KR100305035B1 - 초순수제조장치 - Google Patents
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Abstract
감소된 TOC 농도 및 낮은 도전율을 갖는 초순수는 원수의 수질 변화에 따라 제조된다. 제 1수조(31)는 하부가 서로 연통된 혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)을 갖는다. 활성탄 자루(43)는 상기 양 처리실(39,40)의 상부에 설치되며, 빈초탄(44)은 하부에 충전된다. 상기 구성에 있어서, 피처리수중의 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물은 미생물에 의해 생물학적으로 처리되어 TOC를 감소시킨다. 또한, 유기 질소 화합물 처리 공정을 통하여 생성된 질산염 질소는 혐기성 미생물에 의해 탈질화되어 피처리수의 도전율을 감소시킨다. 두 활성탄탑(32,33)은 호기성 유기물 처리실(40)로부터의 처리수중에 남아있는 탄소 화합물과 유기 질소 화합물에 대하여 향상된 처리를 수행한다. 조절기(56)는 TOC 계측기(55)로부터의 신호에 따라 피처리수의 순환량 및 교반량을 제어하며, 이로써 피처리수의 수질을 확보한다.
Description
본 발명은 초순수(ultrapure water) 제조 장치, 특히 초순수 제조 방법 및 감소된 TOC 농도(총 유기 탄소, Total Organic Carbon) 및 낮은 도전율을 갖는 초순수를 제조할 수 있는 초순수 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공장에서 초순수에 요구되는 수질은 반도체 소자의 미세 구조의 발달에 따라 더욱 더 엄격해지고 있다. 특히 64메가비트-DRAM(Dynamic Random-Access Memory) 이상의 집적도를 갖는 반도체 소자를 제조하는 공장에 있어서, 초순수의 TOC가 1ppb(Parts Per Billion) 이하의 농도로 감소된다.
일반적으로, 초순수 제조 장치는 전처리 장치, 1차 순수 제조 장치 및 2차 순수 제조 장치로 구성된다. 이때, 전처리 장치는 응고 침전법, 응고 여과법 및 응고 압력 부유법과 같은 물리 화학적 방법을 사용한다. 상기 전처리 장치의 구체적인 예는 도 16a 및 16b에 도시되어 있다. 도 16a 및 16b의 전처리 장치는 물리 화학적 처리인 침전 및 여과의 방법을 채택하며 주로 피처리수에 있는 슬러지를 제거할 목적으로 사용된다. 따라서, 도 16a 및 16b에 나타낸 전처리 장치는 TOC 농도를 증가시키는 유기 질소 화합물을 효과적으로 처리하는 처리 장치로 간주될 수 없다.
상기 1차 순수 제조 장치로서, 역삼투 장치, 이온 교환 수지 장치 및 적외선 멸균 장치가 조합된 장치가 있다. 상기 2차 순수 제조 장치로서, 자외선 산화 장치, 이온 교환 수지 장치, 한외여과막 장치 등으로 구성된 것이 있다.
최근의 연구에 의하면, 초순수에 남아있는 TOC는 원수로부터 유래된 유기 질소 화합물에 의해 야기된다. 이 경우, "원수(raw water)"는 공업용수, 지하수 등을 의미한다. 이와는 반대로, 음료수 및 수도물은 "도시수(city water)"로 불린다.
일반적으로, 피처리수의 TOC 농도를 증가시키는 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물 등의 처리 방법에 있어서, 상술한 역삼투 장치, 특수 이온 교환 수지 장치 또는 자외선 산화 장치가 사용된다. 그러나, 최근에는 초순수의 수질이 1ppb 이하의 TOC 농도를 필요로 함에 따라, 상술한 일반적인 유기물 처리 장치와 더불어 호기성 미생물을 사용하는 생물적 처리 방법을 채택하는 전처리 장치가 개발되었다(일본 특허 공개공보 평성 6-63592호의 종래 기술 참조).
수자원 보호에 대한 의식의 증가에 따라, 도시수, 공업용수, 지하수 등을 원수로서 무제한적으로 사용하는 것 대신 폐수를 회수하여 재사용하는 초순수 제조 장치가 많이 제안되었다. 예컨대, 원수와 유기 용매로서 작용하는 수 ppm의 IPA(이소프로필 알코올) 및 아세톤을 함유하는 폐수를 혼합하고 상기 유기 질소 화합물을 생물학적으로 처리하여 초순수를 제조하는 방법이 제안되었다(일본 특허 공개공보 평성 6-233997호의 종래 기술 참조). 이 초순수 제조 방법에 있어서, 피처리수 내의 유기 질소 화합물은 전처리 장치에 의해 생물학적으로 처리된 후, 1차 순수 제조 장치 및 2차 순수 제조 장치에 의해 연속적으로 처리되어 최종적으로 1ppb 이하의 TOC 농도를 갖는 초순수를 얻는다. 호기성 미생물이 사용되고 전처리 장치에서 생물학적 처리를 위하여 활성탄이 충전재로서 사용되며, 이로써 요소로 대표되는 유기 질소 화합물을 처리하는 것에 주목해야 한다.
미생물에 의해 전처리를 실시하는 초순수 제조 장치는 도 17에 나타낸 바와 같다. 이 초순수 제조 장치에 있어서, 공업용수 및 회수수(collected water)는 원수로써 수수조(1, water receiving tank)에 도입된다. 그리고 나서, 3시간 이상의 체류 시간이 경과한 후, 상기 물은 송수 펌프(2)에 의해 상향류식 생물 분해 장치(3)에 도입된다. 이 상향류식 생물 분해 장치(3)에는 활성탄 등이 충전되며, 여기서 호기성 미생물이 번식한다. 상향류식 생물 분해 장치(3)로부터의 피처리수는 폭기조(4)에 도입된다. 그리고 나서, 산기관(5)으로부터 토출되는 폭기 공기로 상기 물을 폭기시킨다. 폭기조(4) 내부의 피처리수는 순환하며, 폭기조 펌프(6)에 의해 상향류식 생물 분해 장치(3)로 반송된다. 상기 폭기조(4) 내부의 일부 피처리수는 펌프 피트(7)에 도입되고 송수 펌프(8)에 의해 분리막 장치(9) 및 1차 순수 제조 장치(10)에 순차적으로 전송된다.
전처리 장치에 혐기성 미생물 및 호기성 미생물을 사용한 생물학적 처리를 이용하는 초순수 제조 장치로서, 도 18 및 19에 나타낸 장치가 있다. 상기 초순수 제조 장치에 있어서, 호기성 유기물 처리부(12,22)가 혐기성 유기물 처리부(11,21) 상부에 배치되어 있다. 충전재로서 목탄(13,23)이 충전되며, 여기서 혐기성 미생물 및 호기성 미생물이 번식한다. 참조 번호(14,24)는 플라스틱 충전재를 나타내며, 참조 번호(15,25)는 염화비닐리덴을 나타내고, 참조 번호(16,28)는 막 분리조를 나타낸다. 참조 번호(26)는 과산화수소 산화조를 나타내며, 참조 번호(27)는 과산화수소 분해조를 나타낸다.
상술한 바와 같이, 초순수 제조 장치는 전처리 장치, 1차 순수 제조 장치 및 2차 순수 제조 장치로 구성되어 있다. 일반적으로, 상기 1차 순수 제조 장치는 역삼투(RO)막 장치, 이온 교환 수지 장치, 자외선 살균 장치 등을 조합하여 구성되어 있다. 상기 2차 순수 제조 장치는 자외선 산화 장치, 이온 교환 수지 장치, 한외 여과막 장치 등으로 구성되어 있다.
상기 1차 순수 제조 장치에 있어서 이온 교환 수지 장치는 피처리수중의 이온을 이온 교환 수지에 의해 교환하는 것이다. 그리고 나서, 일정 시간이 경과한 뒤, 염산 또는 수산화나트륨에 의해 재생된다. 상기 재생 단계에서, 약품으로서 광물산(염산 또는 황산) 또는 수산화나트륨이 필요하며, 이온이 농축된 재생 폐수가 발생한다. 이 재생 폐수에 있어서, 이온 교환 수지를 광물산으로 재생하면 산 폐수가 발생하는 한편, 수산화나트륨으로 재생하면 알칼리 폐수가 발생한다. 상기 어떠한 폐수도 중화 처리 등의 폐수 처리를 필요로할 뿐만 아니라 그 목적을 위하여 폐수 설비가 요구된다. 또한, 광물산 또는 수산화나트륨을 저장하기 위한 탱크 또는 이송을 위한 펌프 및 배관도 필요하다.
따라서, 최근 공간과 비용 감소의 관점에서, 이온 교환 수지의 재생 약품 및 초순수 제조에는 직접 관계가 없는 재생 설비를 설치할 필요가 없는 전기 탈이온 장치가 주목받기 시작하고 있다.
그러나, 상기 종래의 초순수 제조 방법 및 초순수 제조 장치는 다음과 같은 문제가 있다:
우선, 도 17에 나타낸 초순수 제조 장치에 있어서 전처리에 호기성 미생물을 사용하고 있기 때문에, 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물의 감소를 기대할 수 있다. 그러나, 혐기성 미생물을 사용하지 않기 때문에, 유기 질소 화합물과 관련된 질산염 질소를 질소 가스로 환원하는 기능은 없다. 이는 피처리수의 도전율이 전혀 감소될 수 없다고 하는 문제를 야기한다. 또한, 상향류식 생물 분해 장치(3)가 상향류식이기 때문에, 충전재인 활성탄이 유동하며, 그 결과 활성탄에서 번식하는 미생물이 떨어져 나오는 문제가 있다. 따라서, 떨어져 나온 미생물을 차단하는 한외 여과막과 같은 여과막 장치가 필요하여 초기 비용이 많이 든다.
또한, 상기 일본 특허공개 평성 6-63592호에 개시된 초순수 제조 장치 및 일본 특허공개 평성 6-233997호에 개시된 초순수 제조 방법에 있어서는, 충전재로서 활성탄을 사용한 생물학적 처리의 경우 회수된 물을 원수에 합류시킨 때, 피처리수의 TOC 농도가 약 100ppm에 달하고, 호기성 미생물이 급격히 번식하여, 때때로 활성탄의 일부가 미생물의 이상 번식에 의해 급격히 폐색되는 경우가 있다. 특히, IPA 및 아세톤에 의한 미생물의 이상 번식에 있어서, 활성탄을 빈번한 역세척에 의하여 세정하더라도 상기 폐색의 억제 효과는 적다고 하는 문제가 있다. 또한, TOC 농도가 특별히 높지 않은 조건하에 있더라도, 활성탄으로 충전된 장치가 상향류식이기 때문에 활성탄이 유동함으로써 활성탄에서 번식하는 미생물이 떨어져 나온다. 상기의 관점에서, 떨어져 나온 미생물을 차단하는 한외 여과막 장치 또는 정밀 여과막 분리 장치가 제공되지만, 이 한외 여과막 장치 또는 정밀 여과막 분리 장치가 폐색하는 문제가 있다.
또한, 상기 전처리 장치에 사용되는 상향류식 미생물 분해 장치에 있어서 피처리수의 체류 시간은 피처리수의 TOC 농도의 자리수가 증가하면 극단적으로 길어지고, 장치 크기의 관점에서 다루기 곤란하며, 즉, 수질 확보를 할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또한, 생물학적 처리 수단 및 화학적 산화 수단을 갖는 전처리 장치가 제공된 초순수 제조 장치가 제안되어 있다(일본 특허공개 평성 7-284799호의 종래 기술 참조). 이 초순수 제조 장치에 있어서, 전처리 장치에 화학적 산화 수단을 사용하고 있기 때문에 TOC 농도가 더욱 감소될 수 있다. 그러나, 생물학적 처리 수단도 병용되고 있기 때문에, 피처리수로서 TOC 농도가 약 100ppm인 저농도 유기 폐수가 도입될 경우에는, 이상 번식한 미생물이 이후의 단계에서 한외 여과막 장치 및 정밀 여과막 분리 장치를 폐색시키는 문제가 있다.
