JPS60257840A - イオン交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はイオン交換装置に係り、特に液中の過酸化水素
を効率良く除去することができるイオン交換装置に関す
る。

［発明の背景と従来の技術］ イ１発明の背景 近年、ＬＳＩや超ＬＳＩの開発・量産が盛んに実施され
ている。このＬＳｌｒや超ＬＳＩの製造においては、多
くの洗浄工程で純水が用いられていることから、純水の
製造技術についても種々研究がなされており、半導体製
造のために超純水（理論純水に極めて近い純水）の製造
技術が開発されている。

この超純水を用いて例えば半導体ウェー／＼を洗浄する
システムにおいては、洗浄廃液を回収して循環使用する
。これは、主に、 ■　水資源の節約、 ■　洗浄廃水とはいえ、一般の超純水製造シス戸ムの原
水よりも清澄である、 ■　洗浄廃水中には微量とはいえ種々の不純物を含有し
、そのまま放流廃棄できない、 等の理由に基くものである。

従来、この廃水の回収は第２図に示す如きシステムによ
る。

即ち、半導体洗浄工程ｌ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、さらに必要なときは
逆浸透膜装置（図示せず）を介して紫外線酸化装置４で
処理する。紫外線酸化装置４においては、有機物を完全
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及び二層濾過器６から
なる。）、１法線水システム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
るが、回収システムＡからの処理水中には紫外線酸化装
置４で添加された過酸化水素が残留しているため、この
処理水を純水製造システムＢにそのまま循環するとイオ
ン交換装置のイオン交換樹脂が酸化して劣化したり、限
外濾過膜（Ｕ　Ｆ）又は逆浸透Ｍ　（ＲＯ）が劣化した
りする。イオン交換樹脂のうち、カチオン交換樹脂は過
酸化水素により酸化されて樹脂の主鎖が切れ樹脂が劣化
するのみであるが、アニオン交換樹脂は酸化されて劣化
する際にイオン交換基のアミンが切れて処理水系に溶出
し、処理水水質を悪化させるという問題を引き起こす。

そこで、このような水系から過酸化水素を効率良く除去
する方法を開発することが要望されていた。

口、従来の技−術及び発明が解決しようとする問題点 従来、液中の過酸化水素を除去する方法には、還元剤を
添加する方法と、活性炭と接触させる方法が提案されて
いる。還元剤としては、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素
ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム等が用いられ、これら
は過酸化水素と速い反応速度で反応して確実に過酸化水
素を除去することができる反面、還元剤の添加量のコン
トロールが難しく、過酸化水素を確実に除去するために
は、過剰量を添加する必要があり、還元剤が液中に残留
するという欠点を有する。同時に液中のイオン量が増加
するため、後段のイオン交換装置への負荷を増大させる
という欠点も有する。

一方、活性炭と接触させる方法は、通常、充填層を形成
してこれに通液するが、空間速度（ｓ　ｖ）が最大でも
２０　（１／ｈｒ）程度しかとれず、装置が大型化する
欠点がある。また、長い間使用すると、活性炭が崩壊し
て処理液中に流出したり、充填層に細菌等の微生物が繁
殖し、処理液中に流出する等の欠点がある。

本発明の目的とするところは、過酸化水素を含有する液
から極めて効率良く過酸化水素を除去することができ、
優れた水質の純水を得ることができるイオン交換装置を
提供することにある。

［問題点を解決するための手段及び作用〕水出願人は、
上記従来技術の問題点を解消し、処理液中のイオン量を
増加させることなく、また微生物を繁殖させることなく
、簡単な操作で迅速かつ確実に過酸化水素を除去する方
法として、過酸化水素を含有する液をパラジウム触媒と
接触させることを特徴とする過酸化水素の除去方法を提
案し、先に特許出願した。（特願昭５８−１７９９１７
号、以下「先願」という。）この先願の方法によれば、
過酸化水素を含有する液から極めて効率良く過酸化水素
を除去することができる。

本発明のイオン交換装置はこの先願の方法に基きなされ
ものであって、パラジウムなどの触媒をイオン交換樹脂
に担持させた触媒樹脂の床と混床式イオン交換樹脂の床
とを１塔内に有する２床１塔型としたものであり、 イオン交換塔内をストレーナ付画壁で２室に区画し、一
方の室に原水供給口を、そして他方の室に処理水排水口
を設け、該一方の室に触媒樹脂を充填し、該他方の室に
陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を充填して該他方
の室を混床式としたことを特徴とするイオン交換装置、 を要旨とするものである。

即ち本発明によれば、原水はまず触媒樹脂床に導入され
、含有する過酸化水素が分解された後、混床式のイオン
交換樹脂床に導入されて処理されるのである。

［発明の実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例に係るイオン
交換装置を示す断面の概略図であり、（ａ）は採水時、
（ｂ）は再生時（薬注工程）を示す図である。

