TW202304821A

TW202304821A - 純水製造系統的運轉方法

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Publication number: TW202304821A
Application number: TW111117389A
Authority: TW
Inventors: 田部井麗奈; 港康晴
Original assignee: 日商栗田工業股份有限公司
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2023-02-01
Also published as: JP2023014927A; WO2023002693A1; CN117677589A; KR20240036500A; JP7205576B1

Abstract

本發明提出一種純水製造系統的運轉方法，其能夠以簡易的結構抑制電去離子裝置的電極、濃縮室或電極室內的離子交換體的劣化。一次純水製造裝置具有：逆浸透膜裝置、脫氣膜裝置、紫外線氧化裝置、電去離子裝置9、以及向該電去離子裝置9供給供水的供水泵。於該一次純水製造裝置中，將由紫外線氧化裝置7處理的被處理水W4通水至電去離子裝置9，將因UV氧化而分解的有機物所引起的離子性的雜質去除，來製造脫鹽水W5。此時，作為電去離子裝置9的濃縮室26及電極室（陽極室27、陰極室28）的供給水（電極水），分取脫鹽水W5並供給，藉此將電去離子裝置9的濃縮室26及電極室（陽極室27、陰極室28）的供給水的過氧化氫濃度設為小於向脫鹽室25供給的被處理水W4的過氧化氫濃度。

Description

純水製造系統的運轉方法

本發明是有關於一種純水製造系統的運轉方法，特別是有關於一種構成製造於半導體、液晶等電子產業領域中利用的超純水的超純水製造裝置的純水製造系統的運轉方法。

先前，於半導體等電子產業領域中使用的超純水是藉由以下方式製造：利用包括前處理系統、一次純水製造裝置及對一次純水進行處理的子系統的超純水製造裝置對原水進行處理。

例如，如圖1所示，超純水製造裝置1包括前處理裝置2、一次純水製造裝置（純水製造系統）3以及子系統4此三級裝置。於此種超純水製造裝置1的前處理裝置2中，實施利用原水W的過濾、凝聚沈澱、精密過濾膜等的前處理，主要去除懸浮物質。

一次純水製造裝置3具有：對前處理水W1進行處理的逆浸透膜裝置5、脫氣膜裝置6、紫外線氧化裝置7、電去離子裝置9、以及向該電去離子裝置9供給供水的供水泵8。利用該一次純水製造裝置3進行前處理水W1中的大半電解質、微粒子、活菌等的去除並且將有機物分解。

而且，子系統4構成為具有子槽10、供給泵11、紫外線氧化裝置12、非再生型混床式離子交換裝置13以及超濾膜（UF（ultra filtration）膜）14，自超濾膜（UF膜）14經由使用點15回流至子槽10。於該子系統4中，對由一次純水製造裝置3製造的一次純水W2中所含的微量的有機物（總有機碳（total organic carbon，TOC）成分）進行氧化分解，將碳酸離子、有機酸類、陰離子性物質、以及金屬離子或陽離子性物質去除，最後利用超濾（UF）膜14將微粒子去除，形成超純水W3，將其供給至使用點15，未使用的超純水回流至子系統的前級。

於如上所述般的超純水製造裝置1的一次純水製造裝置3中，依次配置有逆浸透膜裝置5、紫外線氧化裝置7及電去離子裝置9，但若將紫外線氧化裝置7的處理水通水至電去離子裝置9，則藉由紫外線氧化裝置中產生的過氧化氫，有時使電去離子裝置9的電極、濃縮室或者電極室內的離子交換體劣化。

作為其對策，於專利文獻1中提出了一種繞過紫外線氧化裝置而將逆浸透膜裝置的處理水通水至電去離子裝置的濃縮室、電極室的純水製造系統的運轉方法。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開2020/045061號公報

[發明所欲解決之課題] 然而，於該專利文獻1中所記載的純水製造系統的運轉方法中，需要用於將逆浸透膜裝置的處理水通水至電去離子裝置的旁通線路，從而於大規模的純水製造系統中，存在由於長距離配管的增加而裝置的成本增大的問題。

