JPH11659A - 純水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】純水製造システムにおいて、電気伝導体を添加
しなくとも有機成分を高性能で酸化除去でき、かつ処理
コストを低減できる純水製造装置を提供すること。 【解決手段】市水や井水のような電気伝導体の低濃度な
被処理水は、先ずカチオン交換樹脂塔１４内に供給され
る。被処理水中に含まれる陽イオン成分が水素イオンに
置換され、陽イオンに相当する水素イオンが被処理水中
に含有される。次に、被処理水は、電解酸化装置に送水
され、被処理水中の微量ＴＯＣが分解される。このＴＯ
Ｃの分解において、被処理水は、水素イオンが電解キャ
リアーとなって電解酸化を受ける。電解酸化装置２０で
分解されたＴＯＣ成分は、炭酸ガスやイオン性有機物に
まで分解され、被処理水中に解離する。次に、被処理水
は、アニオン交換樹脂塔３４に送水される。アニオン交
換樹脂塔３４では、炭酸ガスやイオン状有機物が、被処
理水中の含有していたアニオン物質と一緒に除去され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、純水製造装置に係
り、特に半導体洗浄用の超純水を製造する純水製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】純水製造装置は、水中のイオン性物質を
除去する機能を有し、一般にこの装置は、ナトリウムや
カリウム等の陽イオン成分を水素イオンに置換するカチ
オン交換樹脂装置と、塩素イオンや硫酸イオンを水酸基
イオンに置換するアニオン交換樹脂装置とが組み合わさ
れて構成される。また、カチオン交換樹脂装置からの流
出液は水素イオンを多量含有し、ｐＨ１〜２の強酸性を
示す。そのため、カチオン交換樹脂装置の後段に脱炭酸
装置を配置して、炭酸イオンや重炭酸イオンを気曝排気
する場合が多い。

【０００３】ところで、超純水は、超ＬＳＩなどの半導
体や精密電子部品の洗浄用水に用いられているもので、
極めて高レベルな純度が要求されている。例えば、半導
体製造工場に設備される超純水中の有機成分は全有機物
炭素（以下ＴＯＣと称す）が指標とされ、現在その濃度
は数ｐｐｂ以下のレベルに管理されている。しかし、イ
オン交換樹脂装置は、水中のイオンを除去するものであ
るため、半導体や精密部品の洗浄用水としてＴＯＣ濃度
が問題となる場合は、ＴＯＣ成分の除去装置が別途設置
されていた。

【０００４】従来から、ＴＯＣ成分の除去装置には、紫
外線を利用した紫外線酸化法が採用されている。紫外線
酸化法は、波長１８５ｎｍの短波長紫外線を利用して原
水中にＯＨラジカル等の酸化種を生成させ、この酸化種
の酸化力により、ＴＯＣを分解除去するものである。こ
の紫外線酸化法は紫外光のみでＴＯＣを酸化分解できる
ことから、クリーンなＴＯＣ除去装置として利用価値が
高く、現在の超純水製造システムには必要不可欠な装置
となっている。

【０００５】また、水中に存在するＴＯＣ成分を分解す
る方法として、上記紫外線による紫外線酸化法の他に、
水の電気分解反応で生成する活性酸素を利用する電解酸
化法があげられる。この電解酸化法は、数ボルト〜数十
ボルトの電解電圧を電極間に印加して、有機成分を分解
しようというもので、電解酸化の電気代以外の費用は殆
どかからないため安価な方法と言える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、純水製
造装置に別途用いられるＴＯＣ除去装置において、前者
の紫外線酸化法による除去方法にあっては、紫外線酸化
装置に使用する短波長ランプが高価であること、また短
波長ランプの寿命が短く、１〜２年で交換する必要があ
ることから、装置の維持管理費用が極めて高くなるとい
う問題がある。更に、構成部材であるランプが石英ガラ
ス製であるため、石英ガラスのシリカ成分が水中に溶け
出す懸念もある。この様に、従来から使用されている紫
外線酸化法は、設備コストや維持管理コストが高く、経
済性の点で問題がある。

【０００７】また、後者の電解酸化法による除去方法で
は、原水中に電気伝導体（各種イオン類や導電性固形物
など）が含有されていないと電解反応が生じないため、
電気伝導体の濃度の極めて低い例えば市水のような被処
理水に対して適用することはできない。従って、この様
なイオンなどの電気伝導体が低濃度な被処理水に電解酸
化法を適用する場合には、被処理水にわざわざ塩酸や硫
酸などの電解質を注入添加し、電気伝導体を補うなどの
工夫が必要となる（特公昭５６−３７８７４公報）。し
かし、本発明の処理対象とする純水や超純水の分野で
は、微量のイオンの存在も大きな問題となるため、電解
質などを添加するのは得策ではない。仮に、電解質など
を添加して電解酸化処理する場合には、その後段に専用
のイオン除去装置の設置が必要となり、設備コストが大
幅に増加するとともにシステムが繁雑となる。さらに塩
酸などの電解質によって原水のｐＨを低下させると、電
極や触媒または装置構成部材から数〜数百ｐｐｔレベル
の金属不純物が溶出する問題もあり好ましくない。従っ
て、半導体や精密電子部品の洗浄用水を製造する上記に
示す様な、純水製造装置に電解酸化法を適用することは
できなかった。

