TW202216611A - 純水製造裝置及超純水製造裝置，以及純水製造方法及超純水製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題係製造硼濃度與TOC低、而比電阻高的純水。
本發明提供之對被處理水進行處理以製造純水的純水製造裝置21，包含沿著被處理水的通水方向依序配置的下列各裝置：逆滲透膜裝置22、第1電氣式去離子水製造裝置23、填充有硼選擇性樹脂的硼選擇性樹脂裝置25、紫外線氧化裝置26、以及第2電氣式去離子水製造裝置28。
Description
本發明，係有關於純水製造裝置及超純水製造裝置，以及純水製造方法及超純水製造方法；特別是有關於一次純水製造系統之構成。
超純水製造系統，通常係由前處理系統、一次純水製造系統、二次純水製造系統(子系統；SUB SYSTEM)所構成。前處理系統，係由使用絮凝過濾膜、微過濾膜、超過濾膜等的澄清處理裝置，或是活性碳裝置所構成。一次純水製造系統，係由逆滲透膜裝置、膜脫氣裝置、電氣式去離子水製造裝置等所構成，以製造去除了幾乎所有離子成分或微粒的純水。二次純水製造系統，係由紫外線氧化裝置、非再生型離子交換裝置、膜脫氣裝置、超過濾裝置等所構成，以進行微量離子之去除，有機物、微粒之去除。以二次純水製造系統所製作的超純水，會輸送至使用端來使用。
近年，超純水的要求水質，逐年趨於嚴苛；現在，在最先端的電子產業領域，漸漸開始要求要硼濃度未滿10～1ng/L(ppt)的超純水。於專利文獻1，揭露了一種超純水製造裝置，係使用可以選擇性地去除硼的硼選擇性樹脂。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-000919號公報
[發明所欲解決的問題]
如專利文獻1所記載，可以藉由使用硼選擇性樹脂以降低硼濃度。再者，於專利文獻1所揭露之超純水製造裝置，被處理水係以電子再生式去鹽裝置或離子交換裝置來處理，處理水的全有機碳(TOC)也會降低。可是，於專利文獻1，並未揭露處理水之比電阻之提高。換言之，雖然硼濃度、TOC、比電阻要單獨改善很容易，但要同時改善這3項水質指標很困難。
本發明之目的，係提供一種純水製造裝置及純水製造方法，可以製造硼濃度與TOC低、而比電阻高的純水。
[解決問題之技術手段]
本發明係有關於對被處理水進行處理以製造純水的純水製造裝置。本發明之純水製造裝置，具有沿著被處理水的通水方向而依序配置的下列各裝置：逆滲透膜裝置、第1電氣式去離子水製造裝置、填充有硼選擇性樹脂的硼選擇性樹脂裝置、紫外線氧化裝置、以及第2電氣式去離子水製造裝置。
本發明另有關於對被處理水進行處理以製造純水的純水製造方法。本發明之純水製造方法，係依以下順序，以處理被處理水：逆滲透膜裝置、第1電氣式去離子水製造裝置、填充有硼選擇性樹脂的硼選擇性樹脂裝置、紫外線氧化裝置、以及第2電氣式去離子水製造裝置。
[發明之效果]
藉由本發明，得以提供一種純水製造裝置及純水製造方法，可以製造硼濃度與TOC低、而比電阻高的純水。
以下將參照圖式，以說明本發明之超純水製造裝置及超純水製造方法的實施形態。圖1顯示本發明一實施形態之超純水製造裝置1的概略構成。超純水製造裝置1，具有：前處理系統11、一次純水製造系統21、以及二次純水製造系統31。
前處理系統11，具備絮凝過濾裝置、過濾膜裝置等等，而由原水製造過濾水。一次純水製造系統21，進行純水製造步驟，而由前處理系統11所製造之過濾水來製造純水。二次純水製造系統31亦稱為子系統，進行超純水製造步驟，以一次純水製造系統21所製造之純水作為被處理水，而製造超純水。關於一次純水製造系統21之構成及一次純水製造系統21的純水製造步驟，將留待後文敍述；首先將針對子系統31之構成，進行說明。子系統31，具有：儲存一次純水製造系統21所製造之純水的精煉槽32、紫外線氧化裝置33、過氧化氫去除裝置34、離子交換裝置35、以及超過濾膜裝置36；這些裝置32～36係沿著被處理水的通水方向，而依照前述順序，從上游配置至下游。紫外線氧化裝置33會對被處理水照射紫外線，以使被處理水所含有的有機物分解。過氧化氫去除裝置34具備鈀(Pd)、鉑(Pt)等等的觸媒，以使得由於紫外線照射所產生的過氧化氫分解。藉此，可以防止後續之離子交換裝置35因為過氧化氫而受到損傷。離子交換裝置35係使陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂混床而填充者，以去除被處理水中的離子成分。超過濾膜裝置36，將被處理水中所殘留的微粒加以去除。超過濾膜裝置36的處理水，係作為超純水而供給至使用端41，在使用端41未使用之超純水則會通過回流管L1而被送回精煉槽32。
