KR20150029638A

KR20150029638A - 초순수 제조 장치

Info

Publication number: KR20150029638A
Application number: KR20147034623A
Authority: KR
Inventors: 노조무 이쿠노
Original assignee: 쿠리타 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2015-03-18
Also published as: US20150336813A1; WO2014010075A1; SG11201408795QA; CN104411641A; KR101959103B1

Abstract

역침투막 분리 장치의 설치수가 적은 초순수 제조 장치를 제공한다. 1 차 순수 시스템 (2) 과, 그 1 차 순수 시스템 (2) 의 처리수를 처리하는 서브 시스템 (3) 을 구비하고, 적어도 그 1 차 순수 시스템 (2) 에 역침투막 분리 장치가 형성되어 있는 초순수 제조 장치에 있어서, 그 1 차 순수 시스템 (2) 에 설치된 역침투막 분리 장치가 고압형 역침투막 분리 장치이고, 또한 단단 (單段) 으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치. 고압형 역침투막 분리 장치는, 표준 운전 압력 5.52 ㎫, 순수 플럭스 0.5 ㎥/㎡·D 이상, NaCl 제거율 99.5 ％ (NaCl 32000 ㎎/ℓ) 이상의 특성을 갖는다.

Description

초순수 제조 장치{ULTRAPURE WATER PRODUCTION DEVICE}

본 발명은 초순수 제조 장치에 관한 것으로, 특히 역침투막 분리 장치 (RO 장치) 를 갖는 1 차 순수 시스템을 구비한 초순수 제조 장치에 관한 것이다.

종래, 반도체 세정용수로서 사용되고 있는 초순수는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 전처리 시스템 (1'), 1 차 순수 시스템 (2'), 서브 시스템 (2 차 순수 시스템) (3') 으로 구성되는 초순수 제조 장치에 의해 원수 (공업용수, 시수 (市水), 정수 (井水), 반도체 공장으로부터 배출되는 사용이 완료된 초순수 (이하「회수수」라고 칭한다) 등) 를 처리함으로써 제조된다. 도 2 에 있어서 각 시스템의 역할은 다음과 같다.

응집, 가압 부상 (침전), 여과 (막 여과) 장치 등으로 이루어지는 전처리 시스템 (1') 에서는, 원수 중의 현탁 물질이나 콜로이드 물질의 제거를 실시한다. 이 과정에서는 고분자계 유기물, 소수성 유기물 등의 제거도 가능하다.

역침투막 분리 (RO) 장치, 탈기 장치 및 이온 교환 장치 (혼상식 또는 4 상 5 탑식 등) 를 구비하는 1 차 순수 시스템 (2') 에서는, 원수 중의 이온이나 유기 성분의 제거를 실시한다. 또한, 역침투막 분리 장치에서는, 염류를 제거함과 함께 이온성, 콜로이드성 TOC 를 제거한다. 이온 교환 장치에서는, 염류를 제거함과 함께 이온 교환 수지에 의해 흡착 또는 이온 교환되는 TOC 성분의 제거를 실시한다. 탈기 장치에서는 무기계 탄소 (IC), 용존 산소 (DO) 의 제거를 실시한다.

저압 자외선 산화 장치, 이온 교환 순수 장치 및 한외 여과막 분리 장치를 구비하는 서브 시스템 (3') 에서는, 1 차 순수 시스템 (2') 에서 얻어진 순수의 순도를 보다 한층 높여 초순수로 한다. 저압 자외선 산화 장치에서는, 저압 자외선 램프로부터 나오는 파장 185 ㎚ 의 자외선에 의해 TOC 를 유기산, 나아가서는 CO₂ 까지 분해시킨다. 분해에 의해 생성된 유기물 및 CO₂ 는 후단의 이온 교환 수지에 의해 제거된다. 한외 여과막 분리 장치에서는, 미립자가 제거되고, 이온 교환 수지의 유출 입자도 제거된다.

도 2 에서는, 1 차 순수 시스템의 역침투막 분리 장치가 전단측과 최후단부에 배치되어 있지만, 직렬로 2 단으로 설치하는 경우도 있다. 도 2 에서는, 전처리 시스템이 1 계통만 설치되어 있지만, 시수, 공수 등을 처리하는 전처리 시스템과, 반도체 제조 공정 배수 등의 희박계 배수를 처리하는 희박계 배수 회수 시스템을 병렬 설치하는 경우도 있다.

