JPH0615263A - 超純水製造装置 - Google Patents

超純水製造装置

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JPH0615263A
JPH0615263A JP4197687A JP19768792A JPH0615263A JP H0615263 A JPH0615263 A JP H0615263A JP 4197687 A JP4197687 A JP 4197687A JP 19768792 A JP19768792 A JP 19768792A JP H0615263 A JPH0615263 A JP H0615263A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2次純水系(サブシステム)のカートリッジ
ポリシャー(CP)のシリカ負荷を低減し、CPの長期
安定運転及び系全体の水質向上を可能とした超純水製造
装置を提供する。 【構成】 1次純水系中に1次純水系でシリカ濃度を所
望のグレードに低減するためのパック型シリカポリシャ
ーを設置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超純水製造装置の改良に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来例えば原子力、火力発電所における
ボイラー用水、医薬品製造用水、半導体産業などで使用
される各種洗浄用水として超純水が使用されて来てい
る。例えば半導体産業で現在使用されている超純水製造
装置としては前処理、RO(逆浸透膜)、イオン交換、
紫外線殺菌、真空脱気等からなる1次純水系と、紫外線
酸化装置、イオン交換、UF(限外濾過)等からなる2
次純水系と、活性炭、イオン交換、紫外線酸化装置、活
性炭等からなる回収系とからなるものが広く用いられて
いる。
【0003】しかしながら半導体向け超純水の要求水質
は近年益々厳しくなっており、2次純水系のイオン交換
には外部で特別のコンディショニングおよび再生を行っ
たイオン交換樹脂を塔内に充填した、したがって専用の
再生設備を有しないカートリッジポリシャー(以下単に
CPと略記する)が用いられ、超純水製造装置の系全体
の水質向上のためには上記のCPの長期安定運転が不可
欠となって来ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、CPの寿命
と処理水質は、CPの入口水のシリカ濃度に依存してお
り、CP入口のシリカ濃度が高いと安定した水質の処理
水が得られずCPの寿命も短くなる。そのためには1次
純水系でシリカ濃度を低減し2次純水系のCPのシリカ
負荷を軽減することが重要であるとの知見を得た。
【0005】そこで本発明者らは上記の知見に基いて1
次純水系に、強塩基性アニオン交換樹脂をその樹脂の再
生膨潤分だけの余裕をもたせて隙間なく塔内に充填し向
流再生を行うシリカポリシャーを設置することにより1
次純水系にてシリカ濃度を極力低減することにより、2
次純水系のCPのシリカ負荷を低減し従来より安定な処
理を長期に亘って得ることを可能にし本発明に至ったも
のである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するためにイオン交換式の純水製造装置の後段に、塔
内に強塩基性アニオン交換樹脂の再生膨潤分だけの余裕
をもたせて隙間なく充填し、向流再生を行うパック型の
シリカポリシャーを設置したことを特徴とする超純水装
置を提供するものであり、更に、イオン交換式の純水装
置を組込み原水を比較的超純水に近い水質まで処理する
ための1次系システムと、イオン交換式のカートリッジ
ポリシャーを組込み1次純水系の処理水を更に精製して
超純水としこれをユースポイントに送り込むための2次
純水系とを備えた超純水製造装置において、1次純水系
中にそのイオン交換式純水装置に続いて1次純水系の処
理水のシリカ濃度を低減するためのシリカポリシャーで
あって、塔内に強塩基性アニオン交換樹脂をその樹脂の
再生膨潤分だけの余裕をもたせて隙間なく充填し、向流
再生を行うパック型のシリカポリシャーを設置したこと
を特徴とする超純水製造装置を提供するものである。
【0007】
【作用】以下に、本発明を半導体産業における超純水製
造に適用する場合を例にして詳細に説明する。上記の1
次純水系に設置されるシリカポリシャーは2次純水系に
組込まれたCPのシリカ負荷を軽減するに十分なもので
あることが必要で、具体的には1次純水系シリカ濃度を
