KR20160138075A

KR20160138075A - 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법

Info

Publication number: KR20160138075A
Application number: KR1020167026908A
Authority: KR
Inventors: 노조무 이쿠노
Original assignee: 쿠리타 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-12-02
Also published as: US10800676B2; JP2015196113A; WO2015151899A1; TWI628148B; TW201542468A; SG11201607882QA; KR102107881B1; US20170121190A1; JP5900527B2; CN106163993A; CN106163993B

Abstract

생물 처리를 실시하지 않고, 저분자량 유기물을 확실하게 충분히 제거할 수 있는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법이 제공된다. 분자량 200 이하의 저분자량 유기물을 0.5 ㎎C/ℓ 이상 함유하는 원수를 고압형 역침투막 분리 장치에 통수시켜 처리하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법으로서, 그 고압형 역침투막 분리 장치에 있어서의 최종단의 말단 역침투막 모듈 (5a) 의 브라인 수량을 2.1 ㎥/(㎡·D) 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.

Description

저분자량 유기물 함유수의 처리 방법{METHOD FOR TREATING WATER CONTAINING LOW MOLECULAR WEIGHT ORGANIC SUBSTANCE}

본 발명은 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법에 관한 것으로서, 특히, 초순수 제조 장치의 1 차 순수 시스템이나 회수계에 바람직한, 저분자량 유기물 함유수를 고압형 역침투막 장치에 의해 처리하는 방법에 관한 것이다.

역침투막 (RO) 은 탈염, 유기물 제거 등 수중에 함유되는 불순물을 효율적으로 제거할 수 있기 때문에 그 적용 시장은 해마다 확대되고 있다. 일반적으로 역침투막은, 분자 체 효과, 및 막면 차지 (하전) 에 의한 반발 (통상적으로는 마이너스로 대전) 에 의해 유기물의 제거를 실시하는 것이 알려져 있다. 역침투막에 의한 유기물 제거율은, 유기물의 분자량이 200 초과인 경우에는 99 ％ 이상으로 높지만, 유기물의 분자량이 200 이하가 되면, 그 제거율은 극단적으로 저하된다.

그 때문에, 반도체 공장 배수 등, 저분자계 알코올 (IPA 등) 을 주체로 하는 배수를 처리하여 수 (水) 회수할 때에는, 생물 처리를 실시한 후, 균체 분리 (전처리) 를 실시하고 RO 로 처리를 하는 것이 일반적이었다. 이 RO 막은 표준 운전 압력 0.75 ㎫ 혹은 1.47 ㎫ 의 초저압 RO 막 또는 저압 RO 막이다. 이 생물 처리 장치는, 설치 스페이스가 크고, 또한 생물 처리의 운전 관리가 번잡하다. RO 장치를 복수 단 직렬로 설치하여, 저분자량 유기물 함유수를 RO 처리하는 다단 RO 법도 생각되고 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 저압, 초저압 RO 에 있어서의 저분자계 유기물의 제거율이 낮기 때문에, 투과수 중의 TOC 농도가 높아져, 송수처에서 바이오파울링을 일으킬 우려가 있다.

특허문헌 1 에는, 초순수를 제조하기 위한 1 차 순수 시스템에 고압형 RO 장치를 설치하여 유기물을 제거하는 것이 기재되어 있다.

고압형 역침투막 분리 장치는, 종래, 해수 담수화 플랜트에 사용되고 있는 것으로서, 염분 농도가 높은 해수를 역침투막 처리하기 위해 운전 압력을 5.52 ㎫ 정도의 고압으로 하여 사용된다.

일반적으로, 해수 담수화용 역침투막은, 탈염이나 유기물 제거에 기여하는 스킨층의 분자 구조가 치밀하기 때문에, 유기물 제거율이 높다. 해수 담수화에 있어서는, 원수의 염류 농도가 높고, 이것에 수반하여 삼투압이 높아지기 때문에, 투과수량을 확보하려면, 운전 압력이 5.5 ㎫ 이상이 된다. 한편, 전자 산업 분야에 있어서의 일반적인 RO 막에 적용하는 원수의 염류 농도는 낮고, TDS (전 (全) 용해성 물질) 가 1500 ㎎/ℓ 이하이다. 이와 같은 원수에 있어서는, 삼투압이 낮아, 운전 압력 2 ∼ 3 ㎫ 정도로 충분한 투과수량을 얻을 수 있고, 투과수의 수질은, 종래의 역침투막 (초저압 RO 막, 저압 RO 막) 에 비해 현격하게 향상된다.

