TW202313486A

TW202313486A - 純水製造用原水的處理方法

Info

Publication number: TW202313486A
Application number: TW111124809A
Authority: TW
Inventors: 大場彰
Original assignee: 日商栗田工業股份有限公司
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2023-04-01
Also published as: WO2023047732A1; JP2023045790A

Abstract

本發明提供一種純水製造用原水的處理方法，即使不使用凝聚劑或pH值調整劑等藥劑，或減少使用量，亦可充分除去腐蝕類有機物，降低對離子交換樹脂的不良影響。一種純水製造用原水的處理方法，對包含腐蝕類有機物的原水進行處理而製造純水，所述純水製造用原水的處理方法的特徵在於，在對包含腐蝕類有機物的原水進行臭氧氧化處理後，進行離子交換處理。較佳為在臭氧氧化處理後進行還原處理，然後進行所述離子交換處理。臭氧的添加量較佳為相對於原水中的TOC 1 mg/L為1 mg/L～10 mg/L左右。

Description

純水製造用原水的處理方法

本發明是有關於一種純水製造用原水的處理方法，且特別是有關於一種包含腐蝕類有機物的純水製造用原水的處理方法。

半導體、電子材料洗淨用的超純水製造裝置通常由前處理系統、一次純水系統、子系統等構成。各系統分別由除去濁質、鹽類、總有機碳（Total Organic Carbon，TOC）等各種雜質的裝置組成。

圖2是表示超純水製造裝置的一例的流程圖。如圖所示，超純水是藉由以下方式而製造：利用包括前處理裝置10、一次純水製造裝置11、二次純水製造裝置（子系統）12的超純水製造設備對原水（工業用水、城市用水、井水等）進行處理。

包括凝集、加壓上浮（或沈澱）、過濾（例如膜過濾）的裝置等的前處理裝置10進行原水中的懸浮物質或膠體物質的除去。另外，在所述過程中亦能夠除去高分子系有機物、疏水性有機物等。

在具備逆滲透膜分離裝置、脫氣裝置及離子交換裝置（混床式或四床五塔式等）的一次純水製造裝置11中，進行原水中的離子或有機成分的除去。再者，在逆滲透膜分離裝置中，在除去鹽類的同時除去離子性、膠體性的TOC。在離子交換裝置中，在除去鹽類的同時，進行藉由離子交換樹脂而受到吸附或離子交換的TOC成分的除去。在脫氣裝置中，進行無機系碳（Inorganic Carbon，IC）、溶解氧的除去。

來自一次純水製造裝置11的一次純水在子系統12中，藉由泵15自罐14通入至熱交換器16，繼而在紫外線（ultraviolet，UV）照射裝置（圖2中為低壓UV氧化裝置）17、離子交換裝置18及超濾（ultrafiltration，UF）膜分離裝置19中加以處理，而製造出超純水。在低壓UV氧化裝置17中，藉由UV燈所照射的185 nm的UV將TOC分解成有機酸，甚至是CO ₂。藉由分解而生成的有機物及CO ₂被後段的離子交換裝置（通常為混床式離子交換裝置）18除去。在UF膜分離裝置19中，微粒子被除去，自離子交換裝置18流出的離子交換樹脂的碎片等亦被除去。

以所述方式獲得的超純水自配管20被輸送至使用點21，而剩餘的超純水自配管22返回至罐14。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2019-107631號公報

[發明所欲解決之課題] 在對地下水、城市用水等包含腐植酸（humic acid）、富里酸（fulvic acid）等腐蝕類有機物的原水進行處理來製造純水的情況下，需要利用凝集固液分離來充分除去腐蝕類有機物。

即，在藉由離子交換來製造純水的製程中，在原水中包含腐植酸、富里酸等腐蝕類有機物的情況下，由於腐蝕類有機物所引起的污染，離子交換樹脂的交換容量降低。因此，以往，作為如上所述的將原水通入至離子交換樹脂的前處理，藉由使用相對於TOC濃度為數十倍以上的凝集劑進行凝集及固液分離（加壓上浮或過濾），來除去腐蝕類有機物。再者，腐植酸、富里酸等腐蝕類有機物其自身亦成為使凝集效果降低的因素。