3ppb 以下望ましくは1ppb 以下から0まで低減し得る
ものでなければならず、従来から知られている並流再生
式のシリカポリシャーでは、この目的を達成することは
困難である。本発明は、1次純水系の処理水のシリカ濃
度を上述のような低値まで低減し、2次純水系のCPの
シリカ負荷を軽減することにより従来より安定な処理水
を長期に亘って得ることができるようにしたものであ
る。
【0008】上述のような目的を達成するため、本発明
においては1次純水系に設置されるシリカポリシャー
を、強塩基性アニオン交換樹脂をその樹脂の再生膨潤分
だけの余裕をもたせて隙間なく塔内に充填し、再生時に
は、イオン交換塔において通常行われている樹脂の逆洗
を行わずに向流再生を行うパック型装置とした。シリカ
ポリシャーをこのようなパック型とすることによりシリ
カポリシャーの再生効率を向上せしめることができると
ともに、シリカ濃度が1ppb 以下というような極めて良
質の処理水を得ることができる。
【0009】すなわち、イオン交換塔には、通水時にお
ける被処理水の通水方向と再生時における再生剤の通薬
方向とを同じとする並流再生方式と、再生時において再
生剤を被処理水の通水方向とは逆向きに通薬する向流再
生方式とがあるが、再生効率の向上、処理水質の向上と
いう観点からは向流再生方式の方が優れている。そし
て、向流再生方式のこのような利点を十分に発揮させる
には、被処理水の通水時には勿論のこと、通水終了時の
再生工程においてもイオン交換樹脂層をなるべく乱さな
いようにすることが重要である。しかしながら、従来の
向流再生方式のイオン交換塔においては、原水の通水に
よって原水中の濁質が樹脂槽に捕捉され、蓄積するた
め、再生工程の第1段階として必ず樹脂の逆洗を行い、
塔内の上記濁質を除去する操作を行っていたのでイオン
交換樹脂層が著しく乱されてしまい、そのため向流再生
方式の上記利点が十分に発揮されないという不具合があ
った。
【0010】このような不具合をなくすためには、再生
工程において上述のような逆洗を行わずに再生剤を通薬
すればよい訳である。しかし、従来のイオン交換塔にお
いては、再生工程の第1段階として樹脂の逆洗を行うと
いうのが常識であったために、樹脂層の上方の塔内に、
当該樹脂層の高さとほぼ同程度の、かなり大きな空間部
(以下これをフリーボードという)を設けるのが普通で
ある。しかし、このようなフリーボードが存在すると、
例えば被処理水の通水を下降流で行い、再生剤の通薬を
上昇流で行う向流再生方式にあっては、そのままでは再
生剤の上昇流通薬時にイオン交換樹脂が流動化してしま
うので、これを防止するために装置上の特別な工夫が必
要であり、また、これとは逆に被処理水の通水を上昇流
で行い、再生剤の通薬を下降流で行う向流再生方式にあ
っては、被処理水の通水時にイオン交換樹脂が流動化し
易く、したがって良質の処理水が得られない虞れがあ
る、という不具合があった。
【0011】そこで、本発明者等は、シリカポリシャー
を向流再生方式で効率よく再生する方法について鋭意研
究を行ったところ、従来のフリーボードをなくしてその
分塔高を低くするとともに、塔内に強塩基性陰イオン交
換樹脂を、その樹脂の再生膨潤分(Cl形からOH形に
変化する時の膨潤分)だけの余裕をもたせて隙間なく充
填した構造とし、再生工程においては逆洗を行わないシ
リカポリシャーを開発するに至った。
【0012】すなわち、本発明におけるシリカポリシャ
ーは、前述のごとくイオン交換方式の純水装置の後段に
設置されるものであるから被処理水中の濁質は前段の純
水装置で大部分除去され、シリカポリシャーには濁質が
ほとんど持ち込まれず、それ故、再生工程において、濁
質を除去するための逆洗を行う必要がなくなる。
【0013】上記シリカポリシャーの具体的構造として
は、例えば塔内の上部および下部に、水は通すがイオン
交換樹脂は通さない布製のスクリーンを貼り付けた目板
を付設すると共にこれら両目板間の塔内に強塩基性陰イ
オン交換樹脂を樹脂の再生膨潤分だけの余裕をもたせて
ほぼ隙間なく充填し、当該塔内に被処理水を下降流で通
水すると共に、水酸化ナトリウム溶液等のアルカリ再生
剤を上昇流で通薬する構成とするか、あるいは被処理水
を上昇流で通水し、アルカリ再生剤を下降流で通薬する
構成としたシリカポリシャーが挙げられる。このような
構造のシリカポリシャーにおいては、塔内に強塩基性陰
イオン交換樹脂が、多少の余裕高はあるもののほぼ隙間
なく充填されているので、再生剤を上昇流で流す方式に
おいては、再生剤を通常の流速より多少速めた流速で流
入させることによって樹脂層を上部の目板に容易に押し
付けることができ、また、被処理水を上昇流で流す方式
