KR100238517B1 - 전기분해를 이용한 고순도 물의 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 매우 청정한 표면을 얻는 것이 요구되는 피세정물의 세정용수에 이용되는 고순도 물의 제조에 관한 것으로서, 1차 순수처리계, 1차 순수탱크, 1차 순수에서 고순도 물을 제조하는 2차 순수처리계, 제조된 고순도 물을 1차 순수탱크로 되돌리는 순환계배관, 이 순환계에서 분기되어 사용포인트에 고순도 물을 송수하는 분기송수계를 구비하며, 순환계의 도중에 고순도 물을 전기분해처리한 아노드수를 제조하는 전기분해장치를 바이패스하여 설치하고, 사용포인트로의 분기부보다도 하류측의 순환계배수관에 이 아노드수를 연속하여 흐르게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기분해를 이용한 고순도 물의 제조장치
제1도는 본 발명에서 이루어지는 초순수 제조장치의 실시예 1의 구성개요를 나타낸 블록 설명도,
제2도는 본 발명에서 이루어지는 초순수 제조장치의 실시예 2의 구성개요를 나타낸 블록 설명도,
제3도는 본 발명에서 이루어지는 초순수 제조장치의 실시예 3의 구성개요를 나타낸 블록 설명도,
제4도는 본 발명에서 이루어지는 초순수 제조장치의 실시예 4의 구성개요를 나타낸 블록 설명도,
제5도는 본 발명에서 이루어지는 초순수 제조장치의 실시예 5의 구성개요를 나타낸 블록 설명도,
제6도는 본 발명에서 이루어지는 초순수 제조장치의 실시예 6의 구성개요를 나타낸 블록 설명도,
제7도는 본 발명에서 이루어지는 초순수 제조장치의 실시예 7의 구성개요를 나타낸 블록 설명도,
제8도는 본 발명에서 이루어지는 초순수 제조장치의 실시예 8의 구성개요를 나타낸 블록 설명도,
제9도는 본 발명의 초순수 제조장치에 이용할 수 있는 3조식 전해장치의 구성개요를 나타낸 도면,
제10도는 제9도의 전해장치의 구성 및 배관유로의 관계를 나타낸 도면,
제11도는 제10도의 전해장치의 변형예를 나타낸 도면,
제12도는 제10도의 전해장치의 다른 변형예를 나타낸 도면,
제13도는 제10도의 전해장치의 다른 변형예를 나타낸 도면,
제14도는 종래의 초순수 제조장치의 구성을 나타내는 블록 설명도,
제15도는 종래의 다른 초순수 제조장치의 구성을 나타내는 블록 설명도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 전처리장치 4 : 1차 순수조
5 : 2차 순수처리장치 6 : 세정액조
61 : 약품공급수단(또는 순수가열수단)
501 : 자외선 조사장치 502 : 이온교환수지탑
503 : 한외여과막장치 551 : 오존용해장치
552 : 오존발생장치 553 : 수소 용해장치
554 : 수소가스 저장설비 555 : 수소가스 순화장치
본 발명은 예를 들면 반도체 웨이퍼와 같은 매우 청정한 표면을 얻는 것이 요구되는 피세정물의 세정용수에 이용되는 초순수의 제조에 관한 것이다.
종래 반도체 웨이퍼와 같은 매우 청정한 표면을 얻은 것이 요구되는 피세정물의 세정용수로서, 미립자, 콜로이드 물질, 유기물, 금속, 음이온 등이 가능한 한 제거된 고순도의 물, 일반적으로는 초순수(超純水)라고 불리는 물이 사용되고 있다.
이 초순수라고 불리는 고순도의 물은 반드시 「초순수」로 명확하게 정의되는 것은 아니지만, 일반적으로는 원수(原水)를 응집침전장치, 모래여과장치 등을 이용하여 맑게 하는 전처리장치, 이어서 활성탄 여과장치, 역침투막장치, 2상 3탑식 이온 교환장치, 진공탈기장치, 혼상식 이온교환장치, 정밀 필터 등을 이용하여 전처리수 중의 불순물을 제거한 순수한 물(이하 '순수(純水)'라고 한다)을 얻기 위한 1차 순수장치, 또 1차 순수장치에서 얻어진 순수를 일시적으로 저장하는 1차 순수탱크(조)와, 그 후단에 있어서 자외선 조사장치, 혼상식 폴리셔(polisher), 한외(限外)여과막장치나 역침투막장치와 같은 막처리장치 등을 이용하여 1차 순수중에 미량 잔류하는 미립자, 콜로이드 물질, 유기물, 금속, 이온 등의 불순물을 가급적으로 제거하도록 설치된 2차 순수장치로 구성되는 초순수 제조장치가 알려져 있다.
또한, 상기한 바와 같이 설명되는 종래의 초순수 제조장치는 공업적 규모에서의 실시에 있어서는 고순도의 수질로 제조한 초순수를 연속적으로 사용하는 것을 실현하기 위해서 상한 사용량을 예상하여 과잉으로 제조하는 규모로 설계되는 것이 보통이고, 이 때문에 상한값 이하의 사용상태에서는 과잉으로 제조되는 고부가가치의 초순수의 적당한 이용용도가 없으면, 그 일부는 쓸모없이 되어 버리는 것을 피할 수 없다.
그래서, 1차 순수조에 저장한 순수를 원수로 하여 2차 순수장치로 초순수를 제조하고, 이것을 순환배관을 통하여 1차 순수조에 되돌리는 구성(1차 순수조에 되돌리는 계를 이하 「리턴측」이라고 한다)이 채용되는 경우가 많고, 이 순환배관도중에 분기하여 설치한 분기배관을 통하여 반도체 세정설비 등의 사용포인트로 물을 보내도록 설치되어 있다.
상기 순환배관 리턴측을 통하여 1차 순수조로 되돌리는 수량은 통상, 2차 순수 장치로부터의 송수량(送水量)의 10 ~ 30% 정도이지만, 사용포인트에서의 초순수의 사용을 정지한 경우에는 일시적으로 송수량 전량이 순환배관 리턴측을 통하여 1차 순수조로 되돌려진다.
그런데, 초순수 제조장치에 있어서는 상기한 바와 같은 초순수제조를 위한 기본적 구성과는 별도로 계내에 있어서의 살균처리나 미립자 제거를 위한 설비가 부설되는 경우가 많다. 이것은 다음과 같은 이유에 의한 것이다.
일반적으로 초순수 제조장치, 특히 2차 순수장치는 계내유통수가 생균의 영양원인 유기물이나 염류 등이 매우 적은 순수 내지 초순수이고, 또 계내에 있어서 자외선 조사 등의 연속살균을 하는 장치도 통상 설치되어 있음에도 불구하고, 장시간의 초순수순환을 계속하면 초순수의 순환배관내벽이나 막처리장치막 표면에 생균이 부착, 증식하고, 순환.송수되는 초순수중에 생균이 증식하거나, 생균, 사균에 의한 미립자가 증가하거나 하게 된다. 특히 순환배관하류측의 배관내 및 1차 순수조내에 있어서 생균의 증식이 일어나기 쉽다.
이 원인으로는 1차 순수장치로부터 반입되는 원수로부터 유래되는 생균이나 사용포인트 유출구에서 역혼입하는 생균이나, 개조공사 등으로 초순수 제조장치를 정지했을 때에 2차 순수장치내부나 순환배관내벽이 외부공기에 방치되었을 때에 혼입하는 생균으로 생각되지만, 원인은 반드시 분명하지 않다.
또한, 순환배관의 리턴측은 순환배관송수측과 거의 동등한 배관직경을 갖는 배관이 사용됨에도 불구하고, 통상은 상기한 바와 같이 막처리장치로부터의 송수량의 10 ~ 30% 정도의 수량이기 때문에 관내유속이 늦어지는 경우가 많고, 생균이 순환배관 리턴측의 내벽에 부착증식하기 쉬움을 알 수 있다. 또한 1차 순수조는 순환배관보다도 더 체류시간이 길기 때문에 생균이 조의 내벽에 부착증식하기 쉬움을 알 수 있다.
2차 순수장치, 1차 순수조 또는 순환배관에 이용한 배관이 장치의 장기간 운전에 의해 시간이 경과함에 따라 생균이나 미립자에 의해 오염된 경우, 또한 장치시공 공사직후나 장치 메인터넌스 공사직후와 같이 외적 요인에 의해 생균이나 미립자에 의해 오염된 경우, 반도체 웨이퍼와 같은 매우 청정한 표면을 얻는 것이 요구되는 피세정물의 세정에 이용되는 피세정수를 얻을 수 없기 때문에 살균처리 또는 미립자 저감처리를 실시하는 것이 필요하게 된다.
그래서, 종래는 상기 살균처리 또는 미립자 저감처리를 위해서 예를 들면 하기의 조작이 실시되고 있다.
(1) 살균처리
① 예를 들면, 2개월에 한번 정도, 정기적으로 초순수 제조장치를 정지하여 약품에 의한 살균, 예를 들면 1% ~ 2% 정도의 과산화수소수의 순환 또는 0.1%이하의 불화수소산의 순환에 의해 살균한다.
② 예를 들면, 2개월에 한번 정도, 정기적으로 초순수 제조장치를 정지하고, 예를 들면 90℃ ~ 95℃의 열수의 순환에 의해 살균한다.
③ 예를 들면, 2개월에 한번 정도, 정기적으로 초순수 제조장치를 정지하고, ①과 ②의 방법을 조합하여 살균한다.
④ 초순수 제조장치를 정지시키지 않고, 순환배관 리턴측에 오존 발생기에 의해 얻은 오존가스를 직접 주입한다. 또는 오존 발생기에 의해 얻은 오존가스를 초순수로 용해한 오존수를 주입하고, 순환배관 리턴측 및 1차 순수조를 살균한다.
또한, 그 때에 1차 순수조 출구에 잉여 오존이 잔류하면, 2차 순수장치에 사용하고 있는 이온교환수지나 막처리장치가 오존에 연속적으로 방치되고, 이것을 산화열화시킬 우려가 있기 때문에, 1차 순수조 출구에서 자외선 조사에 의해 산화력이 작은 산소로 분해한다. 또한, 그 때 발생한 용존산소가 피세정물에 유해한 경우는 자외선 조사후에 수소가스를 첨가하여 촉매상에서 반응시킨다. 또는 진공탈기장치, 탈기막장치에 의해 탈산소처리를 한다.
