TWI592207B

TWI592207B - Ultrapure water manufacturing equipment

Info

Publication number: TWI592207B
Application number: TW101126270A
Authority: TW
Inventors: Nozomu Ikuno
Original assignee: Kurita Water Ind Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2017-07-21
Also published as: TW201404455A

Description

超純水製造裝置

本發明係關於超純水製造裝置，特別是關於具備具有逆滲透膜分離裝置(RO裝置)的一次純水系統之超純水製造裝置。

以往以來，被使用來作為半導體洗淨用水的超純水係藉由如圖2所示以前處理系統1’、一次純水系統2’、輔助系統(二次純水系統)3’所構成之超純水製造裝置，將原水(工業用水、自來水、井水、自半導體工廠所排出的使用過之超純水(以下稱為「回收水」))等進行處理來製造的。在圖2中，各系統的作用如下所述。

在由凝聚、加壓浮起(沈澱)、過濾(膜過濾)裝置等所構成之前處理系統1’，進行原水中的懸浮物質、膠體物質等的除去。在此過程中，亦可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(Reverse Osmosis,RO)裝置、脫氣裝置及離子交換裝置(混床式或4床5塔式等)之一次純水系統2’，進行原水中的離子、有機成分等的除去。再者，在逆滲透膜分離裝置，除去鹽類，並且除去離子性、膠體性之TOC(Total Organic Carbon)。在離子交換裝置，除去鹽類，並且除去藉由離子交換樹脂所吸附或離子交換之TOC成分。在脫氣裝置，除去無機系碳(Inorganic Carbon,IC)、溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)。

在具備低壓紫外線氧化裝置、離子交換純水裝置及超過濾膜分離裝置之輔助系統3’，將在一次純水系統2’所獲得的純水之純度更進一步提高作成為超純水。在低壓紫外線氧化裝置，藉由從低壓紫外線燈所射出的波長185nm的紫外線，將TOC分解成有機酸進而分解成CO₂。藉由分解所產生之有機物及CO₂，以後段的離子交換樹脂予以除去。在超過濾膜分離裝置，除去微粒子，並除去離子交換樹脂之流出粒子。

在圖2中，一次純水系統的逆滲透膜分離裝置係配置於前段側與最後段部，但，亦有呈串聯方式設置成2段。在圖2中，前處理系統僅設有1系統，但，亦有並列設置用來處理自來水、工業用水之前處理系統與處理半導體製造製程排廢水等的稀薄系排廢水之稀薄系排廢水回收系統之情況。

專利文獻1：日本專利第3468784號公報

以往，在超純水製造系統的一次純水或排廢水回收系統，依據減低有機物濃度的目的，主要採用將RO分離裝置以串聯方式進行2段通水之2段RO方式。由於成為處理對象之原水係工業用水、自來水、井水或鹽類負荷低之稀薄系排廢水，故，一般使用標準運轉壓力0.75MPa、純水通量25m³/m²˙D/支(8英吋)以上之超低壓RO膜、或標準運轉壓力1.47MPa、純水通量25m³/m²‧D/支(8英吋)以上之低壓RO膜。

但，如此當將逆滲透膜分離裝置設置成2段時，設置空間增大，並且裝置運轉管理也繁雜。亦即，在半導體製造工廠的超純水製造設備，依據規模，會有作為一次純水系統的第1段之逆滲透膜分離裝置，並列設置例如4至40個，而在第2段，也並列設置於與該第1段相同程度的逆滲透膜分離裝置，逆滲透膜分離裝置之設置數量極多，造成逆滲透膜分離裝置的設備成本及管理成本變高，並且設置面積也大。

本發明係為了解決上述以往的問題而開發完成的發明，其目的在於提供逆滲透膜分離裝置的設置數量少之超純水製造裝置。

本發明之超純水製造裝置，係具備一次純水系統、和處理該一次純水系統的處理水之輔助系統，至少在該一次純水系統設有逆滲透膜分離裝置。設在該一次純水系統之逆滲透膜分離裝置為高壓型逆滲透膜分離裝置，且以單段方式設置著。

前述高壓型逆滲透膜分離裝置係具有標準運轉壓力5.52MPa以上、標準運轉壓力之純水通量0.5m³/m²‧D以上、NaCl除去率99.5%(NaCl 32000mg/L)以上的特性為佳。

