WO2023053572A1 - 超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法 - Google Patents

超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2023053572A1
WO2023053572A1 PCT/JP2022/021630 JP2022021630W WO2023053572A1 WO 2023053572 A1 WO2023053572 A1 WO 2023053572A1 JP 2022021630 W JP2022021630 W JP 2022021630W WO 2023053572 A1 WO2023053572 A1 WO 2023053572A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
pure water
resin
ion exchange
treated
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/021630
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
克美 山本
Original Assignee
野村マイクロ・サイエンス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 野村マイクロ・サイエンス株式会社 filed Critical 野村マイクロ・サイエンス株式会社
Publication of WO2023053572A1 publication Critical patent/WO2023053572A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange

Definitions

  • the present disclosure relates to an ion exchange device for ultrapure water production, an ultrapure water production system, and an ultrapure water production method.
  • Pure water from which impurities have been removed to a high degree is used in the semiconductor manufacturing process, such as for cleaning semiconductor wafers.
  • Purified water is generally treated by a pretreatment system as needed from raw water (industrial water, city water, well water, etc.), followed by a primary pure water system and a secondary pure water system (subsystem). Manufactured by The manufactured pure water is sent to a supply line for supply to a point of use (use point).
  • Patent Document 1 In order to obtain pure water with a low metal concentration, for example, in Patent Document 1, a pure water production unit equipped with an ion exchange device, etc., and a liquid feed pump for sending water to be treated to the pure water production unit. In the apparatus, it has been proposed to configure the wetted part of the liquid transfer pump with a non-metallic material.
  • Patent Document 2 as a non-regenerative mixed bed ion exchange device of a subsystem of an ultrapure water production apparatus, an ion exchange device containing an ion exchange resin in a container with a liquid contact surface made of synthetic resin, , a water collection pipe having a strainer at its lower end is disposed in a container, and an upper end of the water collection pipe is connected to a water collection pipe connection.
  • the strainer is made of synthetic resin such as polypropylene, and is fixed to the lower end of the water collecting pipe by ultrasonic welding or the like. From such a configuration, the ion exchange apparatus disclosed in Patent Document 2 is considered to be a small ion exchange apparatus used as a portable cylinder.
  • Patent Literature 2 discloses a method of discharging treated water from the upper portion of an ion exchange apparatus in which a strainer, a pipe, and a lid are welded and integrated.
  • the throughput of portable cylinders is limited to about 1 m 3 /h, and at most about 3 m 3 /h.
  • the weight of the resin should not be applied. It doesn't take.
  • the length of the pipe is approximately 1 to 2 m, the material of the pipe can be freely selected.
  • a fixed type ion exchange apparatus used in a plant-type pure water apparatus, it does not need to be portable and becomes a large-sized apparatus. Therefore, unlike the portable cylinder, it is not necessary to discharge the treated water from the upper part of the apparatus as disclosed in Patent Document 2, but the scale of the treated water outlet becomes large, and generally, from the bottom of the tower Treated water is discharged.
  • a fixed type ion exchanger can be used with a throughput of, for example, about 10 m 3 /h or more.
  • Patent Document 3 discloses a demineralizer in which an ion exchange resin is packed in a tower body, and the bottom of the tower body is a bulging portion with a shape that bulges downward, and the inside of the bulging portion
  • a desalinator is disclosed in which a plurality of strainers for collecting water are arranged in the .
  • the piping of the treated water inside the tower has a complicated structure, and stress is applied due to changes in the weight of the ion exchange resin and the weight during ion exchange. Therefore, the strainer is generally made of SUS, and the resin strainer cannot be used because it may be damaged.
  • the height of the ion exchange device is 2 to 3 times or more than that of the portable cylinder, and the method of discharging the treated water from the top of the resin tower like a portable cylinder is not possible. Cannot be used due to fear of damage.
  • the piping of the primary pure water system is made of PVC (vinyl chloride)
  • the piping of the secondary pure water system is made of PVC (polyvinyl chloride) or PVDF (polyvinylidene fluoride).
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • Patent Document 1 JP-A-2003-136058
  • Patent Document 2 JP-A-2011-067793
  • Patent Document 3 JP-A-2012-210583
  • the metal concentration in the ultrapure water caused by the liquid feed pump can be reduced, and the metal concentration at the outlet side of the liquid feed pump can be reduced.
  • the quality of ultrapure water at the terminal was hardly improved.
  • the ion exchange apparatus disclosed in Patent Document 2 is intended for, for example, a small pure water apparatus of about 1 m 3 /h or less. If the technique of sending treated water from the bottom to the top through a water collection pipe in a container as disclosed in Patent Document 2 is applied to a large-sized device, the water collection pipe becomes long and may be damaged, so it cannot be used. Moreover, since the strainer is also enlarged, a problem arises that the strength of the strainer made of polypropylene is weak. In addition, Patent Documents 2 and 3 do not consider the relationship between the material of the strainer and the rise.
  • An object of the present disclosure is to provide an ultrapure water production ion exchange device, an ultrapure water production system, and an ultrapure water production method that can be suitably used to produce ultrapure water with a low metal concentration.
  • Means for solving the above problems include the following aspects. ⁇ 1> When ultrapure water is produced by sequentially performing a primary pure water treatment to convert raw water or pretreated water into primary pure water and a secondary pure water treatment to convert the primary pure water into secondary pure water, An ion exchange device for ultrapure water production used for secondary pure water treatment, an ion exchange resin; a resin tower for passing water to be treated through a resin-filled portion filled with the ion-exchange resin; a strainer, as part of an accessory, arranged downstream of the resin-filled portion or the resin-filled portion; with Of the accessory parts, the water-contacting part that contacts the water to be treated on the downstream side of the ion-exchange resin was made of titanium, a titanium alloy, or a nickel alloy, and was immersed in hydrochloric acid having a concentration of 3% by mass for 120 days.
  • Ions for producing ultrapure water made of at least one low-eluting material selected from the group consisting of a metal material having a mass reduction rate of 1.0% by mass or less when an immersion test is performed, and PFA. exchange device.
  • the ion exchange apparatus for producing ultrapure water according to ⁇ 1> wherein the portion of the strainer that becomes the water contacting portion is made of the low-eluting material.
  • ⁇ 4> The ion exchange apparatus for producing ultrapure water according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the inner wall surface of the resin tower is made of the low-eluting material.
  • a primary pure water device that performs primary pure water treatment to convert raw water or pretreated water into primary pure water;
  • a secondary pure water device that includes the ion exchange device for producing ultrapure water according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4> and performs secondary pure water treatment to convert the primary pure water into secondary pure water; , An ultrapure water production system.
  • a method for producing ultrapure water comprising:
  • an ultrapure water production ion exchange device an ultrapure water production system, and an ultrapure water production method that can be suitably used for producing ultrapure water with a low metal concentration are provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an ion exchange apparatus for producing ultrapure water according to the present disclosure
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of configuration of an ultrapure water production system according to the present disclosure
  • FIG. 5 is a graph showing temporal changes in Fe concentration in room-temperature ultrapure water at the outlet of an ultrafiltration device in the ultrapure water production systems of Examples and Comparative Examples.
  • 4 is a graph showing temporal changes in Fe concentration in hot ultrapure water at the outlet of an ultrafiltration device in the ultrapure water production systems of Examples and Comparative Examples.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the configuration of an ion exchange device for producing ultrapure water according to the present disclosure
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along line AA of FIG. 5;
  • primary pure water refers to water in which impurities are removed by primary pure water treatment to increase the purity after raw water is pretreated as necessary
  • secondary pure water refers to primary Pure water means water (ultra-pure water) whose purity has been further increased by secondary pure water treatment.
  • water to be treated when producing ultrapure water from raw water, water that is pretreated, primary pure water treated, or secondary pure water treated is all referred to as "water to be treated”.
  • upstream side” and “downstream side” respectively mean “upstream side” and "downstream side” with respect to the flow direction of the water to be treated.
  • contacting the water to be treated downstream of the ion exchange resin means contacting the water to be treated after passing through at least a part of the ion exchange resin, and passing through the entire ion exchange resin It is not limited to the case of contacting with the water to be treated that has passed through the ion exchange resin, but it also includes the case of contacting with the water to be treated that is passing through the ion exchange resin.
  • a mixed-bed ion exchange resin (polisher) is used before ultrafiltration, which is the end of the ultrapure water production system.
  • the purity of the pure water is increased.
  • SUS stainless steel
  • resin such as PP (polypropylene) or polyvinylidene chloride
  • PP and polyvinylidene chloride cannot be used in some cases due to their strength, and strainers made of SUS, which are excellent in strength and corrosion resistance, are generally used.
  • the material of the constituent members of the resin tower and its accessory parts that perform ion exchange in this device It affects the water quality (metal concentration) and the start-up speed of the ultrapure water production equipment, and this effect is limited to the resin tower and its accessories, especially the strainer and resin catcher, in the ion exchange equipment of the secondary system. It has been found that the materials of the constituent members of the device in the preceding stage have almost no effect on the water quality at the end.
  • the metal components eluted from the SUS strainer in the polisher and the inner wall surface of the resin tower Directly affects water quality.
  • the elution amount of metal components caused by SUS strainers and resin towers is basically not large, it was acceptable for conventional water quality requirements, but long-term supply of ultra-high pure water that meets recent or future water quality requirements. In the task of doing, it turned out that it can not be overlooked.
  • the content of metal components is 1 ng / L or less, and when supplying ultrapure water that requires water quality of 0.1 ng / L or less, the above problems appear remarkably. It has become clear that it is difficult to stably supply ultrapure water that satisfies the required water quality at a practical start-up unless the above is further improved.
  • the inventors of the present disclosure have made secondary pure water obtained by subjecting the water to be treated to primary pure water treatment by ion exchange or the like to secondary pure water treatment by ion exchange or the like to increase the purity. In that case, it is effective to suppress the elution of metal components as much as possible at the ion exchange resin (polisher) at the end of the secondary pure water treatment and at the downstream side of the polisher.
  • the ion exchange resin polishher
  • a low-eluting material is a substance that exhibits a mass reduction rate of 1.0% by mass or less when subjected to an immersion test in which it is immersed in hydrochloric acid having a concentration of 3% by mass for 120 days ( metal or alloy).
  • the low elution materials include titanium, titanium alloys, Hastelloy (Hastelloy B, Hastelloy C, Hastelloy C276), Inconel, Monel, and nickel alloys such as MAT21.
  • Stainless steel is also a kind of nickel alloy, but as shown in the examples described later, the mass reduction rate of stainless steel exceeds 1.0% by mass when immersed in hydrochloric acid having a concentration of 3% by mass for 120 days. It does not fall under the low elution material in the present disclosure. From the viewpoint of suppressing the elution of metal components as much as possible, the low-elution material preferably has a mass reduction rate of 0.5% by mass or less in the immersion test.
  • the low elution material is not limited to a metal material, and a resin material can also be used.
  • a resin material can also be used.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • All of these fluororesin materials satisfy the standards for low-eluting materials (mass reduction rate of 1.0% by mass or less) when the immersion test for metals described above is applied. Therefore, it is conceivable to apply a fluorine-based resin lining as described above to the main body made of stainless steel.
  • PFA lining and fluorine-based lining other than PFA were actually applied to actual equipment, the PFA lining was found to be was excellent. Therefore, in the present disclosure, PFA can be used more preferably as a low-eluting material.
  • resin materials there may be no correlation between the evaluation in the above simple immersion test and the actual water quality and start-up performance. It is more preferable to evaluate based on the performance in This difference is presumed to be due to the difference in surface structure of the resin material.
  • the parts that cause the elution of metal components in the ultrapure water apparatus are identified, and the elution of metal components is effectively suppressed by using a low-elution material as the optimum material for that part.