藉由凝集處理而產生的絮凝物藉由加壓上浮或過濾器等固液分離裝置而除去。在所述固液分離中產生的浮渣（scum）或污泥作為工業廢棄物來處置的情況下，產生處置成本。

另外，關於凝集pH值，多在酸性側進行，在原水的緩衝作用大的情況下，酸性藥品的消耗量亦增多。

本發明的課題在於提供一種純水製造用原水的處理方法，即使不使用凝集劑或pH值調整劑等藥劑，或減少使用量，亦可充分除去腐蝕類有機物，降低對離子交換樹脂的不良影響。 [解決課題之手段]

本發明的純水製造用原水的處理方法對包含腐蝕類有機物的原水進行處理來製造純水，所述純水製造用原水的處理方法的特徵在於，對包含腐蝕類有機物的原水進行臭氧氧化處理後，進行離子交換處理。

在本發明的一形態中，在所述臭氧氧化處理後進行還原處理，然後進行所述離子交換處理。

在本發明的一形態中，在進行所述臭氧氧化處理時，添加相對於原水中的TOC 1 mg/L為1 mg/L～10 mg/L的臭氧。 [發明的效果]

根據本發明，由於腐植酸、富里酸等腐蝕類有機物被臭氧氧化分解，因此離子交換樹脂的污染降低。

在本發明的一形態中，藉由在臭氧處理後段進行還原處理（向活性炭塔通水或注入亞硫酸氫鈉等），來防止氧化劑流入離子交換樹脂。

以下，參照圖1對實施方式進行說明。

包含腐植酸或富里酸等腐蝕類有機物的原水在臭氧氧化步驟1中藉由添加臭氧進行腐蝕類有機物的分解處理後，在還原處理步驟2中進行殘留的臭氧的還原處理，繼而在離子交換步驟3中進行離子交換處理。

作為原水，可例示包含腐蝕類有機物的地下水、城市用水、河川水、工業用水、工廠排水等，但並不限定於此。作為原水中的腐蝕類有機物，可例示腐植酸或富里酸等，但並不限定於此。原水的TOC濃度為0.5 mg/L～3 mg/L，特別為0.8 mg/L～1.5 mg/L左右，但可較其少，並且亦可較其多。

再者，根據需要，亦可在對原水進行凝集及固液分離處理後，送至臭氧氧化步驟1。

臭氧氧化步驟1中的臭氧添加較佳為以如下方式進行，即，以相對於原水中的TOC 1 mg/L為1 mg/L～10 mg/L，特別是2 mg/L～6 mg/L左右的比例添加臭氧。

在臭氧氧化步驟中，利用臭氧添加部件等添加臭氧，所述臭氧添加部件構成為利用下降流將原水通入反應槽內，利用散氣噴嘴將含臭氧的氣體吹入至所述反應槽的下部。反應槽內的滯留時間為1 min～10 min，特佳為3 min～7 min左右。其中，臭氧添加部件不限定於此。含臭氧的氣體較佳為藉由向臭氧發生器通入空氣而生成。

藉由所述臭氧氧化處理，腐蝕類有機物被低分子化，但不需要氧化至CO ₂。

臭氧氧化處理水中殘留有臭氧，因此較佳為在還原處理步驟2中對臭氧進行還原處理。所述還原處理藉由向活性炭塔通水、或添加亞硫酸氫鈉等還原劑等來進行。

如此，對腐蝕類有機物進行臭氧氧化處理，然後根據需要進行還原處理後，在離子交換步驟3中進行離子交換處理，藉此製造純水。

離子交換步驟較佳為藉由將被處理水通入至離子交換設備來進行。作為離子交換設備，可使用混床式離子交換塔、兩床三塔式離子交換裝置、三床四塔式離子交換裝置、四床五塔式離子交換裝置等。作為通水方式，可使用上向流式、下向流式的任一種。作為再生方式，可使用並流再生式、逆流再生式中的任一種。

