JPH0638953B2 - 高純度水の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体製造工場や原子力発電所等で広く使用
されている純水やいわゆる超純水を連続的に製造する高
純度水の製造装置に関する。

［従来の技術］ ＬＳＩや超ＬＳＩの製造においては、多量の純水や超純
水が用いられている。超純水は理論純水（Ｈ_２Ｏのみか
らなる水）の比抵抗１８．２４ＭΩ・cmに極めて近く、
１７〜１８ＭΩ・cmの比抵抗を有する純水である。

従来の超純水製造装置は第２図に示す如く、前処理シス
テムＡ、１次純水システムＢ及びサブシステムＣから構
成されている。しかして、第２図の装置において、市
水、工業用水又は井水等の原水は、前処理システムＡに
おいて、活性炭、砂、その他の濾材等で濾過処理され、
または凝集沈殿処理され、あるいはこれらの処理を組合
せた処理等を施され、１次純水システムＢに送給され
る。１次純水システムＢは逆浸透（ＲＯ）装置２１、カ
チオン交換塔及びアニオン交換塔（両交換塔の間にアニ
オン交換樹脂の負担を軽減するための脱炭酸塔（図示せ
ず）を備える）からなるイオン交換装置２２、並びに、
処理水の純水を更に高めるためのカチオン交換樹脂とア
ニオン交換樹脂との混合イオン交換処理装置である混床
塔２３からなる。この混床塔２３の処理水は、紫外線殺
菌処理装置及び非再生型イオン交換器又は限外濾過器等
からなるサブシステムＣにおいて、最終的に処理され、
超純水が得られる。製造された超純水は、ウェハー洗浄
工程等のユースポイントへ送られる。

第２図の従来装置において、１次純水システムＢの構成
の詳細は第３図に示す通りである。第３図の如く、前処
理された原水は、ＨＯＣｌ及び酸を添加した後、逆浸透
装置２１で膜分離処理される。この透過水は、含有する
残留塩素を還元作用により除去するためにＮａＨＳＯ_３
が添加された後、イオン交換装置２２に送られる。この
イオン交換装置２２は、２床３塔式のうちイオン交換塔
を２系列設置してあり、カチオン交換塔（Ｈ塔）３１ａ
及び３１ｂ、脱ガス塔３２、アニオン交換塔（ＯＨ塔）
３３ａ及び３３ｂよりなる。カチオン塔３１ａ，ｂ及び
アニオン塔３３ａ，ｂは、各々、並列に２基ずつ設けら
れているが、これは、一方が再生時のときでも他方で処
理することにより、運転を停止せず、純水採水を継続し
てできるようにするためである。なお、３４はカチオン
塔再生装置、３５はアニオン塔再生装置である。イオン
交換装置２２の処理水は、前述の如く、混床塔２３で処
理された後、サブシステムに送られる。なお、この混床
塔２３のイオン交換樹脂も再生する必要があるが、再生
の頻度は前段のイオン交換装置２２のアニオン塔やカチ
オン塔に比べて低く、ユースポイントの休止時等に再生
することができることから、特に並列して設ける必要は
ない。

［発明が解決しようとする問題点］ このような従来の純水製造装置は、１次純水システムに
イオン交換装置を備えているところから、次の問題があ
った。

イオン交換装置は、平均して、１〜５日に１回の割合
でイオン交換樹脂の再生操作が必要でり、再生のための
設備が不可欠である。また、１系列のみで構成した単一
装置による連続運転は不可能であり、単一装置の場合に
は運転を休止して再生を行わねばならない。