  • materials similar to those of conventional devices can be used.
  • low-elution materials are expensive, and in the device according to the present disclosure, by minimizing the use of low-elution materials, the increase in price of the ultrapure water device itself can be minimized. .
  • this effect is large in a plant-type ultrapure water production apparatus in which the production amount of ultrapure water by the ultrapure water apparatus is 50 m 3 /h or more, and further 100 m 3 /h or more.
  • the ion exchange device for ultrapure water production according to the present disclosure (sometimes simply referred to as “ion exchange device” in the present disclosure) will be specifically described.
  • the ion exchange apparatus for producing ultrapure water according to the present disclosure is a secondary pure water system when the water to be treated is sequentially treated in a primary pure water system and a secondary pure water system (subsystem) to produce ultrapure water. It is an ion exchange device used for (secondary pure water treatment).
  • the ion exchange apparatus includes an ion exchange resin, a resin tower that performs ion exchange by passing water to be treated through a resin filling part filled with the ion exchange resin, and a resin filling as part of the accessory parts. and a strainer arranged downstream of the part.
  • the term "accessory” refers to an ion exchange resin that performs ion exchange of the water to be treated and a pipe that simply transports the water to be treated outside the resin tower, in order to perform ion exchange with the ion exchange resin. It means a part attached to the resin tower inside or outside the resin tower and constituting a part of the ion exchange resin apparatus.
  • Accessory parts include, for example, a strainer for separating the ion exchange resin and the water to be treated, and optionally provided parts include, for example, a water collecting plate, a water collecting pipe, and a resin filling portion ( A partition member provided for the purpose of the path of the water to be treated in the ion exchange resin layer), or a resin catcher connected to the outlet of the resin tower via a pipe to catch fine resin that has passed through the strainer. Included in parts. It also includes a sampling valve installed for water quality analysis of ion exchange resin treated water.
  • piping for simply transporting the water to be treated is not included in the accessory parts, but parts that not only transport the water to be treated but also have functions other than transportation, such as a Y-shaped strainer that transports the water to be treated "Attached parts" include parts that constitute a part of the piping to separate the water to be treated and the foreign matters.
  • the water-contacting part of the accessories which comes into contact with the water to be treated on the downstream side of the ion exchange resin, is made of a low elution material.
  • a strainer disposed downstream of the ion-exchange resin may be made of a low-eluting material, or the inner wall surface of the resin-filled section of the resin tower and the accessories such as the strainer may be formed. Both may be made of a low-dissolution material.
  • a water contacting portion consisting of a resin-filled portion and a portion that contacts the water to be treated downstream of the resin-filled portion, that is, the resin-filled portion, It is preferable that all the water-contacting parts after the resin-filled part, which the water to be treated comes into contact with, are made of a low-eluting material.
  • the water contact part of the accessory part means the part where the water to be treated contacts other than the piping that transports the water to be treated outside the ion exchange resin and the resin tower in the ion exchange device, for example, the inner wall surface of the housing and the filter Refers to media, etc.
  • FIG. 1 schematically shows an example of the configuration of an ion exchange apparatus for producing ultrapure water according to the present disclosure.
  • the ion exchange device 26 shown in FIG. A resin catcher 50 is provided outside the resin tower 40 and connected to a resin tower outlet 45 via a pipe 47 (for example, PVDF pipe). That is, the ion exchange device 26 according to the present disclosure includes, in addition to the resin tower 40, an accessory component connected to the resin tower 26 via a pipe 47, such as the resin catcher 50, as components constituting the ion exchange device 26. .
  • water to be treated in a skid (ion exchange system) that performs ion exchange as secondary pure water treatment corresponds to the ion exchange device 26 from the inlet to the outlet.
  • the resin tower 40 has a stainless steel cylindrical main body 41 and a PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) lining (PFA lining) 42 on the inner wall surface.
  • a substantially intermediate portion in the resin tower 40 serves as a resin filling section B filled with a non-regenerating mixed-bed ion exchange resin 44 in which a cation exchange resin and an anion exchange resin are mixed.
  • the upstream side of the ion-exchange resin 44 (resin-filled portion B) in the resin tower 40 is a space portion A (resin-unfilled portion) to which the water to be treated is supplied from the tower inlet 43 .
  • the downstream side of the ion exchange resin 44 (resin packed portion B) in the resin tower 40 is a water contact portion C with which the water to be treated that has passed through the ion exchange resin 44 comes into contact.
  • a strainer 48 is arranged on a water collecting plate 46 directly below the ion exchange resin 44 .
  • the strainer 48 is formed with a large number of pores (for example, about 0.3 mm diameter) that allow water to pass through but do not allow the ion exchange resin 44 to pass therethrough.
  • the PFA lining 42 is applied to the inner wall surface of the resin tower body 41 made of stainless steel, so that it is possible to prevent metal components from eluting into the pure water from the stainless steel constituting the resin tower body 41.
  • the thickness of the PFA lining 42 is not particularly limited, the thickness of the PFA lining 42 is set to It is preferably about 0.5 mm to 3 mm.
  • the resin tower 40 has a PFA lining 42 applied to at least a portion of the water contacting portion consisting of the resin filling portion B and the inner wall surface on the downstream side of the resin filling portion B (corresponding to a part of the water contacting portion C). With this, it is possible to prevent the elution of metal components from the portion where the PFA lining 42 is applied. From the viewpoint of suppressing the elution of metal components from the inner wall surface of the resin tower main body 41 as much as possible, the resin tower 40 has a resin-filled section B and an inner wall surface downstream of the resin-filled section B (part of the water contact section C). applicable) is preferably provided with a PFA lining 42 .
  • the water to be treated When performing ion exchange of the water to be treated in the resin tower 40 , the water to be treated is introduced into the resin tower 40 from the inlet 43 provided at the top of the resin tower 40 .
  • the water to be treated passes through the ion-exchange resin 44 (resin-filled portion B) to be ion-exchanged, and then passes through the strainer 48 and is discharged from the outlet 45 .
  • the entire inner wall surface of the resin tower 40 is in contact with the water to be treated. Even if the components are eluted, the metal components (metal ions) are taken into the ion-exchange resin 44, and an increase in metal concentration in the pure water can be suppressed.
  • the entire inner wall surface of the resin tower body 41 is provided with the PFA lining 42 .
  • the strainer 48 is a member in which pores or gaps are formed to separate water from the ion exchange resin 44 contained in the resin tower 40 near the outlet of the resin tower 40, and the water that has passed through the ion exchange resin 44 is collected. It is arranged in a hole provided in the water collecting plate 46 .
  • the strainer 48 is made of a metal material (including an alloy) having a mass reduction rate of 1.0% by mass or less when immersed in hydrochloric acid having a concentration of 3% by mass for 120 days as a low-eluting material. Titanium, titanium alloys, or nickel alloys are examples of such low-eluting metal materials.
  • Nickel alloys include Hastelloy (Hastelloy B, Hastelloy C, Hastelloy C276), Inconel, Monel, and MAT21.
  • the water to be treated that has passed through the ion-exchange resin 44 flows through the pores of the strainer 48 to the bottom of the resin tower 40 , and may come into contact with the catch plate 46 before and after passing through the strainer 48 . Therefore, it is preferable that the water collecting plate 46 is also made of a low-eluting material.
  • strainer As a strainer, the following three types are mainly mentioned. (1) Type installed in the water collection plate or water collection pipe inside the tower (2) Type installed in the pipe at the rear stage of the tower (Y-type strainer, etc.) (3) A type that is installed as a post filter in the piping of the post-stage of the column
  • the strainer 48 in the ion exchange device 26 shown in FIG. A strainer may be placed in the rear stage of the tower (outside the resin tower 40). Further, the strainer may be a mesh plate (water collection strainer plate) provided near the outlet of the resin tower 40 .
  • strainer 48 in the present disclosure may be of any type as long as the portion that will be in contact with water is composed of a low-dissolution material.
  • the resin catcher 50 is arranged in the rear stage (downstream side) of the resin tower 40 and is connected to the outlet 45 of the resin tower 40 via a pipe 47 . After passing through the strainer 48 , the water to be treated can move from the outlet 45 of the resin tower 40 through the piping 47 into the resin catcher 50 .
  • the resin catcher 50 has a PFA lining 52 on the inner wall of a cylindrical body 51 .
  • a resin catching member 54 made of a low-eluting material such as titanium or Inconel is arranged inside the resin catcher 50 on the side of the outlet 53 .
  • the resin capturing member 54 is provided with a large number of holes that are equal to or smaller than the holes provided in the strainer 48 . Since the resin catcher 50 is arranged downstream of the strainer 48 , when the water to be treated that has passed through the strainer 48 contains ion exchange resin, the resin is captured by the resin capturing member 54 .
  • the resin catcher 50 Since the resin catcher 50 comes into contact with the water to be treated, it becomes a source of metal contamination if it is made of stainless steel.
  • the resin catcher 50 in this embodiment has a PFA lining 52 applied to the inner wall surface of a main body 51 made of stainless steel, and the resin capturing member 54 is made of a low-eluting metal material (eg, titanium). Therefore, elution of metal components caused by the resin catcher 50 can be prevented or suppressed.
  • the outlet 53 of the resin catcher 50 can be connected with a pipe (not shown) for transporting the water to be treated to a device at a later stage.
  • the ion exchange device 26 In the ion exchange device 26 according to the present disclosure, at least a part, preferably all, of the water contacting parts after the resin filling part including the resin filling part, especially among the accessory parts, the water to be treated is on the downstream side of the resin filling part. Since the contacting water contacting portion is made of a low-eluting material, the elution of metal components caused by the attached parts is suppressed or prevented, and secondary pure water with a low concentration of metal components can be obtained.
  • the pipe 47 connecting the resin tower 40 and the resin catcher 50 does not correspond to an accessory part in the present disclosure. can be a factor.
  • the inner surface of a pipe such as the pipe 47 provided downstream of the resin filling portion B (ion exchange resin 44) is made of a resin material such as PVDF or another low-eluting material. Even if welding of different materials is possible, there are concerns about dust generation, elution, strength, and expansion due to temperature.
  • the piping 47 connecting the resin catcher 50 is preferably flange connections 49A and 49B.
  • the resin tower 40, the strainer 48 and the resin catcher 50 are preferably connected by connecting pipes.
  • this connecting pipe does not necessarily have to be made of a low-eluting material. This is because the amount of elution from the piping is smaller than that from strainers, resin catchers, and the like. Therefore, it is preferable to use a resin pipe made of polyvinyl chloride or PTFE, for example. Using such a resin pipe can suppress an increase in cost.
  • the connecting pipe and the strainer 48 and the resin catcher 50 are made of different materials, it is preferable to use a flange.
  • the resin tower 40 may have an inlet 43 for the water to be treated on the upper side surface and an outlet 45 on the lower side surface.
  • the resin tower 40 may have a structure in which an inlet for the water to be treated is provided in the lower portion and an outlet is provided in the upper portion. As shown in FIG. 1 and later-described FIG.
  • the water to be treated (primary treated water) is introduced from the upper part of the resin tower 40, and the water to be treated (secondary treated water) that has passed through the ion exchange resin is 40, the size of the ion exchange apparatus can be easily increased, and a throughput of 10 m 3 /h or more can be achieved.
  • the water-contacting portion of the resin tower 40 may be made of a low-eluting metal material such as titanium or inconel.
  • the strainer 48 may be made of PFA, or may be made of stainless steel with a PFA lining.
  • the resin catcher 50 may be made of a low-eluting metal material such as titanium or inconel.
  • the resin catcher 50 is arranged below the resin tower 40, but the arrangement of the resin catcher 50 is not limited to this.
  • the resin catcher 50 is arranged on the side of the resin tower 40 via the pipe 47, and the water to be treated discharged from the outlet 45 of the resin tower 40 flows from the lower inlet of the resin catcher 50 to the upper outlet. good too.
