(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬度成分を含む工業用水およびフッ素イオンを含む半導体製造排水を原水として一次純水を製造するための純水製造装置であって、
（Ａ）工業用水中に酸供給路から酸添加して、遊離した炭酸ガスを除去する脱炭酸装置、
脱炭酸水を２０〜３０℃に加熱する加熱装置、および
加熱装置を出た水から硬度成分を含むイオンを脱イオンする第一の逆浸透膜分離装置を有し、イオン交換装置を有しない工業用水処理系と、
（Ｂ）半導体製造排水からフッ素イオンを含むイオンを脱イオンする第二の逆浸透膜分離装置を有し、イオン交換装置を有しない半導体製造排水処理系と、
（Ｃ）工業用水処理水路、半導体製造排水処理水路およびアルカリ供給路が連絡し、
前記工業用水処理系および半導体製造排水処理系の処理水ならびにアルカリを導入して混合し、ｐＨ８〜１０の混合原水とする混合装置と、
（Ｄ）前記混合原水を脱イオンする逆浸透膜分離装置およびイオン交換装置からなり、一次純水を製造する脱イオン装置を有する混合原水処理系と
を含む純水製造装置。
【請求項２】
混合原水処理系の逆浸透膜分離装置は、直列に２段以上設置された多段逆浸透膜分離装置である請求項１記載の純水製造装置。
【請求項３】
硬度成分を含む工業用水およびフッ素イオンを含む半導体製造排水を原水として一次純水を製造するための純水製造方法であって、
（ａ）工業用水中に酸添加しｐＨ５．５〜６．５に調整して、遊離した炭酸ガスを除去し、
脱炭酸水を２０〜３０℃に加熱し、
加熱した水から硬度成分を含むイオンを第一の逆浸透膜分離装置で脱イオンし、イオン交換を行わない工業用水処理工程と、
（ｂ）半導体製造排水からフッ素イオンを含むイオンを第二の逆浸透膜分離装置で脱イオンし、イオン交換を行わない半導体製造排水処理工程と、
（ｃ）工業用水処理水路、半導体製造排水処理水路およびアルカリ供給路から、
前記工業用水処理系および半導体製造排水処理系の処理水ならびにアルカリを混合装置に導入して混合し、ｐＨ８〜１０の混合原水とする混合工程と、
（ｄ）前記混合原水を逆浸透膜分離装置およびイオン交換装置からなる脱イオン装置で脱イオンし、一次純水を製造する混合原水処理工程と
を含む純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工業用水と半導体製造排水とを原水として純水を製造するための純水製造装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程等に使用される超純水は、一般に膜分離処理およびイオン交換からなる一次純水製造工程と、紫外線酸化、混床式イオン交換および限外濾過からなる二次純水製造工程（サブシステムとも呼ばれる）とを経て製造される。このような超純水製造工程に供給される原水としては、工業用水のほか、半導体製造工場等においては、半導体製造工程から排出される半導体製造排水を回収して原水としている。
【０００３】
ところが両者は含まれる成分が異なるため、異なる処理法により純水を製造している。すなわち半導体製造排水を原水とする場合は活性炭処理、弱塩基性アニオン交換、強酸性カチオン交換、強塩基性アニオン交換、膜分離の各工程を経て一次純水を製造している。これに対して工業用水を原水とする場合は活性炭処理、強酸性カチオン交換、脱気、強塩基性アニオン交換、膜分離の各工程を経て一次純水を製造している。
このように、従来の超純水製造工程では、原水ごとに別の処理法により一次純水を製造しているため、処理装置および操作が複雑となり、製造コストが高くなる。
【０００４】
この点を改善するために、両方の原水を混合して処理すると、膜分離装置においてスケールが付着して、処理水量が低下するとともに、処理水質が低下する。
この原因は工業用水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンと、半導体製造排水中のフッ素イオンとが反応して難溶性のフッ化カルシウムやフッ化マグネシウムが生成するためであると推測される。
【０００５】
このような問題点を解決するため、特開平７−３９８７１号には、工業用水を脱カチオンするカチオン交換装置を有する工業用水処理系と、半導体製造排水を脱アニオンするアニオン交換装置を有する半導体製造排水処理系と、これらの系で処理された混合原水を脱イオンする脱イオン装置を有する混合原水処理系とを含む純水製造装置が記載されている。
図３は上記公報に記載されている純水製造装置を示すフローシートである。図において、１は工業用水処理系、２は半導体製造排水処理系、３は混合装置、４は混合原水処理系である。
【０００６】
