特許 7563959 超純水製造システム及び超純水製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】超純水製造システム及び超純水製造方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/42 20230101AFI20241001BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20241001BHJP

   B01D 61/18 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

C02F1/42 A

C02F1/42 B

C02F1/44 A

B01D61/18

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020198484

(22)【出願日】2020-11-30

(65)【公開番号】P2022086465

(43)【公開日】2022-06-09

【審査請求日】2023-08-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】市原 史貴

(72)【発明者】

【氏名】須藤 史生

(72)【発明者】

【氏名】近藤 司

(72)【発明者】

【氏名】菅原 広

【審査官】相田 元

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３４３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２２１１８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－０５７９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１８７７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２６３６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４５１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２３９８５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４２

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ０１Ｄ １５／００－１５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユースポイントに接続され、前記ユースポイントに超純水を供給する超純水供給ラインと、
前記ユースポイントで使用されない超純水を前記超純水供給ラインに戻すリターンラインと、
前記超純水供給ラインに設けられイオン交換樹脂のみが充填された少なくとも一つのイオン交換装置と、を有し、
前記少なくとも一つのイオン交換装置のうち、最も前記ユースポイントに近接する最終段イオン交換装置を流通する被処理水の空間速度が１７０（１／ｈｒ）以上である、超純水製造システム。

【請求項2】

前記空間速度が３００（１／ｈｒ）以上である、請求項１に記載の超純水製造システム。

【請求項3】

前記最終段イオン交換装置と前記ユースポイントとの間に膜ろ過装置が設けられていない、請求項１または２に記載の超純水製造システム。

【請求項4】

前記最終段イオン交換装置と前記ユースポイントとの間に位置する精密ろ過膜装置または限外ろ過膜装置を有する、請求項１または２に記載の超純水製造システム。

【請求項5】

前記超純水供給ラインの、被処理水の流通方向に関し前記最終段イオン交換装置の上流に位置する前段イオン交換装置を有し、前記前段イオン交換装置を流通する被処理水の空間速度は３０～１００（１／ｈｒ）である、請求項１から４のいずれか１項に記載の超純水製造システム。

【請求項6】

前記最終段イオン交換装置は少なくとも一つのイオン交換塔を有し、前記前段イオン交換装置は複数のイオン交換塔を有し、被処理水が流通する前記前段イオン交換装置の前記イオン交換塔の塔数より、被処理水が流通する前記最終段イオン交換装置の前記イオン交換塔の塔数のほうが少ない、請求項５に記載の超純水製造システム。

【請求項7】

前記最終段イオン交換装置は少なくとも一つのイオン交換塔を有し、前記前段イオン交換装置は少なくとも一つのイオン交換塔を有し、前記最終段イオン交換装置の前記イオン交換塔に充填された前記イオン交換樹脂の樹脂層高が、前記前段イオン交換装置の前記イオン交換塔に充填された前記イオン交換樹脂の樹脂層高より小さい、請求項５または６に記載の超純水製造システム。

【請求項8】

前記最終段イオン交換装置の上流に位置する精密ろ過膜装置または限外ろ過膜装置を有し、前記精密ろ過膜装置または前記限外ろ過膜装置と前記最終段イオン交換装置との間に水処理装置が設けられていない、請求項１から７のいずれか１項に記載の超純水製造システム。

【請求項9】

ユースポイントに接続され、前記ユースポイントに超純水を供給する超純水供給ラインと、
前記ユースポイントで使用されない超純水を前記超純水供給ラインに戻すリターンラインと、
前記超純水供給ラインに設けられイオン交換樹脂のみが充填された少なくとも一つのイオン交換装置と、を有し、
前記少なくとも一つのイオン交換装置のうち、最も前記ユースポイントに近接する最終段イオン交換装置を流通する被処理水の線速度が５１（ｍ／ｈｒ）以上である、超純水製造システム。

