特開 2024-148280 純水製造装置及び純水製造装置の運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024148280

(43)【公開日】2024-10-18

(54)【発明の名称】純水製造装置及び純水製造装置の運転方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20230101AFI20241010BHJP

   C02F 1/42 20230101ALI20241010BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20241010BHJP

   C02F 9/00 20230101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

C02F1/44 H

C02F1/44 A

C02F1/42 A

C02F1/42 B

C02F1/32

C02F9/00

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023061285

(22)【出願日】2023-04-05

(71)【出願人】

【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】100108833

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 裕司

(74)【代理人】

【識別番号】100162156

【弁理士】

【氏名又は名称】村雨 圭介

(72)【発明者】

【氏名】阿部 幸也

(72)【発明者】

【氏名】宮地 みどり

【テーマコード（参考）】

4D006

4D025

4D037

【Ｆターム（参考）】

4D006GA03

4D006GA17

4D006HA47

4D006JA30C

4D006KA02

4D006KA03

4D006KA31

4D006KA52

4D006KA55

4D006KA57

4D006KA71

4D006KA72

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4D006KB11

4D006KB13

4D006KB14

4D006KB30

4D006KD12

4D006KD17

4D006KE15P

4D006KE15R

4D006MA03

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4D006MA14

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4D025BB03

4D025BB04

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4D025DA05

4D037AA03

4D037AB01

4D037BA18

4D037BB02

4D037CA03

4D037CA14

4D037CA15

(57)【要約】

【課題】 ＴＯＣ（全有機体炭素）の除去を目的とした紫外線酸化装置を効率よく作用させることの可能な純水製造装置を提供する。
【解決手段】 逆浸透膜装置５と紫外線酸化装置６と再生式イオン交換装置７がこの順に設けられていて、逆浸透膜装置５の前段にＮａＯＨ添加機構８を設けるとともに紫外線酸化装置６の前段に中和機構９を有する。本実施形態において中和機構９は酸添加手段であり、酸（中和剤）としての塩酸を添加する。そして、ＮａＯＨ添加機構８の後段で逆浸透膜装置５の前段と、中和機構９の後段で紫外線酸化装置６の前段にはそれぞれ図示しないｐＨ計測手段が設けられていて、このｐＨ計測手段は図示しない制御手段にその計測値を送信し、このｐＨの計測値に基づいてＮａＯＨ添加機構８におけるＮａＯＨ溶液の添加量及び中和機構９における塩酸の添加量を制御可能となっている。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

逆浸透膜装置と、この逆浸透膜装置の後段に設けられた紫外線酸化装置とを備える純水製造装置であって、前記逆浸透膜装置の前段に該逆浸透膜装置の給水のｐＨを８以上に調整するアルカリ添加手段を有するとともに、前記逆浸透膜装置の後段で前記紫外線酸化装置の前段に添加されたアルカリの中和手段を備える、純水製造装置。

【請求項2】

前記中和手段が、酸添加手段又はカチオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置であり、請求項１に記載の純水製造装置。

【請求項3】

前記紫外線酸化装置の後段に再生式イオン交換装置を有する請求項１又は２に記載の純水製造装置。

【請求項4】

ｐＨ９以上の給水を逆浸透膜装置に供給するとともに逆浸透膜の透過水をｐＨ９未満に中和した後、紫外線酸化装置で酸化処理を行う純水製造装置の運転方法。

【請求項5】

前記逆浸透膜の透過水に酸を添加するか、前記透過水をカチオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置で処理して中和化する、請求項４に記載の純水製造装置の運転方法。

【請求項6】

前記逆浸透膜装置の給水をｐＨ９以上に調整する、請求項５に記載の純水製造装置の運転方法。

【請求項7】

前記紫外線酸化装置での酸化処理の後、再生式イオン交換装置で処理する、請求項４～６に記載の純水製造装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は純水製造装置及びこの純水製造装置の運転方法に関し、特にＴＯＣ（全有機体炭素）の除去を目的とした紫外線酸化装置を効率よく作用させることの可能な純水製造装置及びこの純水製造装置の運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体等の電子産業分野で用いられている超純水は、前処理システム、一次純水製造装置及び一次純水を処理するサブシステム（二次純水製造装置）で構成される超純水製造システムで原水を処理することにより製造されている。

