TWI414486B - Pure water manufacturing apparatus and pure water manufacturing method - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種適於組裝入超純水製造系統等的純水製造裝置，特別是有關於一種用於製造硼濃度低的純水的純水製造裝置。而且，本發明是有關於一種適於超純水製造系統等的純水製造方法，特別是有關於一種用於製造硼濃度低的純水的純水製造方法。
超純水製造系統通常是由前處理系統、一次純水系統、以及副系統所構成。前處理系統是由凝集過濾、MF膜(精密過濾膜)、UF膜(超過濾(ultrafiltration)過濾膜)等的除濁過濾裝置，活性碳等的除氯處理裝置所構成。
一次純水系統是由RO(逆滲透膜)裝置、除氣膜裝置、電去離子裝置等所構成，而幾乎將離子成分以及TOC成分去除。而且，副系統由UV裝置(紫外線氧化裝置)、非再生型離子交換裝置、UF裝置(超過濾過濾裝置)等所構成，以進行微量離子的去除，特別是進行低分子的微量有機物的去除、微粒子的去除。此副系統所做出的超純水一般是送水至使用點，剩餘的超純水則送回副系統的前段的槽。
然而，超純水的要求水質年年變得嚴苛，現在，在最先端的電子產業領域要求硼濃度在10 ppt以下的超純水。硼在超純水中幾乎是以硼酸離子存在，但是由於此硼酸離
子為弱離子而難以除去。此處為了製造硼濃度低的純水，提出了將RO裝置的供水設為pH 10以上，藉此提昇硼的去除率(請參照專利文獻1)。
而且，亦提出了使前處理後的處理水與硼選擇性離子交換樹脂接觸(請參照專利文獻2)，將原水以RO裝置等除鹽裝置除鹽之後，通入至硼吸附樹脂塔(請參照專利文獻3)。
而且，提出了一種超純水製造裝置，將原水通入至前處理裝置、2段RO裝置、電再生式除鹽裝置等所得的處理水，使其與硼選擇性離子交換樹脂接觸(請參照專利文獻4)。
【專利文獻1】特許第3321179號公報【專利文獻2】特許第3200301號公報【專利文獻3】特開平8－89956號公報【專利文獻4】特開平9－192661號公報
專利文獻1所記載的純水製造方法，為了將RO裝置的供水調整到pH 10以上而使用鹼，但是具有需要設置陰離子交換樹脂塔，除了藥品成本與裝置的負荷之外，還有無法連續運轉等問題。
而且，對比文件2~4所記載的純水製造方法，是藉由使處理水在硼選擇性離子交換樹脂或硼吸附樹脂中流通以
將硼去除，但是被處理水中的硼濃度高的話，具有硼吸附樹脂在短期間內失效，另一方面具有硼去除率降低的問題，其中此硼去除率是指使被處理水的硼濃度例如是10 ppb以下的低濃度。而且，由於具有從硼吸附樹脂中溶出TOC的疑慮，因此亦具有需要洗淨、調節硼吸附樹脂的問題。
而且，雖然考慮到利用電去離子裝置同時去除陰離子即硼酸離子，由於硼酸離子為弱離子，即使提高電去離子裝置的電流密度來進行運轉，亦難以將去除率達到90%以上。而且，即使組合RO裝置，硼去除率亦無法達到98%以上。
亦即是，近年來超純水的要求水質年年變得嚴苛，硼濃度為100 ppt以下，在最先端的電子產業領域硼濃度為10 ppt以下，視情況亦有要求僅1 ppt以下水質的情形，但是並沒有以簡單的構造而能夠達成此目的的純水製造裝置。為了在電去離子裝置中達成，電去離子裝置的硼去除率需要為99%以上，特別是99.5%以上。
