KR20230081716A - 순수 제조 시스템 및 순수 제조 방법 - Google Patents

순수 제조 시스템 및 순수 제조 방법 Download PDF

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케이스케 사사키
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Abstract

처리수의 수질의 고순도화를 실현하는 동시에, 제조비의 상승을 억제할 수 있는 순수 제조 시스템 및 순수 제조 방법을 제공한다. 순수 제조 시스템(1)이, 역침투막장치(4)와, 역침투막장치(4)의 후단에 배치된 전기식 탈이온수 제조장치(5)와, 역침투막장치(4)의 처리 조건을 제어하는 제어장치(8)를 포함한다. 제어장치(8)는, 전기식 탈이온수 제조장치(5)의 특정 물질의 제거율이 역치 이하가 되고, 그리고 전기식 탈이온수 제조장치(5)의 처리수의 특정 물질의 농도가 규정값 이하이고 비저항이 규정값 이상이 되도록 역침투막장치(4)의 처리 조건을 제어한다.

Description

순수 제조 시스템 및 순수 제조 방법
본 발명은 순수 제조 시스템 및 순수 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체의 세정 등을 위하여 초순수가 이용되고 있고, 반도체의 고성능화에 따라서, 보다 고순도의 순수나 초순수가 요구되고 있다. 순수 제조 시스템은, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 역침투막장치(RO 장치) 및 전기식 탈이온수 제조장치(EDI 장치) 등에 의해 구성되어 있다.
JP H11-244853 A
처리수의 수질의 고순도화가 요구되는 한편, 초순수 제조에 있어서의 비용절감이 요구되고 있다. EDI 장치에 있어서 수질의 고순도화를 달성하기 위해서는, EDI 장치에 인가하는 전류를 크게 할 필요가 있다. 그러나, EDI 장치에 인가하는 전류를 크게 하면 제조비가 높아진다.
본 발명은, 처리수의 수질의 고순도화를 실현하는 동시에, 제조비의 상승을 억제할 수 있는 순수 제조 시스템 및 순수 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 순수 제조 시스템은, 역침투막장치와, 역침투막장치의 후단에 배치된 전기식 탈이온수 제조장치와, 역침투막장치의 처리 조건을 제어하는 제어장치를 포함하고, 제어장치는, 전기식 탈이온수 제조장치의 특정 물질의 제거율이 역치 이하가 되고, 그리고 전기식 탈이온수 제조장치의 처리수의 특정 물질의 농도가 규정값 이하이고 비저항이 규정값 이상이 되도록 역침투막장치의 처리 조건을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 처리수의 수질의 고순도화를 실현하는 동시에, 제조비의 상승을 억제할 수 있는 순수 제조 시스템 및 순수 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 순수 제조 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 순수 제조 시스템의 변형예의 개략 구성도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 순수 제조 시스템의 다른 변형예의 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 순수 제조 시스템의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 순수 제조 시스템의 개략 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 순수 제조 시스템의 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 순수 제조 시스템의 개략 구성도이다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 순수 제조 시스템의 개략 구성도이다. 본 실시형태의 순수 제조 시스템(1)은, 펌프(3)와, 역침투막장치(RO 장치)(4)와, 전기식 탈이온수 제조장치(EDI 장치)(5)가, 피처리수의 흐름 방향에 따라서, 이 순서로 접속되어 있다. 피처리수 공급배관(21)을 흐르는 피처리수는, 펌프(3)로 승압되어서, RO 장치(4)에 공급된다. RO 장치(4)에 공급된 피처리수는 역침투막에 통수되어서 농축수와 투과수가 얻어진다. RO 장치(4)의 농축실에는 농축수 배관(22)이 접속되고, 투과실에는 투과수 배관(23)이 접속되어 있다. 농축수 배관(22)에는 농축수가 흐르고, 투과수 배관(23)에는 투과수가 흐른다. 농축수 배관(22)에는 배압밸브(7)가 설치되어 있다. RO 장치(4)의 투과수는, 투과수 배관(23)을 개재해서 EDI 장치(5)에 피처리수로서 공급되어, 피처리수 중의 이온 성분이나 붕소 등이 제거된다. 펌프(3)의 전단에는 약액주입설비(2)가 설치되어 있다. 약액주입설비(2)는, 약액탱크 및 약액주입펌프(2A)와, 약액주입배관(2B)을 구비하고 있다. 약액주입배관(2B)은 펌프(3)의 전단에서 피처리수공급 배관(21)에 접속되어 있다. 약액탱크로부터 약액주입배관(2B)을 경유해서, 피처리수공급 배관(21)을 흐르는 피처리수에 약액이 주입된다. 또한, 본 실시형태의 순수 제조 시스템(1)에는, RO 장치(4)의 처리 조건을 제어하는 제어장치(8)와, EDI 장치(5)의 상류측과 하류측의 배관으로부터 분기되는 샘플링 라인(24, 25)에 접속되고, 샘플링 라인(24, 25)을 경유해서 공급된 물의 불순물 농도를 측정하는 측정 장치(6)가 설치되어 있다. 각 도면에 있어서, 액체나 기체 등이 유동 가능하게 접속된 부분을 실선으로 나타내고, 액체나 기체 등의 유동을 수반하지 않고 전력이나 전기신호의 전달이 가능한 부분을 파선으로 나타내고 있다.