일본 공개특허공보 2012-245439호

본 발명은, 저분자량 유기물을 RO 처리하는 방법에 있어서, 생물 처리를 실시하지 않고, 저분자량 유기물을 확실하게 충분히 제거할 수 있는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 분자량 200 이하의 저분자량 유기물을 0.5 ㎎/ℓ 이상 함유하는 원수를 고압형 역침투막 분리 장치에 통수시켜 처리하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법으로서, 그 고압형 역침투막 분리 장치에 있어서의 최종단 (최종 뱅크) 의 말단의 역침투막 모듈의 브라인 수량을 2.1 ∼ 5 ㎥/(㎡·D) 로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법을 제공한다.

본 발명에서는, 이 고압형 역침투막 분리 장치는, 유효 압력 2.0 ㎫, 온도 25 ℃ 에 있어서의 순수 플럭스가 0.6 ∼ 1.3 ㎥/(㎡·D) 인 것이 바람직하다. 또, 이 고압형 역침투막 분리 장치로의 급수 TDS 가 1500 ㎎/ℓ 이하인 것이 바람직하다. 또, 상기 고압형 역침투막 분리 장치의 운전 압력이 1.5 ∼ 3 ㎫ 인 것이 바람직하다.

본 발명자가 다양하게 연구를 거듭한 결과, 특허문헌 1 과 같이 유기물 함유수를 고압형 RO 장치로 처리하는 방법에 있어서는, 고압형 RO 장치의 브라인량이 적으면 저분자량 유기물의 제거율이 저하되는 것이 확인되었다.

본 발명의 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법에 있어서는, 저분자량 유기물 함유수 중의 저분자량 유기물이 고압형 RO 장치에 의해 제거된다.

본 발명에서는, 최종단의 말단 RO 모듈의 브라인량을 2.1 ㎥/(㎡·D) 이상으로 함으로써, 분자량 200 초과의 유기물뿐만 아니라, 분자량 200 이하의 저분자량 유기물도 충분히 제거된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 저분자량 유기물 함유수를 생물 처리하지 않고, 충분히 유기물 제거 처리할 수 있다. 최종단의 말단 RO 모듈의 브라인량을 2.1 ㎥/(㎡·D) 이상으로 크게 함으로써, 저분자량 유기물이 충분히 제거되는 이유에 대해서는, 역침투막면의 1 차측 (원수측) 의 면에 있어서의 유기물 농도 분극이 완화되기 때문인 것으로 추찰된다.

도 1 은 실시형태에 관련된 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법의 플로우도이다.

본 발명에서는, 저분자량 유기물 함유수를 고압형 역침투막 장치에 의해 처리한다.

고압형 RO 장치는, 종래, 해수 담수화에 사용되고 있는 역침투막 분리 장치로서, 종래의 초순수 제조 장치의 1 차 순수 시스템에 사용되고 있는 저압 또는 초저압 역침투막에 비해 막 표면의 스킨층이 치밀하게 되어 있다. 그 때문에, 고압형 역침투막은 저압형 또는 초저압형 역침투막에 비해 단위 조작 압력당의 막 투과수량은 낮지만 유기물 제거율이 높다.

이 고압형 RO 막 장치는, 상기 서술한 바와 같이, 단위 조작 압력당의 막 투과수량은 낮고, 본 발명에 있어서는, 유효 압력이 2.0 ㎫, 온도 25 ℃ 에 있어서의 순수의 투과 유속 (流束) 이 0.6 ∼ 1.3 ㎥/㎡/day 이고, NaCl 제거율은 99.5 ％ 이상인 특성을 갖는 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 유효 압력이란 평균 조작 압력에서 삼투압차와 2 차측 압력을 뺀 막에 작용하는 유효한 압력이고, NaCl 제거율은 NaCl 농도 32000 ㎎/ℓ 의 NaCl 수용액에 대한 25 ℃, 유효 압력 2.7 PMa 에서의 제거율이다. 평균 조작 압력은, 막의 1 차측에 있어서의 막 공급수의 압력 (운전 압력) 과 농축수의 압력 (농축수 출구 압력) 의 평균값으로서, 이하 식에 의해 나타낸다.

