(57)【要約】【課題】装置構成を簡素化しつつ純水を製造することのできる、純水製造効率を向上させた純水製造方法を提供すること。【解決手段】  強酸性陽イオン交換装置と、真空脱気装置と、強塩基性陰イオン交換装置と、少なくとも１８０〜１９０ｎｍの波長を有する紫外線を照射する紫外線酸化装置と、前記紫外線酸化装置で有機物が分解されて生じる陽イオン成分及び陰イオン成分を除去可能なイオン交換装置とをこの順に備える純水製造システムにおいて、前記真空脱気装置の処理水は、溶存酸素濃度を１〜２０μｇ／Ｌ、炭酸濃度を１０ｍｇ／Ｌ以下とする純水製造方法。【選択図】図１
2014168743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強酸性陽イオン交換装置と、
真空脱気装置と、
強塩基性陰イオン交換装置と、
少なくとも１８０〜１９０ｎｍの波長を有する紫外線を照射する紫外線酸化装置と、
前記紫外線酸化装置で有機物が分解されて生じる陽イオン成分及び陰イオン成分を除去可能なイオン交換装置と
をこの順に備える純水製造システムにおいて、
前記真空脱気装置の処理水は、溶存酸素濃度を１〜２０μｇ／Ｌ、炭酸濃度を１０ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする純水製造方法。
【請求項２】
前記真空脱気装置の真空度を９０Ｔｏｒｒ以下とし、前記真空脱気装置の脱気塔本体内に被処理水の流量１に対して０．０１〜０．０５となる量の不活性ガスを供給する請求項１記載の純水製造方法。
【請求項３】
前記真空脱気装置の真空度を３５〜５５Ｔｏｒｒとし、前記真空脱気装置の脱気塔本体内に被処理水の流量１に対して０．０１〜０．０３となる量の不活性ガスを供給する請求項１又は２記載の純水製造方法。
【請求項４】
前記真空脱気装置の真空度を５５〜９０Ｔｏｒｒとし、前記真空脱気装置の脱気塔本体内に被処理水の流量１に対して０．０３〜０．０５となる量の不活性ガスを供給する請求項１又は２記載の純水製造方法。
【請求項５】
前記陽イオン成分及び陰イオン成分を除去可能なイオン交換装置は、混床式イオン交換装置、複床式イオン交換装置及び電気再生式イオ交換装置から選ばれる１種以上の装置である請求項１乃至４のいずれか１項記載の純水製造方法。
【請求項６】
前記純水製造システムは、前記強塩基性陰イオン交換装置の後段に逆浸透膜装置を備える請求項１乃至５のいずれか１項記載の純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は純水製造方法に係り、特に、簡易な装置構成で効率よく純水を製造する純水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程等に用いられる純水は、市水、井水及び工業用水などの原水を、前処理システム、一次純水システム及び二次純水システムで処理して製造されている。
一次純水システムには、純水中のイオン成分や溶存ガスを除去する目的で、陽イオン交換装置、脱気装置及び陰イオン交換装置からなる二床三塔式装置や三床四塔式装置が備えられることが一般的である。
【０００３】
図５に、従来の二床三塔式装置の概略構成図を示す。この二床三塔式装置３０は、陽イオン交換装置３１、脱炭酸塔３２、陰イオン交換装置３３をこの順に備えている。このように、一般的な二床三塔式装置では、脱気装置として、充填材が充填された脱炭酸塔内に被処理水を塔頂から散水するとともに空気を塔下部から吹き込み、被処理水と空気を向流接触させることで被処理水中の炭酸ガスを除去する脱炭酸塔３２を用いるのが主流である。
（特許文献１、参照）。
【０００４】
また、脱気装置として、疎水性の膜を介して気相側を減圧するなどして水中の溶存ガスを除去する膜脱気装置を備えた二床三塔式装置も知られている。（特許文献２、参照）。
【０００５】
また、二床三塔式装置を備え、全有機炭素（以下、ＴＯＣともいう。）の除去率を向上させた純水製造システムや（特許文献３、参照）、溶存酸素の除去率を向上させ、例えば溶存酸素濃度０．３μｇ／Ｌ以下の処理水を得る真空脱気装置も知られている。（特許文献４、参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６３−６３１８９号公報
【特許文献２】特開平９−２５３６４２号公報
【特許文献３】特開平７−７５７８０号公報