一次純水製造系統21，具有：逆滲透膜裝置22、第1電氣式去離子水製造裝置(於下文中，稱為第1 EDI 23)、膜脫氣裝置24、硼選擇性樹脂裝置25、紫外線氧化裝置26、鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置27、以及第2電氣式去離子水製造裝置(於下文中，稱為第2 EDI 28)；這些裝置22～28係沿著被處理水的通水方向，而依照前述順序，從上游配置至下游。因此，於純水製造步驟，會依照以下順序使被處理水通水而加以處理：逆滲透膜裝置22、第1 EDI 23、膜脫氣裝置24、硼選擇性樹脂裝置25、紫外線氧化裝置26、鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置27、以及第2 EDI 28。雖然省略了圖示，但亦可在這些各裝置22～28之間，配置幫浦或其他裝置。
逆滲透膜裝置22，為了使被處理水成為第1 EDI 23可接受的水質，而去除被處理水的大半之離子成分，使離子濃度降低至數十～數百μg/L(ppb)左右。去除了離子成分的被處理水，會被供給至第1 EDI 23，而更進一步地去除離子成分。為了抑制後續之硼選擇性樹脂裝置25的硼負荷、降低硼選擇性樹脂的更換頻率，較佳係使逆滲透膜裝置22的處理水之硼濃度，降低至未滿20μg/L。
第1 EDI 23的處理水，會被供給至膜脫氣裝置24。膜脫氣裝置24會去除被處理水所含有的溶氧或二氧化碳。在TOC較低的被處理水(未滿100μg/L)，可以藉由去除溶氧、降低溶氧濃度，以提升紫外線氧化裝置26的有機物之分解效率。有機物的分解效率之提升，會帶動TOC之減少、或是紫外線氧化裝置26之小型化(紫外線燈管之低輸出化)。所以，膜脫氣裝置24會配置在紫外線氧化裝置26的上游。膜脫氣裝置24，亦可省略。又，由於EDI的水回收率，通常係90%左右，所以配置於第1 EDI 23之下游的膜脫氣裝置24等等的容量，可以以供給至第1 EDI 23之被處理水的90%左右為基準來決定。
膜脫氣裝置24的處理水，會被供給至硼選擇性樹脂裝置25，以去除硼。硼選擇性樹脂，會填充在離子交換塔。於離子交換塔，亦可係使其他離子交換樹脂混床或複床來填充。硼係以硼酸或硼酸鹽的形式溶解，但由於相較於其他離子，選擇性較低，所以很難以一般的離子交換樹脂來有效率地去除。硼選擇性樹脂則具有特異性地與硼反應的官能基，而可以選擇性地去除硼。硼選擇性離子交換樹脂，只要能夠選擇性地吸附硼，則並無特別限定，但可以使用導入了多元醇基以作為官能基的離子交換樹脂等等。尤其又以含有對於硼具有高度選擇性的官能基：N-甲葡糖胺基(N-methylglucamine)者較佳。例如可列舉：AmberLite IRA743(杜邦公司製)、Diaion CRB03(三菱化學控股株式會社製)等等。硼選擇性樹脂，使硼去除至未滿10ng/L，較佳係去除至未滿1ng/L。填充於硼選擇性樹脂裝置25的硼選擇性離子交換樹脂，係再生型或非再生型皆可；但基於不需要以化學藥品進行之再生及使用過之化學藥品之廢水處理的觀點，係以非再生型更為理想。於本實施形態，係使用填充了非再生型之硼選擇性離子交換樹脂的硼選擇性樹脂裝置25。
於本實施形態，第1 EDI 23具有以下功能。第一功能係去除碳酸。硼選擇性樹脂，會由於被處理水所含有的碳酸之影響，妨礙硼之吸附，而導致硼的去除性能下降。第1 EDI 23，會使得從逆滲透膜裝置22穿透的碳酸，去除至未滿10μg/L。藉由預先以第1 EDI 23去除碳酸，可以使得硼選擇性樹脂之硼去除性能，維持長達以數年為單位的時間，降低更換頻率。