(2) 미립자 저감처리
상기 살균처리는 미립자 저감에도 효과가 있기 때문에 살균처리는 미립자 저감을 목적으로도 실시되고, 미립자수가 소정의 수치까지 저감하기까지 초순수에 의한 블로우(blow)를 실시한다.
제 14 도, 제 15 도는 이상과 같은 종래의 살균처리, 미립자 처리를 위한 세정설비를 설치한 초순수 제조장치의 예를 나타낸 것이다. 양 도면에 있어서, 원수는 전처리장치(1)에 있어서의 전처리, 1차 순수처리장치에 있어서의 1차 순수처리를 받은 후, 1차 순수조(4)에 1차 순수로서 저장된다. 1차 순수조(4)의 1차 순수는 2차 순수처리장치(5)에서 더 처리되며, 초순수가 얻어진다. 2차 순수처리장치(5)에 있어서 얻어진 초순수는 순환배관을 통하여 1차 순수조(4)에 반송되지만, 그 일부가 순환배관에서 분기되며, 사용포인트 공급된다.
또한, 1차 순수조(4)에 바이패스하고, 세정액조(6)가 설치되어 있으며, 이 세정액조(6)는 약품공급장치(또는 순수가열조)(61)로부터 세정용 액이 공급된다. 그리고 세정이 필요한 때에 약품공급장치로부터의 세정액을 2차 순수장치(5)에 흐르게 하고, 이곳을 세정한다. 이 세정시에는 2차 순수장치(5)에서 순환배관에 배출된 세정배수는 계외로 배출된다. 또한 이온교환수지탑에 대해서는 바이패스로가 설치되어 있고, 세정시에는 도시하지 않은 전환밸브에 의해 통수가 바이패스측으로 전환되며, 세정액이 이온교환탑에 통수하지 않게 되어 있다.
또한, 제 14 도의 장치에서는 2차 순수장치는 자외선 조사장치(501), 비재생식 혼상형 이온교환수지탑(502) 및 한외여과막장치(503)로 이루어져 있다.
또한, 제 15 도에서는 순환배관측 리턴측(사용포인트로의 분기보다 하류측)에 오존발생장치(552)로부터의 오존을 초순수에 용해시키는 오존용해장치(551)가 설치되어 있다. 또한, 오존가스를 직접 순환하고 있는 초순수에 용해시켜도 좋고, 오존가스를 초순수에 용해시켜 얻은 오존수를 순환하고 있는 초순수에 혼합해도 좋다.
이와 같이 오존을 순환하고 있는 초순수에 용해시키므로써, 순환배관의 리턴측 및 1차 순수조내의 1차 순수를 살균할 수 있다. 또, 2차 순수처리장치(5)는 제 14 도의 장치와 동일하게 자외선 조사장치(501), 비재생식 혼상형 이온교환수지탑(502), 한외여과막장치(503)가 설치되어 있는 외에 수소용해장치(553)와 수소화촉매탑(505)이 자외선 조사장치(501)와 비재생식 혼상형 이온 교환수지탑(502)과의 사이에 설치되어 있다. 또한 수소용해장치(553)에는 수소가스 저장설비(554)로부터의 수소가 수소가스 순화장치(555)를 통하여 공급되고 있다.
그리고, 1차 순수조로부터의 1차 순수에 잔류하는 오존을 자외선 조사장치에 의해 산화력이 작은 산소로 분해한다. 다음에, 이 자외선 조사장치(501) 후단의 수소용해장치(553)에서 수소를 용해하고, 수소화 촉매탑(505)의 촉매상에서 산소와 수소를 반응시켜 오존을 최종적으로 물로 하고 있다. 이 제 15 도의 장치에서는 연속가동방식으로 세정을 실시할 수 있다.
상기한 바와 같이 종래의 초순수 제조장치에 있어서는 계내의 장치나 배관 등, 또 순환배관 등을 살균처리, 또는 미립자 저감처리하는 방법으로 제 14 도에서 대표적으로 나타내는 바와 같이 정기적으로 초순수 제조장치를 정지하고, 약품, 열수 또는 온약품을 배관내에 통수시키는 상기 ① ~ ③의 방법이 있지만, 이 방법에는 하기의 문제가 있다.
(가) 약품을 이용하는 경우, 2차 순수장치, 1차 순수조, 순환배관에 사용하는 막장치나 배관재료 등의 구성재를 열화시켜 버릴 우려가 있기 때문에 내약품성의 배관재료 및 구성부재를 이용해야 하므로 구성재료의 선택이 제약되며, 또한 가격면으로 불리하게 된다. 또한 살균처리후 계내에서부터 약품을 씻어서 바탕이 드러나도록 하는 데에 상당한 시간이 걸리고, 초순수 제조장치의 정지시간이 길어진다.
또한, 1차 순수조와는 별도로 살균용 약품조정조 및 펌프 등의 부대설비를 설치할 필요가 있고, 그 가격이 커지게 된다.
(나) 열수를 이용하는 경우, 온도상승이나 하강시에 2차 순수장치, 1차 순수조, 순환배관에 이용하는 막장치나 배관재료 등의 구성재를 과도하게 팽창 수축시키고, 기계적, 열적 스트레스에 의한 내구성 저하의 우려가 있다. 따라서 열수에의한 극도의 재료 변질이 없는 내열성 재료를 이용할 필요가 있다.
또한, 1차 순수조와는 별도로 열수조 및 펌프 등의 부대설비를 설치하는 것이 필요하게 되며, 그 가격이 커진다.
(다) 상기 ① ~ ③의 방법은 살균을 위해서 2차 순수의 제조를 정지하고 실시하기 때문에 초순수의 사용포인트에서의 사용을 1차적으로 정지할 필요가 있으며, 초순수의 용도인 피세정물의 세정처리효율이 나빠진다. 그 때문에 이 살균처리회수는 최대한 줄이는 것이 요구되어지지만, 회수의 감소와 반비례하여 생균수 등이 증가해 버리는 더 중대한 문제를 일으키게 된다. 이것을 방지하기 위해서는 미리 예비의 초순수 제조장치를 갖추지 않으면 안되고, 그 가격이 커진다.
한편, 제 15 도에 나타낸 상기 ④의 종래 방법에서는 초순수 제조장치를 정지하지 않고 초순수 제조장치의 계내장치나 배관, 또 순환라인에 이용하는 배관 등의 살균처리, 미립자 저감처리시에 이하의 문제가 있고, 공업적 규모에서의 실제장치로서는 문제가 많아 보급에 이르지 못하고 있다. 즉,
(라) 상기 ④의 방법은 오존발생기에 의해 얻은 오존가스를 주입하는 방법이기 때문에 오존가스를 리턴수에 용해하는 용해장치가 필요하게 됨과 동시에 종래의 무성방전방식의 오존발생기로부터 발생한 대량의 미립자나 금속 등의 불순물이 오존가스 중에 포함되며, 이 오존가스를 직접 주입하면 리턴수 중에 대량의 미립자나 금속이 혼입해 버려 2차 순수장치의 혼상식 폴리셔나 막장치의 눈을 막아 성능을 열화시킨다. 이것을 위해서 종래의 무성방전방식 등에서 얻은 오존가스는 가스상태에서 여과할 필요가 있다.
(마) 오존가스를 전해방식으로 얻어 기체 액체분리막에 의해 가스를 추출하여 불순물을 제거하여 만드는 방법도 있지만, 이 경우에는 주입점 전에 또는 별도로 설치한 오존 용해장치에 의해 오존가스를 불순물이 없는 순수 중에 용해하여 사용할 필요가 있다.
(바) 이 오존가스를 이용하는 방법은 정기적인 약품세정의 빈도를 저감할 목적으로, 연속적인 살균 등을 실시하는 것이지만, 연속적으로 오존을 2차 순수처리계등에 흐르게 하기 위해서 오존이 통할 수 없는 이온교환장치 등의 전단에서 이것을 소거할 필요가 있으며, 오존뿐만 아니라 용존산소의 존재도 회피하지 않으면 안되는 용도에서는 오존뿐만 아니라 이것이 환원된 산소도 제거되지 않으면 안된다. 그러나 오존의 소거는 자외선 조사장치에 의해 가능하지만, 종래의 탈기 장치에서는 매우 낮은 농도의 산소제거를 위해서 대형 장치를 사용하지 않으면 안되는 결점이 있고, 한쪽 수소주입과 수소화 촉매를 사용하는 방식으로 산소를 제거하는 것은 실험실 규모에서는 가능해도 수소를 사용하기 때문에 방폭대책 등의 점에서 채용하기 어렵고, 공업적 규모에서의 초순수 제조장치의 계내에 있어서 현재까지 그와 같은 장치는 실시되고 있지 않다.
본 발명자는 종래의 초순수 제조장치에 있어서 과제가 된 2차 순수장치의 계내장치나 배관, 1차 순수조, 순환배관 등의 살균, 미립자 저감을 위한 세정을 유효하게 실현할 수 있으며, 또한 공업적 규모에서의 장치에 적용가능한 연속적인 살균, 세정을 실현하도록 끊임없이 연구하여 본 발명을 이루기에 이른 것이다.
