(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して、透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程と、
前記逆浸透膜処理工程にて分離された前記濃縮水にスケール分散剤を添加した後、当該濃縮水と水蒸気とを供給してストリッピング処理を行い、アンモニアガスを取り出すストリッピング処理工程と、
前記ストリッピング処理工程にて取り出された前記アンモニアガスを、アンモニア分解触媒を用いて分子態窒素と水とに分解するガス分解処理工程と、を含み、
前記逆浸透膜処理工程は、
前記アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して一次透過水と一次濃縮水とに分離する一次逆浸透膜処理工程と、
前記一次逆浸透膜処理工程にて分離された前記一次透過水を逆浸透膜処理して二次透過水と二次濃縮水とに分離する二次逆浸透膜処理工程と、
前記一次逆浸透膜処理工程にて分離された前記一次濃縮水を逆浸透膜処理して透過水と濃縮水とに分離する一次濃縮水逆浸透膜処理工程と、を含み、
前記一次濃縮水逆浸透膜処理工程にて分離された前記濃縮水を前記ストリッピング処理工程に送る一方、
前記二次逆浸透膜処理工程にて分離された前記二次濃縮水と前記一次濃縮水逆浸透膜処理工程にて分離された前記透過水とを前記一次逆浸透膜処理工程の前段に送ることを特徴とする半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項２】
前記逆浸透膜処理工程にて分離された前記透過水を、純水製造装置の原水として回収することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項３】
前記ストリッピング処理工程は、前記逆浸透膜処理工程にて分離された前記濃縮水のｐＨを１０．５から１２の範囲に調整して、前記ストリッピング処理することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程から排出される、アンモニアを主成分として含有するアンモニア含有排水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体の洗浄排水等の産業排水中に含まれるアンモニア性窒素は、放流先で富栄養化の問題を引き起こすため、その除去が求められている。アンモニウムを主成分として含有するアンモニア含有排水中のアンモニア性窒素の処理方法としては、微生物を用いた活性汚泥法、アンモニアストリッピング法、イオン交換法等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微生物を用いた活性汚泥法では、排水中のアンモニアを微生物の生物反応により硝化して硝酸態にし、それを生物反応にて窒素ガスに変化させて大気に放出するため、微生物の維持管理が必要であると共に、広大な敷地を要する。また、増殖した微生物の余剰汚泥が発生するために、この余剰汚泥の処理（脱水、乾燥、焼却等）が必要となるといった問題がある。
【０００４】
また、アンモニアストリッピング法では、アンモニアの溶解度を利用して、温度及びｐＨを調節することによりアンモニアを水中から気相に物理的に移動させるため、ストリッピング処理後のアンモニアガスの処理、回収等が必要となるといった問題がある。
【０００５】
また、イオン交換法では、アンモニアの吸着に優れた担体中にアンモニアを取り込ませるもので、取り込まれたアンモニアは食塩水等で再生できるが、再生水中のアンモニアの処理、回収等が必要となるといった問題がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、アンモニア含有排水中のアンモニアを低コストにて効率的に分離して分解することができる半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法は、アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して、透過水と濃縮水とに分離する逆浸透膜処理工程と、逆浸透膜処理工程にて分離された濃縮水にスケール分散剤を添加した後、当該濃縮水と水蒸気とを供給してストリッピング処理を行い、アンモニアガスを取り出すストリッピング処理工程と、ストリッピング処理工程にて取り出されたアンモニアガスを、アンモニア分解触媒を用いて分子態窒素と水とに分解するガス分解処理工程と、を含み、逆浸透膜処理工程は、アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して一次透過水と一次濃縮水とに分離する一次逆浸透膜処理工程と、一次逆浸透膜処理工程にて分離された一次透過水を逆浸透膜処理して二次透過水と二次濃縮水とに分離する二次逆浸透膜処理工程と、一次逆浸透膜処理工程にて分離された一次濃縮水を逆浸透膜処理して透過水と濃縮水とに分離する一次濃縮水逆浸透膜処理工程と、を含み、一次濃縮水逆浸透膜処理工程にて分離された濃縮水をストリッピング処理工程に送る一方、二次逆浸透膜処理工程にて分離された二次濃縮水と一次濃縮水逆浸透膜処理工程にて分離された透過水とを一次逆浸透膜処理工程の前段に送ることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法では、アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して分離された濃縮水にスケール分散剤を添加した後、当該濃縮水と水蒸気とを供給してストリッピング処理を行い、アンモニアガスを取り出し、取り出されたアンモニアガスを、アンモニア分解触媒を用いて分子態窒素と水とに分解することにより、アンモニア含有排水からアンモニアガスを効率的に分離することができ、分離したアンモニアを効率的に分解することができる。また、アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して分離された透過水は、用水として回収して再利用することができる。また、濃縮水にスケール分散剤を添加するので、カルシウムの析出を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明において、逆浸透膜処理工程は、アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して一次透過水と一次濃縮水とに分離する一次逆浸透膜処理工程と、一次逆浸透膜処理工程にて分離された一次透過水を逆浸透膜処理して二次透過水と二次濃縮水とに分離する二次逆浸透膜処理工程と、一次逆浸透膜処理工程にて分離された一次濃縮水を逆浸透膜処理して透過水と濃縮水とに分離する一次濃縮水逆浸透膜処理工程と、を含み、一次濃縮水逆浸透膜処理工程にて分離された濃縮水をストリッピング処理工程に送る一方、二次逆浸透膜処理工程にて分離された二次濃縮水と一次濃縮水逆浸透膜処理工程にて分離された透過水とを一次逆浸透膜処理工程の前段に送ることを特徴としている。これにより、ストリッピング処理工程に送る濃縮水におけるアンモニアの濃縮率を効率よく高めることができる。
【００１０】
また、逆浸透膜処理工程にて分離された透過水は、純水製造装置の原水として回収することが好ましい。このように、逆浸透膜処理工程にて分離された透過水を純水製造装置の原水として回収することにより、透過水の再利用が可能となる。
【００１１】
また、ストリッピング処理工程は、逆浸透膜処理工程にて分離された濃縮水のｐＨを１０．５から１２の範囲に調整して、ストリッピング処理することが好ましい。このように、ストリッピング処理工程において、逆浸透膜処理工程にて分離された濃縮水のｐＨを１０．５から１２の範囲に調整することにより、濃縮水中におけるアンモニウムイオンを遊離アンモニアに変化させて、濃縮水中のアンモニアを効率よくガス化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法を示す系統図であり、図２は、逆浸透膜処理工程を示す系統図であり、図３は、ストリッピング処理工程を示す系統図であり、図４は、ガス分解処理工程を示す系統図である。アンモニア含有排水の処理方法は、図１に示されるように、アンモニア濃度を高めるための逆浸透膜処理工程１０、アンモニアガスを取り出すためのストリッピング処理工程３０、及び、アンモニアガスを分解して浄化ガスを取り出すためのガス分解処理工程５０を含んでいる。
【００１４】
まず、逆浸透膜処理工程１０を図２に基づいて説明する。半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水を、前処理として、活性炭塔１１に通水する。アンモニア含有排水を活性炭塔１１に通水することにより、アンモニア含有排水に含まれる過酸化水素水が分解される。活性炭塔１１にて過酸化水素水が分解されたアンモニア含有排水を、同じく前処理として、ろ過器１２に通水し、ろ過されたアンモニア含有排水を排水貯槽１３に送水する。ろ過器１２においては、アンモニア含有排水に含まれる懸濁物質が除去される。
【００１５】