평균 조작 압력 ＝ (운전 압력 ＋ 농축수 출구 압력)/2

이 고압형 역침투막은, 종래의 초순수 제조 장치의 1 차 순수 시스템에 사용되고 있는 저압 또는 초저압형 역침투막에 비해 막 표면의 스킨층이 치밀하게 되어 있다. 그 때문에, 고압형 역침투막은 저압형 또는 초저압형 역침투막에 비해 단위 조작 압력당의 막 투과수량은 낮지만 유기물 제거율은 극단적으로 높다. TDS (전용해성 물질) 1500 ㎎/ℓ 이하의 염류 농도의 급수를 역침투막 처리하는 경우에 있어서는, 회수율 90 ％ 시의 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 운전 압력으로, 저압형 또는 초저압형 역침투막과 동일한 정도의 수량을 확보하는 것이 가능해진다. 그 결과, 1 단 RO 막 처리만으로 종래의 2 단 RO 막 처리와 동등한 처리수 수질·처리 수량을 얻는 것이 가능해지고, 그것에 수반하여 막 개수, 베슬, 배관을 삭감할 수 있어 저비용, 공간 절약화가 가능해진다.

이 고압형 역침투막 분리 장치로는, 유효 압력 2.0 ㎫ 에 있어서 순수 플럭스 0.6 ∼ 1.3 ㎥/(㎡·D) 인 것이 바람직하다.

역침투막의 막 형상은, 특별히 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 스파이럴형, 중공자형 등, 4 인치 RO 막, 8 인치 RO 막, 16 인치 RO 막 등 중 어느 것이어도 된다.

이하, 본 발명에 대해 도 1 을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법의 일례를 나타내는 플로우도이다. 고압형 RO 장치는, 1 차 뱅크 (1) 와 2 차 뱅크 (2) 를 갖는다. 각 뱅크 (1, 2) 는, 내압 베슬 (4) 내에 고압형 RO 모듈 (5) 을 충전한 고압형 RO 유닛 (3) 을 복수 개 병렬로 구비하고 있다. 각 베슬 (4) 내에는 고압형 RO 모듈 (5) 이 복수 개 직렬로 설치되어 있다.

이 실시형태에서는, 고압형 RO 모듈 (5) 은, 집수관 (5a) 의 외주에 고압형 RO 막 (5b) 을 권회한 스파이럴형 모듈로서, 각 모듈 (5) 의 집수관 (5a) 은 직렬로 접속되어 있다. 피처리수는, 고압형 RO 막 (5b) 의 권회체의 일방의 단면 (端面) 으로부터 막 사이의 원수 유로에 유입되고, 권회체의 타단면으로부터 유출된다.

원수 (저분자량 유기물 함유수) 는, 원수 배관 (6) 으로부터 1 차 뱅크 (1) 의 각 고압형 RO 유닛 (3) 에 분배 공급된다. 각 고압형 RO 유닛 (3) 내에 있어서, 피처리수는, 각 고압형 RO 모듈 (5) 의 일단면 (도면의 좌단면) 에서 타단면 (도면의 우단면) 으로 흐르고, 이 동안에 원수 유로로부터 막을 투과하여 막 사이의 투과수 유로에 유입된다. 투과수는, 고압형 RO 모듈 (5) 의 투과수 유로를 스파이럴 방향으로 흘러 집수관 (5a) 에 유입되고, 이어서 투과수 배관 (7) 으로부터 투과수 합류 취출 배관 (8) 을 통하여 취출된다.

1 차 뱅크 (1) 의 각 RO 유닛 (3) 내의 최하류측의 고압형 RO 모듈 (5) 을 빠져나간 브라인 (농축수) 은, 1 차 브라인 배관 (10) 으로부터 취출되어 일단 합류된 후, 분배 배관 (11) 을 통하여 2 차 뱅크 (2) 의 각 고압형 RO 유닛 (3) 에 분배 공급된다. 2 차 뱅크 (2) 의 각 고압형 RO 유닛 (3) 에 있어서도, 동일하게 하여 RO 막 처리가 실시되고, 투과수는 투과수 배관 (12) 으로부터 투과수 합류 취출 배관 (8) 을 통하여 취출된다.

2 차 뱅크 (2) 의 각 RO 유닛 (3) 의 최하류측, 즉 최종단의 고압형 RO 모듈 (5) 을 통과한 브라인 (최종 브라인) 은, 각 RO 유닛 (3) 의 최종 브라인 배관 (13, 13) 으로부터 브라인 합류 취출 배관 (14) 을 통하여 취출된다. 최종단의 말단 RO 모듈 (5) 의 브라인량은, 각 최종 브라인 배관 (13) 의 브라인 유량 (㎥/Day) 을 최종단의 말단 RO 모듈 (5) 의 막 면적 (㎡) 으로 나눔으로써 구해진다.

본 발명에서는, 원수 수질은, 분자량 200 이하의 저분자량 유기물 농도가 0.5 ㎎C/ℓ 이상, 특히 10 ∼ 200 ㎎C/ℓ, 특히 100 ∼ 200 ㎎C/ℓ 인 것이 바람직하다. 저분자량 유기물로는, 이소프로필알코올 (IPA), 에탄올, 메탄올, 아세트산, 아세트산염, 아세톤, TMAH (수산화트리메틸암모늄), MEA (모노에탄올아민), DMSO (디메틸술폭사이드) 등이 예시된다. 원수의 TDS 는 1500 ㎎/ℓ 이하인 것이 바람직하다.

이와 같은 저분자량 유기물 함유수로는, 반도체 등의 전자 부재 제조 공정으로부터의 회수수가 예시된다. 본 발명에서는, 이 회수수를 전처리하지 않고, 고압형 RO 막 장치에 도입할 수 있다.

본 발명에서는, 이 최종단의 고압형 RO 모듈 (도 1 의 경우에는, 2 차 뱅크 (2) 의 각 고압형 RO 유닛 (3) 의 최하류측의 고압형 RO 모듈 (5)) 의 브라인량을 2.1 ㎥/(㎡·D) 이상, 바람직하게는 2.1 ∼ 5 ㎥/(㎡·D), 특히 바람직하게는 2.1 ∼ 4 ㎥/(㎡·D) 로 한다. 이와 같이 최종단의 고압형 RO 모듈 (5) 의 브라인량을 2.1 ㎥/(㎡·D) 이상으로 한 경우, 그것보다 전단측의 고압형 RO 모듈의 브라인량도 2.1 ㎥/(㎡·D) 가 된다. 이와 같이, 고압형 RO 모듈의 브라인량을 2.1 ㎥/(㎡·D) 이상으로 많게 함으로써, 고압형 RO 모듈의 1 차측 (피처리수측) 막면에 있어서의 저분자량 유기물의 농도 분극 (농도) 이 작아져, 저분자량 유기물의 제거율이 높아진다.

상기 실시형태에서는, 1 차 뱅크 (1) 와 2 차 뱅크 (2) 의 2 개의 뱅크를 직렬로 설치하고 있지만, 1 차 뱅크만이어도 되고, 3 차 이상의 고차 뱅크를 추가로 직렬로 설치해도 된다. 각 뱅크의 RO 유닛 (3) 의 수는 1 개여도 된다. 각 베슬 내의 모듈수는 복수 개에 한정되는 것이 아니며, 1 개여도 된다.

실시예

[실시예 1]

IPA 를 TOC 농도로서 300, 500, 1000, 또는 5000 ㎍C/ℓ 함유하는 모의 반도체 공장 배수 (IPA 수용액) 를 닛토 전공 주식회사 제조의 해수 담수화용 고압형 역침투막 SWC4-Max 에 브라인량 2.1 ㎥/(㎡·D), 회수율 75 ％, 막면 유효 압력 1.5 ㎫ 의 조건으로 통수시켰다. 투과수의 TOC 농도의 측정 결과를 표 1 에 나타낸다.

[비교예 1]

실시예 1 의 각 모의 반도체 공장 배수를 담체 충전형 생물 처리 장치 (BM-SK : 쿠리타 공업 주식회사) 로 처리한 후, 막식 전처리 (SFL : 쿠라레 제조) 를 사용하여 균체 분리한 후, 초저압 RO 막 (닛토 전공 주식회사 제조의 ES-20) 에 브라인량 2.1 ㎥/(㎡·D), 회수율 75 ％ 의 조건으로 통수시켰다. 투과수의 TOC 농도의 측정 결과를 표 1 에 나타낸다.