  • the height of the entire ion exchange device 26 including the resin catcher 50 can be kept low.
  • the ion exchange resin 44 is not limited to the non-regenerative ion exchange resin, and a regenerative ion exchange resin can also be used.
  • a regenerative ion exchange resin can also be used.
  • a regenerated ion-exchange resin may be used as long as it is a resin tower.
  • it is not limited to a mixed-bed type ion exchange resin, and a cation exchange resin or an anion exchange resin can also be used.
  • An ultrapure water production system includes a primary pure water device that performs primary pure water treatment to convert raw water or pretreated water into primary pure water, and an ion exchange device for producing ultrapure water according to the present disclosure.
  • a secondary pure water device for performing secondary pure water treatment to convert pure water into secondary pure water.
  • FIG. 2 shows an example of the configuration of an ultrapure water production system according to the present disclosure.
  • the ultrapure water production system 10 includes a pretreatment device 12 , a primary pure water device 14 , a pure water tank 16 and a secondary pure water device 17 .
  • the secondary pure water device 17 includes a water pump 18, a heat exchanger 20, an ultraviolet irradiation device 22, a membrane degassing device 24, a non-regenerative ion exchange device (polisher) 26, and an ultrafiltration (UF) device 28.
  • the non-regenerative ion exchange device 26 is the ion exchange device for producing ultrapure water according to the present disclosure.
  • Pretreatment device Raw water is supplied to the pretreatment device 12 .
  • the pretreatment device 12 removes turbidity from the supplied raw water using coagulation sedimentation means, sand filtration means, membrane filtration means, etc., and prepares pretreated water from which suspended solids and organic matters have been partly removed. obtain.
  • Examples of raw water include industrial water, tap water, ground water, river water, and the like.
  • the pretreated water obtained by treating the raw water in the pretreatment device 12 is further subjected to purification treatment to remove impurities from the pretreated water, thereby obtaining primary pure water.
  • purification treatment to remove impurities from the pretreated water, thereby obtaining primary pure water.
  • desalting equipment for removing impurity ions reverse osmosis membrane equipment for removing inorganic ions, organic substances, fine particles, etc.
  • a regenerative mixed-bed demineralizer that removes residual ions, etc.
  • the primary pure water obtained by the primary pure water device 14 is sent to the pure water tank 16 .
  • the pure water tank 16 is a container that temporarily stores the primary pure water obtained by the primary pure water device 14 .
  • the pure water tank 16 is not particularly limited in material, shape, etc., as long as it is free from rusting, almost no component elution from the container, and capable of stably storing primary pure water.
  • materials such as fiber reinforced plastics (FRP), polyethylene, SUS304, and those lined with Teflon (registered trademark) are preferably used.
  • the upper portion of the pure water tank 16 is preferably purged with pure nitrogen in order to prevent absorption of impurity gases such as carbon dioxide and dissolved oxygen.
  • the pure water tank 16 can store unused ultrapure water of the produced ultrapure water mixed with the primary pure water when circulating.
  • the water pump 18 feeds the primary pure water from the pure water tank 16 to the heat exchanger 20 .
  • the configuration of the water pump is not particularly limited. For example, even if the portion in contact with the primary pure water is made of a material such as stainless steel from which a small amount of metal components are eluted, the eluted metal components are taken into the ion exchange resin in the non-regenerative ion exchange device (polisher) 26. Therefore, the material of the portion of the water pump 18 that contacts the primary pure water has little effect on the quality of the ultrapure water to be produced.
  • a water pump 18 widely used in the production of pure water can be used.
  • the heat exchanger 20 adjusts the temperature of the primary pure water by exchanging heat (heating or cooling) with the primary pure water.
  • the heat exchanger 20 may be, for example, a plate-type heat exchanger, but the specific structure is not particularly limited.
  • the water temperature is adjusted to normal temperature, for example, about 20° C. by a heat exchanger.
  • the temperature may be adjusted to, for example, 60 to 80° C.
  • the ultrapure water produced is called hot ultrapure water. In the case of producing hot ultrapure water, the effects of the invention of the present disclosure are even greater.
  • the metal concentration in the terminal heat ultrapure water using the invention of the present disclosure can be made almost the same as in the normal temperature ultrapure water, but the terminal heat ultrapure water when not using the invention of the present disclosure is 2 to 3 times the metal concentration in normal-temperature ultrapure water.
  • the start-up time of the pure water device after hydrogen peroxide sterilization can be set to the same start-up time in both the production of hot ultrapure water and the production of normal-temperature ultrapure water.
  • the invention of the present disclosure is not used, in the case of hot ultrapure water, the startup becomes very unstable, and depending on the device, it may take about five times as long as in the case of normal temperature ultrapure water. .
  • the primary pure water temperature-controlled by the heat exchanger 20 is sent to the ultraviolet irradiation device 22 .
  • the ultraviolet irradiation device 22 irradiates the primary pure water with ultraviolet rays to decompose organic substances in the primary pure water and kill (sterilize) live bacteria.
  • the ultraviolet irradiation device 22 for example, if it is equipped with an ultraviolet lamp capable of irradiating a wavelength of about 185 nm or about 254 nm, it is possible to reliably decompose and sterilize organic matter in the primary pure water. be.
  • the ultraviolet lamp to be used is not particularly limited, a low-pressure mercury lamp is preferable in terms of ease of handling.
  • the UV irradiation apparatus may be of a circulation type or an immersion type, but the circulation type is preferable from the viewpoint of treatment efficiency.
  • the membrane degassing device 24 is a device that removes gas, particularly dissolved oxygen, from primary pure water using a gas separation membrane that is impermeable to moisture but permeable to gas.
  • the primary pure water treated by the membrane deaerator 24 has a low dissolved oxygen concentration.
  • Non-regenerative ion exchanger The primary pure water whose dissolved oxygen concentration has been lowered by the membrane deaerator 24 is sent to the non-regenerative ion exchanger 26 .
  • the non-regenerative ion exchange device 26 is a device that removes impurity ions such as organic acids generated by the ultraviolet irradiation device 22 and residual metal ions.
  • impurity ions such as organic acids generated by the ultraviolet irradiation device 22 and residual metal ions.
  • the ion exchange device according to the present disclosure is used as the non-regenerative ion exchange device 26
  • contamination of metal components such as Fe due to the resin tower and strainer in the ion exchange device 26 is prevented or can be suppressed.
  • the primary pure water from which impurity ions have been removed by the non-regenerative ion exchange device 26 is sent to an ultrafiltration (UF) device 28 .
  • UF ultrafiltration
  • the ultrafiltration (UF) device 28 is a device that removes fine particles to produce ultrapure water, and is arranged at the end of the secondary pure water device 17 .
  • the secondary pure water device 17 for example, other treatment devices such as sterilization means are used to prevent microbial contamination, and other treatment devices are provided as necessary to obtain ultrapure water having a desired purity.
  • other treatment devices such as sterilization means are used to prevent microbial contamination, and other treatment devices are provided as necessary to obtain ultrapure water having a desired purity.
  • a booster pump may be provided between the non-regenerative ion exchange device 26 and the ultrafiltration (UF) device 28 in order to increase the water supply pressure to the ultrafiltration device 28 .
  • the contact with the booster pump elutes the metal component and raises the metal concentration. Therefore, when producing ultrapure water with a lower metal concentration, either no booster pump is provided, or a booster pump whose contact part with the water to be treated is made of a material that does not elute metal components or is difficult to elute is used. is preferred.
  • the secondary pure water (ultrapure water) obtained by the secondary pure water device 17 through each device (each process) described above is sent to a place of use (point of use) such as a process point in a semiconductor manufacturing process, for example, through a water supply pipe 32. ) 30.
  • a place of use such as a process point in a semiconductor manufacturing process, for example, through a water supply pipe 32.
  • unused ultrapure water is circulated to the pure water tank 16 through the water supply pipe 34 and stored in the pure water tank 16 together with the primary pure water.
  • the content of the metal component is 1 ng / L or less ultrapure water, furthermore, 0.1 ng / L or less ultrapure water It is also possible to obtain pure water, and it is particularly suitable for producing ultrapure water to be supplied to process points in the semiconductor manufacturing process.
  • Examples 1-3, Reference Examples 4-5, and Comparative Example 1 ⁇ Production of normal temperature ultrapure water> Using an ultrapure water production system having the configuration shown in FIG. 2, changes over time in the Fe concentration (UF outlet water quality) in the produced ultrapure water (approximately 20° C.) were measured.
  • the ultrapure water production system used has a heat exchanger, an ultraviolet oxidation device (manufactured by Nippon Photo Science Co., Ltd., JPW-2), and a degassing membrane device (manufactured by 3M, X40 G451H) downstream of a tank that stores primary pure water.
  • non-regenerative mixed-bed ion exchange device filled with 200 L of N-Lite MBSP manufactured by Nomura Micro Science
  • ultrafiltration membrane device OPT-6036 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. (Molecular cutoff (nominal): 6000, effective Membrane area: 34 m 2 ).
  • Tap water was used as the water to be treated, and changes over time in the Fe concentration in the ultrapure water discharged from the outlet of the ultrafiltration device were measured.
  • 1% by mass hydrogen peroxide water is passed to sterilize the inside of the system. Changes in Fe concentration over time were measured. The results are shown in the graph of FIG.
  • the Fe concentration in the UF outlet water quality became 0.1 ng/L or less within 30 days. That is, assuming that the water quality specification of the ultrapure water system has a Fe concentration of 0.1 ng/L, the system will start up in 30 days.
  • Comparative Example 1 in which both the strainer and the polisher (resin tower) were made of SUS, the Fe concentration gradually decreased after the water flow started, but it took about 250 days for the Fe concentration to reach 0.1 ng/L. bottom.
  • Reference Example 4 in which the strainer was made of SUS and the polisher was PFA lined, it took about 80 days for the Fe concentration in the UF outlet water quality to become 0.1 ng/L or less.
  • Reference Example 5 in which the strainer was made of SUS and the polisher was lined with PTFE, the Fe concentration was relatively low immediately after the start of water flow, but the decrease in Fe concentration was gradual, and even after 250 days, it was 0.1 ng/ Didn't get L. Although the reason for this is not clear, it is conceivable that Fe contained in the SUS of the resin tower main body was eluted into the water to be treated that permeated the PTFE lining.
  • Example 2 compared to Reference Examples 4 and 5, which used a polisher with a PFA lining or PTFE lining on a stainless steel body, Example 2 in which the polisher was made of conventional stainless steel and the strainer was made of a low-eluting material. , 3 have a significantly shorter rise time. Furthermore, in Example 1, in which a polisher having a stainless steel main body with PFA lining and a strainer made of a low elution material are combined, the rising time is further shortened.
  • Example 2H and Comparative Example 1H ⁇ Production of thermal ultrapure water>
  • a non-regenerative mixed bed ion exchange device having the same configuration as in Example 2 or Comparative Example 1 was used, and the water to be treated was heated by heating with a heat exchanger. Water was passed in the same manner as in the production of pure water, and changes over time in the Fe concentration in hot ultrapure water (approximately 70° C.) discharged from the outlet of the ultrafiltration device were measured. The results are shown in the graph of FIG.
  • the start-up time of the pure water apparatus after hydrogen peroxide sterilization is the same in Example 2 and Example 2H, but in the case of Comparative Example 1H, which produces hot ultrapure water, normal-temperature ultrapure water is produced.
  • Comparative Example 1 it takes a long time to rise.
  • the Fe concentration is 0.5 ng/L as the water quality specification of the ultrapure water apparatus, it takes about 20 days for Example 2H to start up, but about 150 days for Comparative Example 1H.
