(57)【要約】【課題】活性炭交換して純水製造運転を再開した直後であっても処理水質が十分に高いものとなる純水製造方法及び装置を提供する。【解決手段】活性炭塔１４内の活性炭を交換した後、該活性炭塔１４で馴養運転を行い、活性炭塔２４で純水製造運転を行う場合、弁１３，１６，１９ａと弁２３，２６，２８，４１が開とされ、他の弁は閉とされる。双方のポンプ１１，２１が作動されることにより、活性炭塔２４及びＷＡ塔３８に通水されて純水が配管４０から得られる。一方、活性炭塔１４の流出水は、配管１７，１９，９の順に流れて原水槽２に循環される。活性炭塔１４内の新品の活性炭に十分に生物膜が付着するまでこの循環通水を行い、その後、活性炭塔１４及びＷＡ塔３２の系統でも純水製造運転を行う。これにより、この系統での純水製造運転の再開直後から、配管３３から高水質の純水が得られる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＯＣ成分を含有した原水を活性炭床に通水して処理する吸着工程と、
該活性炭床の活性炭を交換する活性炭交換工程と
を有する純水製造方法において、
該活性炭交換工程の後、活性炭に生物を繁殖させる馴養工程を行い、その後、前記吸着工程に移行することを特徴とする純水製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記馴養工程にあっては、ＴＯＣ成分含有水を活性炭床に循環通水することを特徴とする純水製造方法。
【請求項３】
ＴＯＣ成分を含有した原水を生物活性炭床に通水して処理する吸着工程と、
該生物活性炭床の活性炭を交換する活性炭交換工程と
を有する純水製造方法において、
該活性炭交換工程にあっては、活性炭に生物を繁殖させた馴養済みの活性炭と交換することを特徴とする純水製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、吸着工程の後に高次処理手段にて処理する工程を設けることを特徴とする純水製造方法。
【請求項５】
請求項４において、前記高次処理手段は、イオン交換樹脂塔、膜分離装置及び電気脱イオン装置の少なくとも１種であることを特徴とする純水製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、複数の活性炭床を並列に設置しておき、一部の活性炭床で活性炭の交換又は馴養を行っているときに他の活性炭床に通水して純水の製造を継続することを特徴とする純水製造方法。
【請求項７】
原水が通水される活性炭床を有する純水製造装置において、
該活性炭床の流出水を処理水として取り出す流路選択と、該活性炭床よりも上流側に返送する流路選択とを切り替える流路選択手段を備えたことを特徴とする純水製造装置。
【請求項８】
請求項７において、処理水として取り出された水をさらに高次処理する高次処理手段を備えたことを特徴とする純水製造装置。
【請求項９】
請求項７又は８において、前記活性炭床が並列に複数個設けられており、各活性炭床に互いに独立に通水可能であることを特徴とする純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程等に用いられる純水の製造方法及び装置に関するものであり、特に、原水を生物活性炭で処理した後、必要に応じてさらにイオン交換樹脂、膜分離装置、電気脱イオン装置等によって処理するようにした純水製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体洗浄用水として用いられている超純水は、前処理システム、一次純水系システム及びサブシステム等から構成される超純水製造装置で原水（工業用水、市水、井水等）を処理することにより製造される。
【０００３】
前処理システムは、凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過（膜濾過）装置などよりなる。この前処理システムでは、原水中の懸濁物質やコロイド物質が除去される。また、この前処理システムでは高分子系有機物、疎水性有機物などの除去も可能である。
【０００４】
一次純水システムは、逆浸透膜分離装置、脱気装置及びイオン交換装置（混床式又は４床５塔式など）等を備える。この一次純水系システムでは、原水中のイオンや有機成分が除去される。なお、逆浸透膜分離装置では、塩類を除去すると共に、イオン性、コロイド性のＴＯＣを除去する。イオン交換装置では、塩類を除去すると共にイオン交換樹脂によって吸着又はイオン交換されるフッ素イオン等のイオン性汚濁物の除去を行う。脱気装置では無機系炭素（ＩＣ）、溶存酸素の除去を行う。
【０００５】
サブシステムは、低圧紫外線酸化装置、イオン交換純水装置及び限外濾過膜分離装置等を備える。このサブシステムでは、水の純度をより一層高め超純水にする。なお、低圧紫外線酸化装置では、低圧紫外線ランプより出される１８５ｎｍの紫外線によりＴＯＣを有機酸、さらにはＣＯ２まで分解する。分解により生成したイオン及びＣＯ２は後段のイオン交換樹脂で除去される。限外濾過膜分離装置では、微粒子が除去され、イオン交換樹脂の流出粒子も除去される。
