WO2021161569A1 - 超純水製造装置及び超純水製造方法 - Google Patents

超純水製造装置及び超純水製造方法 Download PDF

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純一 井田
康晴 港
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to an ultrapure water production apparatus and an ultrapure water production method.
  • Ultrapure water which is used in large quantities as cleaning water in the manufacturing process of electronic devices, especially semiconductors, is an ultrapure water production system consisting of a pretreatment system, a primary pure water system, and a subsystem, and is raw water (industrial water). , Tap water, well water, used ultrapure water discharged from the electronic device manufacturing process, etc.).
  • Patent Document 1 includes a primary pure water system and a subsystem for treating treated water of the primary pure water system, and at least the primary pure water system is provided with a reverse osmosis membrane separation device for producing ultrapure water.
  • a reverse osmosis membrane separation device for producing ultrapure water.
  • an ultrapure water production apparatus characterized in that the reverse osmosis membrane separator installed in the primary pure water system is a high-pressure reverse osmosis membrane separator and is installed in a single stage has been proposed. ing.
  • Patent Document 2 includes an ultrapure water system having a pretreatment system, a primary pure water system for treating pretreated water treated by the pretreatment system to obtain primary pure water, and a subsystem for treating primary pure water.
  • the primary pure water system is configured to be connected in the order of a reverse osmosis membrane separation device, a degassing device, an electrodeionization device, an ultraviolet oxidation device, and a non-regenerative ion exchange device.
  • An ultrapure water production apparatus characterized by the above has been proposed.
  • the primary pure water system includes a two-bed, three-tower type ion exchange apparatus, a back-penetration membrane apparatus, and a 180 to 190 nm diameter.
  • a combination of an ultraviolet irradiation device equipped with a low-pressure ultraviolet lamp that irradiates ultraviolet rays including a wavelength and a mixed-bed ion exchange device is provided along the flow path, and the secondary pure water system includes a wavelength of 180 to 190 nm.
  • An ultrapure water production device has been proposed, characterized in that at least one pair of an ultraviolet irradiation device equipped with a low-pressure ultraviolet lamp that irradiates ultraviolet rays and a mixed-bed ion exchange device is provided along the flow path. There is.
  • Patent Document 4 in an ultrapure water production apparatus including a pretreatment system, a primary pure water system and a secondary pure water system, the primary pure water system and the secondary pure water system are each provided with a wavelength of 180 to 190 nm.
  • An ultrapure water production device has been proposed, characterized in that at least one combination of an ultraviolet irradiation device equipped with a low-pressure ultraviolet lamp that irradiates containing ultraviolet rays and a mixed-bed ion exchange device is provided along the flow path. There is.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-245439 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-266097 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-25184 Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-75780
  • the current situation is that the demand for improving the water quality of ultrapure water used as cleaning water is further increasing.
  • the ultrapure water production equipment or the ultrapure water production system it is the primary pure water system that determines the reached water quality and water quality stability at the point of use.
  • a reverse osmosis membrane separator, a deaerator, and an ion exchange device are generally installed in a single stage, but in response to the recent improvement in water quality requirements, There is a problem that cannot be dealt with by the device configuration of such a general primary pure water system.
  • the primary pure water system includes a reverse osmosis membrane separator and / or an ion exchange device (hereinafter, "ion exchange tower") as shown in (A) and (B) below.
  • ion exchange tower an ion exchange device
  • A Multi-stage RO system incorporating a plurality of reverse osmosis membrane (RO membrane) separation devices Specifically, the following device configuration with 7 constituent units can be mentioned.
  • Reverse osmosis membrane (RO membrane) separator ⁇ Mixed bed ion exchanger (MB) ⁇ UV sterilizer (UVst) ⁇ Reverse osmosis membrane (RO membrane) separator ⁇ UV oxidizer (UVox) ⁇ Non-regenerative ion exchanger ⁇ Deaerator (MDG)
  • Multi-stage electroregenerative ion exchange pure water apparatus (B) Multi-stage electroregenerative ion exchange pure water apparatus (CDI) system incorporating a plurality of electroregenerative deionizers Specifically, the following apparatus configuration with 6 constituent units can be mentioned.
  • Reverse osmosis membrane (RO membrane) separator ⁇ Reverse osmosis membrane (RO membrane) separator ⁇ Degassing device (MDG) ⁇ Ultraviolet oxidizing device (UVox) ⁇ Multi-stage electroregenerative ion exchange pure water device (CDI) ⁇ Multi-stage electroregeneration Type ion exchange pure water device (CDI)
  • the “unit” in the present specification means an apparatus capable of one or more of “desalination”, “deaeration”, “organic matter removal”, which is the main purpose of the treatment in the primary pure water system.
  • the number of constituent units means the number of units provided in a system, for example, a primary pure water system.
  • the pretreated water obtained by treating raw water (industrial water, tap water, well water, used ultrapure water discharged from the electronic device manufacturing process, etc.) with a pretreatment system is the above (A), (B).
  • a primary pure water system such as, the specific resistance is 18 M ⁇ cm or more, the TOC (Total Organic Carbon) concentration is 2 ⁇ g / L or less, the boron (B) concentration is 1 ng / L or less, and the silica (SiO 2 ) concentration is 0.1 ⁇ g / It is possible to obtain primary pure water having a high purity of L or less (treated water of the primary pure water system, that is, outlet water of the primary pure water system).
  • the required level of ultrapure water quality is expected to increase in the future.
  • the number of units of the primary pure water system will be further increased, and in order to maintain the water quality above a certain level and supply it, the operation will be performed under excessive operating conditions so that the stable water quality can be maintained even under the most severe conditions assumed. ..
  • pure water will continue to be supplied without changing the amount of water supplied. Therefore, even if the production volume of semiconductor factories decreases and the required amount of ultrapure water decreases, excess ultrapure water is drained in order to continue to supply a certain amount of pure water, or it is collected and reused again. The processing will be performed, and the cost will be higher than necessary.
  • the present invention is an ultrapure water capable of producing high-purity ultrapure water sufficiently satisfying the required water quality, inexpensively, stably and surely, regardless of fluctuations in water quantity and water quality, while suppressing the installation area of the device. It is an object of the present invention to provide a water production apparatus and an ultrapure water production method.
  • the present inventor installs appropriate devices in the primary pure water system provided in the ultrapure water production device in an appropriate order, and then controls the operating conditions of these devices according to fluctuations in water quality and / or water volume. As a result, it has been found that it is possible to inexpensively, stably and reliably produce high-purity ultrapure water that sufficiently satisfies the required water quality while reducing the number of constituent units.
  • the primary pure water system is a 4-unit primary pure water system including a reverse osmosis membrane separator, a degassing device, an ultraviolet oxidizing device, and an electroregenerative ion exchange device in this order, and the amount of water is increased. And / or provide a monitor to monitor water quality. For example, in order to suppress fluctuations in water quality caused by changing the amount of water supplied according to the required production amount, control that automatically changes the operating conditions of each unit based on the signal from the monitor to keep the water quality stable. Provide means.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • the primary pure water system is provided with a pretreatment system for treating raw water, a primary pure water system for treating the treated water of the pretreatment system, and a subsystem for treating the treated water of the primary pure water system.