有鑑於上述課題，本發明的目的在提供一種純水製造裝置，能夠有效率的製造硼濃度低的純水。而且，本發明的目的在提供一種純水製造方法，能夠有效率的製造硼濃度低的純水。
為了解決上述課題，第一，本發明為一種純水製造裝置，具有前處理裝置、將前述前處理裝置的處理水收容至
除鹽室而進行去離子處理的電去離子裝置，其特徵在於前述前處理裝置導入前述電去離子裝置的除鹽室的處理水的氯化物離子濃度為100 ppb以下(發明1)。
如依上述發明(發明1)，氯化物離子較硼容易進行此去除，導入電去離子裝置的處理水的氯化物離子濃度僅為100 ppb以下，電去離子裝置的硼去除率能夠大幅提昇為99%以上。
於上述發明(發明1)中，前述前處理裝置具備1或2個以上的RO膜裝置，導入前述電去離子裝置的除鹽室的處理水的碳酸濃度較佳為1 ppm以下(發明2)，於該發明(發明2)中，前述前處理裝置較佳更具備1或2個以上的離子交換樹脂塔(發明3)，於該發明(發明3)中，前述前處理裝置，其特徵在於前述前處理裝置較佳更具備除碳酸膜裝置、除碳酸塔或是真空除氣塔(發明4)。
如依上述發明(發明2~4)，能夠更進一步的降低導入電去離子裝置的除鹽室的處理水的氯化物離子濃度以及碳酸離子濃度，而能夠進一步的提昇電去離子裝置的硼去除率。
於上述發明(發明1~4)中，較佳是前述電去離子裝置的除鹽水的一部份，由與處理水向前述除鹽室的導入方向的相反方向導入前述電去離子裝置的濃縮室(發明5)。
如依上述發明(發明5)，藉由使水質良好的除鹽室的排出水(除鹽水)由除鹽室的出口側的方向向入口側的方向流通入濃縮室，由於能夠緩和除鹽室與濃縮室之間的
硼濃度的濃度梯度，能夠進一步的提昇電去離子裝置的硼去除率。
於上述發明(發明1~5)中，較佳是前述電去離子裝置設置為複數段串聯(發明6)。如依該發明(發明6)，由於硼去除率能夠高至99.99%，因此能夠供給硼離子濃度1 ppt以下的超純水。
第二，本發明提供一種純水的製造方法，將原水於前處理裝置進行處理，此處理水導入電去離子裝置的除鹽室以進行去離子處理，其特徵在於將前述前處理裝置的氯化物離子濃度為100 ppb以下的處理水，導入前述電去離子裝置的除鹽室(發明7)。
如依上述發明(發明7)，氯化物離子較硼容易進行此去除，導入電去離子裝置的處理水的氯化物離子濃度僅為100 ppb以下，電去離子裝置的硼去除率能夠大幅提昇為99%以上。
於上述發明(發明7)中，較佳是前述電去離子裝置的除鹽水的一部份，由與處理水向前述除鹽室的導入方向的相反方向導入前述電去離子裝置的濃縮室(發明8)。
如依上述發明(發明8)，藉由使水質良好的除鹽室的排出水(除鹽水)由除鹽室的出口側的方向向入口側的方向流通入濃縮室，由於能夠緩和除鹽室與濃縮室之間的硼濃度的濃度梯度，能夠進一步的提昇電去離子裝置的硼去除率。
於上述發明(發明7、8)中，較佳是前述電去離子裝
置設置為複數段串聯(發明9)。如依該發明(發明9)，由於硼去除率能夠高至99.99%，因此能夠供給硼離子濃度1 ppt以下的超純水。
於上述發明(發明9)中，較佳為前述複數段電去離子裝置的最後段的電去離子裝置的濃縮水，與前述處理水一同導入第1段的電去離子裝置的除鹽室(發明10)。