【特許文献４】特開２００３−１０６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、純水製造システムにおいて、二床三塔式装置を、脱炭酸塔を用いて構成した場合、脱炭酸塔に吹き込まれる空気から汚染成分が混入し、純水水質が悪化するという問題があった。特に、純水製造システムの大型化に伴い、工事等で使用した難分解性の揮発性有機物の、送気中への予期せぬ混入など、新たな問題も生じている。
【０００８】
また、脱炭酸塔を用いた二床三塔式装置では、溶存酸素が除去されないため、溶存酸素濃度の低い純水を得るための純水製造システムでは、二床三塔式装置の後段に溶存酸素を除去できる装置をさらに設置する必要があった。そのため、純水製造システムの装置構成が複雑になるという問題もあった。
【０００９】
これに対し、二床三塔式装置に膜脱気装置を用いた純水製造システムでは、外気と純水との接触がなく、また溶存酸素も除去できるため、脱炭酸塔を用いた場合のような問題は生じない。しかし、膜脱気装置は、膜モジュールの大きさに限界があり、処理流量が大きい大型の純水製造システムに設置すると多数の膜式脱気装置を使用しなければならず、コストが大幅に増加する等実用的でないという問題があった。
【００１０】
なお、従来、真空脱気装置は、炭酸除去効率が十分でないため、二床三塔式装置に適用することは実用的でないと考えられていた。
【００１１】
本発明は上記したような問題を解消すべくなされたものであって、装置構成を簡素化しつつ純水を製造することのできる、純水製造効率を向上させた純水製造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】
【００１２】
本発明の純水製造方法は、強酸性陽イオン交換装置と、真空脱気装置と、強塩基性陰イオン交換装置と、少なくとも１８０〜１９０ｎｍの波長を有する紫外線を照射する紫外線酸化装置と、前記紫外線酸化装置で有機物が分解されて生じる陽イオン成分及び陰イオン成分を除去可能なイオン交換装置とをこの順に備える純水製造システムにおいて、前記真空脱気装置の処理水は、溶存酸素濃度を１〜２０μｇ／Ｌ、炭酸濃度を１０ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする。
【００１３】
本発明の純水製造方法は、前記真空脱気装置の真空度を９０Ｔｏｒｒ以下とし、前記真空脱気装置の脱気塔本体内に被処理水の流量１に対して０．０１〜０．０５となる量の不活性ガスを供給することが好ましい。
【００１４】
本発明の純水製造方法は、前記真空脱気装置の真空度を３５〜５５Ｔｏｒｒとし、前記真空脱気装置の脱気塔本体内に被処理水の流量１に対して０．０１〜０．０３となる量の不活性ガスを供給することが好ましい。
【００１５】
本発明の純水製造方法は、前記真空脱気装置の真空度を５５〜９０Ｔｏｒｒとし、前記真空脱気装置の脱気塔本体内に被処理水の流量１に対して０．０３〜０．０５となる量の不活性ガスを供給することが好ましい。
【００１６】
本発明の純水製造方法は、前記陽イオン成分及び陰イオン成分を除去可能なイオン交換装置は、混床式イオン交換装置、複床式イオン交換装置及び電気再生式イオ交換装置から選ばれる１種以上の装置であることが好ましい。
【００１７】
本発明の純水製造方法は、前記純水製造システムは、前記強塩基性陰イオン交換装置の後段に逆浸透膜装置を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の純水製造方法によれば、ＴＯＣ濃度及び溶存酸素濃度の低い純水を製造する純水製造システムにおいて、二床三塔式装置の後段に備えられる、溶存酸素を除去する装置を省略又は簡略化することが可能である。さらに、紫外線酸化装置での処理効率を向上させることや、強塩基性陰イオン交換装置での炭酸負荷を削減することができる。すなわち、純水製造効率をより向上させることができる。
【００１９】
また、本発明の純水製造方法によれば、脱気処理を行うに際して、外気由来の汚染成分の、処理水への混入が防止できるので、純水製造システムのより安定な運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明による実施形態を示す概略構成図である。