  • the Fe concentration in the water quality specification is 0.1 ng/L, it was confirmed that Example 2H started up in about 50 days, but Comparative Example 1H did not start up for at least 250 days.
  • Examples 6 to 8, Comparative Example 2 Room-temperature ultrapure water was produced in the same manner as in Example 1, except that the ion exchange device was configured as shown in Table 3, and the Fe concentration in the ultrapure water was measured. In addition, the device cost was calculated when the device cost of the conventional device (Comparative Example 2) using the SUS strainer (the total cost of the ion exchange resin tower and the strainer) was set to 100.
  • Example 6 in which the strainer was made of PFA or Hastelloy as shown in Table 3, the Fe concentration in the UF outlet water quality reached 0.05 ng / L 30 days after the start of water flow, and the device was turned off. stood up.
  • Example 8 in which the stainless steel tank (resin tower) and incidental equipment (strainer) are all made of Hastelloy, the equipment cost increased five times as much as the conventional equipment (Comparative Example 2).
  • Examples 6 and 7 in which only the ancillary equipment (strainer) was changed from the conventional apparatus (Comparative Example 2) to Hastelloy or PFA, the increase in apparatus cost was suppressed to about 5%.
  • the ion exchange apparatus and the like for producing ultrapure water according to the present disclosure have been described above, the ion exchange apparatus and the like for producing ultrapure water according to the present disclosure are not limited to the above embodiments and examples.
  • the ion exchange apparatus for producing ultrapure water according to the present disclosure is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and other configurations can be adopted.
  • FIGS. 5 and 6 show other configuration examples of the ion exchange apparatus for producing ultrapure water according to the present disclosure.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • the ion exchange device 126 shown in FIG. 5 includes a resin tower 40 in which a resin lining 42 is applied to a cylindrical body 41 made of stainless steel. 6, illustration of the resin lining 42 is omitted.
  • a water supply pipe 70 for introducing water to be treated into the tower and an upper strainer 78 for spraying the water to be treated introduced from the water supply pipe 70 onto the ion exchange resin 44 are arranged in the upper part of the resin tower 40 .
  • a horizontal partition plate 63 is provided in the lower part of the resin tower 40 , and a strainer 58 with a uniform installation level is arranged above the partition plate 63 .
  • Each strainer 58 is attached to the bottom side of a water collection branch pipe 62 , and the branch pipe 62 is connected to the water collection main pipe 60 .
  • the water to be treated flows through the strainer 58 , the branch pipe 62 and the water collection main pipe 60 in this order, is taken out from the outlet 61 , and flows through the pipe 47 to the resin catcher 50 .
  • the water contacting portion of the accessory that comes into contact with the water to be treated on the downstream side of the ion exchange resin 44 may be made of a low elution material. That is, strainer 58 is made of the low-dissolution material of the present disclosure.
  • the branch pipe 62 and the water collection main pipe 60 are pipes that are buried in the ion exchange resin 44 in the resin tower 40 and are in direct contact with the resin 44. It is an accessory that can come into contact with water.
  • the branch pipe 62 and the water collection main pipe 60 are required to have both strength to withstand weight and volume changes of the resin and water to be treated and low elution, and both are preferably made of a low elution material.
  • resin such as PTFE is used. is preferred.
  • the resin catcher 50 in the latter stage is preferably made of the low-eluting material of the present disclosure.
  • Ultrapure water production system 12
  • Pretreatment device 14
  • Primary pure water device 16
  • Secondary pure water device 18
  • Water pump 20
  • Heat exchanger 22
  • Ultraviolet irradiation device 24
  • Membrane degassing device 26
  • Ion exchange device for ultrapure water production (Non-regenerative type) 28
  • UF ultrafiltration

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)

Abstract

原水又は前処理水を一次純水にする一次純水処理及び一次純水を二次純水にする二次純水処理を順次行って超純水を製造する場合に、二次純水処理に用いる超純水製造用イオン交換装置２６であって、イオン交換樹脂４４と、イオン交換樹脂が充填された樹脂充填部に被処理水を通過させる樹脂塔４０と、付属部品の一部として、樹脂充填部内又は樹脂充填部よりも下流側に配置されたストレーナー４８と、を備える。付属部品のうち、イオン交換樹脂よりも下流側において被処理水と接触する接水部が、チタン、チタン合金、又はニッケル合金であって、３質量％濃度の塩酸に１２０日間浸漬した浸漬試験を行った場合に質量減少率が１．０質量％以下である金属材料、及びＰＦＡからなる群より選ばれる少なくとも１種の低溶出性材料で形成されている。

Description

超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法
　本開示は、超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法に関する。
　半導体ウエハの洗浄用水など、半導体製造工程では不純物が高度に除去された純水が用いられている。純水は、一般に、原水（工業用水、市水、井水等）を、必要に応じて前処理システムで処理し、一次純水システムおよび二次純水システム（サブシステム）で順次処理することにより製造される。製造された純水は、使用点（ユースポイント）に供給するための供給ラインに送液される。
　近年では、純水の水質に対する要求が高くなっている。特に、半導体製造工程で用いられる純水の場合には、半導体製品の高集積化に伴って、不純物量の許容基準が厳しくなっており、純水中の金属（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等）濃度は、１ｎｇ／Ｌ以下、さらには０．１ｎｇ／Ｌ以下の水質が要求されている。
　このように半導体製造分野における要求水質は年々厳しくなる一方であり、例えば、国際デバイスおよびシステムロードマップ（ＩＲＤＳ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｏａｄｍａｐ　ｆｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）では、ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージセンサー向けのＰＯＰ（プロセスポイント）において、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ａｕ＜０．０５ｎｇ／Ｌ（＝ｐｐｔ）の要求水質とされている。
　金属濃度が低い純水を得るため、例えば、特許文献１では、イオン交換装置等を備えた純水製造ユニットと、純水製造ユニットに被処理水を送る送液ポンプとを備えた純水製造装置において、送液ポンプの接液部を非金属材料で構成することが提案されている。