本發明是鑒於所述課題而成，其目的在於提出一種能夠以簡易的結構抑制電去離子裝置的電極、濃縮室或電極室內的離子交換體的劣化的純水製造系統的運轉方法。 [解決課題之手段]

鑒於所述目的，本發明提供一種純水製造系統的運轉方法，所述純水製造系統包括紫外線氧化裝置以及電去離子裝置，自上游側起依次通水至該些裝置，且所述純水製造系統的運轉方法中，將所述電去離子裝置的濃縮室的被濃縮水及電極室的電極水的過氧化氫濃度設為小於透過所述電去離子裝置的脫鹽室的被處理水的過氧化氫濃度（發明1）。特別是於所述發明（發明1）中，較佳為將所述電去離子裝置的濃縮室的被濃縮水及電極室的電極水的過氧化氫濃度設為透過所述電去離子裝置的脫鹽室的被處理水的過氧化氫濃度的1/3以下（發明2）。

根據所述發明（發明1、發明2），由紫外線氧化裝置處理的處理水中，過氧化氫增加，若將該處理水流通至電去離子裝置的濃縮室、電極室，則促進電去離子裝置的電極、濃縮室或電極室內的離子交換體的劣化。因此，藉由調整或者設定電去離子裝置的運轉條件，以降低濃縮室、電極室的供給水的過氧化氫濃度，特別是成為透過脫鹽室的被處理水的過氧化氫濃度的1/3以下，可抑制電去離子裝置的電極、濃縮室或電極室內的離子交換體的劣化，從而可使電去離子裝置的耐用期間長期化。

於所述發明（發明1、發明2）中，較佳為將由所述紫外線氧化裝置處理的處理水作為所述電去離子裝置的被處理水供給至脫鹽室，將所述電去離子裝置的脫鹽室的透過水的一部分作為被濃縮水及電極水通水至所述電去離子裝置的濃縮室及電極室（發明3）。特別是於所述發明（發明3）中，較佳為將所述電去離子裝置的脫鹽室的通水方向與所述濃縮室的通水方向設為對流式（發明4）。

根據所述發明（發明3、發明4），當使紫外線氧化裝置的處理水透過電去離子裝置的脫鹽室時，過氧化氫減少，因此藉由將該透過水的一部分通水至所述電去離子裝置的濃縮室、電極室，可將較透過脫鹽室的被處理水的過氧化氫濃度低的水設為濃縮室、電極室的透過水。特別是藉由將所述電去離子裝置的脫鹽室的通水方向與所述濃縮室的通水方向設為對流式，能夠以簡便的結構達成這一點。

於所述發明（發明1～發明4）中，較佳為所述純水製造系統是包括一次純水製造裝置以及二次純水製造裝置的超純水製造裝置的一次純水製造裝置（發明5）。

根據所述發明（發明5），如上所述，可使電去離子裝置的耐用期間長期化，因此藉由將構成超純水製造裝置的一次純水製造裝置的純水製造系統設為如上所述般的運轉控制，亦可實現超純水製造裝置的耐用期間的長期化，從而可長期穩定供給由超純水製造裝置製造的超純水。 [發明的效果]

根據本發明的純水製造系統的運轉方法，藉由降低濃縮室、電極室的供給水的過氧化氫濃度，特別是將其設為透過脫鹽室的被處理水的過氧化氫濃度的1/3以下，可抑制電去離子裝置的電極、濃縮室或電極室內的離子交換體的劣化，從而可使電去離子裝置的耐用期間長期化。藉此，能夠以簡易的結構的純水製造系統實現電去離子裝置的耐用期間的長期化。

以下，參照隨附圖式對基於本發明一實施方式的純水製造系統的運轉方法進行說明。圖1是表示能夠應用本實施方式的純水製造系統的運轉方法的超純水製造裝置的流程圖。作為純水製造系統的基本結構，由於與所述先前例相同，因此省略其詳細的說明。

於該超純水製造裝置1的作為純水製造系統的一次純水製造裝置3中，將紫外線氧化裝置7的處理水通水至電去離子裝置9。該電去離子裝置9較佳為於本實施方式中具有如圖2所示般的結構。

