特許 6773164 水処理装置及び水処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6773164

(24)【登録日】2020年10月5日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】水処理装置及び水処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20201012BHJP

   B01D 61/02 20060101ALI20201012BHJP

   B01D 61/04 20060101ALI20201012BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20201012BHJP

   C02F 1/58 20060101ALI20201012BHJP

   C02F 5/00 20060101ALI20201012BHJP

   C02F 5/10 20060101ALI20201012BHJP

   C02F 5/12 20060101ALI20201012BHJP

   C02F 1/50 20060101ALI20201012BHJP

   C02F 1/42 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/44 E

   B01D61/02 500

   B01D61/04

   B01D61/58

   C02F1/58 M

   C02F5/00 610E

   C02F5/00 610F

   C02F5/00 620B

   C02F5/10 620

   C02F5/10 620E

   C02F5/10 620F

   C02F5/12

   C02F1/50 510C

   C02F1/50 520A

   C02F1/50 520P

   C02F1/50 532H

   C02F1/50 532J

   C02F1/50 550H

   C02F1/50 550L

   C02F1/50 560D

   C02F1/50 560E

   C02F1/50 560Z

   C02F1/42 E

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-62620(P2019-62620)

(22)【出願日】2019年3月28日

(65)【公開番号】特開2020-157273(P2020-157273A)

(43)【公開日】2020年10月1日

【審査請求日】2020年3月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100192773

【弁理士】

【氏名又は名称】土屋 亮

(74)【代理人】

【識別番号】100178847

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 映美

(72)【発明者】

【氏名】後藤 秀樹

【審査官】 目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１０３２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４３８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０８３８８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２３８０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０５３８４３１６（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１３８０９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ６１／００−７１／８２

Ｃ０２Ｆ１／４４

Ｃ０２Ｆ１／５０

Ｃ０２Ｆ５／００−５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フッ素及びアンモニウムを含有する排水に対し、ｐＨを９〜１１の範囲に調整するとともに、スケール分散剤を添加する第１の前処理手段と、
前記第１の前処理手段の後段に設置され、前記排水を、一次透過水と一次濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜と、
前記第１の逆浸透膜を透過した前記一次透過水に対し、ｐＨを５〜９の範囲に調整するとともに、スライム抑制剤を添加する第２の前処理手段と、
前記第２の前処理手段の後段に設置され、前記一次透過水を、二次透過水と二次濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜と、が備えられていることを特徴とする水処理装置。

【請求項2】

前記一次濃縮水中のフッ素を除去するフッ素除去手段が更に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。

【請求項3】

前記二次透過水をユースポイントに供給するために前記二次透過水を貯留する水槽と、
原水中の少なくともカルシウムを除去してＣａフリー水を製造するカルシウム除去手段と、
前記二次透過水の水量が、前記ユースポイントの需要量を下回る場合に、前記カルシウム除去手段により製造される前記Ｃａフリー水を、前記水槽に供給する制御部と、が更に備えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水処理装置。

【請求項4】

フッ素及びアンモニウムを含有する排水に対し、第１の前処理手段により、ｐＨを９〜１１の範囲に調整するとともにスケール分散剤を添加する第１の前処理工程と、
前記第１の前処理工程後の前記排水を、第１の逆浸透膜により、一次透過水と一次濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜分離工程と、
前記第１の逆浸透膜分離工程後の前記一次透過水に対し、第２の前処理手段により、ｐＨを５〜９の範囲に調整するとともにスライム抑制剤を添加する第２の前処理工程と、
前記第２の前処理工程後の前記一次透過水を、第２の逆浸透膜により、二次透過水と二次濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜分離工程と、を順次行うことを特徴とする水処理方法。

【請求項5】

フッ素除去手段により、前記一次濃縮水中のフッ素を除去するフッ素除去工程を更に行うことを特徴とする請求項４に記載の水処理方法。

【請求項6】

前記二次透過水の水量が、前記二次透過水のユースポイントの需要量を下回る場合に、
カルシウム除去手段により、原水中の少なくともカルシウムを除去してＣａフリー水を製造し、
前記Ｃａフリー水を、前記ユースポイントに供給する工程を更に行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の水処理方法。

【請求項7】

前記排水は、前記ユースポイントにおいて使用された使用水を含むものであることを特徴とする請求項６に記載の水処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水処理装置及び水処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体の製造工程では、エッチングや成膜等の処理が行われ、これらの処理には純水が使用される。使用後の純水は排水として排出される。また、半導体の製造工場には、スクラバー等の排ガス洗浄設備が設置される場合があり、この場合は、スクラバーからの排水も発生する。

【0003】

半導体の製造工場では、これらの排水が一箇所に集められ、水処理装置によって浄化処理が行われる。浄化された浄化水は、純水製造装置に供給されるか、スクラバー用水としてスクラバーに供給されるか、または外部に放流される。純水製造装置やスクラバーに供給された浄化水は、純水やスクラバー用水となって半導体工場において再利用される。

【0004】

半導体製造工程から排出される排水には、フッ素、アンモニア等が含まれる。また、スクラバーでは、スクラバー用水の一部が蒸発するため、スクラバー用水中の不純物成分が濃縮される。このような不純物成分として、例えばカルシウムが挙げられる。従って、半導体の製造工場の水処理装置には、これらの物質の除去能力が求められる。