【請求項10】

ユースポイントに接続され、前記ユースポイントに超純水を供給する超純水供給ラインと、前記ユースポイントで使用されない超純水を前記超純水供給ラインに戻すリターンラインと、前記超純水供給ラインに設けられイオン交換樹脂のみが充填された少なくとも一つのイオン交換装置と、を有する超純水製造システムを用いた超純水製造方法であって、
前記少なくとも一つのイオン交換装置のうち、最も前記ユースポイントに近接する最終段イオン交換装置に、被処理水を空間速度１７０（１／ｈｒ）以上で流通させることを有する、超純水製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は超純水製造システム及び超純水製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超純水製造システムは１次純水から超純水を製造するサブシステムを有している。このサブシステムでは紫外線酸化装置、イオン交換装置などの様々な装置が直列に配置されており、１次純水がこれらの装置で順次処理されることによって超純水が製造される。超純水が供給されるユースポイントの直前には、微粒子除去を目的として限外ろ過膜装置などの膜ろ過装置が設置される。近年、超純水の水質への要求が厳しくなっており、超純水中の微粒子を１０ｎｍレベルで管理することが要求されている。特許文献１には、直列に２段配置された限外膜ろ過装置を最終段に備える超純水製造システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－６４３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された超純水製造システムは、微粒子の低減の観点から優れた効果を有する。しかし、限外膜ろ過装置が直列に２段配置された構成はコスト増加の一因となるだけでなく、圧力損失の増大に伴う流量の低下、ポンプ動力の増加などの課題を生じる。

【0005】

本発明は、より簡易な構成で超純水に含まれる微粒子を効率的に除去することのできる超純水製造システム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】

【0006】

本発明の超純水製造システムは、ユースポイントに接続され、ユースポイントに超純水を供給する超純水供給ラインと、ユースポイントで使用されない超純水を超純水供給ラインに戻すリターンラインと、超純水供給ラインに設けられイオン交換樹脂のみが充填された少なくとも一つのイオン交換装置と、を有する。上記少なくとも一つのイオン交換装置のうち、最もユースポイントに近接する最終段イオン交換装置を流通する被処理水の空間速度が１７０（１／ｈｒ）以上である。

【発明の効果】

【0007】

本願発明者は最終段イオン交換装置を流通する被処理水の空間速度を１７０（１／ｈｒ）以上とすることで、微粒子を効率的に除去することができることを見出した。イオン交換装置は超純水製造システムが一般的に備えるものであり、新たな設備の追加とはならない。従って、本発明によれば、より簡易な構成で超純水に含まれる微粒子を効率的に除去することのできる超純水製造システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る超純水製造システムの概略構成図である。

【図2】本発明の第２の実施形態に係る超純水製造システムの概略構成図である。

【図3】本発明の第３の実施形態に係る超純水製造システムの概略構成図である。

【図4】第３の実施形態において、前段イオン交換装置と最終段イオン交換装置の空間速度を異ならせる方法を示す概念図である。

【図5】本発明の第４の実施形態に係る超純水製造システムの概略構成図である。

【図6】本発明の第５の実施形態に係る超純水製造システムの概略構成図である。

【図7】本発明の第６の実施形態に係る超純水製造システムの概略構成図である。

【図8】実施例で使用した試験装置の構成図である。

【図9】実施例における微粒子数の測定結果を示すグラフである。

【図10】実施例における微粒子数の測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る超純水製造装置のサブシステム１の概要を示している。サブシステム１は、１次純水システム（図示せず）で製造された純水から、ユースポイントP.O.U.に供給される超純水を製造するためのシステムであり、超純水製造システムとも称する。超純水供給ラインＬ１はユースポイントP.O.U.に接続され、ユースポイントP.O.U.に超純水を供給する。リターンラインＬ２はユースポイントP.O.U.の下流側で超純水供給ラインＬ１に接続され、ユースポイントP.O.U.で使用されない超純水を超純水供給ラインの始端に戻す。具体的には、リターンラインＬ２は１次純水タンク２に接続され、１次純水タンク２を介して未使用の超純水を超純水供給ラインＬ１の始端に戻す。始端とは、被処理水（純水）の流通方向に関し、超純水供給ラインＬ１の最上流となる位置を意味し、１次純水タンク２は超純水供給ラインＬ１の始端に接続されている。このように、超純水供給ラインＬ１とリターンラインＬ２は、純水ないし超純水が循環する循環ラインを構成する。

