(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽イオン交換樹脂塔および陰イオン交換樹脂塔を前記順に被処理水の脱塩のために設けられた脱塩装置と、前記脱塩装置の後段に設けられたアニオン性膜を用いる逆浸透膜装置とを有する純水製造装置において、前記脱塩装置と前記逆浸透膜装置の間に、陽イオン交換樹脂塔を設けたことを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】
前記後段の陽イオン交換樹脂塔の再生方式が、向流再生方式である請求項１記載の純水製造装置。
【請求項３】
被処理水を陽イオン交換樹脂塔および陰イオン交換樹脂塔に通水し、該流出水を該陽イオン交換樹脂塔および陰イオン交換樹脂塔の後段に位置する陽イオン交換樹脂塔に通水して、該流出水中に含まれる正に帯電している有機物を除去し、次いで該陽イオン交換樹脂塔の流出水をアニオン性膜を用いる逆浸透膜装置に通水することを特徴とする純水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、純水の製造装置に関し、詳しくは、逆浸透膜装置の透過水量の減少防止及び洗浄頻度の低減を図った純水製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハのような極めて清浄な表面を得ることが求められる被洗浄物の洗浄用水としては、微粒子、コロイダル物質、有機物、金属及びイオン類などが可能な限り除去された高純度な「超純水」と称される水が用いられる。この「超純水」の用語で説明される高純度な水は、必ずしも明確に定義されたものではないが、一般的には、原水を凝集沈澱装置、砂濾過装置、活性炭濾過装置等を用いて除濁することにより前処理水を得、次いで、２床３塔式イオン交換装置、逆浸透膜装置、混床式イオン交換装置、真空脱気装置、精密フィルター等を用いて前処理水中の不純物を除去したものを純水あるいは一次純水と称し、この一次純水をさらに紫外線照射装置、混床式ポリッシャ、限外濾過膜装置、逆浸透膜装置等を用いて、一次純水中に微量残留する微粒子、コロイダル物質、有機物、金属及びイオン等の不純物を可及的に除去したものを超純水あるいは二次純水と称している。
【０００３】
このような超純水製造装置の一次純水系では、例えば、前処理水を２床３塔式イオン交換装置、逆浸透膜装置の順で処理し、その後は必要とされる精製度に応じて混床式イオン交換装置、真空脱気装置等を設置して処理する場合がある。この２床３塔式イオン交換装置においては、主に被処理水中のイオン類および有機物などを吸着除去し、逆浸透膜装置において、微粒子や２床３塔式イオン交換装置で吸着除去しきれなかった有機物、微量のイオン、シリカなどを除去している。
【０００４】
また、天然水などの被処理水中の微粒子や有機物は負に帯電したものが多く、これらが逆浸透膜装置の膜面へ蓄積するのを防止するため、上記の逆浸透膜装置に用いられる逆浸透膜にはこれらと電気的に反発する荷電を持つアニオン性膜が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の一次系に用いられ、イオン交換樹脂を用いた脱塩装置の後段に設置された逆浸透膜装置は、上記のような対策がなされているにもかかわらず、長期間の連続使用により逆浸透膜表面に汚染物質が蓄積して圧力損失が増大し、透過水量が減少してくる。また、この透過水量の減少は、装置によっては極めて早期に生じる場合がある。このような場合、圧力損失が所定の値に達した時点で膜の洗浄を行い回復を図るか、又は定期的に洗浄を繰り返しても圧力損失が回復しない場合は膜などの交換を行っているが、洗浄および膜の交換は相当の労力を必要とし、装置の維持費を大幅に上昇させるという問題がある。また、このような逆浸透膜装置の早期の透過水量の減少については、被処理水中のシリカ、硬度成分及び細菌の存在などの原因が挙げられ、これらの対策が種々講じられてはいるものの、未だ充分な効果が得られていないのが現状である。
【０００６】
従って、本発明の目的は、イオン交換樹脂を用いた脱塩装置の後段に設置された逆浸透膜装置の透過水量の減少防止及び洗浄頻度の低減を図ることにより、維持費の低減が可能な純水製造装置及び純水製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、上記逆浸透膜装置の早期の透過水量の減少は、被処理水中に含まれる特定の有機物が逆浸透膜面に蓄積するためであること、この特定の有機物は２床３塔式イオン交換装置の強塩基性陰イオン交換樹脂が分解して溶出した有機物や２床３塔式イオン交換装置の被処理水中に含まれ、いったん陽イオン交換樹脂に吸着され、その後徐々に脱離してきた有機物であり、これらはそれぞれ正に帯電しているため極微量であっても逆浸透膜装置のアニオン性の膜面に吸着しやすく、洗浄を繰り返しても脱離しにくいものであること、従って、脱塩装置と逆浸透膜装置の間に陽イオン交換樹脂塔を設置すれば、正に帯電した有機物を該陽イオン交換樹脂で吸着除去でき、逆浸透膜装置の膜面への蓄積を防止できることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、陽イオン交換樹脂塔および陰イオン交換樹脂塔を前記順に被処理水の脱塩のために設けられた脱塩装置と、前記脱塩装置の後段に設けられたアニオン性膜を用いる逆浸透膜装置とを有する純水製造装置において、前記脱塩装置と前記逆浸透膜装置の間に、陽イオン交換樹脂塔を設けたことを特徴とする純水製造装置を提供するものである。
また、本発明は、被処理水を陽イオン交換樹脂塔および陰イオン交換樹脂塔に通水し、該流出水を該陽イオン交換樹脂塔および陰イオン交換樹脂塔の後段に位置する陽イオン交換樹脂塔に通水して、該流出水中に含まれる正に帯電している有機物を除去し、次いで該陽イオン交換樹脂塔の流出水をアニオン性膜を用いる逆浸透膜装置に通水することを特徴とする純水の製造方法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態の一例のフローを示す説明図であり、陽イオン交換樹脂塔（以下、Ｋ塔という）１、脱炭酸塔２、脱炭酸水ポンプ３、陰イオン交換樹脂塔（以下、Ａ塔という）４とからなる２床３塔式の脱塩装置５の後段に陽イオン交換樹脂塔６、逆浸透膜装置７をこの順で設置した純水製造装置２０を示すものである。
【００１０】
Ｋ塔１内には、例えば、Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂単独またはＨ形弱酸性陽イオン交換樹脂とＨ形強酸性陽イオン交換樹脂とを複層床に充填したもので、当該Ｋ塔１に原水８を通水することにより原水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等の陽イオンを水素イオンに交換するものであり、また、脱炭酸塔２はＫ塔１の処理水中に含まれる遊離炭酸を空気吹き込みまたは真空脱気操作で除去するものである。また、Ａ塔４内には、例えば、ＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂単独またはＯＨ形弱塩基性陰イオン交換樹脂とＯＨ形強塩基性陰イオン交換樹脂とを複層床に充填したもので、脱炭酸水ポンプ３より供給される脱炭酸塔２の処理水を通水することにより、該処理水中の塩化物イオン、硫酸イオン、炭酸イオン、シリカ等の陰イオンを水酸イオンに交換するものである。
【００１１】
従って、原水８をＫ塔１、脱炭酸塔２、Ａ塔４の順に通水することにより、原水８中の陽イオン及び陰イオンが除去されたいわゆる純水９を得ることができる。なお、脱塩装置５としては、図１に示した２床３塔式のものに限定されず、脱炭酸塔２を省略した２床式及び４床５塔式などの種々の公知の純水製造装置を用いることができる。