工業用水処理系１は、工業用水路１０５に連絡する貯水槽１０６、活性炭処理装置１０７、カチオン交換装置１０８、脱炭酸装置１０９が連絡路１１０〜１１２でシリーズに連絡し、脱炭酸装置１０９から工業用水処理水路１１３によって混合装置３に連絡している。１１４は活性炭層、１１５はカチオン交換樹脂層、１１６は充填材層である。
【０００７】
半導体製造排水処理系２は、半導体製造排水路１２１に連絡する貯水槽１２２、活性炭処理装置１２３、アニオン交換装置１２４が連絡路１２５、１２６でシリーズに連絡し、アニオン交換装置１２４から半導体製造排水処理水路１２７が混合装置３に連絡している。１２８は活性炭層、１２９はアニオン交換樹脂層である。
【０００８】
混合原水処理系４は、混合原水路１３１により混合装置３と連絡する生物濾過装置１３２、ＵＦ膜分離装置１３３、ＲＯ膜分離装置１３４、混床式イオン交換装置１３５が連絡路１３６〜１３８によりシリーズに連絡している。１４１は生物濾過層、１４３、１４４はポンプ、１４５はＵＦ膜モジュール、１４６はＲＯ膜モジュール、１４７、１４８は濃縮液取出路、１４９はイオン交換樹脂層、１５０は純水取出路である。
【０００９】
上記の純水製造装置による純水製造方法は次の通りである。工業用水路１０５および半導体製造排水路１２１から貯水槽１０６、１２２に入った工業用水および半導体製造排水は、それぞれ活性炭処理装置１０７、１２３において活性炭層１１４、１２８を通る間に活性炭処理されて有機物、固形物が除去される。
【００１０】
活性炭処理された工業用水はカチオン交換装置１０８において、カチオン交換樹脂層１１５を通る間にカチオン交換されて、カルシウムイオンやマグネシウムイオンを含むカチオンが除去される。これにより生じるｐＨ３．５〜４．５の酸性水は脱炭酸装置１０９において充填材層１１６を通る間に空気と気液接触して脱炭酸され、工業用水処理水となって混合装置３に入る。
【００１１】
活性炭処理された半導体製造排水はアニオン交換装置１２４において、アニオン交換樹脂層１２９を通過する間に、フッ素を含むアニオン（酸）が除去される。これによりｐＨが高くなるとともに、ｐＨ変動幅も小さくなる。ｐＨ９〜１０となった半導体製造排水処理水は、混合装置３に入って工業用水処理水と混合される。これによりｐＨ５〜７の混合原水が得られるが、工業用水中の硬度成分および半導体洗浄排水中のフッ素イオンは除去されているので不溶性塩は生成しない。
【００１２】
混合原水は必要によりアルカリを添加してｐＨ調整したのち、生物濾過装置１３２に供給され、好気性下に生物濾過層１４１を通過することにより有機物は生物分解され、固形物は除去される。生物濾過水はポンプ１４３でＵＦ膜分離装置１３３に供給され、生物汚泥等の固形物および有機物がＵＦ膜分離により分離される。そして膜分離による濃縮液は濃縮液取出路１４７から取り出され、透過液は連絡路１３７から取り出される。
【００１３】
ＵＦ膜分離装置１３３の透過液はポンプ１４４によりＲＯ膜分離装置１３４に供給され、膜分離により脱イオンされ、濃縮液は濃縮液取出路１４８から取り出され、透過液は連絡路１３８から取り出される。ＲＯ膜分離装置１３４の透過液は連絡路１３８から混床式イオン交換装置１３５に供給され、イオン交換樹脂層１４９を通過する間に、カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂により脱イオンされ、純水が純水取出路１５０から得られる。
カチオン交換装置１０８のカチオン交換樹脂は酸の通液により再生され、アニオン交換装置１２４のアニオン交換樹脂はアルカリ通液により再生される。
【００１４】
上記従来の方法においては、カチオン交換装置１０８において工業用水中の硬度成分が除去され、アニオン交換装置１２４において半導体製造排水中のフッ素イオンが除去されるため、フッ化カルシウム等の不溶性塩の生成によるスケール化が防止される。このためＵＦ膜分離装置１３３、ＲＯ膜分離装置１３４において、スケール化による処理能力や処理水質の低下は防止される。
【００１５】
また脱カチオンされた低ｐＨの工業用水に、脱アニオンされたｐＨの上昇した半導体製造排水を混合しているので、中和用のアルカリの使用量を少なくできるうえ、ｐＨの変動幅も小さくなる。このため膜透過装置への影響は軽減される。そしてさらに中和を行う場合でも、中和剤の添加量は少なくなり、ｐＨ変動幅も小さいため、添加量の制御も容易になる。
【００１６】