如依上述發明(發明10)，由於最後的電去離子裝置的濃縮水，不僅是硼濃度較前處理裝置處理後的處理水低，氯化物離子的濃度亦大幅的較前處理裝置處理後的處理水低，因此藉由將此濃縮水導入第1段的電去離子裝置的除鹽室，能夠在維持裝置的基本構成的情況下進一步的改善來自第1段的電去離子裝置的除鹽室的處理水的硼濃度。
如依本發明的純水製造裝置，氯化物離子較硼容易進行此去除，導入電去離子裝置的處理水的氯化物離子濃度僅為100 ppb以下，電去離子裝置的硼去除率能夠大幅提昇為99%以上。如依本發明，由能夠利用電去離子裝置大幅的去除硼，不僅能夠連續運轉，由於不使用鹼等藥品因此環境負荷減少，並能夠對應廣範圍的供水(原水)的硼濃度。而且，由於不會產生如同硼吸附樹脂等的失效，能夠持續在數年間安定的供給硼濃度低的純水。而且，藉由將電去離子裝置設置為複數段串聯，將能夠供應硼離子濃度為1 ppt以下的超純水。
以下基於圖式詳細說明本發明的純水製造裝置的第一實施型態。
圖1所示為本實施型態的純水製造裝置的流程圖，圖2所繪示為本實施型態的電去離子裝置的概略構成圖。
如圖1所示，超純水製造裝置由活性碳裝置1、加熱器2、膜式過濾裝置3、原水槽4、前處理裝置5、電去離子裝置6、一次純水的副槽7所構成。然後，於本實施型態中，前處理裝置5是由第1逆滲透膜(RO)裝置8、第2逆滲透膜(RO)裝置9、除碳酸膜裝置10所構成。此前處理裝置5因應原水W0的水質，設計為使氯化物離子濃度為100 ppb以下的處理水W1導入電去離子裝置6的除鹽室。
於上述的超純水製造裝置中，電去離子裝置6如圖2所示的具備除鹽室11以及濃縮室12，於除鹽室11連接有前處理裝置5的處理水W1的流路R1，另一方面在除鹽室11的出口側則成為除鹽水W2的流路R2。由此流路R2分歧出分歧流路R3，除鹽室11的除鹽水W2的一部份，由除鹽室11的出口側向入口側方向導入濃縮室12，亦即是構成為從與除鹽室11的處理水W1的流通方向的相反方向導入濃縮室12而排出濃縮水W3。
對於具有此種構成的超純水製造裝置，說明其作用。
首先，原水W0於活性碳裝置1去除有機物後，於加熱器2加熱至預定的溫度之後，以膜式過濾裝置3去除固體
微粒子而暫時儲存於原水槽4。接著，此原水W0以前處理裝置5進行處理。
此前處理裝置5藉由第1逆滲透膜(RO)裝置8、第2逆滲透膜(RO)裝置9而去除強離子性的雜質，進一步利用除碳酸裝置10去除碳酸離子(CO2
)。
此前處理裝置5設計為處理水W1中的氯化物離子濃度為100 ppb以下、較佳為50 ppb以下、特佳為30 ppb以下。處理水W1中的氯化物離子濃度超過100 ppb的話，後續的電去離子裝置6的硼去除率無法達到99%以上。
而且，處理水W1中的CO2
濃度較佳為1 ppm以下。處理水中W1中的CO2
濃度超過1 ppm的話，硼的去除率具有不滿99%、視情況降低至不滿90%的疑慮。
然後，此處理水W1以電去離子裝置6進行處理。此電去離子裝置6較佳是以300 mA/dm2
以上進行運轉。藉由使用此電流密度進行運轉，即使不依靠電去離子裝置的性能，亦能夠得到先前的電去離子裝置所無法達成的99%以上，特別是99.5%以上的硼去除率。
如依此種的本實施型態的純水製造裝置，如果處理水W1的硼濃度為10 ppb以下的話，能夠確實的得到硼濃度為100 ppt以下的除鹽水W2。而且，本實施型態的純水製造裝置的硼去除率為99.5%的話，處理水W1的硼濃度為20 ppb可得到硼濃度為100 ppt以下的除鹽水W2，再者，硼去除率為99.8%的話，處理水W1的硼濃度為50 ppb可得到硼濃度為100 ppt以下的除鹽水W2。而且，由於能夠以