においては、被処理水の通水速度は通常、再生剤の通薬
速度よりかなり速いのでこの場合も樹脂層を上部の目板
に容易に押し付けることができ、よっていずれの場合に
おいても塔内の強塩基性アニオン交換樹脂が流動するこ
とはなくなる。したがって、向流再生方式の利点が最大
限に発揮され、再生効率の向上が図れると共に、シリカ
含有量の極めて低い処理水を得ることができるのであ
る。
【0014】又1次純水系のイオン交換式純水装置は再
生設備を有する従来公知の純水装置を使用することがで
き、例えば塔内に強酸性カチオン交換樹脂を充填したカ
チオン交換塔と、同じく塔内に強塩基性アニオン交換樹
脂を充填したアニオン交換樹脂塔と、脱炭酸塔とからな
る2床3塔式(2B3T)純水装置あるいは、塔内に弱
酸性カチオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂とを積
層して充填したカチオン交換塔と、塔内に弱塩基性アニ
オン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とを積層して
充填したアニオン塔と、脱炭酸塔とからなる複層床式の
2B3T純水装置や、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基
性アニオン交換樹脂とを混合して同一塔内に充填した混
床式純水装置等を単独で、あるいは組合せて使用するこ
とができる。
【0015】又上記のシリカポリシャーの充填樹脂とし
てI型の強塩基性アニオン交換樹脂を使用する場合アニ
オン交換樹脂の再生を高温高速流で行うことによりその
再生効率を著しく高めることができる。即ちアニオン交
換樹脂に吸着したシリカの脱着は、再生温度が高い程効
率がよいが、樹脂の耐熱性の問題から従来50℃以下で
行われている。しかしアニオン交換樹脂の再生におい
て、アルカリ再生剤を従来より高速流で通薬することに
よって接触時間を短くすれば、従来の許容温度を越える
温度で再生を行うことができる。特にアニオン交換樹脂
がI型の場合再生温度を55〜65℃で実施することが
できる。このアニオン交換樹脂の再生を高温高速流で行
う操作は2B3T純水装置のアニオン交換塔にも適用で
きる。
【0016】かくて本発明によれば前記のパック型のシ
リカポリシャーを1次純水系に特設することにより、外
部での特別のコンディショニングおよび再生を行うこと
が不可欠な2次純水系中のCPのシリカ負担を軽減しC
Pの長期安全運転および1次並びに2次の系全体の水質
向上を可能にするのみならず、CP自体の容積をも小さ
くでき、有機物を基準にした小設計が可能である。な
お、本発明装置は、上述のような半導体産業における超
純水製造に限らず、原水力・火力発電所における用水処
理、特に原子炉やボイラーの補給水の処理にも適用する
ことができる。
【0017】
【実施例】以下に本発明の実施例および比較例を示す。
【0018】実施例のフローシートは次の通りである。
【0019】又比較例のフローシートは第1の例では実
施例の1次純水系のPAC−APおよび混床式ポリシャ
ーを用いない以外は同一であり、他の例では、実施例の
1次純水系のPAC−APを用いない以外は同一であ
る。
【0020】実施例および比較例の装置の仕様は次の通
りである。 1.原水 Na+K 23.5mgCaCO3 /l HCO3 =35.6mgCaCO3 /l Ca 34.8 〃 SO4 =15.0 〃 Mg 23.2 〃 Cl =15.0 〃 ────────────────── NO3 = 4.8 〃 Total Cation=81.5 〃 ───────────────── 塩構成アニオン=81.5 〃 CO2 =14.3 〃 SiO2 =15.7 〃 ───────────────── Total Anion =111.5 〃
【0021】2.1次純水系の2B3T(再生時にイオ
ン交換樹脂層の逆洗を行う通常装置) (実施例及び比較例共通)
【0022】(注)K塔…アンバーライト(登録商標)
IRC−76(弱酸性カチオン交換樹脂)とアンバーラ
イトIR−124(強酸性カチオン交換樹脂)とを同一
塔内に積層して充填した複層床式の塔 A塔…アンバーライトIRA−94S(弱塩基性アニオ
ン交換樹脂)とアンバーライトIRA−400(強塩基
性アニオン交換樹脂)とを積層した複層床式の塔
【0023】3.1次純水系混床式ポリシャー(再生設
備を有するもの) 強酸性カチオン交換樹脂(IR−124)と強塩基性ア
ニオン交換樹脂(IRA−400)とを1:1(容量
比)で混合したもの。
【0024】4.2次純水系のCP(カートリッジポリ
