(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロイダルシリカを多量に含有する化学的機械研磨の洗浄工程から排出される廃水から水を回収する水回収方法であり、当該水回収方法は、前記廃水を限外濾過膜によるクロスフロー濾過処理に付し、次いで、前記クロスフロー濾過処理にて得られる濾液を逆浸透濾過膜またはイオン交換樹脂による濾過処理に付すことを特徴とするコロイダルシリカ含有廃水からの水回収方法。
【請求項２】
請求項１に記載の水回収方法において、前記クロスフロー濾過処理に用いる限外濾過膜として、セラミック質フイルタを採用することを特徴とするコロイダルシリカ含有廃水からの水回収方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水回収方法において、前記廃水をクロスフロー濾過処理に付した後の残余の濃縮液を、フイルタプレスまたはスプレードライヤ処理に付すことを特徴とするコロイダルシリカ含有廃水からの水回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コロイダルシリカを多量に含有する化学的機械研磨の洗浄工程から排出される廃水から水を回収する水回収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コロイダルシリカを含有する廃水（コロイダルシリカ含有廃水）は、各種の製造工程における洗浄処理により排出されるが、廃水の種類によっては、含有するコロイダルシリカを水と分離して、分離された水を洗浄用水の生成原液として使用することが有利である場合がある。
【０００３】
例えば、半導体の製造方法には、１つのデバイス上で縦方向に多層に回路設計を施す工法があり、１層目の回路配線の上に酸化膜の絶縁層を設け、その表面をさらに研磨して平坦化した上に２層目の回路配線を施し、これを繰り返し行って４層、５層の多層の回路配線が施されたデバイスを製造する方法があり、この製造工程でなされる表面の平坦化のための研磨を化学的機械研磨（ＣＭＰ）と称し、この研磨工程の洗浄水として比抵抗が１７．５ＭΩ・ｃｍ以上の超純水を使用した洗浄が行われ、この洗浄工程から排出される廃水中には相当量のコロイダルシリカが含有されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような特殊な超純水では、洗浄工程から排出される廃水中に含有するコロイダルシリカを水とは分離して、分離後の水を超純水の製造原液の一部または全てに利用することが有利である。
【０００５】
従って、本発明の目的は、コロイダルシリカを多量に含有する化学的機械研磨の洗浄工程から排出される廃水から水を効率よく回収する方法を確立することをにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コロイダルシリカを多量に含有する化学的機械研磨の洗浄工程から排出される廃水から水を回収する水回収方法であり、当該水回収方法は、前記廃水を限外濾過膜によるクロスフロー濾過処理に付し、次いで、前記クロスフロー濾過処理にて得られる濾液を逆浸透濾過膜またはイオン交換樹脂による濾過処理に付すことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る水回収方法においては、前記クロスフロー濾過処理に用いる限外濾過膜として、セラミック質フイルタを採用することができる。
【０００８】
また、本発明に係る水回収方法においては、前記被処理液をクロスフロー濾過処理した後の残余の濃縮液を、フイルタプレスまたはスプレードライヤ処理することができる。
【０００９】
【発明の作用・効果】
本発明に係る水回収方法は、クロスフロー濾過処理を主体とするものであって、被処理液を濾過膜の一側に沿って流動させつつ濾過するものであり、濾過膜の一側に堆積する微粒子のケークを被処理液の平行流による剪断力にて最小に保持し、安定した濾過状態を長時間維持するもである。従って、被処理液としてコロイダルシリカ含有廃水を採用した場合には、極めて微小な状態で懸濁していて、フィルタプレス等の従来の濾過方法では十分には分離できなかったコロイダルシリカと懸濁媒体である水とを十分に分離することができるため、回収された水は極めて清澄であって、洗浄水の調製用の原水の一部または全部として十分に使用可能である。