【００１２】
本発明は、このような脱塩装置５より得られる純水９をさらに陽イオン交換樹脂塔６に通水して、純水９に含まれる極微量の特定の有機物を除去し、当該特定の有機物が除去された純水１０を逆浸透膜装置７に通水して、透過水１１を得る。
【００１３】
純水９中に含まれる特定の有機物としては、２床３塔式脱塩装置のＡ塔の強塩基性陰イオン交換樹脂の交換基が分解して溶出した、例えばアミンなどの有機物及び２床３塔式脱塩装置の被処理水中に含まれ、いったんＫ塔の陽イオン交換樹脂に吸着され、その後徐々に脱離してきた有機物などが挙げられる。これらの有機物は正に帯電しているため、陽イオン交換樹脂塔６により容易に除去され、逆浸透膜装置７の膜面に吸着し蓄積することがない。従って、後段に設置される逆浸透膜装置７の早期における透過水量の減少を防止でき、且つ洗浄頻度の低減を図ることができる。また、上記の被処理水中に含まれる有機物と同様に、正に帯電している有機物は、半導体ウエハ表面を洗浄する際に排出される洗浄排水に含まれることが多い。従って、本発明においては、この洗浄排水を回収し、前処理水と混合した水を被処理水とする場合に特に顕著な効果として表れる。
【００１４】
陽イオン交換樹脂塔６内に充填される陽イオン交換樹脂としては、特に制限されないが、好ましくはポリスチレンスルホン酸形の強酸性陽イオン交換樹脂であり、このうち、ＤＶＢ％が８％以上、好ましくは１２％以上のものが被処理水中の酸化物質による酸化劣化を受け難く、溶出物が少ないことからも好ましい。このＤＶＢ％はスチレン−ＤＶＢ共重合体の製造時のスチレンとＤＶＢの比率を言い、次式；ＤＶＢ％＝ＤＶＢ量×１００／（ＤＶＢ量＋スチレン量）
で表される。また、陽イオン交換樹脂の充填層高としては、少なくとも２００ｍｍ以上は必要であり、好ましくは６００ｍｍ以上とするとよい。
【００１５】
また、陽イオン交換樹脂塔６は陽イオン交換樹脂からリークする不純物イオンが所定量に達するか、またはリークする前に塩酸や硫酸などの再生剤を用いて再生される。この再生方法としては、向流再生方式および並流再生方式などが挙げられ、このうち、向流再生方式とすることが精製度の高い陽イオン交換樹脂を得ることができ、処理水中への有機物等の溶出を長期間に亘って少なくできることから好ましい。
【００１６】
逆浸透膜装置７は逆浸透膜に被処理水としての純水１０を浸透圧以上の加圧下で供給し、脱塩装置５で吸着除去できなかった微量の有機物、イオン類、微粒子、シリカなどを逆浸透膜で阻止してイオン類などを減少させた透過水１１を処理水として得るとともに、イオン類などを濃縮した濃縮水１２を排出するものである。この逆浸透膜装置７としては、逆浸透膜が負に帯電したアニオン性のものを用いることが、天然水中の微粒子や不純物を有効に除去でき、また廉価に入手できることからも好ましい。
【００１７】
本発明の上記実施の形態における純水製造装置において、２床３塔式脱塩装置５の後段に陽イオン交換樹脂塔６、逆浸透膜装置７をこの順で設置したことにより、被処理水中に含まれるものでいったんＫ塔の陽イオン交換樹脂に吸着され、その後徐々に脱離してきた正に帯電した有機物やＡ塔に充填される強塩基性陰イオン交換樹脂が分解して溶出した正に帯電した有機物は陽イオン交換樹脂塔６で吸着除去されるため、逆浸透膜装置７の膜面に蓄積されることがない。このため、逆浸透膜装置７の早期における透過水量の減少を防止することができ、且つ洗浄頻度を著しく低減することができる。
【００１８】
【実施例】
次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。
実施例１
原水を図１に示したと同様の純水製造装置に通水し、逆浸透膜装置における一定の通水期間毎の圧力損失を測定した。結果を図２に示す。また、使用した脱塩装置、陽イオン交換樹脂塔、逆浸透膜装置を以下に示す。
【００１９】
（脱塩装置）