シャー) 外部で特別のコンディショニングおよび再生を行った強
酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とを
混合した樹脂(オルガノ(株)製EG−4)をカラムに
充填したもの。通水速度はLV=50m/H
【0025】5.1次純水系のPAC−AP(シリカポ
リシャー)(本発明例の場合に使用) 樹脂の種類: IRA−400 樹脂 vol.: 11リットル 層 高: 80cm 余裕高: 8cm (注)PAC−AP入口水質すなわち2B3T出口シリ
カは0.1 mgSiO2 /l (注)再生 100g100%NaOH/l-R,3%NaOH,L
V14m/h 上昇流 通水 下降流
【0026】(実施例)上記のフローシートに示す1次
純水系の2B3Tの後段にPAC−APを設置した超純
水系において前記の仕様に従って12ヶ月間運転を行っ
た結果、図1に示すように1次系出口及びCP入口のシ
リカ濃度は常に1ppb 以下を維持し、CP処理水も12
ヶ月間1ppb 以下を維持し続けた。
【0027】(比較例)上記のフローシートにおいてP
AC−APおよび混床式ポリシャーを用いない従来のシ
ステムにおいては1次系出口でシリカが20から30pp
b であり、この場合、図3に示すように運転開始後60
日間は5ppb の処理水がほぼ安定して得られたが、60
日以降徐々にシリカ濃度が上昇し、120日で破過に達
した。また、PAC−APのみを用いない従来のシステ
ムにおいては1次純水のシリカが5ppb 程度であり、こ
の場合、図2に示すように1ppb 以下の処理水が安定し
て得られたが、120日を過ぎた時点で、破過に達し
た。
【0028】(注)シリカの測定 東レエンジニアリング(株)製 高感度シリカ分析装置 SA−500による (発色吸光光度式 濃縮イオンクロマトグラフ法) 定量下限 0.2ppb SiO2
【0029】
【発明の効果】本発明装置によれば2次純水系のCPの
シリカ負荷を低減し従来より安定な処理水を長期に亘っ
て得ることができ、従来装置ではCPは6ヶ月で交換し
なければならなかったが、本発明ではこのCPの交換ラ
イフが12ヶ月にも延びその工業的経済的価値は大であ
る。また、本発明装置を例えば発電所のボイラーの補給
水処理に適用した場合は、従来よりも著しくシリカ濃度
の低い補給水を得ることができ、ボイラー内でのシリカ
スケールの生成をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明例における2次純水系のカートリッジポ
リシャー(CP)の入口シリカ濃度と処理水シリカ濃度
との関係を示す線図である。
【図2】比較例における同様の関係を示す線図である。
【図3】他の比較例における同様の関係を示す線図であ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン交換式の純水製造装置の後段に、
    塔内に強塩基性アニオン交換樹脂をその樹脂の再生膨潤
    分だけの余裕をもたせて隙間なく充填し、向流再生を行
    うパック型のシリカポリシャーを設置したことを特徴と
    する超純水製造装置。
  2. 【請求項2】 イオン交換式の純水装置を組込み、原水
    を比較的超純水に近い水質まで処理するための1次純水
    系と、イオン交換式のカートリッジポリシャーを組込
    み、1次純水系の処理水を更に精製して超純水としこれ
    をユースポイントに送り込むための2次純水系とを備え
    た超純水製造装置において、1次純水系中にそのイオン
    交換式純水装置に続いて1次純水系の処理水のシリカ濃
    度を低減するためのシリカポリシャーであって、塔内に
    強塩基性アニオン交換樹脂をその樹脂の再生膨潤分だけ
    の余裕をもたせて隙間なく充填し、向流再生を行うパッ
    ク型のシリカポリシャーを設置したことを特徴とする長
    期安定運転可能な超純水製造装置。
  3. 【請求項3】 パック型のシリカポリシャーのアニオン
    交換樹脂の再生を高温高速流で行う請求項1または2記
    載の超純水製造装置。
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JP2009240891A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Japan Organo Co Ltd 超純水の製造方法

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