또한, 도 18 및 도 19에 나타낸 전처리 장치에 혐기성 미생물 및 호기성 미생물의 생물학적 처리를 이용한 초순수 제조 장치에 있어서는 충전재로서 활성탄보다 크기가 더 큰 목탄(13,23)을 사용한다. 따라서, 피처리수로서 TOC 농도가 약 100 ppm인 저농도 유기 폐수가 도입될 때, 미생물에 의한 폐색이나 상향류에 의한 미생물의 분리가 발생할 가능성이 적으며, 그 결과 보다 안정한 생물막이 형성된다. 그러나, 혐기성 유기물 처리부(11,21)의 상부에 호기성 유기물 처리부(12,22)가 배치되어 있기 때문에, 처리조의 높이가 상당히 높아지는 문제가 있다. 또한, 피처리수중의 탄소 화합물 및 유기성 질소 화합물에 대하여 활성탄보다 흡착 능력이 낮은 목탄(13,23)을 사용하기 때문에, 초순수 제조 장치의 전처리 장치로서는 TOC 제거율이 낮다고 하는 문제도 있다.
또한, 미생물의 고정화 담체를 목탄(13,23)으로 함에 따라, 고정화 담체의 유동 및 이에 수반하는 미생물의 분리를 어느 정도는 감소시킬 수 있다. 그러나, 상기 피처리수가 상향류와 하향류를 가지기 때문에, 목탄(13,23)의 유동을 완전히 억제하여 미생물의 분리를 방지할 수 없다.
또한, 상술한 바와 같이, 전기 탈이온 장치는 초순수 제조에 직접 관계가 없는 이온 교환 재생 약품과 같은 약품 및 재생 설비를 설치할 필요가 없다는 이점을 갖고 있기 때문에 초순수의 제조에 있어서 장점이 있으며, 미래에 시장이 확대될 가능성이 있다. 그러나, 상기 전기 탈이온 장치를 1차 순수 제조 장치로 사용하기 위하여, 전기 탈이온 장치의 탈이온 기능을 저하시키는 이온 이외의 유기물, 용존 가스 등을 전처리 장치를 사용하여 확실히 처리해야 한다. 여기서, 이온이란 Na, Ca, Mg, Cl, SO4등의 해리된 이온뿐만 아니라, CO2, SiO2등과 같은 약이온 성분을 의미한다.
일반적으로, 전기 탈이온 장치는 역삼투막 장치 다음에 설치되며, 유기물 함유량의 척도가 되는 TOC 농도가 2ppm 이하인 비교적 수질이 좋은 도시수 등이 처리 대상이 된다. 따라서, 도시수보다 수질이 나쁜 원수를 처리하는 경우에는 전기 탈이온 장치를 포함하는 초순수 제조 장치는 또한 전기 탈이온 장치의 전단에 역삼투막 장치뿐만 아니라 역삼투막 장치의 전단에 한외 여과 장치를 필요로 한다. 따라서, 상기 장치는 초기 비용 및 운전 비용이 많이 든다는 문제가 있다.
도 1은 본 발명의 초순수 제조 장치의 하나의 예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1과는 다른 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 3은 도 1 및 도 2와는 다른 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3과는 다른 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4와는 다른 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 6은 도 1 내지 도 5와는 다른 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 7은 도 1 내지 도 6과는 다른 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 8은 1차 순수 제조 장치에 전기 탈이온 장치를 포함하는 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 9는 도 8과는 다른 1차 순수 제조 장치에 전기 탈이온 장치를 포함하는 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 10은 도 8 및 도 9와는 다른 1차 순수 제조 장치에 전기 탈이온 장치를 포함하는 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 11은 도 8 내지 도 10과는 다른 1차 순수 제조 장치에 전기 탈이온 장치를 포함하는 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 12는 도 8 내지 도 11과는 다른 1차 순수 제조 장치에 전기 탈이온 장치를 포함하는 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 13은 도 8 내지 도 12와는 다른 1차 순수 제조 장치에 전기 탈이온 장치를 포함하는 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 14는 도 8 내지 도 13과는 다른 1차 순수 제조 장치에 전기 탈이온 장치를 포함하는 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 15는 1차 순수 제조 장치에 이온 교환 수지 장치를 갖는 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 16a 및 16b는 종래 기술의 초순수 제조 장치에 있어서 전처리 장치의 구체적인 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 미생물에 의한 전처리를 수행하는 종래 기술의 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 18은 전처리 장치에 혐기성 미생물 및 호기성 미생물의 생물학적 처리를 이용한 종래 기술의 초순수 제조 장치의 구성도이다.
도 19는 전처리 장치에 혐기성 미생물 및 호기성 미생물의 생물학적 처리를 이용한 도 18과는 다른 종래 기술의 초순수 제조 장치의 구성도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전기 탈이온 장치를 이용할 수 있고 TOC 농도가 0.5ppb 이하인 초순수를 제조할 수 있는 초순수 제조 방법 및 초순수 제조 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 원수를 전처리한 후, 1차 순수 제조 장치 및 2차 순수 제조 장치에 순차적으로 도입하여 초순수를 제조하는 초순수 제조 방법에 있어서, 상기 전처리는
수중 교반 장치로 피처리수에 순환류를 형성시키고 이 순환류의 하향류중에서 혐기성 생물 처리를 실시하고;
폭기 장치에 의하여 상기 혐기성 생물 처리를 통하여 얻은 피처리수에 순환류를 형성시켜 이 순환류의 하향류중에서 호기성 생물 처리를 실시하는 것을 포함한다.
상기 구성에 의하면, 피처리수에 대하여 혐기성 생물 처리와 호기성 생물 처리가 모두 실시된다. 따라서, 상기 원수중의 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물이 미생물에 의해 처리되어 TOC 농도가 감소된다. 이로써, 호기성 미생물 및 혐기성 미생물에 의하여 피처리수가 처리되어, 1차 순수 제조 장치 및 2차 순수 제조 장치에서 미생물이 번식하기 위한 영양원이 소비된다. 그 결과, 상기 두 순수 제조 장치에 있어서 미생물이 이상 번식하지 않고, 이상 번식한 미생물에 의하여 상기 두 순수 제조 장치가 폐색되지 않는다.
상기의 경우, 상기 혐기성 생물 처리 및 호기성 생물 처리는 피처리수의 하향류중에서 실시된다. 따라서, 미생물의 고정화 담체의 유동이 억제되어, 상기 고정화 담체로부터 미생물이 분리되어 다음 단계로 유출되는 것이 방지된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 원수의 전처리 장치, 1차 순수 제조 장치(35) 및 2차 순수 제조 장치를 갖는 초순수 제조 장치가 제공되며, 상기 전처리 장치는 수조를 칸막이 벽으로 분리하고 하부가 서로 연통된 혐기성 유기물 처리실 및 호기성 유기물 처리실을 가지며;
원수는 상기 혐기성 유기물 처리실에 도입되고;
상기 혐기성 유기물 처리실에는 피처리수의 순환류를 형성시키는 수중 교반 장치가 설치됨과 동시에, 상기 순환류의 하향류 영역에는 혐기성 미생물의 고정화 담체가 충전되어 있으며;
상기 호기성 유기물 처리실(40)에는 피처리수의 순환류를 형성시키는 폭기 장치가 설치됨과 동시에, 상기 순환류의 하향류 영역에 호기성 미생물의 고정화 담체가 충전되어 있다.
상기 구성에 의하면, 원수에 대하여 혐기성 생물 처리와 호기성 생물 처리가 모두 실시된다. 따라서, 상기 원수중의 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물이 미생물에 의해 처리되어 TOC 농도가 감소된다. 상기 유기 질소 화합물이 호기성 유기물 처리실에서 호기성 미생물에 의하여 산화 처리될 때 발생하는 질산염 질소가 혐기성 유기물 처리실의 혐기성 미생물에 의해 탈질되어 도전율이 감소된다. 이로써, 호기성 미생물 및 혐기성 미생물에 의하여 피처리수가 처리되어, 1차 순수 제조 장치 및 2차 순수 제조 장치에서 미생물이 번식하기 위한 영양원이 소비된다. 그 결과, 상기 두 순수 제조 장치에 있어서 미생물이 이상 번식하지 않고, 이상 번식한 미생물에 의하여 상기 두 순수 제조 장치가 폐색 또는 오염되지 않는다.
상기의 경우, 상기 혐기성 처리 및 호기성 처리는 피처리수의 하향류중에서 실시된다. 따라서, 미생물의 고정화 담체의 유동이 억제되어, 상기 고정화 담체로부터 미생물이 분리되어 다음 단계로 유출되는 것이 방지된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 고정화 담체는 활성탄 및 목탄이다.
상기 구성에 의하면, 혐기성 유기물 처리실의 혐기성 미생물은 활성탄 및 목탄에 고정된다. 이와 마찬가지로, 호기성 유기물 처리실의 호기성 미생물도 활성탄 및 목탄에 고정된다. 이 경우, 활성탄보다 큰 목탄은 수중 교반 장치의 교반 또는 폭기 장치에 의한 교반에 의해 유동하지 않고, 그 결과 고정된 미생물이 분리되지 않는다. 또한, 피처리수중의 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물에 관하여 물리적 흡착 능력이 높은 활성탄을 병용함으로써, 생물학적 처리와 물리적 처리의 병용에 의하여 더욱 TOC 농도가 감소된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 목탄은 빈초탄(Bincho charcoal)이다.
상기 구성에 의하면, 크고 단단하며 비중이 1이상인 빈초탄을 사용함으로써 상기 목탄은 침강하며, 이로써 수중 교반 장치 및 폭기 장치에 의한 강한 교반에 의하여 목탄이 분쇄되거나 유동하지 않는다. 이로써, 빈초탄에 고정된 미생물의 분리가 방지됨과 동시에, 어떤 이유로 이상 번식한 미생물이 큰 빈초탄의 생물막에 의하여 포착 및 여과되고, 그 결과 1차 순수 제조 장치 또는 2차 순수 제조 장치가 폐색되지 않는다. 따라서, 상기 전처리 장치와 1차 순수 제조 장치 사이에 분리막 장치가 필요하지 않다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 활성탄은 자루에 채워지고 목탄 위에 적층되며, 상기 목탄의 충전 영역에 수직 방향으로 관상망이 설치되고, 상기 목탄은 관상망 사이에 충전된다.
상기 구성에 의하면, 과립형이고 유동하기 쉬운 활성탄은 자루에 채워지고, 피처리수가 강하게 교반되더라도 유동하지 않는다. 그 결과, 고정되어 있는 미생물이 분리되지 않는다. 또한, 상기 빈초탄은 수직 방향으로 설치된 관상망 사이에 충전된다. 따라서, 빈초탄은 피처리수와 균일하게 접촉하면서 상기 처리를 실시할 수 있으며, 그 결과 상기 미생물이 이상 번식하는 경우에도 폐색을 일으키지 않는다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 활성탄은 미생물이 번식하고 있는 생물 활성탄이고, 상기 목탄은 미생물이 번식하고 있는 생물 활성 목탄이다.
상기 구성에 의하면, 상기 활성탄 및 빈초탄에는 미생물이 번식하고 있고, 이로써 생물막이 형성된다. 따라서, 이 생물막층에 의하여 피처리수중의 유기 질소 화합물 및 탄소 화합물이 미생물 분해된다. 또한, 생물막이 형성된 활성탄 및 빈초탄을 통하여 피처리수를 순환시킴으로써 피처리수가 생물학적으로 여과된다. 이로써, 상기 활성탄 및 빈초탄에 대한 재생 작업이 불필요하며 저비용으로 간단한 방법에 의하여 TOC 농도가 감소된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 반도체 공장의 저농도 유기 폐수가 혐기성 유기물 처리실에 도입된다.