電去離子裝置6充分的去除硼，不僅能夠連續運轉，由於不使用鹼等藥品而對環境負荷少。而且，能夠廣範圍的對應給水(原水)的硼濃度，尚且，不會產生如同硼吸附樹脂等的失效，而能夠在數年間安定的供給硼濃度低的純水。
其次，基於圖3說明本發明的純水製造裝置的第二實施型態。
圖3所示為第二實施型態的純水製造裝置的流程圖。
第二實施型態的純水製造裝置，除了第一實施型態中的電去離子裝置變更為第1電去離子裝置6A以及第2電去離子裝置6B兩段串聯設置，且第2電去離子裝置6B的濃縮水W3送回至第1電去離子裝置6A的前段所設置的處理水槽T之外，其他的構成與第一實施型態相同。
對於具有此種構成的超純水製造裝置，說明其作用。
首先，原水W0於活性碳裝置1去除有機物後，於加熱器2加熱至預定的溫度之後，以膜式過濾裝置3去除固體微粒子而暫時儲存於原水槽4。接著，此原水W0以前處理裝置5進行處理。
此前處理裝置5藉由第1逆滲透膜(RO)裝置8、第2逆滲透膜(RO)裝置9而去除強離子性的雜質，進一步利用除碳酸裝置10去除碳酸離子(CO2
)。
此前處理裝置5設計為處理水W1中的氯化物離子濃度為100 ppb以下、較佳為50 ppb以下、特佳為30 ppb以下。處理水W1中的氯化物離子濃度超過100 ppb的話，後
續的電去離子裝置6A的硼去除率無法達到99%以上。
然後，此處理水W1以第1電去離子裝置6A以及第2電去離子裝置6B連續的進行處理，並將濃縮水W3送回至第1電去離子裝置6A的前段所設置的處理水槽T。
此電去離子裝置6A、6B較佳是以300 mA/dm2
以上進行運轉。電流密度未滿300 mA/dm2
的話，硼去除率無法達到99%而較為不佳。具體而言，於第1電去離子裝置6A去除了99%以上的硼，並於第2電去離子裝置6B更進一步去除99%以上的硼。
特別是，於本實施型態中第2電去離子裝置6B的濃縮水W3送回至第1電去離子裝置6A的前段所設置的處理水槽T，由於此濃縮水W3的硼濃度較處理水W1低，隨著時間的經過在處理水槽T的氯化物離子濃度以及硼濃度將會比處理水W1更為降低，因此能夠得到硼濃度1 ppt以下的超純水。
以上是基於圖式說明本實施型態的純水製造系統，但是本發明並不限定上述實施型態，而能夠進行種種的變更。
例如是，前處理裝置5可因應原水W0的水質而進行種種的設定，以能夠將氯化物離子100 ppb以下的處理水W1供應至電去離子裝置6，並得到所希望硼濃度的純水。
具體而言，前處理裝置5可以為：(1)RO裝置＋除碳酸膜裝置(2)第1RO裝置＋第2RO裝置＋除碳酸膜裝置(3)離子交換樹脂裝置(2B3T)＋RO裝置＋除碳酸膜
裝置
(4)離子交換樹脂裝置(4B5T)＋RO裝置＋除碳酸膜裝置等而構成。
而且，電去離子裝置6可以設置為1段，亦可以設置為串聯2段或3段以上，在設置3段以上的情形，亦可以使最終段的電去離子裝置6的濃縮水W3與第1段的電去離子裝置的處理水W1合流。
而且電去離子裝置6並沒有特別的限制，亦可以使用在除鹽室11中設置有垂直側面不透水但斜面透水的六角形部件的電去離子裝置。
以下例舉實施例以及比較例以更具體的說明本發明。
尚且，本實施例以及比較例使用下述實驗裝置。