第１図に示す本発明のイオン交換装置は、イオン交換塔
２０の上部に原水供給口２１を有し、下部に処理水排出
口２２を有する。塔２０の内部には、両面にストレーナ
３１を設けた多孔板からなる画壁２３が設けられ、塔２
０内が上下２室に区画されている。そして供給口２１、
排出口２２にはそれぞれ弁３５．３６を有する配管４１
．４２が接続されている。

しかして上室２４には触媒樹脂Ｓが充填され、下室２５
には混床式イオン交換可能にイオン交換樹脂Ｒが充填さ
れている。下室２５の下部には、イオン交換樹脂の流出
を防ぎまた処理水等の流出水あるいは再生液等の流入水
の通液を円滑にするために、上面にストレーナ３２を設
けた多孔板２６が設けられている。２７は北室２４内の
樹脂Ｓ層よりも上方に設けられた散液管であり、弁３７
を有する配管４３が接続されている。また２８は逆洗時
にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが分離した際
、両樹脂の境界に位置するように設けられた、再生廃液
取出管であって、弁３９を有する配管４５が接続されて
いる。この再生廃液取出管２８は多孔管にサランネット
等を巻き付けて樹脂が流出しないように構成されている
。なお排出用配管４２の弁３６と排出口２２との間の部
分には、弁３８を有する配管４４が接続されている。

本実施例において、触媒樹脂はイオン交換樹脂にパラジ
ウムを担持させたものであるが、その担　（持量はイオ
ン交換樹脂に対し０．１〜１０％程度とするのが好まし
い。

この触媒樹脂に用いるイオン交換樹脂としては、アニオ
ン交−換樹脂を用いると、少ないパラジウム相持量で優
れた効果を発揮するので好ましい。アニオン交換樹脂と
しては、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体を母体と
した強塩基性アニオン交換樹脂が好適である。アニオン
交換樹脂のイオン形は、Ｃ１形でもＯＨ形でも良いが、
ＯＨ形の方が処理能力が大きくより好ましい。Ｃ１形の
アニオン交換樹脂をＯＨ形とするには、これに水酸化ナ
トリウム等のアルカリを通液するのが良い。

アニオン交換樹脂にパラジウムを担持させるには、アニ
オン交換樹脂をカラムに充填し、次いで塩化パラジウム
の酸性溶液を通水するのが良い。

その際、パラジウム担持量は０．２〜１０ｇ−Ｐｄ７文
−樹脂である。

触媒樹脂としては具体的にはＬｅｗａｉｔ”０Ｃ−１０
４５（パラジウムを担持したＣ１形強塩基性アニオン交
換樹脂）（バイエル社製）あるいはこれをＯＨ形とした
ものが挙げられる。

混床式のイオン交換のための樹脂は、強酸性カチオン交
換樹脂のＨ形と強塩基性アニオン交換樹脂のＯＨ形とを
混合して用いる。具体的にはダイヤイオン■ＰＡ３１２
（三菱化成工業（株）社製）とダイヤイオン■ＰＫ２２
８　（同社製）とを混合したものが好適である。

以下に本発明のイオン交換装置の採水及び再生の手順に
ついて説明する。

イ、採水（第１図（ａ）参照） 弁３５．３６を開、弁３７．３８．３９を閉として、原
水を配管４１、原水供給口２１より塔２０に導入し、ま
ず上室２４の触媒樹脂と接触させ、原水中に含有される
過酸化水素を除去する。

過酸化水素は触媒樹脂と接触して水と酸素に分解される
。

上室２４で過酸化水素を除去された原水は、多孔板２３
に設けられたストレーナ３１のスリットを通過して下室
２５に入り、イオン交換処理され、処理水は多孔板２６
のストレーナ３２のスリットを通過して塔２０下部の処
理水排出口２２より排出され、配管４２により次工程へ
送給される。

口、再生（第２図（ｂ）参照） 処理水水質が低ドして、イオン交換能が低下したとみら
れる詩、あるいは所定量の採水を行なった後、弁３５及
び３６を閉とし、原水の供給を停止する。次いで弁３８
を開とし逆洗水を配管４４から塔２０下部へ導入すると
共に、弁３５と原水供給「１２１との間の原水配管４１
から分岐させた排水管（図示せず）から排出させる。逆
洗後項定時間塔内を静置しておくと、下室２５内におい
ては第２図（ｂ）の如く比重の重いカチオン交換樹脂５
ｚは下に、軽いアニオン交換樹脂５１は上になる。　カ
チオン交換樹脂５２とアニオン交換樹脂５１が分離した
後、弁３７．３８．３９を開とし、配管４３からＮａＯ
Ｈ溶液を、配管４４からＨＣｕ溶液を各々塔２０に通液
し、再生廃液を取出管２８及び配管４５により排出する
。Ｎ　ａＯＨ溶液を塔七部から供給することにより、ア
ニオン交換樹脂５１の再生が行なわれると共に触媒樹脂
ＳもＯＨ形とされ、同時に再生される。またこのように
触媒樹脂ＳにＮ　ａ　ＯＨ溶液を通液することにより生
菌の繁殖を防止することができる。カチオン交換樹脂は
塔下部からのＨＣ！；Ｌ溶液により再生される。