しかし、図３の従来の純水製造装置では、カチオン交換装置１０８のカチオン交換樹脂は酸の通液により再生され、またアニオン交換装置１２４のアニオン交換樹脂はアルカリ通液により再生されるので、再生剤に起因する酸およびアルカリがイオン交換処理後の工業用水および半導体製造排水中に一時的にリークし、このため混合原水のｐＨを一定に維持するために添加する酸またはアルカリの量の制御が難しく、最終的に得られる純水の電導度が変動するなど、純水の水質が一時的に変動する場合があるという問題点がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、安定して高水質の純水を効率よく製造することができる純水製造装置および方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の純水製造装置および方法である。
（１）硬度成分を含む工業用水およびフッ素イオンを含む半導体製造排水を原水として一次純水を製造するための純水製造装置であって、
（Ａ）工業用水中に酸供給路から酸添加して、遊離した炭酸ガスを除去する脱炭酸装置、
脱炭酸水を２０〜３０℃に加熱する加熱装置、および
加熱装置を出た水から硬度成分を含むイオンを脱イオンする第一の逆浸透膜分離装置を有し、イオン交換装置を有しない工業用水処理系と、
（Ｂ）半導体製造排水からフッ素イオンを含むイオンを脱イオンする第二の逆浸透膜分離装置を有し、イオン交換装置を有しない半導体製造排水処理系と、
（Ｃ）工業用水処理水路、半導体製造排水処理水路およびアルカリ供給路が連絡し、
前記工業用水処理系および半導体製造排水処理系の処理水ならびにアルカリを導入して混合し、ｐＨ８〜１０の混合原水とする混合装置と、
（Ｄ）前記混合原水を脱イオンする逆浸透膜分離装置およびイオン交換装置からなり、一次純水を製造する脱イオン装置を有する混合原水処理系と
を含む純水製造装置。
（２）混合原水処理系の逆浸透膜分離装置は、直列に２段以上設置された多段逆浸透膜分離装置である上記（１）記載の純水製造装置。
（３）硬度成分を含む工業用水およびフッ素イオンを含む半導体製造排水を原水として一次純水を製造するための純水製造方法であって、
（ａ）工業用水中に酸添加しｐＨ５．５〜６．５に調整して、遊離した炭酸ガスを除去し、
脱炭酸水を２０〜３０℃に加熱し、
加熱した水から硬度成分を含むイオンを第一の逆浸透膜分離装置で脱イオンし、イオン交換を行わない工業用水処理工程と、
（ｂ）半導体製造排水からフッ素イオンを含むイオンを第二の逆浸透膜分離装置で脱イオンし、イオン交換を行わない半導体製造排水処理工程と、
（ｃ）工業用水処理水路、半導体製造排水処理水路およびアルカリ供給路から、
前記工業用水処理系および半導体製造排水処理系の処理水ならびにアルカリを混合装置に導入して混合し、ｐＨ８〜１０の混合原水とする混合工程と、
（ｄ）前記混合原水を逆浸透膜分離装置およびイオン交換装置からなる脱イオン装置で脱イオンし、一次純水を製造する混合原水処理工程と
を含む純水製造方法。
【００１９】
本発明において、工業用水処理系は、第一の逆浸透膜分離装置を有し、イオン交換装置を有しない。工業用水処理系に設ける第一の逆浸透（ＲＯ）膜分離装置は、カルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分の除去を目的とするものであるが、他のイオン等の不純物も除去される。第一のＲＯ膜分離装置としては、スパイラル型、チューブラー型、ホローファイバ型など、任意の形式のＲＯ膜モジュールを備えた公知のＲＯ膜分離装置を用いることができる。
【００２０】
工業用水処理系には、脱炭酸装置および加熱装置が設けられる。またこのほか活性炭処理装置；ミリポアフィルタ（ＭＦ）、限外濾過（ＵＦ）等の膜分離装置などの前処理装置を設けるのが好ましい。これらの前処理装置は単独で設けることもできるし、複数の装置を組み合せて設けることもできる。脱炭酸装置は酸性下に炭酸を除去する装置であり、気液接触式、真空式など任意の形式のものが使用できる。原水（工業用水）中に炭酸ガスが含まれていると、第一のＲＯ膜分離装置でカルシウムイオンやマグネシウムイオンが濃縮された際に炭酸塩として膜面に析出し、目詰まりの原因になるので、前処理で脱炭酸しておくことにより、目詰まりを防ぐことができる。
【００２１】
活性炭処理装置は活性炭に有機物や固形物などを吸着させて除去する装置であり、活性炭層に通水して吸着させる形式など任意の形式のものが使用できる。活性炭処理装置の通水速度は５〜２０ｈｒ-1程度が好ましい。ＭＦ、ＵＦ等の膜分離装置は有機物や固形物などを濾過して除去する装置であり、公知のものが使用できる。工業用水処理系の処理水中に溶解している炭酸ガスの量が多い場合、混合原水処理系に設けられる脱イオン装置での負荷が大きくなるので、この点からも工業用水処理系には脱炭酸装置が設けられる。
【００２２】