본 발명의 순수 제조 시스템(1)의 중심인 특징은, 제어장치(8)의 제어 동작에 있다. 도 1에 나타낸 실시형태에서는, 측정 장치(6)가, EDI 장치(5)에 공급되는 EDI 처리 전의 피처리수의 붕소 농도와, EDI 장치(5)로부터 배출되는 EDI 처리 후의 처리수의 붕소 농도를 측정한다. 그리고, 측정 장치(6)는, 측정한 붕소 농도에 의거해서, EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 산출한다. 제어장치(8)는, 측정 장치(6)가 산출한 EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 입력하고, 입력한 붕소 제거율에 의거해서, RO 장치(4)의 처리 조건, 즉, 도 1에 나타낸 실시형태에서는, 약액주입설비(2)의 운전을 제어하고, RO 장치(4)에 공급되는 피처리수의 pH를 조절한다. 또, 본 명세서에서는, 어떤 장치에 공급되어 해당 장치에 의한 처리가 행해지기 전의 액체를 피처리수라 칭하고, 해당 장치에 있어서 처리가 행해져서 해당 장치로부터 배출되는 처리 완료 액체를 처리수라 칭한다. 붕소 제거율은 이하의 식으로 구해진다.
붕소 제거율[%] =（1-처리수 중의 붕소 농도/피처리수 중의 붕소 농도)×100
본 실시형태의 기술적 의의에 대해서 설명한다. 순수 제조 시스템(1)의 본래의 목적으로서는, EDI 장치(5)로부터 배출되는 EDI 처리 후의 처리수의 붕소 농도를 낮게 하지 않으면 안 된다. 일반적으로, EDI 장치(5)에 인가하는 전류를 크게 하면, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 높아져, EDI 처리 후의 처리수의 붕소 농도가 낮아진다. 그러나, 붕소 제거율이 어느 정도 상승하면, 그 이상으로 인가전류를 크게 해도, 처리 능력이 그다지 향상되지 않아, 붕소 제거율이 그다지 상승하지 않는 단계에 도달하는 것을, 발명자는 찾아냈다. 즉, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 어느 역치에 도달하면, 인가전류를 그것 이상 크게 해도 붕소 제거율이 그다지 상승하지 않으므로, 에너지 효율이 나빠진다. 또한, 공급하는 전류를 크게 하므로 소비 전력이 상승하고, 비용이 높아짐에도 불구하고, 붕소 제거 효과는 그다지 향상되지 않으므로, 비용 대 효과가 부족하다. 즉, 에너지 효율 및 비용 대 효과가 양호한 상태에서 EDI 장치(5)를 작동시켜서 붕소를 제거하기 위해서는, 붕소 제거율이 역치 이하인 범위에서 EDI 장치(5)를 작동시키는 것이 바람직한 것을 찾아냈다. 그리고, 이 역치는 99.7%인 것을 실험적으로 찾아냈다.
이와 같이, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 역치(99.7%) 이하인 경우에, EDI 처리의 에너지 효율이나 비용 대 효과가 우수한 것이 판명되었다. 단, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7% 이하가 되도록 EDI 장치(5)의 처리 조건을 조정하면, EDI 장치(5)의 붕소 제거의 능력이 저하되는 만큼, EDI 처리 후의 처리수의 붕소 농도가 높아질 가능성이 있어, 순수 제조 시스템(1)의 본래의 목적으로부터 벗어나므로 바람직하지 못하다. 그래서, EDI 장치(5)를, 붕소 제거율이 99.7% 이하인 범위에서 작동시켜서 높은 에너지 효율 및 높은 비용 대 효과를 실현시키면서, EDI 처리 후의 처리수의 붕소 농도를 낮게 하는 것이 바람직하다. EDI 장치(5)에서 처리된 처리수의 붕소 농도는 50 ng/ℓ(ppt) 이하인 것이 바람직하고, 비저항은 17MΩ·㎝ 이상인 것이 바람직하다. 따라서, 50 ng/ℓ(ppt)를 붕소 농도의 규정값으로 하고 17MΩ·㎝을 비저항의 규정값으로 한다. 이러한 관점에서, 본 발명에서는, EDI 장치(5) 자체의 처리 조건은 아니고, EDI 장치(5)의 전단에 위치하는 RO 장치(4)의 처리 조건, 예를 들면, RO 장치(4)의 피처리수의 pH, 회수율, 압력, 수온 중 어느 1개 이상을 제어함으로써, EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 역치(99.7%) 이하로 하고, 그리고 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 규정값(50 ng/ℓ(ppt)) 이하이고 비저항이 규정값(17MΩ·㎝) 이상이 되도록 작동시킨다. 또, EDI 장치(5)의 붕소 제거의 능력을 유지하기 위해서, EDI 장치(5)의 붕소 제거율은 90% 이상인 것이 바람직하다. 만일 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt)보다 커졌을 경우에는, EDI 장치(5)에 인가하는 전류를 올려서 운전한다. 단, 그 경우, EDI 장치(5)의 소비 전력이 역치(350W·h/㎥)를 초과하지 않는 범위에서, EDI 장치(5)에 인가하는 전류를 올린다.