２床３塔式イオン交換装置
処理流量；２．４ｍ３／Ｈ
・陽イオン交換樹脂塔のカラムの寸法；内径４００ｍｍ  、長さ２，０００ｍｍ
充填樹脂量；アンバーライト（登録商標）ＩＲ−１２０Ｂ    １２５ｌ
再生剤使用量；３５  ％ＨＣｌ  、２０．６ｋｇ／ｃｙｃｌｅ
・陰イオン交換樹脂塔のカラムの寸法；  内径４００ｍｍ  、長さ２，０００ｍｍ
充填樹脂量；アンバーライトＩＲＡ−９６ＳＢ  １００ｌ  とＩＲＡ−４０２ＢＬ  ５０ｌ  との複層床
再生剤使用量；９５  ％ＮａＯＨ、８．０ｋｇ／ｃｙｃｌｅ
【００２０】
（後段の陽イオン交換樹脂塔）
処理流量；２．４ｍ３／Ｈ
陽イオン交換樹脂塔のカラムの寸法；内径２００ｍｍ  、長さ１，０００ｍｍ
充填樹脂量；アンバーライト（登録商標）ＩＲ−１２４  ２０ｌ  （  ＤＶＢ値１２％）
再生方法及び再生剤使用量；  並流再生方式、３５％ＨＣｌ  、２０．６ｋｇ／ｃｙｃｌｅ
【００２１】
（逆浸透膜装置）
逆浸透膜；  東レ社製  ＳＵ−７１０（アニオン性）
供給水量；２．４ｍ３／Ｈ、濃縮水量；０．６ｍ３／Ｈ、透過水量；１．８ｍ３／Ｈ
【００２２】
実施例２
後段の陽イオン交換樹脂塔における再生方式を向流再生方式とする以外は、実施例１と同様にして行った。結果を図２に示す。
【００２３】
比較例１
後段の陽イオン交換樹脂塔を設置せず、２床３塔式イオン交換装置の処理水を直接、逆浸透膜装置に通水した以外は、実施例１と同様にして行った。結果を図２に示す。
【００２４】
次に、後段の陽イオン交換樹脂塔に充填される陽イオン交換樹脂のＤＶＢ  ％値の違いによる逆浸透膜装置における圧力損失への影響を、次の実施例３により評価した。
【００２５】
実施例３
後段の陽イオン交換樹脂塔に充填される陽イオン交換樹脂を、ＩＲ−１２０Ｂ（ＤＶＢ％値が８  ％）とした以外は、実施例１と同様の方法で行った。結果を実施例１の結果と共に、図３に示す。
【００２６】
図２及び図３より明らかなように、脱塩装置と逆浸透膜装置の間に陽イオン交換樹脂塔を設置した実施例１及び実施例２は、陽イオン交換樹脂塔を設置しない比較例１に比べて、逆浸透膜装置の急激な圧力損失を生じる期間を約５〜８倍にまで延長することができる。また、後段の陽イオン交換樹脂塔の樹脂の再生方法は、並流方式よりも向流方式とする方が、更に、ＤＶＢ  値は高い方が逆浸透膜装置の圧力損失を生じる期間をより延長することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の純水製造装置によれば、イオン交換樹脂を使用した脱塩装置の後段に陽イオン交換樹脂塔、逆浸透膜装置をこの順で設置したことにより、被処理水中に含まれるものでいったん陽イオン交換樹脂に吸着され、その後徐々に脱離してきた正に帯電した有機物や強塩基性陰イオン交換樹脂が分解して溶出した正に帯電した有機物は陽イオン交換樹脂塔で吸着除去されるため、逆浸透膜装置の膜面に蓄積されることがない。このため、逆浸透膜装置の早期における透過水量の減少を防止することができ、且つ洗浄頻度を著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のフローを示す説明図である。
【図２】逆浸透膜装置における通水期間と圧力損失の関係を示す図である。
【図３】逆浸透膜装置における通水期間と圧力損失の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  陽イオン交換樹脂塔（Ｋ塔）
２  脱炭酸塔
３  脱炭酸水ポンプ
４  陰イオン交換樹脂塔（Ａ塔）
５  脱塩装置
６  後段の陽イオン交換樹脂塔
７  逆浸透膜装置
８  原水
９  純水
１１  透過水
１２  濃縮水
２０  純水製造装置
【図１】
0003613376.tif 000002
【図２】
0003613376.tif 000003
【図３】
0003613376.tif 000004