【０００８】本発明は、このような事情を鑑みてなされ
たもので、純水製造システムにおいて、電気伝導体を添
加しなくとも有機成分を高性能で酸化除去でき、かつ処
理コストを低減できる純水製造装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、被処理水をカチオン交換樹脂装置とアニ
オン交換樹脂装置に順次通水して純水を製造する純水製
造装置において、前記カチオン交換樹脂装置とアニオン
交換樹脂装置との間に電解酸化装置を配設したことを特
徴とする。

【００１０】本発明によれば、カチオン交換樹脂装置と
アニオン交換樹脂装置とで被処理水中のイオンを除去
し、電解酸化装置で被処理水中の微量有機物を分解す
る。この微量有機物の分解において、カチオン交換樹脂
装置の後に電解酸化装置を配設したので、カチオン交換
樹脂装置で処理された被処理水中には、多量の水素イオ
ンが含有され、この水素イオンを電解キャリアーとして
利用することができるので、市水のように電気伝導体の
濃度が極めて低い場合でも数ボルト程度の低電圧で電解
酸化を行うことができる。また、電解酸化するに際して
外部から電解質等の電気電導体を添加する必要がないの
で、電解質を除去するための装置も必要ない。更に、電
解酸化装置での有機物分解時の生成されるイオン性有機
物は、後段のアニオン交換樹脂装置で被処理水中に含有
していたアニオン物質と一緒に除去される。

【００１１】この電解酸化において、電解酸化装置の陽
極と陰極の表面に二酸化チタン膜を形成すると電解酸化
効率を向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って、本発明に
係る純水製造装置の好ましい実施の形態について詳説す
る。図１は、本発明に係る純水製造装置の全体構成図で
ある。同図に示すように、純水製造装置１０は、主とし
て、カチオン交換樹脂塔１４と、電解酸化装置２０と、
アニオン交換樹脂塔３４とで構成される。

【００１３】図２は、電解酸化装置の構造の一例を示す
斜視図である。この例では、電解酸化装置２０は、直方
体をした箱状のケーシング２２内に、平板状をした陰極
２４、２４…と、平板状をした陽極２６、２６…とが等
間隔で交互に上下方向に配列されている。前記各電極２
４、２６は、チタン板で形成されており、チタン板の表
面には二酸化チタン膜が被覆されている。電極２４、２
６表面に二酸化チタン膜を形成することにより、電極２
４、２６表面に荷電子体（エレクトロンやホール）が生
成されるため、電解酸化効率を向上させることができ
る。

【００１４】前記ケーシング２２の長手方向一方端には
原水供給管２８が、長手方向他方端には処理水流出管３
０が取り付けられている。カチオン交換樹脂流出水は、
原水供給管２８から原水として電解酸化装置２０内に流
入し、各電極２４、２６間を電気分解されながら通過
し、ＴＯＣが除去された処理水が処理水流出管３０から
電解酸化装置２０外に流出する。

【００１５】電解酸化装置２０の外部には、直流電源装
置３２が設けられ、その陰極端子と陽極端子とは、ケー
シング２２両端部のコネクタボックス３３、３３を介し
て各電極２４、２６に連結され、各電極２４、２６間に
電圧を印加可能とされる。電解酸化装置２０を通過し処
理水流出管３０から流出した処理水は、図１に示すよう
にアニオン交換樹脂塔３４に通水される。アニオン交換
樹脂塔３４を通過したアニオン交換樹脂流出水は、ＴＯ
Ｃ分析計３６に導かれ、ＴＯＣ濃度が連続的に測定分析
される。

【００１６】次に、上記の如く構成された純水製造装置
の作用を説明する。市水や井水のような電気伝導体の低
濃度な被処理水が、先ずカチオン交換樹脂塔１４内に供
給される。そして、カチオン交換樹脂によって被処理水
中に含まれるナトリウムやカリウム等の陽イオン成分が
水素イオンに置換され、陽イオンに相当する水素イオン
が被処理水中含有される。次に、被処理水は、電解酸化
装置に送水され、ここで被処理水中の微量ＴＯＣが電解
酸化により分解される。このＴＯＣの分解において、被
処理水は、水素イオンが電解キャリアーとなって電解酸
化を受ける。従って、市水や井水のように電気伝導体の
濃度が極めて低い場合でも数ボルト程度の低電圧で電解
酸化を行うことができる。また、電解酸化するに際して
外部から電解質等の電気電導体を添加する必要がないの
で、電解質を除去するための装置も必要ない。この電解
酸化反応は、電気分解される活性酸素が主な酸化種で、
直流電源装置３２からの供給電流を変化させることで活
性酸素量をコントロールできるメリットがある。また、
電解酸化装置２０の陽極と陰極との表面に二酸化チタン
膜を形成すると電解酸化効率を向上させることができ
る。

