TW202313188A - 水質測定裝置以及膜過濾系統 - Google Patents

Abstract

本發明的課題在於提供一種水質測定裝置，可避免由對象水的滯留引起的測定精度的降低，防止由吹除水量的增大所致的超純水製造效率的降低，亦避免測定裝置周圍變得煩雜。將閥10V打開既定時間，使來自泵2的下游側的配管1的採水經由配管10、環狀配管20、測定配管21流入至水質測定器22，進行被處理水的水質測定。然後，關閉閥10V，將閥11V打開既定時間，進行UF膜模組4b的過濾水的水質測定。以後，同樣地將閥12V、閥13V、閥14V依序打開既定時間，進行UF膜模組4c的過濾水、合流過濾水及被處理水的水質測定。將以上設為一循環，反覆進行所述測定。

Description

水質測定裝置以及膜過濾系統

本發明是有關於一種測定純水、超純水等的水質的水質測定裝置，且特別是有關於一種利用一台水質測定器對自多個採水點所採水的水進行水質測定的水質測定裝置。本發明特別是有關於一種適合於測定極少量地含有於純水、超純水中的微粒子數的情形的水質測定裝置。

被用作半導體清洗用水的超純水是藉由下述方式製造，即：利用包含前處理系統、一次純水製造裝置、子系統（sub system）（二次純水製造裝置）的超純水製造裝置對原水（工業用水、地表水、井水等）進行處理。

子系統包括副槽（sub tank）、泵、熱交換器、低壓紫外線氧化裝置（UV裝置）、離子交換裝置及超濾膜（UF膜）分離裝置等。

低壓紫外線氧化裝置藉由自低壓紫外線燈發出的185 nm的紫外線將總有機碳（Total Organic Carbon，TOC）分解為有機酸，進而分解為CO ₂為止。藉由分解所生成的有機物及CO ₂由後段的離子交換裝置去除。超濾膜分離裝置中，將微粒子去除，將來自離子交換樹脂的流出粒子亦去除。如此製造的超純水被輸送至使用點（use point）。

純水、超純水於製造半導體等電子零件的步驟中，被用作清洗水或淋洗水。伴隨半導體積體電路的微細化，對於超純水，要求水中的雜質量（濃度）的進一步降低、或更嚴格的水質管理。

微粒子數為超純水的水質管理項目之一，要求以＜1個/mL的級別來管理粒徑幾十奈米（nm）的微粒子。

如上文所述，於超純水製造裝置中，為了減少超純水中的微粒子數，可使用如下特別的UF膜，其可將粒徑幾十nm的微粒子以高的去除率去除，而且是以避免來自膜自身的微粒子發塵或溶出的方式注意地製造。

當前該領域中使用的UF膜通常為每一模組（一根）能處理10 m ³/h左右。即，於需要100 m ³/h的超純水的設備中，以10模組左右的上述UF膜模組並列處理。

作為以多個模組並列處理時的優點，可列舉：於一個模組發生問題時，可藉由將該模組分離而維持正常的水質。例如於製造100 m ³/h的超純水時，若將能製造10 m ³/h的處理水的UF膜模組並列設置11模組，設為即便將一個UF膜模組分離亦可充分供給100 m ³/h的結構，則即便於一個UF膜模組發生問題（例如中空絲膜斷裂而處理水的微粒子數增加等）的情形時，亦藉由將該一個UF膜模組分離，從而維持超純水的水質，亦可維持100 m ³/h的處理水流量。

另外，作為以多個模組並列處理時的優點，亦可列舉：可使模組更換後的初期的溶出成分所引起的、超純水的水質劣化最小化。即，於並非將並列設置的多個模組全部同時更換而是更換一部分模組的情形時，可減小由初期溶出引起的超純水水質的劣化程度。

以多個UF膜模組並列處理的過濾系統中，於某一個UF膜模組中發生中空絲膜的斷裂等問題而過濾水中的微粒子數增加的情形時，為了確定哪個模組發生問題而對各UF膜模組設置微粒子監視器一直監視的情況下，微粒子監視器的個數變多，成本高漲。