根據所述本發明的純水製造用原水的處理方法，藉由利用臭氧對原水中所含的來自腐蝕類有機物的TOC成分進行氧化分解，可降低對離子交換樹脂的不良影響。由於無需將來自腐蝕類有機物的TOC氧化分解至CO ₂，因此注入量即使是相對於TOC 1 mg/L左右為幾mg/L as O ₃左右亦有效果。

另外，根據本發明的純水製造用原水的處理方法，與先前方法相比，不需要添加或少量添加pH值調整劑或凝集劑，能夠降低藥品成本。另外，與先前方法相比，污泥的產生量少，污泥處理成本降低。 [實施例]

為了確認臭氧對腐蝕類有機物的分解效果，進行以下試驗。

[試驗方法] 藉由自散氣噴嘴進行散氣，向下述水質的井水添加藉由將空氣通入至臭氧發生器而生成的、臭氧濃度為4.5 vol%的含臭氧的氣體。使臭氧注入量變化為0 mg/L、1 mg/L、3 mg/L、5 mg/L、7 mg/L而進行氧化反應，利用0.45 μm的膜濾器對所述處理水進行過濾，藉由三維激發螢光分光法（excitation emission matrix，EEM）對處理水進行分析。對EEM中的分析結果進行平行因子分析（parallel factor analysis，PARAFAC）解析（EEM-PARAFAC解析），將TOC成分對離子交換樹脂造成不良影響的程度數值化。＜井水的水質＞ pH：7.5 導電率：30 mS/m 濁度：4度色度：60度懸浮固體（suspended solid，SS）：3 mg/L M鹼度：130 mg/L as CaCO ₃總硬度：60 mg/L 鈉濃度：30 mg/L TOC：1.5 mg/L UV260：1.3（-logT）

＜TOC成分對離子交換樹脂造成不良影響的程度的測定及指數值化＞以如下方式測定TOC成分對離子交換樹脂造成的不良影響度並進行指數值化。即，對基於給離子交換樹脂造成不良影響的螢光性溶解有機物的種類的峰出現位置進行定義，將測量而獲得的峰按各成分分離解析。結果如下。

＜不良影響度指數值＞原水（無臭氧處理）：577 注入臭氧1 mg/L時：171 注入臭氧3 mg/L時：52 注入臭氧5 mg/L時：31 注入臭氧7 mg/L時：31

[考察] 隨著臭氧的添加量增加，腐蝕物質對樹脂的不良影響度的指數降低。此次的原水的TOC濃度約為1.5 mg/L，可知藉由添加約5 ppm左右的臭氧，樹脂的不良影響度充分降低。

利用特定的形態對本揭示了進行詳細說明，但所屬技術領域具有通常知識者當知，在不脫離本揭示的意圖及範圍的情況下能夠進行各種變更。本申請案是基於2021年9月22日提出申請的日本專利申請案2021-154361，藉由引用而援引其全文。

1:臭氧氧化步驟 2:還原處理步驟 3:離子交換步驟 10:前處理裝置 11:一次純水製造裝置 12:子系統 14:罐 15:泵 16:熱交換器 17:低壓UV氧化裝置 18:離子交換裝置 19:UF膜分離裝置 20、22:配管 21:使用點

圖1是實施方式的純水製造用原水的處理方法的流程圖。圖2是表示超純水製造系統的一例的流程圖。

1:臭氧氧化步驟

2:還原處理步驟

3:離子交換步驟

Claims

一種純水製造用原水的處理方法，其特徵在於對包含腐蝕類有機物的原水進行處理來製造純水，所述純水製造用原水的處理方法在對包含腐蝕類有機物的原水進行臭氧氧化處理後，進行離子交換處理。
如請求項1所述的純水製造用原水的處理方法，其中在所述臭氧氧化處理後進行還原處理，然後進行所述離子交換處理。
如請求項1或請求項2所述的純水製造用原水的處理方法，其中在進行所述臭氧氧化處理時，添加相對於原水中的總有機碳1 mg/L為1 mg/L～10 mg/L的臭氧。