本發明裝置，亦可進一步具有處理原水之前處理系統，以前述一次純水系統及輔助系統依次處理該前處理系統的處理水。朝前述高壓型逆滲透膜分離裝置之給水的TDS(總溶解固體)亦可為1500mg/L以下。

前述高壓型逆滲透膜分離裝置的膜面有效壓力係1.5至3MPa為佳。

高壓型逆滲透膜分離裝置，以往以來被使用於海水淡水化設備，為了將鹽份度高的海水進行逆滲透膜處理，而將膜面有效壓力(1次側壓力與2次側壓力之差)作為5.52MPa左右的高壓來使用。

在本發明中，將此高壓型逆滲透膜分離裝置以單段(1段)的方式設置在超純水製造裝置之一次純水系統。一般，海水淡水化逆滲透膜，其有助於脫鹽、有機物除去等之表皮層的分子構造緊緻，故，有機物除去率高。在海水淡水化，由於原水的鹽類濃度高，伴隨此，滲透壓變高，故，為了確保滲透水量，故，膜面有效壓力成為5.5MPa以上。另外，電子產業領域之適用於一般RO膜之原水的鹽類濃度低，TDS(總溶解固體)為1500mg/L以下。在這樣的原水，滲透壓低，以膜面壓力僅2~3MPa左右即可獲得充分的滲透水量，且如上述般，滲透水的水質比起以往的逆滲透膜(超低壓RO膜、低壓RO膜)，大幅提昇。

如此，藉由在一次純水系統以單對方式設置高壓型逆滲透膜分離裝置，逆滲透膜分離裝置的設置數量比起以往的2段式設置之情況成為一半的數量，藉此使得逆滲透膜分離裝置的設置空間減半，並且設備成本、運轉管理成本也大致減半。

以下，詳細地說明本發明的超純水製造裝置之實施形態。

在本發明，如圖1所示，當理想為以前處理系統1、一次純水系統2、輔助系統3依次處理原水來製造超純水時，在一次純水系統2，以單段方式設置作為逆滲透膜分離裝置(RO裝置)之高壓型逆滲透膜分離裝置。

以往，高壓型逆滲透膜分離裝置為使用於海水淡水化之逆滲透膜分離裝置，具有標準運轉壓力5.52MPa以上，在標準運轉壓力，具有純水通量0.5m³/m²‧D以上、NaCl除去率99.5%(NaCl 32000mg/L)以上的特性。此NaCl除去率為對NaCl濃度32000mg/L的NaCl水溶液在25℃之除去率。在逆滲透膜的目錄(包含技術資料)，由膜廠商進行規格顯示，能夠以目錄值判別為高壓型、低壓型還是超低壓型。

此高壓型逆滲透膜，比起以往使用於超純水製造裝置的一次純水系統之低壓或超低壓逆滲透膜，膜表面的表皮層緊緻。因此，高壓型逆滲透膜比起低壓型或超低壓型逆滲透膜，雖每單位操作壓力的膜滲透水量低，但，有機物除去率極高。在將TDS(總溶解固體)1500mg/L以下的鹽類濃度之給水進行逆滲透膜處理之情況，在回收率90%時的運轉條件下施加於逆滲透膜之滲透壓最大為1.0MPa左右。因此，在對TDS1500mg/L以下的給水的處理，採用高壓型逆滲透膜分離裝置之情況，理想為以1.5至3MPa、更理想為2至3MPa左右的膜面有效壓力(1次側壓力與2次側壓力之差)，可確保與低壓型或超低壓型逆滲透膜相同程度的水量。其結果，能夠僅以1段RO膜處理獲得與以往2段RO相同的處理水水質、處理水量，伴隨此，能夠削減膜支數、容器、配管，且能夠達到低成本、省空間化。

逆滲透膜的膜形狀未特別限定，可為例如螺旋型、中空子型等4英吋RO膜、8英吋RO膜、16英吋RO膜等的任一者。

在圖1中，以前處理系統1處理原水，再供給至一次純水系統2，但，亦可與該前處理系統1並列地設置稀薄系排廢水處理系統(未圖示)，此稀薄系排廢水處理系統的處理水也供給至一次純水系統。在此情況，在圖1中的流程，在一次純水系統2的前段設置水槽，使來自於前處理系統1的處理水和稀薄系排廢水處理系統的處理水流入到該水槽。