先前以來，一直進行下述操作，即：將於多個線中流動的水經由分取用的閥導入至共同的測定裝置而測定水質。例如，專利文獻1中記載有，以閥來切換來自超純水線的超純水、與該超純水經逆滲透膜分離裝置濃縮而成的濃縮水，導入至共同的測定裝置進行分析。作為分析項目，例示有金屬離子濃度、電阻率、微粒子數、TOC濃度、二氧化矽濃度、溶存氧濃度（0049段落）。

於針對多處的對象水以切換閥切換流路，依序導入至共同的測定裝置來測定水質的情形時，若滯留於流路的水混入，則測定精度的降低令人擔憂。

於專利文獻2中記載有下述方法，即：設置吹除線（blow line），藉由一直進行吹除而避免對象水的滯留，確保測定精度。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2010-44022號公報 [專利文獻2]日本專利特開2014-185904號公報

[發明所欲解決之課題] 於如專利文獻2般一直吹除的情形時，對象的部位越多則吹除線數越變多，測定裝置周圍變得煩雜，不僅如此，而且吹除水量（排出至系統外的水量）亦變多，故而導致超純水製造效率的降低。若為了減少總體的吹除水量而減小各吹除水量，則效率的降低得到抑制，但並未改善測定裝置周圍的煩雜度。

本發明的課題在於提供一種水質測定裝置，可避免由對象水的滯留引起的測定精度的降低，而且防止由吹除水量的增大所致的超純水製造效率的降低，並且亦避免測定裝置周圍變得煩雜。 [解決課題之手段]

本發明的水質測定裝置將自多個採水點經由採水配管所採水的水質測定對象水導入至共同的水質測定器而測定水質，且所述水質測定裝置的特徵在於具有：環狀流路，供各採水配管的下游端相連；測定配管，將該環狀流路與所述水質測定器連接；以及採水閥，設於各採水配管。

本發明的一態樣中，所述水質測定器為微粒子數測定器。

本發明的一態樣中，所述採水配管設有n個（n為2以上的整數），第一採水配管至第n採水配管的下游端依序與所述環狀流路相連，自第一採水配管的與環狀流路的連接點至所述測定配管的連接點為止的距離、與自第n採水配管的與環狀流路的連接點至所述測定配管的連接點為止的距離大致相同。

本發明的一態樣中，設有供來自所述水質測定器的流出水流動的排出配管，於該排出配管設有流量調整閥。

本發明的一態樣中，具有：控制機構，以將所述採水閥按既定的順序打開既定時間的方式進行控制。

本發明的膜過濾系統具有：並列設置的膜模組；供給機構，經由共同的供水配管及自其分支的分支配管向各膜模組供給被處理水；以及合流配管，供各膜模組的處理水合流，並且所述膜過濾系統包括本發明的水質測定裝置，該水質測定裝置是以至少將各膜模組的處理水作為測定對象的方式設置。

本發明的膜過濾系統的一態樣中，所述水質測定裝置是以進而將於所述共同的供水配管中流動的被處理水、及於所述合流配管中流動的合流處理水作為測定對象的方式設置。 [發明的效果]

根據本發明的水質測定裝置，於自採水點至採水閥為止的流路中，於水質測定時（採水閥打開而向水質測定器通水時）以外採集的水滯留，但於自採水閥至下游的水質測定器的共用的流路中，水於環狀流路沿兩方向一直流動，因而水不滯留，可將前一次的測定對象水的殘留、或測定對象水的混合的影響設為最小限度，可獲得精度高的水質測定值。

根據本發明的水質測定裝置，排出至系統外的水量為水質測定中的一處而少。另外，測定裝置周圍的配管類亦少。於採水點為多數個（例如20以上）的情形時，其排出水量及測定裝置周圍配管的削減效果非常大。

以下，參照圖1的（a）及圖1的（b）對實施形態加以說明。圖1的（a）及圖1的（b）為包括實施形態的水質測定裝置的膜過濾系統的結構圖，圖1的（a）表示過濾部的結構，圖1的（b）表示水質測定部的結構。

本實施形態中，於過濾部設置有三台UF膜（超濾膜）模組4a、4b、4c，亦可為兩台或四台以上。

包含子系統（二次純水裝置）的離子交換器流出水等的被處理水可自具有泵2的配管1經由分支配管3a、分支配管3b、分支配管3c向各UF模組4a～4c送水。透過UF膜模組4a～UF膜模組4c的UF膜的過濾水自過濾水配管5a、過濾水配管5b、過濾水配管5c流至合流配管6，作為過濾水而被取出。