상기 구성에 의하면, 유기 질소 화합물이 호기성 미생물에 의하여 산화 처리될 때 발생하는 질산염 질소는 회수된 저농도 유기 폐수에 포함된 IPA 및 아세톤을 이용하여 질소 가스로서 처리(일반적인 탈질화)될 수 있으며, 그 결과 도전율이 효과적으로 감소된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 수조가 원수의 수수조이다.
상기 구성에 의하면, 원수를 사용하는 공장에 반드시 제공된 수수조를 전처리 장치의 수조로도 사용되며, 상기 전처리 장치의 수조와 수수조를 겸용하여 대폭적으로 비용이 감소된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 전처리 장치는 활성탄이 충전되고, 혐기성 유기물 처리실로부터의 피처리수를 처리하는 활성탄탑을 갖는다.
상기 구성에 의하면, 혐기성 유기물 처리실 및 호기성 유기물 처리실에서 미생물 처리되지 않은 잔류 탄소 화합물 및 잔류 유기 질소 화합물 등은 활성탄탑 내의 활성탄에 의해 더욱 잘 처리된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 활성탄탑은 생물학적 처리를 주체로 하는 처리를 수행하는 제 1활성탄탑 및 물리적 처리를 주체로 하는 처리를 수행하는 제 2활성탄탑으로 구성된다.
상기 구성에 의하면, 피처리수는 제 1활성탄탑의 활성탄에서 번식한 미생물에 의한 생물학적 처리 및 제 2활성탄탑에서 미생물이 번식하지 않는 활성탄에 의한 물리적인 흡착 처리를 받는다. 이로써, 피처리수중의 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물과 같은 모든 종류의 유기물에 대하여 향상된 처리가 효과적으로 실시된다. 그 결과, 다음 단계에서 1차 순수 제조 장치 및 2차 순수 제조 장치의 부담이 줄어든다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 제 1활성탄탑은 호기성 유기물 처리실로부터의 피처리수를 처리하여 혐기성 유기물 처리실에 돌려 주는 활성탄탑이고, 제 2활성탄탑은 호기성 유기물 처리실로부터의 피처리수를 처리하여 1차 순수 제조 장치로 송수하는 활성탄탑이다.
상기 구성에 의하면, 호기성 유기물 처리실로부터의 피처리수를 1차 순수 제조 장치로 송수하는 전처리 장치의 최종 단계에서, 미생물의 번식이 적은 활성탄에의한 물리적인 흡착 처리가 실시된다. 이로써, 활성탄이 가지는 단지 본래의 물리적 흡착 작용에 의해 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물과 같은 모든 종류의 유기물이 확실히 처리된 피처리수가 1차 순수 제조 장치로 송수된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 1차 순수 제조 장치는 전기 탈이온 장치를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 원수를 생물학적 처리 및 물리적 흡착 처리에 의해 처리하여 TOC 농도가 낮고 도전율이 낮은(수질이 좋다) 안정한 피처리수는 전기 탈이온 장치를 포함하는 1차 순수 제조 장치에 도입된다. 따라서, 이온 교환 수지 장치에서 처럼 재생 폐수가 발생하지 않고, 또한 유기물, 용존 가스 등의 존재에 의해 기능 감소를 일으키지 않으면서 전기 탈이온 장치가 기능하며, 그 결과 TOC가 0.5 ppb이하인 초순수를 얻을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 초순수 제조 장치는
혐기성 유기물 처리실의 상부에 일단이 접속된 제 1역세척 배수관;
호기성 유기물 처리실의 상부에 일단이 접속된 제 2역세척 배수관;
역세척용 블로우어(blower); 및
상기 혐기성 미생물의 고정화 담체 및 호기성 미생물의 고정화 담체 바로 아래에 설치되어 역세척용 블로우어로부터의 공기를 폭기하는 폭기관을 추가로 포함한다.
상기 구성에 의하면, 혐기성 유기물 처리실내에서 피처리수중의 이온을 체내에 넣어 고정화 담체 표면에서 번식한 혐기성 미생물은 상기 고정화 담체 바래 아래의 폭기관으로부터 폭기되는 역세척용 블로우어로부터의 공기에 의하여 역세척되어 상기 고정화 담체로부터 분리된다. 그리고, 이 분리된 미생물은 두 유기물 처리실의 상부에 일단이 접속된 제 1 및 제 2역세척 배수관을 통해 배수된다. 이로써, 고정화 담체 표면에서 번식한 혐기성 미생물이 수류 등에 의하여 자연 분리되기 전에 강제적으로 역세척에 의해 제거되며, 그 결과 1차 순수 제조 장치는 자연 분리된 미생물에 의해 기능이 감소되지 않는다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 전기 탈이온 장치로부터의 농축된 이온을 포함하는 농축수(concentrated water)는 혐기성 유기물 처리실에 도입된다.
상기 구성에 의하면, 전기 탈이온 장치로부터의 농축수가 재이용된다. 이 경우, 농축수중의 이온은 혐기성 유기물 처리실내의 미생물의 체내에 흡수되어 처리된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 초순수 제조 장치가 전기 탈이온 장치로부터의 농축수가 도입됨과 동시에 상기 농축수에 대하여 탈이온 처리를 수행하는 보조 전기 탈이온 장치를 포함하며, 상기 보조 전기 탈이온 장치로부터의 피처리수는 상기 혐기성 유기물 처리실에 도입된다.
상기 구성에 의하면, 전기 탈이온 장치로부터의 농축수는 보조 전기 탈이온 장치에 의해 탈이온된 후 혐기성 유기물 처리실에 도입되고 재이용된다. 그 결과, 상기 혐기성 유기물 처리실내의 이온 부하가 감소된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 초순수 제조 장치는 전기 탈이온 장치로부터 농축수가 도입됨과 동시에, 이 농축수에 대하여 탈이온 처리를 수행하는 보조 전기 탈이온 장치; 및 상기 보조 전기 탈이온 장치로부터의 처리수를 상기 제 2활성탄탑으로부터의 처리수와 함께 받아들이는 처리 수조를 추가로 포함한다.
상기 구성에 의하면, 전기 탈이온 장치로부터의 농축수는 보조 전기 탈이온 장치에 의해 탈이온된다. 따라서, 특히 유기물이 포함되지 않은 경우에는 상기 혐기성 유기물 처리실내에 도입할 필요는 없으며, 상기 혐기성 유기물 처리실 및 호기성 유기물 처리실 다음 단계에서 처리 수조내에 상기 제 2활성탄탑으로부터의 처리수와 함께 도입되어 재이용된다. 그 결과, 혐기성 유기물 처리실 및 호기성 유기물 처리실은 보조 전기 탈이온 장치로부터의 처리수의 용적 만큼 감소된 용적으로 기능할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 초순수 제조 장치는 피처리수를 혐기성 유기물 처리실, 호기성유기물 처리실 및 제 1활성탄탑으로 순환시키는 순환 장치를 추가로 포함한다.
상기 구성에 의하면, 피처리수를 혐기성 유기물 처리실, 호기성 유기물 처리실 및 제 1활성탄탑에 반복 순환시키는 것은 혐기성 유기물 처리실, 호기성 유기물 처리실 및 제 1활성탄탑을 1회 통과함으로써 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물이 충분히 처리되지 않을 때 효과가 있다. 또한, 상기 제 1활성탄탑내를 피처리수가 빠른 유속으로 순환함으로써, 상기 제 1활성탄탑내의 용존 산소를 어느 정도(1ppm 이상) 유지할 수 있고, 그 결과 제 1활성탄탑내의 활성탄이 생물 활성탄으로 된다. 또한, 호기성 유기물 처리실에서 호기성 미생물에 의한 유기 질소 화합물의 산화 처리를 통하여 생성된 질산염 질소는 혐기성 유기물 처리실로 복귀되어 탈질되며, 그 결과 도전율이 감소된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 초순수 제조 장치는 제 2활성탄탑으로부터의 피처리수의 TOC 농도를 계측하고 계측한 TOC 농도를 나타내는 신호를 출력하는 TOC 계측기; 및 상기 TOC 계측기로부터의 신호에 따라 수중 교반 장치의 회전수, 폭기 장치의 폭기량 및 상기 순환 장치에 의한 순환량의 하나 이상 또는 각각을 조합하여 제어하는 TOC 제어 장치를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물이 급격히 증가하여 수질이 악화되더라도, TOC 계측기의 신호에 따라 수중 교반 장치의 회전 속도 증가, 폭기 장치의 폭기량 증가 및 순환 장치에 의한 순환량 증가의 하나 이상 또는 각각을 조합하여 실행되며, 그 결과 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물의 처리 능력이 향상된다.
하기 도면에 나타낸 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
도 1은 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 원수로서 공업용수, 도시수 및 지하수를 하나 또는 그 이상의 조합으로 도입한다. 공업용수, 도시수 및 지하수는 유기 질소 화합물을 포함하는 모든 종류의 유기물을 함유하고 있다. 상기 원수와 함께 도입되는 회수수는 반도체 공장으로부터 TOC 농도가 100ppm 이하인 저농도 유기 폐수이다.
상술한 전처리 장치는 원수 및 회수수가 도입되는 제 1수조(31), 제 1수조(31)중의 피처리수를 활성탄을 통해서 순환시키는 순환용 활성탄탑(32), 제 1수조(31)중의 피처리수를 활성탄을 통해서 제 2수조(34)에 송수하는 송수용 활성탄탑(33) 및 제 2수조(34)로 대략 구성된다. 또한, 본 초순수 제조 장치는 상기 전처리 장치, 1차 순수 제조 장치(35) 및 2차 순수 제조 장치(36)로 구성된다. 그리고, 2차 순수 제조 장치(36)로부터의 초순수는 반도체 공장(37)에서 사용되며, 배수수(drain water)는 회수수로서 제 1수조(31)에 도입된다.
상기 제 1수조(31)는 칸막이 벽(38)에 의해 하부를 제외하고 혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)로 구획되며, 혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)은 서로 하부에서 연통한다. 그리고, 원수와 회수수는 혐기성 유기물 처리실(39) 상부로부터 도입된다.
상기 혐기성 유기물 처리실(39)의 중앙 바닥에는 수중 교반기(41)가 제공되며, 이 수중 교반기(41)를 둘러싸는 원통형 수류 드래프트(42)가 제공된다. 이로써, 혐기성 유기물 처리실(39) 전체는 산소 공급없이 효율적으로 교반된다. 수류 드래프트(42)와 혐기성 유기물 처리실(39)의 외벽 사이에는 상부에 활성탄이 충전된 활성탄 자루(43)가 2단으로 배치되고, 상기 자루 아래에는 대량의 빈초탄(44)이 충전되어 있다. 빈초탄(44)은 혐기성 유기물 처리실(39)내를 물이 하향으로 부드럽게 흐를 수 있도록 일정한 간격으로 상하 방향에 배치된 관상망 사이에 충전된다. 이 경우, 관장망(45)은 직사각형 망의 양측을 연결하여 형성된다.