즉 본 발명은 전해장치를 이용하여 순수 또는 초순수에 직류전류를 통전하여 전해하므로써 미립자 등이 혼입하지 않고, 또한 오존을 용존한 전해 아노드(anode)수, 또는 수소를 용존한 전해 캐소드(cathode)수를 얻을 수 있는 점에 착안하여, 이 오존을 용존하여 미립자 등은 혼입하고 있지 않은 전해 아노드수를 1차 순수조등의 세정대상장치나 배관에 통수시키므로써, 종래의 약품 사용이나 열수를 전혀 사용하지 않고, 유효한 살균, 미립자 저감의 세정을 실현할 수 있도록 한 초순수 제조방법 및 장치의 제공을 목적으로 하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 초순수 제조장치의 계(系)내에 인라인형식으로 배치한 전해조로의 공급수(순수, 초순수)나 전기분해후의 전해수에 전해질을 첨가하는 것으로, 상기 목적을 보다 한층 효율적으로 실현하는 것을 가능하게 한 초순수 제조방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 일시적으로 초순수의 제조를 중단하여 계내장치 또는 배관 등의 살균, 미립자 저감의 세정을 실시하는 경우에 적합한 초순수 제조방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 초순수의 제조를 연속적으로 실시하면서 계내장치 또는 배관 등의 세정을 공업적 규모의 장치에 있어서 처음으로 실시하는 것을 가능하게 한 초순수 제조방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 계내장치, 배관 등의 세정을 위해서 사용한 오존을 함유한 물을 별도의 부대설비를 필요로 하지 않고 전해조에서 동시에 얻어지는 전해 캐소드수를 이용하여 무해화할 수 있으며, 따라서 방폭화 등이 필요한 수소저장, 공급 설비 등의 부담이 없고, 공업적으로 매우 유용한 초순수 제조방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 초순수 제조방법의 특징은 원수에 포함되는 현탁물질을 제거하는 전처리, 다음으로 이온 및 비이온성 물질을 제거하는 1차 순수처리를 실시한 후, 이온교환수단 및 막처리수단에 의한 2차 순수처리를 실시하여 초순수를 제조하는 방법에 있어서, 상기 1차 순수처리된 1차 순수 또는 2차 순수처리 중의 처리수에 대해서 계내 세정용 전해수 제조를 위해서 전기분해를 실시하도록 함에 있다.
상기 1차 순수처리된 1차 순수 또는 2차 순수처리중의 처리수에 대해서 실시하는 전기분해란, 본 명세서에 있어서는 단순히 물 또는 수용액에 단순히 직류전압을 인가하는 것을 의미하고 있고, 반드시 그 결과로서 직류전류가 통전되고, 물이 산소 및 수소로 분해되는 등의 전기분해 반응이 일어나는 경우만을 의미하는 것이 아니다. 일례적으로 말하면 하기 제 9 도 내지 제 13 도에서 예시적으로 설명하는 전기분해장치(이하 단순히 「전해장치」라고 한다)에 의해 아노드수, 캐소드수를 제조하는 것이면 좋다. 전해장치는 격막에 의해 조(槽)내가 아노드실, 캐소드실의 2실로 구분된 2조식 전해장치, 이 사이에 격막으로 구분된 중간실을 갖도록 3실로 구분된 3조식 전해장치 등 전해조의 구조에 의해 한정되는 것이면 좋다. 또한, 이하의 전해장치의 설명에 있어서는 정(+)의 전압을 인가하는 전극을 아노드, 부(-)의 전압을 인가하는 전극을 캐소드라고 하고, 아노드를 배치한 실(室)을 아노드실, 캐소드를 배치한 실을 캐소드실, 전기분해를 실시했을 때에 아노드실에 의해 얻어지는 물을 아노드수, 캐소드실에서 얻어지는 물을 캐소드수, 이 아노드수(水), 캐소드수(水)를 총칭하여 전해수라고 한다.
상기한 아노드수는 아노드 표면부근에서 산소, 오존 등이 생성하기 때문에 산화성을 나타내고, 이 때문에 살균용의 세정수로서 유효하다. 또한 캐소드수는 캐소드 표면부근에서 수소 등이 생성하기 때문에 환원성을 나타내고, 이 때문에 부착 미립자의 제거용의 세정수로서 유효하다. 또한 이하의 설명에 있어서 「세정」이라는 경우는 살균처리, 미립자 저감처리의 쌍방 또는 어느 한가지 처리를 실시하는 경우를 총칭한다.
상기한 초순수 제조장치에 있어서 「전처리」와는 응집침전, 여과, 마이크로 프록여과, 활성탄 여과, 제탁막(除濁膜)등의 어느 한 처리를 실시하는 것이어도 좋다.
마찬가지로 「1차 순수처리」란, 1차 순수처리를 위한 활성탄 여과처리, 역침투막 처리, 2상 3탑식 이온 교환처리, 진공탈기처리, 혼상식 이온교환처리, 전기재생식 이온교환처리, 정밀 필터 여과처리 등을 적절하게 조합하여 이용하는 것으로, 전처리수 중의 불순물을 제거한 순수, 일반적으로는 도전율을 10μS/cm이하로한 순수를 얻는 처리를 말하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 「2차 순수처리」란, 한정되는 것은 아니지만 자외선 조사처리, 혼상식 폴리셔, 한외여과막이나 역침투막과 같은 막처리 등에 의해 1차 순수 중에 미량 잔류하는 미립자, 콜로이드 물질, 유기물, 금속, 이온 등의 불순물을 가급적으로 빼낸 처리를 말한다.
「원수」로는 예를 들면 수도수, 공업용수, 지하수 등을 들 수 있다.
상기한 방법에 의해 2차 순수처리계의 정상부에서 하류 또는 전기분해를 실시한 위치의 하류에 전기분해에 의해 얻은 아노드수, 캐소드수 중 적어도 어느 하나를 흐르게 하여 세정을 실시할 수 있다. 세정후의 물은 2차 순수처리계의 후단 또는 사용포인트측으로의 송수를 정지한 상태에서 상기 순환계에 흐르게 한 후 순환계로부터 계외로 배출된다. 또한, 2차 순수처리계 중에 설비되어 있는 이온 교환처리를 위한 장치에 대해서는 전해수를 통수시키지 않도록 바이패스 통수하는 것이 바람직하다.
본 발명의 초순수 제조방법의 다른 특징은 원수에 포함되는 현탁물질을 제거하는 전처리, 다음으로 이온 및 비이온성 물질을 제거하는 1차 순수처리를 실시한후, 이온 교환수단 및 막처리 수단에 의한 2차 순수처리를 실시하고, 이 2차 순수 처리후의 초순수를 2차 순수처리전단에 순환반송하는 순환계 도중에서 사용포인트에 분기송수하는 방법에 있어서, 상기 2차 순수처리후의 초순수를 순환하는 순환계의 물에 대해서 계내 세정용 전해수 제조를 위해서 전기분해를 실시하도록 한 바에 있다.
이 방법에 의해 순한계의 리턴측 배관내, 또는 더 필요에 따라 1차 순수조, 또는 2차 순수처리계에 전해수를 통수하여 세정을 실시할 수 있다. 세정후 물의 계외로의 배출, 이온교환장치에 대한 바이패스 통수에 대해서는 상기한 경우와 마찬가지로 하여 실시하면 좋다.
이 방법에 의해 오존을 용존하며 또한 미립자 등이 혼입하지 않은 전해 아노드수에 의해 소정의 계내 장치, 순환배관을 포함하는 배관 등에 대한 살균을 실시할 수 있다. 또한 수소를 용존하고, 미립자 등이 혼입하지 않은 전해 캐소드수에 의해 소정의 계내 장치, 순환배관을 포함하는 배관 등에 대해서 부착한 미립자를 제거할 수 있다.
또한 본 발명은 이상의 방법을 바람직하게 실시할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 초순수 제조장치의 특징은 원수 중에 포함되는 현탁물질제거를 위한 제탁수단을 갖는 전처리장치와, 막처리수단 등을 갖고 상기 막처리장치로부터 순수를 얻는 1차 순수처리계와, 이 1차 순수를 저장하는 1차 순수 탱크와, 이온교환수단, 막처리수단 등을 갖고 상기 1차 순수 탱크를 거친 1차 순수에서 초순수를 얻는 2차 순수처리계를 구비한 초순수 제조장치에 있어서, 상기 1차 순수 탱크의 전단으로부터 2차 순수처리계의 계내의 어느 위치에 바이패스하여 계내 세정의 필요시에 가동되며, 1차 순수 또는 2차 순수처리 중의 처리수를 원수로 하여 전기분해처리한 아노드수 및/또는 캐소드수를 제조하여 계내 하류에 흐르게 하는 전해장치를 설치한 구성을 이루도록 함에 있다.
상기에 있어서, 전처리장치에 있어서의 막처리수단으로서는 상기 방법 발명의 전처리를 위한 응집침전장치, 여과장치, 마이크로프록여과장치, 활성탄 여과장치, 제탁막장치 등의 장치가 이용된다.
또한 1차 순수처리계의 막처리수단으로서는 예를 들면 역침투장치, 정밀 필터 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 또한 이 1차 순수처리계에는 상기 방법 발명에 있어서는 1차 순수처리를 위한 활성탄 여과처리, 2상 3탑식 이온교환장치, 혼상식 이온교환장치, 전기재생식 이온교환장치 등의 탈염수단, 또는 탈탄소, 진공탈기 등의 여러가지 적절히 필요한 수단을 포함한다.
2차 순수처리계의 이온교환수단으로는, 상기 방법 발명에 있어서의 2차 순수처리를 위한 예를 들면 혼상식 폴리셔, 막처리수단으로는 예를 들면 한외여과막이나 역침투막이 이용된다. 또한 자외선 조사처리, 탈기장치 등의 여러가지 적절히 필요한 수단을 포함한다.
상기 장치에 있어서는 전해장치는 1차 순수조 전단의 배관에 바이패스하여 설치하든, 1차 순수조에 바이패스하여 설치하든, 1차 순수조와 2차 순수처리계 사이의 배관에 바이패스하여 설치하든, 또는 2차 순수처리계의 통수배관 또는 각종 장치에 바이패스하여 설치하든 어느 형태에도 설치할 수 있고, 또한 상기 전해장치는 계내 세정의 필요시에 가동된다. 또한 이 계내 세정시에 바이패스로가 통수하도록 전환밸브가 아울러서 설치된다. 계내 세정을 실시한 후의 전해수는 상기 방법 발명에서 설명한 바와 같이 2차 순수처리계의 후단 또는 순환계의 소정 위치에서 계외로 배출된다.
본 발명의 장치에 있어서 이용되는 전해장치는 순수 또는 초순수(2차 순수처리계 도중의 처리수를 포함한다)를 원수로서 전기분해하므로써 아노드수, 캐소드수중 적어도 어느 하나의 전해수를 제조하는 것이고, 살균목적의 경우에는 아노드수만을 하류측에 통수하여 미립자의 세정제거의 경우에는 캐소드수만을 하류측에 통수하지만, 양자를 통수하는 경우에는 아노드수를 통수한 후, 캐소드수를 통수하는 것이 바람직하다. 이 순서로 통수하므로써 아노드수에 의해 계내에 부착, 증식한 생균을 살균하고, 다음으로 사멸한 균(미립자로 간주할 수 있다)을 캐소드수에 의해 세정제거할 수 있으며, 계내의 살균 및 미립자 제거를 효과적으로 실시할 수 있기 때문이다.