於泵2的下游側的配管1、各過濾水配管5a、5b、5c及合流配管6分別設定有採水點，採水用（試樣水分取用）的採水配管10～採水配管14分別自該些五處的採水點分支。

如圖1的（b）般，各採水配管10～14的末端連接於環狀配管20。於各採水配管10～14的中途，設有包含開閉閥的閥10V、閥11V、閥12V、閥13V、閥14V作為採水閥。

環狀配管20於本實施形態中為大致圓環形，隔著圓的中心於一半側連接有採水配管10～採水配管14的末端。採水配管10～採水配管14的與環狀配管20的連接點較佳為於圓的周向為等間隔。自周向一端側的採水配管10的與環狀配管20的連接點至另一端側採水配管14的連接點為止的距離較佳為環狀配管20的周向的全長的10%～80%，尤佳為20%～50%左右。

於隔著圓的中心與周向一端側的採水配管10末端的連接點和周向另一端側的採水配管14末端的連接點的周向的中間（本實施形態中為採水配管12末端的連接點）相反之側，連接有測定配管21。於環狀配管20中流動的水通過該測定配管21而導入至水質測定器22，進行水質測定。測定排水經由具有流量調整閥24的排出配管23而排出至系統外。

作為水質測定器22，於本實施形態中使用微粒子計，亦可使用TOC計或鈉計等各種在線水質測量儀器。

各閥10V～14V的開閉由控制器自動進行。

於將自採水配管10與環狀配管20的連接點至測定配管21的連接點為止的距離（周向的較短距離）設為100%的情形時，自採水配管14與環狀配管20的連接點至測定配管21的連接點為止的距離（周向的較短距離）較佳為10%～45%，尤佳為25%～40%，但不限定於此。

如此構成的膜過濾系統中，被處理水自配管1分流至配管3a～配管3c，由各UF膜模組4a～4c進行膜過濾，通過過濾水配管5a～過濾水配管5c於合流配管6合流，作為過濾水而被取出，向後續步驟或使用點送水。

依序或以特定順序對各配管1、5a、5b、5c、6中流動的水進行採水，並進行水質測定。

本實施形態的一例中，首先將閥10V打開既定時間，使來自泵2的下游側的配管1的採水經由配管10、環狀配管20、配管21流入至水質測定器22，進行水質測定。然後，關閉閥10V，將閥11V打開既定時間。藉此，自過濾水配管5a分取UF膜模組4a的過濾水的一部分，經由配管11、環狀配管20、配管21流入至水質測定器22，測定UF膜模組4a的過濾水的水質。

然後，關閉閥11V，將閥12V打開既定時間，進行UF膜模組4b的過濾水的水質測定。以後，同樣地進行UF膜模組4c的過濾水的水質測定及合流過濾水的水質測定。將以上設為一循環，反覆進行所述測定，藉此依序進行被處理水、各UF膜模組過濾水及合流過濾水的水質測定。再者，測定的順序不限定於此，亦可適當調換，亦可如後述般以增多特定的採水點的測定頻率的方式設定。

根據使用所述水質測定裝置的水質測定方法，自採水配管10～採水配管14的任一個流入至環狀配管20的水沿周向的一個方向（圖1的（b）的順時針方向）與另一方向（圖1的（b）的逆時針方向）此兩方向流動而到達測定配管21，導入至水質測定器22。

自一個採水配管（例如採水配管12）流入至環狀配管20的水於環狀配管20中沿兩方向流動，故而可將殘留於環狀配管20內的前次測定時的水（於該情形時，為來自採水配管11的水）迅速地全量向配管23擠出，進行未混合有前次採水的、本次採水的水質測定，故而測定精度變高，而且可縮短測定所需要的時間。

若來自一個採水配管（例如採水配管12）的採水的水質測定結束而切換為下一次採水（於該情形時，為來自採水配管13的採水）的水質測定，則雖然於採水配管12內採水滯留，但於環狀配管20中水未滯留，故而與下一次採水的混合於切換後於短時間消除。