【0010】

サブシステム１は、１次純水タンク２と、純水供給ポンプ３と、紫外線酸化装置４と、過酸化水素除去装置５と、膜脱気装置７と、最終段イオン交換装置１０と、を有している。これらの装置は超純水供給ラインＬ１上に、被処理水の流通方向に沿って、この順で直列に設けられている。膜脱気装置７と最終段イオン交換装置１０との間にはブースターポンプ８が設けられている。ブースターポンプ８は、例えば膜脱気装置７と最終段イオン交換装置１０との間にレベル差がある場合に、揚程を確保するために設けられる。従って、サブシステム１の配置条件によっては、ブースターポンプ８を省略することができる。１次純水タンク２には１次純水システムで製造された純水が貯蔵され、上述したように、ユースポイントP.O.U.で使用されなかった超純水が還流される。

【0011】

１次純水タンク２に貯留された被処理水は、純水供給ポンプ３により送出され、熱交換器（図示せず）を通って温度調節され、紫外線酸化装置４に供給される。紫外線酸化装置４は被処理水に紫外線を照射し、被処理水に含まれる有機炭素を分解し、ＴＯＣ（全有機炭素）を低減する。過酸化水素除去装置５はパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）などの触媒を備え、紫外線照射によって発生した過酸化水素を分解する。これによって、後段の最終段イオン交換装置１０（及び実施形態によっては前段イオン交換装置６）が酸化性物質によってダメージを受けることが防止される。膜脱気装置７は被処理水に含まれる溶存酸素や二酸化炭素を除去する。超純水はユースポイントP.O.U.に供給される前に最終段イオン交換装置１０で処理される。最終段イオン交換装置１０にはイオン交換樹脂が充填されている。

【0012】

被処理水は微粒子を含んでおり、特にブースターポンプ８を設ける場合は、より多くの微粒子を含む可能性がある。微粒子は表面に電位(ゼータ電位)を有していることが多いため、最終段イオン交換装置１０で除去することができる。超純水中の微粒子は表面に負の電位(ゼータ電位)を有していることが多いが、正の電位(ゼータ電位)を有する微粒子も効果的に除去するために、イオン交換樹脂はアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混床形態で充填されているのが好ましい。超純水を高純度に維持するためにも、イオン交換樹脂は混床形態で充填されているのが好ましい。これによって、正の電位を有する微粒子と負の電位を有する微粒子の両者を効果的に捕捉し、微粒子の除去効率を高めることができる。しかし、アニオン交換樹脂またはカチオン交換樹脂が単床形態で充填されていても微粒子を除去する効果は得られる。また、微粒子は負の電位(ゼータ電位)を有していることが多いため、アニオン交換樹脂の重量比率がカチオン交換樹脂の重量比率よりも高いことが好ましい。微粒子を含む被処理水は樹脂の隙間を通るため、樹脂自体が物理的なフィルターとしても機能し、電気的な作用だけでなく物理的な作用によっても微粒子を捕捉する。このように、最終段イオン交換装置１０は高い微粒子除去性能を有する。本実施形態では最終段イオン交換装置１０とユースポイントP.O.U.との間に膜ろ過装置が設けられていないため、最終段イオン交換装置１０で微粒子が除去された超純水に、膜ろ過装置で発生した微粒子が混入することがない。

【0013】

イオン交換樹脂は一般に、ゲル型とマクロポーラス型とに大別できるが、最終段イオン交換装置１０に充填されるイオン交換樹脂は粒状のゲル型であることが好ましい。微粒子はイオン交換樹脂の表面からも発生することがある。しかし、ゲル型のイオン交換樹脂はマクロポーラス型に比べて表面積が小さいため、剥離して流出する微粒子が少なく、最終段イオン交換装置１０に充填されるイオン交換樹脂として好適に使用できる。イオン交換樹脂としては、例えばＨ形の強酸性イオン交換樹脂とＯＨ形の強塩基性イオン交換樹脂が用いられる。強酸性イオン交換樹脂と強基性イオン交換樹脂の平均粒径は５００～８００μｍ程度であるのが好ましい。最終段イオン交換装置１０の樹脂層高は１０ｃｍ以上とすることが好ましく、３０ｃｍ以上とすることがより好ましい。