本発明において、半導体製造排水処理系は、第二の逆浸透膜分離装置を有し、イオン交換装置を有しない。半導体製造排水処理系に設ける第二の逆浸透（ＲＯ）膜分離装置はフッ素イオンおよび他のアニオン（酸）の除去を目的とするものであるが、排水中に含まれる酸その他の不純物も除去される。第二のＲＯ膜分離装置としては、スパイラル型、チューブラー型、ホローファイバ型など、任意の形式のＲＯ膜モジュールを備えた公知のＲＯ膜分離装置を用いることができる。第二のＲＯ膜分離装置は第一のＲＯ膜分離装置と同じものであっても、異なるものであってもよい。
【００２３】
半導体製造排水処理系には、活性炭処理装置；ＭＦ、ＵＦ等の膜分離装置などの前処理装置を設けるのが好ましい。これらの前処理装置としては、工業用水処理系において説明した前記前処理装置と同じものが使用できる。
【００２４】
本発明における混合装置は、工業用水処理系の処理水と半導体製造排水処理系の処理水とを混合し、アルカリ供給路からアルカリを添加できるものであればよく、一般的には混合水槽が用いられるが、単にパイプを接続するだけでもよい。また脱炭酸装置を用いることもでき、この場合脱炭酸水が得られる水槽を混合装置とすることができる。
【００２５】
混合原水処理系は一次純水製造系として用いられるものであり、そこに設けられる混合原水を脱イオンする脱イオン装置としては、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置等の膜分離装置とイオン交換装置の組み合せからなるものが使用できる。好ましくは直列に２段以上設置された多段逆浸透膜分離装置とイオン交換装置との組み合せからなるものである。脱イオン装置として直列に２段以上設置された多段逆浸透膜分離装置を採用すると、高い水質の純水が安定して得られる。またイオン交換装置における負荷が小さくなり、このためイオン交換樹脂の再生頻度を少なくすることができる。
【００２６】
本発明では工業用水を第一のＲＯ膜分離装置で脱イオンして硬度成分を除去し、半導体製造排水から第二のＲＯ膜分離装置で脱イオンしてフッ素イオンを除去しているので、混合原水におけるフッ化カルシウム等の生成が防止され、このため混合原水処理系において膜分離装置を使用してもスケール化による性能低下は少ない。この場合、工業用水処理系において第一のＲＯ膜分離装置の前処理として脱炭酸装置を設けてあらかじめ炭酸ガスを除去することにより、第一のＲＯ膜分離装置のスケール化による性能低下を防止することができる。また半導体製造排水処理系では、フッ素イオンを不溶化するイオンは含まれていないので、スケール化は起こらない。
【００２７】
混合原水処理系に設けられる脱イオン用の膜分離装置としては、ＲＯ膜を用いて膜分離によりイオンを分離するＲＯ装置があげられる。このような膜分離装置としては、スパイラル型、チューブラー型、ホローファイバ型など、任意の形式のＲＯ膜モジュールを備えた公知のものを用いることができる。混合原水処理系に設けられるＲＯ膜分離装置は、第一および／または第二のＲＯ膜分離装置と同じものであっても、異なるものであってもよい。
【００２８】
混合原水処理系に設けられるイオン交換装置は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂により脱カチオンおよび脱アニオンする装置である。カチオン交換樹脂としては強酸性カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂としては強塩基性アニオン交換樹脂を使用するが、場合によっては弱酸または弱塩基性の樹脂を組み合せて用いることができる。これらのイオン交換樹脂はゲル型、ポーラス型のいずれでもよい。イオン交換装置は２塔式、複床式、混床式など任意の方式を採用することができる。
【００２９】
脱イオン装置として膜分離装置またはイオン交換装置をそれぞれ単独で採用するときは、複数段シリーズに接続するのが好ましい。両者を組み合せるときは膜分離装置を前に配置すると、後段のイオン負荷を軽減し、再生頻度を少なくすることができる。脱イオン装置としてイオン交換装置のみを設ける場合でも、前処理としてミリポアフィルタ（ＭＦ）、限外濾過（ＵＦ）等の膜分離装置を設けることにより、イオン交換樹脂の性能低下を防止できるため好ましい。
【００３０】
工業用水および／または半導体製造排水が有機物、懸濁物等の不純物を含む場合には、混合原水を脱イオン前に、前処理装置を設けてこれらの不純物を除去するのが好ましい。このような前処理装置としては、ＭＦ膜、ＵＦ膜等を用いた膜分離装置、生物濾過装置、紫外線（ＵＶ）酸化装置、活性炭処理装置等が使用できる。生物濾過装置を設ける場合は、脱イオン装置としてイオン波形板スペーサを用いた膜分離装置を組み合せて用いるのが好ましい。
【００３１】