도 1에 나타낸 실시형태에서는, 제어장치(8)가, 측정 장치(6)에서 산출된 EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7%를 초과한 것을 검지한 경우에, RO 장치(4)의 피처리수의 pH를 조정해서, EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 99.7% 이하로 하고, 그리고 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록 한다. 구체적으로는, 제어장치(8)가 RO 장치(4)의 전단의 약액주입설비(2)로부터의 약액의 주입량을 제어해서, RO 장치(4)에 공급되는 피처리수에 pH조정제(본 실시예에서는 알칼리제)를 주입하여 pH를 상승시킨다. 이것에 의해, RO 장치(4)에서의 붕소 제거 성능(붕소 제거율)이 향상되므로, EDI 장치(5)의 인가전류가 일정하다면 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 저하한다. 그래서, 인가 전류가 일정할 경우의 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도의 저하 정도에 따라서, EDI 장치(5)에 인가하는 전류를 내리고, EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 내려서 운전하는 것이 가능하게 된다. EDI 장치(5)에 인가하는 전류의 조정은, 제어장치(8)가 행해도 된다. 그 경우에는, 예를 들어, 제어장치(8)가, 저하된 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도와 붕소 농도의 규정값의 차이분을 취하여, 전류값을 산출한다.
EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7% 이하가 되도록, 약액주입설비(2)로부터의 약액의 주입량을 제어함으로써, 에너지 효율 및 비용 대 효과가 양호한 상태에서 EDI 장치(5)를 작동시킬 수 있다. 게다가, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이, 예를 들면, 99.5% 이상, 99.7% 이하가 되도록, 약액주입설비(2)로부터의 약액의 주입량을 제어함으로써, RO 장치(4)와 EDI 장치(5)를 포함하는 순수 제조 시스템(1) 전체의 붕소 제거율을 높게 유지할 수 있다. 과잉의 pH조정제의 주입은, EDI 처리수의 비저항 저하나 제조수 비용 증가로 이어지므로, pH는 9.2 내지 10.0의 범위로 조정되는 것이 바람직하다. 또한, RO 장치(4)에 공급되는 피처리수에 pH조정제를 주입해서 pH를 상승시켜도, RO 장치(4)의 다른 처리 조건(회수율, 온도, 압력)이 변화되는 일은 없다.
본 발명의 순수 제조 시스템에 포함되는 RO 장치(4)는, 상세하게는 도시하고 있지 않지만, 1개 이상의 RO막 요소가 충전된 압력용기(베셀(vessel))를, 단수, 또는 복수 조합시켜서 사용하는 것이다. 압력용기를 복수 조합시킬 경우의 구성에 제한은 없고, 복수의 압력용기를 직렬 또는 병렬로 복수단 조합시켜서 구성된 것을 이용해도 된다. 사용하는 RO막 요소의 종류는, 사용 용도나, 피처리수질이나, 요구되는 처리수질이나, 회수율 등에 따라서, 제한 없이 선택할 수 있다. 구체적으로는 극초저압형, 초저압형, 저압형, 중압형, 고압형의 어느 쪽의 RO막 요소를 이용해도 된다.
또, EDI 장치(5)는, 이온교환 수지의 재생을 별도로 행하는 일 없이 탈이온수를 제조할 수 있는 장치이다. 구체적으로는, EDI 장치(5)는, 카티온(양이온)만을 투과시키는 카티온 교환막과 아니온(음이온)만을 투과시키는 아니온 교환막 사이에 이온교환수지 등으로 이루어지는 이온 교환체(아니온 교환체 및/또는 카티온 교환체)를 충전해서 탈염실을 구성하고, 카티온 교환막 및 아니온 교환막의 외측에 농축실을 배치하고, 탈염실과 그 양측의 농축실로 이루어지는 것을 기본 구성으로 해서 이것을 양극과 음극 사이에 배치한 것이다. 이 EDI 장치(5)는, 양극과 음극 사이에 전류를 인가하면서, 탈염실에 피처리수를 통수시킴으로써 운전되는 것이다. 단, 본 발명에 있어서는, EDI 장치(5)의 구체적인 구조에 대해서는 특별히 제한되지 않고, 어떤 것을 이용해도 된다.
