JPH0649190B2

JPH0649190B2 - 高純度水の製造装置

Info

Publication number: JPH0649190B2
Application number: JP61176975A
Authority: JP
Inventors: 清彦稲垣; 幸雄後藤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1986-07-28
Filing date: 1986-07-28
Publication date: 1994-06-29
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: JPS6336890A

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、
処理水の純度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、紫外線酸
化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。製造された超純粋は、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
設備や再生剤、更には再生廃液の処理設備が不可欠であ
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、再生廃液処理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、後段のイオン交換樹脂へ悪影響、例えば再生後の立
上りの悪化、ＢＴＣの減少等を及ぼす恐れがあり、同時
にＴＯＣ成分の増加をもたらす。

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。

一般に、２つの脱気装置を脱炭酸及び脱酸素等の目的
で必要とし、設備構成が大型化する。

［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脱ガスする脱ガス塔
と、該脱ガス塔の処理水を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
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。

必要に応じて、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や脱ガス塔内が殺菌さ
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、これらの装置の性能維持に有効であ
る。

必要に応じて、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、膜性能が高く維持される。また、脱ガス塔における
脱ガス性能、特に溶存ＣＯ_２の脱ガス性能が向上され
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。同時にＴＯＣ成分も除去される。

脱ガス塔により、被処理水中の溶存ガス、特にＣ
Ｏ_２、Ｏ_２が除去される。

必要に応じて第１の逆浸透膜分離器の透過水に還元剤
を添加することにより、透過水中の残留塩素が還元除去
され、また菌の増殖が抑制され、第２の逆浸透膜面への
菌付着が防止される。

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。同時にＴＯＣ成分も除去される。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。

第２の逆浸透膜分離器の透過水を更に混床式イオン交
換装置で処理した場合には、処理水の水質はより高めら
れ、その比抵抗値が理論純水に極めて近いものとなる。

［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、第１の逆浸透膜分離器１、
脱ガス塔２、第２の逆浸透膜分離器３及び混床塔４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
水を第１の逆浸透膜分離器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、第１の逆浸透膜分離器１の透過水を脱ガ
ス塔２に送給する配管１４、脱ガス塔２の処理水を第２
の逆浸透膜分離器３に送給する配管１５、第２の逆浸透
膜分離器２の透過水に還元剤を添加する配管１６、第２
の逆浸透膜分離器の透過水を混床塔４に送給する配管１
７、第２の逆浸透膜分離器の濃縮水を第１の逆浸透膜分
離器１の上流側に戻す配管１８、混床塔４の処理水をサ
ブシステム等に送給する配管１９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により第１の逆浸透膜分離器１に供給されるが、
その過程で、必要に応じて、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、Ｃｌ_２、Ｈ
ＯＣｌやＮａＣｌＯ等塩素系のものや硫酸銅が好適に用
いられ、その殺菌作用が奏される程度、即ち、原水中の
残留塩素として０．２〜１．０ｐｐｍ程度、あるいは硫
酸銅として０．１〜０．５ｐｐｍ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、第１の逆浸透膜分離器１の逆
浸透膜が微生物により劣化して、溶解成分の除去性能が
低下したり、スライムの発生・付着による汚染で透過率
が低下したりするのが防止される。また、後段の脱ガス
塔２において、微生物汚染による脱ガス性能の低下が防
止される。

なお、小型装置においては、殺菌剤としてＮａＣｌＯを
用いるのが好適である。殺菌剤は、処理する原水中に、
前記殺菌成分がその殺菌作用を奏する程度に含有されて
いる場合には、これを特に添加する必要はない。

配管１３より添加されるｐＨ調整剤としては、Ｈ_２ＳＯ
_４、ＨＣｌ等の酸が用いられ、原水のｐＨが５．５以
下、好ましくは４〜５．５となるように調整される。こ
のように、原水のｐＨを調整することにより、第１の逆
浸透膜分離器１において、逆浸透膜として酢酸セルロー
ス系のものを使用した場合、その加水分解による劣化が
最小限におさえられ、また、ＣａＣＯ_３等の膜面への析
出付着も防止される。しかも、被処理水中の炭酸成分の
９０％以上がＣＯ_２となり、後段の脱ガス塔２での脱ガ
ス性能の向上、特に溶存ＣＯ_２の除去に有効である。