【0005】

特許文献１には、フッ素を含有する排水の処理方法として、排水を透過水と濃縮水とに逆浸透膜分離する際に、アルカリ金属水酸化物を添加してｐＨ８以上に調整したフッ化物含有排水を逆浸透膜に通水することによって逆浸透膜分離する処理方法が記載されている。また、特許文献１には、逆浸透膜分離後に、透過水に残留するアンモニア性窒素を除去する脱窒素工程を行うことが記載されている。

【0006】

しかし、特許文献１に記載されたフッ素を含有する排水の処理方法では、蒸発により使用水の濃縮が進むような設備からの排水を処理することまでは想定されていない。例えば、スクラバーからの排水は、使用水の一部が蒸発することでＣａが濃縮されるが、Ｃａ及びフッ素を含む排水は、ＣａＦ_２を析出させ、このＣａＦ_２が逆浸透膜を目詰まりさせてしまうおそれがある。

【0007】

また、特許文献１に記載されたフッ素を含有する排水の処理方法では、逆浸透膜分離の際に排水のｐＨを８以上に調整するが、この際に、排水中のアンモニアがガス化して放出されるおそれがある。

【0008】

更に、特許文献１に記載された処理方法以外のフッ素を含有する排水の処理方法として、排水にＣａを添加することにより、フッ素をＣａＦ_２として凝集沈殿処理することが考えられる。しかし、この方法によって処理された処理水を純水製造装置やスクラバーにおいて再利用する場合は、処理水に含まれる高濃度のＣａを除去する必要があり、例えば軟水器のようなＣａ除去設備が新たに必要になる。この場合の軟水器は、かなり大規模なものになることが想定され、処理コストが大幅に増大するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００３−１０３２６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、純水製造用の原水や設備用水等に利用可能な処理水を得るための、水処理装置及び水処理方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ フッ素及びアンモニウムを含有する排水に対し、ｐＨを９〜１１の範囲に調整するとともに、スケール分散剤を添加する第１の前処理手段と、
前記第１の前処理手段の後段に設置され、前記排水を、一次透過水と一次濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜と、
前記第１の逆浸透膜を透過した前記一次透過水に対し、ｐＨを５〜９の範囲に調整するとともに、スライム抑制剤を添加する第２の前処理手段と、
前記第２の前処理手段の後段に設置され、前記一次透過水を、二次透過水と二次濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜と、が備えられていることを特徴とする水処理装置。
［２］ 前記一次濃縮水中のフッ素を除去するフッ素除去手段が更に備えられていることを特徴とする［１］に記載の水処理装置。
［３］ 前記二次透過水をユースポイントに供給するために前記二次透過水を貯留する水槽と、
原水中の少なくともカルシウムを除去してＣａフリー水を製造するカルシウム除去手段と、
前記二次透過水の水量が、前記ユースポイントの需要量を下回る場合に、前記カルシウム除去手段により製造される前記Ｃａフリー水を、前記水槽に供給する制御部と、が更に備えられていることを特徴とする［１］または［２］に記載の水処理装置。

【0012】

［４］ フッ素及びアンモニウムを含有する排水に対し、第１の前処理手段により、ｐＨを９〜１１の範囲に調整するとともにスケール分散剤を添加する第１の前処理工程と、
前記第１の前処理工程後の前記排水を、第１の逆浸透膜により、一次透過水と一次濃縮水とに分離する第１の逆浸透膜分離工程と、
前記第１の逆浸透膜分離工程後の前記一次透過水に対し、第２の前処理手段により、ｐＨを５〜９の範囲に調整するとともにスライム抑制剤を添加する第２の前処理工程と、
前記第２の前処理工程後の前記一次透過水を、第２の逆浸透膜により、二次透過水と二次濃縮水とに分離する第２の逆浸透膜分離工程と、を順次行うことを特徴とする水処理方法。
［５］ フッ素除去手段により、前記一次濃縮水中のフッ素を除去するフッ素除去工程を更に行うことを特徴とする［４］に記載の水処理方法。
［６］ 前記二次透過水の水量が、前記二次透過水のユースポイントの需要量を下回る場合に、
カルシウム除去手段により、原水中の少なくともカルシウムを除去してＣａフリー水を製造し、
前記Ｃａフリー水を、前記ユースポイントに供給する工程を更に行うことを特徴とする［４］または［５］に記載の水処理方法。
［７］ 前記排水は、前記ユースポイントにおいて使用された使用水を含むものであることを特徴とする［６］に記載の水処理方法。

【発明の効果】

【0013】

本発明の水処理装置は、第１の前処理手段によってｐＨ調整及びスケール分散剤が添加された排水を第１の逆浸透膜に流すことで、逆浸透膜に目詰まりを生じさせないままフッ素を除去することができる。また、第２の前処理手段によってｐＨ調整及びスライム抑制剤が添加された一次透過水を第２の逆浸透膜に流すことで、アンモニウムを除去することができる。これにより、純水製造装置の原水や設備用水として利用可能な二次透過水を得ることができる。また、本発明の水処理装置では、排水からフッ素を除去する際にＣａの添加が不要になるため、大規模な軟水器を設置する必要がない。更に、本発明の水処理装置では、ｐＨを調整したのちに第２の逆浸透膜によってアンモニウムを除去するので、アンモニウムをアンモニアに気化させることなく、アンモニウムを除去できる。また、本発明の水処理装置によれば、活性汚泥法等の生物処理を行うことなく、有機物を含む排水であっても処理できる。

