JPH09253638A - 超純水製造装置 - Google Patents

超純水製造装置

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JPH09253638A
JPH09253638A JP7051196A JP7051196A JPH09253638A JP H09253638 A JPH09253638 A JP H09253638A JP 7051196 A JP7051196 A JP 7051196A JP 7051196 A JP7051196 A JP 7051196A JP H09253638 A JPH09253638 A JP H09253638A
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JP
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water
treated
degassing
membrane
organic matter
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JP7051196A
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English (en)
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Masahiko Kogure
雅彦 木暮
Tsugi Abe
嗣 阿部
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Nomura Micro Science Co Ltd
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Nomura Micro Science Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微量の有機物を含む被処理水の有機物を、2
次純水製造ラインにおけるイオン交換装置の負荷を増大
させたり、微粒子数を増大させたりせずに、運転コスト
を安く、ほぼ完全に除去することを可能とした超純水製
造装置を提供すること。 【解決手段】 1次純水をカチオン交換した後、含有さ
れた有機物を分解するために非処理水に紫外線を照射し
て膜脱気を行い、前記非処理水中に含まれた二酸化炭素
等の溶存気体を除去する。次いで、二酸化炭素等の溶存
気体が除去された被処理水に対してイオン交換を行うこ
とにより、処理水中に含まれた溶存イオンを除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶や半導体素子
を製造する電子工業、原子力発電所、医薬製造工場等で
広く利用される超純水の製造装置に係り、特に、水中に
微量存在する有機物をイオン交換装置の負荷を増大させ
ずに除去するようにした超純水製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶や半導体素子(LSI)の集
積度の向上にともない、シリコンウエハ等の基板表面上
への極微量物質による汚染の影響が大きな問題となって
おり、これらの製造プロセスで使用される超純水の清浄
度向上に対する要求は益々高まっている。
【0003】一般に、超純水を製造する設備は、凝集槽
や二層濾過器により原水中の濁質やコロイド物質を凝集
・沈澱・瀘過する前処理ラインと、逆浸透装置(RO)
または2床3塔型イオン交換装置と混床式イオン交換塔
を組合せて大部分のイオンなどの溶解性物質や微粒子を
除去する1次純水ラインと、カートリッジ式イオン交換
塔、逆浸透装置、限界濾過装置(UF)、紫外線殺菌装
置(UV)等により1次純水をさらに精製し、有機物や
残留イオン、微粒子、溶存気体等を除去する2次純水ラ
インとから構成されている。
【0004】2次純水ラインにおいては、有機物は紫外
線照射装置により二酸化炭素や有機酸等に酸化分解する
工程を経てイオン交換装置によって除去され、微粒子や
無機イオン類は、逆浸透装置、限外濾過装置、イオン交
換装置等を通過する過程で除去される。
【0005】ところで、このように、微量有機物を紫外
線照射により二酸化炭素にまで分解し、この二酸化炭素
をイオン交換装置で無機炭酸イオンとして除去するよう
にした装置においては、炭素ガスから生じた各種イオン
によってイオン交換装置の負荷が増大し、他の無機イオ
ンの除去に影響を来したり、運転コストが高くなるとい