도 2에 나타낸 본 실시형태의 변형예에서는, 제어장치(8)가, 측정 장치(6)에서 산출된 EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7%를 초과한 것을 검지한 경우에, RO 장치(4)의 회수율을 조정해서, EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 99.7% 이하로 하고, 그리고 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록 한다. 구체적으로는, RO 장치(4)의 전단에 접속된 펌프(3)의 인버터 값과, RO 장치(4)에 접속된 배압밸브(7)를 조절해서, RO 장치(4)의 회수율을 높게 한다. 예를 들면, 펌프(3)의 인버터 값을 올려서 배압밸브(7)를 조이거나, 또는, 펌프(3)의 인버터 값을 변경시키지 않고 배압밸브(7)를 조이거나, 또는 펌프(3)의 인버터 값을 올려서 배압밸브(7)의 개방도는 변경시키지 않는 방법으로, RO 장치(4)의 회수율을 높게 한다. RO 장치(4)의 회수율이란, RO 장치(4)에 공급되는 피처리수(원수)의 양에 대한, RO 장치(4)를 투과하는 처리수(투과수)의 양의 비이다. 이 회수율을 임의의 폭으로 단계적으로 높게 함으로써, RO 장치(4)의 처리수(투과수) 중의 이온 농도가 상승하고, 그것에 의해서 EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 떨어진다. 또한, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 낮아진 결과, EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt)보다 커져 버리거나, 비저항이 17MΩ·㎝보다 작아져 버릴 경우에는, 반대로 RO 장치(4)의 회수율을 낮게 하고, RO 장치(4)의 처리수 중의 이온 농도를 내림으로써, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7% 이하인 상태에서, 처리수의 붕소 농도 50 ng/ℓ(ppt) 이하, 비저항 17MΩ·㎝ 이상을 유지하는 것이 가능하게 된다.
EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7% 이하가 되도록, 펌프(3)의 인버터 값과 배압밸브(7)를 조절함으로써, 에너지 효율 및 비용 대 효과가 양호한 상태에서 EDI 장치(5)를 작동시킬 수 있다. 게다가, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이, 예를 들면 99.5% 이상, 99.7% 이하가 되도록, 펌프(3)의 인버터 값과 배압밸브(7)를 제어함으로써, RO 장치(4)와 EDI 장치(5)를 포함하는 순수 제조 시스템(1) 전체의 붕소 제거율을 높게 유지할 수 있다. 또, 도 2에 나타낸 순수 제조 시스템(1)에서는, 도 1에 나타낸 바와 같은 약액주입설비(2)는 구비하고 있지 않아도 된다.
도 2에 나타낸 본 실시형태의 변형예와 마찬가지 구성에 있어서, 제어장치(8)가, 측정 장치(6)에서 산출된 EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7%를 초과한 것을 검지한 경우에, RO 장치(4)에 걸리는 압력을 조정해서, EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 99.7% 이하로 하고, 그리고 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록 할 수도 있다. 이 실시예에서는, RO 장치(4)의 전단에 접속된 펌프(3)의 인버터 값과, RO 장치(4)에 접속된 배압밸브(7)를 조절해서, RO 장치(4)에 걸리는 압력을 낮게 한다. RO 장치(4)에 걸리는 압력이 낮아짐으로써, RO 장치(4)의 처리수 중의 이온 농도가 상승하고, 그것에 의해서 EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 낮아진다. 또한, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 낮아진 결과, 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt)보다 커져 버리거나, 비저항이 17MΩ·㎝보다 작아져 버릴 경우에는, 반대로 RO 장치(4)에 걸리는 압력을 높게 해서, RO 장치(4)의 처리수 중의 이온 농도를 내림으로써, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7% 이하인 상태에서, 처리수의 붕소 농도 50 ng/ℓ(ppt) 이하, 비저항 17MΩ·㎝ 이상을 유지하는 것이 가능하게 된다.
EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7% 이하가 되도록, 펌프(3)의 인버터 값과 배압밸브(7)를 조절함으로써, 에너지 효율 및 비용 대 효과가 양호한 상태에서 EDI 장치(5)를 작동시킬 수 있다. 게다가, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이, 예를 들면 99.5% 이상, 99.7% 이하가 되도록, 펌프(3)의 인버터 값과 배압밸브(7)를 제어함으로써, RO 장치(4)와 EDI 장치(5)를 포함하는 순수 제조 시스템(1) 전체의 붕소 제거율을 높게 유지할 수 있다.
도 3에 나타낸 본 실시형태의 변형예에서는, 제어장치(8)가, 측정 장치(6)에서 산출된 EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7%를 초과한 것을 검지한 경우에, RO 장치(4)에 공급되는 피처리수의 수온을 조정해서, EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 99.7% 이하로 하고, 그리고 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록 한다. 구체적으로는, 순수 제조 시스템(1)의 펌프(3)의 전단에 열교환기(9)가 접속되고, 열교환기(9)에, 열원 또는 냉각원의 유입량을 조절하는 밸브(10)가 접속되어 있다. 이 순수 제조 시스템(1)에 있어서, 제어장치(8)가 측정 장치(6)에서 산출된 EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7%를 넘은 것을 검지한 경우에, 제어장치(8)가 RO 장치(4)의 전단의 열교환기(9)에 접속된 밸브(10)를 조절해서, 열교환기(9)에 유입하는 열원 또는 냉각원의 유입량을 제어하여, 피처리수의 수온을 상승시킨다. 피처리수의 수온이 높아짐으로써, RO 장치(4)의 처리수 중의 이온 농도가 상승하고, 그것에 의해서 EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 낮아진다. 또한, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 낮아진 결과, 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt)보다 커져 버리거나, 비저항이 17MΩ·㎝보다 작아져 버릴 경우에는, 반대로 피처리수의 수온을 저하시켜, RO 장치(4)의 처리수 중의 이온 농도를 내림으로써, EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7% 이하인 상태에서, 처리수의 붕소 농도 50 ng/ℓ(ppt) 이하, 비저항 17MΩ·㎝ 이상을 유지하는 것이 가능하게 된다.