【０００６】
本出願人は、水中の有機物（ＴＯＣ）成分を効率的に除去することができる超純水製造方法及び装置として、原水を除濁処理した後、膜脱気し、その後生物活性炭処理し、さらにＲＯ（逆浸透膜）処理、イオン交換処理又は電気脱イオン処理する方法及び装置を特開２００２−３５５６８３号にて提案している。また、特開２００２−３３６８８６号及び特開２００３−３４０４８１号では、一次純水システムに脱炭酸塔、生物活性炭塔、第１のＲＯ装置、イオン交換装置、脱気装置、及び第２のＲＯ装置をこの順に設置することを提案している。
【０００７】
この生物活性炭の有機物除去機構は、（ｉ）活性炭による有機物吸着効果；(ii)生物膜による有機物分解効果；(iii)活性炭内の微生物が活性炭に吸着した有機物を分解して細孔容積を回復させる生物再生効果の３つの機構よりなる。
【０００８】
この生物活性炭塔は、活性炭自体の吸着能が飽和に達するまでの時間が著しく長い。しかしながら、長時間通水を継続すると、活性炭が磨耗したり、あるいは水中の過酸化水素による酸化等により粒径が小さくなってくる。
【０００９】
そこで、２年間等の定期的あるいは非定期的に、生物活性炭装置の活性炭を新品と交換する必要がある。しかしながら、活性炭を新品と交換すると、新品の活性炭には生物膜が付着していないので、交換後、しばらくは処理水質が不十分になる。
【特許文献１】特開２００２−３５５６８３号
【特許文献２】特開２００２−３３６８８６号
【特許文献３】特開２００３−３４０４８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、活性炭交換して純水製造運転を再開した直後であっても処理水質が十分に高いものとなる純水製造方法及び装置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】
【００１１】
請求項１の純水製造方法は、ＴＯＣ成分を含有した原水を活性炭床に通水して吸着処理する純水製造工程と、該活性炭床の活性炭を交換する活性炭交換工程とを有する純水製造方法において、該活性炭交換工程の後、活性炭に生物を繁殖させる馴養工程を行い、その後、前記純水製造工程に移行することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の純水製造方法は、請求項１において、前記馴養工程にあっては、ＴＯＣ成分含有水を活性炭床に循環通水することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の純水製造方法は、ＴＯＣ成分を含有した原水を生物活性炭床に通水して吸着処理する純水製造工程と、該生物活性炭床の活性炭を交換する活性炭交換工程とを有する純水製造方法において、該活性炭交換工程にあっては、活性炭に生物を繁殖させた馴養済みの活性炭と交換することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４の純水製造方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、吸着工程の後に高次処理手段にて処理する工程を設けることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の純水製造方法は、請求項４において、前記高次処理手段は、イオン交換樹脂塔、膜分離装置及び電気脱イオン装置の少なくとも１種であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の純水製造方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、複数の活性炭床を並列に設置しておき、一部の活性炭床で活性炭の交換又は馴養を行っているときに他の活性炭床に通水して純水の製造を継続することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７の純水製造装置は、原水が通水される活性炭床を有する純水製造装置において、該活性炭床の流出水を処理水として取り出す流路選択と、該活性炭床よりも上流側に返送する流路選択とを切り替える流路選択手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８の純水製造装置は、請求項７において、処理水として取り出された水をさらに高次処理する高次処理手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項９の純水製造装置は、請求項７又は８において、前記活性炭床が並列に複数個設けられており、各活性炭床に互いに独立に通水可能であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の純水製造方法にあっては、活性炭を新品の活性炭に交換した場合であっても、活性炭交換後に馴養工程を行って活性炭に生物を繁殖させ、生物膜を十分に形成した後、純水製造を行う。従って、純水製造運転を再開した直後であっても、処理水質が十分に高いものとなる。