[실시예 2]

실시예 2 에서는, 고압형 RO 장치로서, 다음의 구성의 것을 사용하였다.

뱅크수 : 2

1 차 뱅크의 고압형 RO 유닛수 : 8 개

2 차 뱅크의 고압형 RO 유닛수 : 4 개

1 개의 고압형 RO 유닛 내의 모듈수 : 4 개 (각 모듈은 직렬로 접속)

고압형 RO 막 : 닛토 전공 주식회사의 해수 담수화용 고압형 역침투막 SWC4-MAX

IPA 를 TOC 로서 500 ㎍/ℓ 함유하는 모의 반도체 공장 배수 (IPA 수용액) 를 상기 고압형 RO 장치에 회수율 75 ％, 막면 유효압 1.5 ㎫, 최종단 모듈의 브라인량 2.1 ㎥/(㎡·D), 2.9 ㎥/(㎡·D) 또는 4.1 ㎥/(㎡·D) 로 통수시켰다. 투과수의 TOC 농도의 측정 결과를 표 2 에 나타낸다.

[비교예 2]

실시예 2 에 있어서, 최종단의 브라인량을 1.7 ㎥/(㎡·D) 또는 1.2 ㎥/(㎡·D) 로 통수시킨 것 이외에는 실시예 2 와 동일한 조건에서 처리를 실시하였다. 투과수의 TOC 농도의 측정 결과를 표 2 에 나타낸다.

이상의 실시예 및 비교예로부터도 분명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 생물 처리를 실시하지 않고, 저분자량 유기물 함유수를 RO 장치에 의해 충분히 처리할 수 있다. 생물 처리를 실시하지 않기 때문에, 균체 분리의 필요성이 없어져, 전처리 운전 조건을 완화시키는 것도 가능해진다.

본 발명을 특정 양태를 사용하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능함은 당업자에게 분명하다.

본 출원은, 2014년 3월 31일자로 출원된 일본 특허출원 2014-074080호에 기초하고 있으며, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

Claims

분자량 200 이하의 저분자량 유기물을 0.5 ㎎C/ℓ 이상 함유하는 원수를 고압형 역침투막 분리 장치에 통수시켜 처리하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법으로서,
그 고압형 역침투막 분리 장치에 있어서의 최종단의 말단 역침투막 모듈의 브라인 수량을 2.1 ∼ 5 ㎥/(㎡·D) 로 하는 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고압형 역침투막 분리 장치는, 유효 압력 2.0 ㎫ 에 있어서의 순수 플럭스가 0.6 ∼ 1.3 ㎥/(㎡·D) 인 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 고압형 역침투막 분리 장치로의 급수 TDS 가 1500 ㎎/ℓ 이하인 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고압형 역침투막 분리 장치의 운전 압력이 1.5 ∼ 3 ㎫ 인 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
원수의 저분자량 유기물 농도가 10 ∼ 200 ㎎/ℓ 인 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
저분자량 유기물은, 이소프로필알코올, 에탄올, 메탄올, 아세트산, 아세트산염, 아세톤, 수산화트리메틸암모늄, 모노에탄올아민 및 디메틸술폭사이드 중 적어도 1 종인 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원수는 전자 부재 제조 공정으로부터의 회수수인 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 회수수를 전처리하지 않고 상기 고압형 역침투막 분리 장치에 통수시키는 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고압형 역침투막 분리 장치가 복수 단 설치되어 있고, 최종단의 고압형 역침투막 분리 장치의 브라인 수량을 2.1 ∼ 5 ㎥/(㎡·D) 로 하는 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 고압형 역침투막 분리 장치는 2 단으로 설치되어 있고, 2 단째의 고압형 역침투막 분리 장치의 브라인 수량을 2.1 ∼ 5 ㎥/(㎡·D) 로 하는 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고압형 역침투막 분리 장치가 1 단 설치되어 있고, 1 단의 고압형 역침투막 분리 장치의 브라인 수량을 2.1 ∼ 5 ㎥/(㎡·D) 로 하는 것을 특징으로 하는 저분자량 유기물 함유수의 처리 방법.