第２図に示すようにイオン交換装置を２系列とすれ
ば、連続運転が可能であるが、この場合においても、再
生装置等を省くことはできず、再生剤の消費も伴う。

前段のイオン交換装置のイオン交換樹脂からの溶出物
が、後段へ悪影響を及ぼす恐れがある。

イオン交換装置の給水（逆浸透装置透過水）中の残留
塩素を還元作用により消去する目的でＮａＨＳＯ_３が使
用されているが、このＮａＨＳＯ_３は後段のイオン交換
樹脂を劣化させることがある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の高純度水の製造装置は、活性炭等により前処理
した原水に殺菌剤及び／又はpH調整剤を添加する手段
と、該殺菌剤及び／又はpH調整剤を添加した原水を逆浸
透膜処理する第１の逆浸透膜分離器と、該第１の逆浸透
膜分離器の透過水を活性炭処理する活性炭吸着塔と、該
活性炭吸着塔の処理水をさらに逆浸透膜処理する第２の
逆浸透膜分離器と、第２の逆浸透膜分離器の浸透水を取
り出す系及び第２の逆浸透膜分離器の濃縮水を前記第１
の逆浸透膜分離器の原水供給系に返送するための系とを
備えたものである。

即ち、上記従来の問題点を解消するものとして、本出願
人は、活性炭等により前処理した原水に殺菌剤及び／又
はpH調整剤を添加する手段と、該殺菌剤及び／又はpH調
整剤を添加した原水を逆浸透膜処理する第１の逆浸透膜
分離器と、該第１の逆浸透膜分離器の透過水にヒドラジ
ンを添加する手段と、該ヒドラジンを添加した第１の逆
浸透膜分離器の透過水をさらに逆浸透膜処理する第２の
逆浸透膜分離器と、第２の逆浸透膜分離器の透過水を取
り出す系及び第２の逆浸透膜分離器の濃縮水を前記第１
の逆浸透膜分離器の原水供給系に返送するための系とを
備えてなる高純度水の製造装置を見い出し、先に特許出
願した（特願昭６０−１７９６３０号。以下、「先願」
という。）。

上記先願によれば、従来のイオン交換装置を備える純水
製造装置の問題点を解消し、極めて純度の高い超純水を
効率的に製造することが可能であるが、この先願の装置
は、第１の逆浸透膜分離器の透過水中の残留塩素の除去
のために、ヒドラジンを添加する手段を備える。このヒ
ドラジン添加の如く、薬品添加を行なうものは、通水Ｓ
Ｖ（ＳＶは空間速度Ｓｐａｃｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙの
略）の変化等により必要添加量が変化することから、過
剰添加や過少添加等の添加ミスが発生し易く、添加ミス
等が発生した場合、後工程の第２の逆透過膜分離器の膜
に悪影響を与えることがあり、装置の安定運転が損なわ
れる可能性がある。

そこで、本発明者らは、上記先願に基き、更に容易かつ
安定な純水製造を行なうことができる装置を開発すべく
検討を重ね、第１の逆透過膜分離器の透過水中の残留塩
素の除去手段として、活性炭吸着塔を設けた装置を見い
出し、本発明を完成させたものである。

［作用］ 本発明の高純度水製造装置は、市水、工業用水、井水等
を前処理した原水を、２段に設けた逆浸透膜分離器から
なる主要システムで処理するものであり、各系の作用は
下記の通りである。

原水に殺菌剤を添加することにより、第１の逆浸透膜
分離器の逆浸透膜が殺菌され、微生物による劣化やスラ
イム発生による回収率の低下等が防止される。

原水にpH調整剤を添加することにより、第１の逆浸透
膜分離器の逆浸透膜の加水分解が最小限におさえられ、
ＣａＣＯ_３等の膜面への析出が防止される。

第１の逆浸透膜分離器により十分に脱塩され、被処理
水中の電解質の大部分、例えば９５％程度が分離され
る。

第１の逆浸透膜分離器の透過水を活性炭吸着塔で活性
炭処理することにより、透過水中の残留塩素が吸着除去
される。

第１の逆浸透膜分離器の透過水にpH調整剤を添加する
ことにより、水中のＣＯ_２がＨＣＯ₃ ^-となり、第２の逆
浸透膜分離器での炭酸成分の高効率除去が可能となる。
また第２の逆浸透膜分離器には、一度膜分離された低濃
度の透過水が供給されるため、脱塩性能が極めて高いも
のとなる。