일본 특허공보 3468784호

종래, 초순수 제조 시스템의 1 차 순수 혹은 배수 회수 시스템에 있어서는, 유기물 농도를 저감시킬 목적에서 RO 분리 장치를 직렬로 2 단 통수하는 2 단 RO 방식이 주로 채용되고 있다. 처리 대상이 되는 원수가 공업용수, 수도수, 정호수 혹은 염류 부하가 낮은 희박계 배수인 점에서, 표준 운전 압력 0.75 ㎫, 순수 플럭스 25 ㎥/㎡·D/개 (8 인치) 이상인 초저압 RO 막, 혹은 표준 운전 압력 1.47 ㎫, 순수 플럭스 25 ㎥/㎡·D/개 (8 인치) 이상인 저압 RO 막을 사용하는 것이 일반적이었다.

그러나, 이와 같이 역침투막 분리 장치를 2 단으로 설치하면, 설치 스페이스가 증대함과 함께, 장치 운전 관리가 번잡화된다. 즉, 반도체 제조 공장의 초순수 제조 플랜트에서는, 규모에 따라 다르기도 하지만, 1 차 순수 시스템의 제 1 단째의 역침투막 분리 장치로서 예를 들어 4 ∼ 40 개를 병렬 설치하고, 제 2 단째에 이것과 동일한 정도의 역침투막 분리 장치를 병렬 설치하고 있으며, 역침투막 분리 장치의 설치수가 매우 많은 것으로 되어 있어, 역침투막 분리 장치의 설비 비용 및 러닝 코스트가 불어남과 함께, 설치 면적도 큰 것으로 되고 있다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하고, 역침투막 분리 장치의 설치수가 적은 초순수 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 초순수 제조 장치는, 1 차 순수 시스템과, 그 1 차 순수 시스템의 처리수를 처리하는 서브 시스템을 구비하고, 적어도 그 1 차 순수 시스템에 역침투막 분리 장치가 형성되어 있다. 그 1 차 순수 시스템에 설치된 역침투막 분리 장치는 고압형 역침투막 분리 장치이고, 또한 단단 (單段) 으로 설치되어 있다.

상기 고압형 역침투막 분리 장치는, 표준 운전 압력 5.52 ㎫ 이상, 표준 운전 압력에 있어서의 순수 플럭스 0.5 ㎥/㎡·D 이상, NaCl 제거율 99.5 ％ (NaCl 32000 ㎎/ℓ) 이상의 특성을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명 장치는, 또한 원수를 처리하는 전처리 시스템을 갖고, 그 전처리 시스템의 처리수가 상기 1 차 순수 시스템 및 서브 시스템으로 순차적으로 처리되어도 된다. 상기 고압형 역침투막 분리 장치에 대한 급수의 TDS (전체 용해성 물질) 가 1500 ㎎/ℓ 이하여도 된다.

상기 고압형 역침투막 분리 장치의 막면 유효 압력이 1.5 ∼ 3 ㎫ 인 것이 바람직하다.

고압형 역침투막 분리 장치는, 종래부터 해수 담수화 플랜트에 사용되고 있는 것으로, 염분 농도가 높은 해수를 역침투막 처리하기 위해 막면 유효 압력 (1 차 측압력과 2 차 측압력의 차이) 을 5.52 ㎫ 정도의 고압으로 하여 사용되고 있다.

본 발명에서는, 이 고압형 역침투막 분리 장치를 초순수 제조 장치의 1 차 순수 시스템에 단단 (1 단) 으로 설치한다. 일반적으로, 해수 담수화용 역침투막은, 탈염이나 유기물 제거에 기여하는 스킨층의 분자 구조가 치밀하기 때문에, 유기물 제거율이 높다. 해수 담수화에 있어서는, 원수의 염류 농도가 높고, 이에 수반하여 삼투압이 높아지기 때문에, 투과수량을 확보하려면 막면 유효 압력이 5.5 ㎫ 이상이 된다. 한편, 전자 산업 분야에 있어서의 일반적인 RO 막에 적용하는 원수의 염류 농도는 낮고, TDS (전체 용해성 물질) 가 1500 ㎎/ℓ 이하이다. 이와 같은 원수에 있어서는, 삼투압이 낮고, 막면 유효 압력 불과 2 ∼ 3 ㎫ 정도로 충분한 투과수량을 얻고, 또한 상기 서술한 바와 같이 투과수의 수질은 종래의 역침투막 (초저압 RO 막, 저압 RO 막) 에 비해 현격히 향상된다.