상기 구성에 있어서, 2차 순수처리계의 계내 하류에 아노드수를 흐르게 한 후 이것을 2차 순수처리계의 후단 또는 순환계로부터 계외로 배출하는 경우에는 배출하는 물에 캐소드수를 혼합시킬 수 있다. 이와 같이 하므로써 배출하는 아노드수를 포함되는 산화성 물질(오존 등)의 산화력을 캐소드수에 포함되는 환원성 물질에 의해 환원시킬 수 있으며, 배출계에 있어서의 처리를 용이하게 할 수 있는 이점이 있다. 또한 반대로 2차 순수처리계의 계내 하류에 캐소드수를 흐르게 한 후 이것을 2차 순수처리계의 후단 또는 순환계에서 계외로 배출하는 경우에는 배출하는 물에 아노드수를 혼합시킬 수도 있다.
또한 상기 2차 순수처리계 등에 전해장치를 배치한 구성을 대신하여 2차 순수계에서 얻어진 초순수를 상기 순수 탱크에 되돌리는 순환계와, 이 순환계의 일부에서 분기되어 사용포인트에 초순수를 송수하는 분기송수계를 구비한 초순수 제조장치에 있어서, 순환계의 도중에 전기분해장치를 바이패스하여 설치하고, 2차 순수를 원수로서 전기분해처리하여 아노드수, 캐소드수의 적어도 어느 것을 제조하고, 이것을 순환계의 사용포인트로의 분기부보다도 하류위치에서 계내 하류로 흐르도록 설치할 수도 있다.
순환계의 하류에 아노드수, 캐소드수는 어느 한쪽만을 흐르도록 할 수도 있고, 쌍방을 흐르게 할 수도 있으며, 쌍방을 흐르는 경우에는 전환수단에 의해 이것의 전해수를 번갈아서 흐르게 할 수 있다.
상기한 바와 같이 순환계에 전해장치를 설치한 경우에는 전해수를 순환계 하류뿐만 아니라, 또한 2차 순수처리계에 아노드수를 흐르도록 설치하는 것으로, 순환계의 리턴측의 배관, 1차 순수조, 2차 순수처리계에 차례로 흐르게 할 수 있다. 또한, 2차 순수처리계까지 아노드수를 흐르게 하는 경우에는 이 2차 순수처리계에 설치되어 있는 이온교환수단의 전단위치까지 통수하고, 이 이온교환수단의 이온교환수지 열화를 발생하지 않는 정도로까지 상기 아노드수를 환원시키는 것이 바람직하다. 이 아노드수의 환원을 위해서는 전해장치에서 제조한 캐소드수를 이용할 수 있으며, 배관 및 전환밸브에 의해 캐소드수의 혼합수단을 설치하고, 또 이 캐소드수 혼합위치의 후단에 수소화 촉매를 배치하는 것으로, 아노드수에 포함되는 오존, 산소의 산화력을 이온교환수지열화를 발생하지 않을 정도로까지 없앨 수 있다. 또한, 이온교환수지열화를 발생하지 않을 정도로 아노드수에 혼합하는 캐소드수의 양은 분해장치에서 제조된 아노드수에 포함되는 오존의 양, 배관도중에서 소비된 양 등에 의해 변화하기 때문에 일률적으로 결정되지 않지만, 실험 등에 의해 확인하는 것은 용이하며, 이것에 따른 캐소드수의 혼합량을 결정할 수 있다. 이 장치를 사용하는 경우에는 아노드수를 연속적으로 통수하여 세정을 실시할 수 있다. 또한 본 발명의 다른 초순수 제조장치는 상기한 전처리장치, 1차 순수처리계, 2차 순수처리계를 구비하고 있으며, 이 2차 순수처리계가 자외선 조사수단을 갖고 있는 경우에 상기 자외선 조사수단의 상류측(특히 직전)에 전해장치를 설치하며, 1차 순수 또는 2차 순수처리 중의 처리수를 원수로 하여 전기분해처리한 아노드수를 제조하여 상기 자외선 조사수단에 흐르도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성한 초순수 제조장치에 의하면 자외선 조사장치에 오존을 포함하는 아노드수가 흐르기 때문에 자외선 조사에 의한 살균, 유기물 분해가 보다 효율적으로 실시된다는 이점을 얻을 수 있는 외에, 콜로이드 실리카의 이온화가 도모되어 실리카 제거능이 향상하는 작용도 얻을 수 있다.
상기 자외선 조사장치의 상류에 설치하는 전해장치는 이 2차 순수계에서 얻어진 초순수를 상기 순수 탱크에 되돌리는 순환계 도중에 바이패스하여 설치할 수도 있으며, 이 경우에도 상기와 동일한 작용을 얻을 수 있다.
이 자외선 조사장치에 아노드수를 흐르게 하는 경우에는 상기 자외선 조사장치의 후단에 화학적 또는 물리적인 탈산소수단을 설치하는 것이 바람직하다. 화학적 탈산소 수단으로서는 전해장치에서 제조된 캐소드수를 자외선 조사수단으로부터의 유출수에 혼합하는 수단 및 이 혼합부의 후단에 설치된 수소화 촉매탑의 조합을 들 수 있고, 또한 물리적인 탈산소수단으로는 막탈기장치 또는 진공탈기장치와 같은 탈기장치를 들 수 있다.
이와 같이 설치하므로써 자외선 조사장치에 연속적으로 아노드수를 흐르게 할수 있다.
이상의 각 초순수 제조장치에 사용되는 전해장치로는 상기한 바와 같이 공급수로서 순수 또는 초순수를 그대로 이용할 수 있지만, 공급수에 전해질을 첨가하여 전해질 수용액을 전기분해하도록 설치할 수 있으며, 또한 순수 또는 초순수를 전해한 후 아노드수에 산을 첨가하거나 또는 캐소드수에 염기를 첨가할 수도 있다.
아노드실, 캐소드실로의 공급수 또는 아노드수, 캐소드수에 첨가되는 전해질로는 각종의 산, 염기, 염 또는 이 임의의 비율의 혼합물 중에서 목적에 따라 선정 할 수 있고, 그 농도도 특히 한정되는 것이 아니지만, 일반적으로는 농도 0.001㎎/ℓ ~ 100g/ℓ, 바람직하게는 0.01㎎/ℓ ~ 10g/ℓ 정도의 범위로 하는 것이 바람직한 경우가 많다. 산으로는, 예를 들면 염산, 황산, 탄산, 질산 등의 무기산 또는 초산, 시트르산, 옥살산 등의 유기산 등이 이용되며, 염기로는 암모니아, 아민계 등의 염기 등을 이용할 수 있다. 전해질로는 상기 외에 pH완충능의 염, 예를 들면 암모늄염, 탄산염, 옥살산염 등 또는 이 염과 산 또는 염기의 혼합물을 이용할 수도 있으며, 전해전류 등의 전해조건이 전해수의 pH에 주는 영향을 적게할 수 있고, 아노드수 및 캐소드수의 성질을 독립하여 설정하는 것을 보다 용이하게 할 수 있다.
전해질의 첨가는 아노드실(물)과 캐소드실(물)의 쌍방에 실시할 수도 있고, 그외 어느 한쪽에 대해서만 실시할 수도 있다. 살균을 주된 목적으로 하는 장치의 경우에는 산성이고, 산화성의 아노드수를 제조하면 좋기 때문에 아노드실(물)에 전해질 첨가수단을 설치하고, 미립자 저감을 주된 목적으로 하는 장치의 경우에는 알칼리성이고 환원성의 캐소드수를 제조하면 좋기 때문이다.
또한 이상의 초순수 전해장치로는 2조식, 3조식 등 전해조의 형식에 한정되는 것이 아니지만, 아노드실, 캐소드실 및 중간실의 3실로 구성되고, 각 실을 고체 전해질인 이온교환막에 의해 구분한 구조의 3조식의 전해장치가 바람직하게 이용된다. 이와 같은 3조식 전해조로서는 중간실에 고체전해질인 이온교환수지를 충전한 구성의 것, 캐소드 전극과 아노드 전극이 중간실과 나뉘는 이온 교환막에 접한 구조로 설치한 것이 바람직한 전해장치로 들 수 있다.
또한, 전해장치의 후단에는 전해수를 여과하기 위한 예를 들면 구멍직경 1㎛이하의 필터를 설치하는 것도 바람직하다.
상기 전해조는 공급하는 원수나 전해질 및 생성하는 전해수에 대해서 내성을 갖는 것이라고 한정되는 것이 아니지만, 1차 순수를 원수로 하고, 미립자가 실질적으로 혼입하고 있지 않은 전해수를 제조하는 것이기 때문에, 구성부재로는 미립자등이 용출하지 않는 소재의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 구조재로서는 폴리염화비닐(PVC), 폴리프로필렌(PP), 아크릴 수지 등의 유기재료나, 세라믹스, 유리 등의 무기재료 및 접액면에 고무라이닝이나 산화피막처리 등의 표면처리를 실시한 금속재료 등에서 바람직한 것을 선택할 수 있고, 또한 격막으로는 예를 들면 셀룰로우스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스틸렌, 불소수지 등의 고분자재료나 세라믹스 등의 무기재료 등으로 이루어지는 필터 또는 유공성(有孔性) 필름, 이온교환막 등을 이용할 수 있다. 이온교환막을 이용하면 이온교환막의 도전성에 의해 전해전압을 저하시키고 일정의 전해전류를 흐르게 하는 경우의 소비전력을 절약할 수 있다. 전극과 이온교환막을 밀착시키도록 배치하면 더 전해전압을 저하시키고, 소비전력을 절약할 수 있는 이점이 있다. 또한 아노드실과 중간실을 구분하는 격막에 양이온 교환막을 이용하고, 캐소드실과 중간실을 구분하는 격막에 음이온 교환막을 이용한 경우에는 각각의 막의 이온배제효과에 의해 아노드실 및 캐소드실에서 중간실로 확산하는 산화성 및 환원성 물질의 양을 저감할 수도 있다. 양이온 교환막으로는 불소수지 모체에 -SO3 -기를 도입한 강산성 양이온 교환막, 예를 들면 Nafion(상품명 : 듀퐁사 제)117이나 Nafion350등 이나 또는 스틸렌디비닐벤젠 공중합체 모체에 -SO3 -기를 도입한 강산성 양이온 교환막, 예를 들면 네오셉터(CMX)(덕산조달(德山曹達)사 제) 등을 이용할 수 있고, 음이온 교환막으로는 불소수지모체에 음이온교환기를 도입한 음이온 교환막, 예를 들면 TOSFLEX, IE-SA, TOSFLEX, IE-DF, TOSFLEX IE-SF(토소사제)등이나 또는 스틸렌디비닐벤젠 공중합체를 모체로 하는 음이온 교환막, 예를 들면 네오셉터(AMH)(덕산조달사제)등을 이용할 수 있다.
아노드, 캐소드 전극으로는 금속, 합금, 금속산화물 등 또는 이 금속등 기판에 상기 어느 금속 등을 도금 또는 코팅한 것이나 소결탄소 등의 도전성 재료를 이용할 수 있으며, 그 형상으로는 판형상, 펀칭 플레이트, 도금 등의 것을 이용할 수 있다. 특히 아노드의 재질로는 내산성이 우수하고, 산화되기 어려운 것이 바람직하고, 예를 들면 Pt, Pd, Ir, β-PbO2, NiFe2O4 등을 적합하게 이용할 수 있고, 캐소드의 재질로서는 내알칼리성이 우수한 것이 바람직하고, 예를 들면 Pt, Pd, Au, 탄소강, 스텐레스, Ag, Cu, 그라파이트, 유리질 카본 등의 사용이 바람직하다.
본 발명에 의하면 하기와 같은 매우 유용한 효과가 얻어진다.
① 순수 또는 초순수에 직류전류를 통전하고, 미립자 등이 혼입하고 있지 않으며, 또한 오존을 용존한 전해 아노드수 또는 수소를 용존한 전해 캐소드수를 얻을 수 있는 전해장치를 상기 초순수 제조장치의 1차 순수장치와 1차 순수조의 사이에 설치하고, 바이패스 배관을 배치하므로써 다음의 효과가 얻어진다.
a. 오존을 용존한 미립자 등이 혼입하고 있지 않은 전해 아노드수를 1차 순수조에 직접 주입할 수 있고, 1차 순수조 이후의 초순수장치 및 순환배관을 약품의 사용이나 열수를 사용하지 않고 유효하게 살균할 수 있으며, 또한 살균후의 블로우가 매우 단시간으로 끝날 수 있다.
b. 살균용으로 생성한 전해 아노드수와 동시에 생성할 수 있는, 수소를 용존한 미립자 등이 혼입하고 있지 않은 전해 캐소드를 1차 순수조에 직접 주입하고, 초순수 제조장치에 통수하고, 1차 순수조 직전에 블로우하므로써 1차 순수조 이후의 초순수 제조장치내 및 순환배관에 부착한 미립자를 유효하면서도 또한 매우 단시간에 제거할 수 있다.
c. 순수 또는 초순수에 저농도의 염산을 첨가한 용액에 직류전류를 통전하고, 차아염소산 이온을 용존한 산성전해 아노드수, 순수 또는 초순수에 저농도의 염기를 첨가한 용액에 직류전류를 통전하며, 수소를 용존한 염기성 전해 캐소드수를 이용하므로써, 상기 살균효과, 미립자 제거효과를 증강하거나 동일 살균력을 얻기 위한 전해장치규모를 작게 할 수 있다.
d. 아노드수, 캐소드수 중 어느 한쪽을 1차 순수조 이후의 초순수장치 및 순환 배관의 세정에 이용할 때에 다른쪽을 합류시키므로써 새로운 약품을 사용하지 않고 산화환원전위 및 pH를 중화시킬 수 있다.
이러한 견지에서 1차 순수조 이후의 2차 순수장치, 순환배관을 약품의 사용이나 열수의 사용을 하는 일이 없이 유효하고 또 매우 단시간에 살균처리할 수 있으며, 또한 1차 순수조 이후의 2차 순수장치, 순환배관 내벽에 부착한 미립자를 유효하면서도 단시간에 제거할 수 있는 초순수 제조장치를 제공할 수 있다.
② 초순수에 직류전류를 통전하고, 오존을 용존한 전해 아노드수 또는 수소를 용존한 전해 캐소드수를 미립자 등의 불순물을 혼입시키지 않고 얻어지는 전해장치를 적어도 자외선 조사장치와 그 후단에 팔라듐 촉매탑을 갖는 2차 순수장치의 처리수인 초순수를 순환하는 순환배관에 있어서의 사용포인트로의 분기배관의 분기점 하류측에 설치하고, 바이패스 배관을 배치하는 것으로 다음의 효과가 얻어진다.
a. 오존을 용존한, 미립자 등이 혼입하고 있지 않은 전해 아노드수를 순환배관에 직접 주입할 수 있고, 순환배관 및 1차 순수조를 약품의 사용이나 열수를 사용하지 않으며, 또한 순환배관 중의 초순수의 금속, 미립자, 유기물 등의 불순물을 증가시키는 일이 없어 항상 유효하게 살균할 수 있다.
b. 잉여 오존을 자외선 조사장치에서 산소로 분해한 후의 탈기방법으로서 탈산소능력이 높은 촉매법을 이용한 경우, 살균용으로 생성한 상기 전해 아노드수와 동시에 생성하는 수소를 용존한 미립자 등이 혼입하고 있지 않은 전해 캐소드수를 자외선 조사장치와 촉매장치 사이에 직접 주입하는 것으로 별도 수소가스의 저장 설비나 용해장치, 가스필터 등의 번잡하고 위험한 설비를 설치하지 않고 초순수중의 금속, 미립자, 유기물 등의 불순물을 증가시키는 일이 없이 유효하고 항상 탈산소를 실시할 수 있다.
c. 상기 a, b의 효과를 동시에 공통의 전해장치를 이용하여 얻을 수 있다.
이러한 견지에서 순환배관을 구비한 초순수 제조장치에 있어서, 가장 생균이 발생하기 쉬운, 순환배관 리턴측과 1차 순수조를 항상 불순물을 혼합시키는 일이 없고, 살균가능하고 번잡한 부대설비가 없으며, 장치의 정지에 수반하는 약품이나 열수를 이용한 순환라인 전체의 살균회수를 대폭 줄이는 것을 가능하게 하는 초순수 제조장치를 제공할 수 있다.
또한, 동시에 항상 불순물을 혼입시키는 일이 없고, 별도 수소가스의 저장설비나 용해장치, 가스 필터 등의 번잡하고 위험한 설비를 설치하는 일이 없이 유효하게 탈산소를 실시할 수 있는 초순수 제조장치를 제공할 수 있다.
③ 순수에 직류전류를 통전하고, 오존을 용존한 전해 아노드수 및 수소를 용존한 미립자 등이 혼입하고 있지 않은 전해 캐소드수를 미립자 등의 불순물을 혼입 시키는 일이 없이 얻을 수 있다. 전해장치를 상기 초순수 제조장치의 적어도 자외선 조사장치와 그 후단에 팔라듐 촉매탑을 갖는 2차 순수장치의 처리공정의 어느 공정에 설치한 바이패스 배관을 배치하고, 또 전해 아노드수를 자외선 조사장치의 전단에 합류시키는 아노드수 배관과, 전해 캐소드수를 팔라듐 촉매탑 전단에 합류시키기 위한 캐소드수 배관을 배치하므로써 다음의 효과가 얻어진다.
a. 2차 수소장치에 있어서, 자외선 조사의 전단의 순수중에 오존을 용해시키고, 용존오존이 자외선으로 분해반응할 때 살균효과, 콜로이드 물질의 이온화, 유기물의 분해 등의 효과를 얻기 위해서 오존 발생기 및 오존 용해장치를 별도로 배치할 필요가 없다.
b. 전해 캐소드수를 자외선 조사장치와 촉매장치 사이에 직접 주입하는 것으로, 별도 수소가스의 저장설비나 용해장치, 가스 필터 등의 번잡하고 위험한 설비를 설치하는 일이 없으며, 초순수 중의 금속, 미립자, 유기물 등의 불순물을 증가시키는 일이 없이 유효하고, 항상 탈산소를 실시할 수 있다.
c. 상기 a, b의 효과를 동시에 공통의 전해장치를 이용하여 얻을 수 있다.
이러한 견지에서 항상 불순물을 혼입시키는 일이 없고, 별도 오존 발생기나 용해장치, 가스 필터 등의 번잡하고 위험한 설비를 설치하는 일이 없으며, 유효하게 살균효과, 콜로이드 물질의 이온화, 유기물의 분해 등의 효과를 얻을 수 있는 초순수 제조장치를 제공할 수 있다.
또한, 동시에 항상, 불순물을 혼입시키는 일이 없고, 별도 수소가스의 저장설비나 용해장치, 가스 필터 등의 번잡하고 위험한 설비를 설치하는 일이 없으며, 유효하게 탈산소를 실시할 수 있는 초순수 제조장치를 제공할 수 있다.
[실시예]
이하 본 발명을 도면에 나타내는 실시예에 기초하여 더 설명한다.
[실시예 1]
제 1 도는 본 발명의 실시예 1의 초순수 제조장치의 구성개요를 블록도로 나타낸 것이다. 공업용수 등의 원수는 전처리장치(1)에 공급되고, 여기서 현탁물질과 유기물의 일부를 제거한다. 이 전처리가 실시된 처리수는 배관(100)을 통하여 1차 순수처리장치(2)에 공급되며, 여기서 1차 순수로 된다. 1차 순수처리장치는 도시하지 않은 2상 3탑(2B3T)식 이온교환장치, 역침투막(RO)장치, 진공탈기장치, 재생형 혼상식 탈염장치로 이루어진다. 순수처리장치(2)에 의해 얻어진 1차 순수는 배관(101)을 통하여 1차 순수조(4)에 유입하도록 설치되어 있다. 그리고 이 배관(101)에는 전기분해장치(3)가 바이패스접속되어 있다. 정기적으로 실시하는 계내 살균시에는 통상 운전시에 통수되어 있는 상기 배관(101)을, 도시하지 않는 상시개방형 개폐밸브를 닫아 차단함과 동시에 전해장치(3)로의 바이패스 배관(1011)에 설치한 상시개방형 개폐밸브를 열어 통수한다. 상기 전해장치(3)의 구체적인 구성 및 작용에 대해서는 후술한다.
상기 1차 순수처리장치(2)의 각 장치에 의해 순차 처리된 처리수는 이온제거, 유기물, 미립자 등의 불순물 제거가 된 도전율 10μS/cm이하의 고순도의 물(1차 순수 : 1차적으로 이온이 제거된 물)이 된다.
1차 순수조에 저장된 1차 순수는 배관(102)을 통하여 2차 순수처리장치(5)에 보낸다. 본 예에서는 2차 순수처리장치(5)는 1차 순수 중의 유기물을 산화분해와 박테리아의 살균을 실시하는 자외선 조사장치(501), 이온부하가 거의 없는 1차 순수 중의 이온을 더 제거하는 비재생식 혼상형 이온 교환수지탑(502), 또 미립자 등의 제거를 하는 한외 여과막(503)으로 구성되어 있으며, 이 장치를 거쳐 초순수가 된다. 또한 배관(103)은 2차 순수처리장치(5)내의 배관이다. 비재생식 혼상형 이온교환수지탑(502)에 대응하여 이것을 바이패스하는 바이패스 배관(1031)이 설치되어 있다. 통상 운전시에는 배관(103)을 통하여 비재생식 혼상형 이온 교환수지탑(502)에 통수되지만, 전해장치(3)를 가동하여 계내 살균을 실시하는 경우에는 도시하지 않는 전환밸브에 의해 통수가 바이패스 배관(1031)측으로 전환되도록 되어 있다.
2차 순수처리장치(5)에서 처리된 초순수는 본예에서는 1차 순수조(4)에 이것을 되돌리는 순환계를 구성하고 있는 순환배관(104)에 통수되며, 이 순환루프 도중에서 분기된 분기배관(1043)을 통해 사용포인트(1044)에 송수된다. 또한 상기 순환배관(104)은 그 분기부의 상류측 부분을 1041, 하류측(리턴측)부분을 1042로 나타냈다.
이상과 같이 구성한 본예의 초순수 제조장치에 있어서, 배관(101)을 바이패스하는 배관(1011)에는 상기 전해장치(3)가 설치되어 있다. 이 전해장치(3)는 아노드전극이 배치된 아노드실(1012)과, 캐소드전극이 배치된 캐소드실(1013)이 격막에 의해 구분되어 있으며, 소정의 전기분해가 실시되어 아노드실(1012)에서 제조된 아노드수가 유출 배관(1014)에서 배관(101)에 합류하여 1차 순수조(4)에 보내지도록 되어 있다. 또한 본예에 있어서는 캐소드실에서 제조된 캐소드수는 배출배관(1015)을 통하여 순환배관(104)에서 분기된 배출배관(105)에 보내어 계외로 배출되도록 되어 있다.
또한 제 1 도는 본예 장치의 구성을 개략적으로 블록도로 나타내고 있기 때문에 실제의 공업적 규모의 배치를 반드시 나타내는 것은 아니다. 순환배관(104)은 경우에 따라서는 수백m에 이르고 또한 일반적으로는 순환배관(104)에서 분기되어 송수되는 사용포인트(1044)는 경우에 따라서는 수십m에 이르는 상당히 긴 분기배관(1043)에 접속되는 것이다. 또한 사용포인트(1044)는 수십개소로 다수 존재하고, 분기배관의 수도 수십개소 존재하기 때문에 배수배관(105)을 순환배관(104)에 접속하는 위치는 1차 순수조(4)의 직전이 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 구성의 초순수 제조장치에 있어서, 전해장치(3)에서 제조된 아노드수를 이용한 살균처리를 다음과 같이 실시한다.
즉, 초순수를 제조하는 통상 운전시에는 원수는 전처리장치(1), 배관(100), 1차 순수처리장치(2), 배관(101), 1차 순수조(4), 배관(102), 2차 순수처리장치(5)(내부는 자외선 조사장치(501), 배관(103), 비재생식 혼상형 이온 교환수지탑(502), 배관(103), 한외여과막장치(503)), 순환배관(104)(1041, 1042)의 순서로 통수되고, 제조된 초순수는 순환배관(104)에서부터 분기배관(1043)을 통하여 사용포인트(1044)에 송수되며, 잉여 초순수는 1차 순수조(4)에 되돌린다.
다음에 소정 기간마다 실시되는 정기적인 계내 살균세정 시에는 배관(101)과 배관(103)에 있어서의 통수전환이 실시되고, 1차 순수처리장치(2)로부터의 1차 순수는 바이패스 배관(1011)에서 전해장치(3)의 아노드실(1012) 및 캐소드실(1013)에 공급되며, 소정의 전기분해처리가 실시된다. 그리고 이 아노드수는 유출배관(1014)에서 1차 순수조(4), 2차 순수처리장치(5)(단, 비재생식 혼상형 이온교환수지탑(502)은 통수하지 않고 바이패스 배관(1031)을 통수), 순환배관(104)을 통하여 배출배관(105)에서부터 계외로 배출된다. 이것에 의해 아노드수가 통수된 배관이나 각 장치내는 산화성의 아노드수에 의해 살균처리된다. 살균처리후는 배관통수계를 상기 통상 운전시의 상태로 되돌려 소정시간의 초순수의 블로우 운전을 실시한 후 초순수 제조의 통상상태로 복귀한다.
이상과 같은 구성의 본 실시예 장치에 의하면 초순수를 제조하는 계내에 설치한 전해장치(3)에 의해 미립자 등이 실질적으로 혼입하고 있지 않은 1차 순수를 이용하여 살균용 아노드수를 제조하고 있기 때문에, 종래와 같은 계외로부터의 약품의 첨가나, 마찬가지로 계외로부터의 오존가스의 용해주입을 실시하지 않고, 살균세정에 수반하는 계외로부터 미립자 등이 반입될 우려가 전혀 없다는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 본예에 있어서는 전해장치(3)에서 제조된 환원성을 갖는 캐소드수를 그 캐소드실(1013)로부터의 유출배관(1015)을 통하여 배출배관(105)에 흐르게 하고, 순환계로부터 배출하는 살균처리후의 아노드수와 합류시키도록 하고 있다. 이 때문에 배수는 산화성, 환원성이 없는 배수가 되고, 새롭게 산화제, 환원제의 약품을 계외로부터 첨가할 필요가 없으며, 방류 또는 재이용을 위한 처리를 할 수 있는 이점이 얻어진다.
[실시예 2]
제 2 도에 나타내는 본 예는 실시예 1에 있어서는 전해장치(3)의 아노드수를 이용하여 계내 살균세정을 실시하도록 하고 있는데에 대해서, 전해장치(3)의 캐소드실(1013)에서 제조된 캐소드수를 이용하여 계내 부착미립자의 제거세정을 실시하도록 한 점 및 아노드수로부터의 유출배관(1014)을 배출배관(105)에 접속하여 세정후의 캐소드수를 계외로 배출할 때에 합류시키도록 설치한 점 등에서 다른 것이지만, 다른 장치, 배관의 구성 및 통상 운전과 미립자 제거세정의 전환조작은 실시예 1과 동일하다.
본예의 초순수 제조장치에 의하면 실시예 1과 동일하게 초순수를 제조하는 계내에 설치한 전해장치(3)에 의해 미립자 등이 실질적으로 혼입하고 있지 않은 1차 순수를 이용하여 미립자 제거용 캐소드수를 제조하기 때문에 약품첨가나 수소가스 용해주입에 따른 계외로부터의 미립자 등의 혼입의 우려가 없다는 이점이 얻어지고, 또한 배출배관에 있어서의 아노드수의 캐소드수로의 합류에 의한 이점도 또한 얻어진다.
이상의 실시예 1, 2에서 이용되는 전해장치(3)에는 구체적으로는 예를 들면 제 9 도에 나타낸 3조식의 전해장치(300)를 이용할 수 있다.
이 3조식 전해장치(300)는 제 9 도에 나타내는 바와 같이 아노드실(321), 캐소드실(323) 및 이 사이에 칸막이로서 설치한 고체전해질인 이온교환막(324)에 의해 구분된 중간실(322)을 갖는 3조식 구조로 설치되어 있고, 각 실로의 순수 공급구(330)에서 초순수가 공급된다. 또한 중간실(322)에는 고체 전해질인 이온교환수지가 충전되어 있다.
그리고, 아노드실(321)에 배치된 아노드전극(326)과, 캐소드실(323)에 배치된 캐소드전극(327)과의 사이에 인가된 직류전압에 의해 공급되는 1차 순수가 전해되고, 생성된 아노드수는 아노드수 출구(331)로부터 유출된다. 또한 생성된 캐소드수는 아노드수 출구(333)에서 유출된다. 또한 '332'는 중간실 수의 출구, '328'은 전해조의 광주리체, '329'는 직류전원을 나타내고 있다. 제 10 도는 이 제 9 도에 나타낸 3조식 전해장치(300)의 배관접속관계를 모식적으로 나타낸 것이고, 실시예 1, 2의 바이패스 배관(1011)에서 각 3실에 1차 순수가 공급되며, 아노드실(321)에서 제조된 아노드수는 그 유출배관(1014)을 통하여 실시예 1에서는 1차 순수조(4)에 보내지고, 실시예 2에서는 배출배관(105)에 보내진다. 또한 캐소드실(323)에서 제조된 캐소드수는 그 유출배관(1015)을 통하여 실시예 1에서는 배출배관(105)에 보내지고, 실시예 2에서는 1차 순수조(4)에 보내진다.
이와 같은 구성의 제 9 도의 전해장치(300)는 전해질을 거의 포함하지 않은 1차 순수를 전해할 때에 아노드 전극(326)과 캐소드 전극(327)사이의 고체 전해질인 이온 교환막(324) 및 이온 교환수지(325)가 전극간의 전자수수(授受)의 본체가 되고, 저전압에서 1차 순수의 전해가 실시됨과 동시에 중간실(322)을 설치한 것에 의해 아노드실(321)과 캐소드실(323)사이의 액이 혼합하는 것도 방지할 수 있기 때문에 아노드수, 캐소드수를 효율적으로 생성할 수 있다.