【００２１】
この馴養工程を行うには、請求項２の通り、活性炭床にＴＯＣ成分含有水を循環通水するのが簡便で好適である。
【００２２】
請求項３の純水製造方法にあっては、活性炭を馴養済みの活性炭と交換するため、純水製造運転再開直後にあっても処理水質は十分に高いものとなる。
【００２３】
請求項４の純水製造方法にあっては、活性炭床からの処理水をさらに高次処理手段で高次処理するので、より優れた水質の水が得られる。
【００２４】
上記の高次処理手段としては、請求項５の通り、イオン交換樹脂塔、膜分離装置及び電気脱イオン装置の少なくとも１種が好適である。
【００２５】
請求項６の純水製造方法にあっては、一部の活性炭床で活性炭の交換又は馴養を行っているときでも他の活性炭床で純水の製造を行うので、純水需要箇所に対し、純水を継続して供給することができる。
【００２６】
請求項７の純水製造装置によると、上記請求項１又は２の純水製造方法を容易に実施することができる。
【００２７】
請求項８の純水製造装置によると、さらに高次処理した水が得られる。
【００２８】
請求項９の純水製造装置によると、上記請求項７又は８のように純水を需要箇所に継続して供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第１図は実施の形態に係る純水製造装置の系統図、第２図〜第６図はその通水状況の説明図である。
【００３０】
第１図の通り、原水は原水導入用の配管１を介して原水槽２に導入される。この原水槽２内の原水は、配管３と、該配管３から分岐した分岐配管３ａ、ポンプ１１、配管１２、弁１３を介して活性炭塔（ＡＣ塔）１４に通水可能とされ、このＡＣ塔１４の処理水が配管１５、弁１６、配管１７、弁１８を通り、さらに配管３１を介して弱アニオン交換塔（ＷＡ塔）３２へ供給されるか、又は配管３５、弁３６、配管３７を介してＷＡ塔３８へ供給可能とされている。
【００３１】
また、配管３からの原水は、分岐配管３ｂ、ポンプ２１、配管２２、弁２３、活性炭塔（ＡＣ塔）２４、配管２５、弁２６、配管２７、弁２８を通り、さらに配管３９，３７を介してＷＡ塔３８へ供給されるか、又は配管３９、弁３６、配管３５，３１を介してＷＡ塔３２へ供給可能とされている。
【００３２】
活性炭塔１４，２４内に活性炭床が設けられている。この活性炭床は、流動床であってもよく、固定床であってもよい。
【００３３】
活性炭塔１４内の活性炭を馴養するために、活性炭塔１４からの流出水が配管１７、配管１９、弁１９ａ、集合配管９を介して原水槽２へ循環可能とされている。同様に、活性炭塔２４内の活性炭を馴養するために、活性炭塔２４の流出水が配管２７、配管２９、弁２９ａ、集合配管９を介して原水槽２へ循環可能とされている。
【００３４】
ＷＡ塔３２，３８の再生時に再生排水を排出するために配管１５から配管５１が分岐し、弁５２、配管５３を介して排出用配管５４に接続されている。また、配管２５から配管５５が分岐し、弁５６、配管５７を介して該配管５４に接続されている。
【００３５】
図示はしないが、この活性炭塔及びＷＡ塔との組み合わせよりなる系統を３系統以上設けてもよい。１つの系統に活性炭塔を直列に２以上設けてもよい。
【００３６】
次に、第２図を参照して、活性炭塔１４にて純水製造運転を行う場合の通水方法を説明する。この場合、弁１３，１６，１８，３４を開、他の弁を閉とし、ポンプ１１を起動する。これにより、原水は、配管３，３ａ，１２、活性炭塔１４、配管１５，１７，３１、ＷＡ塔３２、配管３３の順に流れ、処理水（純水）となる。なお、第２図では、ＷＡ塔３２に通水しているが、弁３４を閉、弁３６，４１を開とし、活性炭塔１４の流出水をＷＡ塔３８に通水することもできる。
【００３７】
活性炭塔２４にて純水製造運転を行う場合には、第３図の通り、弁２３，２６，２８，４１を開、他の弁を閉とし、ポンプ２１を起動する。これにより、原水は、配管３，３ｂ，２２、活性炭塔２４、配管２５，２７，３９，３７、ＷＡ塔３８、配管４０の順に流れて純水となる。なお、第３図ではＷＡ塔３８に通水しているが、弁３６，３４を開、弁４１を閉とし、活性炭塔２４の流出水をＷＡ塔３２に通水することもできる。
【００３８】
なお、図示はしないが、第２図と第３図の通水を併せて行うことにより、活性炭塔１４及びＷＡ塔３２の系統と、活性炭塔２４及びＷＡ塔３８の系統との双方において純水製造を行うことも可能である。
【００３９】
第４図を参照して、活性炭塔１４内の活性炭を交換した後、該活性炭塔１４で馴養運転を行い、活性炭塔２４で純水製造運転を行う場合の通水状況について説明する。
【００４０】