第二功能係去除硼。雖然逆滲透膜裝置22可以去除硼，但由於無法有效率地去除，所以從逆滲透膜裝置22穿透的被處理水中，有可能會含有高濃度的硼。若對硼選擇性樹脂供給硼濃度高的被處理水，會提高硼選擇性樹脂的負荷，而縮短硼選擇性樹脂的壽命。藉由預先以第1 EDI 23去除硼，可以使得硼選擇性樹脂之硼去除性能維持得更長，以降低更換頻率。換言之，對於以逆滲透膜裝置22初步去除的硼，藉由第1 EDI 23進行更進一步的去除，不但可以延長硼選擇性樹脂的壽命，還可以降低被處理水的硼濃度。
再者，本案發明人確認到，在硼濃度低的區域，會有EDI之硼去除效率下降的傾向。就一例而言，硼濃度15000ng/L的被處理水與硼濃度390ng/L的被處理水，以EDI(ORGANO製EDI-XP-500，處理流量750L/h，施加電流值4.0A)處理時的硼去除率，分別係99.4%與96.9%。可思及此係由於在EDI，讓離子去鹽的去鹽室與濃縮水所流通的濃縮室，係隔著離子交換膜而相鄰，所以會有離子從離子濃度高的濃縮室擴散至去鹽室的影響。因此，光憑EDI就要使硼濃度下降至未滿1ng/L，會很沒有效率。另一方面，由於硼選擇性離子交換樹脂，係藉由吸附以去除硼，所以在硼濃度低的區域，可以有效率地去除硼。故而，在硼係高濃度的區域，以第1 EDI 23儘可能地去除硼，再以硼選擇性離子交換樹脂來去除殘留的硼，就能有效地將硼濃度降低至未滿1ng/L。
第三功能係去除二氧化矽、Na(鈉)等等的離子成分。如後文之實施例所述，藉由設置第1及第2 EDI 23、28，而可以去除這些離子成分，以提升水質。再者，雖然以上功能亦可藉由離子交換樹脂來實現，但由於EDI不需要用來使樹脂再生的化學藥品、不需要進行使用後之化學藥品的廢液處理、不用為了再生而停機所以可以連續運轉，基於上述各點，較離子交換樹脂更有優勢。
硼選擇性樹脂裝置25的處理水，會被供給至紫外線氧化裝置26，而使被處理水中的有機物被分解。硼選擇性樹脂基於其結構，容易發生有機物之溶出，硼選擇性樹脂裝置25之處理水的TOC有可能會高於入口水的TOC。再者，由於EDI或硼選擇性樹脂只能去除有帶電的物質，所以在硼選擇性樹脂之處理水可能會有非離子性之有機物殘留。紫外線氧化裝置26會對被處理水照射紫外線，以使被處理水所含有的有機物分解。紫外線氧化裝置26會將被處理水的TOC，降低至未滿5μg/L。於本實施形態，由於能以一次純水製造系統21而有效率地降低TOC，所以容易以二次純水製造系統31製得降低了TOC的超純水，再者還可以減輕二次純水製造系統31之紫外線氧化裝置33的負擔。
紫外線氧化裝置26之處理水，會被供給至配置於紫外線氧化裝置26之下游的鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置27。於鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置27，填充了載持鈀(Pd)、鉑(Pt)等等鉑系金屬觸媒的離子交換樹脂，鉑系金屬觸媒會使得由於照射紫外線所產生的過氧化氫分解。藉此，會防止填充於後續之第2 EDI 28的樹脂因為過氧化氫而受到損傷的情形。在過氧化氫濃度低的情況下，也可以省略鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置27。
鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置27的處理水會被供給至第2 EDI 28，而更進一步地去除離子成分。離子成分，包含在以紫外線氧化裝置26分解有機物之際所產生的碳酸、有帶電的有機酸，以及硼選擇性樹脂裝置25所無法去除之濃度極低的金屬(鈉等等)、或是二氧化矽等等。第2 EDI 28之處理水的二氧化矽濃度，會被降低至未滿0.1μg/L，鈉濃度會被降低至未滿10ng/L。第2 EDI 28之處理水的TOC，會被降低至未滿2μg/L；即使省略了膜脫氣裝置24，也會降低至未滿5μg/L，較佳係降低至3μg/L左右。第2 EDI 28之處理水，會是硼濃度、TOC、金屬濃度、二氧化矽濃度都降到極低數值的高純度之純水。
(實施例)