【0014】

最終段イオン交換装置１０に供給される被処理水は超純水であるので、清浄度が極めて高い。このため、最終段イオン交換装置１０は性能の劣化が生じにくく、最終段イオン交換装置１０の出口では、高度に微粒子が除去された超純水が長期間、安定して得られる。最終段イオン交換装置１０は長期間使用することが可能であるためメンテナンスの頻度も低い。従って、最終段イオン交換装置１０としては、非再生式のイオン交換装置（カートリッジポリッシャー）を用いるのが有利である。すなわち、最終段イオン交換装置１０のイオン交換樹脂としては非再生型の樹脂を使用するのが好ましい。しかし、再生型の樹脂を用いることも可能である。最終段イオン交換装置１０は出口側の微粒子濃度が所定の値を超えたときに交換されるが、出口側の処理水の導電率が所定の値を超えたときに交換してもよい。最終段イオン交換装置１０は、モノリスが充填されたイオン交換装置であってもよい。

【0015】

微粒子の発生をさらに抑制するため、最終段イオン交換装置１０は、イオン交換樹脂の充填部の上方に超純水の入口部を、充填部の下方に超純水の出口部を有している。すなわち、被処理水は下向きないし下降流として最終段イオン交換装置１０に通水される。これによってイオン交換樹脂層が動きにくくなり、イオン交換樹脂同士の摩擦による微粒子の発生を抑制することができる。通水に伴いイオン交換樹脂が圧密されていくため、イオン交換樹脂がさらに動きにくくなり、微粒子の発生をさらに抑制することができる。これによって、イオン交換樹脂の物理的なフィルターとしての機能も向上する。

【0016】

上述した超純水製造システムを運転する際には予め樹脂の洗浄ないしコンディショニングを行うことが好ましい。超純水製造に用いられる樹脂がＲ－Ｎａ型、Ｒ－Ｃｌ型である場合（Ｒは樹脂）、これをそのまま使用するとＮａイオンやＣｌイオンが解離し、超純水としての要求水質が満たされない可能性がある。このため、強酸性陽イオン交換樹脂には酸性溶液を用いて、強塩基性陰イオン交換樹脂には塩基性溶液を用いてそれぞれコンディショニングを行うことが望ましい。また、これらの操作によってＲ－Ｎａ型をＲ－Ｈ型に、Ｒ－Ｃｌ型をＲ－ＯＨ型に変換する場合、Ｒ－Ｎａ型を最終段イオン交換装置１０に充填されている全樹脂数の０．１％未満に、Ｒ－Ｃｌ型を全樹脂数の１％未満にすることが望ましい。これとは別に、最終段イオン交換装置１０で処理された超純水をユースポイントP.O.U.に供給する前に、最終段イオン交換装置１０の出口におけるＴＯＣ（全有機炭素）が０．５μｇ／Ｌ（ｐｐｂ）以下に減少するまでイオン交換樹脂に超純水を通水することが望ましい。ＴＯＣ減少量は最終段イオン交換装置１０の入口におけるＴＯＣから最終段イオン交換装置１０の出口におけるＴＯＣを減じた値（ΔＴＯＣ）を意味する。微粒子の量を減らすためにはさらに長時間の通水を行うことが好ましい。例えば、後述の実施例で説明するように、ＳＶ３００（１／ｈｒ）で２４時間程度通水を続けることで、粒径２０ｎｍ以上の微粒子を０．１個／ｍｌ未満とすることができる。なお、最終段イオン交換装置１０に充填する前に予めイオン交換樹脂に超純水を通水して、ＴＯＣ減少量が０．５μｇ／Ｌ（ｐｐｂ）以下及び／または流出する粒径２０ｎｍ以上の微粒子数が０．１個／ｍｌ未満となるまで洗浄し、その後、最終段イオン交換装置１０にイオン交換樹脂を充填するようにしてもよい。