EDI 장치(5)의 붕소 제거율이 99.7% 이하가 되도록, 열교환기(9)에 접속된 밸브(10)를 조절함으로써, 에너지 효율 및 비용 대 효과가 양호한 상태에서 EDI 장치(5)를 작동시킬 수 있다. 게다가, RO 장치(4)와 EDI 장치(5)를 포함하는 순수 제조 시스템(1) 전체의 붕소 제거율을 높게 유지할 수 있다. 도 3에 나타낸 순수 제조 시스템(1)에서는, 도 1에 나타낸 바와 같은 약액주입설비(2)는 구비하고 있지 않아도 된다.
본 실시형태 중, 도 1에 나타낸 실시형태의 구체적인 실시예와 비교예의 실험 결과를 표 1에 나타내고 있다.
Figure pct00001
표 1에 나타낸 실시예 1 내지 4의 실험 결과에 의하면, RO 장치(4)에 공급하는 피처리수의 pH를 높게 해서 (pH=9.2 내지 10.0), EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 99.7% 이하로 함으로써, EDI 장치(5)의 소비 전력을 낮게 억제하면서(소비 전력=155W·h/㎥ 내지 193W·h/㎥), 순수 제조 시스템(1) 전체의 붕소 제거율을 높게 유지할 수 있다(붕소 제거율=99.8% 내지 99.9%). 그것에 의해서, EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도를 낮게 할 수 있다(붕소 농도=20ppt 내지 45ppt). 또, 표 중에 기재되어 있는 RO 장치(4)의 피처리수 및 처리수의 Na 농도 및 붕소 농도의 단위는 ㎍/ℓ(ppb)이다. EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도의 단위는 ng/ℓ(ppt)이다. EDI 장치(5)의 소비 전력은 처리 유량당의 소비 전력이며, 이하의 식에 근거해서 산출한 수치(단위는 Ｗ·h/㎥)로 나타내고 있다.
EDI 장치의 처리 유량당 소비 전력 = (전압×전류)÷처리 유량
표 1에 표시되어 있는 비교예 1 내지 2의 실험 결과에 의하면, RO 장치(4)에 공급하는 피처리수의 pH를 EDI 장치(5)의 붕소 제거율과 무관하게 설정하여, EDI 장치(5)의 전류 설정값을 높게 해서, 붕소 제거율이 99.7%보다 커졌을 경우(붕소 제거율=99.76%)에, EDI 장치(5)의 소비 전력이 높아진다(소비 전력=353W·h/㎥ 내지 394W·h/㎥). 순수 제조 시스템(1) 전체의 붕소 제거율은 높지만(붕소 제거율=99.8% 내지 99.9%), EDI 장치(5)의 소비 전력이 높기 때문에, 에너지 효율이 낮아, 비용 상승으로 된다. 또한, 비교예 3은, 나트륨 누설 때문에 비저항이 저하되어 있어, 바람직하지 못하다.
또, 표 1에 나타낸 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에 있어서의 RO 장치(4)의 회수율은 90%이며, 실시예 1 내지 4의 RO 장치(4)의 붕소 제거율은 45% 내지 77%이다. 비교예 1 내지 3의 RO 장치(4)의 붕소 제거율은 28% 내지 81%이다.
본 실시형태 중, 도 2에 나타낸 실시형태의 구체적인 실시예와 비교예의 실험 결과를, 표 2에 나타내고 있다.
Figure pct00002
표 2에 나타낸 실시예 5 내지 8의 실험 결과에 의하면, RO 장치(4)에 공급하는 피처리수의 회수율을 높게 하고(회수율=60% 내지 90%), EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 99.7% 이하로 함으로써, EDI 장치(5)의 소비 전력을 낮게 억제하면서(소비 전력=162W·h/㎥ 내지 183W·h/㎥), 순수 제조 시스템(1) 전체의 붕소 제거율을 높게 유지할 수 있다(붕소 제거율=99.8% 내지 99.9%).
표 2에 나타낸 비교예 4에서는, RO 장치(4)의 회수율이 EDI 장치(5)의 붕소 제거율과 무관하게 설정되고, EDI 장치(5)의 처리수 중의 붕소 농도가 높아(붕소 농도=70ppt), 충분한 처리수질을 충족시키고 있지 않다. 즉, 비교예 4의 순수 제조 시스템에서는, 고순도의 순수를 제조할 수 없다.
또, 표 2에 나타낸 실시예 5 내지 8 및 비교예 4에 있어서의 RO 장치(4)에 공급하는 피처리수의 pH는 9.2이며, 실시예 5 내지 8의 RO 장치(4)의 붕소 제거율은 45% 내지 60%이다. 비교예 4의 RO 장치(4)의 붕소 제거율은 38%이다.