상기 활성탄을 자루에 충전하여 활성탄 자루(43)를 제공하는 이유는 활성탄 자체의 크기가 빈초탄(44)보다 작고, 자루에 들어갈 수 없으면 혐기성 유기물 처리실(39)의 아래쪽으로 낙하하기 때문이다. 상기 자루로서는 내구성이 있으면 특별히 한정되지 않으며, 본 실시예에서는 나일론을 사용한다. 또한, 본 실시예에 있어서 활성탄 자루(43)를 2단으로 쌓았지만, 이에 한정되지 않는다. 상기 자루가 많은 수의 단으로 쌓이면, TOC 농도가 높은 피처리수가 유입되고 미생물이 이상 번식하여 폐색이 발생할 가능성이 있으며, 따라서 수개의 단이 바람직하다. 활성탄 자루(43)의 용량이 약 20리터이면, 용이하게 손으로 설치할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 혐기성 유기물 처리실(39)은 수중 교반기(41)에 의한 기계 교반에 의하여 산소의 혼입을 막아 혐기성 상태로 유지된다. 이와는 반대로, 호기성 유기물 처리실(40)은 하부에 설치된 폭기관(47)에 의하여 블로우어(46)로부터의 공기를 피처리수로 방출시키고, 이 공기의 상승류에 의하여 피처리수를 교반시키는 공기 상승(air lift)에 의해 호기성 상태를 유지한다.
호기성 유기물 처리실(40)은 분리벽(48)에 의해 공기 상승부와 충전재로 구분되고, 공기 상승부의 하부에 폭기관(47)이 설치되어 효율적으로 순환류가 발생하도록 한다. 그리고, 공기 상승부의 상단부에는 수류벽(49)이 설치되어, 상승한 수류의 방향을 바꾸어 효율적으로 순환되도록 한다.
호기성 유기물 처리실(40)에 있어서 공기 상승부와 칸막이 벽(38) 사이에는 혐기성 유기물 처리실(39)의 경우와 같이, 상부에 활성탄이 충전된 활성탄 자루(43)를 2단으로 배치하고, 그 아래의 관상망 사이에는 대량의 빈초탄(44)이 충전되어 있다.
이 경우, 상기 관상망(45)이 항상 설치될 필요는 없지만, 설치한 경우에는 다음과 같은 이점이 있다:
(1) 원수의 TOC 농도가 급격히 상승하여 미생물이 이상 번식한 경우에 폐색을 방지할 수 있다.
(2) 관상망(45)을 통하여 물이 용이하게 흐르며, 따라서 관상망(45)을 중심으로 주위의 충전재를 말려들게 하여 전체적으로 균일한 순환 수류가 생긴다. 따라서, 피처리수가 전체 충전재와 균일하게 접촉하여 처리된다. 이와는 반대로, 관상망(45)이 없는 경우에는 빈초탄(44)이 천연 산물로서 부정형이기 때문에, 부분적으로 충전 농도가 높아져 순환 수류가 흐르기 어려운 장소가 생긴다.
상기 혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)에 충전되는 활성탄 자루(43) 및 빈초탄(44)의 충전 영역에서의 수류는 상부에서 하부로 향하고 있다. 따라서, 활성탄 자루(43)중의 비중이 1보다 약간 큰 활성탄 및 빈초탄(44)은 수류에 의하여 아래쪽으로 눌러져서 고정되고 유동하지 않는다. 따라서, 상향류의 경우와 같이, 활성탄의 유동에 의하여 미생물이 활성탄으로부터 분리되지 않는다.
상기 활성탄 자루(43)중의 활성탄 및 빈초탄(44)은 다수의 세공을 갖는 다공체이고, 각 구멍의 직경은 수 미크론에서 수백 미크론까지 다양하다. 따라서, 상기 활성탄 및 빈초탄(44)의 다양한 구멍에 따라 다양한 미생물이 번식하기 쉽고, 그 결과 상기 활성탄 및 빈초탄(44)의 내부에는 생물막층이 형성된다. 그리고, 이 미생물의 생물막층은 피처리수중의 탄소 화합물, 유기 질소 화합물 등을 분해한다. 또한, 상기 생물막층이 형성된 활성탄 및 빈초탄(44)에 대하여 피처리수를 순환시킴에 따라, 피처리수가 생물학적으로 여과된다. 즉, TOC 및 부유 물질(SS)이 감소된다.
혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)내의 빈초탄(44)은 강한 수류나 강한 폭기에 의하여 분쇄되지 않는다. 이 빈초탄(44)은 일본의 전통적인 목탄이고, 활엽수인 호움 오크(holm oak)의 백탄이다. 상기 백탄은 약 100O℃의 온도에서 탄화시킨 목탄이고 고온 탄화 목탄이다. 본 실시예에서 충전되는 빈초탄(44)은 피처리수와 충분히 접촉하여, 어떠한 이유로 미생물이 이상 번식하였을 때 폐색되지 않도록, 직경 4cm 내지 6cm, 길이 5cm 이상인 것을 선택한다. 빈초탄(44)의 표면에는 상술한 바와 같이 생물막층이 형성되어 있다. 따라서, 정상적인 작동시에 부유 미생물은 상기 생물막층에 의해 포착 및 여과된다. 또한, 약 100ppm인 높은 TOC 농도를 갖는 원수가 도입되어 미생물이 이상 번식한 경우에도, 상기 생물막층에 의해 대부분의 미생물을 포착 및 여과할 수 있다. 따라서, 다음 단계의 순환용 활성탄탑(32) 및 송수용 활성탄탑(33)의 폐색을 방지할 수 있다.
호기성 유기물 처리실(40)로부터의 피처리수의 일부는 공통의 흡입 본관(50)으로부터 활성탄탑 순환펌프(51)에 의하여 순환 배관(52)을 통해 순환용 활성탄탑(32)에 송수된다. 이와 동시에, 흡입 본관(50)으로부터의 나머지의 피처리수는 활성탄탑 송수 펌프(53)에 의하여 송수 배관(54)을 통해 송수용 활성탄탑(33)에 송수된다. 그리고, 순환용 활성탄탑(32)에 송수된 피처리수는 다시 제 1수조(31)의 혐기성 유기물 처리실(39)에 도입된다. 이로써, 제 1수조(31)와 순환용 활성탄탑(32) 사이에서 피처리수가 순환 처리된다.
상기 송수용 활성탄탑(33)에 송수된 피처리수는 제 2수조(34)에 도입된다. 이 제 2수조(34)는 송수용 활성탄탑(33)으로부터의 피처리수를 펌프(57)에 의해 1차 순수 제조 장치(35)로 용이하게 공급하기 위한 수조이다. 이 경우, 상기 송수용 활성탄탑(33)으로부터의 피처리수를 직접 1차 순수 제조 장치(35)에 송수하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 실질적으로 활성탄탑 송수 펌프(53)의 불충분한 리프트(lift)에 의해 불가능하다. 따라서, 일단 제 2수조(34)에 의해 피처리수를 받고, 1차 순수 제조 장치 송수용의 펌프(57)에 의해 1차 순수 제조 장치(35)에 송수한다.
제 2수조(34)에는 피처리수의 TOC 농도를 계측하여 TOC 농도를 나타내는 전기 신호를 출력하는 TOC 계측기(55)가 설치되어 있고, TOC 계측기(55)로부터의 신호는 조절기(56)에 송출된다. 그리고 나서, 조절기(56)는 제 2수조(34)중의 피처리수의 TOC 농도에 따라 조절 신호를 활성탄탑 순환 펌프(51), 블로우어(46) 및 수중 교반기(41)에 출력하여 활성탄탑 순환 펌프(51)의 토출량, 블로우어(46)의 방출량 및 수중 교반기(41)의 회전수를 인버터 제어한다.
순환용 활성탄탑(32)에 대한 송수는 순환용 활성탄탑(32)내의 활성탄 1m3당 2m3/시간 이상이다. 유속이 빠르기 때문에 순환용 활성탄탑(32)내의 용존 산소가 1ppm 이상 확보되어, 활성탄에 호기성 미생물이 번식하는 생물 활성탄을 제공한다. 한편, 송수용 활성탄탑(33)에 대한 송수는 송수용 활성탄탑(33)내의 활성탄 1m3당 1m3/시간 이하이다. 유속이 느리기 때문에 송수용 활성탄탑(33)의 상부에서는 호기성 미생물이 번식하지만, 송수용 활성탄탑(33) 전체적으로는 활성탄에 미생물이 덜 번식한다. 따라서, 활성탄이 원래 가지고 있는 물리적 흡착 기능이 생물학적 처리기능보다 크며, 그 결과 송수용 활성탄탑(33)내에서는 물리적 흡착 기능에 의해 주로 처리된다. 그리고, 상기 송수용 활성탄탑(33)을 탄소 화합물 처리의 마무리에 사용함으로써, 상기 물리적 흡착 기능에 의하여 피처리수가 천천히 확실히 처리되어 탄소 화합물의 제거율이 높아진다.
제 2수조(34)로부터의 피처리수는 펌프(57)에 의하여 역삼투막 장치, 이온 교환 수지 장치, 자외선 살균기 등이 조합된 1차 순수 제조 장치(35)에 송수된다. 1차 순수 제조 장치(35)로부터의 피처리수는 자외선 산화 장치, 이온 교환 수지 장치, 한외 여과막 장치 등으로 구성된 2차 순수 제조 장치(36)에 송수되어, 이 2차 순수 제조 장치(36)에 의하여 최종적인 초순수가 얻어진다. 이 초순수는 반도체 공장(37)에 송수되어 각종 생산 장치에 사용된다. 그리고, 생산 장치로부터의 폐수로서 얻어진 IPA 및 아세톤을 포함하는 TOC 농도가 100ppm 이하인 저농도 유기 폐수는 원수와 혼합되어 제 1수조(31)의 혐기성 유기물 처리부(39)에 도입된다. 그리고 나서, 원수중의 유기 질소 화합물이 호기성 미생물에 의해 산화되어 질산염 질소가 생성되고 이는 다시 혐기성 미생물에 의해 환원되어 질소 가스로 되는 탈질 처리는 상기 회수수중의 IPA 및 아세톤과 같은 수소 공급체의 성질을 이용하여 효율적으로 실시된다.
상기 구성의 초순수 제조 장치는 다음과 같이 동작한다.
원수는 상기 반도체 공장(37)으로부터의 회수수(저농도 유기 폐수)와 함께 제 1수조(31)의 혐기성 유기물 처리실(39)에 도입된다. 그리고, 활성탄탑 순환 펌프(51)의 동작에 의하여 피처리수는 혐기성 유기물 처리실(39) → 호기성 유기물 처리실(40) → 순환용 활성탄탑(32) → 혐기성 유기물 처리실(39) → …로 순환된다. 그리고, 이 피처리수의 순환중에 있어서, 하기 처리가 실시되어 피처리수의 TOC 농도 및 도전율이 감소된다.
(1) 혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)에 있어서, 피처리수중의 탄소 화합물이 혐기성 미생물과 호기성 미생물에 의해 생물학적으로 처리된다. 또한, 활성탄 자루(43)중의 활성탄 및 빈초탄(44)에 의해 물리적으로 흡착 처리된다.
(2) 특히, 호기성 유기물 처리실(40)에 있어서, 호기성 미생물에 의해 유기 질소 화합물이 산화 처리되어 질산염 질소가 된다.
(3) 순환용 활성탄탑(32)에 있어서, 잔류 탄소 화합물 및 잔류 유기 질소 화합물 등이 생물 활성탄에 의해 생물학적으로 처리(향상된 처리)된다.
(4) 혐기성 유기물 처리실(39)에 있어서, 상기 처리(2)를 통하여 형성된 질산염 질소는 회수수중의 IPA나 아세톤의 존재하에서 질소 가스로 탈질되어 도전율이 감소된다.
그리고, 상기 활성탄탑 송수 펌프(53)에 의해 호기성 유기물 처리실(40)로부터의 피처리수가 송수용 활성탄탑(33)에 송수되고, 비생물적 활성탄에 의한 물리적 흡착 처리에 의하여 미생물 분해될 수 없던 유기 질소 화합물에 대한 고도 처리가 실시된다.