【図３】紫外線酸化装置の被処理水のＤＯ濃度とＴＯＣ除去率との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に用いる純水製造装置の概略構成図である。
【図５】従来の二床三塔式装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。各図において同一の機能を奏する装置には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２２】
図１は本発明による第１の実施形態の純水製造システムを示す概略構成図である。純水製造システム１は、被処理水の流路に沿って、強酸性陽イオン交換装置２、真空脱気装置３、強塩基性陰イオン交換装置４、紫外線酸化装置５、混床式イオン交換装置６をこの順に備えている。
【００２３】
純水製造システム１の上流側には、図示を省略した前処理システムが備えられており、市水、井水、工業用水等の原水からこの前処理システムで濁質分が除去された前処理水が被処理水として純水製造システム１に供給される。
【００２４】
一般に、被処理水とする前処理水中の溶存炭酸濃度は２０〜８０ｍｇ／Ｌ（ａｓ  ＣＯ２、以下同じ。）程度であり、溶存酸素濃度は８ｍｇ／Ｌ（ａｓ  Ｏ２、以下同じ。）程度である。
【００２５】
被処理水は、熱交換器等を用いて、例えば、水温２０〜２６℃の範囲の所定の温度で一定に調節されていてもよい。この場合、水温をほぼ一定にすることで処理水水質を安定に維持することができる。
【００２６】
被処理水は、まず、強酸性陽イオン交換装置２に通水される。強酸性陽イオン交換装置２には、例えば、Ｈ型の強酸性陽イオン交換樹脂が充填されている。被処理水は強酸性陽イオン交換装置２を下向流で流下し、その過程で陽イオン成分が交換除去されるとともに、強酸性陽イオン交換樹脂から脱離した水素イオンにより液性はｐＨ２．５〜５程度の酸性となる。
【００２７】
なお、強酸性陽イオン交換装置にはさらに、弱酸性陽イオン交換樹脂を複床として充填してもよい。
【００２８】
強酸性陽イオン交換装置２における線流束（ＬＶ）は、２〜６０ｍ／ｈｒであることが好ましく、５〜４０ｍ／ｈｒであることがより好ましい。線流束が２ｍ／ｈｒ未満であると、強酸性陽イオン交換装置２が不必要に大型化するばかりか、樹脂からの溶出物によるＴＯＣ濃度の上昇を招くおそれがある。線流束が６０ｍ／ｈｒを超えると、陽イオン成分の除去率が不十分となるおそれや、強塩基性陽イオン交換樹脂の再生頻度が増大するおそれがある。また、線流束が６０ｍ／ｈｒを超えると、強酸性陽イオン交換装置２の入水側と出水側での通水差圧が増大して被処理水を供給するポンプの大型化が必要となったり、ポンプが故障したりすることがある。
【００２９】
強酸性陽イオン交換装置２の処理水は、次いで、真空脱気装置３に供給される
【００３０】
真空脱気装置３は、気密に構成された脱気塔本体７内に、ラシヒリング等の充填材８が充填されて構成されている。真空脱気装置には脱気塔本体７内を真空引きするための図示しない真空装置が備えられており、脱気塔本体７内を所定の真空度で維持できるようになっている。
【００３１】
脱気塔本体７の上部には、スプレーノズル９が配設され、このスプレーノズル９から被処理水が充填材８に向けて噴霧される。被処理水は、脱気塔本体７内を流下する過程で溶存炭酸、溶存酸素が脱気される。この処理水は脱気塔本体７内の下部に貯留される。
【００３２】
また、脱気塔本体７の空間部１０には不活性ガス供給手段１１が備えられ、脱気塔本体７内へ窒素ガス等の不活性ガスを供給できるようになっている。
【００３３】
真空脱気装置３の処理水の溶存酸素は、後段の紫外線酸化装置で、有機物の酸化のための酸素源になると考えられる。そのため、本実施形態では、真空脱気装置３において、溶存酸素濃度は１〜２０μｇ／Ｌとなるように脱気する。処理水の溶存酸素濃度が１μｇ／Ｌ未満である場合には、後段の紫外線酸化装置での有機物分解能が低下することがあるためである。この溶存酸素が有機物の酸化に寄与することで、紫外線酸化装置５での有機物の酸化効率を向上させることができ、その結果、ＴＯＣ濃度のより低い純水の製造を可能とする。また、真空脱気装置３の処理水の溶存酸素濃度は２０μｇ／Ｌ以下とされているので、過剰の溶存酸素の残存を防止し、溶存酸素濃度の十分に低い純水を得ることができる。そのため、真空脱気装置３装置の後段に、さらに溶存酸素除去を除去する装置を設置しなくてもよい。すなわち、純水製造効率をより向上させることができる