　また、特許文献２では、超純水製造装置のサブシステムの非再生式混床式イオン交換装置として、接液面を合成樹脂とした容器内にイオン交換樹脂を収容したイオン交換装置であって、下端にストレーナを備えた集水管が容器内に配置され、集水管の上端が集水管接続部に接続されている構成を有するイオン交換装置が開示されている。ストレーナは、ポリプロピレン等の合成樹脂製であり、集水管の下端に対し超音波溶着等によって固着されていることが記載されている。このような構成から、特許文献２に開示されているイオン交換装置は、可搬型ボンベとして用いられる小型のイオン交換装置であると考えられる。小型のイオン交換装置の場合、イオン交換装置を可搬型のボンベとして用いるため、装置下部に供給水配管や処理水配管を設置できない。したがって、特許文献２では、イオン交換装置の上部から処理水を排出する方法として、ストレーナーと配管と蓋が溶着されて一体化したものが開示されている。一般的に可搬型のボンベは、処理量が１ｍ３／ｈ程度、大きくても、３ｍ３／ｈ程度が限界である。この場合、配管は、垂直になっているので、樹脂の重さがかからないこと、特に、イオン交換樹脂のイオン交換の際に起きる樹脂の体積の膨張や収縮がおきても、配管に直接重量がかからない。また、配管の長さが概ね１～２ｍ程度なので、配管の素材は自由に選択できる。
　一方、プラント型純水装置で用いる、固定型イオン交換装置の場合、可搬である必要はなく、大型の装置となる。したがって、可搬型ボンベと異なり、特許文献２に開示されているように装置上部から処理水を排出する必要はないが、処理水流出部の規模が大きくなり、一般的には、塔の下部から処理水が排出される。固定型のイオン交換装置は、処理量が、例えば、１０ｍ３／ｈ程度以上で用いることができる。
　例えば、特許文献３には、塔体内にイオン交換樹脂が充填された脱塩器であって、塔体の底部が下方に膨出した形状の膨出部となっており、膨出部の内部に複数の集水用のストレーナが配置されている脱塩器が開示されている。特許文献３の図５、図６に示される構成では、塔内部の処理水の配管は、構造が複雑であることや、イオン交換樹脂の重量やイオン交換の際の重量の変化による応力がかかることから、ストレーナは、一般的にはＳＵＳ製であり、樹脂製のものは破損の恐れがある為、使用できない。
　また、固定型イオン交換装置の場合、イオン交換装置の高さが、可搬型ボンベの２～３倍もしくは、それ以上あり、可搬型のボンベのように樹脂塔上部から処理水を排出する方法は破損の恐れがある為、採用できない。
　一般的に一次純水システムの配管はＰＶＣ（塩化ビニル）製の配管で構成され、二次純水システムの配管は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）もしくは、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製の配管で構成される。そして、異なる材質の接合は、仮に溶着が可能であっても、その部分からの発塵や溶出、強度、温度による膨張の影響等が懸念されるため、フランジ接続とする。
　　特許文献１：特開２００３－１３６０５８号公報
　　特許文献２：特開２０１１－０６７７９３号公報
　　特許文献３：特開２０１２－２１０５８３号公報
　特許文献１に開示されている純水製造装置では、送液ポンプに起因する超純水中の金属濃度を下げることができ、送液ポンプの出口側における金属濃度は低下されることができる。しかし、この方法を用いても、末端の超純水の水質はほとんど向上しなかった。
　また、特許文献２に開示されているイオン交換装置は、例えば、１ｍ３／ｈ以下程度の小型の純水装置が対象である。特許文献２に開示されているように容器内の集水管を通じて底部から上部に処理水を送水する技術を大型の装置に適用すると、集水管が長くなり、破損の恐れが生じるため利用できない。また、ストレーナーも大型化するので、ポリプロピレン製のストレーナーでは強度が弱いという問題が生じてくる。
　また、特許文献２、特許文献３では、ストレーナの材料と立ち上がりの関係について検討されていない。
　本開示は、金属濃度が低い超純水の製造に好適に用いることができる超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞　原水又は前処理水を一次純水にする一次純水処理及び前記一次純水を二次純水にする二次純水処理を順次行って超純水を製造する場合に、前記二次純水処理に用いる超純水製造用イオン交換装置であって、
　イオン交換樹脂と、
　前記イオン交換樹脂が充填された樹脂充填部に被処理水を通過させる樹脂塔と、
　付属部品の一部として、前記樹脂充填部又は前記樹脂充填部よりも下流側に配置されたストレーナーと、
を備え、
　前記付属部品のうち、前記イオン交換樹脂よりも下流側において前記被処理水と接触する接水部が、チタン、チタン合金、又はニッケル合金であって、３質量％濃度の塩酸に１２０日間浸漬した浸漬試験を行った場合に質量減少率が１．０質量％以下である金属材料、及びＰＦＡからなる群より選ばれる少なくとも１種の低溶出性材料で形成されている、超純水製造用イオン交換装置。
＜２＞　前記ストレーナーの前記接水部となる部分が、前記低溶出性材料で形成されている、＜１＞に記載の超純水製造用イオン交換装置。
＜３＞　前記付属部品の一部として、前記ストレーナーよりも下流側に配置されたレジンキャッチャーをさらに備える、＜１＞又は＜２＞に記載の超純水製造用イオン交換装置。
＜４＞　前記樹脂塔の内壁面が、前記低溶出性材料で形成されている、＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の超純水製造用イオン交換装置。
＜５＞　原水又は前処理水を一次純水にする一次純水処理を行う一次純水装置と、
　＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の超純水製造用イオン交換装置を含み、前記一次純水を二次純水にする二次純水処理を行う二次純水装置と、
を備える超純水製造システム。
＜６＞　原水又は前処理水を一次純水にする一次純水処理を行う一次純水工程と、
　＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の超純水製造用イオン交換装置を用い、前記樹脂充填部に被処理水を通過させ、前記一次純水を二次純水にする二次純水処理を行う二次純水工程と、
を含む超純水製造方法。
　本開示によれば、金属濃度が低い超純水の製造に好適に用いることができる超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法が提供される。
本開示に係る超純水製造用イオン交換装置の構成の一例を示す概略図である。 本開示に係る超純水製造システムの構成の一例を示す構成図である。 実施例及び比較例の超純水製造システムにおける限外濾過装置出口の常温超純水中のＦｅ濃度の経時変化を表すグラフである。 実施例及び比較例の超純水製造システムにおける限外濾過装置出口の熱超純水中のＦｅ濃度の経時変化を表すグラフである。 本開示に係る超純水製造用イオン交換装置の構成の他の一例を示す概略図である。 図５のＡ－Ａ線概略断面図である。
　以下、図面を参照しながら本開示に係る超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法の実施形態について説明する。ただし、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。
　本開示において、「一次純水」は、原水が必要に応じて前処理された後、一次純水処理によって不純物が除去されて純度が高められた水を、「二次純水」は、一次純水が二次純水処理によってさらに純度が高められた水（超純水）をそれぞれ意味する。また、原水から超純水を製造する際に、前処理、一次純水処理、又は二次純水処理される水をいずれも「被処理水」とも称する。
　また、本開示において、「上流側」及び「下流側」はそれぞれ、被処理水の流れ方向についての「上流側」及び「下流側」を意味する。例えば、「イオン交換樹脂よりも下流側において被処理水と接触する」とは、イオン交換樹脂の少なくとも一部を通過した後の被処理水と接触することを意味し、イオン交換樹脂全体を通過した被処理水と接触する場合に限定されず、イオン交換樹脂を通過する途中の被処理水と接触する場合も含まれる。
　イオン交換装置、限外濾過装置などを備えた超純水製造システムにおいて超純水を製造する場合、超純水製造システムの末端となる限外濾過の前に混床式イオン交換樹脂（ポリッシャー）によって金属イオン等が除去されて純水の純度が高められる。
　ポリッシャーの樹脂塔出口側に備えられているストレーナーの材質として、通常、ＳＵＳ（ステンレス）、あるいは、ＰＰ（ポリプロピレン）、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂が使用されている。しかし、ＰＰ及びポリ塩化ビニリデンは強度の面で使用できない場合があり、強度、耐食性などに優れたＳＵＳ製のストレーナーが一般的に使用されている。
　しかし、本開示の発明者が検討を重ねたところ、二次系のイオン交換装置（ポリッシャー）においてＳＵＳ製ストレーナーを長期間使用していると、次第にＳＵＳから金属成分の溶出が起きることが分かってきた。また、ＳＵＳからの金属成分の溶出によって、装置の立ち上げにかかる時間が長くなるという問題も発生することが分かってきた。そこで、本開示の発明者が二次系のイオン交換装置についてさらに検討を行ったところ、この装置においてイオン交換を行う樹脂塔及びその付属部品の構成部材の材質は、超純水製造装置末端の水質（金属濃度）や、超純水製造装置の立ち上がりの速度に影響し、さらに、この影響は二次系のイオン交換装置における樹脂塔及びその付属部品だけ、特にストレーナーやレジンキャッチャー等であり、これより前段の装置に関しては、その構成部材の材質が、ほとんど末端の水質に影響がないことが分かってきた。
　すなわち、強度、耐食性の観点から、ポリッシャーの樹脂塔としてＳＵＳ製の樹脂塔を用いた場合、樹脂塔内に導入された被処理水が塔本体の内壁面に接触すると、ステンレスに含まれる金属（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ）が微量ながら溶出する。被処理水がイオン交換樹脂に接触する前に塔本体の内壁面から溶出した金属成分は、その後樹脂充填部のイオン交換樹脂に取り込まれる。しかし、樹脂充填部（イオン交換樹脂層）を通過した後の被処理水が樹脂塔の底部で塔本体（ＳＵＳ）の内壁面やＳＵＳ製のストレーナーに接触することで、金属成分が溶出し、被処理水中の金属濃度が上昇することになる。
　超純水製造システムの末端付近に位置するポリッシャーの後段には、金属成分を除去する装置はないので、ポリッシャーにおけるＳＵＳ製のストレーナーや樹脂塔の内壁面から溶出した金属成分は、製造する超純水の水質に直接影響する。
　ＳＵＳ製のストレーナーや樹脂塔に起因する金属成分の溶出量は基本的に多くはないので、従来の要求水質では許容されていたが、最近の又は将来の要求水質を満たす超高純水を長期間供給するという課題においては、見逃せないことが分かった。
　特に、金属成分の含有量が、１ｎｇ／Ｌ以下、さらには、０．１ｎｇ／Ｌ以下の水質が要求される超純水を供給しようとする場合、上記の課題が顕著に表れ、従来の装置をさらに改善しない限り、要求水質を満たした超純水を安定的に、かつ、実用的な立ち上がりで供給することが困難なことが分かってきた。特に、立ち上がりの問題は深刻で、従来の超純水装置をそのまま用いて、上記水質を満たそうとする場合、末端水質が安定するまでに要する時間が６０日以上、さらには、１００日以上必要な場合もあることが分かってきた。したがって、超純水装置のシステム構成、運転条件、各機器の材質等を見直す必要が生じてきた。
　そこで、本開示の発明者は、被処理水をイオン交換等によって一次純水処理して得た一次純水をさらにイオン交換等による二次純水処理して純度を高めた二次純水にする場合、二次純水処理の末端となるイオン交換樹脂（ポリッシャー）及びポリッシャーより下流側で、できるだけ金属成分の溶出を抑制することが有効であると考えた。そして、鋭意検討を重ねたところ、ストレーナーなどの付属部品のうち、樹脂充填部よりも下流側で被処理水と接触する接水部を低溶出性材料で形成すれば、超純水中の金属濃度を効果的に低く抑えることができ、かつ、超純水装置の早期立上げができることを見出した。
　なお、本開示において、低溶出性材料とは、金属材料の場合、３質量％濃度の塩酸に１２０日間浸漬した浸漬試験を行った場合に質量減少率が１．０質量％以下となる物質（金属又は合金）のことを指す。
　上記低溶出性材料としては、例えば、チタン、チタン合金、ハステロイ（ハステロイＢ、ハステロイＣ、ハステロイＣ２７６）、インコネル、モネル、ＭＡＴ２１などのニッケル合金が挙げられる。なお、ステンレスもニッケル合金の一種であるが、後述する実施例で示すように、ステンレスは、３質量％濃度の塩酸に１２０日間浸漬した場合に質量減少率が１．０質量％を超えるため、本開示における低溶出性材料には該当しない。低溶出性材料は、金属成分の溶出をできるだけ抑制する観点から、上記浸漬試験による質量減少率は０．５質量％以下であることが好ましい。
　低溶出性材料としては金属材料に限定されず、樹脂材料を用いることもできる。例えば、耐久性に優れたフッ素樹脂として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が知られている。これらのフッ素系樹脂材料は上記金属の場合の浸漬試験を適用するといずれも低溶出性材料の基準（質量減少率が１．０質量％以下）を満たす。そこで、ステンレス製の本体に上記のようなフッ素系樹脂のライニングを施すことが考えられる。
　しかし、前述したような金属成分の濃度が極めて低い水質を満たそうとする場合には、フッ素系のライニングの種類によって違いが出ることが分かってきた。具体的には、イオン交換装置におけるステンレス製本体の内壁面にＰＴＦＥやＰＶＤＦのライニングを施した場合、鉄（Ｆｅ）の溶出があることが分かってきた。この理由は、ライニングをしても、ミクロ的に見た場合、ＰＴＦＥやＰＶＤＦのライニングは表面が凸凹しているため、ステンレス製本体の一部において金属表面が露出している部分があり、ここから溶出があるか、凸凹の表面に金属が付着してこれが徐々に溶出するためと考えられる。