所述水質測定裝置中，水質測定排水量僅為來自進行水質測定的一個採水配管的採水量，為少量。

本發明的水質測定裝置中，環狀流路20較佳為，以不因距離的影響而產生單側流動的方式，而且為了將前一測定時的測定對象水迅速擠出，而考慮欲通液的流量及於該流量條件下產生的流路差壓來設計。更具體而言，於使用通常的平滑表面的流路配管的情形時，較佳為設為線速度成為0.3m/s～2.0 m/s左右的流路配管的結構。

於使用本發明的水質測定裝置的水質測定方法中，較佳為於閥10V～閥14V的切換後、既定時間的期間中，廢棄水質測定器22的資料。其原因在於，於閥切換時，有時引起由閥動作所致的發塵或溶出。由該些影響所致的水質變化並非原本欲監視的水質變化，故而藉由將閥切換後的既定時間的資料廢棄，從而可提高水質測定結果的精度。

另外，於監視對象的水質為微粒子數，水質測定器為雷射光散射方式的微粒子計的情形時，較佳為以上述既定時間將雷射熄滅而使水質測定休止。藉由使水質測定休止，從而可延長昂貴的雷射光源的表觀壽命（包含測定休止期間的使用期間），可降低維護成本。

於使用本發明的水質測定裝置的水質測定方法中，較佳為將所得的水質測定結果平均化而進行處理。即，如上文所述，即便為了避免由閥的開閉動作引起的水質變動的影響而將閥切換後的既定時間的資料廢棄，亦因影響的時間未必明確，故而有可能於經過既定時間後影響亦殘留。因此，藉由將自既定時間後至下一次切換時為止所得的多個資料平均化進行處理，從而可使所述影響平準化或最小化，測定結果的可靠度提高。

本發明的水質測定裝置中，亦可併用判斷水質測定結果良好與否的功能與利用自動閥等切換流路的功能，而附帶基於水質測定結果（於判斷為水質測定結果不良的情形時）將相應的水處理機器自動分離的機構。

作為此種機構的具體結構，可列舉下述結構，即：利用在線微粒子監視器測定多個UF膜模組的過濾水中的微粒子數，於超過預先規定的微粒子數的情形時，將設置於相應的UF膜模組的供水、處理水、濃縮水配管的全部或任一自動閥關閉，避免超純水的水質劣化。

於使用本發明的水質測定裝置的水質測定方法中，於欲調整流量或系統內的壓力的情形時，較佳為於水質測定器22的下游側配置壓力計或流量計（未圖示）、流量調整閥24，適當調整壓力或流量。藉由在水質測定器的下游側設置該些機器，從而可調整為既定的流量或壓力，並且避免由流量調整閥24的操作所致的發塵的影響、或者壓力計或流量計內部的滯留部的影響。

另外，亦可將設置於水質測定器的下游的流量調整閥24的開度縮小，設為對水質測定器施加背壓的條件。藉此，可避免溶存氣體成分受到減壓時氣泡化而作為微粒子被誤探測的情況，提高測定精度。

本實施形態中，不僅測定多個UF膜模組的處理水，亦一併測定合流水或供水的水質。因此，例如藉由在先前利用一台在線微粒子監視器僅監視合流水的設備中採用本發明的結構，從而亦可利用一台在線微粒子監視器監視多個水處理機器的處理水，並且亦如先前般監視合流水。另外，藉由亦進行供水的監視，從而於微粒子數增加般的有事時，亦可即時確認供水的微粒子數的變化，故而可縮短鎖定微粒子數增加原因所需要的時間。

本發明的水質測定裝置中，於UF膜模組等水處理機器的個數為多數的情形時，有合流水的測定間隔變得過長的擔憂。於此種情形時，可設為增加合流水的測定次數的結構。例如，於將10台UF膜模組A～J並列設置，測定各模組的過濾水W1～W10與合流水WM的合計11種的水質的情形時，亦可於各過濾水W1～W10的測定之間分別插入合流水WM的測定。即，關於作為測定對象的水的順序，將W1→WM→W2→WM→W3→WM→…→W9→WM→W10→WM的順序設為一循環，反覆進行該些測定。