使用與上述一次純水製造系統21同樣構成之系統，進行了被處理水之處理。於表1列出了各裝置的規格。於表2、3則分別列出了實施例1、2之各裝置之處理水的主要物質之濃度與水質(比電阻)。於實施例1省略了膜脫氣裝置24，於實施例2則設置了膜脫氣裝置24。逆滲透膜裝置22、第1 EDI 23、硼選擇性樹脂裝置25、紫外線氧化裝置26、第2 EDI 28，在實施例1、2皆有設置。鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置27，並未設置。以逆滲透膜裝置22去除大多數的離子成分，使離子濃度降低至數十～數百μg/L；以第1 EDI 23去除離子成分、碳酸(CO
2)與硼(B)；以硼選擇性樹脂，將硼去除至未滿1ng/L的濃度。更進一步地，以紫外線氧化裝置26降低TOC，以第2 EDI 28將二氧化矽(SiO
2)去除至未滿0.1μg/L、將金屬(Na)去除至未滿10ng/L的濃度。由於從硼選擇性樹脂溶出之微量的導電性有機物之影響，硼選擇性樹脂裝置25的處理水，相較於第1 EDI 23的處理水，TOC有所微增，比電阻則有所微減。可是，由於被處理水在紫外線氧化裝置26受到處理、分解了有機物後，又在第2 EDI 28受到處理、去除了離子成分，所以TOC減少，比電阻增加。從實施例1與2的比較，確認到膜脫氣裝置24會使第2 EDI 28之處理水的TOC減少。可思及此係由於如前文所述，溶氧濃度降低，所以提升了紫外線氧化裝置26的有機物分解效率。
於表4列出了比較例之各裝置之處理水的主要物質之濃度與水質(比電阻)。於比較例，係在第1 EDI 23與硼選擇性樹脂裝置25之間，設置第2 EDI 28；而除此之外的構成，皆與實施例1相同。雖然紫外線氧化裝置26之處理水的硼濃度與TOC，與第1實施例之第2 EDI 28之處理水的硼濃度與TOC為同等程度，但比電阻就小於第1實施例。可思及此係起因於從硼選擇性樹脂溶出之微量的導電性有機物、以及紫外線照射所產生的碳酸。
從實施例1、2與比較例，確認到藉由依序排列了逆滲透膜裝置22、第1 EDI 23、硼選擇性樹脂裝置25(非再生型)、紫外線氧化裝置26、第2 EDI 28的一次純水製造系統21，可以製得被處理水中的硼被充分去除、同時增加了比電阻的高純度之純水。
[表1]
| 第1 EDI 23 | EDI-XP-1000(ORGANO株式會社製)：處理流量1670 L/h，電流值4A |
| 膜脫氣裝置24 | SEPAREL EF-020(DIC株式會社製) |
| 硼選擇性樹脂裝置25 | IRA743(杜邦公司製)：SV 50 h-1 |
| 紫外線氧化裝置26 | AUV-1XL(PHOTOSCIENCE JAPAN CORP.製)：紫外線照射量0.23kWh/m 3 |
| 第2 EDI 28 | EDI-XP-1000(ORGANO株式會社製)：處理流量1500 L/h，電流值4A |
[表2]
| 項目 | 單位 | 逆滲透膜裝置22處理水 | 第1 EDI 23處理水 |  | 硼選擇性樹脂裝置25處理水 | 紫外線氧化裝置26處理水 | 第2 EDI 28處理水 |
| B | ng/L | 15000 | 90 | - | ＜1 | - | ＜1 |
| SiO 2 | ng/L | 19000 | ＜100 | - | - | - | ＜100 |
| Na | ng/L | 598000 | 1100 | - | - | - | ＜10 |
| CO 2 | µg/L | 3140 | ＜10 | - | - | - | ＜10 |
| TOC | µg/L | 13 | 5 | - | 8 | - | 3 |
| 比電阻 | MΩ･㎝ | 1 | 17.5 | - | - | - | 18.2 |
[表3]
| 項目 | 單位 | 逆滲透膜裝置處理水 | 第1 EDI 處理水 | 膜脫氣裝置處理水 | 硼選擇性樹脂處理水 | 紫外線氧化裝置處理水 | 第2 EDI處理水 |
| B | ng/L | 同上 | - | ＜1 | - | ＜1 | |
| SiO 2 | ng/L | - | - | - | ＜100 | ||