【0017】

イオン交換装置は通常、イオン（メタル、アニオン成分）除去の目的で設置される。しかし、上述の通り、イオン交換樹脂は微粒子を除去する性能を有している。限外ろ過膜や精密ろ過膜などのろ過膜は特に膜の２次側（出口側）の洗浄やコンディショニングが難しい。一方、粒状のイオン交換樹脂は、樹脂の表面や装置（塔）の内部に存在する微粒子を、洗浄やコンディショニングで容易に排出することができる。本願発明者は、十分な洗浄、コンディショニングを行えば、イオン交換樹脂からの微粒子の発生を抑制することができることを見出した。本実施形態によれば、微粒子除去を主目的とした最終段イオン交換装置１０を設置することで、微粒子の少ない超純水を容易に製造することができる。

【0018】

本実施形態では、最終段イオン交換装置１０を流通する被処理水の空間速度ＳＶが１７０（１／ｈｒ）以上、好ましくは３００（１／ｈｒ）以上とされている。一般にイオン交換装置を流通する被処理水の空間速度ＳＶは３０～１００（１／ｈｒ）程度であるが、それに比べて空間速度ＳＶが大幅に高められている。後述の実施例で述べるように、これによって、特に微粒子の除去効率が大幅に高められる。

【0019】

イオン交換装置（イオン交換塔）の空間速度ＳＶは、流量／樹脂量（ろ過材量）で求められる。ここで、
流量＝ＬＶ・Ｓ
樹脂量＝ｈ・Ｓ
ただし、ＬＶはイオン交換塔の樹脂を流れる被処理水の線速度（流速）、Ｓはイオン交換塔の流路断面積、ｈはイオン交換塔に充填された樹脂の樹脂層高
であるので、ＳＶ＝（ＬＶ・Ｓ）／（ｈ・Ｓ）＝ＬＶ／ｈとなる。従って、ＳＶを増やすためには、線速度ＬＶを増やすか（方法１）、樹脂層高ｈを減らすか（方法２）、のいずれかの方法を採用することになる。線速度ＬＶと樹脂層高ｈの両方を変えることも可能であるが、その場合も、方法１と２の少なくともいずれかを行うことが必要となる。

【0020】

線速度ＬＶは以下に示すいくつかの方法で増やすことができる。
（方法１－１）イオン交換塔の流路断面積Ｓを減らす。流量が一定の場合、線速度ＬＶはイオン交換塔の流路断面積Ｓと反比例して増加する。新規にサブシステム１を設ける場合、最終段イオン交換装置１０の設置面積の低減が可能となる。
（方法１－２）ブースターポンプ８（または純水供給ポンプ３）の流量を増やす。流量が増えるため、それに比例して線速度ＬＶも増加する。
（方法１－３）最終段イオン交換装置１０が並列接続された複数のイオン交換塔からなる場合に、一部のイオン交換塔だけに被処理水を供給する。この方法は方法１－１と類似しているが、一部のイオン交換塔の運転を止めるだけでいいため、既設の設備において容易に実現可能である。

【0021】

樹脂層高ｈを減らすには、単純に樹脂の充填量を減らせばよい。樹脂の使用量が減るため、交換する樹脂の節約となる。この方法も既設の設備において容易に実現可能である。

【0022】

（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態に係る超純水製造装置のサブシステム１０１の概要を示している。本実施形態では、最終段イオン交換装置１０とユースポイントP.O.U.との間に膜ろ過装置１１が設けられており、その他の構成は第１の実施形態と同様である。説明を省略した要素及び効果については第１の実施形態を参照されたい。膜ろ過装置１１は、精密ろ過膜装置または限外ろ過膜装置とすることができる。上述のように、最終段イオン交換装置１０の空間速度ＳＶを高めることで、微粒子除去性能は大きく向上するが、膜ろ過装置１１を設けることで、さらに微粒子が除去された超純水を製造することができる。微粒子のほとんどは最終段イオン交換装置１０で除去されるため、膜ろ過装置１１の負荷は極めて小さい。従って、上述した洗浄やコンディショニングの問題が顕在化する可能性は低い。特にブースターポンプ８を設ける場合、被処理水中の微粒子数が増加し、最終段イオン交換装置１０で微粒子を取りきれない可能性がある。このため、膜ろ過装置１１は最終段イオン交換装置１０のバックアップとして機能する。