第１の逆浸透膜分離器１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％以上、特
に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、殺菌剤の塩素、硫酸銅等に対して耐久性
を有し、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１により、被処理水中の電解質、
ＴＯＣ成分が除去される。なお、第１の逆浸透膜分離器
１においては、後段の第２の逆浸透膜分離器３における
負荷を低減し、高純度の処理水を得るために、被処理水
中の電解質の大部分、例えば、ＮａＣｌ２００ｍｇ／
の供給水に対しては、９５％以上、好ましくは９８％以
上の塩除去率となるように運転するのが好ましい。

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１４により脱
ガス塔２に送給される。

脱ガス塔２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式脱ガス塔を用いるのが
最適であるが、気曝により溶存ガスを除去する脱炭酸塔
等を用いることもできる。

脱ガス塔２により第１の透過水を処理することにより、
後段の第２の逆浸透膜分離器３にて除去困難で、しかも
混床塔４における負荷となる溶存ＣＯ_２や溶存Ｏ_２、そ
の他の溶存ガスが最大限に除去され、処理水の純度が高
められると共に、後段の第２の逆浸透膜分離器３の膜負
荷や混床塔４の負荷が低減される。

脱ガス塔２は、ＣＯ_２成分の効率的除去のためには、ｐ
Ｈ５．５以下、特に４〜５．５程度で運転するのが好ま
しい。また、脱ガス塔２として、真空式脱ガス塔を用い
る場合には、真空度２０ｍｍＨｇ程度で運転するのが好
適である。脱ガス塔２として、脱炭酸塔を用いる場合に
は、１塔以上の直列で使用し、Ｎ_２による曝気を行なう
のが好適である。

脱ガス塔２の処理水は、次いで配管１５により第２の逆
浸透膜分離器３に送給されるが、その際に必要に応じて
配管１６より、還元剤が添加される。この還元剤として
は、ヒドラジンを用いるのが好ましい。

還元剤としてヒドラジンを用いる場合、その添加量は脱
ガス塔２の処理水中のヒドラジン濃度が５ｐｐｍ程度、
あるいはそれ以上検出されるような量とするのが好まし
い。ヒドラジン等の還元剤添加により、脱ガス塔２の処
理水中の酸素や残留塩素等の酸化剤成分が、下記式に従
って還元されて速やかに除去される。

Ｎ_２Ｈ_４＋Ｏ_２→Ｎ_２＋２Ｈ_２ＯＮ_２Ｈ_４＋２Ｃｌ_２→Ｎ_２＋４ＨＣｌ後述の如く、第２の逆浸透膜分離器３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、還元剤の添加により、酸化剤を還元除去してお
くことにより、膜劣化を防止することができる。特に、
残留塩素は、逆浸透膜を通過して後段の混床塔４のイオ
ン交換樹脂に悪影響を及ぼす恐れがあることから、還元
剤により還元除去するのが望ましい。

なお、還元剤としてはＮａＨＳＯ_３等の他の還元剤も知
られているが、ＮａＨＳＯ_４等の如く、還元反応により
電解質分の増加がおきるものは好ましくなく、前記式に
示す如く、還元により不活性なＮ_２ガスを生起するのみ
のヒドラジンを用いるのが、脱ガス塔の処理水の純度を
低下させることがないことから最も好ましい。

また、５ｐｐｍ程度のヒドラジンは菌の増殖抑制効果を
有するため、後段の第２の逆浸透膜分離器の逆浸透膜に
菌が付着して劣化するのを防止することができる。

なお、本発明において、残留塩素の除去のために、還元
剤添加のかわりに、あるいは還元剤添加と併用して、活
性炭塔を脱ガス塔２と第２の逆浸透膜分離器３との間に
設け、脱ガス塔２の処理水を活性炭処理するようにして
も良い。この場合、活性炭は有機成分除去の作用も有
し、処理効果の向上に有効である。

還元剤添加及び／又は活性炭処理は、第２の逆浸透膜分
離器３の逆浸透膜として、残留塩素等に対して耐久性の
ある材質のものを用いる場合には、第２の逆浸透膜分離
器３と混床塔４との間で行なうような装置構成としても
良い。

還元剤を添加した脱ガス塔２の処理水は、次いで第２の
逆浸透膜分離器３に供給される。第２の逆浸透膜分離器
３においては、処理水の有効利用の面から、回収率は９
０％程度とし、また濃縮水は配管１８により第１の逆浸
透膜分離器１の原水供給系に戻す。