【００１０】
本発明に係る水回収方法においては、被処理液として、コロイダルシリカを含有する化学的機械研磨の洗浄工程から排出される廃水を採用することができ、かかる廃水から回収された水は上記洗浄工程での洗浄用純水の生成原液として使用し得るという利点がある。
【００１１】
本発明に係る水回収方法において、限外濾過膜を採用したクロスフロー濾過処理を行った後、逆浸透膜またはイオン交換樹脂による第２の濾過処理を行えば、コロイダルシリカの分離を一層確実に行うことができ、回収された水は洗浄水である超純水の調製用の原水として一層良好なものである。この場合、限外濾過膜としてセラミック膜フィルタを好適に採用することができ、また逆浸透膜としては有機質の半透膜を採用することができる。
【００１２】
また、本発明に係る水回収方法において、クロスフロー濾過処理、または限外濾過膜によるクロスフロー濾過処理、および逆浸透膜またはイオン交換樹脂による濾過処理を行った後、濾過処理後の残余の濃縮液を、フイルタプレスまたはスプレードライヤー処理をすることにより、廃水中の固形物を高い効率で回収することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（回収装置）
以下本発明を図面に基づいて説明するに、図１には本発明の水回収方法を実施するための第１の回収装置１０が概略的に示されている。当該回収装置１０は、廃水を貯溜する貯溜タンク１１、循環ポンプ１２、および濾過器１３を備え、これらは循環管路１４にて互いに連結されている。貯溜タンク１１には廃水の供給管路１５が連結され、循環管路１４における濾過器１３と貯溜タンク１１間には第１流出管路１６が連結され、かつ濾過器１３における循環系路の下流側には第２流出管路１７が連結されている。
【００１４】
貯溜タンク１１は、供給管路１５を通して、コロイダルシリカを含有する廃水を供給されるもので、液面センサ１１ａを備えている。液面センサ１１ａは、貯溜タンク１１内の廃水の液面を検出するもので、液面が所定の高さに達した際にこれを検出し、この検出信号を供給管路１５の途中に介装されている電磁弁１５ａに出力して電磁弁１５ａを開閉制御し、貯溜タンク１１の廃水を一定の液面に保持する。
【００１５】
各管路においては、循環管路１４における循環ポンプ１２と濾過器１３との間、および第１流出管路１６の連結部と貯溜タンク１１との間にそれぞれ流量調整弁１４ａ，１４ｂが介装され、また第１流出管路１６および第２流出管路１７には流量調整弁１６ａ，１７ａが介装されている。
【００１６】
濾過器１３は、ケーシング内に多数本のパイプ状フイルタを収容してなるもので、各フィルタはセラミック質の多孔質支持体の内周にセラミック質のフイルタ膜である限外濾過膜を備えており、フィルタ膜の細孔の平均細孔径は、多孔質支持体の細孔の平均細孔径に比較して極めて小さい微小な細孔径となっている。
【００１７】
当該回収装置１０においては、循環ポンプ１２の駆動により、貯溜タンク１１内の廃水が濾過器１３内に供給され、濾過器１３内にて各フィルタの内周側１３ａを各フィルタ膜に沿って流動する。定常の運転状態では、廃水は循環管路１４を循環し、この間廃水中の一部の水は各フイルタの内周側１３ａから外周側１３ｂへ透過し、清澄な濾液となって第２流出管路１７を通して流出して回収される。
【００１８】
一方、循環する廃水は漸次濃縮され、濃縮されて循環する廃水の一部は、必要により第１流出管路１６を通して流出される。この間、循環する廃水の減量に対応する量の廃水が貯溜タンク１１に供給され、貯溜タンク１１内の廃水の液面を一定に保持する。
【００１９】
図２には、本発明の水回収方法を実施する第２の回収装置２０が概略的に示されている。当該回収装置２０は、第１の回収装置１０を基本として構成されているもので、これにフィルタプレス器２８および逆浸透濾過器２９を付加して構成されている。
【００２０】
当該回収装置２０は、廃水を貯溜する第１貯溜タンク２１ａ、第１循環ポンプ２２ａ、濾過器２３、フィルタプレス器２８、および逆浸透濾過器２９を備え、第１貯溜タンク２１ａ、第１循環ポンプ２２ａ、および濾過器２３は循環管路２４にて互いに連結されている。第１貯溜タンク２１ａには廃水の供給管路２５が連結され、循環管路２４における濾過器２３と第１貯溜タンク２１ａ間には第１流出管路２６が連結され、かつ濾過器２３における循環系路の下流側には第２貯溜タンク２１ｂが連結されている。