【0003】

例えば、図１に示すように超純水製造システム１は、前処理装置２と一次純水製造装置（純水製造装置）３とサブシステム４といった３段の装置で構成されている。このような超純水製造システム１の前処理装置２では、原水Ｗの濾過、凝集沈殿、精密濾過膜などによる前処理が施され、主に懸濁物質が除去される。

【0004】

一次純水製造装置３は、前処理水Ｗ１を処理する逆浸透膜装置５と、紫外線酸化装置６と、再生式イオン交換装置７とを有する。この一次純水製造装置３で前処理水Ｗ１中の大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行うとともに有機物を分解して、一次純水（純水）Ｗ２を得る。

【0005】

そして、サブシステム４は、サブタンク１０と供給ポンプ１１と紫外線酸化装置１２と非再生型混床式イオン交換装置１３と限外ろ過膜（ＵＦ膜）１４とを有し、限外ろ過膜（ＵＦ膜）１４からユースポイント１５を経由してサブタンク１０に還流する構成となっている。このサブシステム４では、一次純水製造装置３で製造された一次純水Ｗ２中に含まれる微量の有機物（ＴＯＣ成分）を酸化分解し、炭酸イオン、有機酸類、アニオン性物質、さらには金属イオンやカチオン性物質を除去し、最後に限外濾過（ＵＦ）膜１４で微粒子を除去して超純水Ｗ３とし、これをユースポイント１５に供給して、未使用の超純水Ｗ３はサブタンク１０に還流する。

【0006】

上述したような超純水製造システム１の一次純水製造装置３では、図５に示すように逆浸透膜装置５の前段にアルカリ添加手段としての水酸化ナトリウム溶液（ＮａＯＨ）添加機構８を設けて、逆浸透膜装置５の給水のｐＨを９～１１程度に調整して、逆浸透膜装置５におけるホウ素の濃度低減や各種成分のイオン化を促進して処理することが行われている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しなしながら、図５に示すような純水製造装置では、紫外線酸化装置６の後段に再生式イオン交換装置７が存在するので、紫外線酸化装置６でＴＯＣの分解により生成したイオン成分も同時に処理できる。しかしながら、紫外線酸化装置６の給水である逆浸透膜装置５の処理水は、ｐＨが高いので、紫外線酸化装置６でのＴＯＣ分解効率が低下する懸念があり、紫外線酸化装置６の処理能力をその分増加させなければならない、という問題点があった。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＴＯＣ（全有機体炭素）の除去を目的とした紫外線酸化装置を効率よく作用させることの可能な純水製造装置及びこの純水製造装置の運転方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的に鑑み、本発明は第一に、逆浸透膜装置と、この逆浸透膜装置の後段に設けられた紫外線酸化装置とを備える純水製造装置であって、前記逆浸透膜装置の前段に該逆浸透膜装置の給水のｐＨを９以上に調整するアルカリ添加手段を有するとともに、前記逆浸透膜装置の後段で前記紫外線酸化装置の前段に前記紫外線酸化装置のｐＨを９未満に調整する中和手段を備える、純水製造装置を提供する（発明１）。

【0010】

かかる発明（発明１）によれば、紫外線酸化装置の給水のｐＨを９未満とすることにより、紫外線酸化装置でのＴＯＣの分解効率の低下を抑制し、純水の水質、特にＴＯＣ濃度の低く純水を製造することができる。

【0011】

上記発明（発明１）においては、前記中和手段が、酸添加手段又はカチオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置であることが好ましい（発明２）。

【0012】

かかる発明（発明２）によれば、アルカリを添加された給水の浸透膜装置の透過水を酸添加手段又はカチオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置で処理すると、ｐＨが低下するので、ｐＨが９未満となるように調整することで、紫外線酸化装置でのＴＯＣの分解効率の低下を抑制し、純水の水質、特にＴＯＣ濃度の低い純水を製造することができる。

【0013】

上記発明（発明１，２）においては、前記紫外線酸化装置の後段に再生式イオン交換装置を有することがこの好ましい（発明３）。

【0014】

かかる発明（発明３）によれば、紫外線酸化装置で分解した成分に起因するイオン性の不純物を除去することができるので、純水製造装置で製造される純水を高水質とすることができる。