なお、処理水の溶存酸素濃度は２〜１０μｇ／Ｌとすることがより好ましい。
【００３４】
真空脱気装置３では、一般に、真空度が高い(脱気塔本体７内の圧力が低い)ほど脱気能が大きく、不活性ガス添加量が多いほど脱気能が大きくなる。また、脱気塔本体の高さが高いほど脱気能が大きくなる。一方、真空脱気装置３での線流束が大きければ脱気能が低下する傾向にある。
【００３５】
このように、真空脱気装置３では、不活性ガス添加量を多くする場合には、真空度の上限がある程度大きくても十分に脱炭酸することができる。そこで、線流速や温度を加味して、処理水の溶存酸素濃度が上記した値となるように脱気塔本体７内の真空度を制御しつつ被処理水を供給する。
【００３６】
一方、不活性ガス量を少なくする場合には、十分に脱炭酸するために、脱気塔本体７内の真空度を高くする。同時に、線流速や温度の影響を加味して、処理水の溶存酸素濃度が上記した値となるように、脱気塔本体７内の真空度を制御しつつ被処理水を供給する。
【００３７】
また、脱気塔本体の高さを調節することで、処理水の溶存酸素濃度及び炭酸濃度を制御することもできる。
【００３８】
脱気塔本体の高さは、純水製造システムの規模や他の装置、配管、流量等にもよるが、１〜８ｍであることが好ましく、２〜５ｍであることがより好ましい。１ｍ未満であると十分に脱気できないおそれがあり、８ｍを超えると脱気装置自体が大きくなりすぎる等、実用的ではない。
【００３９】
真空脱気装置３において、脱気塔本体７内の圧力は９０Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。圧力の最低値は、被処理水の沸騰を防ぐために、真空脱気装置３内の温度での水の飽和蒸気圧＋５Ｔｏｒｒ以上となるようにすることが好ましい。また、このとき、不活性ガスの供給流量は、被処理水の流量１に対して、０．０１〜０．０５となる量であることが好ましい。
【００４０】
真空脱気装置３において、不活性ガスの供給流量が被処理水の流量１に対して０．０５となる量を超えると、不活性ガスの使用量が増え、ランニングコストの増加を招くおそれがある。不活性ガスの供給流量が、０．０１となる量未満であると真空脱気装置３での安定的な脱気が困難になることがある。
【００４１】
不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等を用いることができるが、入手し易さの観点から窒素ガスが好ましい。
【００４２】
また、具体的には、脱気塔本体の高さが２〜５ｍである場合には、真空脱気装置３で、真空度を５５〜９０Ｔｏｒｒとし、真空脱気装置の脱気塔本体７内に被処理水の流量１に対して０．０３〜０．０５となる量の不活性ガスを供給しつつ、脱気処理水の溶存酸素濃度が１〜２０μｇ／Ｌ、炭酸濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下となるように脱気することが好ましい。
【００４３】
または、真空度を３５〜５５Ｔｏｒｒとし、真空脱気装置の脱気塔本体７内に被処理水の流量１に対して０．０１〜０．０３となる量の不活性ガスを供給しつつ、脱気処理水の溶存酸素濃度が１〜２０μｇ／Ｌ、炭酸濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下となるように脱気することが好ましい。
【００４４】
真空脱気装置３における被処理水の線流束（ＬＶ）は１０〜６０ｍ／ｈｒであることが好ましく、２０〜５０ｍ／ｈｒであることがより好ましい。
【００４５】
線流束が６０ｍ／ｈｒを超えると十分に脱気できないことがある。一方、１０ｍ／ｈｒ未満では装置の規模が必要以上に大きくなって、実用的でない。
【００４６】
水温変化による脱気効率の低下を抑制するために、水温センサー等を配置して被処理水の水温を測定し、水温の測定値に応じて真空脱気装置内の真空度を制御するようにしてもよい。
【００４７】
真空脱気装置３に供給される被処理水は、強酸性陽イオン交換装置２においてｐＨ２．５〜５程度の酸性とされている。そのため、溶存する重炭酸イオンや炭酸イオンは平衡が二酸化炭素側に移行して、被処理水から離脱し易くなっており、真空脱気装置３において効率の良い脱炭酸を行うことができる。本実施形態によれば、例えば、炭酸を４０ｍｇ／Ｌ含む被処理水から、１０ｍｇ／Ｌ以下にまで脱炭酸することが可能である。