次に、上述した前処理がなされて排水貯槽１３内のアンモニア含有排水を、熱交換器１４に通水する。熱交換器１４では、通水温度が所定の温度（本実施形態においては、たとえば約１５℃以上）に保たれる。熱交換器１４にて所定の温度とされたアンモニア含有排水を、精密ろ過器１５に通水し、ろ過されたアンモニア含有排水をｐＨ調整設備１６に送水する。精密ろ過器１５は、後段に配設される逆浸透膜（ＲＯ膜）１７，１８，１９を保護するためのものである。ｐＨ調整設備１６は、後段に配設される逆浸透膜（ＲＯ膜）１７，１８，１９への通水ｐＨを調整するためのもので、逆浸透膜（ＲＯ膜）１７，１８，１９に送水するアンモニア含有排水のｐＨを７程度に調整する。
【００１６】
ｐＨ調整設備１６にてｐＨが調整されたアンモニア含有排水を、逆浸透膜（ＲＯ膜）１７，１８，１９に通水する。逆浸透膜（ＲＯ膜）１７，１８，１９は、アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して透過水と濃縮水とに分離するためのもので、一次逆浸透膜（一次ＲＯ膜）１７と、二次逆浸透膜（二次ＲＯ膜）１８と、ブライン逆浸透膜（ブラインＲＯ膜）１９とで構成されている。まず、ｐＨ調整設備１６から送られたアンモニア含有排水を一次逆浸透膜１７に通液して、一次透過水と一次濃縮水とに分離する（一次逆浸透膜処理工程）。
【００１７】
その後、一次逆浸透膜１７にて分離された一次濃縮水をブライン逆浸透膜１９に通液して、ブライン透過水とブライン濃縮水とに分離し（ブライン逆浸透膜処理工程）し、ブライン濃縮水をストリッピング処理工程３０（濃縮水槽３１）に送水する一方、ブライン透過水を排水貯槽１３に送水する。また、一次逆浸透膜１７にて分離された一次透過水を二次逆浸透膜１８に通液して、二次透過水と二次濃縮水とに分離（二次逆浸透膜処理工程）し、二次透過水を純水製造装置２０の原水として回収する一方、二次濃縮水を排水貯槽１３に送水する。
【００１８】
次に、ストリッピング処理工程３０を図３に基づいて説明する。逆浸透膜処理工程１０（ブライン逆浸透膜処理工程）で得た濃縮水（ブライン濃縮水）を、まず、濃縮水槽３１からｐＨ調整槽３２に送水する。ｐＨ調整槽３２では、苛性ソーダを用いて濃縮水のｐＨを１０．５から１２の範囲（本実施形態においては、１１程度）に調整する。このように、濃縮水のｐＨを１０．５から１２の範囲に調整することにより、濃縮水中におけるアンモニウムイオンを遊離アンモニアに変化させて、後のストリッピング処理において濃縮水中のアンモニアを効率よくガス化することができる。また、ｐＨ調整槽３２では、濃縮水に対するポリマー濃度を３０ｍｇ／ｌとするように、分子量が５０００程度のポリアクリル酸ソーダのスケール分散剤を添加する。このように、濃縮水にスケール分散剤を添加することにより、カルシウムの析出を抑制することができる。
【００１９】
ｐＨ調整槽３２にてｐＨを調整すると共に、スケール分散剤を添加した後、濃縮水を熱交換器３３に通水する。熱交換器３３では、ストリッピング処理してアンモニアを分離した後の処理水（脱窒された処理水）と熱交換して、濃縮水の通水温度が所定の温度（本実施形態においては、たとえば８５℃程度）に保たれる。このように、ストリッピング塔３４に送水される濃縮水の温度を予め高めておくことにより、ストリッピング処理を行う際のエネルギーを節約することができる。また、熱交換器３３における熱源として、脱窒された処理水を利用することにより、新たに熱源を設ける必要がなく、設備の小型化が可能となる。
【００２０】
熱交換器３３にて所定の温度とされた濃縮水を、ストリッピング塔３４上部に供給し、水蒸気をストリッピング塔３４下部に投入してストリッピング処理をする。ストリッピング塔３４の頂部からストリッピング塔３４内の水蒸気とアンモニアガスとを主成分とするガスをブロア等により吸引し、ガス分解処理工程５０に送出する。脱窒された処理水は、ストリッピング塔３４の底部から抜き出し熱交換器３３に送水して冷却した後、処理水ｐＨ調整設備３５にてｐＨを調整する。
【００２１】
次に、ガス分解処理工程５０を図４に基づいて説明する。ストリッピング処理工程３０にて得た水蒸気とアンモニアガスとを主成分とするガスに、まず、熱交換器５１で昇温された空気を混合して混合ガスを得る。空気はアンモニアを分子態窒素と水に分解するための酸素源である。次に、混合ガスを熱交換器５２で昇温した後、混合ガスに触媒反応器５３からのリサイクルガスを混合することにより混合ガスの温度を３５０℃程度として、触媒反応器５３に送出する。
【００２２】