[제2 실시형태]
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 순수 제조 시스템(1)의 개략 구성도이다. 본 실시형태의 순수 제조 시스템(1)은, 복수의 RO 장치(4A, 4B)를 구비하고 있다. 복수의 RO 장치(4A, 4B)는 직렬로 접속되어, 전단의 RO 장치(4A)의 처리수가, 후단의 RO 장치(4B)에서 다시 처리되는 구성이다. RO 장치의 수는 2개로 한정되지 않고, 3개 이상이어도 된다. 본 실시형태 제어장치(8)는, 제1 실시형태와 마찬가지로 EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 99.7% 이하로 하고, 그리고 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록 하기 위한 제어(예를 들면 피처리수의 pH의 제어)를, 최후단의 RO 장치(도 4에 나타낸 구성에서는 RO 장치(4B))를 대상으로 해서 행한다. 그 밖의 구성은 제1 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 또, 본 실시형태에 있어서, 최후단의 RO 장치(4B)의 회수율 또는 압력 또는 수온을 제어함으로써, EDI 장치(5)를, 붕소 제거율이 99.7% 이하인 범위에서 작동시키도록 해도 된다.
[제3 실시형태]
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 순수 제조 시스템(1)의 개략 구성도이다. 본 실시형태의 순수 제조 시스템(1)은, RO 장치의 전단에 탈기장치(탈탄산장치)(11)가 설치되어 있다. 이 구성에서는, 도 1에 나타낸 실시예와 마찬가지로, EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 99.7% 이하로 하고, 그리고 EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록 하기 위해서 RO 장치의 피처리수의 pH를 조정하기 전에, 탈기장치(11)에 의해, 피처리수 중의 용존가스, 주로 이산화탄소를 제거한다. 그것에 의해서, RO 장치의 피처리수의 pH의 조정(예를 들면 pH를 9.2 내지 10.0로 하는 것)을 보다 정밀도 양호하게 행할 수 있고, RO 장치의 붕소 제거율을 정확하게 제어할 수 있다. 또, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제2 실시형태와 마찬가지로 복수의 RO 장치가 설치되어 있을 경우에는, 최후단의 RO 장치(도 5에 나타낸 구성에서는 RO 장치(4B))의 전단에 탈기장치(11)를 배치하고, 최후단의 RO 장치(도 5에 나타낸 구성에서는 RO 장치(4B))의 피처리수의 pH를 조정함으로써, EDI 장치(5)의 붕소 제거율을 99.7% 이하로 하면 된다. 그 밖의 구성은 제1 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 최후단의 RO 장치(4B)의 회수율 또는 압력 또는 수온을 제어함으로써, EDI 장치(5)를, 붕소 제거율이 99.7% 이하인 범위에서 작동시키도록 해도 된다.
[제4 실시형태]
도 6은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 순수 제조 시스템(1)의 개략 구성도이다. 본 실시형태의 순수 제조 시스템(1)은, 복수단(도시되어 있는 예에서는 2단)의 EDI 장치(5A, 5B)를 구비하고 있다. 복수의 EDI 장치(5A, 5B)는 직렬로 배치되고, 전단의 EDI 장치(5A)의 처리수가, 후단의 EDI 장치(5B)에서 다시 처리되는 구성이다. EDI 장치의 수는 2개로 한정되지 않고, 3개 이상이어도 된다. 본 실시형태 제어장치(8)는, 복수의 EDI 장치(5A, 5B)의 각각의 붕소 제거율이 모두 역치(99.7%) 이하가 되고, 그리고 최후단의 EDI 장치(5B)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록, 이 EDI 장치(5B)의 전단에 위치하는 RO 장치(4)의 처리 조건(예를 들면 피처리수의 pH)의 제어를 행한다. 그 밖의 구성은 제1 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 또, 본 실시형태에 있어서, RO 장치(4)의 회수율 또는 압력 또는 수온을 제어함으로써, EDI 장치(5A, 5B)를, 붕소 제거율이 99.7% 이하인 범위에서 작동시키도록 해도 된다. 또한, 복수의 RO 장치(4)를 구비하고, 각 EDI 장치(5A, 5B)의 전단에 각각 RO 장치(4)가 배치되어 있을 경우에는, 각각의 EDI 장치(5A, 5B)의 각각의 붕소 제거율이 99.7% 이하가 되고, 그리고 EDI 장치(5A, 5B)의 각각의 처리수 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록, 각 RO 장치(4)의 처리 조건을 각각 개별로 제어하면 된다. 또한, EDI 장치(5A, 5B)의 후단에 붕소 제거용 수지장치(도시 생략)를 설치해서, 처리수의 붕소 농도를 한층 저감시킬 수도 있다.
이상 설명한 제1 내지 4 실시형태에서는, 측정 장치(6)가, EDI 장치(5)에 공급되는 피처리수의 붕소 농도와, EDI 장치(5)로부터 배출되는 처리수의 붕소 농도를 측정해서, 붕소 제거율을 구하고 있다. 그러나, EDI 장치(5)의 피처리수와 처리수의 붕소 농도를 별도 측정해서 제어장치(8)에 입력하고, 제어장치(8)가 붕소 제거율을 구하는 구성이어도 된다.