이로써, 상기 TOC와 도전율이 감소되며, 고도 처리가 실시된 후의 피처리수는 펌프(57)에 의해 1차 순수 제조 장치(35)와 2차 순수 제조 장치(36)에 순차적으로 송수된다. 그리고, 2차 순수 제조 장치(36)로부터 최종적인 초순수를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는 초순수 제조 장치를 구성하는 전처리 장치에 칸막이 벽(38)에 의해 하부를 제외하고 원수와 회수수가 도입되는 혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)로 구획된 제 1수조(31)가 제공된다. 그리고, 혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)의 상부에는 활성탄이 충전된 활성탄 자루(43)가 2단으로 배치되며, 그 밑으로는 대량의 빈초탄(44)이 충전되어 있다. 혐기성 유기물 처리실(39)에서는 무폭기 교반을 실시하는 한편, 호기성 유기물 처리실(40)에서는 폭기 교반을 실시한다. 따라서, 혐기성 유기물 처리실(39)에 있어서 활성탄 자루(43)중의 활성탄 및 빈초탄(44)에는 혐기성 미생물이 번식하는 한편, 호기성 유기물 처리실(40)에 있어서 활성탄 자루(43)중의 활성탄 및 빈초탄(44)에는 호기성 미생물이 번식한다. 그 결과, 피처리수중의 혐기성 미생물 및 호기성 미생물의 양 미생물의 영양원(IPA, 아세톤, 유기 질소 화합물 등의 유기물)이 소비되어, 이후의 공정에서 상기 양 미생물이 번식하기 어려운 처리수를 얻을 수 있다.
또한, 상기 호기성 유기물 처리실(40)중의 호기성 미생물에 의해 원수중의 유기 질소 화합물이 산화 처리되어 TOC가 감소된다. 또한, 혐기성 유기물 처리실(39)중의 혐기성 미생물에 의해 유기 질소 화합물이 호기성 미생물에 의해 산화되어 생긴 질산염 질소가 질소 가스로 탈질 처리되어, 처리수의 도전율이 감소된다. 여기서, 혐기성 유기물 처리실(39)과 호기성 유기물 처리실(40)은 병설되어 있기 때문에, 도 18 및 도 19에 나타낸 전처리 장치와 같이 상하로 배치한 경우보다 제 1수조(31)의 높이를 낮게 할 수 있다.
또한, 상기 제 1수조(31)에서 호기성 유기물 처리실(40)로부터의 피처리수는 활성탄 순환 펌프(51)에 의해 순환용 활성탄탑(32)에 송수되고, 이 순환용 활성탄탑(32)을 통과하여 혐기성 유기물 처리실(39)로 반송된다. 따라서, 순환용 활성탄탑(32)내의 생물 활성탄에 의해 피처리수중의 미생물에 의해 분해될 수 없던 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물에 대하여 고도 처리를 할 수 있으며, 그 결과 TOC가 더욱 감소될 수 있다.
호기성 유기물 처리실(40)로부터의 피처리수는 활성탄탑 송수 펌프(53)에 의하여 송수용 활성탄탑(33)에 송수되고, 이 송수용 활성탄탑(33)을 통과하여 제 2수조(34)에 송수된다. 따라서, 송수용 활성탄탑(33)내의 활성탄에 의한 물리적인 흡착에 의하여 피처리수중에서 미생물 분해될 수 없던 탄소 화합물 및 유기 질소 화합물에 대하여 고도 처리뿐만아니라, 생물학적으로 분해할 수 없던 각종 성분을 확실히 처리하여, 다음 공정에서 유기물 부하를 가능한 한 감소시킬 수 있다. 그 결과, 제 2수조(34)로부터의 피처리수를 1차 순수 제조 장치(35) 및 2차 순수 제조 장치(36)로 처리하여 얻어지는 처리수의 TOC를 0.5ppb 이하로 할 수 있다.
제 1수조(31)의 혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)에 있어서, 상부에 활성탄이 충전된 활성탄 자루(43)를 2단으로 배치하고, 그 밑으로는 대량의 빈초탄(44)(직경 4cm∼6cm, 길이 5cm 이상)을 충전되어 있다. 혐기성 유기물 처리실(39)내에는 수중 교반기(41)를 제공하는 한편, 호기성 유기물 처리실(40)에는 블로우어(46)에 접속된 폭기관(47)을 제공한다. 따라서, 어떠한 이유로 제 1수조(31)내에서 미생물이 이상 번식한 경우에는 상기 활성탄 및 빈초탄(44)에 형성된 생물막층에 의하여 대부분의 미생물이 포착 여과되며, 그 결과 순환용 활성탄탑(32) 및 송수용 활성탄탑(33)의 막힘을 방지할 수 있다. 또한, 활성탄(43)과 빈초탄(44)을 병용함으로써, 도 18 및 도 19에 나타낸 전처리 장치와 같이 목탄만을 사용한 경우보다 TOC를 낮게 할 수 있다. 또한, 상기 빈초탄(44)은 물이 부드럽게 흐를 수 있도록 일정한 간격으로 상하방향으로 설치된 관상망(45) 사이에 충전되어 있다. 따라서, 어떠한 이유로 미생물이 이상 번식하였을 때 폐색이 방지될 수 있다.
활성탄 자루(43) 및 빈초탄(44)은 혐기성 유기물 처리실(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)에 있어서 하향류의 영역에 충전되어 있다. 이 때문에, 활성탄 자루(43)내의 활성탄 및 빈초탄(44)은 아래쪽으로 눌러져서 고정되고 유동하지 않는다. 따라서, 활성탄 및 빈초탄(44)의 유동에 의하여 미생물이 활성탄으로부터 분리되지 않는다.
상기 실시예에 있어서, 송수용 활성탄탑(33)으로부터의 피처리수가 도입되는 제 2수조(34)에 피처리수의 TOC 농도를 계측하는 TOC 계측기(55)가 설치된다. 그리고, TOC 계측기(55)로부터의 TOC를 나타내는 신호에 따라 활성탄탑 순환 펌프(51)의 토출량, 블로우어(46)의 방출량 및 수중 교반기(41)의 회전수를 인버터 제어한다. 따라서, 가령 유입수의 수질이 악화되어 TOC가 상승한 경우에는 제 1수조(31)와 순환용 활성탄탑(32)에서 피처리수의 순환량을 증가시키고 교반량을 많게 하여 TOC를 더욱 감소시킨다. 즉, 상기 실시예에 의하면, 처리수의 수질을 확보할 수 있고, 초순수 처리 장치 전체의 신뢰성을 높일 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 반도체 공장(37)으로부터의 저농도 유기 폐수를 회수수로서 원수에 합류시켜 혐기성 유기물 처리실(39)에 도입한다. 따라서, 혐기성 유기물 처리실(39)중의 혐기성 미생물에 의하여 원수의 유기 질소 화합물이 호기성 미생물에 의하여 산화되어 생긴 질산염 질소가 탈질 처리 되는 경우, 저농도 유기 폐수중의 IPA나 아세톤을 효율적으로 이용할 수 있고, 피처리수중에 유기 질소 화합물이 많은 경우라도 조속히 처리하여 도전율의 감소를 도모할 수 있다.
즉, 본 실시예에 의하면, 어떠한 원인에 의한 수질의 변동(예컨대, TOC의 급격한 상승)에 대응할 수 있고, TOC가 0.5ppb 이하인 도전율이 낮은 초순수를 제조할 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 제 1수조(31)로서 원수를 사용하는 공장에는 반드시 설치되는 수수조를 이용함으로써 비용의 감소를 도모할 수 있다.
상술한 바와 같이, 빈초탄(44)내를 물이 부드럽게 흐를 수 있도록 일정한 간격으로 상하 방향으로 설치된 관상망(45,45,…)은 반드시 설치할 필요는 없다. 도 2는 도 1에 나타낸 초순수 제조 장치로부터 관상망(45,45,…)을 삭제한 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이와 같이, 제 1수조(31)내에 관상망(45)이 없는 경우에는 관상망(45)의 부피만큼 빈초탄(44)을 많이 충전할 수 있기 때문에, 피처리수의 처리 효율이 높아진다. 특히, 원수의 수질이나 저농도 유기 폐수의 수질이 좋은 경우에는 미생물의 번식에 의한 폐색은 일어나기 어렵기 때문에, 오히려 관상망(45)이 없는 것이 바람직하다.
상기 실시예에 있어서, 비록 제 1수조(31)에 빈초탄(44)이 충전되어 있지만, 통상의 목탄을 충전하더라도 크기와 경도를 선택함에 따라서 빈초탄(44)과 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 상기 TOC 계측기(55)로부터 TOC를 나타내는 신호에 따라 활성탄탑 순환 펌프(51)의 토출량, 블로우어(46)의 방출량 및 수중 교반기(41)의 회전수를 인버터 제어한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 활성탄탑 순환 펌프(51)의 토출량, 블로우어(46)의 방출량 및 수중 교반기(41)의 회전수중 하나 이상, 또는 각각을 조합하여 제어하는 것이 적합하다.
실시예 2
도 3은 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 도 1에 나타낸 실시예 1의 초순수 제조 장치에 있어서 반도체 공장(37)으로부터의 회수수가 도입되지 않은 구성을 갖는다.
제 1수조(61), 순환용 활성탄탑(62), 송수용 활성탄탑(63), 제 2수조(64), 1차 순수 제조 장치(65), 2차 순수 제조 장치(66) 및 반도체 공장(67)은 도 1에 나타낸 제 1수조(31), 순환용 활성탄탑(32), 송수용 활성탄탑(33), 제 2수조(34), 1차 순수 제조 장치(35), 2차 순수 제조 장치(36) 및 반도체 공장(37)과 같은 구성 및 동작을 갖는다. 실시예 1의 경우와 같이, 제 2수조(64)에 설치된 TOC 계측기(68)로부터의 신호에 따른 조절기(69)로부터의 조절 신호에 따라서, 활성탄탑 순환 펌프(70)의 토출량, 블로우어(71)의 방출량 및 수중 교반기(72)의 회전수가 인버터 제어된다.
본 실시예에 있어서는 상술한 바와 같이, 상기 반도체 공장(67)으로부터의 회수수는 제 1수조(61)의 혐기성 유기물 처리실에 도입되지 않는다. 따라서, 호기성 미생물에 의한 유기 질소 화합물 처리시에 생기는 질산염 질소를 혐기성 미생물에 의해 탈질 처리 하는 경우에, 반도체 공장(67)으로부터의 저농도 유기 폐수중의 IPA나 아세톤을 이용할 수 없다. 즉, 피처리수중에 유기 질소 화합물이 많은 경우에 있어서 탈질 성능은 실시예 1에 비하여 나쁘다. 그러나, 제 1수조(61)에 있어서 피처리수의 체류 시간을 길게하는 것 등에 의하여, 피처리수중의 유기 질소 화합물이 적은 경우 등에는 어느 정도 대처할 수 있다. 따라서, 본 장치는 원수중의 유기 질소 화합물이 적은 경우에 적용 가능하며, 그 결과 TOC 및 도전율이 낮은 초순수를 제조할 수 있는 초순수 제조 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
실시예 3
도 4는 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 도 1에 나타낸 실시예 1의 초순수 제조 장치에 있어서 순환용 활성탄탑(32)이 삭제된 구성을 갖는다.
제 1수조(81), 송수용 활성탄탑(83), 제 2수조(84), 1차 순수 제조 장치(85), 2차 순수 제조 장치(86) 및 반도체 공장(87)은 도 1에 나타낸 제 1수조(31), 송수용 활성탄탑(33), 제 2수조(34), 1차 순수 제조 장치(35), 2차 순수 제조 장치(36) 및 반도체 공장(37)과 같은 구성 및 동작을 갖는다. 실시예 1의 경우와 같이, 반도체 공장(87)으로부터의 저농도 유기 폐수가 회수수로서 원수와 혼합되어 제 1수조(81)의 혐기성 유기물 처리실에 도입된다.