第２の逆浸透膜分離器により更に脱塩が行われ、原水
中に含まれていた電解質の殆ど全て、例えば９８％程度
が分離される。また濃縮液を第１の逆浸透膜分離器の原
水供給系に戻すことにより、濃縮液の有効利用が図れ
る。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図は本発明の高純度水の製造装置の一実施例を示す
系統図である。

図示の実施例に係る装置は、脱ガス塔１、第１の逆浸透
膜分離器２、活性炭吸着塔３、第２の逆浸透膜分離器４
及び混床塔５から主として構成されており、活性炭等に
より前処理した原水を脱ガス塔１に送給する配管１１、
原水に殺菌剤を添加する配管１２、原水にpH調整剤を添
加する配管１３、脱ガス塔１の処理水を第１の逆浸透膜
分離器２に送給する配管１４、第１の逆浸透膜分離器２
の透過水を活性炭吸着塔３に送給する配管１５、活性炭
吸着塔３の処理水を第２の逆浸透膜分離器４に送給する
配管１６、第１の逆浸透膜分離器２の透過水にpH調整剤
を添加する配管１７、第２の逆浸透膜分離器４の透過水
を混床塔５に送給する配管１８、第２の逆浸透膜分離器
４の濃縮水を第１の逆浸透膜分離器２の上流側に戻す配
管１９、混床塔５の処理水をサブシステム等に送給する
配管２０を備えている。

このような本発明の装置による原水の処理手順につい
て、以下に説明する。

第１図に示す如く、原水である市水、工業用水、井水等
に活性炭吸着等の通常の前処理を施した前処理水は、配
管１１により脱ガス塔１に供給されるが、その過程で配
管１２及び配管１３より殺菌剤及びpH調整剤が添加され
る。

配管１２により添加される殺菌剤としては、ＨＯＣｌや
ＮａＣｌＯ等の塩素系のものが好適に用いられ、原水中
の残留塩素が０．５〜１ppm程度検出されるように調整
・添加される。

この殺菌剤の注入により、後段の第１の逆浸透膜分離器
２の逆浸透膜が微生物により劣化したり、スライムの発
生・付着により透過率が低下したりするのが防止され
る。なお、小型装置においては、殺菌剤としてＮａＣｌ
Ｏを用いるのが好適である。

配管１３より添加されるpH調整剤としては、Ｈ_２Ｓ
Ｏ_４、ＨＣｌ等の酸が用いられ、原水のpHが４〜６とな
るように調整される。原水のpHを４〜６に調整すること
により、後段の第１の逆浸透膜分離器２の逆浸透膜の加
水分解が最小限におさえられ、ＣａＣＯ_３等の膜面への
析出付着も防止される。また、後段の脱ガス塔１での脱
ガスが容易となる。

脱ガス塔１としては、原水を真空中に置くことにより、
溶存ガスを除去する方式の真空脱気塔、気曝により溶存
ガスを除去する脱炭酸塔等が用いられる。

脱ガス塔１により原水中の溶存ガスを除去することによ
り、逆浸透膜による除去性能の低いＣＯ_２成分が最大限
に除去され、処理水の純度が高められると共に、後段の
逆浸透膜分離器の膜負荷が低減される。この脱ガス塔１
におけるＣＯ_２成分の効率的除去の面からは、原水のpH
は５〜５．５程度となるように調整するのが特に好まし
い。

なお、本発明においては、脱ガス塔は活性炭吸着塔３の
前に設けても良いが必ずしも必要ではなく、脱ガス塔自
体省略しても十分に高純度の純水を製造することができ
る。

脱ガス塔１の処理水は、配管１４により第１の逆浸透膜
分離器２に送給される。第１の逆浸透膜分離器２におい
ては、被処理水の有効利用の面から回収率を比較的高
く、例えば７５〜９０％程度で運転するのが好ましい。
また逆浸透膜としては、長期運転における安定性に優れ
る酢酸セルロース膜を用いるのが好ましい。