触媒反応器５３はアンモニア分解触媒を有しており、アンモニアが酸素と反応して分解された分子態窒素と水（水蒸気）とを含む浄化ガスを得る。浄化ガスの一部は、加熱炉５４にて加熱昇温した後に上述したリサイクルガスとして混合ガスに混合される。残りの浄化ガスは、熱交換器５２，５１の熱源として熱交換器５２，５１に送られて冷却された後に、大気に放出する。
【００２３】
なお、アンモニア分解触媒としては、触媒Ａ成分として、チタニウム、ジルコニウム、ケイ素、アルミニウム、セリウム、鉄よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含む酸化物と、触媒Ｂ成分として、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、バナジウム、タングステン、モリブデン、クロム、マンガン、銅よりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属あるいは酸化物とを含有するものを用いるのが好ましい。
【００２４】
本実施形態に係るアンモニア含有排水の処理方法では、逆浸透膜処理工程１０、ストリッピング処理工程３０、及び、ガス分解処理工程５０を含み、アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して分離された濃縮水をストリッピング処理して、アンモニアガスを取り出し、取り出されたアンモニアガスを、アンモニア分解触媒を用いて分子態窒素と水とに分解することにより、アンモニア含有排水からアンモニアガスを効率的に分離することができ、分離したアンモニアを効率的に分解することができる。
【００２５】
また、逆浸透膜処理工程１０（二次逆浸透膜処理工程）にて分離された透過水（二次透過水）を純水製造装置２０の原水として回収することにより、透過水の再利用が可能となる。
【００２６】
また、逆浸透膜処理工程１０は、一次逆浸透膜処理工程（一次逆浸透膜１７）と、二次逆浸透膜処理工程（二次逆浸透膜１８）と、ブライン逆浸透膜処理工程（ブライン逆浸透膜１９）とを含み、ブライン逆浸透膜処理工程にて分離されたブライン濃縮水をストリッピング処理工程３０に送る一方、二次逆浸透膜処理工程にて分離された二次濃縮水とブライン逆浸透膜処理工程にて分離されたブライン透過水とを一次逆浸透膜処理工程の前段（排水貯槽１３）に送ることにより、ストリッピング処理工程３０に送る濃縮水（ブライン濃縮水）におけるアンモニアの濃縮率を効率よく高めることができる。
【００２７】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２８】
実施形態の図２に示す方法に従って、アンモニア（ＮＨ4）濃度３１１ｍｇ／ｌのアンモニア含有排水の逆浸透膜処理を行った。
【００２９】
まず、このアンモニア含有排水を流量６７ｍ3／ｈにて送水した。このアンモニア含有排水の水質は、図５に示されるように、ｐＨが８．７であり、電気伝導率が２１５０μＳ／ｃｍであった。また、ＴＯＣ濃度０．３９ｍｇ／ｌ、Ｎａ濃度１４ｍｇ／ｌ、Ｃａ濃度２ｍｇ／ｌ、Ｃｌ濃度５５ｍｇ／ｌ、ＳＯ4濃度７４４ｍｇ／ｌ、ＮＯ3濃度４．６ｍｇ／ｌ、ＳｉＯ2濃度０．７ｍｇ／ｌであった。
【００３０】
逆浸透膜処理により得られたブライン濃縮水のＮＨ4濃度は、図５に示されるように、３４００ｍｇ／ｌであり、逆浸透膜処理前のアンモニア含有排水のＮＨ4濃度３１１ｍｇ／ｌに比べて約１０倍に濃縮されている。また、逆浸透膜処理により得られた二次透過水のＮＨ4濃度は２ｍｇ／ｌであった。
【００３１】
逆浸透膜処理により得られた二次透過水の水質は、図５に示されるように、ｐＨが６．３、電気伝導率が５μＳ／ｃｍ、ＴＯＣ濃度０．０６ｍｇ／ｌ、Ｎａ濃度０．１ｍｇ／ｌ未満、Ｃａ濃度０．１ｍｇ／ｌ未満、Ｃｌ濃度０．１ｍｇ／ｌ、ＳＯ4濃度０．１ｍｇ／ｌ未満、ＮＯ3濃度０．１ｍｇ／ｌ未満、ＳｉＯ2濃度０．１ｍｇ／ｌ未満であり、イオン量も少なく、十分に再利用可能な水質であった。
【００３２】
次に、実施形態の図３に示す方法に従って、上述した逆浸透膜処理にて得られたＮＨ4濃度３４００ｍｇ／ｌのブライン濃縮水のストリッピング処理を行った。
【００３３】
まず、このブライン濃縮水を流量６７００ｋｇ／ｈにて送水した。このブライン濃縮水の水質は、図６に示されるように、ｐＨが７であり、Ｃａ濃度２３ｍｇ／ｌであった。
【００３４】
ｐＨ調整槽３２では、２５％水溶液の苛性ソーダを流量１８０ｋｇ／ｈにて加えた。また、熱交換器３３では、ストリッピング塔３４に供給する前の濃縮水の温度を３０℃から８５℃に昇温させた。なお、ストリッピング塔３４に供給する前の濃縮水のｐＨは、１１であった。
【００３５】