본 실시예에 있어서는 상술한 바와 같이, 순환용 활성탄탑 및 제 1수조(81)로부터의 피처리수의 일부를 상기 순환용 활성탄탑에 송수하는 순환 장치을 갖고 있지 않다. 따라서, 피처리수중의 TOC가 갑자기 상승한 경우에는 대응할 수 없는 경우가 생긴다. 피처리수중의 TOC가 갑자기 상승한 경우에는 송수용 활성탄탑(83)에 탄소 화합물 처리의 부담이 있으며, 경우에 따라서는 송수용 활성탄탑(83)내의 활성탄의 교환이 필요하다.
그러나, 본 실시예는 원수의 TOC 농도가 비교적 낮고 수질이 안정한 경우에 적용 가능하며, 그 결과 TOC 및 도전율이 낮은 초순수를 제조할 수 있는 초순수 제조 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서도, 실시예 1과 같이 상기 제 2수조(84)에 설치된 TOC 계측기(88)로부터의 신호에 따라 조절기(89)로부터의 조절 신호에 따라서 블로우어(90)의 방출량 및 수중 교반기(91)의 회전수가 인버터 제어된다.
실시예 4
도 5는 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 도 4에 나타낸 실시예 3의 초순수 제조 장치에 있어서 반도체 공장(87)으로부터의 회수수가 도입되지 않는 구성을 갖는다.
제 1수조(101), 송수용 활성탄탑(103), 제 2수조(104), 1차 순수 제조 장치(105), 2차 순수 제조 장치(106) 및 반도체 공장(107)은 도 4에 나타낸 제 1수조(81), 송수용 활성탄탑(83), 제 2수조(84), 1차 순수 제조 장치(85), 2차 순수 제조 장치(86) 및 반도체 공장(87)과 같은 구성 및 동작을 갖는다. 실시예 3의 경우와 같이, 제 2수조(104)에 설치된 TOC 계측기(108)로부터의 신호에 의한 조절기(109)로부터의 조절 신호에 따라 블로우어(110)의 방출량 및 수중 교반기(111)의 회전수가 인버터 제어된다.
본 실시예에 있어서는 상술한 바와 같이, 반도체 공장(107)으로부터의 회수수는 제 1수조(101)의 혐기성 유기물 처리실에 도입되지 않는다. 따라서, 호기성 미생물에 의한 유기 질소 화합물 처리시에 생기는 질산염 질소를 혐기성 미생물에 의해 탈질 처리하는 경우, 반도체 공장(107)으로부터의 저농도 유기 폐수중의 IPA나 아세톤을 이용할 수 없다. 즉, 피처리수중에 유기 질소 화합물이 많은 경우에 있어서 탈질 성능은 실시예 3에 비하여 나쁘다. 그러나, 제 1수조(101)에 있어서 피처리수의 체류 시간을 길게하는 것 등에 의하여, 피처리수중의 유기 질소 화합물이 적은 경우 등에는 어느 정도 대처할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 원수중의 유기 질소 화합물이 적고, TOC가 비교적 낮으며, 수질이 안정한 경우에 적용 가능하며, 그 결과 TOC 및 도전율이 낮은 초순수를 제조할 수 있는 초순수 제조 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
실시예 5
도 6은 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 도 4에 나타낸 실시예 3의 초순수 제조 장치에 있어서 송수용 활성탄탑(83) 및 제 2수조(84)가 삭제된 구성을 갖는다.
제 1수조(121), 1차 순수 제조 장치(125), 2차 순수 제조 장치(126) 및 반도체 공장(127)은 도 4에 나타낸 제 1수조(81), 1차 순수 제조 장치(85), 2차 순수 제조 장치(86) 및 반도체 공장(87)과 같은 구성 및 동작을 갖는다. 제 2수조의 삭제에 따라, 제 2수조에 설치해야 할 TOC 계측기 및 TOC 계측기로부터의 신호에 따라 조절 신호를 출력하는 조절기도 삭제된다.
본 실시예에 있어서는 상술한 바와 같이, 순환용 활성탄탑, 제 1수조(121)로부터의 피처리수를 순환용 활성탄탑에 송수하는 순환장치, 제 1수조(121)로부터의 피처리수가 송수되는 송수용 활성탄탑, 제 2수조 및 제 2수조의 TOC에 따라 제 1수조(121)의 순환수량, 교반량을 제어하는 제어계를 갖고 있지 않다. 따라서, 피처리수중의 TOC 농도가 갑자기 상승한 경우에는 급히 대응할 수 없다.
그러나, 본 실시예는 원수의 수질이 좋고 안정한 경우(구체적으로, 도시수 등과 같이 TOC 농도가 1ppm 이하인 경우)에 적용 가능하며, 그 결과 TOC 및 도전율이 낮은 초순수를 제조할 수 있는 초순수 제조 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
실시예 6
도 7은 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 도 6에 나타낸 실시예 5의 초순수 제조 장치에 있어서 반도체 공장(127)으로부터의 회수수가 도입되지 않은 구성을 갖는다.
제 1수조(131), 1차 순수 제조 장치(135), 2차 순수 제조 장치(136) 및 반도체 공장(137)은 도 6에 나타낸 제 1수조(121), 1차 순수 제조 장치(125), 2차 순수 제조 장치(126) 및 반도체 공장(127)과 같은 구성 및 동작을 갖는다.
본 실시예에 있어서는 상술한 바와 같이, 반도체 공장(137)으로부터의 회수수가 제 1수조(131)의 혐기성 유기물 처리실에 도입되지 않는다. 따라서, 호기성 미생물에 의한 유기 질소 화합물 처리시에 생기는 질산염 질소를 혐기성 미생물에 의해 탈질 처리하는 경우, 반도체 공장(137)으로부터의 저농도 유기 폐수중의 IPA 및 아세톤을 이용할 수 없다.
즉, 피처리수중에 유기 질소 화합물이 많은 경우에 있어서 탈질 성능은 실시예 5에 비하여 나쁘다. 그러나, 제 1수조(131)에 있어서 피처리수의 체류 시간을 길게하는 것 등에 의하여, 피처리수중의 유기 질소 화합물이 적은 경우 등에는 어느 정도 대처할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 원수의 수질이 좋고(예컨대, TOC 농도가 1ppm 이하이고 유기 질소 화합물이 소량임) 안정한 경우에 적용 가능하며, 그 결과 TOC 및 도전율이 낮은 초순수를 제조할 수 있는 초순수 제조 장치를 저비용으로 제공할 수 있다.
실시예 7
도 8은 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 특히, 도 1에 나타낸 실시예 1의 초순수 제조 장치에 있어서 1차 순수 제조 장치(35)가 변화된 구성을 갖는다.
제 1수조(141), 순환용 활성탄탑(142), 송수용 활성탄탑(143), 제 2수조(144), 2차 순수 제조 장치(146) 및 반도체 공장(147)은 도 1에 나타낸 제 1수조(31), 순환용 활성탄탑(32), 송수용 활성탄탑(33), 제 2수조(34), 2차 순수 제조 장치(36) 및 반도체 공장(37)과 같은 구성 및 동작을 갖는다. 실시예 1의 경우와 같이, 제 2수조(144)에 설치된 TOC 계측기(148)로부터의 신호에 의한 조절기(149)로부터의 조절 신호에 따라서 활성탄탑 순환 펌프(150)의 토출량, 블로우어(151)의 방출량 및 수중 교반기(152)의 회전수가 인버터 제어된다.
본 실시예에 있어서는 혐기성 유기물 처리실(155)의 최상부에는 솔레노이드 밸브(159)가 설치된 역세척 배수관(157)의 일단이 접속되어 있다. 이와 마찬가지로, 호기성 유기물 처리실(156)의 최상부에는 솔레노이드 밸브(60)가 설치된 역세척 배수관(158)의 일단이 접속되어 있다. 혐기성 유기물 처리실(155) 및 호기성 유기물 처리실(156)의 하부에는 관상망(161) 사이에 폭기관(162)이 제공되어, 역세척용 블로우어(163)로부터의 공기를 빈초탄이 충전되어 있는 하부에 방출한다.
제 2수조(144)로부터의 피처리수가 도입되는 1차 순수 제조 장치(145)는 RO 장치(165), 전기 탈이온 장치(166) 및 자외선 살균 장치(167)로 구성되어 있다. 전기 탈이온 장치(166)는 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 양이온 교환 수지와 음이온 교환 수지가 충전된 구성을 갖는다. 그리고, 피처리수중의 이온은 양이온 교환 수지에 흡착되며, 탈이온된 처리수는 다음 공정의 자외선 살균 장치(167)에 공급된다. 한편, 상기 양이온 교환 수지에 흡착된 이온은 이온 교환 수지를 통과하여, 양이온은 양이온 교환막, 음이온은 음이온 교환막으로부터 이온 농도가 높은 농축수로서 배관(168)을 통해 외부로 배출된다.
상술한 바와 같이, 전기 탈이온 장치(166)에서 두 이온 교환 수지는 전기에 의하여 연속적으로 재생되어 농축수로 되어 배출되기 때문에, 약품 등을 사용한 특별한 재생 처리는 불필요하다. 이와는 반대로, 도 1에 나타낸 실시예 1의 초순수 제조 장치의 1차 순수 제조 장치는 통상의 역삼투막 장치, 이온 교환 장치 및 자외선 살균 장치 등으로 구성되어 있다. 이 경우, 상기 이온 교환 장치는 산인 염산 또는 알칼리인 수산화나트륨 등의 약품에 의한 재생 처리를 필요로 하여, 그 결과 생성된 재생 폐수를 처리해야 한다.
전기 탈이온 장치(166)의 이점을 살리기 위하여, 이온 교환 수지 및 이온 교환막에 부착하여 탈이온 기능을 감소시키는 유기물 및 용존 가스(탄산 가스)를 전처리 장치에 의하여 최대한 처리할 필요가 있다. 그리고, 본 실시예에 있어서 전처리 장치는 실시예 1과 같은 구성을 갖고 있기 때문에, 전처리수의 TOC를 1ppm 이하로 하며 도전율을 감소시키고 유입수의 수질 변동을 조정하여 안정한 수질의 피처리수를 1차 순수 제조 장치(145)에 공급할 수 있다. 상기 피처리수중의 용존 탄산 가스는 제 1수조(141)에서 호기성 유기물 처리실(156)의 폭기관(169)으로부터의 폭기에 의해 공기중에 비산되어 제거된다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 상기 전처리 장치[제 2수조(144)]와 1차 순수 제조 장치(145) 사이에 막분리 장치 등을 설치하지 않고, 또한, 약품에 의한 재생 처리를 필요로 하지 않는(예컨대, 재생 폐수의 처리를 필요하지 않는다) 전기 탈이온 장치(166)를 갖는 1차 순수 제조 장치(145)를 사용하여 저비용으로 TOC 및 도전율이 낮은 초순수를 제조할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 혐기성 유기물 처리실(155) 및 호기성 유기물 처리실(156)의 충전재에 형성된 생물막은 미생물이 피처리수중의 유기물 및 각종 이온을 영양원으로 사용하여 형성한 생물막이다. 따라서, 이 생물막이 분리되어 피처리수중에 부유하는 것은 특히 역삼투막 장치(165) 및 전기 탈이온 장치(166)를 갖는 1차 순수 제조 장치(145)가 하류에 제공된 본 실시예에 있어서는 바람직하지 못하다. 따라서, 본 실시예에 있어서는 일정 기간마다 다음과 같은 역세척을 실시하여 생물막을 제거한다. 상기 일정 기간은 혐기성 유기물 처리실(155)의 충전재에 형성된 생물막의 두께 등의 상태에 따라 결정된다. 구체적으로는, 상기 일정 기간은 예컨대 7일이며 역세척 시간은 2시간이다.