  • a pretreatment system for treating raw water a primary pure water system for treating the treated water of the pretreatment system
  • a subsystem for treating the treated water of the primary pure water system is an ultrapure water production device equipped with at least a reverse osmosis membrane separator, a degassing device, an ultraviolet oxidizing device, and an ion exchange device as constituent devices in this order, and the amount and / or water quality of water in the primary pure water system is determined.
  • An ultrapure water production apparatus having a monitor to be monitored and a control means for controlling one or more operating conditions of the constituent devices according to a value detected by the monitor.
  • the ion exchange device is an electroregenerative ion exchange device in which an electroregenerative deionizer is connected in series in one or a plurality of stages.
  • each unit is operated in an optimum state according to the amount of water even if the required amount of water is changed by a low-cost ultrapure water production device having a small number of constituent units and therefore a small device installation area.
  • a low-cost ultrapure water production device having a small number of constituent units and therefore a small device installation area.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an embodiment of a primary pure water system of the ultrapure water production apparatus of the present invention.
  • the ultrapure water production apparatus of the present invention includes a pretreatment system, a primary pure water system, and a subsystem.
  • the primary pure water system in the present invention includes a reverse osmosis membrane separating device, a degassing device, an ultraviolet oxidizing device, and an ion exchange device in this order.
  • high-purity ultrapure water that sufficiently satisfies the required water quality can be obtained in the device installation area and further. It can be manufactured inexpensively, stably and reliably while suppressing equipment cost (initial cost) and operating cost (running cost).
  • the configuration of the pretreatment system and the subsystem in the ultrapure water production apparatus of the present invention is not particularly limited.
  • raw water industrial water, tap water, well water, used ultrapure water discharged from the electronic device manufacturing process, etc.
  • agglomeration pressure flotation (precipitation), filtration (membrane filtration) equipment, etc.
  • pressure flotation precipitation
  • filtration membrane filtration equipment, etc.
  • Subsystems include a low-pressure ultraviolet oxidizing device, an ion-exchanged pure water device, and an ultrafiltration membrane separation device, and further increase the purity of the pure water obtained by the primary pure water system to obtain ultrapure water. Be done.
  • the low-pressure ultraviolet oxidizing device in the subsystem TOC is decomposed into organic acids and even CO 2 by ultraviolet rays having a wavelength of 185 nm emitted from a low-pressure ultraviolet lamp.
  • the organic matter and CO 2 produced by the decomposition are removed by the ion exchange pure water device in the subsequent stage.
  • the ultrafiltration membrane separation device fine particles are removed, and outflow particles of the ion exchange pure water device are also removed.
  • the primary pure water system of the ultrapure water production apparatus of the present invention is a system having only 4 units, which includes a reverse osmosis membrane separating apparatus, a degassing apparatus, an ultraviolet oxidizing apparatus, and an ion exchange apparatus in this order. ..
  • the primary pure water system is an ion in treated water (pretreated water) obtained by treating raw water (industrial water, tap water, well water, used ultrapure water discharged from the electronic device manufacturing process, etc.) by the pretreatment system. And remove organic components.
  • the water quality of the ultrapure water produced by the ultrapure water production apparatus of the present invention is, for example, the primary of (A) and (B) described above, even though the primary pure water system has only 4 units.
  • the ultrapure water produced by the ultrapure water production apparatus of the present invention is a high-purity ultrapure water that sufficiently satisfies the required water quality.
  • the reverse osmosis membrane separation device removes salts as well as organic substances.
  • a reverse osmosis membrane separation device conventionally used for seawater desalination for example, a high-pressure reverse osmosis membrane separation device having an operating pressure of about 0.2 to 7.0 MPa can be used.
  • the shape of the reverse osmosis membrane may be any shape as long as it achieves the object of the present invention and exerts the effect thereof. For example, a spiral shape, a hollow fiber shape, a flat membrane shape and the like can be mentioned.
  • the degassing device removes IC (inorganic carbon) and dissolved oxygen.
  • the reason why the degassing device (degassing device) is provided after the reverse osmosis membrane separation device is as follows.
  • the degassing membrane or filler vacuum degassing device, etc.
  • the filler may be contaminated and the degassing efficiency may decrease. Since these turbid substances or Al, SiO 2, etc.
  • the permeated water is passed through the degassing device after being treated by the high-pressure reverse osmosis membrane separation device. , It is possible to prevent a decrease in degassing efficiency.
  • the reason for installing the degassing device in front of the ion exchange device and the ultraviolet oxidizing device is as follows.
  • the IC (inorganic carbon) component that can be removed by the degassing device becomes a radical scavenger for the ultraviolet oxidizing device and an anion load for the ion exchange device.
  • the dissolved oxygen becomes a radical scavenger for the UV oxidizing device, similar to the IC (inorganic carbon) component described above.
  • dissolved oxygen is a factor that causes resin oxidative deterioration for ion exchange devices. Therefore, the degassing device needs to be installed in front of the ultraviolet oxidizing device and the ion exchange device.
  • the degassing device may be any degassing device as long as it achieves the object of the present invention and exhibits the effects of the present invention.
  • a decarboxylation tower a membrane degassing device, a vacuum degassing device, a nitrogen degassing device, a catalytic resin deoxidizing device, and the like can be used.
  • the reason for installing the ultraviolet oxidizing device in the rear stage of the deaerator and in the front stage of the ion exchange device is as follows.
  • organic substances in water water to be treated
  • the CO 2 or organic acid generated by the ultraviolet oxidizing device can be removed by the ion exchange device in the subsequent stage.
  • the ultraviolet oxidizing apparatus emits light having a wavelength of 185 nm, and is not particularly limited as long as it achieves the object of the present invention and exerts the effect of the present invention.
  • the ultraviolet oxidizing device it is preferable to use an ultraviolet oxidizing device in which both the lamp and the outer tube are made of synthetic quartz having extremely few impurities from the viewpoint of organic matter decomposition efficiency.
  • the ion exchange device removes salts in water and removes charged organic substances.
  • the ion exchange device is not particularly limited as long as it achieves the object of the present invention and exhibits the effect of the present invention.
  • a regenerative ion exchange device is preferable.
  • the regenerative ion exchange device examples include a two-bed, two-tower regenerative ion exchange device, a two-bed, one-tower regenerative ion exchange device, a mixed-bed regenerative ion exchange device, and an electroregenerative ion exchange device.
  • an electroregenerative ion exchange device or the like connected in series in a plurality of stages can be mentioned.
  • an electroregenerative ion exchange device that continuously regenerates without using regenerated chemicals is preferable.
  • a regenerative ion exchange device in which an electroregenerative deionizer is connected in series in one or a plurality of stages is preferable.
  • the primary pure water system according to the ultrapure water production apparatus of the present invention includes a monitor for monitoring the amount and / or water quality of water, and one or more constituent devices according to the value detected by the monitor, that is, a reverse osmosis membrane separation device. It has a control means for controlling any one or more of a degassing device, an ultraviolet oxidizing device, and an ion exchange device.
  • the monitor for monitoring the amount of water is not particularly limited, and may be a flow meter for the amount of treated water provided at the outlet of each component device or a flowmeter for the amount of water supplied at the inlet.
  • Examples of the monitor for monitoring the water quality include a pH meter and a resistivity meter for monitoring the water quality of the inlet water and the outlet water of each component device.
  • the control means has a calculation unit that performs calculations to obtain the optimum operation state according to the measurement signal from the monitor, and automatically adjusts the operation conditions of each component device based on the calculation results.
  • the configuration of the monitor and the control means according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include the following.
  • the reverse osmosis membrane separation device is provided with a flow meter, a flow rate control valve for adjusting the flow rate, and a pump for injecting the chemical solution to be injected into the water supply of the reverse osmosis membrane separation device. Configure so that the amount can be controlled.
  • a degassing device for example, a membrane degassing device, is provided with a vacuum pressure gauge, a pressure control valve capable of controlling the degree of vacuum, a flow meter for sweep gas such as nitrogen gas, and a control device such as a valve capable of controlling the gas flow rate. It is configured so that each can be controlled by a signal.
  • the ultraviolet oxidizing device is provided with an output control device that can control the output of ultraviolet rays, and is configured so that the output can be controlled by a signal from the calculation unit.
  • an ion exchange device for example, an electroregenerative ion exchange device, a flow meter, a flow control valve for adjusting the flow rate, and a current control device capable of controlling the current are provided so that the flow rate and the electric output can be controlled by a signal from the calculation unit. Configure to.
  • the required number of the above-mentioned monitor, calculation unit, and control device such as flow meter, flow rate control valve, pressure control valve, chemical injection pump, current control device, etc. is provided. There is no particular limit to the number of monitors. Water quality and flow rate monitors, calculation units that process signals from the monitors, and flow control valves and pumps that control the flow rate and the amount of chemicals injected by receiving signals from the calculation units may be generally used, and are particularly limited. do not.
  • reference numeral 1 denotes a storage tank, and pretreated water from the pretreatment system is introduced from the pipe 11.
  • Slime control agent from the pipe 12 to the pipe 11 a scale inhibitor from the pipe 13 is injected by the respective chemical feed pump P 1, P 2.
  • Pretreated water in the storage tank 1 is introduced into the reverse osmosis membrane separation device 2 by a high-pressure pump P 3 via a pipe 14, are membrane separation to permeate and retentate are extracted from each pipe 15, 16.
  • a water supply pipe 14 of the reverse osmosis membrane separation apparatus 2 the injection pipe 17 of the pH adjusting agent is provided, pH adjusting agent is injected by the chemical feed pump P 4.
  • the water supply pipe 14 is provided with a pH meter M 1 as a water quality monitor, a water supply flow meter FI 1 , and a water supply pressure meter PI 1.
  • the permeated water pipe 15 is provided with a treated water flow meter FI 2 , a treated water flow rate control valve V 1, and a treated water pressure gauge PI 2 .
  • the concentrated water pipe 16 is provided with a flow meter FI 3 and a concentrated water flow rate control valve V 2.
  • the concentrated water of the reverse osmosis membrane separator 2 is discharged from the pipe 16 to the outside of the system, and the permeated water is degassed from the pipe 15 (in this embodiment, the membrane degassing in which the liquid chamber and the gas chamber are separated by the degassing membrane). It is sent to the air device) 3 and degassed.
  • the degassed treated water is supplied from the pipe 17 to the ultraviolet oxidizing device 4.
  • the pipe 18 is provided with a nitrogen gas flow rate control valve V 3 and a nitrogen gas flow meter FI 4 .
  • the vacuum drawing pipe 19 is provided with a pressure control valve V 4 and a vacuum pressure gauge PI 3.
  • Reference numeral 6 denotes a current control device that controls the amount of supply current of the ultraviolet oxidizing device 4.
  • the treated water of the ultraviolet oxidizing device 4 is sent to the desalting chamber of the electroregenerative ion exchange device 5 via the pipe 20 for processing.
  • the pipe 20 is provided with a desalination chamber inlet flow meter FI 5 of the electroregenerative ion exchange device 5.
  • Reference numeral 7 denotes a current control device that controls the amount of supply current of the electroregenerative ion exchange device 5.
  • the inlet pipe 21 into the concentrating compartment of the electrodeionization ion exchange apparatus 5, respectively concentrating chamber inlet water flow control valve V 5 and the outlet water flow control valve V 6 is provided in the outlet pipe 22.
  • the outflow pipe 22 is provided with a concentration chamber outlet flow meter FI 6.
  • the desalted water (primary pure water) taken out from the desalting chamber of the electroregenerative ion exchange device 5 is sent to the subsystem via the pipe 23, and further processed to produce ultrapure water.
  • the primary pure water pipe 23 is provided with a desalination chamber outlet flow meter FI 7 and a pressure gauge PI 4 .
  • the primary pure water pipe 23 is provided with a resistivity meter M 2 , a TOC meter M 3 , a silica concentration meter M 4, and a boron concentration meter M 5 as water quality monitors.
  • the measured values of FI 7 , pressure gauge PI 1 , PI 2 , PI 3 , and PI 4 are input to the calculation unit of the control means (not shown).
  • This calculation unit calculates operating conditions suitable for the optimum operating state of each device. Based on this calculation result, control signals of the drug injection pump, the flow rate control valve, and the current control device are output.
  • the control method for controlling the operating conditions of each constituent device in response to fluctuations in the amount of water and water quality by the ultrapure water production device incorporating the primary pure water system shown in FIG. 1 will be specifically described below.
  • Control Example I If using water in sub-system increases to increase the output of the high-pressure pump P 3, increasing the inlet water of the reverse osmosis membrane separation apparatus 2 (water supply).
  • the inlet side reverse osmosis membrane separation apparatus 2 in accordance with the reverse osmosis membrane separation apparatus flowmeter FI 1 with dosing control of chemical feed pump P 1, P 2 is performed, the value of the pH meter M 1 is constant chemical feeding, chemical dosing pump P 3 is controlled so that.
  • the concentrated water flow rate control valve V 2 opens according to the water supply flow meter FI 1, and the amount of treated water of the reverse osmosis membrane separation device 2 is maintained while maintaining the balance of the water volume of the reverse osmosis membrane separation device 2. Increase (permeated water volume).
  • deaerator 3 in response to an increase of the reverse osmosis membrane separation device 2 of the measurement values of the treated water flow meter FI 2, opens the nitrogen gas flow rate control valve V 3, increasing the amount of injected nitrogen gas. Further, the pressure control valve V 4 is opened so that the vacuum pressure gauge PI 3 has a predetermined vacuum degree, the output of the vacuum pump P 4 is increased, and the vacuum degree of the degassing device 3 is increased.
  • the supply current value is increased by the current control device 6 of the ultraviolet oxidizing device 4 to promote the decomposition of organic matter.
  • the electroregenerative ion exchange device 5 monitors the concentrating chamber outlet flow meter FI 6 in response to an increase in the measured value of the desalination chamber inlet flow meter FI 5, while monitoring the concentrating chamber inlet water of the electroregenerating chamber inlet flow meter FI 5.
  • the flow rate control valve V 5 is opened to increase the flow rate of concentrated water and adjust the water volume balance in the electroregenerative ion exchange device 5.
  • the amount of water used in the subsystem increases by the above operation, the amount of primary pure water produced as treated water in the primary pure water system can be increased while maintaining the water quality according to the increased amount.
  • Control Example II If water consumption in the subsystem is reduced to lower the output of the high-pressure pump P 3, reducing the inlet water of the reverse osmosis membrane separation apparatus 2 (water supply).
  • the reverse osmosis membrane separation apparatus 2 in the inlet side in accordance with the reverse osmosis membrane separation apparatus flowmeter FI 1, together with the control of the chemical feed pump P 1, P 2 of the dosing is performed, the value of the pH meter M 1 is constant chemical feeding, chemical dosing pump P 3 is controlled to be.
  • the concentrated water flow rate control valve V 2 is closed in accordance with the water supply flow meter FI 1, and the amount of treated water in the reverse osmosis membrane separation device 2 is maintained while maintaining the balance of the water volume in the reverse osmosis membrane separation device 2. Reduce (permeated water volume).
  • the nitrogen gas flow rate control valve V 3 is closed in accordance with the decrease in the measured value of the treated water flow meter FI 2 of the reverse osmosis membrane separation device 2, and the injection amount of nitrogen gas is reduced.
  • the pressure control valve V 4 is closed so that the vacuum pressure gauge PI 3 has a predetermined vacuum degree, the output of the vacuum pump P 4 is lowered, and the vacuum degree of the degassing device 3 is lowered.
  • the current control device 6 of the ultraviolet oxidizing device reduces the supply current value to reduce excess electrical energy.
  • the electroregenerative ion exchange device 5 monitors the concentration chamber outlet flow meter FI 6 in response to a decrease in the measured value of the desalination chamber inlet flow meter FI 5 , and is used for the concentration chamber inlet water of the electroregenerative ion exchange device.
  • the flow rate control valve V 5 is closed to reduce the flow rate of concentrated water and adjust the water volume balance in the electroregenerative ion exchange device 5.
  • the treated water of the primary pure water system is treated with the minimum required chemical injection and electrical energy to maintain the quality of the treated water.
  • the amount of primary pure water produced can be reduced.
  • Control example III When the amount of water used in the subsystem is constant and the quality of the primary pure water deteriorates, in control examples I and II, a control example is shown when the amount of water used in the subsystem fluctuates, but the amount of water used in the subsystem is constant and does not fluctuate (the desalination chamber outlet flowmeter of the electroregenerative ion exchange device 5). FI 7 is constant), but when the water quality of the produced primary pure water fluctuates, for example, when the measured value of the water quality monitor deteriorates and the water quality deteriorates (for example, when the measured value of the resistivity ohmmeter M 2 decreases) ) Can perform the following controls.
  • the output of the high-pressure pump P 3 is increased to increase the amount of water supplied by the reverse osmosis membrane separation device 2 in order to increase the resistivity.
  • P 2 is performed, so that the value of pH meter M 1 is constant drug Note pump P 3 is controlled.
  • the flow rate control valve V 2 is opened according to the value of the water supply flow meter FI 1 increased here, the balance of the amount of water in the reverse osmosis membrane separation device 2 is changed, and the recovery rate of the treated water is changed. Increase the amount of treated water (permeated water amount) after lowering. By lowering the recovery rate of the treated water, the quality of the treated water of the reverse osmosis membrane separation device 2 can be improved.
  • deaerator 3 in response to an increase of the reverse osmosis membrane separation device 2 of the measurement values of the treated water flow meter FI 2, opens the nitrogen gas flow rate control valve V 3, increasing the amount of injected nitrogen gas.
  • the pressure control valve V 4 opens so that the vacuum pressure gauge PI 3 has a predetermined degree of vacuum, the output of the vacuum pump P 4 is increased, and the degree of vacuum of the deaerator 3 is increased.
  • the supply current value is increased by the current control device 6 of the ultraviolet oxidizing device 4 to promote the decomposition of organic matter.
  • the electroregenerative ion exchange device 5 monitors the concentration chamber outlet flow meter FI 6 in response to an increase in the measured value of the desalination chamber inlet flow meter FI 5 , and is used for the concentration chamber inlet water of the electroregenerative ion exchange device.
  • the flow rate control valve V 5 opens to increase the flow rate of concentrated water and change the balance of the amount of water in the electroregenerative ion exchange device 5 to improve the ion exchange efficiency. Since the amount of ions is increasing due to the deterioration of the water quality of the water to be treated of the electroregenerative ion exchange device 5, the current value supplied to the electroregenerative ion exchange device 5 is determined by the current control device 7 of the electroregenerative ion exchange device 5. Raise it to increase desalting efficiency.
  • the data is analyzed from the signals of the flow meter and the water quality monitor so that the water quality becomes constant in the calculation unit according to the fluctuation of the water amount and the water quality, and the opening degree of the flow control valve and the chemical injection pump are analyzed.
  • the primary pure water that is the treated water in the primary pure water system has a specific resistance value of 18 M ⁇ cm or more and a TOC concentration of 2 ⁇ g / L.
  • treated water having a boron concentration of 1 ng / L or less and a silica concentration of 0.1 ⁇ g / L or less is obtained, and primary pure water of such water quality is further treated by a subsystem to have a specific resistance value of 18.2 M ⁇ cm or more and TOC. It is preferable to produce ultrapure water having a concentration of 0.1 ⁇ g / L or less, a boron concentration of 1 ng / L or less, and a silica concentration of 0.1 ⁇ g / L or less.

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Abstract

要求水質を充分に満足した高純度の超純水を、水量や水質の変動にかかわらず、装置設置面積を抑えた上で安価に、安定かつ確実に製造する。原水を処理する前処理システムと、該前処理システムの処理水を処理する一次純水システムと、該一次純水システムの処理水を処理するサブシステムとを備え、該一次純水システムが、構成装置として少なくとも逆浸透膜分離装置、脱気装置、紫外線酸化装置、及びイオン交換装置をこの順で備える超純水製造装置であって、該一次純水システムにおける水量及び／又は水質を監視するモニターと、該モニターで検出した値に応じて１以上の前記構成装置の運転条件を制御する制御手段とを有する超純水製造装置。

Description

超純水製造装置及び超純水製造方法
　本発明は、超純水製造装置及び超純水製造方法に関する。
　電子デバイス、特には半導体の製造工程にて洗浄水として多量に用いられる超純水は、前処理システム、一次純水システム、及びサブシステムから構成される超純水製造システムで、原水（工業用水、水道水、井水、電子デバイス製造工程から排出有れる使用済みの超純水等）を処理することにより製造される。
　従来、このような超純水製造システムとしては、次のようなものが提案されている。
　特許文献１には、一次純水システムと、該一次純水システムの処理水を処理するサブシステムとを備え、少なくとも該一次純水システムに逆浸透膜分離装置が設けられている超純水製造装置において、該一次純水システムに設置された逆浸透膜分離装置が高圧型逆浸透膜分離装置であり、且つ単段にて設置されていることを特徴とする超純水製造装置が提案されている。
　特許文献２には、前処理システムと、該前処理システムによって処理された前処理水を処理して一次純水とする一次純水システムと、一次純水を処理するサブシステムとを有する超純水製造装置において、該一次純水システムが、逆浸透膜分離装置、脱ガス装置、電気脱イオン装置、紫外線酸化装置、及び非再生式イオン交換装置の順で接続された構成とされていることを特徴とする超純水製造装置が提案されている。
　特許文献３には、一次純水システムと二次純水システムからなる超純水製造装置において、前記一次純水システムは、２床３塔型イオン交換装置と逆浸透膜装置と１８０～１９０ｎｍの波長を含む紫外線を照射する低圧紫外線ランプを備えた紫外線照射装置と混床式イオン交換装置の組合せを流路に沿って設けてなり、前記二次純水システムは、１８０～１９０ｎｍの波長を含む紫外線を照射する低圧紫外線ランプを備えた紫外線照射装置と混床式イオン交換装置の組合わせを流路に沿って少くとも１組設けてなることを特徴とする超純水製造装置が提案されている。
　特許文献４には、前処理システム、一次純水システムと二次純水システムからなる超純水製造装置において、前記一次純水システムと二次純水システムに、それぞれ、１８０～１９０ｎｍの波長を含む紫外線を照射する低圧紫外線ランプを備えた紫外線照射装置と混床式イオン交換装置の組合わせを流路に沿って少くとも１組設けたことを特徴とする超純水製造装置が提案されている。
特開２０１２－２４５４３９号公報 特開２００３－２６６０９７号公報 特開２００４－２５１８４号公報 特開平７－７５７８０号公報
　近年、半導体等の電子デバイスの高集積化、回路パターンの微細化に伴い、洗浄水として用いられる超純水に対する水質向上の要求が更に高まっているのが現状である。
　超純水製造装置又は超純水製造システムにおいて、ユースポイントにおける到達水質及び水質安定性を決定づけるのは、一次純水システムである。
　一次純水システムの装置構成としては、逆浸透膜分離装置、脱気装置及びイオン交換装置のそれぞれが単段に設置されるものが一般的であるが、近年の要求水質の向上に対して、このような一般的な一次純水システムの装置構成では対応できない問題がある。
　このため、近年の最先端の半導体工場等において、一次純水システムを下記（Ａ），（Ｂ）のように逆浸透膜分離装置及び／又はイオン交換装置（「イオン交換塔」を含む。以下同様）を複数段に設置した構成として、得られる超純水の高純度化を図っている。
（Ａ）　複数の逆浸透膜（ＲＯ膜）分離装置を組み込んだ多段ＲＯシステム
　具体的には、以下のような、構成ユニット数７の装置構成が挙げられる。
　逆浸透膜（ＲＯ膜）分離装置→混床式イオン交換装置（ＭＢ）→紫外線殺菌装置（ＵＶｓｔ）→逆浸透膜（ＲＯ膜）分離装置→紫外線酸化装置（ＵＶｏｘ）→非再生式イオン交換装置→脱気装置（ＭＤＧ）
（Ｂ）　複数の電気再生式脱イオン装置を組み込んだ多段電気再生型イオン交換純水装置（ＣＤＩ）システム
　具体的には、以下のような、構成ユニット数６の装置構成が挙げられる。
　逆浸透膜（ＲＯ膜）分離装置→逆浸透膜（ＲＯ膜）分離装置→脱気装置（ＭＤＧ）→紫外線酸化装置（ＵＶｏｘ）→多段電気再生型イオン交換純水装置（ＣＤＩ）→多段電気再生型イオン交換純水装置（ＣＤＩ）
　本明細書における「ユニット」とは、一次純水システムにおける処理の主目的である「脱塩」、「脱気」、「有機物除去」のいずれか或いは複数の処理が可能な装置を意味する。構成ユニット数とは、システム、例えば一次純水システムに備えられるユニットの数を意味する。
　原水（工業用水、水道水、井水、電子デバイス製造工程から排出有れる使用済みの超純水等）を前処理システムによって処理して得られる前処理水を、上記（Ａ），（Ｂ）のような一次純水システムで処理することで、比抵抗１８ＭΩｃｍ以上、ＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ）濃度２μｇ／Ｌ以下、ホウ素（Ｂ）濃度１ｎｇ／Ｌ以下、シリカ（ＳｉＯ２）濃度０．１μｇ／Ｌ以下の高純度な水質の一次純水（一次純水システムの処理水、すなわち、一次純水システムの出口水）を得ることができる。
　しかし、上記（Ａ），（Ｂ）のような一次純水システムは構成ユニット数が多いため、装置設置面積（フットプリント）が大きく、かつ、設備コスト（イニシャルコスト）及び運転コスト（ランニングコスト）が高くなるといった問題がある。
　超純水の水質の要求レベルは、今後益々高まることが予想される。一次純水システムのユニット数は更に増加し、水質を一定以上に保って供給するために、想定される最も過酷な条件でも安定した水質を保てるよう過剰な運転条件で運転が行われるようになる。
　一旦運転条件を決めれば供給水量も含め変動させることなく純水を供給し続けることになる。このため、半導体工場等の生産量が減って必要な超純水量が減少した場合も、一定量の純水を供給し続けるために余剰の超純水が排水されたり、回収再利用するため再度処理が行われることとなり、必要以上のコストがかかることになる。
　本発明は、要求水質を充分に満足した高純度の超純水を、水量や水質の変動にかかわらず、装置設置面積を抑えた上で安価に、安定かつ確実に製造することができる超純水製造装置及び超純水製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者は、超純水製造装置に設けられる一次純水システムに適切な装置を適切な順番で設置した上で、水質及び／又は水量の変動に応じてこれらの装置の運転条件を制御することによって、構成ユニット数を低減した上で要求水質を充分に満足する高純度の超純水を安価に、安定かつ確実に製造することができることを見出した。
　本発明では、一次純水システムを逆浸透膜分離装置と、脱気装置と、紫外線酸化装置と、電気再生型イオン交換装置とをこの順で備える、４ユニット構成の一次純水システムとし、水量及び／又は水質を監視するモニターを設ける。例えば、要求される生産量に応じて供給水量を変更することで生ずる水質の変動を抑えるため、モニターからの信号を基に、各ユニットの運転条件を自動で変更して水質を安定に保つ制御手段を設ける。
　本発明は、以下を要旨とする。
［１］　原水を処理する前処理システムと、該前処理システムの処理水を処理する一次純水システムと、該一次純水システムの処理水を処理するサブシステムとを備え、該一次純水システムが、構成装置として少なくとも逆浸透膜分離装置、脱気装置、紫外線酸化装置、及びイオン交換装置をこの順で備える超純水製造装置であって、該一次純水システムにおける水量及び／又は水質を監視するモニターと、該モニターで検出した値に応じて１以上の前記構成装置の運転条件を制御する制御手段とを有する超純水製造装置。
［２］　前記イオン交換装置が、電気再生式脱イオン装置を１段又は複数段直列に接続し電気再生型イオン交換装置である［１］に記載の超純水製造装置。
［３］　［１］又は［２］に記載の超純水製造装置を用いて超純水を製造する超純水製造方法。
［４］　前記イオン交換装置の処理水として、比抵抗値１８ＭΩｃｍ以上、ＴＯＣ濃度２μｍ／Ｌ以下、ホウ素濃度１ｎｇ／Ｌ以下、及びシリカ濃度０．１μｇ／Ｌ以下の処理水を得る［３］に記載の超純水製造方法。
　本発明によれば、少ない構成ユニット数で、従って、装置設置面積が小さく、低コストの超純水製造装置により、必要水量を変更させても水量に応じて各ユニットを最適の状態で運転させることで、要求水質を充分に満足した高純度の超純水を安定かつ確実に安価に製造することができる。
　本発明によれば、水質の変動に対しても、同様にその変動に応じて、各ユニットを最適の状態で運転させることで、要求水質を充分に満足した高純度の超純水を安定かつ確実に安価に製造することができる。
図１は、本発明の超純水製造装置の一次純水システムの実施の形態の一例を示す構成図である。
　以下、本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が限定されて解釈されることはない。
　本発明の超純水製造装置は、前処理システムと、一次純水システムと、サブシステムとを備える。本発明における一次純水システムは、逆浸透膜分離装置と、脱気装置と、紫外線酸化装置と、イオン交換装置とをこの順で備えるものである。
　本発明の超純水製造装置及びこの超純水製造装置を用いる本発明の超純水製造方法によれば、要求水質を充分に満足した高純度の超純水を、装置設置面積、さらには設備コスト（イニシャルコスト）及び運転コスト（ランニングコスト）を抑えながら安価に、安定かつ確実に製造することができる。
　以下においては、主として本発明の超純水製造装置の特徴的な一次純水システムについて説明する。本発明の超純水製造装置における前処理システムやサブシステムの構成については特に制限はない。
　前処理システムとしては、凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過（膜濾過）装置などにより、原水（工業用水、水道水、井水、電子デバイス製造工程から排出有れる使用済みの超純水等）中の懸濁物質やコロイド物質、更には高分子系有機物、疎水性有機物などの除去を行うシステムが挙げられる。
　サブシステムとしては、低圧紫外線酸化装置、イオン交換純水装置及び限外濾過膜分離装置を備え、一次純水システムで得られた純水の純度をより一層高めて超純水とするものが挙げられる。サブシステムにおける低圧紫外線酸化装置では、低圧紫外線ランプより出される波長１８５ｎｍの紫外線によりＴＯＣを有機酸、さらにはＣＯ２まで分解する。分解により生成した有機物及びＣＯ２は後段のイオン交換純水装置で除去される。限外濾過膜分離装置では、微粒子が除去され、イオン交換純水装置の流出粒子も除去される。
［一次純水システムの装置構成］
　本発明の超純水製造装置の一次純水システムは、逆浸透膜分離装置と、脱気装置と、紫外線酸化装置と、イオン交換装置とをこの順で備える、僅か４ユニット構成のシステムである。
　一次純水システムは、原水（工業用水、水道水、井水、電子デバイス製造工程から排出有れる使用済みの超純水等）を前処理システムによって処理した処理水（前処理水）中のイオンや有機成分の除去を行う。
　本発明の超純水製造装置によって製造された超純水の水質は、一次純水システムが僅か４ユニット構成であるにもかかわらず、例えば、先に述べた（Ａ），（Ｂ）の一次純水システムのように逆浸透膜分離装置及び／又はイオン交換装置を複数段に設置した一次純水システムを備える超純水製造装置によって製造された超純水の水質に対して同等以上の水質を有するものとすることができる。
　本発明の超純水製造装置によって製造された超純水は、要求水質を充分に満足した高純度の超純水である。
　以下、本発明に係る一次純水システムの各構成装置について説明する。
＜逆浸透膜分離装置＞
　本発明の実施形態に係る逆浸透膜分離装置は、塩類を除去すると共に有機物も除去する。逆浸透膜分離装置として、従来、海水淡水化に用いられている逆浸透膜分離装置、例えば操作圧０．２～７．０ＭＰａ程度の高圧型逆浸透膜分離装置を用いることができる。逆浸透膜の形状は、本発明の目的を達成し、その効果を奏するものであればよく、任意の形状でよい。例えば、スパイラル型形状、中空糸型形状、平膜型形状等が挙げられる。