膜分離装置の前に生物濾過装置を組み合せて用いるときは、集水管の外周に波形板のスペーサを介してＲＯ膜を巻付けたスパイラル形モジュールを備えたＲＯ膜分離装置が好ましい。このような波形板スペーサを用いた膜分離装置は、特開昭６４−４７４０４号、特開昭６４−５１１０５号に開示されているように、集水管の外周の波形板のスペーサを介してＵＦ膜等の分離膜をスパイラルに巻付けた構造で、スペーサは巻付方向と交差する方向に、波形によって形成される連続した被処理水路を有し、被処理水路はその延長方向に対して蛇行流路となるか、あるいは凹凸部によって乱流を生じさせ、固形物が被処理液流路内に堆積して閉塞しないようになったものが好ましい。
【００３２】
生物濾過装置は、固定床もしくは流動床を形成する粒状の担体または空隙率の高い充填材に生物汚泥を付着させたり、あるいは生物汚泥を浮遊状態で保持した濾過槽に、好気状態で混合原水を通過させて、有機物を生物分解するとともに、懸濁物を捕捉するように構成される。
【００３３】
生物濾過装置と組み合せる膜分離装置は、脱イオン装置としてのＲＯ膜を用いた膜分離装置を兼用させてもよいが、ＭＦ膜、ＵＦ膜を用いた膜分離装置を用いて、バクテリアや有機物、固形物等を除去するのが好ましい。この場合でもさらに脱イオン装置として膜分離装置を採用することができる。
【００３４】
また混合原水処理系には、脱イオン装置の後工程、または脱イオン装置と脱イオン装置との間に、ＭＦ膜分離装置、ＵＦ膜分離装置、ＵＶ殺菌装置、ＵＶ酸化装置、脱気装置などの装置を単独でまたは組み合せて設けることができる。脱気装置としては、充填材を充填して窒素等のガスと向流接触させる脱気装置、真空脱気装置、膜脱気装置などの公知の脱気装置が使用できる。
【００３５】
本発明において原水として用いる工業用水は、水道水、地下水、河川水など、一般に純水製造の原水として用いられるものが、そのまま使用できる。この工業用水は凝集沈殿処理等の予備処理を行って本発明の処理に供することができる。このような工業用水中には、通常カルシウムイオンやマグネシウムイオン等のカチオンが含まれている。
【００３６】
他方の原水として用いる半導体製造排水は、半導体製造工程から排出される洗浄排水その他の排水であって、フッ素イオンを含む排水である。半導体製造排水は予め活性炭処理等の予備処理を行って本発明の処理に供することができる。このような半導体製造排水中には、フッ素イオンに加えて、通常のアニオン（酸）が含まれている。
【００３７】
【作用】
このような工業用水および半導体製造排水を混合すると工業用水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンと半導体製造排水中のフッ素イオンとが反応して、フッ化カルシウム等のコロイドが生成し、膜分離装置においてスケール化する。そしてフッ化カルシウム等が分離膜に付着すると、薬品洗浄を行っても容易に性能が回復せず、処理水量が低下するとともに、付着物が少しずつ溶出して、処理水質が低下する。
【００３８】
本発明では、このようなフッ化カルシウム等のスケールの生成を防止するために、工業用水処理系に工業用水を供給し、第一のＲＯ膜分離装置でカルシウムイオン等の硬度成分を除去する。また半導体製造排水処理系に半導体製造排水を導入し、第二のＲＯ膜分離装置で膜分離してフッ素イオンおよび他のアニオン（酸）を除去する。このため混合装置で工業用水処理系の処理水と、半導体製造排水処理系の処理水とを混合しても、フッ化カルシウム等のコロイドの生成が防止され、このため混合原水処理系における膜分離装置でのスケール化が防止される。従って、フッ化カルシウム等が分離膜に付着することに起因する処理水量の低下や処理水質の低下が防止される。
【００３９】
また、半導体製造排水のｐＨは通常３〜７で変動するが、第二のＲＯ膜分離装置で膜分離してアニオン（酸）を除去することにより、ｐＨが平均化して中性に近い半導体製造排水処理系の処理水が得られる。工業用水処理系の処理水も同様であるので、これらの混合原水のｐＨは平均化しており、その制御は容易である。
【００４０】
さらに工業用水処理系および半導体製造排水処理系ではＲＯ膜分離装置を用いて脱イオン処理が行われるので、イオン交換樹脂を用いた場合のような再生剤のリークはなく、安定して高水質の純水が効率よく製造される。混合原水処理系では、膜分離装置、イオン交換装置等において脱イオンを行い、純水を製造する。膜分離装置にＲＯ膜分離装置を用いると、脱イオンが行われるため、イオン交換装置のイオン負荷が軽減される。