[電去離子裝置] 於圖2中，電去離子裝置9於電極（陽極21、陰極22）之間交替地排列多個陰離子交換膜23及陽離子交換膜24而交替地形成脫鹽室25以及濃縮室26，於兩側形成有陽極室27與陰極室28，於脫鹽室25中，混合或呈多層狀填充有包含離子交換樹脂、離子交換纖維或接枝交換體等的離子交換體（陰離子交換體及陽離子交換體）。另外，於濃縮室26與陽極室27及陰極室28中亦同樣地填充有離子交換體。

而且，於本實施方式中，構成為：於該電去離子裝置9中，設置有濃縮室通水部件（未圖示），所述濃縮室通水部件將由紫外線氧化裝置7處理的被處理水W4通水至脫鹽室25而取出脫鹽水W5，分取該脫鹽水W5並通水至濃縮室26，將脫鹽室25的脫鹽水W5自該脫鹽室25的靠近脫鹽水W5的取出口之側導入至濃縮室26內，並且自脫鹽室25的靠近處理原水（被處理水W4）的入口之側流出、即自與脫鹽室25中的被處理水W4的流通方向相反的方向將脫鹽水W5導入至濃縮室26而吐出濃縮水W6。另一方面，構成為：亦分取脫鹽水W5並作為電極水流通至陽極室27及陰極室28，分別作為陽極排出水W7、陰極排出水W8排出。

[純水製造系統的運轉方法] 對具有如上所述般的結構的一次純水製造裝置3的運轉方法進行說明。首先，將藉由前處理裝置2對原水W實施了前處理的前處理水W1供給至一次純水製造裝置3，於逆浸透（RO（reverse osmosis））膜裝置5中除了鹽類除去之外，亦將離子性、膠體性的TOC去除。然後，利用脫氣膜裝置6將溶解氣體去除，於紫外線氧化裝置7中將殘存的有機物分解。將由該紫外線氧化裝置7處理的被處理水W4通水至電去離子裝置9，而將因紫外線（Ultraviolet，UV）氧化而分解的有機物所引起的離子性的雜質去除，從而製造一次純水W2。

此時，將電去離子裝置9的濃縮室26及電極室（陽極室27、陰極室28）的供給水的過氧化氫濃度設為小於向脫鹽室25供給的被處理水W4的過氧化氫濃度。由紫外線氧化裝置7處理的被處理水W4中，過氧化氫增加，若將該被處理水W4流通至電去離子裝置9的濃縮室26及電極室（陽極室27、陰極室28），則促進電去離子裝置9的電極21、電極22或濃縮室26、陽極室27或陰極室28內的離子交換體的劣化。因此，藉由降低濃縮室26與陽極室27及陰極室28的供給水的過氧化氫濃度，可抑制電去離子裝置9的電極21、電極22或濃縮室26、陽極室27或陰極室28內的離子交換體的劣化，從而可抑制電去離子裝置9的運轉電壓的上升，使耐用期間長期化。特別是藉由設為透過脫鹽室的被處理水的過氧化氫濃度的1/3以下，可適宜地發揮所述效果。

於本實施方式中，分取脫鹽水W5並供給至該電去離子裝置9的濃縮室26及電極室（陽極室27、陰極室28）。一般而言，電去離子裝置9的脫鹽水W5的過氧化氫濃度較由紫外線氧化裝置7處理的被處理水W4低，因此能夠以簡單的結構達成這一點。另外，亦可測定由紫外線氧化裝置7處理的被處理水W4與通過脫鹽室25的脫鹽水W5的過氧化氫濃度，預先確認脫鹽水W5的過氧化氫濃度較被處理水W4低、較佳為1/3以下。或者，亦可藉由過氧化氫監視器連續或者斷續地測量由紫外線氧化裝置7處理的被處理水W4與通過脫鹽室25的脫鹽水W5的過氧化氫濃度，來控制施加至電去離子裝置9的電壓，以使脫鹽水W5的過氧化氫濃度相較於被處理水W4成為1/3以下。