【００１７】電解酸化装置２０で分解されたＴＯＣ成分
は、炭酸ガスやイオン性有機物にまで分解され、被処理
水中に解離する。次に、被処理水は、アニオン交換樹脂
塔３４に送水される。アニオン交換樹脂塔３４では、炭
酸ガスやイオン状有機物が、被処理水中の含有していた
アニオン物質と一緒に除去される。

【００１８】炭酸ガスやイオン状有機物が除去されたア
ニオン交換樹脂流出水は、ＴＯＣ分析計３６でＴＯＣ濃
度が連続的に測定分析される。本発明の純水製造装置１
０によれば、カチオン交換樹脂塔１４とアニオン交換樹
脂塔３４の間に電解酸化装置２０を配設したので、電気
伝導体を添加しなくとも微量有機物を確実に除去でき、
処理コストも低減できる。

【００１９】

【実施例】次に、上記の純水製造装置を用いた実施例を
説明する。カチオン交換樹脂塔１４から流出したカチオ
ン交換樹脂流出液はｐＨ１．６の強酸性を示し、ＴＯＣ
濃度は約１４０μｇ／ｌ、電導度は７６０μｓ／ｃｍ、
塩酸イオン濃度は５６ｍｇ／ｌ、硫酸イオン濃度は１９
ｍｇ／ｌである。

【００２０】図３は、本発明の純水製造装置において、
電解電流とアニオン交換樹脂流出水のＴＯＣ濃度との関
係を、電解酸化時間ごとに経時的に示したものである。
カチオン交換樹脂流出水のＴＯＣ濃度は、１２０〜１４
０μｇ／ｌであった。このカチオン交換樹脂流出水を最
初の１０時間は電解酸化を行わず、３１時間までは電解
電流５Ａ（印加電圧：８〜９Ｖ）で電解酸化を行い、４
２時間までは電解電流３Ａ（印加電圧：５〜６Ｖ）で電
解酸化を行い、それ以降は電解電流２Ａ（印加電圧：３
〜４Ｖ）で電解酸化を行った。

【００２１】この結果、アニオン交換樹脂流出水のＴＯ
Ｃ濃度は、電解酸化なしでは１５０μｇ／ｌ程度に、電
解電流５Ａでは１０μｇ／ｌ程度に、電解電流３Ａでは
３０μｇ／ｌ程度に、電解電流２Ａでは７０μｇ／ｌ程
度になる。この結果から、電解電流が強い程、ＴＯＣ分
解性能が高く、５Ａ以上が好ましいことがわかる。この
ため、電解電流を制御することで、所望の処理性能を得
ることができた。

【００２２】また、カチオン交換樹脂流出水には約２５
ｍｇ／ｌの炭酸成分が含まれているが、電解酸化を行う
ことで９０％以上除去された。尚、本実施の形態では、
電極２４、２６にチタン材を使用したが、他の導電性材
料、例えばステンレス材や貴金属材を使用してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の純水製造
装置によれば、カチオン交換樹脂装置とアニオン交換樹
脂装置の間に電解酸化装置を配設したので、カチオン交
換樹脂装置で処理された被処理水中には、多量の水素イ
オンが含有され、この水素イオンを電解キャリアーとし
て利用することができるので、市水のように電気伝導体
の濃度が極めて低い場合でも数ボルト程度の低電圧で電
解酸化することができる。また、電解酸化するに際して
外部から電解質等の電気伝導体を添加する必要がないの
で、電解質を除去するための装置も必要ない。更に、電
解酸化装置での有機物分解時に生成される炭酸イオン等
のイオン性有機物は、後段のアニオン交換樹脂装置で被
処理水中に含有していたアニオン物質と一緒に除去され
る。従って、脱炭酸装置を別途設ける必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る純水製造装置の全体構成図

【図２】電解酸化装置の構造の一例を示す斜視図

【図３】本発明の純水製造装置において、電解電流とア
ニオン交換樹脂流出水のＴＯＣ濃度との関係を、電解酸
化時間ごとに経時的に示した説明図

【符号の説明】

１０…純水製造装置 １４…カチオン交換樹脂塔 ２０…電解酸化装置 ２４…陰極 ２６…陽極 ２８…原水供給管 ３０…処理水流出管 ３２…直流電源装置 ３４…アニオン交換樹脂塔 ３６…ＴＯＣ分析計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理水をカチオン交換樹脂装置とアニオ
   ン交換樹脂装置に順次通水して純水を製造する純水製造
   装置において、 前記カチオン交換樹脂装置とアニオン交換樹脂装置との
   間に電解酸化装置を配設したことを特徴とする純水製造
   装置。
2. 【請求項２】前記電解酸化装置の陽極及び陰極の表面に
   は二酸化チタン膜が形成されていることを特徴とする請
   求項１記載の純水製造装置。