こうして製造される純水は、さらに二次純水製造工程において紫外線酸化、混床式イオン交換、ＵＦ膜分離などの処理を行って超純水を製造することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、工業用水中に酸添加して、遊離した炭酸ガスを除去し、脱炭酸水を加熱し、硬度成分を含むイオンを第一の逆浸透膜分離装置で脱イオンすることにより、イオン交換を行うことなく工業用水処理し、また半導体製造排水からフッ素イオンを含むイオンを第二の逆浸透膜分離装置で脱イオンすることにより、イオン交換を行うことなく半導体製造排水処理し、これらの工業用水処理系および半導体製造排水処理系の処理水ならびにアルカリを混合装置に導入して混合して、ｐＨ８〜１０の混合原水とし、この混合原水を逆浸透膜分離装置およびイオン交換装置からなる脱イオン装置で脱イオンし、一次純水を製造するようにしたので、イオン交換装置を採用した場合のような再生剤に起因する酸やアルカリのリークが生じることはなく、このため安定して高水質の純水を効率よく製造することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１〜図２は実施例の純水製造装置を示すフローシートであり、図１が工業用水処理系および半導体製造排水処理系、図２が混合原水処理系を示している。図において、１は工業用水処理系、２は半導体製造排水処理系、３は混合装置、４は混合原水処理系である。
【００４３】
工業用水処理系１は、工業用水路５に連絡する脱炭酸装置６、活性炭処理装置７、加熱装置８、ＭＦ膜分離装置９、第一ＲＯ膜分離装置１０が連絡路１５〜１８でシリーズに連絡し、第一ＲＯ膜分離装置１０から工業用水処理水路１９によって混合装置３に連絡している。２１は充填材層、２２は送気路、２３は活性炭層、２４はＲＯ膜モジュール、２５は濃縮液取出路、２６は酸供給路、２７は排ガス路、２８、２９はポンプである。
【００４４】
半導体製造排水処理系２は、半導体製造排水路３１に連絡する貯水槽３２、活性炭処理装置３３、ＭＦ膜分離装置３４、第二ＲＯ膜分離装置３５が連絡路４１〜４３でシリーズに連絡し、第二ＲＯ膜分離装置３５から半導体製造排水処理水路４４が混合装置３に連絡している。５１は活性炭層、５２はＲＯ膜モジュール、５３は濃縮液取出路、５４、５５はポンプである。
【００４５】
混合装置３には、工業用水処理系１から連絡する工業用水処理水路１９、半導体製造排水処理系２から連絡する半導体製造排水処理水路４４、アルカリ供給路６０、および混合原水処理系４に連絡する混合原水路６１が接続している。
【００４６】
混合原水処理系４は、混合原水路６１により混合装置３と連絡するＵＶ殺菌装置６２、ＭＦ膜分離装置６３、第三ＲＯ膜分離装置６４、第四ＲＯ膜分離装置６５、ＵＶ酸化装置６６、膜脱気装置６７、混床式イオン交換装置６８が連絡路７１〜７６によりシリーズに連絡している。８２、８３はＲＯ膜モジュール、８４、８５は濃縮液取出路、８７は脱気膜モジュール、８８は混床式イオン交換樹脂層、９１、９２、９３はポンプ、９４は純水取出路である。ＵＶ殺菌装置６２およびＭＦ膜分離装置６３は前処理装置を構成し、第三ＲＯ膜分離装置６４、第四ＲＯ膜分離装置６５および混床式イオン交換装置６８は脱イオン装置を構成している。膜脱気装置６７は撥水性膜を通して加圧または減圧下にガスを透過させて気体を除去する装置である。撥水膜としては、ポリプロピレン等の材質からなる平膜、スパイラル状膜、チューブラー膜、中空糸膜など、従来から用いられているものが使用できる。混床式イオン交換装置６８はカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂の混床からなる混床式イオン交換樹脂層８８を内蔵している。混床式イオン交換装置６８としては、再生型の混床式イオン交換装置または非再生型の混床式イオン交換装置が使用できる。
【００４７】
上記の純水製造装置による純水製造方法は次の通りである。工業用水路５から工業用水処理系１に入る工業用水に、酸供給路２６から酸が添加され、ｐＨ５．５〜６．５、好ましくはｐＨ６前後に調整される。これにより工業用水中の炭酸イオン、重炭酸イオンが炭酸ガスとして一部遊離する。ｐＨ調整された工業用水は工業用水路５から脱炭酸装置６に入り、充填材層２１上に散布されて充填材層２１を下向流で通る。この間に送気路２２から送気する上向気流と接触させることにより、あるいは排ガス路２７から吸引して真空にすることにより、工業用水中の遊離した炭酸ガスが除去される。
【００４８】
この脱炭酸水はポンプ２８により活性炭処理装置７に導入され、活性炭層２３を通る間に活性炭処理されて有機物、固形物が除去される。この活性炭処理水は加熱装置８で２０〜３０℃、好ましくは２５℃前後に加熱されたのち、ＭＦ膜分離装置９に入り、残留する固形物が除去される。ＭＦ膜分離装置９の透過水はポンプ２９により加圧されて第一ＲＯ膜分離装置１０に入り、ＲＯ膜モジュール２４により脱イオンされる。ここでは塩類や低分子量の有機物その他の不純物が除去され、これに伴ってカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの硬度成分も除去される。第一ＲＯ膜分離装置１０による濃縮液は濃縮液取出路２５から取り出され、透過水は工業用水処理水路１９から取り出され、工業用水処理水となって混合装置３に入る。通常、この工業用水処理水のｐＨは４．５〜５．５である。