【0023】

膜ろ過装置１１の孔径、分画分子量等は対象とする微粒子によって決定することができる。例えば、最終段イオン交換装置１０の樹脂から剥離した有機物微粒子を除去するのが主目的であれば、比較的孔径の大きな（または分画分子量の大きな）膜ろ過装置１１で十分である場合がある。これによって、膜ろ過装置１１の圧力損失が低減され、流量を増やすことができる。一方、膜ろ過装置１１から発生(剥離)する(有機物)微粒子の数は孔径によって大きく変わらないため、膜ろ過装置１１を通過した超純水に含まれる単位容積当たりの微粒子数が減少する（流量が増えることによる一種の希釈効果といえる）。従って、高純度の超純水を製造することが可能となる。

【0024】

（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態に係る超純水製造装置のサブシステム２０１の概要を示している。本実施形態では、第１の実施形態に対し非再生型の前段イオン交換装置６が追加されており、その他の構成は第１の実施形態と同様である。説明を省略した要素及び効果については第１の実施形態を参照されたい。前段イオン交換装置６は、超純水供給ラインＬ１の最終段イオン交換装置１０の上流、より詳細には過酸化水素除去装置５と膜脱気装置７との間に設けられている。前段イオン交換装置６はアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が混床充填されたカートリッジポリッシャーであり、被処理水中の金属イオンなどのイオン成分を除去する。前段イオン交換装置６は電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）であってもよい。前段イオン交換装置６の空間速度ＳＶは特に限定されないが、従来から一般的に用いられている３０～１００（１／ｈｒ）程度が好ましい。

【0025】

前段イオン交換装置６を設けることで、イオン性の不純物の除去効率を高めることができる。換言すれば、前段イオン交換装置６はイオン性の不純物の除去というイオン交換装置本来の機能を果たし、最終段イオン交換装置１０は微粒子除去という、従来のイオン交換装置には見られない特殊な機能を果たす。両者を設けることで、イオン性の不純物と微粒子の双方を効率的に除去することができる。

【0026】

図４には、前段イオン交換装置６と最終段イオン交換装置１０とで空間速度ＳＶを変える方法を示している。ここでは、説明を容易にするため、前段イオン交換装置６と最終段イオン交換装置１０は複数且つ同数（ここでは３つとする）のイオン交換塔６Ａ～６Ｃ，１０Ａ～１０Ｃからなるとする。図４（ａ）は方法１－１を用いた概念を示している。最終段イオン交換装置１０の各イオン交換塔１０Ａ～１０Ｃの流路断面積Ｓ２を前段イオン交換装置６の各イオン交換塔６Ａ～６Ｃの流路断面積Ｓ１より減らすことで、最終段イオン交換装置１０の線速度ＬＶ２を前段イオン交換装置６の線速度ＬＶ１より大きくすることができる。図４（ｂ）は方法１－３を用いた概念を示している。最終段イオン交換装置１０のイオン交換塔１０Ａ～１０Ｃについては１塔（図示の例ではイオン交換塔１０Ｂ）だけを運転し、他の塔（図示の例ではイオン交換塔１０Ａ，１０Ｃ）は運転をしていない。サブシステム２０１を流れる被処理水の流量はｎ・ＬＶ・Ｓ＝一定（ｎ：イオン交換塔の塔数）であるので、流路断面積Ｓが一定であってもｎを変えることで、線速度ＬＶを前段イオン交換装置６と最終段イオン交換装置１０とで異ならせることができる。新規にサブシステム２０１を設ける場合、一例として、前段イオン交換装置６として複数のイオン交換塔を設け、最終段イオン交換装置１０として、これより少ない少なくとも一つのイオン交換塔を設けることができる。この場合、すべてのイオン交換塔は同一の構成とすることができる。図４（ｃ）は方法２を用いた概念を示している。最終段イオン交換装置１０の各イオン交換塔１０Ａ～１０Ｃの樹脂層高ｈ２が、前段イオン交換装置６の各イオン交換塔６Ａ～６Ｃの樹脂層高ｈ１より小さくなっている。これらの方法は単独でまたは組み合わせて適用することができる。なお、方法１－２を採用しないのは、最終段イオン交換装置１０の流速を上げると、前段イオン交換装置６の流速も上がるため、前段イオン交換装置６と最終段イオン交換装置１０で空間速度ＳＶを変えることができないためである。しかし、ブースターポンプ８（または純水供給ポンプ３）の容量を増加し最終段イオン交換装置１０の流速を上げたうえで、方法１－１、１－３、２の少なくともいずれかを併用することは可能である。換言すれば、方法１－１、１－３、２によっては最終段イオン交換装置１０の空間速度を十分に上げることができない場合、方法１－２を併用することが可能である。