전술한 제1 내지 4 실시형태에서는 붕소 제거율이 99.7% 이하인 범위에서 EDI 장치(5)를 작동시키는 동시에, 양호한 처리수질이 얻어지도록 RO 장치(4)의 처리 조건을 제어한다. 붕소 농도가 20 ㎍/ℓ(ppb) 내지 200 ㎍/ℓ(ppb)인 원수를 RO 장치(4)에 공급해서 처리한 후에 EDI 장치(5)를 투과시켜서 얻어진 처리수가, 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록 제어해서, 고순도 수질의 EDI 처리수를 저비용으로 공급할 수 있다. EDI 장치(5)의 붕소 제거율과 처리수질의 양쪽을 만족하도록, RO 장치(4)의 처리수의 pH와 회수율과 압력과 수온 중 1개 또는 복수를 조정할 수 있다. 이와 같이 해서, EDI 처리에 의한 효율이 좋은 붕소 제거가 가능하게 되어, 저비용으로 고품질의 순수를 제조할 수 있다. 특히, EDI 장치(5)의 전단에 위치하는 RO 장치(4)의 붕소 제거율이 40% 내지 80%이면, EDI 장치(5)의 처리수 중의 붕소가 충분히 저감된다.
EDI 장치(5)에 공급하는 전류의 크기는, 붕소 제거율이 99.7% 이하가 되는 범위이면, 특별히 한정되지 않는다. 단, 전류값을 지나치게 저하시키면 EDI 장치(5)의 처리수의 수질저하를 초래하므로, EDI 장치(5)의 처리수의 수질저하를 일으키지 않도록 전류값의 하한값을 결정하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 순수 제조 시스템에 의하면, 붕소 농도 이외의 수질, 비저항, 경도, 탄산 농도, 실리카 농도 등에 관해서도 충분히 저감시킬 수 있다. 예를 들면 RO 장치(4)의 처리수 중의 실리카 농도를 0.5㎍/ℓ(ppb) 내지 20 ㎍/ℓ(ppb), EDI 장치(5)의 처리수 중의 실리카 농도를 50 ng/ℓ(ppt) 이하로 할 수 있다. 이와 같이, EDI 장치(5)의 피처리수에 함유되어 있는 특정 물질의 제거율을 기준으로 해서, RO 장치(4)의 처리 조건을 제어하면 된다. 이 특정 물질이, 전술한 바와 같이 붕소이어도 되고, 실리카이어도 되고, 그 밖의 물질이어도 된다.
[제5 실시형태]
도 7은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 순수 제조 시스템(1)의 개략 구성도이다. 본 실시형태의 순수 제조 시스템(1)은, 도 1에 나타낸 구성에 있어서, 측정 장치(6) 대신에, 전력측정장치(12)가 EDI 장치(5)에 접속되어 있다. 그리고, 전력측정장치(12)가, EDI 장치(5)의 소비 전력이 350W·h/㎥을 초과한 것을 검지한 경우에, 제어장치(8)가, EDI 장치(5)의 전단에 위치하는 RO 장치(4)의 처리 조건(예를 들면 피처리수의 pH)의 제어를 행하여, 전술한 도 1에 나타낸 실시형태와 마찬가지로 EDI 장치(5)의 소비 전력을 역치(예를 들면 350W·h/㎥) 이하로 해서, EDI 장치(5)의 처리수의 붕소 농도가 50 ng/ℓ(ppt) 이하이고 비저항이 17MΩ·㎝ 이상이 되도록 조절한다. 그 밖의 구성은 제1 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 또, 본 실시형태에 있어서, 제어장치(8)가, RO 장치(4)의 회수율 또는 압력 또는 수온을 제어함으로써, EDI 장치(5)의 소비 전력이 350W·h/㎥ 이하가 되도록 조절할 수도 있다. 본 실시형태에서도, EDI 장치(5)를 투과한 처리수의 붕소 농도를 50 ng/ℓ(ppt) 이하, 비저항을 17MΩ·㎝ 이상으로 해서, 고순도의 수질의 EDI 처리수를 저비용으로 공급할 수 있다. 전력측정장치(12)를 이용하는 대신에, EDI 장치(5)에 접속되어 있는 직류 전원의 표시값을 판독함으로써, EDI 장치(5)의 소비 전력이 350W·h/㎥ 이하가 되도록, EDI 장치(5)의 전단에 위치하는 RO 장치(4)의 처리 조건(예를 들면 피처리수의 pH)의 제어를 행하도록 하는 것도 가능하다.
또, 도 2 내지 도 6에 나타낸 구성에 있어서도, 제5 실시형태와 마찬가지로, 도시하고 있지 않지만 측정 장치(6) 대신에 전력측정장치(12)를 EDI 장치(5)에 접속하거나, 혹은 EDI 장치(5)에 접속되어 있는 직류 전원의 표시값을 판독함으로써, EDI 장치(5)의 소비 전력이 350W·h/㎥ 이하가 되도록, EDI 장치(5)의 전단에 위치하는 RO 장치(4)의 처리 조건(예를 들면 피처리수의 pH)의 제어를 행하도록 하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서 EDI 장치(5)를 소비 전력 350W·h/㎥ 이하로 운전하는 방법에는, RO 장치(4)의 처리 조건의 제어를 행한 후에, EDI 장치(5)에 인가하는 전류를 적절한 크기로 조정하는 것도 포함된다.