う問題があった。
【0006】なお、二酸化炭素などの溶存気体を除去す
る方法としては、曝気処理装置、真空脱気装置、加熱処
理装置、逆浸透装置などによる方法が存在するが、曝気
処理装置や真空脱気装置は装置が大掛りであって、しか
も発塵も多く半導体素子(VLSI)等の製造ライン用
の超純水の製造には不適当であり、加熱処理装置は運転
コストが高く、逆浸透装置は溶存気体が低濃度の場合に
は除去性が低く2次純水ラインに使用することが難しい
という問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題を解消すべくなされたもので、微量の有機物を含む
被処理水の有機物を、2次純水製造ラインにおけるイオ
ン交換装置の負荷を増大させたり、微粒子数を増大させ
たりせずに、運転コストを安く、ほぼ完全に除去するこ
とを可能とした超純水製造装置を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による超純水製造
装置は、微量の有機物を含む被処理水に紫外線を照射し
て前記有機物を分解する手段と、有機物の分解された被
処理水を膜脱気して発生したガス成分を除去する手段
と、膜脱気後の被処理水からイオン成分を除去する手段
とを、被処理水の流路に沿って順に設けてなることを特
徴としている。
【0009】本発明においては、被処理水である1次純
水は、まずpHを低くして全無機炭酸(TIC)を効果
的に減少させるためにカチオン交換樹脂塔を通過させて
カチオン交換される。次いで、カチオン交換された1次
純水に紫外線が照射が照射され微量含有する有機物は二
酸化炭素に分解され、次いで膜脱気によって二酸化炭素
を含む溶存気体は除去される。この後、除去し切れなか
った二酸化炭素はイオン交換手段のイオン交換樹脂界面
でHCO3 - やCO3 --となり、他のアニオン成分と共
に補足除去される。
【0010】本発明は、通常、1次純水を処理して2次
純水を得る2次純水ラインに使用される。
【0011】本発明の対象となる「1次純水」は、原水
中の濁質やコロイド物質を、凝集槽や二層濾過器により
凝集・沈澱・瀘過して前処理し、さらに、逆浸透装置ま
たは2床3塔型イオン交換装置と混床式イオン交換塔を
組合せて大部分のイオンなどの溶解性物質や微粒子を除
去することにより得られたものであるが、この1次純水
中には、通常、数十ppb程度の有機物が溶解してい
る。
【0012】本発明における、紫外線を照射して有機物
を分解する手段としては、波長220nm以下で、主ピ
ークが185nmにある低圧あるいは中圧水銀ランプの
ような紫外線照射装置が適している。
【0013】本発明に使用される、膜脱気して被処理水
中のガス成分を除去する手段としては、テフロン系やシ
リコンゴム系などの水を通さない疎水性の高分子膜を用
いた膜脱気装置があり、透過側を真空にすることにより
液中の溶存ガスが除去されるようになっている。なお、
二酸化炭素はpHによって溶解する形態が異なり、pH
が5以下ではイオン化していたHCO3 - やCO3 --
大部分がCO2 で溶解するようになり、真空度10To
rr、pH5の条件下では二酸化炭素を90%以上除去
することが可能である。
【0014】したがって、本発明では、紫外線照射の前
工程に、カチオンを除去する手段、例えばカチオン交換
樹脂を充填した単床式イオン交換装置を配置して、カチ
オンを除去し後段の混床式イオン交換装置の負荷を軽減
するとともに、被処理水を弱酸性にして膜脱気の効率を
向上させることができる。
【0015】なお、紫外線照射の前工程で、被処理水に
電解式オゾン水製造装置で生成されたオゾン水を添加す
るとともに、アニオン系イオン交換樹脂の通過水もしく
はアルカリ金属の水酸化物を添加して被処理水のpHを
8〜9程度のアルカリ条件とすることにより、反応を促
進させることも可能である。この場合、紫外線照射装置
の出口水に、電解式オゾン水製造装置内のオゾン発生電
極の対極側で生成させたH+ イオンまたは・Hラジカル
を含有する水を供給してオゾン水添加の際に副生成物と
して発生する過酸化水素を除去し、被処理水の液性を中
性領域ないしは弱酸性領域へ戻す操作を加えることが望
ましい。
【0016】本発明に用いられるイオン成分を除去する
手段は、膜脱気装置により十分除去できなかった二酸化
炭素、有機酸あるいは他のイオン成分を除去するととも
に、1次純水中にもともと含まれていたイオン成分を除
去するためのアニオン交換装置または混床式イオン交換