【００２１】
第２貯溜タンク２１ｂには第２流出管路２７ａが連結されていて、第２流出管路２７ａには第２循環ポンプ２２ｂと、逆浸透濾過器２９が介装されている。また、逆浸透濾過器２９には、第３流出管路２７ｂと第４流出管路２７ｃが連結されており、第４流出管路２７ｃは第２貯溜タンク２１ｂに連結されている。
【００２２】
しかして、逆浸透濾過器２９は、酢酸セルロースからなる逆浸透膜を採用したクロスフロー濾過方式のもので、限外濾過膜を採用している濾過器２３から流出する濾液は、濾過膜の内周側２９ａを濾過膜に沿って流動して、第４流出管路２７ｃを通って第２貯溜タンク２１ｂに還流する。この間、濾液の多くが濾過膜の内周側２９ａから外周側２９ｂへ透過し、一層清澄な濾液となって第２流出管路２７ａを通して流出して回収される。
【００２３】
一方、当該回収装置２０においては、第１流出管路２６にフィルタプレス器２８が配設されている。濃縮されて循環する廃水の一部は、必要により第１流出管路２６を通して流出されるが、この際、濃縮されたシリカ成分はフィルタプレス器２８にて分離捕捉され、第１流出管路２６からは大部分のシリカ成分を除去された濾液が流出される。
【００２４】
なお、第２の回収装置２０においては、逆浸透濾過器２９に換えて、図２の２点鎖線で示すようにイオン交換樹脂塔３９Ａを採用することができ、イオン交換樹脂塔２９Ａを採用することによっても、逆浸透濾過器２９を採用した場合と同様の作用効果を奏する。
【００２５】
（水回収実験）
図２に示す第２の回収装置２０を使用して、コロイダルシリカ含有廃水から水の回収実験を行った。廃水としては、半導体の化学的機械研磨での純水による洗浄工程から排出される下記の廃水を採用し、濾過器１３のフィルタとしては、下記に示す形状のセラミック質のモノリス構造体を採用し、かつ回収装置の運転条件として下記に示す条件を採用した。
【００２６】
廃水の組成：ＳｉＯ２５，０００ｐｐｍ〜２０，００００ｐｐｍ、廃水の特性：  コロイド状で濁質物の沈澱なし。
【００２７】
濾過器１３のフィルタ：アルミナ質の円柱状の支持体の各貫通孔の内周にチタニア質のフイルタ膜を備えたモノリス構造体で、直径３０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、貫通孔の直径３ｍｍ、貫通孔の孔数３７個、フィルタ膜の平均細孔径０．００５μｍ〜０．０１μｍ。
【００２８】
運転条件：廃水の温度２５℃、循環速度６２Ｌ／ｍｉｎ、膜面線速４ｍ／ｓｅｃ。
【００２９】
かかる水回収実験におけるクロスフロー濾過における濾液および濃縮液の組成、逆浸透濾過膜濾過における濾液および濃縮液の組成、逆浸透濾過に換えたイオン交換樹脂処理による処理液の組成を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0003569605.tif 000002
【００３１】
但し、表中の（ａ）は化学的機械研磨からの廃水、（ｂ）はクロスフロー濾過における濾液、（ｃ）はクロスフロー濾過における濃縮液、（ｄ）は逆浸透濾過膜の濾過における濾液、（ｅ）は逆浸透濾過膜濾過における濃縮液、（ｆ）はイオン交換述処理における処理液を意味し、かつＳＳは懸濁物質を意味する。また、これらの成分の単位はｍｇ／Ｌであり、かつ導電率の単位はμＳ／ｃｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水回収方法を実施するための第１の回収装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る水回収方法を実施するための第２の回収装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０，２０…回収装置、１１，２１ａ，２１ｂ…貯溜タンク、１２，２２ａ，２２ｂ…循環ポンプ、１３，２３…濾過器、１４，２４…循環管路、１５，２５…供給管路、１６，２６…第１流出管路、１７，２７ａ…第２流出管路、２７ｂ…第３流出管路、２７ｃ…第４流出管路、２８…フィルタプレス器、２９…逆浸透濾過器、２９Ａ…イオン交換塔。
【図１】
0003569605.tif 000003
【図２】
0003569605.tif 000004