　ＰＦＡライニングと、ＰＦＡ以外（ＰＴＦＥ又はＰＶＤＦ）のフッ素系ライニングをそれぞれ実際に実機に適用したところ、末端超純水の水質と超純水製造装置の立ち上がりまでの時間のいずれにおいても、ＰＦＡライニングが優れていた。そのため、本開示においては、ＰＦＡを低溶出性材料としてより好適に用いることができる。なお、樹脂材料の場合、上記のような単純な浸漬試験での評価と実際の到達水質や立ち上がり性能の間には相関がみられないこともあるので、実際の水流のある流通系、もしくは実機での実績で評価することがより好ましい。この違いは、樹脂材料の表面の構造の違いによる影響と推測される。
　本開示では、超純水装置内において金属成分の溶出の原因となる部品を特定し、その部分に最適な材料として低溶出性材料を用いることで金属成分の溶出が効果的に抑制される。一方、他の部品に関しては、従来の装置と同様の材料を用いることができる。一般的に低溶出性材料は高価であり、本開示に係る装置では、低溶出性材料の使用を最小限にすることにより、超純水装置自体の価格の増加を最小限に抑えることができる。特にこの効果は、超純水装置による超純水の製造量が５０ｍ３／ｈ以上、さらには、１００ｍ３／ｈ以上のプラント型の超純水製造装置において大きい。
［超純水製造用イオン交換装置］
　本開示に係る超純水製造用イオン交換装置（本開示において単に「イオン交換装置」と記す場合がある。）について具体的に説明する。
　本開示に係る超純水製造用イオン交換装置は、被処理水を一次純水システム及び二次純水システム（サブシステム）で順次処理して超純水を製造する場合に二次純水システム（二次純水処理）に用いるイオン交換装置である。本開示に係るイオン交換装置は、イオン交換樹脂と、イオン交換樹脂が充填されている樹脂充填部に被処理水を通過させてイオン交換を行う樹脂塔と、付属部品の一部として、樹脂充填部よりも下流側に配置されているストレーナーとを備えている。
　なお、本開示において「付属部品」とは、被処理水のイオン交換を行うイオン交換樹脂及び樹脂塔の外側で被処理水を単に輸送する配管以外で、イオン交換樹脂によってイオン交換を行うために樹脂塔の内側又は外側において樹脂塔に付属して設けられ、イオン交換樹脂装置の一部を構成する部品を意味する。付属部品として、例えば、イオン交換樹脂と被処理水とを分離するためのストレーナーのほか、任意に設けられる部品として、例えば、樹脂塔内に配置される集水板、集水管、樹脂充填部（イオン交換樹脂層）における被処理水の経路などを目的として設けられる仕切部材、あるいは、樹脂塔出口に配管を介して連結され、ストレーナーを通過した微細な樹脂を捕獲するためのレジンキャッチャーなども付属部品に含まれる。また、イオン交換樹脂の処理水の水質分析のために設置するサンプリングバルブも含まれる。なお、被処理水を単に輸送する配管は付属部品には含まれないが、被処理水を輸送するだけでなく輸送以外の機能も有する部品、例えば、Ｙ型ストレーナーのように被処理水を輸送する配管の一部を構成するとともに被処理水と異物を分離するための部品は「付属部品」に含まれる。
　そして、本開示に係る超純水製造用イオン交換装置は、付属部品のうち、イオン交換樹脂よりも下流側において被処理水と接触する接水部が低溶出性材料で形成されている。例えば、イオン交換樹脂よりも下流側に配置されているストレーナー等の付属部品のみが低溶出性材料で形成されていてもよいし、樹脂塔の樹脂充填部の内壁面とストレーナー等の付属部品の両方が低溶出性材料で形成されていてもよい。イオン交換装置に起因する金属成分の溶出をできるだけ少なくするため、樹脂充填部と樹脂充填部よりも下流側において被処理水と接触する部分とからなる接水部、すなわち、樹脂充填部を含め、被処理水が樹脂充填部以降に接触する接水部の全てが低溶出性材料で形成されていることが好ましい。なお、付属部品の接水部とは、イオン交換装置においてイオン交換樹脂及び樹脂塔の外側で被処理水を輸送する配管以外で被処理水が接触する部分、例えば、筐体の内壁面やろ過メディア等を指す。
　図１は、本開示に係る超純水製造用イオン交換装置の構成の一例を概略的に示している。図１に示すイオン交換装置２６は、塔内の略中間部分においてイオン交換樹脂４４が充填されている樹脂塔４０と、付属部品として、樹脂塔４０内の出口側に配置されたストレーナー４８、さらに樹脂塔４０の外側に配置され、樹脂塔出口４５に配管４７（例えばＰＶＤＦ配管）を介して連結したレジンキャッチャー５０を備えている。すなわち、本開示に係るイオン交換装置２６は、樹脂塔４０のほか、レジンキャッチャー５０のように配管４７を介して樹脂塔２６に連結された付属部品もイオン交換装置２６を構成する部品として含まれる。例えば、各装置がスキッド化された超純水製造システムに本開示に係るイオン交換装置２６を適用する場合は、二次純水処理としてのイオン交換を行うスキッド（イオン交換システム）における被処理水の入口から出口までがイオン交換装置２６に該当する。
（樹脂塔）
　樹脂塔４０は、ステンレス製の円筒型本体４１の内壁面にＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）のライニング（ＰＦＡライニング）４２が施されている。
　樹脂塔４０内の略中間部分は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂が混合した非再生型混床式イオン交換樹脂４４が充填された樹脂充填部Ｂとなっている。樹脂塔４０内のイオン交換樹脂４４（樹脂充填部Ｂ）よりも上流側は、塔入口４３から被処理水が供給される空間部Ａ（樹脂非充填部）となっている。
　一方、樹脂塔４０内のイオン交換樹脂４４（樹脂充填部Ｂ）より下流側は、イオン交換樹脂４４を通過した被処理水が接触する接水部Ｃとなっている。イオン交換樹脂４４の直下には、集水板４６にストレーナー４８が配置されている。ストレーナー４８は水を通し、イオン交換樹脂４４を通さない多数の細孔（例えば、約０．３ｍｍ径）が形成されている。
　樹脂塔４０は、ステンレス製の樹脂塔本体４１の内壁面にＰＦＡライニング４２が施されているため、樹脂塔本体４１を構成するステンレスから純水中に金属成分が溶出することを防ぐことができる。なお、ＰＦＡライニング４２の厚みは特に限定されないが、ステンレス製塔本体４１からの金属成分の溶出を確実に防ぐこと、製造（ライニング）が容易であることなどの観点から、ＰＦＡライニング４２の厚みは０．５ｍｍ～３ｍｍ程度であることが好ましい。
　樹脂塔４０は、樹脂充填部Ｂと樹脂充填部Ｂよりも下流側の内壁面（接水部Ｃの一部に該当）とからなる接水部の少なくとも一部にＰＦＡライニング４２が施されていれば、ＰＦＡライニング４２が施されている部分からの金属成分の溶出を防ぐことができる。樹脂塔本体４１の内壁面からの金属成分の溶出をできるだけ抑制する観点から、樹脂塔４０は、樹脂充填部Ｂ及び樹脂充填部Ｂよりも下流側の内壁面（接水部Ｃの一部に該当）にＰＦＡライニング４２が施されていることが好ましい。
　樹脂塔４０において被処理水のイオン交換を行う場合、樹脂塔４０の上部に設けられている入口４３から樹脂塔４０内に被処理水が導入される。被処理水は、イオン交換樹脂４４（樹脂充填部Ｂ）を通過してイオン交換された後、ストレーナー４８を経て、出口４５から排出される。このとき、樹脂塔４０の内壁面全体が被処理水と接触するが、樹脂充填部Ｂよりも上流側の空間部Ａにおいて樹脂塔本体４１のステンレスが露出して被処理水との接触により金属成分が溶出しても、金属成分（金属イオン）はイオン交換樹脂４４に取り込まれ、純水中の金属濃度の上昇を抑制することができる。ただし、製造が容易である観点から、樹脂塔本体４１の内壁面全体にＰＦＡライニング４２が施されていることがより好ましい。
（ストレーナー）
　ストレーナー４８は、樹脂塔４０の出口付近において樹脂塔４０内に収容されたイオン交換樹脂４４と水を分離する細孔又は隙間が形成された部材であり、イオン交換樹脂４４を通過した水が集まる集水板４６に設けられた孔に配置されている。
　ストレーナー４８は、低溶出性材料として、３質量％濃度の塩酸に１２０日間浸漬した場合に質量減少率が１．０質量％以下である金属材料（合金も含む）で構成されている。そのような低溶出性の金属材料として、チタン、チタン合金、又はニッケル合金が挙げられる。ニッケル合金としては、ハステロイ（ハステロイＢ、ハステロイＣ、ハステロイＣ２７６）、インコネル、モネル、ＭＡＴ２１などが挙げられる。
　イオン交換樹脂４４を通過した被処理水は、ストレーナー４８の細孔を通じて樹脂塔４０の底部に流れるが、ストレーナー４８を通過する前後において集水板４６と接触し得る。そのため、集水板４６も低溶出性材料で形成されていることが好ましい。
　なお、ストレーナーとしては、主に以下の３つのタイプが挙げられる。
（１）塔内集水板又は集水管に設置されるタイプ
（２）塔後段の配管に設置されるタイプ（Ｙ型ストレーナー等）
（３）塔後段の配管にポストフィルタとして設置されるタイプ
　図１に示すイオン交換装置２６におけるストレーナー４８は、上記（１）のタイプに含まれるが、上記（２）又は（３）のタイプのように塔後段（樹脂塔４０の外側）に配置されるストレーナーでもよい。
　また、ストレーナーは、樹脂塔４０の出口付近に設けられたメッシュの板状（集水ストレーナー板）であってもよい。
　例えば、実公昭４７－０１３８６３号公報、特開２００６－１９２４００号公報、特開２００８－２９９６１号公報、特開２０１９－１７１２６８号公報などに記載されている公知のストレーナー（コレクター）と同様の構造を採用することができる。
　本開示におけるストレーナー４８は、接水部となる部分が低溶出性材料で構成されていればいずれのタイプでもよい。
（レジンキャッチャー）
　レジンキャッチャー５０は樹脂塔４０の後段（下流側）に配置されており、樹脂塔４０の出口４５に配管４７を介して連結されている。被処理水はストレーナー４８を通過した後、樹脂塔４０の出口４５から配管４７を経てレジンキャッチャー５０内に移動することができる。
　レジンキャッチャー５０は、円筒型本体５１の内壁にＰＦＡライニング５２が施されている。レジンキャッチャー５０の内部の出口５３側には、例えばチタン、インコネルなどの低溶出性材料で形成された樹脂捕捉部材５４が配置されている。樹脂捕捉部材５４は、ストレーナー４８に設けられている孔と同等又はより小さい孔が多数設けられている。
　レジンキャッチャー５０はストレーナー４８よりも下流側に配置されているため、ストレーナー４８を通過した被処理水にイオン交換樹脂が混入している場合、樹脂捕捉部材５４によって樹脂が捕捉される。
　レジンキャッチャー５０は被処理水と接触するため、ステンレスで構成されていると金属汚染源となる。しかし、本実施形態におけるレジンキャッチャー５０は、ステンレス製の本体５１の内壁面にＰＦＡライニング５２が施されており、樹脂捕捉部材５４は低溶出性の金属材料（例えば、チタン）で構成されているため、レジンキャッチャー５０に起因する金属成分の溶出を防止又は抑制することができる。なお、レジンキャッチャー５０の出口５３には後段の装置に被処理水を輸送するための配管（不図示）を連結することができる。
　本開示に係るイオン交換装置２６は、樹脂充填部を含め樹脂充填部以降における接水部の少なくとも一部、好ましくは全部、特に付属部品のうち、樹脂充填部よりも下流側において被処理水と接触する接水部が、低溶出性材料で形成されていることで付属部品に起因する金属成分の溶出が抑制又は防止され、金属成分の濃度が低い二次純水を得ることができる。
　なお、樹脂塔４０とレジンキャッチャー５０を連結する配管４７は本開示における付属部品には該当しないが、ステンレス製の配管であると配管から金属成分が溶出して被処理水における金属濃度の上昇の一因と成り得る。そのため、配管４７のように樹脂充填部Ｂ（イオン交換樹脂４４）よりも下流側に設けられる配管の内面は、ＰＶＤＦなどの樹脂材料又は他の低溶出性材料で構成されていることが好ましい。
　なお、異なる材質の接合は、仮に溶着が可能であっても、その部分からの発塵や溶出、強度、温度による膨張の影響等が懸念されるため、図１に示すように樹脂塔４０とレジンキャッチャー５０を連結する配管４７はフランジ接続４９Ａ，４９Ｂとすることが好ましい。
(樹脂塔とストレーナー及びレジンキャッチャーとの接続配管)
　樹脂塔４０とストレーナー４８及びレジンキャッチャー５０は接続配管で接続されることが好ましい。なお、この接続配管は、必ずしも低溶出性材料とする必要はない。配管からの溶出量はストレーナーやレジンキャッチャー等からの溶出に比べると少ない為である。したがって、例えばポリ塩化ビニル製、もしくは、ＰＴＦＥ製の樹脂配管を用いることが好ましい。このような樹脂配管を用いれば、コストの増加を抑制可能である。接続配管とストレーナー４８及びレジンキャッチャー５０の接合部は材質が異なる場合にはフランジを用いることが好ましい。
　以上、本開示に係るイオン交換装置の構成の一例について説明したが、上記実施形態に限定されない。
　例えば、樹脂塔４０は、上部側面に被処理水の入口４３、下部側面に出口４５が設けられた構成としてもよい。あるいは、樹脂塔４０の下部に被処理水の入口、上部に出口が設けられた構成でもよい。
　なお、図１、後述する図５に示すように、樹脂塔４０の上部から被処理水（一次処理水）が導入され、イオン交換樹脂を通過した被処理水（二次処理水）を樹脂塔４０の下部から排出する構成であれば、イオン交換装置を大型化し易く、１０ｍ３／ｈ以上の処理量を達成することができる。