【0014】

また、本発明の水処理装置には、一次濃縮水中のフッ素を除去するフッ素除去手段が備えられており、フッ素除去手段は、排水に比べて水量が少ない一次濃縮水中のフッ素を除去すればよく、フッ素除去手段に求められる処理能力が比較的小さくなり、水処理装置を小型にできる。

【0015】

また、本発明の水処理装置は、二次透過水の水量がユースポイントの需要量を下回る場合に、カルシウム除去手段によって製造されたＣａフリー水を二次透過水の水槽に供給する制御部が備えられており、二次透過水が需要量に対して不足した場合にＣａフリー水を水処理装置内に補充することができる。これにより、水処理装置及びユースポイントによって水循環システムを構成する場合に、水循環システム内に流通する水のＣａ濃度が低く抑えられ、スケール発生が予防され、水処理装置の逆浸透膜の目詰まりやユースポイントにおけるスケール発生を防止できる。

【0016】

次に、本発明の水処理方法によれば、第１の前処理手段によってｐＨ調整及びスケール分散剤が添加された排水を第１の逆浸透膜に流すことで、逆浸透膜に目詰まりを生じさせないままフッ素を除去することができる。また、第２の前処理手段によってｐＨ調整及びスライム抑制剤が添加された一次透過水を第２の逆浸透膜に流すことで、アンモニウムを除去することができる。これにより、純水製造装置の原水や設備用水として利用可能な二次透過水を得ることができる。また、本発明の水処理方法では、排水からフッ素を除去する際にＣａの添加が不要になるため、大規模な軟水器を設置する必要がない。更に、本発明の水処理方法では、ｐＨを調整したのちに第２の逆浸透膜によってアンモニウムを除去するので、アンモニウムをアンモニアに気化させることなく、アンモニウムを除去できる。また、本発明の水処理方法によれば、活性汚泥法等の生物処理を行うことなく、有機物を含む排水であっても処理できる。

【0017】

また、本発明の水処理方法では、一次濃縮水中のフッ素を除去するフッ素除去工程が行われ、フッ素除去工程は、排水に比べて水量が少ない一次濃縮水中のフッ素を除去すればよく、フッ素除去に求められる処理能力が比較的小さくて済み、水処理に必要なエネルギーを少なくすることができる。

【0018】

また、本発明の水処理方法によれば、二次透過水の水量がユースポイントの需要量を下回る場合に、カルシウム除去手段によって製造されたＣａフリー水を、ユースポイントに供給することで、二次透過水が需要量に対して不足した場合にＣａフリー水を補充できる。これにより、水処理装置及びユースポイントによって構成される水循環システム内に流通する水のＣａ濃度が低く抑えられ、スケール発生が予防され、水処理装置の逆浸透膜の目詰まりやユースポイントにおけるスケール発生を防止できる。

【0019】

また、本発明の水処理方法によれば、排水が、ユースポイントにおいて使用された使用水を含むものであるので、水処理装置及びユースポイントによって構成される水循環システム内に流通する水のＣａ濃度が低く抑えられ、スケール発生が予防され、水処理装置の逆浸透膜の目詰まりやユースポイントにおけるスケール発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態である水処理装置を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

【0022】

本実施形態の水処理装置及び水処理方法の処理対象である排水ｗ１は、フッ素及びアンモニウムを含有する排水である。排水ｗ１は、例えば、半導体の製造工程において、エッチングや成膜等の処理に使用された純水が含まれる。また、排水ｗ１には、スクラバー等の排ガス洗浄設備から排出される排水も含まれ、本実施形態で後述するように、二次透過水ｗ２１を供給したユースポイント３１の排水を含めてもよい。排水ｗ１には、フッ素及びアンモニウムの他に、リン酸塩、過酸化水素、カルシウム及び有機物等が含まれる場合もある。例えば、フッ素は１〜１００ｐｐｍ程度、アンモニウムは１０〜５００ｐｐｍ程度、過酸化水素は０〜３００ｐｐｍ程度、カルシウムは１ｐｐｍ程度、有機物は全有機性炭素量として１〜１００ｐｐｍ程度含まれる場合がある。また、本明細書におけるアンモニウムとはアンモニウムイオンを意味するが、排水中にアンモニアの形態で存在する場合は、アンモニアもアンモニウムに含まれる。

【0023】

本実施形態では、このような排水ｗ１を、図１に示す水処理装置１によって処理する。以下、本実施形態の水処理装置１及び水処理方法について説明する。

【0024】

図１に示すように、本実施形態の水処理装置１は、第１の前処理手段２と、第１の逆浸透膜３と、第２の前処理手段４と、第２の逆浸透膜５とが備えられている。また、本実施形態の水処理装置１には、フッ素除去手段１１が備えられている。更に、本実施形態の水処理装置１には、二次透過水を貯留する第１水槽６及び第２水槽７（水槽）と、カルシウム除去手段２１と、カルシウム除去手段２１に原水を送る原水供給部２０と、制御部２２とが備えられている。第１水槽６は別のユースポイント３２に接続され、第２水槽７はユースポイント３１に接続されている。更に、本実施形態の水処理装置１には、中和処理手段４１が備えられている。更にまた、本実施形態の水処理装置１には、排水中の過酸化水素を除くための過酸化水素除去手段５１が備えられている。ただし、排水ｗ１中に過酸化水素が含有されない場合は、過酸化水素除去手段５１は省略してもよい。