〔實施例〕 <實驗例1>

以回收率73%的條件，讓電子裝置工廠排廢水(電氣傳導率100 mS/m、TDS 600mg/L、TOC 10mg/L)通過僅設置1段的高壓型逆滲透膜分離裝置(RO膜為SWC4+：日東電工(股)製；運轉壓力5.52MPa之通率24.6m³/m²‧D、NaCl除去率99.8%(NaCl 32000mg/L))。其結果，滲透水的TOC為0.85 mg/L。膜面有效壓力為2.0MPa。

<實驗例2>

以前段RO回收率75%、後段RO回收率90%、全體回收率73%的條件(後段RO濃縮水與前段RO給水匯集)，將與實驗例1相同的電子裝置工廠排廢水通過填充有超低壓RO膜(ES-20；日東電工製)之2段式RO裝置。其結果，第1段RO滲透水的TOC濃度為1.35 mg/L，第2段RO滲透水的TOC濃度為0.9 mg/L。膜面有效壓力，在第1段為0.5 MPa，第2段為0.75 MPa。

由該等實驗例1、2確認到，在高壓型逆滲透膜分離裝置單段通水與超低壓型逆滲透膜分離裝置的2段通水，獲得相同的水質之滲透水。又，確認到在實驗例2，第1段RO滲透水的TOC濃度為極高的1.35 mg/L，而在超低壓型逆滲透膜分離裝置之單段設置，TOC及TDS的除去均較高壓型逆滲透膜分離裝置低。

因此，當使用上述高壓型逆滲透膜分離裝置，在將圖 2所示的既存之流程的超純水製造裝置的一次純水系統作成為如圖1所示這種高壓型逆滲透膜分離裝置的單獨設置，且將膜面有效壓力作為2.0MPa進行運轉時，確認到：能夠以與以往(2段RO膜、第1段的膜面有效壓力0.5MPa、第2段的膜面有效壓力0.75MPa)大致相同的生產水量來製造相同水質之超純水。

以上使用特定態樣詳細地說明了本發明，但，在不超出本發明的技術思想範圍下能夠進行各種變更實施是無庸置疑的。

再者，本申請內容係依據2011年5月25日申請之日本申請案(日本特願2011-117142)，引用其全體內容所作的申請案。

1‧‧‧前處理系統

2‧‧‧一次純水系統

3‧‧‧輔助系統

圖1係顯示本發明的超純水製造裝置之實施形態的一例的系統圖。

圖2係顯示以往的超純水製造裝置之系統圖。

1‧‧‧前處理系統

2‧‧‧一次純水系統

3‧‧‧輔助系統

Claims

一種超純水製造裝置，係具備有一次純水系統、及處理該一次純水系統的處理水之輔助系統，至少在該一次純水系統設有逆滲透膜分離裝置之超純水製造裝置，其特徵為：設在該一次純水系統之逆滲透膜分離裝置為高壓型逆滲透膜分離裝置，前述高壓型逆滲透膜分離裝置，係具有標準運轉壓力之NaCl除去率99.5%(NaCl 32000mg/L)以上的特性，且以單段的方式設置。
如申請專利範圍第1項之超純水製造裝置，其中，前述高壓型逆滲透膜分離裝置，係具有標準運轉壓力5.52MPa以上、標準運轉壓力之純水通量0.5m³/m²˙D以上的特性。
如申請專利範圍第1或2項之超純水製造裝置，其中，該超純水製造裝置還具有處理原水之前處理系統，該前處理系統的處理水依次被前述一次純水系統及輔助系統處理，朝前述高壓型逆滲透膜分離裝置之給水的TDS為1500mg/L以下。
如申請專利範圍第1或2項之超純水製造裝置，其中，前述高壓型逆滲透膜分離裝置之膜面有效壓力為1.5 至3MPa。
如申請專利範圍第3項之超純水製造裝置，其中，前述高壓型逆滲透膜分離裝置之膜面有效壓力為1.5至3MPa。