」二記の如き薬注を行なった後１通常の方法で押出（薬
品を無駄なく使用するために樹脂層中に存在する再生液
を同様の流速で押出す。）、洗浄（薬品を洗い流す。）
、水抜き（樹脂の表面近くまで水を抜く。）、混合（下
部から空気を吹き込みカチオン交換樹脂とアニオン交換
樹脂とを混合し混床とする。）、原水供給開始、捨て水
（処理水の水質が」二がるまで採水しないで捨てる。）
を行なった後、採水を再開する。

なお本発明のイオン交換装置は、種々の液の純水化に適
用可能である。例えば用廃水系に過酸化水素を添加し、
酸化、還元、殺菌、洗浄を行なった処理液又は廃液（例
えば、過酸化水素の存在下に紫外線を照射し有機物を酸
化分解した処理水）、フェントン試薬を用いて廃水処理
を行なった処理水、６価クロムを含有する廃水を過酸化
水素で還元処理した処理水、逆浸透膜、限外濾過膜、イ
オン交換膜、透析膜等を過酸化水素で殺菌又は洗浄した
廃液等の処理にも好適である。

とりわけ本発明装置は、半導体製造工程から排出される
洗浄廃水を超純水として回収再利用するために過酸化水
素の存在下に紫外線を照射し有機物を酸化分解した処理
水の処理に好適である。この場合には、第３図に示す如
く、本発明のイオン交換装置１９を従来のイオン交換装
置（第２図の９）に置き換え、紫外線酸化装置４の処理
水を直接に本発明のイオン交換装置１９に導入する。こ
のようにすることにより、紫外線酸化装置４からの処理
水はイオン交換樹脂に接触する前に触媒樹脂と接触Ｉ２
、含有される過酸化水素が分解されるため、イオン交換
樹脂の劣化を防止し高純度の純水を得ることができる。

［発明の効果］ 以ヒ詳述した通り、本発明のイオン交換装置は、触媒樹
脂と混床式イオン交換ｍ脂との２床１塔型のイオン交換
装置であり、過酸化水素を含有する液、例えば過酸化水
素を含有する紫外線酸化処理水をイオン負荷を増大させ
ることなく、迅速かつ確実に処理することができる。従
って処理液の下流側に悪影響を与えることがなく、後続
のイオン交換樹脂、限外濾過膜、逆浸透膜等の劣化を防
止することができる。また塔内を２区画に分画したため
、装置の小型化が図れ、設置スペースが少なくて足りる
。しかも、混床中のアニオン交換樹脂の再生時に同時に
触媒樹脂をＯＨ形にすることも可能であり、再生操作も
容易である。

本発明のイオン交換装置は特にＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
製造工場で用いる洗浄配水の回収再利用工程に用いるに
好適である。

本発明のイオン交換装置によれば極めて純度の高い純水
を容易に製造することができ、従って、本発明の工業的
有用性は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明のイオン交換装置の実
施例を示す概略断面図、　第２図は従来の一般的な純水
製造・回収システムを示す系統図、第３図は本発明のイ
オン交換装置を組み込んだ場合の純水製造・回収システ
ムを示す系統図である。 Ａ・・・・・・回収工程、　Ｂ・・・・・・純水製造上
程。 Ｃ・・・・・・前処理工程、　Ｄ・・・・・・１法線水
工程Ｅ・・・・・・ザゾ丁程、 ４・・・・・・紫外線酸化装置、 ９・・・・・・従来のイオン交換装置、１９・・・・・
・本発明のイオン交換装置、２０・・・・・・塔、　２
１・・・・・・原水供給口、２２・・・・・・処理水排
出口、　２３・・・・・・多孔板、２４・・・・・・上
室、２５・・・・・・Ｆ室、３１．３２・・・・・・ス
］・レーナ。 代理人　弁理士　重　野　剛 （ａ）　（ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　イオン交換塔内をストレーナ付画壁で２室に区
   画し、一方の室に原水供給１−１を、そして他方の室に
   処理水排水口を設け、該一方の室に触媒樹脂を充填し、
   該他方の室に陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を充
   填して該他方の室を混床式としたことを特徴とするイオ
   ン交換装置。
2. （２）　触媒樹脂はアニオン交換樹脂にパラジウム触媒
   を担持させたものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のイオン交換装置。