제3 실시형태와 마찬가지로 본 발명의 순수 제조 시스템에 탈기장치(11)를 설치할 경우, 탈기장치(11)의 위치나 수는 임의로 설정 가능하다. 탈기장치(11)를 RO 장치(4)의 전단에 설치해도 되고, 또한 RO 장치(4)의 후단에도 추가의 탈기장치(11)를 설치해도 된다. RO 장치(4)와 EDI 장치(5) 사이에 단일단 또는 복수단의 탈기장치(11)를 설치해도 된다. 또한, EDI 장치(5)의 전단과 후단에 각각 단일단 또는 복수단의 탈기장치(11)를 설치해도 된다. 그 밖에, 본 발명의 순수 제조 시스템(1)은, 도시하고 있지 않지만, 자외선 산화장치나, 카트리지 폴리셔(cartridge polisher: CP)나, Pd 촉매담지수지(팔라듐이나 백금 등의 백금족 금속촉매가 담지된 이온교환수지) 등을 포함하고 있어도 된다. 또한, 제어장치(8)가 제어하는 RO 장치(4)의 처리 조건(피처리수의 pH, 회수율, 압력, 피처리수의 수온 중 적어도 1개)에 따라서, 도 1 내지 도 7에 나타낸 구성 중에 필요한 부재를 추가하거나 불필요한 부재를 생략하거나 하는 것도 가능하다.
이상 설명한 순수 제조 시스템(1)은, 독립한 시스템으로서 이용되어도 되지만, 초순수 제조 시스템의 일부로서 이용되어도 된다. 예를 들면, 초순수 제조 시스템의 전처리 시스템과 2차 순수 제조 시스템 사이에 위치하는 1차 순수 제조 시스템으로서, 본 발명의 순수 제조 시스템을 이용할 수도 있다.
1: 순수 제조 시스템
2: 약액주입설비
3: 펌프
4, 4A, 4B: 역침투막장치(RO 장치)
5, 5A, 5B: 전기식 탈이온수 제조장치(EDI 장치)
6: 측정 장치
7: 배압밸브
8: 제어장치
9: 열교환기
10: 밸브
11: 탈기장치(탈탄산장치)
12: 전력측정장치

Claims (10)

  1. 순수 제조 시스템으로서,
    역침투막장치와, 상기 역침투막장치의 후단에 배치된 전기식 탈이온수 제조장치와, 상기 역침투막장치의 처리 조건을 제어하는 제어장치를 포함하고,
    상기 제어장치는, 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 특정 물질의 제거율이 역치 이하가 되고, 그리고 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 처리수의 상기 특정 물질의 농도가 규정값 이하이고 비저항이 규정값 이상이 되도록, 상기 역침투막장치의 처리 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는, 순수 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 특정 물질의 제거율은 붕소 제거율인, 순수 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 역치는 99.7%인, 순수 제조 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 역침투막장치의 붕소 제거율이 40% 이상 80% 이하인, 순수 제조 시스템.
  5. 순수 제조 시스템으로서,
    역침투막장치와, 상기 역침투막장치의 후단에 배치된 전기식 탈이온수 제조장치와, 상기 역침투막장치의 처리 조건을 제어하는 제어장치를 포함하고,
    상기 제어장치는, 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 소비 전력이 역치 이하가 되고, 그리고 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 처리수의 특정 물질의 농도가 규정값 이하이고 비저항이 규정값 이상이 되도록, 상기 역침투막장치의 처리 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는, 순수 제조 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 역치는 350W·h/㎥인, 순수 제조 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어장치는 상기 역침투막장치의 피처리수의 pH, 회수율, 압력, 수온 중 어느 하나 이상을 제어하는, 순수 제조 시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복수단의 상기 역침투막장치를 구비하고, 상기 제어장치는 최후단의 상기 역침투막장치의 처리 조건을 제어하는, 순수 제조 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 최후단의 상기 역침투막장치의 전단에 탈기장치를 구비하는, 순수 제조 시스템.
  10. 순수 제조 방법으로서,
    역침투막장치와, 상기 역침투막장치의 후단에 배치된 전기식 탈이온수 제조장치를 포함하는 순수 제조 시스템을 이용해서,
    상기 전기식 탈이온수 제조장치의 특정 물질의 제거율이 역치 이하가 되고, 그리고 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 처리수의 상기 특정 물질의 농도가 규정값 이하이고 비저항이 규정값 이상이 되도록 설정한 처리 조건에서, 상기 역침투막장치를 작동시켜,
    상기 역침투막장치를 투과한 액체를 상기 전기식 탈이온수 제조장치에 공급하고, 상기 특정 물질의 제거율이 역치 이하가 되고, 그리고 상기 전기식 탈이온수 제조장치의 처리수의 상기 특정 물질의 농도가 규정값 이하이고 비저항이 규정값 이상이 되도록 상기 전기식 탈이온수 제조장치를 작동시키는 것을 특징으로 하는, 순수 제조 방법.
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