　また、樹脂塔４０における接水部は、チタン、インコネルなどの低溶出性の金属材料で構成されてもよい。
　ストレーナー４８は、ＰＦＡ製としてもよいし、ステンレス製の本体にＰＦＡライニングを施した構成としてもよい。
　レジンキャッチャー５０は、チタン、インコネルなどの低溶出性の金属材料で構成されてもよい。
　また、図１に示す構成では、樹脂塔４０の下方にレジンキャッチャー５０が配置されているが、レジンキャッチャー５０の配置はこれに限定されない。例えば、レジンキャッチャー５０が配管４７を介して樹脂塔４０の側方に配置され、樹脂塔４０の出口４５から排出された被処理水がレジンキャッチャー５０の下方の入口から上方の出口に流れる構成としてもよい。このような構成により、レジンキャッチャー５０を含めたイオン交換装置２６全体の高さを低く抑えることができる。
　また、イオン交換樹脂４４は、非再生型イオン交換樹脂に限定されず、再生型のイオン交換樹脂を用いることもできる。例えば、チタン製の樹脂塔ではイオン交換樹脂を再生する際に再生液によって腐食が生じるが、ステンレス製の塔本体の内壁面にＰＦＡライニングを施した樹脂塔又はインコネル等の低溶出性ニッケル合金製の樹脂塔であれば、再生型のイオン交換樹脂を用いてもよい。
　また、混床式のイオン交換樹脂に限定されず、陽イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂を用いることもできる。
［超純水製造システム及び超純水製造方法］
　次に、本開示に係る超純水製造システム及び超純水製造方法について説明する。
　本開示に係る超純水製造システムは、原水又は前処理水を一次純水にする一次純水処理を行う一次純水装置と、本開示に係る超純水製造用イオン交換装置を含み、一次純水を二次純水にする二次純水処理を行う二次純水装置と、を備える。
　図２は、本開示に係る超純水製造システムの構成の一例を示している。超純水製造システム１０は、前処理装置１２、一次純水装置１４、純水タンク１６、二次純水装置１７を含んで構成されている。二次純水装置１７は、送水ポンプ１８、熱交換器２０、紫外線照射装置２２、膜脱気装置２４、非再生型イオン交換装置（ポリッシャー）２６、及び限外濾過（ＵＦ）装置２８を備えている。そして、非再生型イオン交換装置２６が、本開示に係る超純水製造用イオン交換装置である。
（前処理装置）
　前処理装置１２には、原水が供給される。前処理装置１２は、供給された原水に対し、凝集沈澱手段や、砂濾過手段、膜濾過手段などを用いて原水を除濁し、懸濁物質及び有機物の一部が除去された前処理水を得る。原水としては、工業用水、水道水、地下水、河川水等を挙げることができる。
（一次純水装置）
　一次純水装置１４では、原水を前処理装置１２で処理して得られた前処理水に対し、さらに清浄化処理を行って、前処理水から不純物を除去し、一次純水を得る。具体的には、不純物イオンの除去を行う脱塩装置、無機イオン、有機物、微粒子等の除去を行う逆浸透膜装置、溶存酸素等の溶存ガスの除去を行う真空脱気装置又は膜脱気装置、残存するイオン等を除去する再生型混床式脱塩装置、等の各種装置を有する。
（純水タンク）
　一次純水装置１４で得られた一次純水は、純水タンク１６へ送水される。純水タンク１６は、一次純水装置１４で得られた一次純水を一時的に貯留する容器である。純水タンク１６としては、錆の発生等がなく、容器からの成分溶出がほとんどなく、一次純水を安定して貯留できるものであれば、その材質や形状等は特に限定されない。例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ポリエチレン、ＳＵＳ３０４、及びそれらをテフロン（登録商標）ライニングしたもの等の材質が好ましく使われる。また、純水タンク１６の上部は、炭酸ガス、溶存酸素等の不純物ガスの吸収を防ぐため、純窒素でパージされていることが好ましい。純水タンク１６は、後述するように、製造された超純水のうち未使用の超純水を循環する際、上記の一次純水と混合して貯留することもできる。
（送水ポンプ）
　送水ポンプ１８は、純水タンク１６から一次純水を熱交換器２０に送水する。送水ポンプの構成は特に限定されない。例えば、一次純水と接触する部分がステンレスなど金属成分が微量に溶出する材料で形成されていても、溶出した金属成分は非再生型イオン交換装置（ポリッシャー）２６においてイオン交換樹脂に取り込まれる。そのため、送水ポンプ１８において一次純水と接触する部分の材料は、製造する超純水の水質への影響はほとんどない。純水の製造において汎用されている送水ポンプ１８を用いることができる。
（熱交換器）
　熱交換器２０では、一次純水に対する熱交換（加熱又は冷却）により、一次純水の熱交換による温度調整を行う。熱交換器２０としては、例えば、プレート型の熱交換器を挙げることができるが、具体的構造は特に限定されない。なお、一般的には熱交換器によって、水温を常温、例えば、２０℃程度に調整する。しかし、例えば、６０～８０℃に調整する場合もあり、この場合、製造される超純水は熱超純水と言われる。なお、熱超純水の製造の場合、本開示の発明による効果は、さらに大きくなる。
　例えば、本開示の発明を用いた末端熱超純水中の金属濃度は、常温超純水の場合とほぼ同等にすることができるが、本開示の発明を用いない場合の末端熱超純水の金属濃度は、常温超純水中の金属濃度の２～３倍となる。
　また、過酸化水素殺菌後の純水装置立ち上がり時間も、本開示の発明を用いた場合は、熱超純水の製造でも常温超純水の製造でも同等の立ち上がり時間とすることができるが、本開示の発明を用いない場合には、熱超純水の場合は、立ち上がりが非常に不安定となり、装置によっては、常温超純水の場合の５倍程度の時間がかかってしまう場合もある。
（紫外線照射装置）
　熱交換器２０で温度調整された一次純水は、紫外線照射装置２２へ送水される。紫外線照射装置２２では、一次純水に対して紫外線を照射することにより、一次純水中の有機物の分解や生菌の死滅処理（殺菌）等を行う。紫外線照射装置２２としては、例えば、１８５ｎｍ付近の波長や２５４ｎｍ付近の波長を照射可能な紫外線ランプを備えたものであれば、一次純水中の有機物の分解や殺菌を確実に行うことが可能である。用いる紫外線ランプとしては特に限定されないが、低圧水銀ランプが、取り扱いの容易さの点で好ましい。また、紫外線照射装置としては流通型または浸漬型が挙げられるが、流通型が処理効率の点から好ましい。
（膜脱気装置）
　膜脱気装置２４は、水分を透過させず気体は透過させる気体分離膜を用いて、一次純水中の気体、特に溶存酸素を除去する装置である。膜脱気装置２４で処理された一次純水は、溶存酸素の濃度が低い状態となる。
（非再生型イオン交換装置）
　膜脱気装置２４によって溶存酸素濃度が低下された一次純水は、非再生型イオン交換装置２６へ送水される。
　非再生型イオン交換装置２６は、紫外線照射装置２２で生じた有機酸、残留する金属イオンなどの不純物イオンを除去する装置である。超純水製造システム１０においては、非再生型イオン交換装置２６として本開示に係るイオン交換装置を用いるため、イオン交換装置２６における樹脂塔やストレーナーに起因するＦｅなどの金属成分の混入を防止又は抑制することができる。
（限外濾過装置）
　非再生型イオン交換装置２６によって不純物イオンが除去された一次純水は、限外濾過（ＵＦ）装置２８へ送水される。
　限外濾過（ＵＦ）装置２８は、微粒子を除去して超純水を製造する装置であり、二次純水装置１７の末端に配置されている。
　なお、二次純水装置１７においては、例えば、殺菌手段等により微生物の混入対策を行う等、必要に応じて他の処理装置を設けて、所望の純度を有する超純水を得るようにすることもできる。
　また、限外濾過装置２８への送水圧力を高めるため、例えば、非再生型イオン交換装置２６と限外濾過（ＵＦ）装置２８との間にブースターポンプを設けてもよい。ただし、ブースターポンプとの接触により金属成分が溶出して金属濃度が上昇する。そのため、金属濃度がより低い超純水を製造する場合は、ブースターポンプを設けないか、被処理水との接触部分が金属成分の溶出しない又は溶出し難い材料で構成されているブースターポンプを用いることが好ましい。もしくは、ブースターポンプを非再生型イオン交換装置２６の前段に設置することが好ましい。
　上記の各装置（各工程）を経て二次純水装置１７によって得られた二次純水（超純水）は、送水配管３２によって、例えば半導体製造工程におけるプロセスポイントなどの使用場所（ユースポイント）３０へ送出される。送出された超純水のうち、使用されなかった超純水は送水配管３４によって純水タンク１６へ循環され、一次純水と一緒に純水タンク１６内に貯留される。
　上述した本開示に係るイオン交換装置及び本開示に係る超純水製造システムによれば、金属成分の含有量が、１ｎｇ／Ｌ以下の超純水、さらには、０．１ｎｇ／Ｌ以下の超純水を得ることも可能であり、特に半導体製造工程におけるプロセスポイントに供給する超純水の製造に好適に用いることができる。
　以下、本開示の実施例について説明するが、本開示は以下の実施例に限定されるものでない。
（浸漬試験）
　表１に示す材料で構成された試験片を、それぞれＨＣｌ濃度が３質量％の塩酸（２５℃）に４カ月（１２０日間）浸漬し、材料の質量減少率（％）を求めた。各材料の質量減少率を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例１～３、参考例４～５、及び比較例１）
＜常温超純水の製造＞
　図２に示すような構成を有する超純水製造システムを使用し、製造された超純水（約２０℃）中のＦｅ濃度（ＵＦ出口水質）の経時変化を測定した。使用した超純水製造システムは、一次純水を貯留するタンクの下流に、熱交換器、紫外線酸化装置（日本フォトサイエンス社製、ＪＰＷ－２）、脱気膜装置（３Ｍ社製、Ｘ４０ Ｇ４５１Ｈ）、非再生型混床式イオン交換装置（野村マイクロ・サイエンス製 Ｎ－Ｌｉｔｅ ＭＢＳＰを２００Ｌ充填）、限外濾過膜装置（旭化成社製、ＯＬＴ－６０３６（分画分子量（公称）：６０００、有効膜面積：３４ｍ２）を順に備えている。
　このような超純水製造システムにおいて、非再生型混床式イオン交換装置（ポリッシャー）の樹脂塔及びストレーナーの構成材料を表２に示すように変更した。なお、表２において、ＰＦＡライニング、ＰＴＦＥライニングは、それぞれステンレス（ＳＵＳ３１６）製の塔本体の内壁面に各樹脂のライニングを施したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
   
　被処理水として水道水を用いて通水し、限外濾過装置の出口から排出された超純水中のＦｅ濃度の経時変化を測定した。なお、被処理水（水道水）を通水する前に１質量％の過酸化水素水を通水してシステム内を殺菌し、殺菌終了時を測定開始（０）とし、超純水中のＦｅ濃度の経時変化を測定した。結果を図３のグラフに示す。
　図３に示されるように、ストレーナーを、チタン又はハステロイで構成した実施例１～３では、いずれも３０日以内にＵＦ出口水質のＦｅ濃度が０．１ｎｇ／Ｌ以下となった。すなわち、超純水装置の水質のスペックをＦｅ濃度が０．１ｎｇ／Ｌとすると、３０日で装置が立ち上がる。
　一方、ストレーナー及びポリッシャー（樹脂塔）をいずれもＳＵＳ製とした比較例１では、通水開始後、徐々にＦｅ濃度が低下したが、Ｆｅ濃度が０．１ｎｇ／Ｌになるには、２５０日程度要した。
　また、ストレーナーをＳＵＳ製とし、ポリッシャーをＰＦＡライニングとした参考例４では、ＵＦ出口水質のＦｅ濃度が０．１ｎｇ／Ｌ以下となるのに約８０日を要した。
　また、ストレーナーをＳＵＳ製とし、ポリッシャーをＰＴＦＥライニングとした参考例５では、通水開始直後はＦｅ濃度が比較的低かったが、Ｆｅ濃度の低下が緩やかで２５０日を過ぎても０．１ｎｇ／Ｌにならなかった。この理由は定かでないが、ＰＴＦＥライニングを透過した被処理水に樹脂塔本体のＳＵＳに含まれるＦｅが溶出したことが考えられる。
　図３に見られるように、ステンレス製本体にＰＦＡライニング又はＰＴＦＥライニングを施したポリッシャーを用いた参考例４、５に比べ、ポリッシャーは従来のステンレス製とし、ストレーナは低溶出材料とした実施例２、３の方が立ち上がり時間が顕著に短くなっている。さらにステンレス製本体にＰＦＡライニングを施したポリッシャーと低溶出材料のストレーナを組み合わせた実施例１ではさらに立ち上がり時間が短くなっている。
（実施例２Ｈ及び比較例１Ｈ）
＜熱超純水の製造＞
　超純水製造システムにおいてそれぞれ実施例２又は比較例１と同様の構成を有する非再生型混床式イオン交換装置を用い、熱交換器による加熱により被処理水を加熱したこと以外は、常温超純水の製造と同様に通水し、限外濾過装置の出口から排出された熱超純水（約７０℃）中のＦｅ濃度の経時変化を測定した。結果を図４のグラフに示す。
　図３に示す実施例２と図４に示す実施例２Ｈを対比すると、熱超純水中の金属濃度は、常温超純水の場合とほぼ同等であるが、図３に示す比較例１と図４に示す比較例１Ｈを対比すると、熱超純水の金属濃度は、常温超純水中の金属濃度の２～３倍となる。
　また、過酸化水素殺菌後の純水装置立ち上がり時間は、実施例２と実施例２Ｈでは同等の立ち上がり時間であるが、熱超純水を製造する比較例１Ｈの場合は常温超純水を製造する比較例１の場合と同様に立ち上がりまでに長時間がかかっている。ここで超純水装置の水質のスペックをＦｅ濃度が０．５ｎｇ／Ｌとすると、実施例２Ｈでは概ね２０日で立ち上がるが、比較例１Ｈでは概ね１５０日かかることが分かる。また、水質スペックのＦｅ濃度が０．１ｎｇ／Ｌとすると、実施例２Ｈでは５０日程度で立ち上がるが、比較例１Ｈでは少なくとも２５０日以上立ち上がらないことが確認された。
（実施例６～８、比較例２）