＜脱気装置＞
　本発明の実施形態に係る脱気装置は、ＩＣ（無機炭素）、溶存酸素の除去を行う。
　逆浸透膜分離装置の後段に脱気装置（脱ガス装置）を備える理由は以下の通りである。
　逆浸透膜分離装置の前段に脱気装置を設けた場合、原水中に存在する濁質あるいはＡｌ、ＳｉＯ２等により脱気装置に備えられている脱気膜あるいは充填材（真空脱気装置等における充填材）が汚染され、脱気効率が低下するおそれがある。これらの濁質あるいはＡｌ、ＳｉＯ２等は高圧型逆浸透膜分離装置にて除去可能であるため、高圧型逆浸透膜分離装置によって処理した後、透過水を脱気装置に通水することにより、脱気効率の低下を防止することができる。
　脱気装置をイオン交換装置、及び紫外線酸化装置の前段に設置する理由は以下の通りである。
　脱気装置にて除去可能であるＩＣ（無機炭素）成分は、紫外線酸化装置に対してはラジカルスカベンジャーとなり、イオン交換装置に対してはアニオン負荷となる。同様に、脱気装置にて除去可能である溶存酸素が過剰に存在する場合、溶存酸素は、上記のＩＣ（無機炭素）成分と同様に、紫外線酸化装置に対してはラジカルスカベンジャーとなる。また、イオン交換装置に対しては溶存酸素は樹脂酸化劣化を引き起こす要因物質となる。
　したがって、脱気装置は紫外線酸化装置及びイオン交換装置の前段に設置する必要がある。
　脱気装置は、本発明の目的を達成し、本発明の効果を奏するものであれば、任意の脱気装置でよい。例えば、脱炭酸塔、膜脱気装置、真空脱気装置、窒素脱気装置、触媒樹脂脱酸素装置等を用いることができる。
＜紫外線酸化装置＞
　脱気装置の後段、及びイオン交換装置の前段に紫外線酸化装置を設置する理由は以下の通りである。
　紫外線酸化装置においては水（被処理水）中の有機物をＯＨラジカルの酸化力によりＣＯ２と有機酸に分解する。紫外線酸化装置にて生成したＣＯ２あるいは有機酸は後段のイオン交換装置で除去することができる。
　本発明の実施形態に係る紫外線酸化装置は、波長１８５ｎｍの光を放出するものであって、本発明の目的を達成し、本発明の効果を奏するものであれば特に限定されるものではない。
　本発明の実施形態において、紫外線酸化装置としては、有機物分解効率の観点から、ランプ及び外管が共に不純物が極めて少ない合成石英で構成された紫外線酸化装置を使用することが好ましい。
＜イオン交換装置＞
　本発明の実施形態に係るイオン交換装置は、水中の塩類を除去すると共に荷電性有機物の除去を行う。
　イオン交換装置は、本発明の目的を達成し、本発明の効果を奏するものであれば特に限定されるものではない。本発明の実施形態に係るイオン交換装置としては、再生式イオン交換装置が好ましい。
　再生型イオン交換装置としては、例えば、２床２塔式再生型イオン交換装置、２床１塔式再生型イオン交換装置、混床式再生型イオン交換装置、電気再生式脱イオン装置を１段又は複数段直列に接続した電気再生型イオン交換装置等が挙げられる。中でも再生薬品を用いず連続的に再生が行われる電気再生型イオン交換装置が好ましい。具体的には、電気再生式脱イオン装置を１段又は複数段直列に接続した再生型イオン交換装置が好ましい。
＜モニター・制御手段＞
　本発明の超純水製造装置に係る一次純水システムは、水量及び／又は水質を監視するモニターと、このモニターで検出した値に応じて１以上の構成装置、即ち、逆浸透膜分離装置、脱気装置、紫外線酸化装置、イオン交換装置のいずれか１以上を制御する制御手段を有する。
　水量を監視するモニターとしては、特に制限はなく、各構成装置の出口に設けた処理水量の流量計であってもよく、入口に設けた給水量の流量計であってもよい。
　水質を監視するモニターとしては、各構成装置の入口水や出口水の水質を監視するｐＨ計、比抵抗計等が挙げられる。
　制御手段は、モニターからの計測信号に応じて最適な運転状態にするための計算を行う演算部を有し、演算結果をもとに各構成装置の運転条件を自動調整する。
　本発明に係るモニターと制御手段の構成については特に制限はないが、例えば以下のようなものが挙げられる。
　逆浸透膜分離装置では、流量計と流量調整のための流量制御バルブ及び逆浸透膜分離装置の給水に注入する薬液の注入用ポンプを設け、演算部からの信号で流量制御バルブ、薬液の注入量が制御できるように構成する。
　脱気装置、例えば膜脱気装置では、真空圧力計と真空度を制御できる圧力制御バルブ及び窒素ガス等のスイープガスの流量計とガス流量を制御できるバルブ等の制御装置を設け、演算部の信号によりそれぞれを制御できるように構成する。
　紫外線酸化装置では、紫外線の出力を制御できる出力制御装置を設け、演算部からの信号で出力を制御できるように構成する。
　イオン交換装置、例えば、電気再生型イオン交換装置では、流量計と流量調整のための流量制御バルブおよび電流を制御できる電流制御装置を設け、演算部からの信号で流量や電気出力を制御できるように構成する。
　上記のモニター、演算部、及び流量計や流量制御バルブ、圧力制御バルブ、薬注ポンプ、電流制御装置等の制御装置は、１台以上の必要な台数が設けられる。モニターの台数には特に制限はない。水質や流量のモニター及びモニターからの信号を処理する演算部、演算部らの信号を受けて流量や薬液の注入量を制御する流量制御バルブやポンプは一般に使用されているものでよく、特に限定しない。
［一次純水システムの実施形態］
　以下に、図１を参照して本発明に係る一次純水システムの実施形態を説明する。
　図１において、１は貯留タンクであり、前処理システムからの前処理水が配管１１より導入される。配管１１には配管１２よりスライムコントロール剤が、配管１３よりスケール防止剤がそれぞれ薬注ポンプＰ１，Ｐ２により注入される。貯留タンク１内の前処理水は配管１４を経て高圧ポンプＰ３により逆浸透膜分離装置２に導入され、透過水と濃縮水に膜分離され、それぞれ配管１５，１６より取り出される。逆浸透膜分離装置２の給水配管１４には、ｐＨ調整剤の注入配管１７が設けられており、ｐＨ調整剤が薬注ポンプＰ４により注入される。
　給水配管１４には、水質モニターとしてのｐＨ計Ｍ１と、給水流量計ＦＩ１、給水圧力計ＰＩ１が設けられている。透過水配管１５には、処理水流量計ＦＩ２と処理水流量制御バルブＶ１と処理水圧力計ＰＩ２が設けられている。濃縮水配管１６には流量計ＦＩ３と濃縮水流量制御バルブＶ２が設けられている。
　逆浸透膜分離装置２の濃縮水は配管１６より系外へ排出され、透過水は配管１５より脱気装置（本実施形態では、脱気膜により液体室と気体室とが区画された膜脱気装置）３に送給されて脱気処理される。脱気処理水は配管１７より紫外線酸化装置４に送給される。
　脱気装置３では、気体室に配管１８よりスイープ用の窒素ガスが導入されると共に、真空ポンプＰ４により配管１９を経て真空引きされることで、液体室を流通する水の脱気処理が行われる。配管１８には窒素ガス流量制御バルブＶ３と窒素ガス流量計ＦＩ４が設けられている。真空引き配管１９には圧力制御バルブＶ４と真空圧力計ＰＩ３が設けられている。
　６は紫外線酸化装置４の供給電流量を制御する電流制御装置である。紫外線酸化装置４の処理水は配管２０を経て電気再生型イオン交換装置５の脱塩室に送給されて処理される。配管２０には、電気再生型イオン交換装置５の脱塩室入口流量計ＦＩ５が設けられている。７は電気再生型イオン交換装置５の供給電流量を制御する電流制御装置である。
　電気再生型イオン交換装置５の濃縮室への流入配管２１、流出配管２２にはそれぞれ濃縮室入口水用流量制御バルブＶ５と出口水用流量制御バルブＶ６が設けられている。流出配管２２には濃縮室出口流量計ＦＩ６が設けられている。
　電気再生型イオン交換装置５の脱塩室から取り出される脱塩処理水（一次純水）は配管２３を経てサブシステムに送給され、更に処理されて超純水が製造される。
　一次純水配管２３には、脱塩室出口流量計ＦＩ７と圧力計ＰＩ４が設けられている。一次純水配管２３には、水質モニターとしての比抵抗計Ｍ２、ＴＯＣ計Ｍ３、シリカ濃度計Ｍ４及びホウ素濃度計Ｍ５が設けられている。
　図１の一次純水システムでは、各モニターＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５の計測値と、流量計ＦＩ１，ＦＩ２，ＦＩ３，ＦＩ４，ＦＩ５，ＦＩ６，ＦＩ７、圧力計ＰＩ１，ＰＩ２，ＰＩ３，ＰＩ４の計測値が図示しない制御手段の演算部に入力される。この演算部で各装置の最適運転状態に見合う運転条件が演算される。この演算結果に基づいて薬注ポンプや流量制御バルブ、電流制御装置の制御信号が出力される。