第２の逆浸透膜分離器３により、被処理水中の電解質、
ＴＯＣ成分が除去される。なお、第２の逆浸透膜分離器
３においては、後段の混床塔４における負荷を低減し、
高純度の処理水を得るために、被処理水中の電解質の殆
ど、例えばＮａＣｌ２０００ｍｇ／の供給水に対して
は、９５％以上、好ましくは９８％以上の塩除去率とな
るように運転するのが好ましい。

このような第２の逆浸透膜分離器３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３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１７により混床塔４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。

この場合、第２の透透水は、既に大部分の電解質が除去
されており、比抵抗値は例えば１ＭΩ・ｃｍ程度となっ
ている。このため、イオン交換装置に対する負荷が小さ
く、再生操作、再生装置、廃液処理設備が不必要である
ことから、混床塔４としては、高度にコンディショニン
グされたアニオン、カチオン交換樹脂を混合したもの
で、一般にカートリッジポリッシャーと呼ばれる、非再
生型混床塔を用いるのが好ましい。この場合には、第１
図の如く、交換用混床塔４′を並列に設け、バルブ切換
えのみで新品と交換するようにするのが有利である。

混床塔４により、更に第２の透過水中の電解質の９０％
以上が除去され、その比抵抗値が高められる。

混床塔４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。

なお、上記した混床塔４は省略して第２の透過水を直接
サブシステムに供給しても良い。この場合、サブシステ
ムの非再生型イオン交換器の容量を十分なものとする必
要がある。

本発明の高純度水の製造装置によれば、例えば、比抵抗
＞１０ＭΩ・ｃｍ、溶存酸素＜５０ｐｐｂ、シリカ＜５
ｐｐｂ、ＴＯＣ＜２０ｐｐｂ（as ｃ）（原水に対する
ＴＯＣ除去率９８％以上）のような極めて高純度の処理
水を、単一装置にて長期間、例えば３〜１２ヶ月間、連
続的に生産することが可能である。

このような本発明装置は、超純水製造装置の一次純水系
として、あるいは、各種用途と純水又はボイラ給水等の
製造等、幅広い分野に極めて有効である。

以下、実験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を用い、神奈川
県厚木市の市水を活性炭吸着法により前処理して得られ
た、第１表に示す水質の原水の処理を行った。

なお、第１の逆浸透膜分離器１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３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１に送給した。第１の逆浸透膜分離器の透
過水は、脱ガス塔２を経て、Ｎ_２Ｈ_４を注入して常時Ｎ
_２Ｈ_４が５ｍｇ／検出されるように調整し、第２の逆
浸透膜分離器３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１で８０％、第２の逆浸透膜分離器３で９０％とし、
第２の逆浸透膜分離器３の濃縮水は、全量第１の逆浸透
膜分離器１に戻し、ブローは行わずに運転し、第２の逆
浸透膜分離器３の透過水は混床塔４に通過させた。

このようにして運転を１ヶ月間継続したときの、混床塔
４より得られる処理水（２ｍ³／ｈｒ）の水質は第１表
に示す通りであった。

また、比較のため、第３図に示す従来装置により同様に
処理して得られた処理水の水質を第１表に併記する。

この第１表から、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。

［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、３〜１２
ヶ月以上という長期間にわたって連続運転が可能であ
る。

イオン交換装置を用いていないため、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等の問題が低
減される。

混床塔を用いる場合においても、再生操作を不要とし
得るため、再生装置、再生剤、人件費、廃液処理等が不
要となり、省スペース、省力化に有効でコストの低減が
図れる。

炭酸成分やＴＯＣ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
式と同様まで処理できる。

更に還元剤としてＮ_２Ｈ_４を使用した場合、Ｎ_２Ｈ_４
は樹脂に対して悪影響がないため、装置劣化が防止され
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
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……第１の逆浸透膜分離器、２……脱ガス塔、３……第２の逆浸透膜分離器、４……混床塔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性炭等により前処理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
離器の透過水を脱ガスする脱ガス塔と、該脱ガス塔の処
理水を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。
【請求項２】脱ガス塔は真空式脱ガス塔であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】第２の逆浸透膜分離器の透過水を取り出す
系に、混床式イオン交換装置が接続されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装
置。
【請求項４】原水は殺菌剤及び／又はｐＨ調整剤が添加
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
し第３項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】脱ガス塔の処理水には還元剤が添加されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４
項のいずれか１項に記載の装置。