この場合、弁１３，１６，１９ａと弁２３，２６，２８，４１が開とされ、他の弁は閉とされている。双方のポンプ１１，２１が作動されることにより、第３図と同様に活性炭塔２４及びＷＡ塔３８に通水されて純水が配管４０から得られる。一方、活性炭塔１４の流出水は、配管１７，１９，９の順に流れて原水槽２に循環される。活性炭塔１４内の新品の活性炭に十分に生物膜が付着するまでこの循環通水を行い、その後、活性炭塔１４及びＷＡ塔３２の系統でも純水製造運転を行う。これにより、この系統での純水製造運転の再開直後から、配管３３から高水質の純水が得られる。
【００４１】
なお、第４図では、活性炭塔２４の流出水をＷＡ塔３８に通水しているが、ＷＡ塔３２に通水してもよい。
【００４２】
第５図を参照して、活性炭塔２４の活性炭交換後に活性炭塔２４で馴養運転を行い、活性炭塔２４及びＷＡ塔３２で純水製造運転を行う場合について説明する。
【００４３】
この場合は、弁１３，１６，１８，３４と弁２３，２６，２９ａを開とし、他の弁を閉とする。ポンプ１１，２１を作動させると、原水槽２内の原水が活性炭塔１４及びＷＡ塔３２を流れて配管３３から純水が得られる。一方、活性炭塔２４の流出水は、配管２７，２９，９を介して原水槽２に循環される。この循環通水は、活性炭塔２４内の新品の活性炭に生物膜が十分に付着するまで、継続する。その後、活性炭塔２４及びＷＡ塔３８による純水製造運転を再開する。この再開直後にあっても、配管４１からは高水質の純水が得られる。
【００４４】
上記実施の形態では、活性炭塔１４，２４の後段にＷＡ塔３２，３８を配置しているが、その他のイオン交換樹脂塔や、膜分離装置、電気脱イオン装置等の高次処理手段を用いてもよく、これらの２以上を組み合わせて配設してもよい。
【００４５】
本発明では、第６図のように、ＷＡ塔３２等の高次処理手段を省略し、活性炭塔１４，２４を並列設置してもよい。第６図では、配管３１、ＷＡ塔３２、配管３３、弁３４が省略され、また、配管３７、ＷＡ塔３８、配管４０、弁４１が省略されている。その他の構成は第１図と同一である。この場合、活性炭塔１４，２４の一方又は双方で原水の生物活性炭処理を行うことができる。また、一方の活性炭塔で生物活性炭処理を行い、その間他方の活性炭塔で新品活性炭の馴養のために原水循環通水を行うことができる。
【００４６】
請求項３の発明にあっては、活性炭塔の活性炭を交換する場合、別の活性炭塔で馴養運転して生物膜を付着させた馴養済みの活性炭を用いる。この場合、活性炭塔を複数並列に設けておくと、一部の活性炭塔で活性炭の交換を行っている間、他の活性炭塔で生物活性炭処理を継続することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
【００４８】
実施例１、比較例１
第６図に示す２系列の活性炭床を有する純水製造装置において、原水槽２の原水として、超純水にポリオキシアルキレンアルキルエーテルを含むノニオン性界面活性剤（和光純薬工業社製「ＮＣＷ−１００２」）をＴＯＣとして２０００μｇ／Ｌ添加したものを用いた。
【００４９】
先ず第１系列に活性炭塔１４での滞留時間が１５分となるように上記原水を供給した。
【００５０】
通水開始から８週間経過すると、活性炭塔の処理水のＴＯＣ濃度が１０μｇ／Ｌに安定した。一方、３ヶ月後に上記とは別の系列に新品活性炭を充填し、滞留時間が１５分となるように原水を供給後、処理水については全量原水槽に返送した。この状態を８週間継続したところ、処理水のＴＯＣが１０μｇ／Ｌとなったので、処理水を原水槽に返送することなく、第１系列の処理水とあわせて系外に取り出した。
【００５１】
第１系列運転後６ヶ月たったところで、第１系列の通水を中断した。そして活性炭床の活性炭を全量新品の活性炭と入れ替えた。そして先述と同様に活性炭床の処理水を全量原水槽に戻す運転により８週間馴養運転した。この間第２系列は通常運転されており、第７図の通り、処理水のＴＯＣは１０μｇ／Ｌで変りなかった。
【００５２】
一方、第２系列の処理水を分析したところ、馴養運転開始後６週間にわたっては、第７図の通り、ＴＯＣが１０μｇ／Ｌを超える値となった。従ってこの馴養処理水を系外に放出すると水質の悪化となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施の形態に係る純水製造装置の系統図である。
【図２】図１の純水製造装置への通水状況の説明図である。
【図３】図１の純水製造装置への通水状況の説明図である。
【図４】図１の純水製造装置への通水状況の説明図である。
【図５】図１の純水製造装置への通水状況の説明図である。
【図６】図１の純水製造装置への通水状況の説明図である。
【図７】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
２  原水槽
１４，２４  活性炭塔
３２，３８  弱アニオン交換塔
【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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