　以下に、図１に示す一次純水システムを組み込んだ超純水製造装置により、水量や水質の変動に対応して、各構成装置の運転条件を制御する制御方法について具体的に説明する。
制御例Ｉ：サブシステムで使用水量が増加する場合
　高圧ポンプＰ３の出力を上げ、逆浸透膜分離装置２の入口水量（給水量）を増やす。逆浸透膜分離装置２の入口側では、逆浸透膜分離装置流量計ＦＩ１に合わせて、薬注ポンプＰ１，Ｐ２の薬注制御が行われると共に、ｐＨ計Ｍ１の値が一定になるように薬注ポンプＰ３が制御される。
　逆浸透膜分離装置２では、給水流量計ＦＩ１に合わせて濃縮水流量制御バルブＶ２が開き、逆浸透膜分離装置２の水量のバランスを維持しながら、逆浸透膜分離装置２の処理水量（透過水量）を増やす。
　脱気装置３では、逆浸透膜分離装置２の処理水流量計ＦＩ２の計測値の増加に応じて、窒素ガス流量制御バルブＶ３が開き、窒素ガスの注入量を増やす。また、真空圧力計ＰＩ３が所定の真空度になるよう、圧力制御バルブＶ４が開き、真空ポンプＰ４の出力を上げ、脱気装置３の真空度を上げる。
　紫外線酸化装置４は、水量が増えると所定時間に分解させる有機物の量が増えるため、紫外線酸化装置４の電流制御装置６により供給電流値を上昇させて有機物の分解を促進する。
　電気再生型イオン交換装置５は、脱塩室入口流量計ＦＩ５の計測値の増加に応じて、濃縮室出口流量計ＦＩ６を監視しながら、電気再生型イオン交換装置５の濃縮室入口水用流量制御バルブＶ５が開き、濃縮水の流量を増やし、電気再生型イオン交換装置５内の水量バランスを調整する。電気再生型イオン交換装置５の脱塩室入口流量が増えると、処理するイオン量が増えるため、電気再生型イオン交換装置５の電流制御装置７により電気再生型イオン交換装置５への供給電流値を上昇させる。
　以上の操作で、サブシステムでの使用水量が増加する場合、その増加量に応じて、水質を維持した上で、一次純水システムの処理水としての一次純水生産量を増やすことができる。
制御例II：サブシステムで使用水量が減少する場合
　高圧ポンプＰ３の出力を下げ、逆浸透膜分離装置２の入口水量（給水量）を減らす。逆浸透膜分離装置２の入口側では、逆浸透膜分離装置流量計ＦＩ１に合わせて、薬注ポンプＰ１，Ｐ２の薬注の制御が行われると共に、ｐＨ計Ｍ１の値が一定になるように薬注ポンプＰ３が制御される。
　逆浸透膜分離装置２では、給水流量計ＦＩ１に合わせて濃縮水流量制御バルブＶ２が閉まり、逆浸透膜分離装置２の水量のバランスを維持しながら、逆浸透膜分離装置２の処理水量（透過水量）を減らす。
　脱気装置３では、逆浸透膜分離装置２の処理水流量計ＦＩ２の計測値の減少に応じて、窒素ガス流量制御バルブＶ３が閉まり、窒素ガスの注入量を減らす。真空圧力計ＰＩ３が所定の真空度になるよう、圧力制御バルブＶ４が閉まり、真空ポンプＰ４の出力を下げ、脱気装置３の真空度を下げる。
　紫外線酸化装置４は、水量が減ると所定時間に分解させる有機物の量が減るため、紫外線酸化装置の電流制御装置６により供給電流値を低減させて過剰な電気エネルギーを減らす。
　電気再生型イオン交換装置５は、脱塩室入口流量計ＦＩ５の計測値の減少に応じて、濃縮室出口流量計ＦＩ６を監視しながら、電気再生型イオン交換装置の濃縮室入口水用流量制御バルブＶ５が閉め、濃縮水の流量を減らし、電気再生型イオン交換装置５内の水量バランスを調整する。電気再生型イオン交換装置５の脱塩室入口流量が減ると、処理するイオン量が減るため、電気再生型イオン交換装置５の電流制御装置７により電気再生型イオン交換装置５への供給電流値を低減させて過剰な電気エネルギーを減らす。
　以上の操作で、サブシステムでの使用水量が減少する場合、その減少量に応じて必要最低限の薬注と電気エネルギーで、処理水の水質を維持した上で、一次純水システムの処理水としての一次純水生産量を減らすことができる。
制御例III：サブシステムでの使用水量は一定で、一次純水の水質が低下した場合、
　制御例Ｉ，IIでは、サブシステムの使用水量が変動する場合の制御例を示したが、サブシステムでの使用水量は一定で変動しない（電気再生型イオン交換装置５の脱塩室出口流量計ＦＩ７は一定）が、製造される一次純水の水質が変動する場合、例えば水質モニターの計測値が悪化して水質が低下した場合（例えば、比抵抗計Ｍ２の計測値が下がった場合）は以下のような制御を行うことができる。
　比抵抗計Ｍ２の計測値が低くなったときは、比抵抗を上げるために、高圧ポンプＰ３の出力を上げて逆浸透膜分離装置２の給水量を増やす。逆浸透膜分離装置２の入口側では、給水流量計ＦＩ１に合わせて、薬注ポンプＰ１，Ｐ２の薬注制御が行われると共に、ｐＨ計Ｍ１の値が一定になるように薬注ポンプＰ３が制御される。
　ここで増えた給水流量計ＦＩ１の値に応じて、逆浸透膜分離装置２では、流量制御バルブＶ２が開き、逆浸透膜分離装置２の水量のバランスを変更させ、処理水の回収率を下げた上で処理水量（透過水量）を増やす。処理水の回収率を下げることで、逆浸透膜分離装置２の処理水の水質を上げることができる。
　脱気装置３では、逆浸透膜分離装置２の処理水流量計ＦＩ２の計測値の増加に応じて、窒素ガス流量制御バルブＶ３が開き、窒素ガスの注入量を増やす。真空圧力計ＰＩ３が所定の真空度になるよう、圧力制御バルブＶ４が開き、真空ポンプＰ４の出力を上げ、脱気装置３の真空度を上げる。
　紫外線酸化装置４は、水量が増えると所定時間に分解させる有機物の量が増えるため、紫外線酸化装置４の電流制御装置６により供給電流値を上昇させて有機物の分解を促進する。
　電気再生型イオン交換装置５は、脱塩室入口流量計ＦＩ５の計測値の増加に応じて、濃縮室出口流量計ＦＩ６を監視しながら、電気再生型イオン交換装置の濃縮室入口水用流量制御バルブＶ５が開き、濃縮水の流量を増やし、電気再生型イオン交換装置５内の水量バランスを変更してイオン交換効率を上げる。電気再生型イオン交換装置５の被処理水の水質の低下でイオン量が増えているため、電気再生型イオン交換装置５の電流制御装置７により電気再生型イオン交換装置５への供給電流値を上昇させて脱塩効率を上げる。
　以上の操作で、一次純水の水質低下に応じて、水質を回復させた上で、一次純水システムの処理水としての一次純水を安定に供給することができる。
　本発明によれば、このように水量や水質の変動に応じて流量計や水質モニターの信号から演算部で水質が一定になるようにデータを解析し、流量制御バルブの開度や薬注ポンプの出力、紫外線酸化装置や電気再生型イオン交換装置の電流値を制御することで電気エネルギーを抑えて、一定の水質を保つ一次純水を安定に供給することが可能となる。
　本発明の超純水製造方法では、このような本発明の超純水製造装置を用いて、一次純水システムにおける処理水である一次純水として、比抵抗値１８ＭΩｃｍ以上、ＴＯＣ濃度２μｇ／Ｌ以下、ホウ素濃度１ｎｇ／Ｌ以下、及びシリカ濃度０．１μｇ／Ｌ以下の処理水を得、このような水質の一次純水を更にサブシステムで処理して、比抵抗値１８．２ＭΩｃｍ以上、ＴＯＣ濃度０．１μｇ／Ｌ以下、ホウ素濃度１ｎｇ／Ｌ以下、及びシリカ濃度０．１μｇ／Ｌ以下の超純水を製造することが好ましい。
　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
　本出願は、２０２０年２月１４日付で出願された日本特許出願２０２０－０２３６１９に基づいており、その全体が引用により援用される。
　１　貯留タンク
　２　逆浸透膜分離装置
　３　脱気装置
　４　紫外線酸化装置
　５　電気再生型イオン交換装置

Claims (4)

  1. 　原水を処理する前処理システムと、該前処理システムの処理水を処理する一次純水システムと、該一次純水システムの処理水を処理するサブシステムとを備え、
    　該一次純水システムが、構成装置として少なくとも逆浸透膜分離装置、脱気装置、紫外線酸化装置、及びイオン交換装置をこの順で備える超純水製造装置であって、該一次純水システムにおける水量及び／又は水質を監視するモニターと、該モニターで検出した値に応じて１以上の前記構成装置の運転条件を制御する制御手段とを有する超純水製造装置。
  2. 　前記イオン交換装置が、電気再生式脱イオン装置を１段又は複数段直列に接続し電気再生型イオン交換装置である請求項１に記載の超純水製造装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の超純水製造装置を用いて超純水を製造する超純水製造方法。
  4. 　前記イオン交換装置の処理水として、比抵抗値１８ＭΩｃｍ以上、ＴＯＣ濃度２μｍ／Ｌ以下、ホウ素濃度１ｎｇ／Ｌ以下、及びシリカ濃度０．１μｇ／Ｌ以下の処理水を得る請求項３に記載の超純水製造方法。
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