装置であり、これに用いられるイオン交換樹脂として
は、新品もしくはそれに類する破砕が無く、イオン交換
性能が高く、溶出のないものが望ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら本発
明の実施例について詳細に説明する。
【0018】(実施例1)図1は、本発明の超純水製造
装置の第1の実施例を示した図である。
【0019】図1において、符号1は濾過器、2は濾過
器1を通過した原水の貯槽であり、3はここを通過した
原水に硫酸を添加するための酸添加装置、4は脱炭酸ガ
ス塔である。符号5は第1の逆浸透膜ユニット、6はア
ルカリ添加装置、7は電気透析ユニットである。8は紫
外線ランプ点灯用に電子コントローラを装備した低圧紫
外線酸化装置(日本フォトサイエンス社製、商品名NU
V−120、2kW)であり、185nm付近の波長を
有する紫外線が照射される。9は膜脱気装置であり、脱
気膜モジュールMHF−3504(三菱レーヨン社製、
膜面積34m2/本)を3本装備し、膜の2次側を真空
ポンプ14で−735mmHgに維持されている。10
は混床式イオン交換装置であって、アニオン交換樹脂と
して強塩基性アニオン交換樹脂デュオライトA−113
plus(ローム&ハース社)を33 l、カチオン交
換樹脂として強酸性カチオン交換樹脂デュオライトC−
20(ローム&ハース社)を23 l使用し、これらを
予め再生してH型とOH型に変換した後に混合充填した
ものである。この混床式イオン交換装置のイオン交換容
量は0.9当量/l−Resin である。符号11,12
は、2次純水の比抵抗を測定するための比抵抗セル、比
抵抗計であり、経路Aは本発明と効果を比較するために
設けた膜脱気装置9をバイパスするための配管である。
【0020】次に、この実施例の装置を使用した超純水
の製造方法を説明する。
【0021】原水(市水)は、濾過器1で濾過され一旦
貯槽2に溜められる。貯槽2から出た原水には酸添加装
置3で硫酸が添加され、原水中に微量存在する重炭酸ソ
ーダは、硫酸ソーダと二酸化炭素とに分解される。次に
脱炭酸ガス塔4で原水中にクリンエアーが吹き込まれ、
原水中のほとんどの二酸化炭素はここで飛散除去され
る。二酸化炭素がほとんど除去された原水は、第1の逆
浸透膜ユニット5に送られ、原水中の不純物であるイオ
ン、微粒子、細菌及び有機物(TOC)が除去され、次
いでアルカリ添加装置6で消石灰[Ca(OH)2 ]が
添加され、わずかに残留したCO2 は重炭酸カルシウム
に変えられ、次の電気透析ユニット7で処理する際に除
去しやすい形態にされる。一方、原水に含まれていた不
純物を濃縮した濃縮水は排水される。電気透析ユニット
7では、一価のイオンが主として除去されて1次純水が
得られる。なお、この実施例における定格処理水量は
2.0m3 /hであり、一次純水の比抵抗は1.5MΩ
・cm、TOC濃度平均38ppb(炭素換算)であ
る。
【0022】このようにして得られた1次純水は、電気
透析ユニット7で処理され、紫外線照射装置8に送ら
れ、ここで波長220nm以下で185nm付近に主ピ
ークを有する紫外線が照射されて、溶存有機物は二酸化
炭素に分解される。次いで、紫外線処理の行われた処理
水は膜脱気装置9において、二酸化炭素などの溶存気体
が脱気され、最後に混床式イオン交換装置10で脱イオ
ン処理されて2次純水となる。
【0023】図2は、実施例1で得た2次純水と、A経
路により膜脱気装置9をバイパスさせた比較例によって
得られた2次純水とを比抵抗計12で測定した比抵抗の
値である。図2の測定結果から明らかなように、実施例
1の場合は比較例の場合に比較して、混床式イオン交換
装置10におけるイオンブレークの発生が抑制され、採
水可能時間が長くなっている。
【0024】また、この実施例において、膜脱気装置9
への通水の前後で被処理水中における直径0.1μm以
上の微粒子数を計測したところ、表1に示すようにほと
んど増加が認められなかった。なお、曝気および真空脱
気法の場合には、同表中に比較のために示したように、
著しく微粒子数が増加している。
【0025】
【表1】 (実施例2)図3は、本発明における超純水製造装置
の、他の実施例の構成を示した図である。
【0026】この実施例では、紫外線照射装置8の前段
に単床式のカチオン交換装置13を配置した点を除い
て、実施例1の装置と同一であるので、同一部分に同一
符号を付して重複する説明は省略する。なお、経路B
は、カチオン交換装置13の効果を確認するために設け
たをカチオン交換装置13をバイパスする配管である。