【００４８】
このように、本実施形態の純水製造システムによれば、真空脱気装置３の処理水の炭酸濃度を１０ｍｇ／Ｌ以下とすることで、後段の強塩基性陰イオン交換装置４における、炭酸除去の負荷（脱炭酸についての負担）を十分に低減できる。そのため、強塩基性陰イオン交換樹脂が、炭酸で急激に飽和することを抑制でき、したがって、強塩基性陰イオン交換樹脂の交換頻度の増大を抑制することができる。
【００４９】
真空脱気装置３の処理水は、次いで、強塩基性陰イオン交換装置４に通水される。
【００５０】
強塩基性陰イオン交換装置４には、例えば、ＯＨ型の強塩基性陰イオン交換樹脂が充填されている。被処理水は、強塩基性陰イオン交換樹脂９内で陰イオンが交換除去されて、強塩基性陰イオン交換樹脂から脱離した水酸化物イオンによりｐＨが７〜９の中性〜弱塩基性となる。
【００５１】
強塩基性陰イオン交換装置４における線流束（ＬＶ）は、２〜６０ｍ／ｈｒであることが好ましく、５〜４０ｍ／ｈｒであることがより好ましい。線流束が２ｍ／ｈｒ未満であると、強塩基性陰イオン交換装置４が不必要に大型化するばかりか、樹脂からの溶出物によるＴＯＣ濃度の上昇を招くおそれがある。６０ｍ／ｈｒを超えると、陰イオン成分の除去率が不十分となるおそれや、強塩基性陰イオン交換樹脂の再生頻度が増大するおそれがある。また、線流速が６０ｍ／ｈｒを超えると、強塩基性陰イオン交換装置の入水側と出水側の通水差圧が増大して、ポンプの大型化が必要となったり、ポンプが故障したりすることがある。
【００５２】
なお、強塩基性陰イオン交換装置にはさらに、弱塩基性陰イオン交換樹脂を複床として充填してもよい。
【００５３】
次いで、強塩基性陰イオン交換装置４の処理水は、紫外線酸化装置５に通水される。
紫外線酸化装置５では、高い有機物分解力がある１８０〜１９０ｎｍの波長を有する紫外線を照射することで被処理水中の有機物を酸化分解する。紫外線酸化装置５では、前記波長の紫外線に加えて２４０〜２５０ｎｍの波長を有する紫外線を照射してもよい。
【００５４】
紫外線酸化装置では、被処理水中の溶存酸素は、有機物の酸化のための酸素源として消費されるほか、紫外線と水との相互作用によるラジカル、オゾン、過酸化水素等の生成によって消費されたりすると考えられる。また、紫外線酸化装置では、水に紫外線を照射することで発生した酸素ラジカルも有機物を分解するのであるが、有機物の分解に寄与しなかった酸素ラジカルが反応して酸素が生成することもある。本実施形態では、真空脱気装置３において、溶存酸素濃度は１μｇ／Ｌ以上となるように脱気されているため、この溶存酸素が有機物の酸化に寄与することで、紫外線酸化装置５での有機物の酸化効率を向上させることができる。そのため、ＴＯＣ濃度の低い純水の製造を可能とする。また、真空脱気装置３の処理水の溶存酸素濃度は２０μｇ／Ｌ以下とされているので、過剰の溶存酸素の残存を防止し、溶存酸素濃度の十分に低い純水を得ることができる。
【００５５】
装置紫外線酸化装置５としては、特に限定されないが、上記した波長の紫外線を強照射量で照射できる低圧紫外線ランプを備えた紫外線酸化装置を用いることが好ましい。
【００５６】
紫外線酸化装置５の処理水は、次いで、混床式イオン交換装置６に通水される。混床式イオン交換装置６は、前記紫外線酸化装置で有機物が分解されて生じる陽イオン成分及び陰イオン成分を除去可能なイオン交換装置であり、強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基性陰イオン交換樹脂が混合して充填されている。
混床式イオン交換装置では、紫外線酸化装置５で有機物が分解されて生じたイオン成分が交換除去される。
【００５７】
なお、本実施形態の純水製造システムにおいて、混床式イオン交換装置６に代えて、上記した陽イオン成分及び陰イオン成分を除去可能なその他のイオン交換装置、例えば複床式イオン交換装置又は電気再生式イオン交換装置(ＥＤＩ)等を用いることもできる。また、これらは１種を単独で用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００５８】
このようにして、純水製造システム１では比抵抗１８ＭΩ・ｃｍ以上、溶存酸素濃度１μｇ／Ｌ未満、ＴＯＣ濃度０．５ｍｇＣ／Ｌ以下の純水を製造することができる。
【００５９】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態の変形例として、純水製造システム１の、例えば紫外線酸化装置５の後段に、さらに、脱気膜装置、真空脱気装置等、溶存酸素を脱気できる装置を適宜設置してもよい。これらの装置を備える場合でも、従来の純水製造システムにおける脱気装置より、処理流量や構成単位装置の数の少ない、規模の小さい装置であってよい。
【００６０】
このように、簡易な装置構成で、溶存酸素濃度１μｇ／Ｌ未満、さらに、任意に設置した脱気装置の脱気能を公知の方法で調節して、溶存酸素濃度０．５μｇ／Ｌ未満の純水を極めて安定に製造することが可能となる。
【００６１】
また、第１の実施形態の変形例として、純水製造システム１の後段に、純水の最終仕上げを行ってさらに高純度とする超純水製造システム（一般に、二次純水システムとも称される。）を設置してもよい。この場合、より高純度の超純水を製造することができる。
【００６２】
（第２の実施形態）
図２に示す本発明の第２の実施形態の純水製造システム２０は、第１の実施形態の純水製造システム１において、強塩基性陰イオン交換装置４と紫外線酸化装置５の間に逆浸透膜装置１２を備える純水製造システムであり、その他の構成及び好ましい態様は第１の実施形態と同様であるため詳細な説明を省略する。
【００６３】
本実施形態では、強塩基性陰イオン交換装置４の処理水を逆浸透膜装置１２に通水する。逆浸透膜装置１２としては、酢酸セルロース膜やポリアミド等の合成高分子膜を用いた一般的な装置を使用する。
【００６４】
本実施形態では、逆浸透膜装置１２の上流側に、強酸性陽イオン交換装置２、真空脱気装置３及び強塩基性陰イオン交換装置４を備えているため、逆浸透膜装置を構成する逆浸透膜上へのスケールの形成を抑制し、安定した水質の透過水を得ることができる。
【００６５】
そして、逆浸透膜装置１２において、被処理水に溶存するイオン成分、有機物、コロイド、微粒子等が除去されるため、混床式イオン交換装置６の負荷を低減することができる。また逆浸透膜装置１２において、ある程度の量の有機物やイオン成分が除去されるため、ＴＯＣ濃度がより低く、抵抗率のより高い、高水質の純水を得ることができる。
【００６６】
以上のように、実施形態の純水製造方法によれば、簡易な装置構成で処理水の溶存酸素濃度及び炭酸濃度を低減することができ、ＴＯＣ濃度のより低い純水を得ることができる。
【００６７】
また、実施形態の純水製造方法によれば、真空脱気装置で脱気する際に、被処理水と外部空気との接触がないので、外気からの汚染成分の混入を回避することでＴＯＣ濃度等の上昇を抑制して高純度の純水を効率よく製造することができる。
【実施例】
【００６８】
次に実施例について説明する。
図２に示されるものと同じ構成の純水製造システム２０を用いて純水を製造した。
使用した装置及び実験条件は次のようである。
【００６９】
原水水質：炭酸濃度５０ｍｇ／Ｌ、溶存酸素（ＤＯ）濃度８ｍｇ／Ｌ、ＴＯＣ濃度１ｍｇＣ／Ｌ、水温２０℃
強酸性陽イオン交換装置２：Ｄｕｏｌｉｔｅ（登録商標、以下同じ。）  Ｃ２５５ＬＦＨ（ダウケミカル日本（株）社製）の８０Ｌを充填したもの
真空脱気装置３：脱気塔本体の塔高４．５ｍ
強塩基性陰イオン交換装置４：Ｄｕｏｌｉｔｅ  Ａ１１３ＬＦ（ダウケミカル日本（株）社製）の５０Ｌを充填したもの
紫外線酸化装置５：ＪＰＷ−２×２（日本フォトサイエンス社製）１台、紫外線照射量０．２ｋＷ・ｈ／ｍ３、
混床式イオン交換装置（ＭＢ）６：ノムラ・カートリッジ・カラムＮＣＣ−２００Ｍ（野村マイクロ・サイエンス社（株）社製）
【００７０】
［計測計器類］
ＴＯＣ分析計：Ａ−１０００ＸＰ、（Ａｎａｔｅｌ社製）
溶存酸素計：ＭＯＣＡ−３６００、（オービスフェア社製）
炭酸濃度計：Ｓｉｅｖｅｒｓｅ  ８１０、（Ｓｉｅｖｅｒｓ社製）
【００７１】
（実施例１〜３、比較例１〜３）
原水を純水製造システム２０に通水して純水を製造した。真空脱気装置３においては、被処理水の線流束（ＬＶ）を５０ｍ／ｈｒとし、窒素ガスを流量０．０６Ｎｍ３／ｈｒ（被処理水の流量１に対して０．０３となる量。）で添加しつつ、以下の表１のように真空脱気装置内の真空度を変更して脱気処理を行った。
なお、強酸性陽イオン交換装置２の出口水のｐＨは３であった。