【0025】

また、本実施形態の水処理装置１には、各装置間に水を流すための水路が備えられている。すなわち、図１に示すように、水路Ｌ１によって過酸化水素除去手段５１と第１の逆浸透膜３とが接続され、水路Ｌ２によって第１の逆浸透膜３と第２の逆浸透膜５とが接続され、水路Ｌ３によって第２の逆浸透膜５と第１水槽６とが接続されている。

【0026】

また、水路Ｌ４によって第１の逆浸透膜３とフッ素除去手段１１とが接続され、水路Ｌ５によってフッ素除去手段１１と中和処理手段４１とが接続され、水路Ｌ６によって第２の逆浸透膜５と中和処理手段４１とが接続されている。

【0027】

更に、水路Ｌ７によって第１水槽６と第２水槽７とが接続され、水路Ｌ８によって原水供給部２０とカルシウム除去手段２１とが接続され、水路Ｌ９によってカルシウム除去手段２１と第２水槽７とが接続され、水路Ｌ１０によって第２水槽７とユースポイント３１とが接続され、水路Ｌ１１によって第１水槽６と別のユースポイント３２とが接続されている。

【0028】

過酸化水素除去手段５１は、過酸化水素が含まれる排水ｗ１を処理する場合に用いられる。過酸化水素は殺菌性があり、かつそれ自体がＣＯＤ源となるため、直接公共用水域に排出することができず、過酸化水素の分解処理が必要となる。過酸化水素除去手段５１としては、例えば、重亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を添加する手段や、連続通水が可能な活性炭塔を例示できる。排水ｗ１に過酸化水素が含まれる場合は、最初に、過酸化水素除去手段５１によって過酸化水素を除去するとよい。

【0029】

第１の前処理手段２は、水路Ｌ１を流れる排水ｗ１のｐＨを９〜１１の範囲に調整するとともに、スケール分散剤Ｓｃを添加するものである。第１の前処理手段２として例えば、１次ｐＨ調整部２ａ及び１次薬剤注入部２ｂを備えたものを例示できる。１次ｐＨ調整部２ａは、水酸化カリウム等によって排水ｗ１のｐＨを９〜１１の範囲に調整する。また、１次薬剤注入部２ｂは、ｐＨ調整後の排水ｗ１にスケール分散剤Ｓｃを添加する。

【0030】

第１の逆浸透膜３は、ｐＨ調整及びスケール分散剤Ｓｃが添加された排水ｗ１を、一次透過水ｗ１１と一次濃縮水ｗ１２に分離させる。排水ｗ１は、第１の逆浸透膜３を通水することによって、フッ素が除去され、リン酸塩、カルシウム及び有機物も除去されて一次透過水ｗ１１とされる。除去されたフッ素等は一次濃縮水ｗ１２に含有される。第１の逆浸透膜３は、例えば、一次濃縮水ｗ１２中の全有機性炭素量が１００ｍｇ／Ｌ未満になるように回収率が調整された状態で操業するとよい。

【0031】

第１の逆浸透膜３は、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねて海苔巻き状に巻き、容器に収めたスパイラル型モジュールを好適に使用できるが、これに限定されるものではない。また、第１の逆浸透膜３には、一次透過水ｗ１１を第２の逆浸透膜に送る水路Ｌ２と、一次濃縮水ｗ１２をフッ素除去手段１１に送る水路Ｌ４とが接続されている。

【0032】

第１の逆浸透膜３によって、排水ｗ１中のフッ素が一次濃縮水ｗ１２中に濃縮されるので、フッ素除去手段１１の処理対象になる対象水の容積が低減する。これにより、フッ素除去手段１１の規模を小さくすることが可能になり、また、フッ素除去手段１１に求められる処理能力が軽減される。

【0033】

第２の前処理手段４は、水路Ｌ２を流れる一次透過水ｗ１１のｐＨを５〜９の範囲に調整するとともに、スライム抑制剤Ｓｌｍを添加するものである。第２の前処理手段４として例えば、２次ｐＨ調整部４ａ及び２次薬剤注入部４ｂを備えたものを例示できる。２次ｐＨ調整部４ａは、硫酸等によって一次透過水ｗ１１のｐＨを５〜９の範囲に調整する。また、２次薬剤注入部４ｂは、ｐＨ調整後の一次透過水ｗ１１にスライム抑制剤Ｓｌｍを添加する。

【0034】

第２の逆浸透膜５は、ｐＨ調整及びスライム抑制剤Ｓｌｍが添加された一次透過水ｗ１１を、二次透過水ｗ２１と二次濃縮水ｗ２２に分離させる。一次透過水ｗ１１は、第２の逆浸透膜５を通水することによって、アンモニウムが主に除去されて二次透過水ｗ２１とされる。除去されたアンモニウム等は二次濃縮水ｗ２２に含有される。第２の逆浸透膜５は、例えば、二次濃縮水ｗ２２中の全窒素量が排出基準以下になるように回収率が調整された状態で操業するとよい。

【0035】

第２の逆浸透膜５は、浸透膜（メンブレン）を何層にも重ねて海苔巻き状に巻き、容器に収めたスパイラル型モジュールを好適に使用できるが、これに限定されるものではない。また、第２の逆浸透膜５には、二次透過水ｗ２１を第１水槽６に送る水路Ｌ３と、二次濃縮水ｗ２２を中和処理手段４１に送る水路Ｌ６とが接続されている。