．電去離子裝置(栗田工業社製，製品名：KCDI－UPz－150H，處理水量：150 m3
/hr)
．逆滲透膜裝置(日東電工社製，製品名：ES－20)
．除碳酸膜裝置(Liqui－Cel社，製品名：X－50)
如圖1以及圖2所示，前處理裝置5由第1逆滲透膜(RO)裝置8、第2逆滲透膜(RO)裝置9、除碳酸膜裝置10所構成，並配置1段的電去離子裝置6以製造出純水製造裝置。
藉由此純水製造裝置來處理硼濃度為25 ppb、氯化物
離子濃度為11000 ppb、CO2
濃度為8 ppm的原水W0，而前處理裝置5所得的處理水W1的硼濃度為25 ppb、氯化物離子濃度為10 ppb、CO2
濃度為1 ppm以下。
然後，將此處理水W1以電去離子裝置6處理的結果，得到硼濃度為50 ppt、氯化物離子濃度為0.5 ppb以下、CO2
濃度為0.01 ppm以下的除鹽水W2。此時，電去離子裝置6的硼去除率為99.8%。
如圖4所示，除了將實施例1中的逆滲透膜(RO)裝置變更為以1段構成之外，以與實施例1同樣的裝置構成以製造純水製造裝置。
以此純水製造裝置處理與實施例1相同的原水W0，前處理裝置5所得的處理水W1的硼濃度為25 ppb、氯化物離子濃度為150 ppb、CO2
濃度為1 ppm以下。
然後，將此處理水W1以電去離子裝置6處理的結果，得到硼濃度為500 ppt、氯化物離子濃度為0.5 ppb以下、CO2
濃度為0.01 ppm以下的除鹽水W2。此時，電去離子裝置6的硼去除率為98%。
除了在實施例1的處理水W1中添加氯化鈉，以使前處理裝置5的處理水W1的氯化物離子濃度成為150 ppb以外，進行同樣的處理，得到硼濃度為400 ppt、氯化物離子濃度為0.5 ppb以下、CO2
濃度為0.01 ppm以下的除鹽水W2。此時，電去離子裝置6的硼去除率為98.4%。
如圖3所示，前處理裝置5由第1逆滲透膜(RO)裝置8、第2逆滲透膜(RO)裝置9、除碳酸膜裝置10所構成，並串聯配置2段的電去離子裝置6A、6B且構成為第2電去離子裝置6B的濃縮水W3送回至第1電去離子裝置6A的前段所設置的處理水槽T，藉此製造出純水製造裝置。
藉由此純水製造裝置來處理硼濃度為25 ppb、氯化物離子濃度為11000 ppb、CO2
濃度為8 ppm的原水W0，而前處理裝置5所得的處理水W1的硼濃度為25 ppb、氯化物離子濃度為30 ppb、CO2
濃度為1 ppm以下。
然後，將此處理水W1以電去離子裝置6A、6B連續處理的結果，經過15小時後，處理水槽T的處理水的硼濃度為20 ppb、氯化物離子濃度為24 ppb、CO2
濃度為0.6 ppm，第1段的電去離子裝置6A的除鹽水的硼濃度為40 ppt、氯化物離子濃度為0.5 ppb以下、CO2
濃度為0.01 ppm以下，電去離子裝置6A的硼去除率為99.8%。而且，第2段的電去離子裝置6B的除鹽水的硼濃度為0.4 ppt、氯化物離子濃度為0.5 ppb以下、CO2
濃度為0.01 ppm以下，電去離子裝置6B的硼去除率為99%。
除了在實施例2的處理水槽T中添加氯化鈉，以使電去離子裝置6的處理水W1的氯化物離子濃度成為150 ppb以外，進行同樣的處理，第1電去離子裝置6A的除鹽水的硼濃度為400 ppt、氯化物離子濃度為0.5 ppb以下、CO2