우선, 제 1수조(141)의 수위를 역세척 배수관(157,158)의 일단의 접속 위치보다 1m 이상 상승시켜 원수 공급을 멈춘다. 또한, 활성탄탑 순환 펌프(150), 활성탄탑 송수 펌프(170), 블로우어(151) 및 수중 교반기(152)의 동작을 정지시킨다. 그리고 나서, 역세척용 블로우어(163)를 동작시켜 제 1수조(141)내의 충전재에 형성된 생물막 및 상기 충전재에 부착된 미생물을 공기 역세척에 의하여 분리시킨다.
이로써, 충분히 생물막을 분리시킨 후, 역세척용 블로우어(163)를 동작시킨 상태로 솔리노이드 밸브(159,160)를 개방하고, 분리된 생물막을 포함하는 역세척수를 역세척 배수관(157,158)의 다른 쪽 끝으로 배출시킨다. 제 1수조(141)의 수위가 역세척배수관(157,158)의 접속 위치보다 낮으면, 역세척용 블로우어(163)를 동작시킨 상태로 원수를 도입한다. 이렇게 함으로써, 남아 있는 생물막 등은 원수와 혼합되어 역세척 배수관(157,158)으로 배출된다. 이로써, 제 1수조(141)의 수질이 원수의 수질과 같은 정도로 되는 일정 시간이 경과한 후, 역세척용 블로우어(163)를 정지시키고 솔리노이드 밸브(159,160)를 폐쇄한다.
그리고, 상기 활성탄탑 순환 펌프(150), 블로우어(151) 및 수중 교반기(152)를 동작시켜, 제 1수조(141)중의 피처리수를 순환용 활성탄탑(142)을 통하여 순환시킨다. 그리고, 수질이 안정화되는 일정 시간이 경과한 후에 활성탄탑 송수 펌프(170)를 동작시키고, 피처리수를 송수용 활성탄탑(143)에 도입하여 전처리 장치의 정상 운전에 들어 간다.
이로써, 본 실시예에 있어서는 일정 기간마다 상술한 역세척을 실시하여, 제 1수조(141)내의 충전재에 형성된 생물막 및 상기 충전재에 부착된 미생물을 강제적으로 분리시켜 초순수 제조 장치 밖으로 배출할 수 있다. 따라서, 상기 생물막은 방치해 놓으면 자연스럽게 분리되어 피처리수중에 유기물 및 각종 이온으로 부유되어 초기 단계에서 제거되며, 그 결과 TOC 및 도전율이 낮은 초순수를 제조할 수 있다. 역세척용 블로우어(163)는 특히 한정된 블로우어가 아니라, 일반적인 블로우어라도 상관없다.
실시예 8
도 9는 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 도 8에 나타낸 실시예 7의 초순수 제조 장치에 있어서 1차 순수 제조 장치(145)의 전기 탈이온 장치(166)로부터의 농축수를 혐기성 유기물 처리실(155)로 되돌리는 구성을 갖는다.
제 1수조(171), 순환용 활성탄탑(172), 송수용 활성탄탑(173), 제 2수조(174), 1차 순수 제조 장치(175), 2차 순수 제조 장치(1760 및 반도체 공장(177)은 도 8에 나타낸 제 1수조(141), 순환용 활성탄탑(142), 송수용 활성탄탑(143), 제 2수조(144), 1차 순수 제조 장치(145), 2차 순수 제조 장치(146) 및 반도체 공장(147)과 같은 구성 및 동작을 갖는다. 실시예 7의 경우와 같이, 제 2수조(174)에 설치된 TOC 계측기(178)로부터의 신호에 따른 조절기(179)로부터의 조절 신호에 따라, 활성탄탑 순환 펌프(180)의 토출량, 블로우어(181)의 방출량 및 수중 교반기(182)의 회전수가 인버터 제어된다. 또한, 솔리노이드 밸브(183), 역세척 배수관(184), 솔리노이드 밸브(185), 역세척 배수관(186), 폭기관(187) 및 역세척용 블로우어(188)에 의한 역세척이 실시된다.
본 실시예에 있어서는 1차 순수 제조 장치(175)의 전기 탈이온 장치(189)에 의해 농축된 이온을 포함하는 농축수는 배관(190)에 의하여 제 1수조(171)의 혐기성 유기물 처리실(191)로 반송된다. 이로써, 전기 탈이온 장치(189)의 폐수를 재이용함으로써 전체적인 물의 이용율을 향상시킬 수 있다.
실시예 9
도 10은 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 도 9에 나타낸 실시예 8의 초순수 제조 장치에 있어서 1차 순수 제조 장치(175)의 제 1전기 탈이온 장치(189)로부터의 농축수를 제 2수조(174)로 반송하는 구성을 갖는다.
제 1수조(201), 순환용 활성탄탑(202), 송수용 활성탄탑(203), 제 2수조(204), 1차 순수 제조 장치(205), 2차 순수 제조 장치(206) 및 반도체 공장(207)은 도 9에 나타낸 제 1수조(171), 순환용 활성탄탑(172), 송수용 활성탄탑(173), 제 2수조(174), 1차 순수 제조 장치(175), 2차 순수 제조 장치(176) 및 반도체 공장(177)과 같은 구성 및 동작을 갖는다. 실시예 8의 경우와 같이, 제 2수조(204)에 설치된 TOC 계측기(208)로부터의 신호에 따른 조절기(209)로부터의 조절 신호에 따라, 활성탄탑 순환 펌프(210)의 토출량, 블로우어(211)의 방출량 및 수중 교반기(212)의 회전수가 인버터 제어된다. 또한, 솔리노이드 밸브(213), 역세척 배수관(214), 솔리노이드 밸브(215), 역세척 배수관(216), 폭기관(217) 및 역세척용 블로우어(218)에 의한 역세척이 실시된다.
본 실시예에 있어서, 1차 순수 제조 장치(205)의 전기 탈이온 장치(219)로부터의 농축수는 배관(220)을 통하여 제 2수조(204)로 반송된다. 상기 농축수를 초순수 제조에 재이용하는 경우, 제거해야 하는 물질로서는 이온과 유기물이 있다. 상기 농축수에 양자가 포함된 경우에는 유기물을 제거하기 위하여, 실시예 8과 같이 농축수를 제 1수조(201)의 혐기성 유기물 처리실(221)로 반송할 필요가 있다. 그러나, 상기 농축수에 이온만이 포함된 경우에는 반드시 그럴 필요는 없고, 제 2수조(204)에 반송하면 상기 포함된 이온은 1차 순수 제조 장치(205)의 역삼투막 장치(222)에 의해 처리된다.
이로써, 전기 탈이온 장치(219)의 농축수를 제 2수조(204)에 반송함으로써, 폐수의 효율적으로 순환시킬 수 있으며, 제 1수조(201)의 용량을 실시예 8에 있어서 제 1수조(171)의 용량보다 작게 할 수 있다.
실시예 10
도 11은 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 도 9에 나타낸 실시예 8의 초순수 제조 장치에 있어서 1차 순수 제조 장치(175)의 전기 탈이온 장치(189)로부터의 농축수를 혐기성 유기물 처리실(191)에 반송하는 배관(190)에 제 2 전기 탈이온 장치가 설치된 구성을 갖는다.
제 1수조(231), 순환용 활성탄탑(232), 송수용 활성탄탑(233), 제 2수조(234), 1차 순수 제조 장치(235), 2차 순수 제조 장치(236) 및 반도체 공장(237)은 도 9에 나타낸 제 1수조(171), 순환용 활성탄탑(172), 송수용 활성탄탑(173), 제 2수조(174), 1차 순수 제조 장치(175), 2차 순수 제조 장치(176) 및 반도체 공장(177)과 같은 구성 및 동작을 갖는다. 실시예 8의 경우와 같이, 제 2수조(234)에 설치된 TOC 계측기(238)로부터의 신호에 따른 조절기(239)로부터의 조절 신호에 따라, 활성탄탑 순환 펌프(240)의 토출량, 블로우어(241)의 방출량 및 수중 교반기(242)의 회전수가 인버터 제어된다. 또한, 솔리노이드 밸브(243), 역세척 배수관(244), 솔리노이드 밸브(245), 역세척 배수관(246), 폭기관(247) 및 역세척용 블로우어(248)에 의한 역세척이 실시된다.
본 실시예에 있어서는 상술한 바와 같이, 1차 순수 제조 장치(235)의 전기 탈이온 장치(249)로부터의 농축수를 제 1수조(231)의 혐기성 유기물 처리실(191)로 반송하는 배관(250)에 제 2 전기 탈이온 장치(251)가 설치된다. 그리고, 제 2 전기 탈이온 장치(251)로부터의 농축수는 폐수로서 밖으로 방출되며, 탈이온수는 혐기성 유기물 처리실(252)로 반송된다.
이렇게 제 2 전기 탈이온 장치(251)에서 제 1 전기 탈이온 장치(249)로부터의 농축수를 탈이온화시키고, 여기서 얻어진 물을 혐기성 유기물 처리실(252)로 반송함으로써, 혐기성 유기물 처리실(252)의 이온 부하가 감소된다. 따라서, 역세척 빈도가 감소되며, 그 결과 순수 제조 시간이 길어진다.
실시예 11
도 12는 본 실시예에 따른 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이 초순수 제조 장치는 도 11에 나타낸 실시예 10의 초순수 제조 장치에 있어서 제 2 전기 탈이온 장치(251)에 의해 탈이온화된 물이 제 2수조(234)로 반송되는 구성을 갖는다.
제 1수조(261), 순환용 활성탄탑(262), 송수용 활성탄탑(263), 제 2수조(264), 1차 순수 제조 장치(265), 2차 순수 제조 장치(266) 및 반도체 공장(267)은 도 11에 나타낸 제 1수조(231), 순환용 활성탄탑(232), 송수용 활성탄탑(233), 제 2수조(234), 1차 순수 제조 장치(235), 2차 순수 제조 장치(236) 및 반도체 공장(237)과 같은 구성 및 동작을 갖는다. 실시예 10의 경우와 같이, 제 2수조(264)에 설치된 TOC 계측기(268)로부터의 신호에 따른 조절기(269)로부터의 조절 신호에 따라, 활성탄탑 순환 펌프(270)의 토출량, 블로우어(271)의 방출량 및 수중 교반기(272)의 회전수가 인버터 제어된다. 또한, 솔리노이드 밸브(273), 역세척 배수관(274), 솔리노이드 밸브(275), 역세척 배수관(276), 폭기관(277) 및 역세척용 블로우어(278)에 의한 역세척이 실시된다.
본 실시예에 있어서는 상술한 바와 같이, 1차 순수 제조 장치(265)의 제 1 전기 탈이온 장치(279)로부터의 농축수는 제 2 전기 탈이온 장치(281)에 의해 탈이온화된 후, 배관(280)에 의해 제 2수조(264)에 반송된다.
제 1전기 탈이온 장치(279)로부터의 농축수를 제 2전기 탈이온 장치(281)에 의해 탈이온화시킨 물은 실시예 1과 같은 기본 구성을 갖는 전처리 장치에 의하여 TOC가 1ppm 이하로 되고, 도전율이 감소되며, 유입수의 수질이 조정된 안정한 수질의 피처리수를 2회 탈이온화시킨 지극히 좋은 수질의 물이다. 따라서, 이와 같이 수질이 좋은 물을 제 1수조(261)에 반송할 필요없이, 제 2수조(264)로 되돌릴 수 있다. 이로써, 제 2전기 탈이온 장치(281)로부터의 폐수를 제 2수조(264)로 반송함에 따라, 피처리수의 체류 시간의 관점에서 제 1수조(261)의 용량은 혐기성 유기물 처리실(252)로 반송하는 실시예 10에 있어서 제 1수조(231)의 용량보다 작게 할 수 있다.