【0036】

二次透過水ｗ２１中のＣａ量は１ｍｇ／Ｌ未満になることが好ましい。

【0037】

第１水槽６は、水路Ｌ３を介して第２の逆浸透膜５から送られた二次透過水ｗ２１を貯留するものである。第１水槽６には、二次透過水ｗ２１を別のユースポイント３２に供給するための水路Ｌ１１が接続されている。

【0038】

第２水槽７は、水路Ｌ７を介して第１水槽６から送られた二次透過水ｗ２１を貯留するものである。また、第２水槽７は、水路Ｌ９が接続されており、水路Ｌ９を介してカルシウム除去手段２１から送られたＣａフリー水ｗ４も貯留できるようになっている。また、第２水槽７には、二次透過水ｗ２１、Ｃａフリー水ｗ４をユースポイント３１に供給するための水路Ｌ１０が接続されている。

【0039】

フッ素除去手段１１は、一次濃縮水ｗ１２に含まれるフッ素を除去するためのものである。フッ素除去手段１１としては例えば、一次濃縮水ｗ１２のｐＨを８以上に調整した上で、カルシウムを添加することによりフッ素をＣａＦ_２とし、このＣａＦ_２を凝集分離する設備を例示できる。また、フッ素除去手段１１には、フッ素除去手段１１によって処理された処理水ｗ４０を中和処理手段４１に送る水路Ｌ５が接続されている。

【0040】

次に、原水供給部２０、カルシウム除去手段２１及び制御部２２について説明する。
原水供給部２０は、上水または工業用水からなる原水ｗ３の供給源である。原水供給部２０は、水路Ｌ８を介して、原水ｗ３をカルシウム除去手段２１に供給する。

【0041】

カルシウム除去手段２１は、原水ｗ３に含まれるカルシウムを除去してＣａフリー水ｗ４とする。カルシウム除去手段２１として具体的には、逆浸透膜や脱イオン装置を用いることができる。また、カルシウム除去手段２１には、Ｃａフリー水ｗ４を第２水槽７に送るための水路Ｌ９が接続されている。カルシウム除去手段２１が逆浸透膜である場合は、透過水がＣａフリー水ｗ４として第２水槽７に送られ、濃縮水は水路Ｌ１２を介して中和処理手段４１送られる。カルシウム除去手段２１が脱イオン装置の場合は、水路Ｌ１２は不要になり、脱イオン処理後のＣａフリー水ｗ４が第２水槽７に送られる。

【0042】

カルシウム除去手段２１は、Ｃａフリー水ｗ４中のＣａ量を１ｍｇ／Ｌ未満に低減できるものがよい。すなわち、Ｃａフリー水ｗ４は、Ｃａ量が１ｍｇ／Ｌ未満に低減されたものをいう。

【0043】

制御部２２は、二次透過水ｗ２１の供給量が、ユースポイント３１の需要量を下回る場合に、カルシウム除去手段２１により製造されるＣａフリー水ｗ４を、第２水槽７に供給させる。制御部２２は、第２水槽７における貯水量を監視するとともに、ユースポイント３１における水使用量を監視する。そして、これらの監視結果に基づいて、カルシウム除去手段２１及び原水供給部２０に指令を発して、Ｃａフリー水ｗ４を生産させ、これを第２水槽７に供給させる。

【0044】

制御部２２として具体的には例えば、第２水槽７における貯水量及びユースポイント３１における水使用量を受け入れるデータ入力部と、中央演算装置と、メモリ装置と、監視結果を原水供給部２０及びカルシウム除去手段２１に出力するデータ出力部と、表示部とを備えたコンピュータを用いることができる。メモリ装置には、制御部２２を動作させるためのコンピュータプログラムが保持され、このコンピュータプログラムが中央演算装置によって実行されるようにしてもよい。また、第２水槽７、ユースポイント３１、カルシウム除去手段２１及び原水供給部２０と制御部２２とは、有線回線で接続されていてもよく、無線回線で接続されていてもよい。

【0045】

中和処理手段４１は、フッ素除去手段１１によって処理された処理水ｗ４０や、第２の逆浸透膜５から送られた二次濃縮水ｗ２２などを貯留し、この貯留水のｐＨを６〜８の中性に調整する設備である。中和処理手段４１によって中和処理された処理水ｗ４１は、下水道または公共水域に放流できるようになっている。

【0046】

ユースポイント３１は、二次透過水ｗ２１またはＣａフリー水ｗ４を設備用水として利用可能な設備若しくは施設である。このような設備の一例として半導体製造工程からの排ガス洗浄設備（以下単に「排ガス洗浄設備」と記す）やクーリングタワー等を例示できる。ユースポイント３１において使用された二次透過水ｗ２１は、排水ｗ１の一部として再び水処理装置１によって処理することが好ましい。このため、ユースポイント３１から過酸化水素除去手段５１の手前または第１の前処理手段２の手前にユースポイント３１の排水を送るための水路を設けてもよい。

【0047】

別のユースポイント３２は、二次透過水ｗ２１を利用する設備若しくは施設である。このようなユースポイント３２として例えば、二次透過水ｗ２１を純水製造の原水として利用可能な純水製造装置を例示できる。