【0015】

また、本発明は第二に、ｐＨ９以上の給水を逆浸透膜装置に供給するとともに逆浸透膜の透過水をｐＨ９未満に中和した後、紫外線酸化装置で酸化処理を行う純水製造装置の運転方法を提供する（発明４）。

【0016】

かかる発明（発明４）によれば、紫外線酸化装置の給水のｐＨを９未満とすることにより、紫外線酸化装置でのＴＯＣの分解効率の低下を抑制し、純水の水質、特にＴＯＣ濃度の低く純水を製造することができる。

【0017】

上記発明（発明４）においては、前記逆浸透膜の透過水に酸を添加するか、前記透過水をカチオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置で処理して中和化することが好ましい（発明５）。

【0018】

かかる発明（発明５）によれば、アルカリを添加された給水の浸透膜装置の透過水を酸添加手段又はカチオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置で処理すると、ｐＨが低下するので、ｐＨが９未満となるように調整することで、紫外線酸化装置でのＴＯＣの分解効率の低下を抑制し、純水の水質、特にＴＯＣ濃度の低い純水を製造することができる。

【0019】

上記発明（発明５）においては、前記逆浸透膜装置の給水をｐＨ９以上に調整することが好ましい（発明６）。

【0020】

上記発明（発明６）によれば、逆浸透膜装置の給水をｐＨ９以上に調整することで、逆浸透膜装置５におけるホウ素の濃度低減や各種成分のイオン化を促進して、逆浸透膜装置での不純物の除去率を向上させることができる。

【0021】

上記発明（発明４～６）においては、前記紫外線酸化装置での酸化処理の後、再生式イオン交換装置で処理することが好ましい（発明７）。

【0022】

上記発明（発明７）によれば、紫外線酸化装置で分解した成分に起因するイオン性の不純物を除去することができるので、純水製造装置で製造される純水を高水質とすることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の純水製造装置によれば、逆浸透膜装置と、この逆浸透膜装置の後段に設けられた紫外線酸化装置とを備える純水製造装置において、逆浸透膜装置の前段に該逆浸透膜装置の給水のｐＨを９以上に調整するアルカリ添加手段を有するとともに、逆浸透膜装置の後段で紫外線酸化装置の前段に紫外線酸化装置のｐＨを９未満に調整する中和手段を備えるので、紫外線酸化装置の給水のｐＨを９未満とすることにより、紫外線酸化装置でのＴＯＣの分解効率の低下を抑制し、純水の水質、特にＴＯＣ濃度の低く純水を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明を適用可能な超純水製造装置を示す概略図である。

【図2】本発明の一実施形態による純水製造装置の要部を示す概略図である。

【図3】実施例１における被処理液のｐＨとアニオン交換樹脂通液後のＴＯＣ除去率を示すグラフである。

【図4】実施例１における被処理液のｐＨとＵＶ酸化装置通液後のＴＯＣ除去率を示すグラフである。

【図5】超純水製造装置における従来の純水製造装置の要部を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の純水製造装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。

【0026】

（純水製造装置）
本発明は、超純水製造装置などに用いる純水製造装置（一次純水装置）において、紫外線酸化装置を効率的に作用させる方法に特徴を有するものである。ここで、純水製造装置（一次純水装置）としては、特に制限はなく、逆浸透膜装置とこの後段に紫外線酸化装置とを有するものであれば、種々の純水製造装置を適用することができる。例えば、図１に示すような超純水製造装置１における一次純水装置３に好適に適用することができる。

【0027】

図１に示す一次純水装置３において、逆浸透膜装置５と紫外線酸化装置６を中心とする要部は、以下のような構成を有する。すなわち、図２においては、逆浸透膜装置５と紫外線酸化装置６と再生式イオン交換装置７がこの順に設けられていて、逆浸透膜装置５の前段にアルカリ添加手段としてのＮａＯＨ添加機構８を設けるとともに紫外線酸化装置６の前段に中和手段としての中和機構９を有する。本実施形態において中和機構９は酸添加手段であり、酸（中和剤）として例えば塩酸を添加する。そして、ＮａＯＨ添加機構８の後段で逆浸透膜装置５の前段と、中和機構９の後段で紫外線酸化装置６の前段にはそれぞれ図示しないｐＨ計測手段が設けられていて、このｐＨ計測手段は図示しない制御手段にその計測値を送信し、このｐＨの計測値に基づいて制御手段はＮａＯＨ添加機構８におけるＮａＯＨ溶液の添加量及び中和機構９における塩酸の添加量を制御可能となっている。なお、再生式イオン交換装置７は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混床式、または複層式のものを用いることができる。