또한 이 제 9 도, 제 10 도의 전해장치(300)를 대신하여 제 11 도 내지 제 13 도에 나타낸 전해처리장치(301, 302, 303) 등을 이용할 수 있다. 제 11 도에서는 전해장치(301)에 공급하는 1차 순수에 대해서 아노드실(321)로의 공급배관(10111)에 산, 알칼리 등의 전해질을 공급하는 전해질 공급장치(351)를 설치하고, 캐소드실(323)로의 공급배관(10113)에 산, 알칼리 등의 전해질을 공급하는 전해질 공급장치(352)를 설치하고 있다. 제 12 도에서는 전해장치(302)의 아노드실(321), 캐소드실(323)으로부터의 유출배관(1014, 1015)에 정밀 여과막 등의 필터(361, 362)를 설치하여 미립자 등을 제거하고 있다. 제 13 도에서는 전해장치(303)의 유출배관(1014, 1015)의 접속을 전환하는 전환부(371)가 설치되어 있으며, 아노드수와 아노드수를 별도로 얻는 것도, 양자를 혼합할 수도 있다. 또한 도시하지 않았지만, 제 9 도, 제 10 도의 전해장치(300)를 대신하여 아노드실(321)로부터의 유출배관(1014)에 산 등을 첨가하는 수단을 설치하고, 또한 캐소드실(323) 유출배관(1015)에 알칼리 등의 첨가수단을 설치하고, 이 전해수의 pH를 조정할 수 있도록 한 전해장치를 이용할 수도 있다.
또한, 상기 제 1 도, 제 2 도에 나타낸 실시예 1, 2의 초순수 제조장치에 있어서, 전해장치(3)로부터의 유출배관(1014, 1015)을 1차 순수조(4)와 배출배관(105)의 어느 하나라도 접속해 두고, 통수상태를 전환밸브로 전환할 수 있도록 하면 좋다. 이것에 의해 아노드수, 캐소드수를 1차 순수조(4)에 차례로 흐르도록 할 수 있다.
예를 들면, 계내 세정을 비롯해서 제 1 도의 상태로 아노드수를 일정시간 1차 순수조(4)에 흐르게 하고, 그 후 아노드수의 통수를 멈추고, 캐소드수를 1차 순수조(4)에 흐르도록 설치할 수 있다. 통수의 순서는 반대여도 좋다. 또한 1차 순수에 통수하고 있지 않은 측의 전해수는 배출배관(105)에 배출하면 좋다.
[참고예 1]
상기 제 1 도의 상태, 이어서 제 2 도의 상태에 통수를 전환할 수 있도록 통수 배관계를 구성한 전해장치(300)를 이용하고, 하기 표 1의 조건으로 제 1 도 및 제 2 도에 나타낸 초순수 제조장치의 정기적인 살균세정, 미립자 제거세정을 실시한후의 생균수(개/ml), 미립자수(개/ml)의 시간 변화를 조사했다. 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
또한, 측정은 분기배관(1043)으로의 통수를 정지한 상태에서 배출배관(105)으로 부터의 배출수에 대해서 실시했다. 또한 생균수의 측정은 생균 필드 모니더(MHWGO 3700)(밀리포어사 제)에 의한 시료여과후, 이것을 M-TGE 배양지에 첨가하고, 25℃에서 5일간 배양후, 생균 콜로니를 카운트하는 방법에 의해 실시했다. 배수중의 미립자의 측정은 레이저 광산란방식에 의한 인라인 미립자 카운터 SLPC-A(오루가노사 제)에 의해 실시했다.
또한 전해장치(3)의 운전조건은 다음과 같이 했다.
유량 : 각 실 0.1m3/h
전류밀도 : 30mA/cm2
아노드수 중 오존농도 : 5000ppb
캐소드수 중 수소농도 : 3000ppb
상기 표중에 있어서, CP는 비재생형 혼상식 이온교환수지탑을 말한다.
[비교예 1]
또한 비교를 위해서 제 14 도에 나타낸 종래의 초순수 제조장치를 준비하고, 참고예 1과 동일조건의 전처리장치, 1차 순수제조장치에서 얻어진 순수를 통수, 제조할 수 있도록 장치를 조립하고, 상기 표 1에 기재한 약품에 의한 살균 및 미립자 저감처리를 위한 세정처리를 실시한 후의 생균수(개/ml), 미립자수(개/ml)의 시간변화를 조사했다. 결과를 상기 표 2에 나타냈다.
이상의 결과에서 알 수 있는 바와 같이 참고예 1에 의한 경우에는 비교예 1의 경우에 비교하여 미립자의 저감이 신속하고, 30일간 통수(정상운전)로도 거의 생균의 증가를 알 수 없는 것이 확인되었다.
[실시예 3]
제 3 도에 나타내는 본예의 초순수 제조장치에는 제 1 도의 예에 있어서의 전해장치(3)를 제외하고, 전해장치(30)를 순환배관(104)의 리턴측(1042)에 배치하고 있다. 그리고 전해장치(30)의 아노드실(31)로부터의 아노드수를 1차 순수조(4)에 통수시키고 있다. 또한, 1차 순수조(4)에 바이패스한 바이패스 배관(110)에 세정액조(6)을 설치하고, 이 세정액조(6)로 통하여 정기적 세정을 위한 약품 공급수단(또는 순수 가열수단)(61)으로부터의 약품 또는 가열순수를 1차 순수조(4)에 흐르도록 하고 있다. 또한, 다른 장치 및 배관의 구성은 실시예 1과 동일하기 때문에 공통의 장치, 배관에는 공통의 부호를 붙이고 설명을 설명했다.
또한, 전해장치(30)의 캐소드실(32)로부터의 캐소드수는 유출배관(107)으로부터 배수나 또는 1차 순수처리장치(2)의 도중 또는 그 이전의 공정으로 되돌리도록 하고 있다. 또한 108은 이 전해장치(30)에 대해서 바이패스하여 설치한 바이패스로이다. 또한 2차 순수처리장치(5)의 바이패스로(1031)는 약품세정에 통수되는 것의다.
본예의 초순수 제조장치의 특징은 종래는 공업적 규모에서는 실시가 전혀 되어 있지 않은 순환배관 리턴측(1042) 및 1차 순수조(4)를 연속살균하는 것을 실현할 수 있다.
즉, 본예 장치에서는 약품 등에 의한 처리계내 살균, 미립자 제거세정을 위한 장치(6, 61, 110)는 종래의 장치와 동일하게 설비되어 있지만, 순환배관(104)에 설치한 전해장치(30)를 이용하므로써 정기적 세정의 빈도를 저감할 수 있다.
본 예에 있어서는 전해장치(30)의 아노드수는 유출배관(106), 1차 순수조(4), 배관(102)을 거쳐 2차 순수처리장치(5)에 통수된다. 그리고 이 2차 순수처리장치(5)에 설치되어 있는 자외선 조사장치(501)에서의 자외선 조사에 의해 오존이 분해되어 산소가 된다. 본 예는 이 용존산소를 탈기하기 위한 장치를 갖는 것이 아니지만, 연속운전되어 제조되는 초순수에 산소가 용존해도 지장없는 경우에는 문제없이 적용할 수 있다.
[실시예 4]
제 4 도에 나타내는 본 예의 초순수 제조장치는 실시예 3의 2차 순수처리장치(5)내에 있어서 자외선 조사장치(501)의 다음단에 탈기장치(504)를 설치한 점에 있어서 상이하지만, 다른 것은 제 3 도에 나타내는 초순수 제조장치와 구성은 완전히 동일하기 때문에 공통하는 장치, 배관에는 공통의 부호를 붙여 설명을 생략한다.
본 예에 의하면 자외선 조사장치(501)에 의해 오존이 소거되어 산소로서 용존되어 있는 것을 탈기장치(504)에 의해 제거할 수 있기 때문에, 용존산소의 존재가 문제가 되는 용도의 장치로서 유효하다. 또한 상기 탈기장치로는 예를 들면 PTFE제 또는 실리콘 고무계 재료제의 기체 투과막을 이용한 막 탈기장치 또는 진공탈기장치 등을 이용하는 것이 바람직하다.
[실시예 5]
제 5 도에 나타내는 본 예의 초순수 제조장치는 실시예 3의 2차 순수처리장치(5)내에 있어서 자외선 조사장치(501)의 다음단에 수소화 촉매탑(505)을 설치하며, 또한 전해장치(30)의 캐소드실(32)의 유출배관(107)으로부터의 캐소드수를 이 수소화 촉매탑(505)의 전단에 있어서 합류시키도록 한 점에 있어서 제 3 도에 나타내는 실시예 4와 상이하다. 그러나 다른 것은 제 3 도에 나타낸 초순수 제조장치와 구성은 완전히 동일하기 때문에 공통하는 장치, 배관에는 공통하는 부호를 붙여 설명을 생략했다. 또한 상기 수소화 촉매로서 예를 들면 금속 팔라듐 보유 수지인 엄버 리스트(등록 상표)ER-206 등을 이용하는 것이 바람직하다.
본 예에 의하면 자외선 조사장치(501)에 의해 오존이 산소가 되어 포함되어 있는 물에 수소를 포함하는 캐소드수가 혼합되기 때문에 수소화 촉매탑(505)에 있어서 이것이 용이하게 물로 되기 때문에 용존산소가 줄어든다. 이 때문에 용존산소의 존재가 문제가 되는 용도의 장치로서 유효하다. 또한 본 예의 장치는 상기 실시예 4의 탈기장치에 비교하여 장치가 매우 소형화할 수 있는 이점이 있고, 또한 전해공급수인 고부가가치의 초순수를 낭비하지 않고 이용할 수 있는 점도 우수하다.
[참고예 2]
상기 제 5 도의 초순수 제조장치를 전해장치(30)에 제 9 도, 제 10 도에 나타낸 전해장치(300)를 이용하여 구성하며, 1차 순수처리장치에 얻어진 순수를 통수하여 장기간 운전을 한 후, 하기 표 3의 조건으로 약품살균(과산화수소 1%)을 하고, 60일간의 정상운전을 2회 반복하여 실시했을 때의 사용포인트측으로의 분기위치에서의 생균수(개/ml)와, 용존산소농도(μμg0/ℓ) 및 탈기장치전의 용존산소농도(μg0/ℓ)를 조사했다. 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다. 생균수의 측정방법은 참고예 1과 동일하고, 용존산소는 인라인 용존산소계(동아전파사 제)로 측정했다.