第１の逆浸透膜分離器２により、被処理水中の電解質の
大部分、例えば９５％程度が脱塩される。

第１の逆浸透膜分離器２の透過水（以下、「第１の透過
水」ということがある。）は、次いで配管１５により活
性炭吸着塔３に送給されるが、その際に配管１７よりpH
調整剤が添加される。pH調整剤としては、ＮａＯＨ等の
塩基が用いられ、第１の透過水のpHが８〜９となるよう
に調整される。

このように、第１の透過水のpHを調整することにより、
第２の逆浸透膜分離器３における炭酸成分の除去効率を
大幅に向上させることが可能となる。

即ち、第１の透過水中の炭酸成分は ＣＯ_２＋Ｈ_２ＯＨ^＋＋ＨＣＯ₃ ^- のような平衡状態になる。一般に逆浸透膜はＣＯ_２の除
去性能は低いが、ＨＣＯ₃ ^-の除去能は高い。このためpH
を８〜９に調整して、この平衡を右に移行させて、［Ｈ
ＣＯ₃ ^-］／［ＣＯ_２］を大きくすることによって、炭酸
成分の除去効率を向上させることが可能となるのであ
る。

pH調整剤を添加した後、活性炭吸着塔３に送給された第
１の透過水は、活性炭吸着塔３内の活性炭層を通過する
間に、水中の残留塩素や有機物成分等が速やかに吸着除
去される。

後述の如く、第２の逆浸透膜分離器４においては、逆浸
透膜としてポリアミド膜等の高分子膜を用いるのが好ま
しいが、一般に、高分子膜は耐酸化剤性が殆どない。こ
のため、活性炭処理により、残留塩素等の酸化剤を吸着
除去しておくことにより、膜劣化を防止することができ
る。しかも活性炭処理は通水ＳＶ等により処理効率等は
殆ど影響されず、煩雑な運転操作を要することなく、確
実かつ安定な高吸着能により、第１の透過水中の残留塩
素を除去することができる。

なお、活性炭吸着塔の活性炭の粒径、吸着塔の規模等は
特に制限はなく、第１の透過水の水質、通水ＳＶ等に応
じて適宜決定される。

活性炭吸着塔３で吸着処理された処理水は、次いで配管
１６より第２の逆浸透膜分離器４に送給される。第２の
逆浸透膜分離器４においては、処理水の有効利用の面か
ら、回収率は９０％程度とし、また濃縮水は配管１９に
より脱ガス塔１に戻すのが好ましい。この場合、脱ガス
塔を省いた装置においては、濃縮水は第１の逆浸透膜分
離器の原水導入側へ返送する。また逆浸透膜としては、
pH８〜９の高pH域での炭酸成分の除去効率が高いポリア
ミド膜を用いるのが好ましい。勿論、逆浸透膜は高pH域
での除去効率に優れるものであれば他の材質のものでも
良い。

第２の逆浸透膜分離器４により、被処理水中の電解質の
殆ど、例えば９８％程度が脱塩される。

第２の逆浸透膜分離器４の透過水（以下、「第２の透過
水」ということがある。）は、十分に高純度であるが、
更に配管１８により混床塔５に送給して処理することに
より、より一層高純度な純水を得ることが可能となる。

混床塔５の処理水は配管２０によりサブシステム等に送
給され、更に処理された後、ユースポイントに供給され
る。

以下、実施例について説明する。

実験例１ 第１図に示す本発明の高純度水製造装置（ただし、脱ガ
ス塔１は省略した）を用い、神奈川県横浜市の市水を活
性炭吸着法により前処理した原水（電導度１６０Ω・c
m）の処理を行った。

なお、第１の逆浸透膜分離器２の逆浸透膜としては、酢
酸セルロース膜を用い、第２の逆浸透膜分離器４の逆浸
透膜としてはポリアミド膜を用いた。

原水はＮａＣｌＯにより残留塩素が１mg／となるよう
にし、またＨＣｌによりpH５に調整して、第１の逆浸透
膜分離器２に送給した。第１の逆浸透膜分離器の透過水
は、ＮａＯＨによりpH８．５に調整し、通水ＳＶ２０ｈ
ｒ^-1で活性炭吸着塔３に供給した後、その処理水を第２
の逆浸透膜分離器４に送給した。