濃度為0.01 ppm以下，第1電去離子裝置6A的硼去除率為98%。而且，第2電去離子裝置6B的除鹽水的硼濃度為2 ppt、氯化物離子濃度為0.5 ppb以下、CO2
濃度為0.01 ppm以下，第2電去離子裝置6B的硼去除率為99.5%。
1‧‧‧活性碳裝置
2‧‧‧加熱器
3‧‧‧膜式過濾裝置
4‧‧‧原水槽
5‧‧‧前處理裝置
6‧‧‧電去離子裝置
6A‧‧‧第1電去離子裝置
6B‧‧‧第2電去離子裝置
7‧‧‧一次純水的副槽
8‧‧‧第1逆滲透膜(RO)裝置(前處理裝置)
9‧‧‧第2逆滲透膜(RO)裝置(前處理裝置)
10‧‧‧除碳酸膜裝置(前處理裝置)
11‧‧‧除鹽室
12‧‧‧濃縮室
R1‧‧‧流路
R2‧‧‧流路
R3‧‧‧分歧流路
W0‧‧‧原水
W1‧‧‧處理水
W2‧‧‧除鹽水
W3‧‧‧濃縮水
T‧‧‧處理水槽
圖1所繪示為本發明第一實施型態的純水製造裝置的流程圖。
圖2所繪示為前述實施型態的電去離子裝置的除鹽室以及濃縮室的概略構成圖。
圖3所繪示為本發明第二實施型態的純水製造裝置的流程圖。
圖4所繪示為比較例1的純水製造裝置的流程圖。
1‧‧‧活性碳裝置
2‧‧‧加熱器
3‧‧‧膜式過濾裝置
4‧‧‧原水槽
5‧‧‧前處理裝置
6‧‧‧電去離子裝置
7‧‧‧一次純水的副槽
8‧‧‧第1逆滲透膜(RO)裝置(前處理裝置)
9‧‧‧第2逆滲透膜(RO)裝置(前處理裝置)
10‧‧‧除碳酸膜裝置(前處理裝置)
W0‧‧‧原水
W1‧‧‧處理水
W2‧‧‧除鹽水
Claims (10)
- 一種純水製造裝置，具有前處理裝置、將前述前處理裝置的處理水收容至除鹽室而進行去離子處理的電去離子裝置，其特徵在於：前述前處理裝置導入前述電去離子裝置的除鹽室的處理水的氯化物離子濃度為100 ppb以下。
- 如申請專利範圍第1項所述的純水處理裝置，其中前述前處理裝置具備1或2個以上的RO膜裝置，導入前述電去離子裝置的除鹽室的處理水的碳酸濃度為1 ppm以下。
- 如申請專利範圍第2項所述的純水處理裝置，其中前述前處理裝置更具備1或2個以上的離子交換樹脂塔。
- 如申請專利範圍第3項所述的純水處理裝置，其中前述前處理裝置更具備除碳酸膜裝置、除碳酸塔或是真空除氣塔。
- 如申請專利範圍第1項所述的純水處理裝置，其中前述電去離子裝置的除鹽水的一部份，由與前述處理水向前述除鹽室的導入方向的相反方向導入前述電去離子裝置的濃縮室。
- 如申請專利範圍第1項所述的純水處理裝置，其中前述電去離子裝置設置為複數段串聯。
- 一種純水製造方法，將原水於前處理裝置進行處理，此處理水導入電去離子裝置的除鹽室以進行去離子處理， 其特徵在於：將前述前處理裝置的氯化物離子濃度為100 ppb以下的處理水，導入前述電去離子裝置的除鹽室。
- 如申請專利範圍第7項所述的純水製造方法，其中前述電去離子裝置的除鹽水的一部份，由與前述處理水向前述除鹽室的導入方向的相反方向導入前述電去離子裝置的濃縮室。
- 如申請專利範圍第7或8項所述的純水製造方法，其中前述電去離子裝置設置為複數段串聯。
- 如申請專利範圍第9項所述的純水製造方法，其中前述複數段電去離子裝置的最後段的電去離子裝置的濃縮水，與前述處理水一同導入第1段的電去離子裝置的除鹽室。
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