JPH09155371A - 超純水製造装置 - Google Patents

超純水製造装置

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JPH09155371A
JPH09155371A JP8211190A JP21119096A JPH09155371A JP H09155371 A JPH09155371 A JP H09155371A JP 8211190 A JP8211190 A JP 8211190A JP 21119096 A JP21119096 A JP 21119096A JP H09155371 A JPH09155371 A JP H09155371A
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ultrapure water
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寛治 中村
Masahide Shibata
雅秀 柴田
Hiromi Ando
裕美 安藤
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  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超純水製造システムの微生物の増殖によるト
ラブルを防止する。 【解決手段】 膜分離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製造システムBに、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13と、その処理水が導入されるマイクロフィ
ルターからなる菌体分離器14とを有する生物処理手段
Fを設ける。 【効果】 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。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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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。
【0002】
【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
(H2 Oのみからなる水)の比抵抗18.24MΩ・c
mに極めて近く、17〜18MΩ・cmの比抵抗を有す
る純水である。
【0003】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。
【0004】例えば、超純水を用いた半導体ウェーハ洗
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
プロセスは図2に示す通りである。図2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。
【0005】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、超純水製造システムBに戻される。この超純
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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような超純水製造
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装置等の超純水製造装置にトラブルが生
じる原因となる。
【0007】
【課題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・除去するためのマイクロフィルターからな
る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。
【0008】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
導入されるマイクロフィルターからなる菌体分離器とを
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。
【0009】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。
【0010】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。
【0011】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。
【0012】ところで、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。
【0013】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。
【0014】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。
【0015】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TOC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4〜5×103
N/mlに増殖し、TOCが50ppb残存する場合に
は約2×105 N/ml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103 〜104 N/ml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、105N/ml以上にも達
することが確認された。
【0016】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(図2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。
【0017】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TOC、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。
【0018】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。
【0019】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。
【0020】TOCの除去の程度としては、純水中のT
OCが10ppb以下好ましくは1ppb以下となるよ
うにするのが好ましい。
【0021】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。
【0022】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。
【0023】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。
【0024】図3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、TOC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μ
max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T
OC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。
【0025】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【0026】図1は本発明の純水製造装置を、図2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。
なお図1において、A、C、D、Eのシステムの構成は
図2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。
【0027】図1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T
OC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。
【0028】生物反応槽13におけるかかる反応によ
り、有機炭素はCO2 あるいは菌体となる。菌体は後続
の菌体分離器14において、マイクロフィルターで捕捉
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。
【0029】なお、図1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。
【0030】なお、図1の実施例においては、図2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A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。
【0031】また、図1の実施例においては、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、超純水製造装置
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。
【0032】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。
【0033】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。
【0034】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の超純水製造
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。
【0035】本発明の装置により製造された超純水は、
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、RO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、効率的な超純水製造を実施する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超純水製造装置を採用した超純水製造
・回収システムを示す系統図である。
【図2】一般的な超純水製造・回収システムを示す系統
図である。
【図3】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。
【符号の説明】
A 回収システム B 超純水製造システム 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 (1)

    【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マイク
    ロフィルターからな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。
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