各々の逆浸透膜分離器の回収率は、第１の逆浸透膜分離
器２で８０％、第２の逆浸透膜分離器４で９０％とし、
第２の逆浸透膜分離器４の濃縮水は、全量第１の逆浸透
膜分離器２の前に戻し、ブローは行わずに運転した。

このようにして、運転を１ケ月間継続したときの第２の
逆浸透膜分離器の処理水の電導度は、１．５〜２．５Ｍ
Ω・cmであり、ＳｉＯ_２は０．０３〜０．０４mg／で
あった。そして、この処理水を混床塔５にＳＶ５０ｈｒ
^-1で通過させた処理水の電導度は１７〜１８ＭΩ・cmで
あった。

この実験結果から、本発明の高純度水の製造装置によれ
ば、極めて高純度の純水が得られ、しかも長期間にわた
って装置の連続運転が可能であることが明らかである。

実験例２ 実験例１において、活性炭吸着塔３に供給する第１の透
過水の残留塩素及びその通水ＳＶを、第１表の如く変え
て処理を行ない、各々の場合の活性炭吸着塔３からの処
理水中の塩素濃度を調べた。

結果を第１表に示す。

第１表より、活性炭吸着塔における活性炭の残留塩素除
去能は、通水ＳＶや供給される被処理水の水質等に影響
されず、常に安定した高除去能を発揮し得ることが明ら
かである。このため、このような活性炭吸着塔により、
第１の透過水中の残留塩素を除去する本発明の装置によ
れば、厳密な運転管理等を要することなく、安定な処理
を行なうことができる。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の高純度水の製造装置は、 従来装置のイオン交換装置の如く、同一機能を有する
装置を並列させることなく、単一系列のみで、６ケ月〜
１年以上という長期間にわたって連続運転が可能であ
る。

従来のように、２系列の２床３塔などの多塔からなる
イオン交換装置で主たる脱イオン処理を行なうものでは
なく、イオン交換装置を用いた場合であっても、このイ
オン交換装置は逆浸透膜分離器で主たる脱イオン処理を
行なった後、付加的にポリッシャーとして用いるもので
あるため、イオン交換樹脂の再生、イオン交換樹脂溶出
物による影響の問題が軽減される。

第１の透過水の残留塩素除去手段として活性炭吸着塔
を備えており、この活性炭吸着能は通水ＳＶ等に影響を
受けず、常に安定した高塩素除去能を有するため、装置
の運転管理が容易で、安定処理を行なうことができる。

炭酸成分の高度除去が可能である。

第２の逆浸透膜分離器の除去性能が向上される。

第２の逆浸透膜分離器の処理水中のＳｉＯ_２は、２床
３塔式の後にイオン交換塔を接続したイオン交換樹脂方
式と同等まで処理できる。

等の様々な効果を有する。本発明装置によれば、例えば
電導度１〜５ＭΩ・cm程度の極めて高純度の超純水を、
極めて容易かつ効率的に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高純度水の製造装置を示す系統図、第
２図は従来の純水製造装置を示す系統図、第３図は第２
図に示す装置の１次純水システムの詳細を示す系統図で
ある。 １…脱ガス塔、 ２…第１の逆浸透膜分離器、 ３…活性炭吸着塔、 ４…第２の逆浸透膜分離器、 ５…混床塔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性炭等により前処理した原水に殺菌剤及
   び／又はpH調整剤を添加する手段と、該殺菌剤及び／又
   はpH調整剤を添加した原水を逆浸透膜処理する第１の逆
   浸透膜分離器と、該第１の逆浸透膜分離器の透過水を活
   性炭処理する活性炭吸着塔と、該活性炭吸着塔の処理水
   をさらに逆浸透膜処理する第２の逆浸透膜分離器と、第
   ２の逆浸透膜分離器の透過水を取り出す系及び第２の逆
   浸透膜分離器の濃縮水を前記第１の逆浸透膜分離器の原
   水供給系に返送するための系とを備えてなることを特徴
   とする高純度水の製造装置。