또한, 실시예 7 내지 11에 따른 초순수 제조 장치에 있어서, 도 2에 나타낸 초순수 제조 장치와 같이 제 1수조(141, 171, 201, 231, 261)내의 관상망을 삭제할 수 있다. 도 13은 도 9에 나타낸 초순수 제조 장치로부터 관상망을 삭제한 초순수 제조 장치의 구성도이다. 도 14는 도 11에 나타낸 초순수 제조 장치로부터 관상망을 삭제한 초순수 제조 장치의 구성도이다. 이와 같이, 제 1수조(141, 171, 201, 231, 261)내에 관상망이 없는 경우에는 관상망의 부피 만큼 빈초탄을 더 충전할 수 있기 때문에 피처리수의 처리 효율을 높일 수 있다. 특히, 원수의 수질이나 저농도 유기 폐수의 수질이 좋은 경우에는 미생물의 번식에 의한 폐색이 일어나기 어렵기 때문에, 오히려 관상망이 없는 쪽이 바람직하다.
도 15는 도 8에 나타낸 초순수 제조 장치에 있어서 역삼투막 장치(165), 전기 탈이온 장치(166) 및 자외선 살균 장치(167)로 구성된 1차 순수 제조 장치(145)를 역삼투막 장치(296), 이온 교환 수지 장치(297) 및 자외선 살균 장치(298)로 구성된 1차 순수 제조 장치(295)로 대체한 초순수 제조 장치를 나타낸다. 이 경우, 상술한 바와 같이 염산 또는 수산화나트륨과 같은 약품을 사용한 이온 교환 수지의 재생이 필요하며, 이로써 필연적으로 재생 폐수가 발생한다. 따라서, 재생 폐수를 중화시키는 재생 폐수 처리 장치(299)가 필요하다. 따라서, 재생 폐수 처리 장치(299)를 위한 초기 비용과 재생 폐수 중화를 위한 운전 비용이 더 필요하다.
이 경우, 도 15에 나타낸 초순수 제조 장치의 전처리 장치는 제 1수조(291), 순환용 활성탄탑(292), 송수용 활성탄탑(293) 및 제 2수조(294)로 구성되어 있으며, 실시예 1에 있어서 전처리 장치와 기본 구성은 동일하다. 따라서, 도 15에 나타낸 초순수 제조 장치의 전체 구성은 실시예 1의 초순수 제조 장치와 기본적으로 동일하다고 할 수 있다. 따라서, 도 15에 나타낸 초순수 제조 장치도 어떠한 원인에 의한 수질의 변동(예컨대, TOC 농도의 급격한 증가)에 대응할 수 있고, TOC 농도가 0.5ppb 이하이고 도전율이 낮은 초순수를 제조할 수 있다.
구체적인 실시예
상기 초순수 제조 장치를 사용한 초순수 제조의 구체적인 실시예에 관하여 이하에 설명한다. 여기에 사용된 초순수 제조 장치는 도 1에 나타낸 초순수 제조 장치와 동일한 구조를 갖는 초순수 제조 장치로서, 제 1수조(31)의 용적이 약 1300m3, 제 2수조(34)의 용적이 100m3, 순환용 활성탄탑(32)의 용적이 15m3, 송수용 활성탄탑(33)의 용적이 15m3로 설정되었다.
상기 초순수 제조 장치를 사용하여, 도전율이 186μs/cm이고, TOC 농도가 2.2ppm이며, 유기물량의 지표가 되는 과망간산 칼륨의 소비량이 5.9ppm인 피처리수를 전처리하였다. 그 결과, 제 2수조(34)로부터의 피처리수의 도전율은 148μs/cm, TOC 농도는 0.3ppm, 과망간산 칼륨의 소비량(유기물)은 1.0ppm으로 할 수 있었다. 그리고, 이 피처리수를 1차 순수 제조 장치(35)에 도입하여 초순수를 제조하였으며, 2차 순수 제조 장치(36)로부터 TOC 농도가 0.5ppb 이하인 초순수를 얻을 수 있었다.
따라서, 본 실시예에 의하면, TOC 농도가 0.5ppb 이하이고 도전율이 낮으며, 64메가비트-DRAM 이상의 집적도의 반도체 소자를 제조할 수 있는 초순수를 얻을 수 있다.
상기 1차 순수 제조 장치에 전기 탈이온 장치를 사용한 초순수 제조 장치에의한 초순수 제조의 구체적인 실시예에 관하여 이하에 설명한다. 여기에 사용된 초순수 제조 장치는 도 9에 나타낸 초순수 제조 장치와 동일한 구조를 갖는 초순수 제조 장치로서, 제 1수조(171)의 용적은 약 1300m3, 제 2수조(174)의 용적은 100m3, 순환용 활성탄탑(172)의 용적은 15m3, 송수용 활성탄탑(173)의 용적은 15m3로 설정하였다.
상기 초순수 제조 장치를 사용하여, 도전율이 186μs/cm이고 TOC 농도가 2.2ppm인 피처리수를 전처리하였다. 그 결과, 제 2수조(174)로부터의 피처리수의 도전율을 148μs/cm, TOC 농도를 0.3ppm으로 할 수 있었다. 그리고, 이 피처리수를 전기 탈이온 장치(189)를 갖는 1차 순수 제조 장치(175) 및 2차 순수 제조 장치(176)에 도입하여 초순수를 제조하였으며, 2차 순수 제조 장치(176)로부터 TOC가 0.5ppb 이하인 초순수를 얻을 수 있었다.
도 19에 나타낸 종래의 초순수 제조 장치에 있어서 혐기성 미생물과 호기성 미생물의 생물학적 처리를 이용한 전처리 장치의 경우, 처리수의 TOC 농도를 약 1.2ppm으로 밖에 할 수 없다. 그러나, 도 9(실시예 8)에 나타낸 초순수 제조 장치의 전처리 장치는 TOC 농도를 0.3ppm으로 할 수 있으며, 그 결과 전기 탈이온 장치(189)에 도입하기에 알맞은 처리수를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명을 설명하였으며, 많은 방법으로 변형될 수 있다. 상기 변형은 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않으며, 당업자에게 명백한 상기 모든 변형은 하기 청구항의 범위내에 포함된다.
본 발명에 의하면, TOC 농도가 0.5ppb 이하이고 도전율이 낮으며, 64메가비트-DRAM 이상의 집적도의 반도체 소자를 제조할 수 있는 초순수를 얻을 수 있다.
Claims (17)
- 전처리장치에서 수중교반 장치(41)에 의해 피처리수에 순환류를 형성시키고 이 순환류의 하항루중에서 혐기성 생물처리(39)를 실시하고, 폭기 장치(46,47)에 의해 상기 혐기성 생물처리후의 피처리수에 순환류를 형성시켜 이 순환류의 하향류중에서 호기성 생물 처리(40)를 실시하는 것에 의해 전처리시킨 원수를, 1차순수 제조장치(35)와 2차순수 제조장치(36)에 순차적으로 도입하여 초순수를 제조하는 초순수 제조장치에 있어서,상기 전처리 장치(31)는 수조(31)를 칸막이 벽(38)으로 분리하고 하부가 서로 연통된 혐기성 유기물 처리술(39) 및 호기성 유기물 처리실(40)을 가지며;원수는 상기 혐기성 유기물 처리실(39)에 도입되고;상기 혐기성 유기물 처리실(39)에는 피처리수의 순환류를 형성시키는 수중 교반 장치(41)가 설치됨과 동시에, 상기 순환류의 하향류 영역에는 혐기성 미생물의 고정화 담체(43,44)가 충전되어 있으며;상기 호기성 유기물 처리실(40)에는 피처리수의 순환류를 형성시키는 폭기 장치(46,47)가 설치됨과 동시에, 상기 순환류의 하향류 영역에 호기성 미생물의 고정화 담체(43,44)가 충전된 초순수 제조 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 고정화 담체가 활성탄 및 목탄인 초순수 제조 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 목탄이 빈초탄(Bincho charcoal)인 초순수 제조 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 활성탄(43)이 자루에 채워지고 목탄 위에 적층되며, 상기 목탄의 충전 영역에서 수직 방향으로 관상망(45)이 설치되고, 상기 목탄은 관상망(45) 사이에 충전된 초순수 제조 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 활성탄은 미생물이 번식하고 있는 생물 활성탄이고, 상기 목탄은 미생물이 번식하고 있는 생물 활성 목탄인 초순수 제조 장치.
- 제 2항에 있어서, 반도체 공장의 저농도 유기 폐수가 혐기성 유기물 처리실(39)에 도입되는 초순수 제조 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 수조(31)가 원수의 수수조(water receiving tank)인 초순수 제조 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 전처리 장치가 활성탄(43)이 충전된 활성탄탑을 가지며 혐기성 유기물 처리실(39)로부터의 피처리수를 처리하는 초순수 제조 장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 활성탄탑이 생물학적 처리를 주체로 하는 처리를 수행하는 제 1활성탄탑(32) 및 물리적 처리를 주체로 하는 처리를 수행하는 제 2활성탄탑(33)으로 구성된 초순수 제조 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 제 1활성탄탑(32)은 호기성 유기물 처리실(40)로부터의 피처리수를 처리하여 혐기성 유기물 처리실(39)에 돌려 주는 활성탄탑이고,제 2활성탄탑(33)은 호기성 유기물 처리실(40)로부터의 피처리수를 처리하여 1차 순수 제조 장치(35)로 송수하는 활성탄탑인 초순수 제조 장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 1차 순수 제조 장치(145)가 전기 탈이온 장치(166)를 포함하는 초순수 제조 장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 혐기성 유기물 처리실(155)의 상부에 일단이 접속된 제 1역세척 배수관(157);상기 호기성 유기물 처리실(156)의 상부에 일단이 접속된 제 2역세척 배수관(158);역세척용 블로우어(163); 및상기 혐기성 미생물의 고정화 담체(164) 및 호기성 미생물의 고정화 담체(164) 바로 아래에 설치되어 역세척용 블로우어(163)로부터의 공기를 폭기하는 폭기관(162)을 포함하는 초순수 제조 장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 전기 탈이온 장치(186)로부터의 농축된 이온을 포함하는 농축수가 혐기성 유기물 처리실(191)에 도입되는 초순수 제조 장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 전기 탈이온 장치(235)로부터 농축수가 도입됨과 동시에 상기 농축수에 대하여 탈이온 처리를 수행하는 보조 전기 탈이온 장치(251)를 포함하며, 상기 보조 전기 탈이온 장치(251)로부터의 피처리수가 상기 혐기성 유기물 처리실(252)에 도입되는 초순수 제조 장치.
- 제 11항에 있어서, 상기 전기 탈이온 장치(265)로부터 농축수가 도입됨과 동시에 상기 농축수를 탈이온 처리하는 보조 전기 탈이온 장치(281); 및상기 보조 전기 탈이온 장치(281)로부터의 처리수를 상기 제 2활성탄탑(263)으로부터의 처리수와 함께 받아 들이는 처리 수조(264)를 포함하는 초순수 제조 장치.
- 제 10항에 있어서, 피처리수를 혐기성 유기물 처리실(39), 호기성 유기물 처리실(40) 및 제 1활성탄탑(32)으로 순환시키는 순환 장치(50,51,52)를 포함하는 초순수 제조 장치.
- 제 16항에 있어서, 상기 제 2활성탄탑(33)으로부터의 피처리수의 TOC 농도를 계측하고 계측한 TOC 농도를 나타내는 신호를 출력하는 TOC 계측기(55); 및상기 TOC 계측기(55)로부터의 신호에 따라 수중 교반 장치(41)의 회전수, 폭기 장치(46,47)의 폭기량 및 상기 순환 장치(50,51,52)에 의한 순환량의 하나 이상 또는 각각을 조합하여 제어하는 TOC 제어 장치(56)를 포함하는 초순수 제조 장치.
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