亦可將W1～W10的測定分為多個群，於各群之間插入WM的測定。例如，若為兩群的情形，則將W1→W2→W3→W4→W5→WM→W6→W7→W8→W9→W10→WM的順序設為一循環，反覆進行所述測定。

如此，亦可使一部分測定對象水的測定頻率較其他對象水更高。 [實施例]

[實施例1] 於包括並列設置的三台UF膜模組的超純水製造用子系統組入本發明裝置，測定UF膜模組供水、各UF膜模組過濾水及合流過濾水的微粒子數。

該子系統的總體結構如圖2般，為副槽→副泵→紫外線氧化器（UV）→[填充有陰離子交換樹脂的非再生式的離子交換裝置]→脫氣膜→[混合填充有陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂的非再生式的離子交換裝置]→UF膜模組（並列三台）→使用點的結構，UF膜處理水量為約20 m ³/h。

採水點設為各UF膜模組出口S1、S2、S3、使用點運送（UF膜處理水的合流水）S4及泵出口S5此五處。

作為水質測定系統的採水閥，使用空氣驅動方式的五連歧管型的分支閥（CKD公司製造的化學液用氣動閥（Air Operated Valve）GAMDZ3R-6UR-Z05W）。

如圖3中示意性表示，該氣動閥30設有五個流入口及兩個流出口。兩個流出口位於閥體的兩端側。各流入口分別經由開閉式的閥V1～閥V5而面向將兩個流出口連結的水路31。

利用管將各流入口與採水點S1～採水點S5連接。於水路31的其中一個流出口連接管32的頂端，於另一個流出口連接管33的頂端。將管32的後端連接於T字連接器34的第一流入口34a，將管33的後端連接於T字連接器34的第二流入口34b。於T字連接器的流出口34c，經由管35連接有在線微粒子計36。

藉由將氣動閥30、管32、管33及T字連接器34如所述般連接，從而構成包含氣動閥30內部的水路31、管32、T字連接器34及管33的環狀的流路。管32、管33的長度為300 mm，環狀流路的全長設為約800 mm。

作為在線微粒子計36，使用栗田工業製造的K-LAMIC-KS2。

於微粒子計36的出口側設置流量調整閥（弗洛厄爾（Flowell）公司製造，4601-F4P）37，以下述方式調整，即：以約1 L/min流動。

作為所述各管，使用聚四氟乙烯（Polyfluoroalkoxy，PFA）製且內徑4mm的管。作為連接器，使用弗洛厄爾公司（Flowell）製造的60系列（喇叭形接頭）。

對於氣動閥、PFA管、連接器，事先進行化學液清洗（將氫氧化膽鹼40mg/L溶液通液2小時）及淋洗（將超純水通液2小時）。

微粒子數的測定順序設為第一根UF膜處理水（S1）→第二根UF膜處理水（S2）→第三根UF膜處理水（S3）→使用點運送（S4）→副泵出口（S5）的順序，反覆測定。氣動閥30的閥V1～閥V5的切換設為2小時間隔，關於利用在線微粒子計36的微粒子數的測定，以20分鐘間隔連續反覆測定。

於切換間隔2小時（120分鐘）的期間中，獲取每隔20分鐘的微粒子數測定結果六個，將有切換時的發塵影響的一個結果（最大值的結果）廢棄，求出剩餘五個結果的平均值，作為對象水的微粒子數進行處理。

將測定結果示於圖5。以實線表示每隔20分鐘的微粒子數測定結果（＞0.05 μm微粒子數），以虛線表示自作為2小時的測定結果的20分鐘×6個結果廢棄最大值並求出平均值所得的結果。

如圖5般，於測定來自副泵出口的採水點S5的採水水質的8小時～10小時、18小時～20小時、28小時～30小時、38小時～40小時、48小時～50小時，反覆確認到微粒子數＞100個/mL。

另外，於測定各UF膜處理水S1～S3及使用點運送水S4的水質的時間，反覆確認到微粒子數＜10個/mL。

於氣動閥30的切換時機、與微粒子數測定的間隔微小地偏離的10小時～28小時的區間中，20分鐘測定兩次成為微粒子數變高的結果，最大值1點廢棄後的平均值有偏差，但於修正時機後的30小時以後，反覆確認到＜1個/mL的穩定結果。