【0048】

本実施形態の水処理装置１は、二次透過水ｗ２１を主としてユースポイント３１に供給する。二次透過水ｗ２１に余剰が生じた場合には、二次透過水ｗ２１を別のユースポイント３２にも供給してもよい。このため、水処理装置１には、二次透過水ｗ２１またはＣａフリー水ｗ４の供給先を調整する供給制御部が備えられていてもよい。供給制御部は例えば、第１水槽６及び第２水槽７における貯水量を監視するとともに、各ユースポイント３１、３２における水使用量を監視し、これらの監視結果に基づいて、水路Ｌ１０、Ｌ１１における通水量を制御するものが好ましい。上記の制御部２２に、この供給制御部の機能を持たせてもよい。

【0049】

次に、図１を参照しつつ、本実施形態の水処理方法について説明する。本実施形態の水処理方法は、排水ｗ１に対して第１の前処理工程を行い、その後、排水ｗ１に対する第１の逆浸透膜分離工程、一次透過水ｗ１１に対する第２の前処理工程及び第２の逆浸透膜分離工程を順次行う。また、本実施形態の水処理方法は、一次濃縮水ｗ１２に対するフッ素除去工程を行ってもよい。更に、本実施形態の水処理方法は、二次透過水ｗ２１の水量が、二次透過水ｗ２１のユースポイント３１における需要量を下回る場合に、Ｃａフリー水ｗ４をユースポイント３１に供給する工程を行ってもよい。以下、各工程について説明する。

【0050】

まず、排水ｗ１に過酸化水素が含有される場合は、過酸化水素除去手段５１において排水ｗ１から過酸化水素を除去する。排水ｗ１に過酸化水素が含有されない場合は、過酸化水素除去手段５１における処理は省略してもよい。

【0051】

次に、第１の前処理工程では、１次ｐＨ調整部２ａによって排水ｗ１のｐＨを９〜１１の範囲に調整するとともに、排水ｗ１にスケール分散剤Ｓｃを添加する。排水ｗ１のｐＨを９〜１１の範囲に調整することにより、排水ｗ１に含まれる有機物に起因する第１の逆浸透膜３の閉塞を予防する。すなわち、排水ｗ１が中性のままでは、有機物を分解する微生物が繁殖し、有機物及び微生物によって第１の逆浸透膜３閉塞するおそれがあることから、ｐＨを高くして微生物の繁殖を抑制する。ｐＨが低いと微生物の繁殖を抑制することが困難になる。また、ｐＨが高すぎると、排水ｗ１中に金属水酸化物または金属酸化物が析出して第１の逆浸透膜３を閉塞させるおそれがあるため、第１の前処理工程では排水ｗ１のｐＨを９〜１１の範囲に調整する。

【0052】

また、第１の前処理工程では、ｐＨ調整後の排水ｗ１にスケール分散剤Ｓｃを添加する。これにより、排水ｗ１の含まれるカルシウム金属に起因するスケール生成が抑制され、第１の逆浸透膜３の目詰まりが抑制されることで、一次透過水ｗ１１の水量の低下が防止される。スケール分散剤Ｓｃとしては、例えば、エチレンジアミン四酢酸塩などのキレート剤、ポリマレイン酸などのポリマー分散剤、或はこれらの混合物を好適に用いることができる。

【0053】

次に、第１の逆浸透膜分離工程では、第１の逆浸透膜３によって、排水ｗ１を一次透過水ｗ１１と一次濃縮水ｗ１２とに分離する。第１の逆浸透膜３によって排水ｗ１からフッ素が除去され、更に、リン酸塩、カルシウム及び有機物も除去されて一次透過水ｗ１１が得られる。除去されたフッ素等は一次濃縮水ｗ１２に含有される。一次透過水ｗ１１は水路Ｌ２に送られ、一次濃縮ｗ１２は水路Ｌ４を介してフッ素除去手段１１に送られる。

【0054】

第１の逆浸透膜分離工程によって、排水ｗ１中のフッ素が一次濃縮水ｗ１２中に濃縮され、フッ素除去工程の処理対象になる対象水の容積が低減する。これにより、フッ素除去工程を行う際に投入すべきエネルギーを抑制することが可能になる。

【0055】

次に、第２の前処理工程では、２次ｐＨ調整部４ａによって一次透過水ｗ１１のｐＨを５〜９の範囲に調整するとともに、一次透過水ｗ１１にスライム抑制剤Ｓｌｍを添加する。一次透過水ｗ１１のｐＨを５〜９の範囲に調整することにより、一次透過水ｗ１１に残留するアンモニアをアンモニウムに変化させることで、アンモニアガスの飛散を予防する。すなわち、第１の前処理工程において排水ｗ１のｐＨを高くしたため、排水ｗ１中のアンモニウムがアンモニアに変化してアンモニアガスとして飛散するおそれがあるので、第１の逆浸透膜分離工程後の一次透過水ｗ１１のｐＨを下げることでアンモニアをアンモニウムに変化させる。ｐＨが低いとスライムが生成して第２の逆浸透膜５を閉塞させるおそれがあり、また、ｐＨが高すぎると、アンモニアが残留するおそれがある。そのため、第２の前処理工程では一次透過水ｗ１１のｐＨを５〜９の範囲に調整する。