特別是於本實施方式中，作為電去離子裝置9，將通過脫鹽室25的脫鹽水W5的一部分作為被濃縮水，向與脫鹽室25的通水方向相反的方向以對流一過式通水至濃縮室26，使濃縮水W6自濃縮室26向系統外排出，因此越靠脫鹽室25的取出側，濃縮室26的被濃縮水中的離子濃度越低，濃度擴散對脫鹽室25的影響越小，因此硼等弱離子的去除率提高。而且，相較於由紫外線氧化裝置7處理的被處理水W4，脫鹽水W5的過氧化氫濃度低，特別是能夠設為1/3以下，因此藉由採用此種結構，可容易地向濃縮室26供給過氧化氫濃度低的被濃縮水。

當以此方式製造了一次純水W2後，貯留於子槽10中，由供給泵11供給該一次純水W2來進行處理。於子系統4中，利用紫外線氧化裝置12、非再生型混床式離子交換裝置13以及超濾膜14進行處理。於紫外線氧化裝置12中，利用自UV燈發出的波長185 nm的紫外線將TOC分解至有機酸以及CO ₂水準。經分解的有機酸及CO ₂由後級的非再生型混床式離子交換裝置13去除。於超濾膜14中，去除微小粒子，亦去除非再生型混床式離子交換裝置13的流出粒子，從而可製造二次純水（超純水）W3。然後，超純水W3於被供給至使用點15之後，未使用的部分返送至子槽10，藉此可運轉超純水製造裝置1。

以上，基於所述實施方式對本發明進行了說明，但本發明並不限定於所述實施方式，能夠實施各種變更。例如，作為於本發明中能夠應用的超純水製造裝置1，只要為一次純水製造裝置3利用電去離子裝置9對紫外線氧化裝置7的處理水進行處理的結構，則能夠應用於各種結構。另外，作為電去離子裝置9，亦可為於相同方向上具有脫鹽水以及被濃縮水的類型。進而，於所述實施方式中，將脫鹽水W5作為被濃縮水供給至電去離子裝置9的濃縮室26，但亦可另外調整過氧化氫濃度較被處理水W4低的水來供給。 [實施例]

〔實施例1〕作為紫外線氧化裝置7的處理水的模擬水，製備了向純水中添加過氧化氫的水（過氧化氫濃度：400 μg/L）。將該製備水作為被處理水W4，於表2所示的通水條件下通水至圖3及表1所示的結構的電去離子裝置9，利用溶解過氧化氫計（栗田工業（股）製造的過氧化氫監視器）測定脫鹽室25的入口的被處理水W4及出口的脫鹽水W5的過氧化氫濃度，將結果示於表3中。

而且，作為確認由過氧化氫引起的劣化的指標，測定了電壓的變化。電壓是決定裝置壽命的因素之一，為了長期使用裝置，需要抑制電壓的增加。因此，測定將該被處理水W4的通水持續一週之後的電壓的上升速度，本次試驗中使用的電去離子裝置中所允許的電壓上升（達到壽命為止的電壓變化）自通水初期的電壓起為5 V，根據該值算出各條件下的裝置壽命。另外，於本次的試驗中，添加了400 μg/L的過氧化氫，但實際的紫外線氧化裝置7的處理水的過氧化氫濃度為100 μg/L左右，因此藉由換算濃度，算出通水了紫外線氧化裝置的處理水時的預測裝置壽命。將該些電壓的上升速度、裝置壽命、及設想紫外線氧化裝置（UV氧化裝置）的處理水時的裝置壽命的算出結果示於表4中。

〔比較例1〕於實施例1中，將與實施例1相同的被處理水W4，於表2所示的通水條件下通水至圖4及表1所示的結構的電去離子裝置9，利用溶解過氧化氫計測定脫鹽室25的入口的被處理水W4及出口的脫鹽水W5的過氧化氫濃度，將結果一併示於表3中。另外，與實施例1同樣地分別算出電壓的上升速度、裝置壽命及設想紫外線氧化裝置的處理水時的裝置壽命。將結果一併示於表4中。

[表1] 電去離子裝置的結構

構成元件	單元數	填充物
脫鹽室	1	離子交換樹脂（陰離子交換樹脂：陽離子交換樹脂=5：5）
濃縮室	2
電極室（陽極）	1	陽離子交換樹脂
電極室（陰極）	1	膨脹金屬