カチオン交換装置13に充填された樹脂は、実施例1で
使用された強酸性カチオン交換樹脂デュオライトC−2
0(ローム&ハース社)20 lであり、予めH型に変
換された後に充填されたものである。
【0027】原水は、第1実施例と同じ条件で1次純水
まで処理され、その後カチオン交換装置13に通水され
てカチオン交換処理された後、実施例1と同じ条件で同
じプロセスで処理された。
【0028】表2は、このように処理された処理水と、
比較のために経路Bにバイパスさせて処理を行った処理
水のCO2 、TOC(有機物総量)を高温湿式酸化ND
IR型TIC・TOC計で測定した結果である。TIC
・TOC計は、モデル700(OI社)を使用した。
【0029】
【表2】 表中、TIC(全無機イオン量)は、二酸化炭素、炭酸
水素イオン、炭酸イオンの総量として測定した。
【0030】この結果から明らかなように、1次純水を
カチオン交換装置13に通水した場合には膜脱気装置9
の出口におけるTIC値は<5ppb(炭素換算) であ
り、一方、カチオン交換装置7をバイパスした場合に
は、膜脱気装置9の出口におけるTIC値は10〜25
ppb(炭素換算) であるから、実施例1と比較して1
次純水をカチオン交換装置13に通水した方が、後段の
混床式イオン交換装置10に対して負荷を与える原因と
なるTICを効率的に除去することが可能で、混床式イ
オン交換装置10におけるイオンブレークの発生がより
抑制され、採水可能時間が長くなることがわかる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、被処理水中に含まれる
微量の有機物は紫外線照射により二酸化炭素に分解され
て膜脱気により除去されるので、後段のイオン交換装置
の負荷が軽減されて採水時間が長くなり、保守、点検作
業も軽減される。
【0032】また、膜脱気は、曝気や真空脱気と比較し
て水中の微粒子を増加させないので高純度の超純水を得
ることができる。さらに、紫外線照射手段の前にカチオ
ンを除去する手段を配置した場合には、処理水のpHが
低くなり膜脱気手段により効率よく全無機炭酸を除去す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超純水製造装置の構成を示した
図。
【図2】本発明による超純水装置により処理された処理
水の、比抵抗計12の指示値を示した図。
【図3】本発明による超純水製造装置の第2の構成を示
した図。
【符号の説明】
1………濾過器 2………原水の貯槽 3………酸添加装置 4………脱炭酸ガス塔 5………第1の逆浸透膜ユニット 6………アルカリ添加装置 7………電気透析ユニット 8………低圧紫外線酸化装置 9………膜脱気装置 10………混床式イオン交換装置 11………比抵抗セル 12………比抵抗計 13………カチオン交換樹脂

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】微量の有機物を含む被処理水に紫外線を照
    射して前記有機物を分解する手段と、有機物の分解され
    た被処理水を膜脱気して発生したガス成分を除去する手
    段と、膜脱気後の被処理水からイオン成分を除去する手
    段とを、被処理水の流路に沿って順に設けてなることを
    特徴とする超純水製造装置。
  2. 【請求項2】微量の有機物を含む被処理水のカチオンを
    除去する手段と、カチオンの除去された被処理水に紫外
    線を照射して前記有機物を分解する手段と、有機物の分
    解された被処理水を膜脱気して発生したガス成分を除去
    する手段と、膜脱気後の被処理水からイオン成分を除去
    する手段とを、被処理水の流路に沿って順に設けてなる
    ことを特徴とする超純水製造装置。
  3. 【請求項3】膜脱気後の被処理水からイオン成分を除去
    する手段が、アニオン交換装置または混床式イオン交換
    装置からなることを特徴とする請求項1または2記載の
    超純水製造装置。
  4. 【請求項4】前記紫外線は、特に185nm付近の波長
    を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
    1記載の超純水製造装置。
  5. 【請求項5】被処理水が、1次純水であることを特徴と
    する請求項1ないし4のいずれか1記載の超純水製造装
    置。
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