ストリッピング塔３４へは、流量７６０ｋｇ／ｈの水蒸気も供給されてストリッピング処理が行われ、ストリッピング塔頂より流量５２０ｋｇ／ｈのアンモニア含有ガスが取り出された。取り出されたアンモニア含有ガスの濃度は、図６に示されるように、ＮＨ3に換算して４４０００ｖｏｌ．ｐｐｍであり、同じく温度は、１００℃であった。また、ストリッピング塔３４から流量７１１０ｋｇ／ｈにて取り出された処理水の水質は、ｐＨが９．６であり、ＮＨ4濃度１９ｍｇ／ｌ、Ｃａ濃度２１ｍｇ／ｌであった。なお、ストリッピング塔３４から取り出された処理水は、熱交換器３３にて１００℃から４５℃まで冷却された。
【００３６】
次に、実施形態の図４に示す方法に従って、上述したストリッピング処理にて得られたＮＨ3濃度は、４４０００ｖｏｌ．ｐｐｍであった。
【００３７】
まず、このアンモニアガスを流量６５０Ｎｍ3／ｈにて供給した。このアンモニアガスの温度は１００℃であり、同じくＨ2Ｏ濃度が、図７に示されるように、９５．６ｖｏｌ％であった。
【００３８】
上述した流量６５０Ｎｍ3／ｈのアンモニアガスに、流量５００Ｎｍ3／ｈの空気を混合した。触媒反応器（触媒１．１ｍ3充填）５３前の混合ガスの流量は３５６０Ｎｍ3／ｈであり、同じく温度は３５５℃であり、同じくＮＨ3濃度は８０００ｖｏｌ．ｐｐｍであった。
【００３９】
触媒反応器５３からは、流量２４００Ｎｍ3／ｈのリサイクルガス（浄化ガスの一部）と、流量１１５０Ｎｍ3／ｈの浄化ガスとが得られた。リサイクルガスと浄化ガスのＮＨ3濃度は、図７に示されるように、０．３ｖｏｌ．ｐｐｍであり、アンモニアはほぼ完全に分解されていた。また、リサイクルガスと浄化ガスのＮＯX濃度は、図７に示されるように、１３ｖｏｌ．ｐｐｍであり、ＮＯXはほとんど含まれていなかった。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して分離された濃縮水をストリッピング処理して、アンモニアガスを取り出し、取り出されたアンモニアガスを、アンモニア分解触媒を用いて分子態窒素と水とに分解することにより、アンモニア含有排水からアンモニアガスを効率的に分離することができ、分離したアンモニアを効率的に分解して除去することができ、処理コストの低減を図ることができる。
【００４１】
また、本発明によれば、アンモニア含有排水を逆浸透膜処理して分離された透過水は用水として回収し、再利用することができる。また、本発明によれば、濃縮水にスケール分散剤を添加するので、カルシウムの析出を抑制することができる。更に、本発明によれば、ストリッピング処理工程に送る濃縮水におけるアンモニアの濃縮率を効率よく高めることができる。
【００４２】
これらの結果、本発明によれば、アンモニア含有排水中のアンモニアを低コストにて効率的に分離して分解することができる半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法を示す系統図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法に含まれる、逆浸透膜処理工程を示す系統図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法に含まれる、ストリッピング処理工程を示す系統図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法に含まれる、ガス分解処理工程を示す系統図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法による実施例を示す図表である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法による実施例を示す図表である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排水の処理方法による実施例を示す図表である。
【符号の説明】
１０…逆浸透膜処理工程、１１…活性炭塔、１２…ろ過器、１３…排水貯槽、１４…熱交換器、１５…精密ろ過器、１６…ｐＨ調整設備、１７…一次逆浸透膜、１８…二次逆浸透膜、１９…ブライン逆浸透膜、２０…純水製造装置、３０…ストリッピング処理工程、３１…濃縮水槽、３２…ｐＨ調整槽、３３…熱交換器、３４…ストリッピング塔、３５…処理水ｐＨ調整設備、５０…ガス分解処理工程、５１…熱交換器、５２…熱交換器、５３…触媒反応器、５４…加熱炉。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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