽イオン交換樹脂、アンバーライト（登録
商標、以下同様）IR−124を充填した陽イオン交換塔、
遊離炭酸を除去する脱炭酸塔を経て、弱塩基性陰イオン
交換樹脂アンバーライトIRA−94および強塩基性陰イオ
ン交換樹アンバーライトIRA−400を充填した陰イオン交
換塔に順次通水を行い、次いで逆浸透膜SC−1200（東レ
株式会社製）を装備した逆浸透装置で操作圧20kg/cm²、
回収率85％で処理し、さらにアンバーライト200Cとアン
バーライトIRA−900が1:1の割合の混合樹脂層からなる
ミックスベッドポリシャーに通水して処理を行いその流
出水を一次純水とした。

当該一次純水の平均水質は第１表のようであった。

上述の一次純水を第１図に示される本発明によるフロー
からなる二次系純水製造装置により超純水の製造を行っ
た。

一次純水は一旦FRP製の一次純水貯槽に貯蔵した後、送
水ポンプで供給するようにした。

一次系純水製造装置と二次系純水製造装置の距離は約20
0mであった。

二次系純水製造装置は生菌対策としてまず紫外線照射装
置を設け、UV光253.7nmを利用し、系内の生菌数を出来
るだけ少なくした。

紫外線照射装置の後段には外部で特別のコンデショニン
グおよび再生を行った強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基
性陰イオン交換樹脂とを1:1の割合で混合したカートリ
ッジ式のカラムに充填したポリシャー装置を設置し、前
記紫外線照射装置の処理水を通水した。なお通水流速は
SV30hr^-1とした。

ポリシャー装置に続いて目開き0.2μｍ、プラス荷電を
有するプリーツ状カートリッジ濾過体を内蔵するカート
リッジ型精密濾過器を設置し、前記ポリシャー装置の処
理水を全量、直行流で通水した。また濾過流速は約0.6m
³／m²・hrとした。

膜分離装置としては限外濾過膜FCV−3010（旭化成工業
株式会社製）を装着したものを用い、前記カートリッジ
型精密濾過器の濾過水を通水した。なお入口圧力3.0kg/
cm²、透過水回収率90％で運転した。

上述のような本発明の二次系純水製造装置において超純
水を製造した時の、膜分離装置の差圧の上昇を第２図Ａ
（実線）に示した。

第２図Ａに示すごとく実施例１においては通水日数が10
0日を経ても膜分離装置の差圧は初期差圧を保ってお
り、透過膜の薬品洗浄は全く必要がなかった。なおカー
トリッジ型精密濾過器の差圧も通水日数が100を経ても
ほとんど上昇しなかった。

比較例１ 実施例１のフローにおいて、カートリッジ型精密濾過器
を設置しないで従来の処理方法、すなわち紫外線照射装
置、ポリシャー装置、膜分離装置の順に処理した時の膜
分離装置の差圧の上昇を第２図Ｃ（点線）に示した。な
お第２図においてグラフＣに矢印が付している部分は薬
品洗浄操作を示している。

この比較例１においては通水日数が約27日を経過すると
差圧が2.2kg/cm²に上昇し、薬品洗浄の必要が生じた。
薬品洗浄を実施すると差圧は回復するが、ほぼ同様なピ
ッチで差圧が上昇し、約27日間の周期で薬品洗浄の必要
が生じた。

比較例２ カートリッジ型精密濾過器に用いるカートリッジ濾過体
として目開き0.2μｍ、荷電を有しないプリーツ状カー
トリッジ濾過体を用いる他は実施例１と同一条件とし
て、膜分離装置の差圧の上昇を測定した。その結果を第
２図Ｂ（一点鎖線）に示した。

この比較例２においては、通水日数が80日を越えたあた
りから膜分離装置の差圧がやや上昇する傾向を示した。
但し通水日数が100日を越えても比較例１に比べれば、
膜分離装置の薬品洗浄を必要とする程には差圧の上昇は
なかった。なお、カートリッジ型精密濾過器の差圧は、
実施例１と同様に通水日数が100日を越えても上昇しな
かった。

＜発明の効果＞ 以上の実施例の説明で明らかな通り、一次純水製造装置
から得られる一次純水を更に処理して超純水を得るに当
たり、当該一次純水を紫外線照射装置、イオン交換樹脂
が充填されたポリシャー装置の順に、あるいはイオン交
換樹脂が充填されたポリシャー装置、紫外線照射装置の
順に処理し、次いでプラス荷電を有する精密濾過膜を内
蔵したカートリッジ型精密濾過器、更に限外濾過膜を内
蔵したクロスフロー型の膜分離装置の順に処理するよう
にした本発明方法によれば、カートリッジ型精密濾過器
を前段に設けていない従来例に比べれば、二次純水製造
装置の末端に配置される膜分離装置に内蔵された限外濾
過膜の圧力損失の上昇傾向を劇的に軽減させることがで
き、また非荷電のカートリッジ型精密濾過膜を用いた場
合に比べても明らかに限外濾過膜の圧力損失の上昇傾向
を軽減させることができ、これによって膜分離装置の濾
過能力を回復させる洗浄回数を少なくできて、洗浄工程
に要する超純水の消費量を大幅に減少することができる
という効果が得られる。

また、洗浄回数の減少により膜自体の寿命を長期化させ
ることができるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様の一例のフローを示す図であ
る。 第２図は実施例１、比較例１、比較例２における膜分離
装置の差圧の上昇変化を示すグラフであり、縦軸は透過
膜の差圧（kg/cm²）を横軸は通水日数（日）を示す。 １…一次純水貯槽、２…送水ポンプ ３…紫外線殺菌装置、４…ポリシャー装置 ５…カートリッジ型精密濾過器 ６…膜分離装置、７…ユースポイント ８…循環ライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次純水製造装置から得られる一次純水を
   更に処理して超純水を得るに当たり、当該一次純水を紫
   外線照射装置、イオン交換樹脂が充填されたポリシャー
   装置の順、あるいはイオン交換樹脂が充填されたポリシ
   ャー装置、紫外線照射装置の順に処理し、次いでプラス
   荷電を有する精密濾過膜を内蔵したカートリッジ型精密
   濾過器、更に限外濾過膜を内蔵したクロスフロー型の膜
   分離装置の順に処理することを特徴とする超純水の製造
   方法。