【００４９】
半導体製造排水路３１から貯水槽３２に入った半導体製造排水は、ポンプ５４により活性炭処理装置３３に導入され、活性炭層５１を通る間に活性炭処理されて有機物、固形物が除去される。この活性炭処理水はＭＦ膜分離装置３４において残留する固形物が除去される。ＭＦ膜分離装置３４の透過水はポンプ５５により加圧されて第二ＲＯ膜分離装置３５に入り、ＲＯ膜モジュール５２により脱イオンされる。ここでは半導体製造排水中に含まれるイオンや低分子量有機物等の不純物が除去され、それに伴ってフッ素イオンおよびアニオン（酸）も除去される。第二ＲＯ膜分離装置３５による濃縮液は濃縮液取出路５３から取り出され、透過水は半導体製造排水処理水路４４から取り出され、半導体製造排水処理水となって混合装置３に入る。通常、この半導体製造排水処理水のｐＨは４．５〜５．５である。
【００５０】
混合装置３では、工業用水処理水および半導体製造排水処理水が混合されて混合原水が得られるが、工業用水中の硬度成分および半導体洗浄排水中のフッ素イオンは除去されているので、不溶性塩は生成しない。また半導体洗浄排水中のアニオンも除去されているので、半導体洗浄排水のｐＨが変動しても平均化したｐＨの処理水が得られる。
【００５１】
混合原水にはアルカリ供給路６０からアルカリが添加され、ｐＨ８〜１０、好ましくは８．５〜９．５に調整される。この場合、脱炭酸装置６において炭酸ガスが除去されているので、アルカリの添加量は少ない。また半導体洗浄排水のｐＨが変動する場合でも、その処理水のｐＨは平均化しているので、混合原水のｐＨの制御は容易である。
上記ｐＨに調整することにより、混合原水中のシリカがケイ酸イオンとして、また残留する炭酸ガスが炭酸イオンとしてイオン化し、第三ＲＯ膜分離装置６４および第四ＲＯ膜分離装置６５による分離を容易にする。
【００５２】
ｐＨ調整された混合原水はポンプ９１によりＵＶ殺菌装置６２に導入されて殺菌されたのち、ＭＦ膜分離装置６３において固形分が除去される。ＭＦ膜分離装置６３の透過水はポンプ９２により加圧されて第三ＲＯ膜分離装置６４に入り、ＲＯ膜モジュール８２により脱イオンされ、さらにポンプ９３により加圧されて第四ＲＯ膜分離装置６５に入り、ＲＯ膜モジュール８３により脱イオンされる。第三ＲＯ膜分離装置６４および第四ＲＯ膜分離装置６５では、混合原水中に含まれる塩分、イオン、低分子有機物等が除去され、これに伴ってイオン化したケイ酸イオンおよび炭酸イオンも除去される。第三ＲＯ膜分離装置６４および第四ＲＯ膜分離装置６５による濃縮液はそれぞれ濃縮液取出路８４、８５から取り出される。
【００５３】
第四ＲＯ膜分離装置６５の透過水はＵＶ酸化装置６６に入り、残留する有機物が酸化分解されたのち、膜脱気装置６７に入り、脱気処理されて空気、酸素、二酸化炭素等の気体が除去される。さらに混床式イオン交換装置６８に入り、混床式イオン交換樹脂層８８を通る間にイオン交換され、純水が純水取出路９４から得られる。
【００５４】
第一ないし第四ＲＯ膜分離装置１０、３５、６４、６５またはＭＦ膜分離装置９、３４、６３の性能が低下した場合は、逆方向に水を透過させたり、物理的または化学的に洗浄を行うなどの方法により性能を回復することができる。
【００５５】
上記の方法においては、第一ＲＯ膜分離装置１０において工業用水中の硬度成分が除去され、第二ＲＯ膜分離装置３５において半導体製造排水中のフッ素イオンが除去されるため、これらの処理水を混合してもフッ化カルシウム等の不溶性塩の生成によるスケール化が防止される。このためＭＦ膜分離装置６３ならびに第三および第四ＲＯ膜分離装置６４、６５において、スケール化による処理能力や処理水質の低下は防止される。このため脱イオン装置として第三および第四ＲＯ膜分離装置６４、６５を用いることができ、これにより混床式イオン交換装置６８におけるイオン負荷を軽減し、煩雑な再生操作を軽減することができる。このスケール防止効果は、工業用水の脱イオンのみを行う場合、あるいは半導体製造排水の脱イオンのみを行う場合よりも高い。
【００５６】
また工業用水処理系１および半導体製造排水処理系２では、ＲＯ膜分離装置１０、３５により脱イオンを行っているので、再生剤に起因する酸およびアルカリのリークはなく、また半導体洗浄排水のｐＨが変動する場合でも、その処理水のｐＨは平均化しているので、混合原水のｐＨの制御は容易であるので、安定して高水質の純水が容易に得られる。
さらに混合原水処理系４では、直列に２段に設置された第三および第四ＲＯ膜分離装置６４、６５により脱イオンを行っているので、脱イオン処理能は高く、しかも混床式イオン交換装置６８におけるイオン負荷は小さい。