【0028】

（純水製造装置の運転方法）
次に上述したような構成を有する本実施形態の純水製造装置の運転方法について図１及び図２に基づいて説明する。

【0029】

まず、原水Ｗを前処理装置２に供給すると、凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過（膜濾過）装置などにより、原水Ｗ中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行い、処理原水としての前処理水Ｗ１を得る。この過程では高分子系有機物、疎水性有機物などもある程度除去される。

【0030】

この前処理水Ｗ１を一次純水装置３に供給して一旦タンクに貯留した後、図示しないポンプにより送水し、逆浸透膜装置５と、紫外線酸化装置６と、再生式イオン交換装置７とで処理する。この一次純水製造装置３で前処理水Ｗ１中の大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行うとともに有機物を分解して、一次純水（純水）Ｗ２を得る。

【0031】

上述したような一次純水装置３における一次純水（純水）Ｗ２の製造工程において、逆浸透膜装置５の給水にＮａＯＨ添加機構８からＮａＯＨ溶液を添加する。これは、逆浸透膜装置５において、前処理水Ｗ１に含まれるホウ素を除去したり、その他各種成分のイオン化を促進して除去したりするためである。上記効果の観点からこの給水のｐＨは９以上とする。給水ｐＨの上限については、ｐＨ１１以上とすると使用する薬品量が増加し、薬品にかかる費用が増加するばかりか、それに見合う効果の向上が得られず、費用対効果が低下することから、ｐＨ１１程度とすることが望ましい。

【0032】

このようなｐＨ９以上の給水を逆浸透膜装置５で処理した透過水は、依然ｐＨが高い状態であるので、そのまま紫外線酸化装置６に供給すると紫外線酸化装置６において有機物の分解能が低下する、という問題点がある。そこで、本実施形態においては、紫外線酸化装置６の前段で中和機構９から塩酸を添加し、紫外線酸化装置６の被処理水がｐＨを９未満、特にｐＨ６．５～８程度となるように制御手段により制御する。このような被処理水を紫外線酸化装置６で処理することにより。被処理水（逆浸透膜装置５の透過水）に残存するＴＯＣを効率良く分解することができる。

【0033】

この紫外線酸化装置６の処理水には、分解した有機物などに起因したイオン性の不純物やその他微量の不純物イオンが含まれるので、これを再生式イオン交換装置７で処理することで、一次純水（純水）Ｗ２を得ることができる。

【0034】

以上、本発明の純水装置及びその運橙方法について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変更実施が可能である。例えば、前記実施形態においては、中和機構９として酸添加手段を採用したが、これに限らず少なくともカチオン交換樹脂を含む（好ましくは５０容積％以上含む）再生式イオン交換装置を紫外線酸化装置６の前段に設置して中和機構９としてもよい。また、再生式イオン交換装置７としては、電気再生式イオン交換装置を採用してもよい。

【実施例0035】

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

【0036】

〔実施例１〕
超純水（抵抗率１８．１ＭΩ・ｃｍ以上）にｐＨ調整剤として水酸化ナトリウム溶液又は塩酸と、ＴＯＣ源としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を添加したものをメスフラスコで１０００ｍＬに調整し、ｐＨの異なる複数種の試験用試料液を作成した。この試験用試料液を１００ｍＬ採取し、ｐＨ、ＴＯＣ濃度及びＩＣ（無機炭酸）濃度を測定した。

【0037】

次に、この試験用試料液９００ｍＬを撹拌しながらに酸化紫外線を１０分及び１５分照射した後、紫外線照射後の試験用試料液を１００ｍＬ採取し、ｐＨ、ＴＯＣ濃度及びＩＣ（無機炭酸）濃度を測定した。