[表2] 通水條件

脫鹽室流量	400 mL/分鐘
濃縮室流量	100 mL/分鐘
電極室流量	50 mL/分鐘
回收率	0.8
電流值	2 A

[表3]

	過氧化氫濃度[μg/L]
實施例1	比較例1
脫鹽室供水	320	320
濃縮室、電極室供水	78	320

[表4]

例No.	電壓的上升速度 [V/天]	裝置壽命 [天]	設想UV氧化裝置的處理水時的裝置壽命[天]
實施例1	0.0167	299.4	1197.6
比較例1	0.0405	123.5	493.8

如由表4明確般，於實施例1與比較例1中，於設想將實際的紫外線氧化裝置的處理水供給至脫鹽室時的裝置壽命的比較中，成為700天以上的差。如表3所示，可推測其原因在於：於實施例1中，相對於向脫鹽室供給的非處理水的過氧化氫濃度，向濃縮室供給的被濃縮水及向電極室供給的電極水的過氧化氫濃度低，特別是1/3以下、進而1/4以下而成為100 μg/L。

1:超純水製造裝置 2:前處理裝置 3:一次純水製造裝置（純水製造系統） 4:子系統 5:逆浸透膜裝置 6:脫氣膜裝置 7:紫外線氧化裝置 8:供水泵 9:電去離子裝置 10:子槽 11:供給泵 12:紫外線氧化裝置 13:非再生型混床式離子交換裝置 14:超濾膜 15:使用點 21:陽極（電極） 22:陰極（電極） 23:陰離子交換膜 24:陽離子交換膜 25:脫鹽室 26:濃縮室 27:陽極室（電極室） 28:陰極室（電極室） W:原水 W1:前處理水 W2:一次純水 W3:超純水（二次純水） W4:處理水 W5:脫鹽水（被濃縮水、電極水） W6:濃縮水 W7:陽極排出水 W8:陰極排出水

圖1是表示包括一次純水製造裝置的超純水製造裝置的流程圖，該一次純水製造裝置能夠應用基於本發明一實施方式的純水製造系統的運轉方法。圖2是表示基於所述實施方式的純水製造系統的運轉方法中的電去離子裝置的結構的一例的概略圖。圖3是表示實施例1的純水製造系統的運轉方法中的電去離子裝置的結構的概略圖。圖4是表示比較例1的純水製造系統的運轉方法中的電去離子裝置的結構的概略圖。

9:電去離子裝置

21:陽極(電極)

22:陰極(電極)

23:陰離子交換膜

24:陽離子交換膜

25:脫鹽室

26:濃縮室

27:陽極室(電極室)

28:陰極室(電極室)

W4:處理水

W5:脫鹽水(被濃縮水、電極水)

W6:濃縮水

W7:陽極排出水

W8:陰極排出水

Claims

一種純水製造系統的運轉方法，所述純水製造系統包括紫外線氧化裝置以及電去離子裝置，自上游側起依次通水至該些裝置，且所述純水製造系統的運轉方法中，將所述電去離子裝置的濃縮室的被濃縮水及電極室的電極水的過氧化氫濃度設為小於透過所述電去離子裝置的脫鹽室的被處理水的過氧化氫濃度。
如請求項1所述的純水製造系統的運轉方法，其中，將所述電去離子裝置的濃縮室的被濃縮水及電極室的電極水的過氧化氫濃度設為透過所述電去離子裝置的脫鹽室的被處理水的過氧化氫濃度的1/3以下。
如請求項1或2所述的純水製造系統的運轉方法，其中，將由所述紫外線氧化裝置處理的處理水作為所述電去離子裝置的被處理水供給至脫鹽室，將所述電去離子裝置的脫鹽室的透過水的一部分作為被濃縮水及電極水通水至所述電去離子裝置的濃縮室及電極室。
如請求項3所述的純水製造系統的運轉方法，其中，將所述電去離子裝置的脫鹽室的通水方向與所述濃縮室的通水方向設為對流式。
如請求項1或2所述的純水製造系統的運轉方法，其中，所述純水製造系統是包括一次純水製造裝置以及二次純水製造裝置的超純水製造裝置的一次純水製造裝置。