【0056】

また、第２の前処理工程では、ｐＨ調整後の一次透過水ｗ１１にスライム抑制剤Ｓｌｍを添加する。これにより、一次透過水ｗ１１に残留する有機物や微生物に由来するスライムの生成を抑制することにより、第２の逆浸透膜５の目詰まりを抑制して、二次透過水ｗ２１の水量の低下を防止する。スライム抑制剤Ｓｌｍとしては、例えば、クロロスルファミン酸塩など塩素や臭素などのハロゲンを安定化した安定化ハロゲンや、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンや、２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン等のイソチアゾロン化合物、２，２−ジブロモ−３−ニトリロプロピオンアミド等のハロシアノアセトアミド化合物等が好ましい。

【0057】

次に、第２の逆浸透膜分離工程では、第２の逆浸透膜５によって、一次透過水ｗ１１を二次透過水ｗ２１と二次濃縮水ｗ２２とに分離する。第２の逆浸透膜５によって一次透過水ｗ１１からアンモニウムが除去され、更に、リン酸塩、カルシウム及び有機物も除去されて二次透過水ｗ２１が得られる。除去されたアンモニウム等は二次濃縮水ｗ２２に含有される。二次透過水ｗ２１は水路Ｌ３により第１水槽６に送られ、二次濃縮水ｗ２２は水路Ｌ６により中和処理手段４１に送られる。

【0058】

二次透過水ｗ２１中のＣａ量は１ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましい。

【0059】

第１水槽６に送られた二次透過水ｗ２１は、第１水槽６に貯留されたのち、第２水槽７に送られる。そして、第２水槽７からユースポイント３１に送られ、設備用水として利用される。ユースポイント３１が排ガス洗浄設備である場合、二次透過水ｗ２１は排ガス洗浄設備でスクラバー用水として利用された後に、排水として排出される。排ガス洗浄設備から排出された排水は、半導体製造工程から排出された他の排水とともに、水処理装置１に送られ、再び、本実施形態の水処理方法に供される。

【0060】

また、二次透過水ｗ２１の生成量が、ユースポイント３１での水の需要量を超える場合は、二次透過水ｗ２１が余剰になるので、余剰分の二次透過水ｗ２１を第１水槽６から別のユースポイント３２に供給してもよい。この制御は、先に説明した供給制御部によって制御してもよい。ユースポイント３１が純水製造装置である場合、二次透過水ｗ２１は純水製造装置によって純水とされる。純水は例えば半導体製造工程において利用された後に、排水として排出される。半導体製造工程から排出された排水は、水処理装置１に送られ、再び、本実施形態の水処理方法に供される。

【0061】

次に、フッ素除去工程について説明する。
第１の逆浸透膜分離工程において生成した一次濃縮水ｗ１２は、水路Ｌ４を介してフッ素除去手段１１に送られ、フッ素除去工程に供される。フッ素除去工程では、一次濃縮水ｗ１２からフッ素が除去される。フッ素除去工程としては例えば、一次濃縮水ｗ１２のｐＨを８以上に調整した上で、カルシウムを添加することによりフッ素をＣａＦ_２とし、このＣａＦ_２を凝集分離する工程を例示できる。フッ素除去工程後の処理水ｗ４０は、水路Ｌ５によって中和処理手段４１に送られ、中和工程がなされる。

【0062】

中和工程は、処理水ｗ４０や、第２の逆浸透膜５から送られた二次濃縮水ｗ２２などを集め、ｐＨを６〜８の中性に調整したのち、水処理装置１の外部に放流する。下水道または公共水域に放流してもよい。

【0063】

次に、Ｃａフリー水ｗ４をユースポイント３１に供給する工程について説明する。
本実施形態の水処理方法では、ユースポイント３１への二次透過水ｗ２１の供給量が、ユースポイント３１の需要量を下回る場合に、Ｃａフリー水ｗ４を製造してユースポイント３１に供給する。より具体的には、制御部２２は、第２水槽７における貯水量を監視するとともに、ユースポイント３１における水使用量を監視する。そして、ユースポイント３１への水供給によって、第２水槽７における貯水量が減少し続ける場合は、二次透過水ｗ２１の供給量がユースポイント３１の需要量を下回ると判断して、制御部２２が原水供給部２０及びカルシウム除去手段２１に指令を発する。

【0064】

原水供給部２０は、上水または工業用水からなる原水ｗ３を、カルシウム除去手段２１に供給する。カルシウム除去手段２１は、原水ｗ３に含まれるカルシウムを除去してＣａフリー水ｗ４とした上で、第２水槽７に供給する。そして、第２水槽７に貯留された二次透過水ｗ２１及びＣａフリー水ｗ４を、ユースポイント３１に送る。第２水槽７の二次透過水ｗ２１が少ない場合は、Ｃａフリー水ｗ４のみをユースポイント３１に送ってもよい。Ｃａフリー水ｗ４中のＣａ量は１ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましい。