이와 같이 1 차 순수 시스템에 고압형 역침투막 분리 장치를 단단 설치함으로써, 역침투막 분리 장치의 설치수가 종래의 2 단 설치인 경우에 비해 절반이 되어, 역침투막 분리 장치의 설치 스페이스가 반감됨과 함께, 설비 비용, 운전 관리 비용도 거의 반감된다.

도 1 은, 본 발명의 초순수 제조 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 계통도이다.
도 2 는, 종래의 초순수 제조 장치를 나타내는 계통도이다.

이하에 본 발명의 초순수 제조 장치의 실시형태를 상세하게 설명한다.

본 발명에 있어서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 원수를 바람직하게는 전처리 시스템 (1), 1 차 순수 시스템 (2) 및 서브 시스템 (3) 으로 순차적으로 처리하여 초순수를 제조함에 있어서, 1 차 순수 시스템 (2) 에 역침투막 분리 장치 (RO 장치) 로서 고압형 역침투막 분리 장치를 단단으로 설치한다.

고압형 역침투막 분리 장치는, 종래 해수 담수화에 사용되고 있는 역침투막 분리 장치로서, 표준 운전 압력 5.52 ㎫ 이상이고, 표준 운전 압력에 있어서, 순수 플럭스 0.5 ㎥/㎡·D 이상, NaCl 제거율 99.5 ％ (NaCl 32000 ㎎/ℓ) 이상의 특성을 갖는다. 이 NaCl 제거율은, NaCl 농도 32000 ㎎/ℓ 의 NaCl 수용액에 대한 25 ℃ 에 있어서의 제거율이다. 역침투막의 카탈로그 (기술 자료를 포함한다) 에는 막 메이커부터 스펙 (명세서) 표시가 되어 있어, 고압형인지 저압형 또는 초저압형인지는 카탈로그값으로서 판별할 수 있다.

이 고압형 역침투막은, 종래의 초순수 제조 장치의 1 차 순수 시스템에 사용되고 있는 저압 또는 초저압형 역침투막에 비해 막표면의 스킨층이 치밀하게 되어 있다. 그 때문에, 고압형 역침투막은 저압형 또는 초저압형 역침투막에 비해 단위 조작 압력당의 막 투과수량은 낮지만 유기물 제거율은 극단적으로 높다. TDS (전체 용해성 물질) 1500 ㎎/ℓ 이하의 염류 농도의 급수를 역침투막 처리하는 경우에 있어서는, 회수율 90 ％ 일 때의 운전 조건하에서 역침투막에 가해지는 삼투압은 최대 1.0 ㎫ 정도이다. 따라서, TDS 1500 ㎎/ℓ 이하의 급수의 처리에 고압형 역침투막 분리 장치를 사용한 경우, 바람직하게는 1.5 ∼ 3 ㎫, 특히 바람직하게는 2 ∼ 3 ㎫ 정도의 막면 유효 압력 (1 차측과 2 차측의 압력차) 으로, 저압형 또는 초저압형 역침투막과 동일한 정도의 수량을 확보하는 것이 가능해진다. 그 결과, 1 단 RO 막 처리만으로 종래의 2 단 RO 와 동등한 처리수 수질·처리 수량을 얻는 것이 가능해지고, 그에 수반하여 막 개수, 베셀, 배관을 삭감할 수 있어 저비용, 공간 절약화가 가능해진다.

역침투막의 막 형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 파이럴형, 중공자형 등, 4 인치 RO 막, 8 인치 RO 막, 16 인치 RO 막 등 중 어느 것이어도 된다.

도 1 에서는, 원수를 전처리 시스템 (1) 으로 처리하여 1 차 순수 시스템 (2) 에 공급하고 있지만, 이 전처리 시스템 (1) 과 병렬로 희박계 배수 처리 시스템 (도시 생략) 을 설치하고, 이 희박계 배수 처리 시스템의 처리수도 1 차 순수 시스템에 공급하도록 해도 된다. 이 경우, 도 1 의 플로우에 있어서, 1 차 순수 시스템 (2) 의 전단에 탱크를 설치하고, 이 탱크에 전처리 시스템 (1) 으로부터의 처리수와 희박계 배수의 처리수를 유입시키는 것이 바람직하다.