【0027】

図４（ａ）～（ｃ）に例示するように、前段イオン交換装置６と最終段イオン交換装置１０とで性状（例えば、流路断面積、樹脂層高等等の構成や，運転塔数等の運転条件）を異ならせることで、空間速度ＳＶを変えることができる。

【0028】

（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態に係る超純水製造装置のサブシステム３０１の概要を示している。本実施形態では、第２の実施形態と同様、最終段イオン交換装置１０とユースポイントP.O.U.との間に膜ろ過装置１１が設けられており、第３の実施形態と同様、非再生型混床式の前段イオン交換装置６が追加されている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。従って、本実施形態は第２の実施形態と第３の実施形態の特徴を併せ持ち、イオン性物質と微粒子が一層除去された超純水を製造することができる。それぞれの特徴については第２の実施形態及び第３の実施形態を参照されたい。また、それ以外の説明を省略した要素及び効果については第１の実施形態を参照されたい。

【0029】

（第５の実施形態）
図６は本発明の第５の実施形態に係る超純水製造装置のサブシステム４０１の概要を示している。本実施形態では、最終段イオン交換装置１０の上流、具体的にはブースターポンプ８と最終段イオン交換装置１０との間に膜ろ過装置１１が設けられている。換言すれば、第２の実施形態に対して、最終段イオン交換装置１０と膜ろ過装置１１の位置が逆になっている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。説明を省略した要素及び効果については第１の実施形態を参照されたい。膜ろ過装置１１と最終段イオン交換装置１０との間には他の水処理装置が設けられていない。膜ろ過装置１１は精密ろ過膜装置または限外ろ過膜装置とすることができる。従って、本実施形態は第２の実施形態と同様、微粒子が一層除去された超純水を製造することができる。また、最終段イオン交換装置１０の上流に膜ろ過装置１１が設けられているため、最終段イオン交換装置１０の負荷が減少する。これによって、最終段イオン交換装置１０の交換頻度を伸ばすことができる。さらに、膜ろ過装置１１から剥離して流出した微粒子を最終段イオン交換装置１０で除去することができるため、超純水の水質の改善が可能となる。

【0030】

（第６の実施形態）
図７は本発明の第６の実施形態に係る超純水製造装置のサブシステム５０１の概要を示している。本実施形態では、第４の実施形態と同様、非再生型混床式の前段イオン交換装置６が追加されており、第５の実施形態と同様、最終段イオン交換装置１０の上流に膜ろ過装置１１が設けられている。換言すれば、第４の実施形態に対して、最終段イオン交換装置１０と膜ろ過装置１１の位置が逆になっている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。説明を省略した要素及び効果については第１の実施形態を参照されたい。膜ろ過装置１１と最終段イオン交換装置１０との間には水処理装置が設けられていない。膜ろ過装置１１は精密ろ過膜装置または限外ろ過膜装置とすることができる。従って、本実施形態は第４の実施形態と同様、イオン性物質と微粒子が一層除去された超純水を製造することができる。また、第５の実施形態同様、最終段イオン交換装置１０の上流に膜ろ過装置１１が設けられているため、最終段イオン交換装置１０の負荷が減少する。さらに、膜ろ過装置１１から剥離して流出した微粒子を最終段イオン交換装置１０で除去することができるため、超純水の水質の改善が可能となる。