【0065】

以上説明したように、本実施形態の水処理装置１は、第１の前処理手段２によってｐＨ調整及びスケール分散剤が添加された排水ｗ１を第１の逆浸透膜３に流すことで、第１の逆浸透膜３に目詰まりを生じさせないままフッ素を除去することができる。また、第２の前処理手段４によってｐＨ調整及びスライム抑制剤が添加された一次透過水ｗ１１を第２の逆浸透膜５に流すことで、アンモニウムを除去することができる。これにより、純水製造装置の原水や設備用水として利用可能な二次透過水を得ることができる。また、本実施形態の水処理装置１では、排水ｗ１からフッ素を除去する際にＣａの添加が不要になるため、大規模な軟水器を設置する必要がない。更に、本実施形態の水処理装置１では、ｐＨを調整したのちに第２の逆浸透膜５によってアンモニウムを除去するので、アンモニウムをアンモニアに気化させることなく、アンモニウムを除去できる。また、本実施形態の水処理装置１によれば、活性汚泥法等の生物処理を行うことなく、有機物を含む排水であっても処理できる。

【0066】

また、本実施形態の水処理装置１には、一次濃縮水ｗ１２中のフッ素を除去するフッ素除去手段１１が備えられており、フッ素除去手段１１は、排水ｗ１に比べて水量が少ない一次濃縮水ｗ１２中のフッ素を除去すればよく、フッ素除去手段１１に求められる処理能力が比較的小さくなり、水処理装置１を小型にできる。

【0067】

また、本実施形態の水処理装置１は、二次透過水ｗ２１の水量がユースポイント３１の需要量を下回る場合に、カルシウム除去手段２１によって製造されたＣａフリー水ｗ４を、第２水槽７に供給する制御部２２が備えられており、二次透過水ｗ２１が需要量に対して不足した場合にＣａフリー水ｗ４を水処理装置１内に補充することができる。これにより、水処理装置１及びユースポイント３１によって水循環システムを構成する場合に、水循環システム内に流通する水のＣａ濃度が低く抑えられ、例えば１ｍｇ／Ｌ未満にすることができ、スケール発生が予防され、水処理装置１の逆浸透膜３、５の目詰まりやユースポイント３１におけるスケール発生を防止できる。

【0068】

次に、本実施形態の水処理方法によれば、第１の前処理手段２によってｐＨ調整及びスケール分散剤が添加された排水を第１の逆浸透膜３に流すことで、第１の逆浸透膜３に目詰まりを生じさせないままフッ素を除去することができる。また、第１の前処理手段２によってｐＨ調整及びスライム抑制剤が添加された一次透過水ｗ１１を第２の逆浸透膜５に流すことで、アンモニウムを除去することができる。これにより、純水製造装置の原水や設備用水として利用可能な二次透過水ｗ２１を得ることができる。また、本実施形態の水処理方法では、排水ｗ１からフッ素を除去する際にＣａの添加が不要になるため、大規模な軟水器を設置する必要がない。更に、本実施形態の水処理方法では、ｐＨを調整したのちに第２の逆浸透膜５によってアンモニウムを除去するので、アンモニウムをアンモニアに気化させることなく、アンモニウムを除去できる。また、本実施形態の水処理方法によれば、活性汚泥法等の生物処理を行うことなく、有機物を含む排水であっても処理できる。

【0069】

また、本実施形態の水処理方法では、一次濃縮水ｗ２２中のフッ素を除去するフッ素除去工程が行われ、フッ素除去工程は、排水ｗ１に比べて水量が少ない一次濃縮水ｗ１２中のフッ素を除去すればよく、フッ素除去に求められる処理能力が比較的小さくて済み、水処理に必要なエネルギーを少なくすることができる。

【0070】

また、本実施形態の水処理方法によれば、二次透過水ｗ２１の水量がユースポイント３１の需要量を下回る場合に、カルシウム除去手段２１によって製造されたＣａフリー水ｗ４を、ユースポイント３１に供給することで、二次透過水ｗ２１が需要量に対して不足した場合にＣａフリー水ｗ４を補充できる。これにより、水処理装置１及びユースポイント３１によって構成される水循環システム内に流通する水のＣａ濃度が低く抑えられ、例えば１ｍｇ／Ｌ未満にすることができ、スケール発生が予防され、水処理装置１の逆浸透膜３、５の目詰まりやユースポイント３１におけるスケール発生を防止できる。

【0071】

また、本実施形態の水処理方法によれば、排水ｗ１が、ユースポイント３１において使用された使用水を含むものであるので、水処理装置１及びユースポイント３１によって構成される水循環システム内に流通する水のＣａ濃度が低く抑えられ、例えば１ｍｇ／Ｌ未満にすることができ、スケール発生が予防され、水処理装置１の逆浸透膜３、５の目詰まりやユースポイント３１におけるスケール発生を防止できる。

【符号の説明】

【0072】

１…水処理装置、２…第１の前処理手段、２ａ…１次ｐＨ調整部、２ｂ…１次薬剤注入部、３…第１の逆浸透膜、４…第２の前処理手段、４ａ…２次ｐＨ調整部、４ｂ…２次薬剤注入部、５…第２の逆浸透膜、６…第１水槽、７…第２水槽（水槽）、１１…フッ素除去手段、２０…原水供給部、２１…カルシウム除去手段、２２…制御部、３１…ユースポイント、３２…別のユースポイント、４１…中和処理手段、Ｓｃ…スケール分散剤、Ｓｌｍ…スライム抑制剤、ｗ１…排水、ｗ３…原水、ｗ４…Ｃａフリー水、ｗ５…Ｃａ濃縮水、ｗ１１…一次透過水、ｗ１２…一次濃縮水、ｗ２１…二次透過水、ｗ２２…二次濃縮水、ｗ４０、ｗ４１…処理水。

【図1】