실시예

＜실험예 1＞

전자 디바이스 공장 배수 (전기 전도율 100 mS/m, TDS 600 ㎎/ℓ, TOC 10 ㎎/ℓ) 를 1 단만 설치된 고압형 역침투막 분리 장치 (RO 막은 SWC4＋ : 닛토 전공 제조. 운전 압력 5.52 ㎫ 에 있어서의 플럭스 24.6 ㎥/㎡·D, NaCl 제거율 99.8 ％ (NaCl 32000 ㎎/ℓ)) 에 회수율 73 ％ 의 조건으로 통수하였다. 그 결과, 투과수의 TOC 는 0.85 ㎎/ℓ 가 되었다. 막면 유효 압력은 2.0 ㎫ 이었다.

＜실험예 2＞

실험예 1 과 동일한 전자 디바이스 공장 배수를 초저압 RO 막 (ES-20 : 닛토 전공 제조) 을 충전한 2 단 RO 장치에 전단 RO 회수율 75 ％, 후단 RO 회수율 90 ％, 전체 물 회수율 73 ％ 의 조건 (후단 RO 농축수는 전단 RO 급수에 합류) 으로 통수하였다. 그 결과, 제 1 단째 RO 투과수의 TOC 농도는 1.35 ㎎/ℓ, 제 2 단째 RO 투과수의 TOC 농도는 0.9 ㎎/ℓ 가 되었다. 막면 유효 압력은 1 단째 0.5 ㎫, 2 단째 0.75 ㎫ 였다.

이 실험예 1, 2 로부터, 고압형 역침투막 분리 장치 단단 통수와 초저압형 역침투막 분리 장치의 2 단 통수에 의해 동등한 수질의 투과수가 얻어지는 것이 확인되었다. 또, 실험예 2 에 있어서, 제 1 단째 RO 투과수의 TOC 농도는 1.35 ㎎/ℓ 로 높아, 초저압형 역침투막 분리 장치의 단단 설치에서는 TOC 및 TDS 의 제거가 고압형 역침투막 분리 장치보다 낮은 것이 확인되었다.

그래서, 상기 고압형 역침투막 분리 장치를 사용하여, 도 2 에 나타내는 기존 플로우의 초순수 제조 장치의 1 차 순수 시스템을 도 1 과 같이 고압형 역침투막 분리 장치 단독 설치로 하고, 막면 유효 압력을 2.0 ㎫ 로 하여 운전한 결과, 종전 (2 단 RO. 1 단째의 막면 유효 압력 0.5 ㎫, 2 단째의 막면 유효 압력 0.75 ㎫) 과 다름없는 수질의 초순수가 거의 동일한 생산 수량으로 제조되는 것이 확인되었다.

본 발명을 특정한 양태를 사용하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능한 것은 당업자에게 분명하다.

또한, 본 출원은, 2011년 5월 25일자로 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2011-117142호) 에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

Claims

1 차 순수 시스템과, 그 1 차 순수 시스템의 처리수를 처리하는 서브 시스템을 구비하고, 적어도 그 1 차 순수 시스템에 역침투막 분리 장치가 형성되어 있는 초순수 제조 장치에 있어서, 그 1 차 순수 시스템에 설치된 역침투막 분리 장치가 고압형 역침투막 분리 장치이고, 또한 단단 (單段) 으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 1 항에 있어서,
상기 고압형 역침투막 분리 장치는, 표준 운전 압력 5.52 ㎫ 이상, 표준 운전 압력에 있어서의 순수 플럭스 0.5 ㎥/㎡·D 이상, NaCl 제거율 99.5 ％ (NaCl 32000 ㎎/ℓ) 이상의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
원수를 처리하는 전처리 시스템을 갖고, 그 전처리 시스템의 처리수가 상기 1 차 순수 시스템 및 서브 시스템으로 순차적으로 처리되는 초순수 제조 장치로서, 상기 고압형 역침투막 분리 장치에 대한 급수의 TDS 가 1500 ㎎/ℓ 이하인 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고압형 역침투막 분리 장치의 막면 유효 압력이 1.5 ∼ 3 ㎫ 인 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.