【0038】

続いて紫外線照射後の試験用試料液を５００ｍＬ採取し、アニオン交換樹脂（ＡＲ）樹脂に通液し、通水後の試験用試料液を廃棄した。さらに、このアニオン交換樹脂（ＡＲ）に紫外線照射後の試験用試料液２００ｍＬを通液し、１０分及び１５分経過後のｐＨ、ＴＯＣ濃度及びＩＣ（無機炭酸）濃度を測定した。

【0039】

この試験におけるＩＰＡ濃度、紫外線（ＵＶ）照射時間及び試験用試料液のｐＨを表１及び表２に、アニオン交換樹脂（ＡＲ）通液後のＴＯＣ除去率を図３に、紫外線照射後のＴＯＣ除去率を図４にそれぞれ示す。

【0040】

図３及び図４から明らかなとおり、試験用試料液のｐＨを９以上にした場合に、ＴＯＣの除去理が低下していることが確認された。特にアニオン交換樹脂に通水した場合の低下が顕著であり、アニオン交換樹脂で除去できないレベルの分解が不十分なＴＯＣ
が存在していることがわかる。これらにより紫外線酸化装置６に供給するＴＯＣ含有被処理水のｐＨを９未満、特に８以下とすることで、ＴＯＣの除去できることがわかる。

【符号の説明】

【0041】

１ 超純水製造システム
２ 前処理装置
３ 一次純水製造装置（純水製造装置）
４ サブシステム
５ 逆浸透膜装置
６ 紫外線酸化装置
７ 再生式イオン交換装置
８ 水酸化ナトリウム溶液（ＮａＯＨ）添加機構（アルカリ添加手段）
９ 中和機構（中和手段）
１０ サブタンク
１１ 供給ポンプ
１２ 紫外線酸化装置
１３ 非再生型混床式イオン交換装置
１４ 限外ろ過膜（ＵＦ膜）
１５ ユースポイント
Ｗ 原水
Ｗ１ 前処理水
Ｗ２ 一次純水（純水）
Ｗ３ 超純水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-25

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

逆浸透膜装置と、この逆浸透膜装置の後段に設けられた紫外線酸化装置と、この紫外線酸化装置の後段に設けられた再生式イオン交換装置とを備える純水製造装置であって、
前記逆浸透膜装置の前段に設けられ、該逆浸透膜装置の給水のｐＨを９以上に調整するアルカリ添加手段と、
前記逆浸透膜装置の後段で前記紫外線酸化装置の前段に設けられ、該逆浸透膜装置の透過水をｐＨ６．５～８に中和する酸添加手段と、
前記アルカリ添加手段の後段で前記逆浸透膜装置の前段に設けられた第１のｐＨ計測手段と、
前記酸添加手段の後段で前記紫外線酸化装置の前段に設けられた第２のｐＨ計測手段とを備え、
前記第１のｐＨ計測手段の計測値に基づき前記アルカリ添加手段におけるアルカリ添加量を制御可能であり、かつ、前記第２のｐＨ計測手段の計測値に基づき前記酸添加手段における酸添加量を制御可能である、純水製造装置。

【請求項2】

逆浸透膜装置の給水にアルカリを添加してｐＨ９以上に調整した後、前記逆浸透膜装置に供給することと、
前記逆浸透膜装置の透過水に酸を添加してｐＨ６．５～８に中和した後、紫外線酸化装置で酸化処理を行うことと、
前記紫外線酸化装置の処理水を再生式イオン交換装置で処理することで、イオン性の不純物を除去することと、
前記逆浸透膜装置の給水のｐＨを計測することと、
前記紫外線酸化装置の給水のｐＨを計測することとを含み、
前記逆浸透膜装置の給水のｐＨ計測値に基づき前記逆浸透膜装置の給水のアルカリ添加量を制御し、かつ、前記紫外線酸化装置の給水のｐＨ計測値に基づき前記逆浸透膜装置の透過水の酸添加量を制御する、純水製造装置の運転方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0039】

この試験におけるアニオン交換樹脂（ＡＲ）通液後のＴＯＣ除去率を図３に、紫外線照射後のＴＯＣ除去率を図４にそれぞれ示す。