【００７２】
このときの真空脱気装置の真空度、その処理水の炭酸濃度及びＤＯ濃度、混床式イオン交換装置（ＭＢ）６の処理水のＴＯＣ濃度及びＤＯ濃度を表１に併せて示す。
【００７３】
【表１】
2014168743.tif 000003
【００７４】
（実施例４、比較例４〜６）
実施例１と同じ純水製造システム２０を用い、実施例１における真空脱気装置３での窒素ガス添加量を流量０．１Ｎｍ３／ｈｒ（被処理水の流量１に対して０．０５となる量。）とし、以下の表２のように真空脱気装置内の真空度を変更した他は実施例１と同様の条件で純水の製造を行った。なお、強酸性陽イオン交換装置２の出口水のｐＨは３であった。
【００７５】
このときの真空脱気装置３の真空度、その処理水の炭酸濃度及びＤＯ濃度、混床式イオン交換装置６の処理水のＴＯＣ濃度及びＤＯ濃度を表２に併せて示す。
【００７６】
【表２】
2014168743.tif 000004
【００７７】
（実施例５、６、比較例７〜９）
実施例１と同じ純水製造システム２０を用い、原水水質として、炭酸濃度２０ｍｇ／Ｌ、溶存酸素（ＤＯ）濃度８ｍｇ／Ｌ、ＴＯＣ濃度１ｍｇＣ／Ｌの原水(実施例１より炭酸濃度の低い原水)を用いて純水の製造を行った。
このとき、以下の表３のように真空脱気装置内の真空度を変更した他は実施例１と同様の条件とした。
【００７８】
このときの、真空脱気装置３の真空度、その処理水の炭酸濃度及びＤＯ濃度、混床式イオン交換装置６の処理水のＴＯＣ濃度及びＤＯ濃度を表３に併せて示す。なお、強酸性陽イオン交換装置２の出口水のｐＨは３であった。
【表３】
2014168743.tif 000005
【００７９】
表１、２、３に示されるように、純水製造システムにおいて、真空脱気装置３の真空度を３５〜９０Ｔｏｒｒとし、被処理水の流量１に対して０．０３〜０．０５となる量の不活性ガスを供給し、前記真空脱気装置の処理水の溶存酸素濃度を１〜２０μｇ／Ｌ、炭酸濃度を１０ｍｇ／Ｌ以下として、ＴＯＣ濃度が０．５ｍｇＣ／Ｌ以下の純水を得ることができる。
【００８０】
一方、真空脱気装置処理水の溶存酸素濃度が１μｇ／Ｌ未満となった比較例１、５、７では、真空脱気装置の処理水の炭酸濃度は低減できるものの、混床式イオン交換装置の処理水のＴＯＣ濃度が上昇してしまうことがわかる。また、真空脱気装置処理水の溶存酸素濃度が２０μｇ／Ｌを超えた比較例３、９では、混床式イオン交換装置の処理水の溶存酸素が上昇していることがわかる。
【００８１】
（実施例７）
実施例１で用いた純水製造システムの紫外線酸化装置５の入水側の配管に分岐ラインを設け、溶解膜を設置して、この溶解膜を介して酸素を供給し、所定の濃度で純水に溶解させるようにした。
【００８２】
酸素の供給量を変化させて、紫外線酸化装置５の被処理水の酸素濃度と混床式イオン交換装置６の処理水（ＭＢ処理水）のＴＯＣ濃度を測定した。
なお、酸素を溶解させていない紫外線酸化装置５の被処理水のＴＯＣ濃度は２．５ｍｇＣ／Ｌ、溶存酸素濃度は０．５μｇ／Ｌであった。
【００８３】
紫外線酸化装置５の被処理水（ＵＶ被処理水）の溶存酸素濃度が５００μｇ／Ｌであるときの混床式イオン交換装置６の処理水のＴＯＣ濃度を１００％として、紫外線酸化装置の被処理水の溶存酸素濃度と、紫外線酸化装置５及び混床式イオン交換装置６を経る間で除去されたＴＯＣの割合（ＴＯＣ除去率）との関係を図３に示す。
【００８４】
図３に示されるように、紫外線酸化装置の被処理水の溶存酸素濃度が小さくなると、１μｇ／Ｌを境として、紫外線酸化装置及び混床式イオン交換装置を経る際のＴＯＣの除去率は急激に低下している。例えば、紫外線酸化装置の被処理水のＤＯが０．５μｇ／Ｌの時はＴＯＣ除去率が３７％、２μｇ／Ｌの時のＴＯＣ除去率が９８％となっていることから、同じＴＯＣ除去性能を得るためには、前者では後者に比べて約３０倍程度の紫外線照射量が必要であるといえる。
【００８５】
（実施例８、比較例９、参考例１）
図４に示す純水製造システム４０を用いて純水を製造した。
純水製造システム４０は、実施例１の純水製造システムの下流に、タンクＴ１を介して、二次純水システム１３を接続したものである。
二次純水システム１３は、紫外線酸化装置１４、ポリッシャー（非再生式イオン交換装置）１５、膜脱気装置１６、限外ろ過装置１７を順に備え、限外ろ過装置１７の処理水をユースポイントへ供給するようになっている。二次純水システム１３は、さらに、限外ろ過装置１７の処理水の一部をタンクＴ１に循環させる循環ライン１８を備えている。