또한 전해장치(30)의 운전조건은 다음과 같이 했다.
유량 : 각 실 0.1m3/h
전류밀도 : 5mA/cm2
아노드수 중 오존농도 : 200μg/ℓ
캐소드수 중 수소농도 : 100μg/ℓ
[비교예 2, 3]
또한 비교를 위해 제 14 도에 나타내는 종래의 초순수 제조장치 및 제 15 도에 나타낸 종래의 초순수 제조장치에 의해 참고예 2와 동일한 조건으로 정기세정, 정상운전을 실시하고, 동일하게 하여 생균수(개/mℓ)와, 용존산소농도(μg0/ℓ) 및 탈기장치전의 용존산소농도(μg0/ℓ)를 조사했다. 그 결과를 상기 표 4에 나타냈다.
이상의 결과에서 분명히 알 수 있는 바와 같이 참고예 2는 계외에서 오존첨가, 수소첨가를 하고 있지 않음에도 불구하고, 비교예 3과 동일하게 살균효과가 얻어지고, 또한 비교예 2에 비해서 정기살균후 60일간이나 생균수의 증가가 전혀 보이지 않고 초순수 중의 용존산소농도는 1μg/ℓ이하의 매우 저농도로 유지되는 것이 확인되었다.
[실시예 6]
제 6 도에 나타내어지는 본예의 초순수 제조장치는 제 1 도의 예에 있어서의 전해장치(3)를 제외하고, 전해장치(40)를 2차 순수처리장치(5)의 자외선 조사장치(501)의 전단에 배치하고, 아노드실(41)로부터의 아노드수를 자외선 조사장치(501)에 통수시키도록 하고 있다. 또한 1차 순수조(4)를 바이패스하는 바이패스배관(110)을 설치하고 이 바이패스 배관(110)에 세정액조(6)를 설치하고, 이 세정액조(6)를 통하여 정기적 세정을 위한 약품공급수단(또는 순수가열수단)(61)으로부터의 약품 또는 가열순수를 1차 순수조(4)에 흐르도록 하고 있다. 다른 장치 및 배관의 구성은 실시예 1과 동일하기 때문에 공통의 장치, 배관에는 공통의 부호를 붙여 설명을 생략했다.
또한 전해장치(40)의 캐소드실(42)로부터의 캐소드수는 유출배관(107)으로부터 배수하거나 또는 1차 순수계 이전 공정으로 되돌리도록 설치하고 있다. 또한 108은 이 전해장치(40)에 대해서 바이패스하여 설치한 바이패스로이다. 또한 2차 순수처리장치(5)의 바이패스로(1031)는 약품세정시에 통수되는 것이다.
본예에는 초순수 제조장치에 있어서는 계내 살균은 약품 등에 의한 정기적 세정에 의해 실시되는 점에서 종래 장치와 동일하지만, 자외선 조사장치(501)에 대해서 오존을 포함하는 아노드수를 공급할 수 있으며, 유기물 등의 분해가 효율적으로 실시됨과 동시에 종래 이온교환 등의 처리로 제거가 곤란한 콜로이드형상 실리카의 이온화를 실시할 수 있으며, 후단의 이온교환에 의해 용이하게 제거가능하게 되는 이점을 얻을 수 있다.
[실시예 7, 8]
제 7 도에 나타내는 실시예 7의 초순수 제조장치는 자외선 조사장치(501)의 다음단에 탈기장치(504)를 설치한 구성의 것으로서, 실시예 4를 나타내는 제 4 도의 구성에 대응하고 있다. 또한 제 8 도에 나타내는 실시예 8의 초순수 제조장치는 자외선 조사장치(501)의 후단에 수소화 촉매탑(505)을 설치함과 동시에, 전해장치(40)의 캐소드실(42)의 유출배관(107)으로부터의 캐소드수를 이 수소화 촉매탑(505)의 전단에 있어서 합류시키도록 한 것에 있어서 실시예 5를 나타낸 제 5 도의 구성에 대응하고 있다.
이 점 외는 제 6 도에 나타낸 초순수 제조장치와 구성은 완전히 동일하기 때문에 공통하는 장치, 배관에는 공통의 부호를 붙여 설명을 생략했다.
이 탈기수단을 설치하므로써 실시예 6의 효과와 실시예 4, 5에서 설명한 것과 동일한 효과가 얻어진다.
[참고예 3~5]
실시예 6~8의 초순수 제조장치를, 전해장치(30)를 제 9 도, 제 10 도에 나타낸 전해장치(300)를 이용하여 구성하고, 1차 순수제조장치에서 얻어진 순수를 통수하여 장기간 운전을 실시한 후, 약품살균(과산화수소 1%)을 실시하고, 그 후 7일간의 정상운전을 실시했을 때의 수질을 한외여과막장치 출구위치에 있어서 조사했다.
측정수질항목은 전기저항율, 전(全)유기탄소(TOC), 이온형상 실리카, 비이온형상 실리카, 전(全)증발잔류물, 미립자수, 생균수, 금속(Na, Fe, Cu), 염화물 이온 및 용존산소이고, 측정은 각각 전기저항율 ; 전기저항율계 AQ-11(전기화학계측사 제), 이온형상 실리카 ; 실리카계 SA-500(토레엔지니어링사 제), 전(全)증발잔류물 ; 전 증발잔류물계 TS-1000(올가노사 제), 염화물 이온 ; 이온크로마트 분석계 IC-7000(횡하전기사 제)에 의해 실시했다. 또한 미립자, 생균, 용존산소는 비교예 1, 2와 동일하고, 또 비이온형상 실리카는 전(全)실리카에서 이온형상 실리카를 뺀 것으로 했다. 결과를 하기 표 5에 나타냈다.
또한 전해장치의 운전조건은 참고예 1과 동일하게 했다.
[비교예 4]
또한 비교를 위해 제 14 도에 나타낸 종래의 초순수 제조장치에 의해 참고예 3과 동일한 조건으로 정기세정, 정상운전을 실시하고, 동일하게 하여 동일 측정수질항목을 조사했다. 그 결과를 상기 표 4에 나타냈다.
이상의 결과에서 알 수 있는 바와 같이 실시예 6~8은 비교예 4와 비교하여 TOC, 비이온형상 실리카, 전 증발잔류물, 미립자, 생균이 저감되어 있으며, 탈기 장치도 구비한 실시예 7, 8은 추가로 용존산소도 매우 저농도까지 저감되어 있는 것이 확인되었다.

Claims (16)

  1. (A) 원수에 포함되는 현탁물질을 제거하는 전처리장치; (B) 이 전처리장치에서 얻어진 전처리수에서 이온 및 비이온성 물질을 제거하는 1차 순수처리장치; (C) 1차 순수처리장치에서 얻어진 1차 순수에 대해서 이온 교환 및 막처리를 하여 2차 순수를 얻는 2차 순수처리장치; 및 (D) 1차 순수처리가 끝난 처리수에 대해서 전기분해처리를 하여 전해수를 생성하는 전기분해장치를 포함하고, 상기 전기분해장치에 의해 얻은 전해수를 2차 순수처리장치의 일부에 공급하여 2차 순수처리장치에 일부를 세정하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기분해장치에 의해 얻은 전해수인 아노드수와 캐소드수를 세정대상인 2차 순수처리장치에 번갈아서 공급하는 전환장치를 갖는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기분해장치에 의해 얻은 전해수인 아노드수와 캐소드수 중 어느 하나를 세정대상인 2차 순수처리장치에 공급하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전기분해장치에 의해 얻은 전해수인 아노드수에 의해 세정대상인 2차 순수처리장치를 세정하고, 얻어진 세정 배수에 캐소드수를 혼합하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 전기분해장치에 의해 얻은 전해수인 캐소드수에 의해 세정대상인 2차 순수처리장치를 세정하고, 얻어진 세정 배수에 아노드수를 혼합하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기분해장치는 1차 순수를 원수로 하여 전기분해를 하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기분해장치는 2차 순수를 원수로 하여 전기분해를 하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  8. 제7항에 있어서, 2차 순수의 일부를 2차 순수처리장치의 전단으로 순환하는 순환배관을 더 갖고, 상기 전기분해장치는 이 순환배관내의 2차 순수를 원수로 하여 전기분해를 하여 얻어진 전해수를 순환배관에 의해 2차 순수처리장치의 전단으로 순환하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 순수처리장치는 자외선 조사장치를 갖고, 상기 전기분해장치에 의해 얻은 아노드수를 이 자외선 조사장치에 공급하여 자외선 조사장치를 세정하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  10. 제13항에 있어서, 2차 순수의 일부를 2차 순수처리장치의 전단으로 순환하는 순환배관을 더 갖고, 상기 전기분해장치는 이 순환배관내의 2차 순수를 원수로 하여 전기분해를 하여 얻어진 아노드수를 상기 자외선 조사장치에 공급하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 2차 순수처리장치는 자외선 조사장치의 전단으로 탈산소장치를 갖는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 탈산소장치는 전기분해장치에서 얻어진 캐소드를 자외선 조사장치의 처리수와 혼합하는 혼합장치와, 이 혼합장치의 후단에 설치된 수소화 촉매에 의한 수소화 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전기분해장치는 전기분해를 하는 원수에 대해서 전해질을 첨가하여 전기분해하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 순수처리장치는 이온교환처리를 하는 이온교환장치와, 이 이온교환장치를 바이패스하는 바이패스로를 갖고, 전해수를 2차 순수처리장치에 공급할때는 전해수를 상기 바이패스로에 흐르게 하고 이온교환장치를 바이패스하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기분해장치는 아노드가 수용되는 아노드실과, 캐소드가 수용되는 캐소드실과, 이 아노드실과 캐소드실의 중간에 위치하는 중간실을 갖고, 아노드실과 중간실과의 사이 및 캐소드실과 중간실과의 사이는 이온교환막으로 구분되어 있으며, 적어도 중간실에는 이온교환수지가 충전되어 있고, 아노드는 아노드실내에 있어서 중간실과의 사이에 설치된 이온교환막과 접하고 있으며, 캐소드는 캐소드실내에 있어서 중간실과의 사이에 설치된 이온교환막과 접하는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
  16. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기분해장치는 전기분해하여 얻은 전해수를 여과하는 필터를 갖는 것을 특징으로 하는 고순도 물의 제조장치.
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