由以上的結果可確認，根據本發明的水質測定裝置，即便於包含微粒子數相差100倍以上的採水點般的情形時，亦可不影響其他採水點的測定結果而以未達0.05μm的微粒子數＜1個/mL的水準進行監視。

[實施例2] 將20台UF膜模組並列設置，如圖4般將四台氣動閥（五連歧管型的切換閥）30串聯連接，以及在20個各UF膜模組的流出部設置採水點S1～採水點S20，並以將各UF膜模組的過濾水作為測定對象水的方式連接於四台氣動閥30，除此以外，利用與實施例1同樣的方法進行微粒子數的測定。

對S1～S20的過濾水依序進行微粒子數測定而設為一循環，進行6循環的微粒子數測定。將結果示於圖6。

柱形圖表示1～6循環的測定結果的平均值，誤差杠（error bar）的上端表示1～6循環的測定結果的最大值，下端表示最小值。

再者，各循環的測定結果是設為於作為採水點的切換間隔的2小時的期間中進行6次20分鐘的微粒子數測定並廢棄最大值後的平均值。

由以上的結果確認到，即便於採水點成為20點，各點的水質測定間隔成為38小時般的條件下，亦能以約0.2個/mL左右的偏差的範圍進行具有再現性的微粒子數測定。

1:配管 2:泵 3a、3b、3c:分支配管 4a、4b、4c:UF膜模組 5a、5b、5c:過濾水配管 6:合流配管 10～14:採水配管 10V～14V、V1～V5:閥 20:環狀流路 21:測定配管 22:水質測定器 23:排出配管 24、37:流量調整閥 30:氣動閥 31:水路 32、33、35:管 34:T字連接器 34a:第一流入口 34b:第二流入口 34c:流出口 36:在線微粒子計 S1～S20:採水點

圖1的（a）及圖1的（b）為包括實施形態的水質測定裝置的膜過濾系統的結構圖，圖1的（a）表示過濾部的結構，圖1的（b）表示水質測定部的結構。 圖2為子系統的結構圖。 圖3為實施形態的水質測定裝置的結構圖。 圖4為實施形態的水質測定裝置的結構圖。 圖5為表示實驗結果的圖表。 圖6為表示實驗結果的圖表。

10~14:採水配管

10V~14V:閥

20:環狀流路

21:測定配管

22:水質測定器

23:排出配管

24:流量調整閥

Claims (7)

1. 一種水質測定裝置，其特徵在於，將自多個採水點經由採水配管所採水的水質測定對象水導入至共同的水質測定器而測定水質，且所述水質測定裝置包括： 環狀流路，供各採水配管的下游端相連； 測定配管，將所述環狀流路與所述水質測定器連接；以及 採水閥，設於各採水配管。
2. 如請求項1所述的水質測定裝置，其中所述水質測定器為微粒子數測定器。
3. 如請求項1或請求項2所述的水質測定裝置，其中所述採水配管設有n個（n為2以上的整數），第一採水配管至第n採水配管的下游端依序與所述環狀流路相連， 自第一採水配管的與環狀流路的連接點至所述測定配管的連接點為止的距離、與自第n採水配管的與環狀流路的連接點至所述測定配管的連接點為止的距離大致相同。
4. 如請求項1至請求項3中任一項所述的水質測定裝置，其中設有供來自所述水質測定器的流出水流動的排出配管，於所述排出配管設有流量調整閥。
5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的水質測定裝置，包括：控制機構，以將所述採水閥按既定的順序打開既定時間的方式進行控制。
6. 一種膜過濾系統，包括： 並列設置的膜模組； 供給機構，經由共同的供水配管及自所述供水配管分支的分支配管向各膜模組供給被處理水；以及 合流配管，供各膜模組的處理水合流，並且， 所述膜過濾系統包括如請求項1至請求項5中任一項所述的水質測定裝置， 所述水質測定裝置是以至少將各膜模組的處理水作為測定對象的方式設置。
7. 如請求項6所述的膜過濾系統，其中所述水質測定裝置是以進而將於共同的所述供水配管中流動的被處理水、與於所述合流配管中流動的合流處理水作為測定對象的方式設置。

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