| Na | ng/L | - | - | - | ＜10 | ||
| CO 2 | µg/L | - | - | - | ＜10 | ||
| TOC | µg/L | - | 8 | - | ＜2 | ||
| 比電阻 | MΩ･㎝ | - | - | - | 18.2 |
[表4]
| 項目 | 單位 | 逆滲透膜裝置22處理水 | 第1 EDI 23處理水 | 第2 EDI 28處理水 | 硼選擇性樹脂裝置25處理水 | 紫外線氧化裝置26處理水 |
| B | ng/L | 同上 | 3 | ＜1 | ＜1 | |
| SiO 2 | ng/L | - | - | ＜100 | ||
| Na | ng/L | ＜10 | - | ＜10 | ||
| CO 2 | µg/L | - | - | 16 | ||
| TOC | µg/L | 4 | 7 | 3 | ||
| 比電阻 | MΩ･㎝ | 18 | - | 8.2 |
1:超純水製造裝置
11:前處理系統
21:一次純水製造系統
22:逆滲透膜裝置
23:第1電氣式去離子水製造裝置(第1 EDI)
24:膜脫氣裝置
25:硼選擇性樹脂裝置
26:紫外線氧化裝置
27:鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置
28:第2電氣式去離子水製造裝置(第2 EDI)
31:二次純水製造系統
32:精煉槽
33:紫外線氧化裝置
34:過氧化氫去除裝置
35:離子交換裝置
36:超過濾膜裝置
41:使用端
L1:回流管
[圖1]本發明一實施形態之超純水製造裝置的概略構成圖。
1:超純水製造裝置
11:前處理系統
21:一次純水製造系統
22:逆滲透膜裝置
23:第1電氣式去離子水製造裝置(第1 EDI)
24:膜脫氣裝置
25:硼選擇性樹脂裝置
26:紫外線氧化裝置
27:鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置
28:第2電氣式去離子水製造裝置(第2 EDI)
31:二次純水製造系統
32:精煉槽
33:紫外線氧化裝置
34:過氧化氫去除裝置
35:離子交換裝置
36:超過濾膜裝置
41:使用端
L1:回流管
Claims (10)
- 一種純水製造裝置，對被處理水進行處理以製造純水； 該純水製造裝置，包括沿著該被處理水的通水方向依序配置之下列各裝置： 逆滲透膜裝置； 第1電氣式去離子水製造裝置； 硼選擇性樹脂裝置，填充有硼選擇性樹脂； 紫外線氧化裝置；以及 第2電氣式去離子水製造裝置。
- 如請求項1之純水製造裝置，其中， 填充於該硼選擇性樹脂裝置的硼選擇性樹脂，係非再生型。
- 如請求項1或2之純水製造裝置，更包括： 膜脫氣裝置，配置在該紫外線氧化裝置的上游。
- 如請求項1或2之純水製造裝置，更包括： 鉑系金屬載持離子交換樹脂裝置，配置在該紫外線氧化裝置的下游，載持有鉑系金屬觸媒。
- 一種超純水製造裝置，包括： 如請求項1至4項中任一項之純水製造裝置，以作為一次純水製造系統；以及 二次純水製造系統，以該一次純水製造系統所製造之純水作為被處理水，而製造超純水。
- 一種純水製造方法，對被處理水進行處理以製造純水； 該純水製造方法，係依以下順序，處理該被處理水：逆滲透膜裝置、第1電氣式去離子水製造裝置、填充有硼選擇性樹脂的硼選擇性樹脂裝置、紫外線氧化裝置、以及第2電氣式去離子水製造裝置。
- 如請求項6之純水製造方法，其中， 該硼選擇性樹脂裝置之處理水的硼濃度，未滿1ng/L。
- 如請求項6或7之純水製造方法，其中， 在該第2電氣式去離子水製造裝置之處理水的全有機碳，未滿5μg/L。
- 如請求項6或7之純水製造方法，其中， 在該第2電氣式去離子水製造裝置之處理水，鈉濃度未滿10ng/L，且二氧化矽濃度未滿0.1μg/L。
- 一種超純水製造方法，包括以下步驟： 以如請求項6至9項中任一項之純水製造方法，從被處理水製造純水；以及 以該純水作為被處理水，而製造超純水。
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