　イオン交換装置を表３に示す構成としたこと以外は、実施例１と同様にして常温超純水の製造を行い、超純水中のＦｅ濃度を測定した。また、ＳＵＳ製ストレーナーを用いた従来装置（比較例２）の装置コスト（イオン交換樹脂塔とストレーナーの費用の合計）を１００とした場合の装置コストを算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示すようにストレーナーを、ＰＦＡ又はハステロイで構成した実施例６～８では、いずれも通水開始から３０日後にはＵＦ出口水質のＦｅ濃度が０．０５ｎｇ／Ｌとなっって装置が立ち上がった。
　ただし、ステンレス製のタンク（樹脂塔）と付帯設備（ストレーナー）を全てハステロイ製にした実施例８では、装置コストが従来装置（比較例２）の５倍に上昇した。一方、従来装置（比較例２）に対して付帯設備（ストレーナー）のみハステロイ製又はＰＦＡ製に変更した実施例６、７では、装置コストは５％程度の上昇に抑えられた。
　以上、本開示に係る超純水製造用イオン交換装置等について説明したが、本開示に係る超純水製造用イオン交換装置等は、上記実施形態および実施例に限定されない。
　例えば、本開示に係る超純水製造用イオン交換装置は、図１に示す構成に限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、図５，６は、本開示に係る超純水製造用イオン交換装置の他の構成例を示している。図６は図５のＡ－Ａ線断面図である。
　図５に示すイオン交換装置１２６では、ステンレス製の円筒型本体４１に樹脂ライニング４２が施した樹脂塔４０が構成されている。なお、図６では、樹脂ライニング４２の図示は省略されている。樹脂塔４０内の上部には塔内に被処理水を導入する給水管７０と、給水管７０から導入された被処理水をイオン交換樹脂４４に散水する上部ストレーナー７８が配置されている。樹脂塔４０内の下部には水平な仕切板６３が設けられ、仕切板６３の上側に設置レベルが均一なストレーナー５８が配置されている。各ストレーナー５８は、集水用枝管６２の下面側に取り付けられており、枝管６２は集水本管６０に連結されている。被処理水はストレーナー５８、枝管６２、集水本管６０の順に流れ、取出口６１から取り出され、配管４７を経てレジンキャッチャー５０に流れる。
　このような構成を有するイオン交換装置においても、イオン交換樹脂４４よりも下流側において被処理水と接触する付属部品の接水部を低溶出材料で構成すればよい。すなわち、ストレーナー５８は本開示における低溶出性材料製とする。また、枝管６２や集水本管６０は、樹脂塔４０内でイオン交換樹脂４４に埋もれて樹脂４４と直接接触する配管であり、各管の内側だけでなく外側もイオン交換された被処理水と接触し得る付属部品である。そのため、枝管６２及び集水本管６０は、樹脂や被処理水の重量や体積変化に耐える強度と低溶出性がともに求められ、いずれも低溶出性材料製とすることが好ましい。
　一方、樹脂塔４０の外側で集水本管６０とレジンキャッチャー５０を連結し、樹脂塔４０においてイオン交換処理された被処理水を輸送する配管４７は強度が求められないため、ＰＴＦＥ等の樹脂製が好ましい。また、後段のレジンキャッチャー５０は本開示における低溶出性材料製とすることが好ましい。このような構成により、枝管６２や集合本管６０の破損を防ぎ、かつ被処理水中の金属成分濃度を低く抑えた超純水を製造することができる。
　２０２１年９月２９日に出願された日本特許出願２０２１－１５９８０９の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
１０　超純水製造システム
１２　前処理装置
１４　一次純水装置
１６　純水タンク
１７　二次純水装置
１８　送水ポンプ
２０　熱交換器
２２　紫外線照射装置
２４　膜脱気装置
２６　超純水製造用イオン交換装置（非再生型）
２８　限外濾過（ＵＦ）装置
３０　ユースポイント
３２、３４　送出配管
４０　樹脂塔
４２　ＰＦＡライニング
４４　イオン交換樹脂
４７　配管
４８　ストレーナー
５０　レジンキャッチャー
５２　ＰＦＡライニング
５４　樹脂捕捉部材
６０　集水本管
６２　枝管

Claims (6)

  1. 　原水又は前処理水を一次純水にする一次純水処理及び前記一次純水を二次純水にする二次純水処理を順次行って超純水を製造する場合に、前記二次純水処理に用いる超純水製造用イオン交換装置であって、
    　イオン交換樹脂と、
    　前記イオン交換樹脂が充填された樹脂充填部に被処理水を通過させる樹脂塔と、
    　付属部品の一部として、前記樹脂充填部又は前記樹脂充填部よりも下流側に配置されたストレーナーと、
    を備え、
    　前記付属部品のうち、前記イオン交換樹脂よりも下流側において前記被処理水と接触する接水部が、チタン、チタン合金、又はニッケル合金であって、３質量％濃度の塩酸に１２０日間浸漬した浸漬試験を行った場合に質量減少率が１．０質量％以下である金属材料、及びＰＦＡからなる群より選ばれる少なくとも１種の低溶出性材料で形成されている、超純水製造用イオン交換装置。
  2. 　前記ストレーナーの前記接水部となる部分が、前記低溶出性材料で形成されている、請求項１に記載の超純水製造用イオン交換装置。
  3. 　前記付属部品の一部として、前記ストレーナーよりも下流側に配置されたレジンキャッチャーをさらに備える、請求項１に記載の超純水製造用イオン交換装置。
  4. 　前記樹脂塔の内壁面が、前記低溶出性材料で形成されている、請求項１に記載の超純水製造用イオン交換装置。
  5. 　原水又は前処理水を一次純水にする一次純水処理を行う一次純水装置と、
    　請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の超純水製造用イオン交換装置を含み、前記一次純水を二次純水にする二次純水処理を行う二次純水装置と、
    を備える超純水製造システム。
  6. 　原水又は前処理水を一次純水にする一次純水処理を行う一次純水工程と、
    　請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の超純水製造用イオン交換装置を用い、前記樹脂充填部に被処理水を通過させ、前記一次純水を二次純水にする二次純水処理を行う二次純水工程と、
    を含む超純水製造方法。
PCT/JP2022/021630 2021-09-29 2022-05-26 超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法 WO2023053572A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-159809 2021-09-29
JP2021159809 2021-09-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023053572A1 true WO2023053572A1 (ja) 2023-04-06

Family

ID=85782188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/021630 WO2023053572A1 (ja) 2021-09-29 2022-05-26 超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW202313485A (ja)
WO (1) WO2023053572A1 (ja)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0623282A (ja) * 1992-07-08 1994-02-01 Toray Ind Inc イオン交換繊維充填筒
JPH0760291A (ja) * 1993-08-30 1995-03-07 Nippon Millipore Kk パイロジエンフリーの超純水の製造方法
JPH11501570A (ja) * 1995-03-14 1999-02-09 ユーエスエフ リミテッド 液体浄化装置
JP2004167308A (ja) * 2002-11-18 2004-06-17 Kurita Water Ind Ltd 超純水製造装置
JP2011067793A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Kurita Water Ind Ltd イオン交換装置
JP2011206722A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Kurita Water Ind Ltd イオン交換装置及び超純水製造装置用サブシステム
JP2012101208A (ja) * 2010-11-05 2012-05-31 Global Suzuki:Kk 純水製造装置
JP2013215679A (ja) * 2012-04-09 2013-10-24 Nomura Micro Sci Co Ltd 超純水製造装置
JP2016112530A (ja) * 2014-12-17 2016-06-23 栗田工業株式会社 イオン交換樹脂塔
JP2021094521A (ja) * 2019-12-17 2021-06-24 株式会社東芝 高温水の浄化装置及び高温水の浄化方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0623282A (ja) * 1992-07-08 1994-02-01 Toray Ind Inc イオン交換繊維充填筒
JPH0760291A (ja) * 1993-08-30 1995-03-07 Nippon Millipore Kk パイロジエンフリーの超純水の製造方法
JPH11501570A (ja) * 1995-03-14 1999-02-09 ユーエスエフ リミテッド 液体浄化装置
JP2004167308A (ja) * 2002-11-18 2004-06-17 Kurita Water Ind Ltd 超純水製造装置
JP2011067793A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Kurita Water Ind Ltd イオン交換装置
JP2011206722A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Kurita Water Ind Ltd イオン交換装置及び超純水製造装置用サブシステム
JP2012101208A (ja) * 2010-11-05 2012-05-31 Global Suzuki:Kk 純水製造装置
JP2013215679A (ja) * 2012-04-09 2013-10-24 Nomura Micro Sci Co Ltd 超純水製造装置
JP2016112530A (ja) * 2014-12-17 2016-06-23 栗田工業株式会社 イオン交換樹脂塔
JP2021094521A (ja) * 2019-12-17 2021-06-24 株式会社東芝 高温水の浄化装置及び高温水の浄化方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202313485A (zh) 2023-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015103983A1 (zh) 一种放射性废水处理的方法和装置
JP5597122B2 (ja) 逆浸透処理装置
JP2013215679A (ja) 超純水製造装置
JP3223660B2 (ja) パイロジエンフリーの超純水の製造方法
US6977047B2 (en) Method and system for the manufacture of pharmaceutical water
JP5381781B2 (ja) 超純水製造システムの洗浄方法
JP5791767B2 (ja) 逆浸透処理装置
JP2009545136A5 (ja)
WO2023053572A1 (ja) 超純水製造用イオン交換装置、超純水製造システム、及び超純水製造方法
KR101816340B1 (ko) 다중분리막에 의한 방사능물질 처리장치
JP5900482B2 (ja) 水回収方法及び装置
JP3778158B2 (ja) 超純水製造装置
JP2004154713A (ja) 超純水製造装置
JP4447126B2 (ja) 超純水製造装置
JP2003145148A (ja) 超純水供給装置及び超純水供給方法
JP6216847B2 (ja) 逆浸透処理装置
JP2004050056A (ja) イオン交換装置及び超純水製造装置
US20240158267A1 (en) Ultrapure water production system
WO2022168570A1 (ja) イオン交換装置および超純水製造装置
JP7124175B1 (ja) 液体回収システム、液体供給システム、及び圧力調整方法
CN212999357U (zh) 一种反渗透装置
CN215480250U (zh) 二级反渗透纯水制备系统
WO2020195510A1 (ja) 微粒子測定システムの洗浄方法及び超純水製造システム
JP5996057B2 (ja) 逆浸透処理装置
JP2004354056A (ja) 復水脱塩方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22875451

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE