(57)【要約】【課題】逆浸透膜装置における尿素の除去率を向上させ、ＴＯＣ濃度の極めて低い超純水を得ることができる超純水製造方法及び超純水製造システムを提供する。【解決手段】尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を２．０〜４．０ＭＰａに加圧する加圧工程と、加圧された被処理水を逆浸透膜により尿素の除去率を６０％以上で処理する第１の逆浸透膜処理工程とを備える超純水製造方法及び尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水２．０〜４．０ＭＰａに加圧するポンプと、加圧された被処理水を逆浸透膜により尿素の除去率を６０％以上で処理する第１の逆浸透膜装置とを備える超純水製造システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を２．０〜４．０ＭＰａに加圧する加圧工程と、
加圧された被処理水を逆浸透膜により尿素の除去率を６０％以上で処理する第１の逆浸透膜処理工程とを備えることを特徴とする超純水製造方法。
【請求項２】
尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を逆浸透膜の標準運転圧力の範囲で、２．０〜４．０ＭＰａに加圧する加圧工程と、
加圧された被処理水を前記逆浸透膜により尿素の除去率を６０％以上で処理する第１の逆浸透膜処理工程とを備えることを特徴とする超純水製造方法。
【請求項３】
前記加圧工程における加圧力が３．０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超純水製造方法。
【請求項４】
前記第１の逆浸透膜処理工程における水回収率が、６０〜９０％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の超純水製造方法。
【請求項５】
原水から前記被処理水を生成する第１の除去工程を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の超純水製造方法。
【請求項６】
前記第１の除去工程は、
原水を活性炭に接触させる活性炭処理工程と、
活性炭処理水を逆浸透膜により処理する第２の逆浸透膜処理工程と、
紫外線酸化処理及び混床式イオン交換処理の組合せにより第２の逆浸透膜処理工程で得られた透過水中の有機物を分解除去する第２の除去工程と
を備えることを特徴とする請求項５記載の超純水製造方法。
【請求項７】
前記第１の除去工程は、
原水を活性炭に接触させる活性炭処理工程と、
活性炭処理水を陽イオン交換処理、脱炭酸処理及び陰イオン交換処理の組合せで処理する、２床３塔式処理工程又は３床４塔式処理工程と、
紫外線酸化処理及び混床式イオン交換処理の組合せを用いて、前記２床３塔式処理工程又は３床４塔式処理工程で得られた透処理水中の有機物を分解除去する第２の除去工程とを備えることを特徴とする請求項６記載の超純水製造方法。
【請求項８】
尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を２．０〜４．０ＭＰａに加圧するポンプと、
加圧された被処理水を逆浸透膜により尿素の除去率を６０％以上で処理する第１の逆浸透膜装置と
を備えることを特徴とする超純水製造システム。
【請求項９】
尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を逆浸透膜の標準運転圧力の範囲で、２．０〜４．０ＭＰａに加圧するポンプと、
加圧された被処理水を前記逆浸透膜により尿素の除去率を６０％以上で処理する第１の逆浸透膜処理装置とを備えることを特徴とする超純水製造システム。
【請求項１０】
前記ポンプは、前記被処理水を３．０ＭＰａ以上に加圧することを特徴とする請求項８又は９記載の超純水製造システム。
【請求項１１】
前記被処理水を生成する第１の除去システムを備えることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項記載の超純水製造システム。
【請求項１２】
前記第１の除去システムは、
活性炭装置と、
前記活性炭装置で得られた処理水を処理する第２の逆浸透膜装置と、
第２の逆浸透膜装置で得られた透過水中の有機物を分解除去する、紫外線酸化装置及び混床式イオン交換装置の組合せと
を順に備えることを特徴とする請求項１１記載の超純水製造システム。
【請求項１３】
前記第１の除去システムは、
活性炭装置と、
前記活性炭装置で得られた処理水を処理する、２床３塔式装置又は３床４塔式装置と、
前記２床３塔式装置又は３床４塔式装置で得られた処理水中の有機物を分解除去する、
紫外線酸化装置及び混床式イオン交換装置の組合せと
を順に備えることを特徴とする請求項１１記載の超純水製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超純水製造システムに係り、尿素の除去率を向上させた超純水製造方法及び超純水製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程等に使用される超純水は、一般に市水、井水、工業用水、半導体工場から回収される使用済み超純水等を原水として超純水製造システムによって製造されている。超純水製造システムは、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により構成されており、各システムでの処理は次のように行われる。
【０００３】
前処理システムは、凝集沈殿装置、砂ろ過装置、活性炭吸着装置（ＡＣ）、ｐＨ調整装置を組み合わせて原水を処理し、前処理水を製造する。一次純水システムは、ろ過分離装置、活性炭吸着装置、逆浸透膜（ＲＯ）装置、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）、脱気装置、イオン交換装置等を組み合わせて、前処理水中のイオン成分及び有機物を除去し、一次純水を製造する。二次純水システムは、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）、イオン交換装置、限外濾過装置（ＵＦ）等から構成され、一次純水の最終仕上げを行い、超純水を製造する。
【０００４】
近年、半導体製造工程で使用される超純水については、更なる高純度化の要求が厳しくなっており、例えば比抵抗率１８ＭΩ・ｃｍ以上、全有機炭素（ＴＯＣ）濃度１μｇＣ／Ｌ以下が求められてきている。
【０００５】
ところで、近年、超純水のＴＯＣ濃度の更なる低減について多くの試みがなされている中、従来の超純水製造システムでは原水中に含まれる尿素の除去率が十分でなく、処理水に残留する尿素がＴＯＣ濃度の低減を阻んでいることが判明してきた。そのため、尿素を効率よく高除去率で除去することが求められており、このような要求に対して、前処理システムに生物処理手段を含む超純水製造システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、被処理水に次亜臭素酸を添加する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、生物処理手段を使用する純水製造システムでは、尿素の高除去率を安定的に得ることができないという課題があった。また、次亜臭素酸を添加する方法では、反応性の高い薬品を使用するため、薬品の貯留や添加のための装置が必要であることや残留した薬品を処理することが必要であり、装置構成や操作が煩雑になる等の課題があった。このように、従来の方法では、尿素の高除去率かつ効率的な除去が未だ十分に行われていないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１９６５８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−５３１７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記した課題を解決するためになされたものであって、薬品を使用することなく逆浸透膜装置における尿素の除去率を向上させ、ＴＯＣ濃度の極めて低い超純水を製造することのできる超純水製造方法及び超純水製造システム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】
【０００９】
実施形態の超純水製造方法は、尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を２．０〜４．０ＭＰａに加圧する加圧工程と、加圧された被処理水を逆浸透膜により処理する第１の逆浸透膜処理工程とを備えることを特徴とする。
また、他の実施形態の超純水製造方法は、尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を逆浸透膜の標準運転圧力の範囲で、２．０〜４．０ＭＰａに加圧する加圧工程と、加圧された被処理水を前記逆浸透膜により処理する第１の逆浸透膜処理工程とを備えることを特徴とする。上記の実施形態において、逆浸透膜での尿素除去率は６０％以上である。また、加圧工程における加圧力は３．０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００１０】
実施形態の超純水製造システムは、尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を２．０〜４．０ＭＰａに加圧するポンプと、加圧された被処理水を逆浸透膜により処理する第１の逆浸透膜装置とを備えることを特徴とする。
また、他の実施形態の超純水製造システムは、尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を逆浸透膜の標準運転圧力の範囲で、２．０〜４．０ＭＰａに加圧するポンプと、加圧された被処理水を前記逆浸透膜により尿素の除去率を６０％以上で処理する第１の逆浸透膜処理装置とを備えることを特徴とする。上記の実施形態において、逆浸透膜での尿素除去率は６０％以上である。また、加圧工程における加圧力は３．０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
実施形態の超純水製造方法及び超純水製造システムによれば、逆浸透膜装置における尿素の除去率を向上させ、ＴＯＣ濃度の極めて低い超純水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の超純水製造システムを示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態の超純水製造システムを示すブロック図である。
【図３】第３の実施形態の超純水製造システムを示すブロック図である。
【図４】第４の実施形態の超純水製造システムを示すブロック図である。
【図５】実施例における水回収率と尿素除去率の関係を示すグラフである。
【図６】実施例及び比較例における尿素濃度と尿素除去率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。各図において、共通する機能を有する装置は同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
(第１の実施形態)
図１は第１の実施形態の超純水製造システム１のブロック図である。超純水製造システム１は、前処理システム１０と、一次純水システム２０と、二次純水システム３０とを順に備えている。二次純水システム３０はユースポイント（ＰＯＵ）４０に接続されて、製造された超純水をＰＯＵに供給するようになっている。
【００１５】
超純水製造システム１において、原水としては、特に限定されず、市水、井水、工業用水、ユースポイント４０から回収された使用済みの超純水等を用いることができる。
【００１６】
前処理システム１０は、原水を除濁し、必要に応じて熱交換器等により温度調節を行い、前処理水を製造する。前処理システム１０は例えば、砂ろ過装置、精密ろ過装置等を適宜選択して構成され、後段の一次純水システムの各装置への原水中の不純物による影響を抑えるために、主として除濁を行う。前処理システム１０は、製造した前処理水を一旦前処理水タンク１１に貯留させ、前処理水は一次純水システム２０に送られる。なお、原水の水質が一次純水システム２０に供給するために十分な水質である場合には、前処理システム１０は省略されてもよい。
【００１７】
本実施形態の一次純水システム２０は、前処理水から有機物、イオン成分及び溶存気体を除去して一次純水を製造する。一次純水システム２０は、活性炭装置（ＡＣ）２１、補助逆浸透膜装置（Ｓｕｂ−ＲＯ）２３、逆浸透膜装置（ＲＯ）２５、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）２６、混床式イオン交換装置（ＭＢ）２７をこの順に備えている。補助逆浸透膜装置２３及び逆浸透膜装置２５の直前には、補助逆浸透膜装置２３及び逆浸透膜装置２５に所定の供給圧で被処理水を供給するポンプ２２，２４がそれぞれ設けられている。ポンプ２２，２４は例えば、吐出圧の調節可能な給水ポンプである。
【００１８】
ここで、従来の超純水製造システムにおける逆浸透膜処理では低分子量の有機物が除去されず、特に、尿素の除去率が極めて低かった。これは、尿素は、分子量が６０と低分子量であることに加えて極性分子であるため、水との親和性が高く、水とともに逆浸透膜を通過してしまうためであると考えられる。また、従来の超純水製造システムでは、逆浸透膜装置を通過した尿素の一部は、紫外線酸化装置によっても分解されず、さらに、二次純水システムをも通過して、末端でのＴＯＣとして残留してしまうことがあった。
【００１９】
特に、被処理水の尿素濃度が極めて低い場合には、従来の超純水製造システムにおける逆浸透膜処理では尿素の除去が困難であった。これに対し、本実施形態の超純水製造システム１によれば、尿素濃度の低い被処理水を逆浸透膜処理するに際し、所定の供給圧以上とすることで、尿素の除去率を飛躍的に向上させること可能とした。
【００２０】
本実施形態の一次純水システム２０では、先ず、活性炭装置２１が前処理水中に混入する過酸化水素や塩素等、膜劣化の原因となる不純物を除去する。次いで、補助逆浸透膜装置２３が活性炭装置２１の処理水を脱塩する。このとき、活性炭装置２１及び補助逆浸透膜装置２３は尿素の一部を除去して、脱塩水の尿素濃度を１０〜１００μｇ／Ｌ、好ましくは３０〜５０μｇ／Ｌとする。
【００２１】
本実施形態の一次純水システム２０において、活性炭装置２１における尿素の除去率は４０〜６０％程度であることが好ましい。そのため、活性炭装置２１での被処理水の空間速度（ＳＶ）は、好ましくは５〜２０ｈｒ−１、より好ましくは７〜１５ｈｒ−１とする。また、活性炭装置２１における空間速度ＳＶを上記した値よりも小さく、例えばＳＶを２〜７ｈｒ−１とすることで、活性炭装置２１での尿素の除去量を増やすことができる。
【００２２】
補助逆浸透膜装置２３は、活性炭装置２１の処理水を脱塩するとともに活性炭装置２１の処理水中の尿素の一部を除去することができる。補助逆浸透膜２３において、尿素の除去率は２０〜４０％であることが好ましい。そのため、前処理水の水質にもよるが、補助逆浸透膜装置２３における水回収率は、５０〜８０％とすることが好ましい。また、脱塩能の点から、ポンプ２２は活性炭処理水を好ましくは０．５〜１．５ＭＰａ、より好ましくは０．７〜１．３ＭＰａに加圧して補助逆浸透膜装置２３に供給することが望ましい。
【００２３】
補助逆浸透膜装置２３としては、三酢酸セルロース系非対称膜、ポリアミド系の複合膜を、シート平膜、スパイラル膜、管状膜、中空糸膜とした膜モジュール等を特に限定されず用いることができる。補助逆浸透膜装置２３は、尿素の除去率と脱塩率を向上させるために、ポリアミド系の複合膜であることが好ましく、膜形状は、スパイラル膜であることが好ましい。
【００２４】
なお、補助逆浸透膜２３を２段直列に接続して２段補助逆浸透膜装置とすることで、尿素の除去量を増やすことが可能である。
【００２５】
逆浸透膜装置２５は、尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌ、好ましくは３０〜５０μｇ／Ｌの被処理水中の尿素を除去する。逆浸透膜装置２５を２段直列に接続した２段逆浸透膜装置として、２段目の逆浸透膜装置の被処理水の尿素濃度が上記した値となるようにしてもよい。このとき、ポンプ２４は被処理水を加圧して逆浸透膜装置２５における供給圧を２．０〜４．０ＭＰａ、好ましくは２．５〜３．５ＭＰａとする。これにより、逆浸透膜装置２５は尿素を高除去率で除去することができ、具体的には、尿素の除去率を好ましくは６０％以上、より好ましくは６５％以上とすることができ、尿素の除去率は８５％程度、より好ましくは９０％程度とすることが可能である。この際、ポンプ２４で加圧された被処理水の供給圧が２．０ＭＰａ以上であることで尿素を高除去率で除去することができ、４．０ＭＰａ以下であることで消費電力の増大を抑えることができる。
【００２６】
逆浸透膜装置２５における水回収率は、尿素の除去率を向上させるために、５０〜９５％であることが好ましく、６０〜９０％であることがより好ましく、６５〜８５％であることがさらに好ましい。なお、水回収率の調節は、逆浸透膜装置２５の濃縮水配管及び透過水配管に開度可変バルブを設け、当該バルブの開度を調節して濃縮水及び透過水の流量をそれぞれ変更することで達成できる。また、逆浸透装置２５へ通水するに先立ち、被処理水に、塩酸等の酸性剤又は、水酸化ナトリウム等のアルカリ性剤を添加して、任意のｐＨとしてもよい。この場合、例えば、被処理水に水酸化ナトリウムを添加してｐＨ１０〜１１とすることで、逆浸透装置２５における逆浸透膜面へのスケール生成を抑制し、水回収率を向上させることができる。
【００２７】
逆浸透膜装置２５としては、三酢酸セルロース系非対称膜や、ポリアミド系複合膜を用い、シート平膜、スパイラル膜、管状膜、中空糸膜とした膜モジュールを用いることができる。中でも、尿素を高除去率で除去するために、ポリスルホン製の支持膜に例えば界面重合法でポリアミドの超薄膜を形成したポリアミド複合膜をスパイラル膜として構成した膜モジュールや、三酢酸セルロース系非対称膜を中空糸膜として構成した膜モジュールが好ましく用いられ、尿素の除去率を向上させる点から、ポリアミド系の複合膜であることがより好ましく、膜形状はスパイラル膜であることがより好ましい。
【００２８】
逆浸透膜装置２５としては、例えば、ＳＷ−３０（ダウ・フィルムテック社製、最大運転圧力８．２ＭＰａ）やＳＵ８２０（東レ株式会社製）、ＴＭ８２０（東レ株式会社製）、ＮＴＲ−ＳＷＣ（日東電工株式会社製）等の市販品を用いることができる。なお、ＳＵ８２０、ＴＭ８２０、ＮＴＲ−ＳＷＣについても最大運転圧力はＳＷ−３０と同等である。
【００２９】
紫外線酸化装置２６は、例えば、１８５ｎｍ付近の波長を有する紫外線を照射可能な紫外線ランプを有し、この紫外線ランプから紫外線を被処理水に照射することで、被処理水中のＴＯＣを酸化分解する。紫外線酸化装置２６に用いられる紫外線ランプは、１８５ｎｍ付近の波長の紫外線のみを発生するランプである必要はなく、本実施形態では、例えば、１８５ｎｍ付近の波長の紫外線とともに２５４ｎｍ付近の波長の紫外線を放射する低圧水銀ランプを使用することができる。
【００３０】
紫外線酸化装置２６は、波長１８５ｎｍ付近の紫外線により、水を分解してＯＨラジカルを生成させ、このＯＨラジカルによって被処理水中の有機物を有機酸にまで酸化分解する。なお、一次純水システム２０の紫外線酸化装置２６における紫外線照射量は、被処理水の水質によって適宜変更することができる。例えば、紫外線照射量を０．２〜０．７ｋＷ・ｈ／ｍ３とすることで、尿素をさらに除去することができる。紫外線照射量は、処理水に求められる所望の尿素濃度に応じて上記範囲で調整することが好ましい。例えば、紫外線照射量を抑える観点からは０．２〜０．４ｋＷ・ｈ／ｍ３程度とすることが好ましく、より高純度な水質を得たい場合には、必要に応じ、紫外線照射量をこれ以上とすることで、尿素の除去量を増やすことができる。その際、紫外線照射量は０．７ｋＷ・ｈ／ｍ３程度あれば、十分な尿素除去率を得ることができる。
【００３１】
混床式イオン交換装置２７としては、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂を混合して充填した装置を用いることができ、再生式、非再生式のいずれであってもよい。混床式イオン交換装置２７は、前段の紫外線酸化装置２６で有機物が酸化分解されて生成した低分子量のイオン成分を吸着除去する。本実施形態の紫外線酸化装置２６及び混床式イオン交換装置２７の組み合わせにおける尿素の除去率は、４０〜６０％であることが好ましく、これにより、被処理水中に残留する尿素を除去してＴＯＣ濃度の低減された一次純水を得ることができる。一次純水は、例えば比抵抗率１７ＭΩ・ｃｍ以上、ＴＯＣ濃度が１０μｇＣ／Ｌ以下の超純水である。
【００３２】
本実施形態によれば、逆浸透膜装置２５が尿素を高除去率で除去し、さらに逆浸透膜装置２５の下流側の紫外線酸化装置２６及び混床式イオン交換装置２７の組合せで尿素を除去するので、高除去率で尿素を除去することができる。なお、混床式イオン交換装置２７の後段に膜脱気装置を設けてもよく、これにより被処理水中の溶存炭酸及び溶存酸素を除去することができる。
【００３３】
このように、本実施形態の一次純水システム２０では、先ず、活性炭装置２１及び補助逆浸透膜装置２３が前処理水から尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を生成し、ポンプ２４が逆浸透膜装置２５への被処理水の供給圧を２．０〜４．０ＭＰａに高めた状態で逆浸透膜装置２５が被処理水を逆浸透膜処理するため、尿素を高除去率で除去することができる。そして、その下流側の紫外線酸化装置２６と混床式イオン交換装置２７の組合せが、逆浸透膜装置２５の透過水中の微量の有機物を分解、吸着除去するので、より高純度の一次純水を製造することができる。また、逆浸透膜装置２５が尿素を高除去率で除去するため、尿素を分解するための酸化剤が不要であり、したがって、酸化剤を使用した場合に残留した酸化剤を還元するための還元剤を省略できる。また、尿素分解のために被処理水に酸化剤や還元剤を添加するための装置も不要である。
【００３４】
次いで、一次純水は一次純水タンク３１に一旦貯留された後、二次純水システム３０に送られる。二次純水システム３０は、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）３２、非再生式ポリッシャー（Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）３３、膜脱気装置（ＭＤＧ）３４及び限外ろ過装置（ＵＦ）３５を備え、全有機炭素（ＴＯＣ）濃度が５μｇＣ／Ｌ程度まで低減された一次純水中の有機物をさらに１μｇＣ／Ｌ程度まで低減した超純水を製造する。
【００３５】
二次純水システム３０における紫外線酸化装置３２の構成は、一次純水システム２０の紫外線酸化装置２６と同様である。紫外線酸化装置３２は、被処理水に１８５ｎｍ付近の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３２における紫外線照射量は、被処理水の水質によって適宜変更することができる。例えば、紫外線照射量を０．２〜０．７ｋＷ・ｈ／ｍ３とすることで、尿素をさらに除去することができる。紫外線照射量は、処理水に求められる所望の尿素濃度に応じて上記範囲で調整することが好ましい。例えば、紫外線照射量を抑える観点からは０．２〜０．４ｋＷ・ｈ／ｍ３程度とすることが好ましく、より高純度な水質を得たい場合には、必要に応じ、紫外線照射量をこれ以上とすることで、尿素の除去量を増やすことができる。その際、紫外線照射量は０．７ｋＷ・ｈ／ｍ３程度あれば、十分な尿素除去率を得ることができる。
【００３６】
非再生式ポリッシャー３３は、紫外線酸化装置３２が有機物を分解することで生成したイオン成分を吸着除去する。
【００３７】
非再生式ポリッシャー３３は、ボンベ等の容器に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充填された様式のものを備えている。膜脱気装置３４は、一次純水中の微量溶存酸素を除去して溶存酸素濃度を１μｇ／Ｌ程度以下まで低減する。限外ろ過膜装置３５は、上流側のイオン交換樹脂からの微量溶出物や微粒子成分を除去して０．０５μｍ以上の微粒子数を２５０Ｐｓｃ．／Ｌ以下程度まで低減する。
【００３８】
なお、不純物の極めて少ない一次純水を処理し、超高水質の超純水を製造するために、二次純水システム３０の各水処理装置は、薬品再生等を行わない交換タイプのものを用いることが好ましい。
【００３９】
このように、二次純水システム３０は、一次純水を処理してさらに高純度の超純水を製造する。この超純水はユースポイント４０に供給される。
【００４０】
以上説明した本実施形態の超純水製造システム１によれば、逆浸透膜装置２５における尿素の除去率が極めて高く、ＴＯＣ濃度の極めて低い超純水を効率よく製造することが可能である。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、図２を参照して第２の実施形態について説明する。本実施形態の超純水製造システム２は、逆浸透膜装置２５の後段に配置された紫外線酸化装置２６及び混床式イオン交換装置２７の組合せを補助逆浸透膜装置２３と逆浸透膜装置２５の間に配置した点で第１の実施形態と異なる。そのため、共通の要素には共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００４２】
本実施形態では一次純水システム２０において、先ず、活性炭装置２１及び補助逆浸透膜装置２３が前処理水から尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を生成し、ポンプ２４が逆浸透膜装置２５への被処理水の供給圧を２．０〜４．０ＭＰａに高めた状態で逆浸透膜装置２５が被処理水を逆浸透膜処理するため、尿素を高除去率で除去することができる。また、紫外線酸化装置２６及び混床式イオン交換装置２７の組合せが補助逆浸透膜装置２３の透過水から有機物を除去した後、この処理水を逆浸透膜装置２５が処理するため、逆浸透膜装置２５での水回収率を大きくして、尿素の除去率を向上させることができる。また、逆浸透膜装置２５が尿素を高除去率で除去するため、尿素を分解するための酸化剤が不要であり、したがって、酸化剤を使用した場合に残留した酸化剤を還元するための還元剤を省略できる。また、尿素分解のために被処理水に酸化剤や還元剤を添加するための装置も不要である。
【００４３】
（第３の実施形態）
次に、図３を参照して第３の実施形態について説明する。本実施形態の超純水製造システム３は、一次純水システム２０においてポンプ２２及び逆浸透膜装置２３に代えて２床３塔式装置２８を備える点で第１の実施形態と異なる。そのため、共通の要素には共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００４４】
図３は本実施形態の超純水製造システム３のブロック図である。本実施形態の一次純水システム２０は、２床３塔式装置（２Ｂ３Ｔ）２８、ポンプ２４、逆浸透膜装置（ＲＯ）２５、紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）２６、混床式イオン交換装置（ＭＢ）２７をこの順に備えている。本実施形態の一次純水システム２０は先ず、活性炭装置２１と、２床３塔式装置２８におけるイオン交換装置及び脱炭酸装置の組合せとが前処理水を脱塩するとともに尿素の一部を除去して尿素濃度が１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を生成する。次いで、逆浸透膜装置２５がコロイド及び尿素とそれ以外の有機物のほとんどを除去した後、紫外線酸化装置２６、混床式イオン交換装置２７の組合せが被処理水中に残留する分子量の小さい有機物を分解、除去する。
【００４５】
また、活性炭装置２１〜逆浸透膜装置２５の間の任意の位置に、補助逆浸透膜装置２３を設置してもよい。この場合には、被処理水の尿素をさらに除去して逆浸透膜装置２５の被処理水の尿素濃度を、好ましくは５０μｇ／Ｌ以下、より好ましくは３０μｇ／Ｌ以下に低減することができるので、尿素の除去率をさらに向上させることができる。
【００４６】
本実施形態の一次純水システム２０は、２床３塔式装置２８において脱塩することで、逆浸透膜装置２５の被処理水の塩濃度を低減することができるので、逆浸透膜装置２５における水回収率を向上させ、これにより逆浸透膜装置２５における尿素の除去率を向上させることができる。２床３塔式装置２８としては、陽イオン交換樹脂装置、脱炭酸塔及び陰イオン交換樹脂装置を順に備えた装置を用いることが好ましい。２床３塔式装置２８は、前処理水中の塩類と溶存炭酸を除去することができる。また、２床３塔式装置２８は、向流再生式であるため濁質分の影響を受けにくいという利点がある。原水が鉱酸や塩類を多く含む場合には、２床３塔式装置２８に代えて３床４塔式装置等を用いることができる。３床４塔式装置は、陽イオン交換樹脂装置、脱炭酸装置、弱塩基性陰イオン交換樹脂及び強塩基性イオン交換装置から構成されたものである。
【００４７】
第３の実施形態の超純水製造システム３では、先ず、活性炭装置２１及び２床３塔式装置２８が前処理水から尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を生成し、ポンプ２４が逆浸透膜装置２５への被処理水の供給圧を２．０〜４．０ＭＰａに高めた状態で逆浸透膜装置２５が被処理水を逆浸透膜処理するため、尿素を高除去率で除去することができる。そして、その下流側の紫外線酸化装置２６と混床式イオン交換装置２７の組合せが、逆浸透膜装置２５の透過水中の微量の有機物を分解、吸着除去するので、より高純度の一次純水を製造することができる。また、逆浸透膜装置２５が尿素を高除去率で除去するため、尿素を分解するための酸化剤が不要であり、したがって、酸化剤を使用した場合に残留した酸化剤を還元するための還元剤を省略できる。また、尿素分解のために被処理水に酸化剤や還元剤を添加するための装置も不要である。
【００４８】
（第４の実施形態）
次に、図４を参照して第４の実施形態について説明する。本実施形態の超純水製造システム４は、逆浸透膜装置の後段に配置された紫外線酸化装置２６及び混床式イオン交換装置２７の組合せを２床３塔式装置２８と逆浸透膜装置２５の間に配置した点で第３の実施形態と異なる。そのため、共通の要素には共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００４９】
第４の実施形態の超純水製造システム３では、先ず、活性炭装置２１及び２床３塔式装置２８が前処理水から尿素濃度１０〜１００μｇ／Ｌの被処理水を生成し、ポンプ２４が逆浸透膜装置２５への被処理水の供給圧を２．０〜４．０ＭＰａに高めた状態で逆浸透膜装置２５が被処理水を逆浸透膜処理するため、尿素を高除去率で除去することができる。また、紫外線酸化装置２６及び混床式イオン交換装置２７の組合せが２床３塔式装置２８の透過水から有機物を除去した後、この処理水を逆浸透膜装置２５が処理するため、逆浸透膜装置２５における水回収率を向上させ、これにより逆浸透膜装置２５における尿素の除去率を向上させることができる。また、逆浸透膜装置２５が尿素を高除去率で除去するため、尿素を分解するための酸化剤が不要であり、したがって、酸化剤を使用した場合に残留した酸化剤を還元するための還元剤を省略できる。また、尿素分解のために被処理水に酸化剤や還元剤を添加するための装置も不要である。
【実施例】
【００５０】
次に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
超純水（比抵抗率１８．２ＭΩ・ｃｍ、ＴＯＣ濃度２μｇＣ／Ｌ）に、尿素濃度が１００μｇ／Ｌとなるように定量ポンプを用いて尿素を加えながら、供給圧３．０ＭＰａで逆浸透膜モジュールＡ（ＳＷ３０、ダウ・フィルムテック社製）に通水した。水回収率５０％、７０％、８０％、９０％として実験を行い、それぞれ透過水中の尿素濃度を測定し、下記式（１）で示される尿素の除去率を計測した。
【００５１】
尿素除去率（％）＝［（供給水尿素濃度−透過水尿素濃度）／供給水尿素濃度）］×１００                                                                  …（１）
【００５２】
実施例１における水回収率と尿素除去率との関係を、水回収率を横軸、尿素除去率を縦軸として四角の黒点で図５のグラフに示す。
【００５３】
（実施例２）
実施例１において、ＲＯ供給水の尿素濃度を３０μｇ／Ｌとなるようにした他は実施例１と同様の条件、同様の装置で尿素除去率を測定した。実施例２における尿素除去率と水回収率との関係を黒三角点で図５のグラフに実施例１と併せて示す。
【００５４】
（実験例１）
実験例１において、水回収率を９０％、供給圧を３．０ＭＰａで、尿素濃度３０μｇ／Ｌ、５０μｇ／Ｌ、１００μｇ／Ｌ及び１０ｇ／Ｌの被処理水を逆浸透膜モジュールＡで実施例１と同様に処理した。このときの尿素濃度と尿素除去率の関係を、尿素濃度を横軸、尿素除去率を縦軸として白丸で図６のグラフに示す。
【００５５】
（実験例２）
実験例１において、水回収率を５０％として実験例１と同様の条件で同様の実験を行った。このときの尿素濃度と尿素除去率の関係を図６のグラフにひし形の白点で実験例１と併せて示す。
【００５６】
（実験例３）
実験例１において、供給圧を２．０ＭＰａとして実験例１と同様の条件で同様の実験を行った。このときの尿素濃度と尿素除去率の関係を図６のグラフに黒四角形で実験例１と併せて示す。
【００５７】
（比較例１）
実験例１において、逆浸透膜モジュールＡに代えて、逆浸透膜モジュールＢ（ＳＵ７２０、ダウ・フィルムテック社製）を用い、水回収率を５０％、供給圧を１．５ＭＰａとして実験例１と同様の実験を行った。このときの尿素濃度と尿素除去率の関係を白三角点で図６のグラフに実験例１、２と併せて示す。
【００５８】
図５より、３．０ＭＰａの供給圧において、尿素濃度が１００μｇ／Ｌでは、水回収率を上げていくと尿素の除去率は低下していくが、尿素濃度が３０μｇ／Ｌでは、水回収率を上げていくと尿素の除去率も向上することが分かる。図５には示していないが、水回収率を上げると尿素の除去率が向上する傾向は、尿素濃度が５０μｇ／Ｌ以下の条件で確認された。
【００５９】
また、図６より、実験例２と比較例１を比べると水回収率がいずれも５０％では、供給圧供給圧を１．５ＭＰａとした比較例１では、被処理水の尿素濃度が低いほど尿素除去率は低くなり、尿素濃度が１００μｇ／Ｌ以下では、尿素除去率は３０％に満たないことが判明した。一方、供給圧を３．０ＭＰａとした実験例２では尿素濃度が１００μｇ／Ｌから、これより小さくなるにしたがって、尿素除去率が徐々に低下していくことが判明した。さらに、実験例２と同じ条件で水回収率を大きくし、９０％となるようにした実験例１では、尿素濃度が１００μ／Ｌから、これより小さくなるにしたがって、尿素除去率が徐々に増加していくことが判明した。
【００６０】
以上より、被処理水の尿素濃度を１００μｇ／Ｌ以下、被処理水の供給圧を３．０ＭＰａ以上として逆浸透膜処理を行うことで、尿素の除去率が向上することが判明した。
【００６１】
（実施例３）
図１に示す超純水製造システム１において、活性炭装置２１に、尿素濃度１００μｇ／Ｌの被処理水を供給した場合の、活性炭装置２１、補助逆浸透膜装置２３、逆浸透膜装置２５、混床式イオン交換装置２７及びポリッシャー３３の処理水中の尿素濃度表１に示す。なお、本実施例におけるポリッシャー３３の処理水の尿素濃度（０．８μｇ／Ｌ）は、ＴＯＣ濃度で０．１６μｇＣ／Ｌに相当する。
【００６２】
本実施例における、各装置の仕様及び通水条件は次のようである。
原水：市水
活性炭装置（ＡＣ）２１：活性炭Ｆ４００（三菱化学カルゴン社製）を充填したもの、空間速度（ＳＶ）１０ｈｒ−１
補助逆浸透膜装置（Ｓｕｂ−ＲＯ）２３：逆浸透膜モジュールＳＵ７２０（ダウ・フィルムテック社製）、供給圧１．５ＭＰａ、水回収率７５％
逆浸透膜装置（ＲＯ）２５：逆浸透膜モジュールＳＷ３０（ダウ・フィルムテック社製）、供給圧２．０ＭＰａ、水回収率８５％
紫外線酸化装置（ＴＯＣ−ＵＶ）２６，３２：ＡＵＶ−８０００ＴＯＣ（日本フォトサイエンス（株）社製）、紫外線照射量０．３ｋＷ・ｈ／ｍ３
混床式イオン交換装置（ＭＢ）２７：陰イオン交換樹脂：強塩基性陰イオン交換樹脂デュオライトＡ−１１３ｐｌｕｓ（ローム＆ハース社製）及び陽イオン交換樹脂：強酸性陽イオン交換樹脂デュオライトＣ−２０（ローム＆ハース社製）を予め再生してＨ型とＯＨ型に変換した後に混合充填したもの、空間速度（ＳＶ）４０ｈｒ−１
ポリッシャー（Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）３３：陰イオン交換樹脂：強塩基性陰イオン交換樹脂デュオライトＡ−１１３ｐｌｕｓ（ローム＆ハース社製）及び陽イオン交換樹脂：強酸性陽イオン交換樹脂デュオライトＣ−２０（ローム＆ハース社製）を予め再生してＨ型とＯＨ型に変換した後に混合充填したもの、空間速度（ＳＶ）４０ｈｒ−１
【００６３】
【表１】
2018118253.tif 000003
【００６４】
（実施例４）
図２に示す超純水製造システム２において、活性炭装置２１に、尿素濃度１００μｇ／Ｌの被処理水を供給した場合の、活性炭装置２１、補助逆浸透膜装置２３、混床式イオン交換装置２７、逆浸透膜装置２５及びポリッシャー３３の処理水中の尿素濃度を表２に示す。なお、本実施例におけるポリッシャー３３の処理水の尿素濃度（０．５μｇ／Ｌ）は、ＴＯＣ濃度で０．１６μｇＣ／Ｌに相当する。
なお、実施例４で用いた各装置の仕様及び通水条件は実施例３と同様である。
【００６５】
【表２】
2018118253.tif 000004
【００６６】
（実施例５）
図３に示す超純水製造システム３において、活性炭装置２１に、尿素濃度１００μｇ／Ｌの被処理水を供給した場合の、活性炭装置２１、２床３塔式装置２８、逆浸透膜装置２５、混床式イオン交換装置２７及びポリッシャー３３の処理水中の尿素濃度を表３に示す。なお、本実施例におけるポリッシャー３３の処理水の尿素濃度（０．９μｇ／Ｌ）は、ＴＯＣ濃度で０．１８μｇＣ／Ｌに相当する。
【００６７】
実施例５で用いる２床３塔式装置２８の仕様は次の陽イオン交換樹脂塔、常圧脱気塔及び陰イオン交換樹脂塔をこの順に接続したものである。また、各水処理塔の通水条件を併せて示す。
２床３塔式装置２８：陽イオン交換樹脂塔：強酸性陽イオン交換樹脂デュオライトＣ−２０（ローム＆ハース社製）を充填したもの、空間速度（ＳＶ）＝１０ｈｒ−１
常圧脱気塔(野村マイクロ・サイエンス(株)社製)、
陰イオン交換樹脂塔：強塩基性陰イオン交換樹脂デュオライトＡ−１１３ｐｌｕｓ（ローム＆ハース社製）を充填したもの、空間速度（ＳＶ）＝１０ｈｒ−１、
また、実施例５における活性炭装置２１、逆浸透膜装置２５、紫外線酸化装置２６の装置の仕様及び通水条件は実施例３と同様である。
【００６８】
【表３】
2018118253.tif 000005
【００６９】
（実施例６）
図４に示す超純水製造システム４において、活性炭装置２１に、尿素濃度１００μｇ／Ｌの被処理水を供給した場合の、活性炭装置２１、２床３塔式装置２８、混床式イオン交換装置２７、逆浸透膜装置２５及びポリッシャー３３の処理水中の尿素濃度を表４に示す。なお、本実施例におけるポリッシャー３３の処理水の尿素濃度（０．７μｇ／Ｌ）は、ＴＯＣ濃度で０．１４μｇＣ／Ｌに相当する。なお、実施例６で用いる各装置の仕様及び通水条件は実施例５と同様である。
【００７０】
【表４】
2018118253.tif 000006
【００７１】
以上のように、実施例３〜実施例６の超純水製造システム１〜超純水製造システム４によれば、逆浸透膜装置２５において、尿素濃度が５０μｇ／Ｌの被処理水を、２．０ＭＰａ以上に加圧して処理するため、尿素の除去率が極めて高く、ＴＯＣ濃度が１μｇＣ／Ｌ以下の超純水を製造することができることが分かる。また、従来の水処理装置の単位装置を組み合わせることにより、尿素を１００μｇ／Ｌ以下程度で含む被処理水からも、ＴＯＣ濃度の極めて低い超純水が得られることが分かる。
【符号の説明】
【００７２】
１，２，３，４…超純水製造システム、１０…前処理システム、１１…前処理水タンク、２０…一次純水システム、２１…活性炭装置、２２，２４…ポンプ、２３…補助逆浸透膜装置、２５…逆浸透膜装置、２６…紫外線酸化装置、２７…混床式イオン交換装置、２８…２床３塔式装置、３０…二次純水システム、３１…一次純水タンク、３２…紫外線酸化装置、３３…非再生式ポリッシャー、３４…膜脱気装置、３５…限外ろ過膜装置。
【図１】
2018118253.tif 000007
【図２】
2018118253.tif 000008
【図３】
2018118253.tif 000009
【図４】
2018118253.tif 000010
【図５】
2018118253.tif 000011
【図６】
2018118253.tif 000012