【0031】

（実施例）
図８に示す試験装置を用いて、微粒子除去性能を測定した。被処理水と処理水のＴＯＣはともに０．６μｇ／Ｌ、比抵抗はともに１８．２ＭΩ・ｃｍであり、被処理水に含まれる粒径２０ｎｍ以上の微粒子の数は０．８個／ｍＬとした。樹脂カラムとしてパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）製の直径２６ｍｍ、高さ５００ｍｍのカラムを用い、樹脂（ＥＳＰ－２）を層高３００ｍｍで充填した。ＳＶが６０，１７０，３００（１／ｈｒ）の場合について、試験装置に被処理水（純水）を通水して、樹脂カラムの出口水における微粒子数の時間的変化を測定した。図９に結果を示す。ＳＶ６０（１／ｈｒ）は線速度換算でＬＶ１８（ｍ／ｈｒ）、ＳＶ１７０（１／ｈｒ）は線速度換算でＬＶ５１（ｍ／ｈｒ）、ＳＶ３００（１／ｈｒ）は線速度換算でＬＶ９０（ｍ／ｈｒ）に相当する。ＳＶ６０（１／ｈｒ）の場合、微粒子数の減少に非常に長い時間がかかる。ＳＶ１７０（１／ｈｒ）の場合、時々間歇的に微粒子が検出されるが、微粒子数は比較的安定している。ＳＶ３００（１／ｈｒ）の場合、微粒子数は通水後初期段階で一時的に増加するが、その後急激に減少し、２４時間程度経過した後は実質的に０になる。従って、微粒子数が安定するまでの時間に関してはＳＶ１７０（１／ｈｒ）と３００（１／ｈｒ）が好ましく、ＳＶ６０（１／ｈｒ）は好ましくないといえる。

【0032】

図１０（ａ）には、ＳＶ及びＬＶと樹脂カラムの出口水における微粒子数との関係を示す。微粒子数は安定した後の値を示している。樹脂カラムの樹脂層高は３０ｃｍとした。この場合、ＳＶとＬＶは比例関係にある。処理水の水質の観点からもＳＶ１７０（１／ｈｒ）以上（ＬＶ５１（ｍ／ｈｒ）以上）が好ましく、３００（１／ｈｒ）（ＬＶ９０（ｍ／ｈｒ）以上）がより好ましいことがわかる。図１０（ｂ）には、樹脂の層高及びＬＶと樹脂カラムの出口水における微粒子数との関係を示す。ＳＶは４００（１／ｈｒ）とした。この場合、層高とＬＶは比例関係にある。層高１０ｃｍの場合も、樹脂カラム出口水の微粒子数は樹脂カラム入口水の微粒子数より減少しているが、層高３０ｃｍでは樹脂カラム出口水の微粒子数はゼロとなる。これより、樹脂層高は少なくとも１０ｃｍ以上あることが好ましく、３０ｃｍ以上がより好ましいことがわかる。図１０（ｃ）には、樹脂カラム入口水と出口水の微粒子数の関係を示す。樹脂カラムの樹脂層高は３０ｃｍ、ＳＶは４００（１／ｈｒ）、ＬＶは１２０（ｍ／ｈｒ）とした。樹脂カラム入口水の微粒子数によらず高い微粒子除去効果が得られているが、特に微粒子数１．０（個／ｍｌ）以下で高い効果が得られており、本発明が極めて高純度の超純水を製造することに適していることがわかる。

【符号の説明】

【0033】

１ サブシステム（超純水製造システム）
６ 前段イオン交換装置
１０ 最終段イオン交換装置
１１ ろ過膜装置
Ｌ１ 超純水供給ライン
Ｌ２ リターンライン
P.O.U. ユースポイント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】