【００８６】
また、純水製造システム４０において用いた装置は以下のようである。
紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）１４：ＳＵＶ、日本フォトサイエンス（株）社製、０．３ｋＷｈ／ｍ３、
ポリッシャー（非再生式混床式イオン交換装置）１５：ＭＢＧＰ、（株）野村マイクロ・サイエンス社製、
脱気膜装置（ＭＤＧ）１６：リキセル（登録商標）Ｘ−４０、ポリポア（株）社製、
限外ろ過膜装置（ＵＦ）１７：ＯＬＴ−６０３６Ｈ、旭化成ケミカルズ（株）社製、
タンクＴ１：容量２ｍ３、
【００８７】
純水製造システム４０において、真空脱気装置３の不活性ガス供給手段１１に空気を導入できるように分岐ラインを設け、次のような空気及び窒素ガスを脱気塔本体に供給した。その他は実施例１と同じ条件で純水を製造し、それぞれの場合における混床式イオン交換装置６及びポリッシャー１５の処理水水質の経時変動を測定した。
【００８８】
（実施例８）
脱気塔本体に被処理水の流量１に対して０．０３となる量の窒素ガスのみを供給しつつ、純水を製造した。
実施例８では、混床式イオン交換装置６の処理水のＴＯＣ濃度は０．５ｍｇＣ／Ｌ以下、ポリッシャー１５の処理水のＴＯＣ濃度は０．６μｇＣ／Ｌ以下を維持した。
【００８９】
（比較例９）
脱気塔本体に、３ｍｇ／Ｌの濃度でキシレン（揮発性有機物）を混入した空気（キシレン混入空気）のみを被処理水の流量１に対して０．０３となる量で３５分間導入した。
【００９０】
比較例９では、キシレン混入空気の導入開始から２０分後に、混床式イオン交換装置６の処理水のＴＯＣ濃度が４５ｍｇＣ／Ｌでピークとなった。さらに、これより２０分遅れた４０分後にポリッシャー１５の処理水のＴＯＣ濃度が１．５μｇＣ／Ｌでピークとなった。なお、キシレン混入空気の導入を停止すると、混床式イオン交換装置６及びポリッシャー１５の処理水のＴＯＣ濃度はそれぞれピークから徐々に減少して、キシレン混入空気を導入しないときの０．７μｇＣ／Ｌで定常値となった。
【００９１】
（参考例１）
脱気塔本体にキシレン混入空気及び窒素ガスのいずれも導入せず、純水を製造した。
参考例１では、混床式イオン交換装置６の処理水のＴＯＣ濃度は１．０ｍｇＣ／Ｌ以下ポリッシャー１５の処理水のＴＯＣ濃度は０．７μｍｇＣ／Ｌ以下を維持した。
【００９２】
比較例９によれば、外部雰囲気中に揮発性有機物等の汚染成分が混入した場合には、混床式イオン交換装置６の処理水のＴＯＣ濃度が上昇し、これに伴いポリッシャー１５のＴＯＣ濃度が上昇することが分かる。このような汚染成分の混入を予測することは工業的な純水製造システムにおいては事実上困難であるが、実施例８、参考例１によれば、実施形態の純水製造装置では、汚染成分の処理水への移行を防止できることが分かる。
【００９３】
また、実施形態に用いられる純水製造システムにおいて、紫外線酸化装置５の後段に膜脱気装置を備えることで、溶存酸素濃度を更に低減した純水を得ることができるが、この場合にも、真空脱気装置３に代えて従来の脱炭酸塔を用いたときと比べて、膜脱気装置のモジュール数を２０〜７０％削減することができる。
【００９４】
以上のように、本発明によれば、真空脱気装置での脱炭酸効率を向上させて、炭酸濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下の脱気処理水を得つつ、ＴＯＣ濃度のより低い純水を製造することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１，２０…純水製造システム、２…強酸性陽イオン交換装置、３…真空脱気装置、４…強塩基性陰イオン交換装置、５…紫外線酸化装置、６…混床式イオン交換装置、７…脱気塔本体、８…充填材、９…スプレーノズル、１０…空間部、１１…不活性ガス供給手段、１２…逆浸透膜装置、３０…二塔三床式装置、３１…強酸性陽イオン交換装置、３２…脱炭酸塔、３３…強塩基性陰イオン交換装置。
【図１】
2014168743.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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