【００５７】
【実施例】
実施例１
ｐＨ７．０、電導度１５０μＳ／ｃｍ、カルシウム４０ｍｇ／ｌの工業用水、およびｐＨ２．５、電導度３００μＳ／ｃｍ、フッ化物イオン２０ｍｇ／ｌ、Ｈ2Ｏ2 １０ｍｇ／ｌの半導体製造排水を、それぞれ約５０ｍ3／ｈおよび約４０ｍ3／ｈの流量で、図１〜図２の純水製造装置を用いて純水を製造した。結果を図４に示す。
【００５８】
主な機器の仕様は、以下の通りとした。
（１）脱炭酸装置６：
直径１２０ｃｍ×高さ６１０ｃｍ
（２）活性炭処理装置７：
直径２００ｃｍ×高さ２４４ｃｍ
充填活性炭３ｍ3
（３）第一ＲＯ膜分離装置１０：
超低圧逆浸透膜、ＫＲＯＡ−２０３２（栗田工業（株）製）３６本
（４）活性炭処理装置３３：
直径１８０ｃｍ×高さ２４４ｃｍ
充填活性炭４ｍ3
（５）第二ＲＯ膜分離装置３５：
第一ＲＯ膜分離装置１０の仕様と同じ。
（６）ＵＶ殺菌装置６２：
１．２ｋｗ  ３基
（７）ＭＦ膜分離装置６３：
孔径０．４５μｍ  ３基
（８）第三ＲＯ膜分離装置６４：
超低圧逆浸透膜、ＫＲＯＡ−２０３１（栗田工業（株）製）３６本
（９）第四ＲＯ膜分離装置６５：
荷電型逆浸透膜、ＫＲＯＡ−２０２３（栗田工業（株）製）３６本
【００５９】
比較例１
実施例と同じ工業用水および半導体製造排水を同流量で、図３の純水製造装置を用いて混合装置３の混合原水を得て、この混合原水を図２の混合原水処理装置を用いて実施例１と同様に純水を製造した。結果を図４に示す。
【００６０】
主な機器の仕様は、以下の通りとした。
（１）カチオン交換装置１０８：
直径１３０ｃｍ×高さ１８０ｃｍ
充填カチオン交換樹脂１０００ liter（レバチット（バイエル社商標）ＳＰ１１２ＷＳ）
（２）アニオン交換装置１２４：
直径１６０ｃｍ×高さ３２０ｃｍ
充填アニオン交換樹脂３０００  liter（レバチット（バイエル社商標）Ｍ５００ＷＳ
なお、活性炭処理装置１０７および１２３は、活性炭処理装置７および３３とそれぞれ同仕様である。
【００６１】
図４の結果からわかるように、実施例１では高水質の純水を安定して製造することができるが、比較例１では再生剤に起因する酸およびアルカリがイオン交換処理後の工業用水および半導体製造排水中に一時的にリークし、このため混合原水のｐＨを一定に維持するために添加する酸またはアルカリの量の制御が難しく、最終的に得られる純水の比抵抗が変動するものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の純水製造装置における工業用水処理系および半導体製造排水処理系のフローシートである。
【図２】実施例の純水製造装置における混合原水処理系のフローシートである。
【図３】従来の純水製造装置のフローシートである。
【図４】実施例１および比較例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  工業用水処理系
２  半導体製造排水処理系
３  混合装置
４  混合原水処理系
５、１０５  工業用水路
６、１０９  脱炭酸装置
７、３３、１０７、１２３  活性炭処理装置
８  加熱装置
９、３４、６３  ＭＦ膜分離装置
１０  第一ＲＯ膜分離装置
１５、１６、１７、１８、４１、４２、４３、７１、７２、７３、７４、７５、７６、１１０、１１１、１１２、１２５、１２６、１３６、１３７、１３８  連絡路
１９、１１３  工業用水処理水路
２１、１１６  充填材層
２２  送気路
２３、５１、１１４、１２８  活性炭層
２４、５２、８２、８３、１４６  ＲＯ膜モジュール
２５、５３、８４、８５、１４７、１４８  濃縮液取出路
２６  酸供給路
２７  排ガス路
２８、２９、５４、５５、９１、９２、９３、１４３、１４４  ポンプ
３１、１２１  半導体製造排水路
３２、１０６、１２２  貯水槽
３５  第二ＲＯ膜分離装置
４４、１２７  半導体製造排水処理水路
６０  アルカリ供給路
６１、１３１  混合原水路
６２  ＵＶ殺菌装置
６４  第三ＲＯ膜分離装置
６５  第四ＲＯ膜分離装置
６６  ＵＶ酸化装置
６７  膜脱気装置
６８、１３５  混床式イオン交換装置
８７  脱気膜モジュール
８８、１４９  混床式イオン交換樹脂層
９４、１５０  純水取出路
１０８  カチオン交換装置
１１５  カチオン交換樹脂層
１２４  アニオン交換装置
１２９  アニオン交換樹脂層
１３２  生物濾過装置
１３３  ＵＦ膜分離装置
１３４  ＲＯ膜分離装置
１４１  生物濾過層
１４５  ＵＦ膜モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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