(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超純水製造用の一次純水を製造する一次純水製造装置であって、逆浸透膜分離装置を備える一次純水製造装置において、
複数の逆浸透膜分離装置が多段に設けられており、最終段の逆浸透膜分離装置の操作圧力が０．５ＭＰａ以下であり、最終段の逆浸透膜分離装置以外の任意の段階の逆浸透膜分離装置が操作圧力１ＭＰａ以上の通常の逆浸透膜分離装置であることを特徴とする一次純水製造装置。
【請求項２】
請求項１において、操作圧力が０．５ＭＰａ以下の逆浸透膜分離装置の下流側に脱イオン装置が設けられていることを特徴とする一次純水製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、操作圧力が０．５ＭＰａ以下の逆浸透膜分離装置の直後に透過水貯槽が配置されていることを特徴とする一次純水製造装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、操作圧力が０．５ＭＰａ以下の逆浸透膜分離装置の直後にブースターポンプが配置されていることを特徴とする一次純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工場、医薬用水、原子力発電所等で広く使用されている超純水を製造するための一次純水の製造装置に係り、特に、脱塩処理のための逆浸透（ＲＯ）膜分離装置の操作圧力を低くすることにより、設備コストの削減を図った一次純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩや超ＬＳＩの製造においては、理論純水の１８．２４ＭΩ・ｃｍに極めて近い比抵抗を有する超純水が大量に用いられている。
【０００３】
従来の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サブシステムから構成され、市水、工業用水又は井水等の原水は、濾過、凝集沈殿等の前処理システムで処理された後、一次純水システムに送給される。一次純水システムは、脱ガス装置、ＲＯ膜分離装置、イオン交換装置、紫外線照射装置等を備え、原水の水質、要求される処理水（一次純水）の水質にあわせて各装置が適宜組み合わせて用いられている。一次純水システムで処理された水は、さらにイオン交換装置、紫外線照射装置、限外濾過膜分離装置等からなるサブシステムにおいて最終的に処理され、超純水が得られる。製造された超純水は、ウエハー洗浄工程等のユースポイントに送られて使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような超純水製造システムでは、ＴＯＣ、塩類、菌、溶存ガスは極力除去され、得られる超純水の水質面ではほぼ満足するところに達しているが、システムを構築する上での各装置や付帯設備のより一層の改良、改善やコスト低減が望まれている。
【０００５】
本発明は、一次純水システムに多用されるＲＯ膜分離装置を特定の操作条件で使用することにより、ＲＯ膜分離装置周辺の設備や動力の大幅なコスト低減を可能とし、ひいては超純水製造システム全体のコスト低減を図ることができる一次純水製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一次純水製造装置は、超純水製造用の一次純水を製造する一次純水製造装置であって、逆浸透膜分離装置を備える一次純水製造装置において、複数の逆浸透膜分離装置が多段に設けられており、最終段の逆浸透膜分離装置の操作圧力が０．５ＭＰａ以下であり、最終段の逆浸透膜分離装置以外の任意の段階の逆浸透膜分離装置が操作圧力１ＭＰａ以上の通常の逆浸透膜分離装置であることを特徴とする。
【０００７】
ＲＯ膜分離装置の操作圧力とは、ＲＯ膜面に負荷される平均圧力であり、ＲＯ膜を収容するベッセル内の平均圧力に相当する。このＲＯ膜分離装置の操作圧力を０．５ＭＰａ以下とすることにより、ＲＯ膜の容器（ベッセル）、ＲＯ膜分離装置周辺の配管（給水配管、透過水配管及び濃縮水配管）、配管に設けられた弁類等の要求耐圧レベルを低下させることができる。このため、耐圧性の低い材料ないし仕様の、安価なものを用いることができるようになり、例えば、安価な塩化ビニル製の配管の適用も可能となる。また、ＲＯ膜分離装置への給水ポンプも低圧ポンプで良く、ポンプコスト、動力コストも低減され、全体として大幅なコスト低減を図ることができる。
【０００８】
即ち、水処理装置の配管として一般的に用いられる配管グレードとしては次のようなものがある。
▲１▼  ＳＵＳ  ＪＩＳ  耐圧２０ｋｇｆ／ｃｍ２（約２ＭＰａ）
▲２▼  ＳＵＳ  ＪＩＳ  耐圧１０ｋｇｆ／ｃｍ２（約１ＭＰａ）
▲３▼  塩ビ        耐圧  ７〜８ｋｇｆ／ｃｍ２（約０．７〜０．８ＭＰａ）
【０００９】
ＲＯ膜ベッセルや周辺配管にかかる圧力（耐圧力）は、ＲＯ膜操作圧力とＲＯ膜ベッセル通過圧力損失と背圧（イオン交換装置等のＲＯ膜分離装置の後段に直結された設備へ通水するために必要な給水圧）との合計であり、このうち、ＲＯ膜ベッセル通過圧力損失は通常０．１２〜０．２ＭＰａ程度である。また、イオン交換装置等による背圧は装置の種類や配管の長さ等によっても異なるが、０．２ＭＰａ程度である。
【００１０】
ＲＯ膜操作圧力が０．７５ＭＰａの場合、ＲＯ膜ベッセルや周辺配管にかかる圧力は、０．７５＋（０．１２〜０．２）＋０．２＝１．０７〜１．１５で１ＭＰａを超え、ＪＩＳ耐圧２０ｋｇｆ／ｃｍ２の配管を用いる必要があるが、操作圧力が０．５ＭＰａであれば、０．５＋（０．１２〜０．２）＋０．２＝０．８２〜０．９ＭＰａとなるため、ＪＩＳ耐圧１０ｋｇｆ／ｃｍ２の配管に変えることができる。更に、この場合において、背圧をなくすことにより、或いは、操作圧力を０．３ＭＰａ程度にすることにより、耐圧７〜８ｋｇｆ／ｃｍ２の塩ビ配管も使用可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一次純水製造装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の一次純水製造装置の基本構成を示す系統図である。
【００１３】
本発明の一次純水製造装置は複数のＲＯ膜分離装置が多段に設けられ、最終段のＲＯ膜分離装置の操作圧力を０．５ＭＰａ以下とするものである。ＲＯ膜分離装置の操作圧力が０．５ＭＰａを超えると、本発明の目的を達成し得ない。ＲＯ膜分離装置の操作圧力は、過度に小さいと、透過水量が低下し、所定量の透過水量を得るための装置が大きくなり、また、脱塩率も低下して所望の水質の処理水を得にくくなるため、０．２ＭＰａ以上とするのが好ましい。このような低い操作圧力で運転することができるＲＯ膜としては日東電工（株）製「ＥＳ−４０」等を用いることができる。なお、以下において、０．５ＭＰａ以下の操作圧力で運転するＲＯ膜分離装置を「超低圧ＲＯ膜分離装置」と称す場合がある。
【００１４】
この超低圧ＲＯ膜分離装置は、その後段に、イオン交換装置等の脱イオン装置が設けられていることが好ましく、この場合において、図１（ａ）に示す如く、超低圧ＲＯ膜分離装置１の透過水が直接脱イオン装置２に導入されても良く、また、図１（ｂ）に示す如く、超低圧ＲＯ膜分離装置１の透過水を透過水貯槽３に一旦貯留し、この透過水貯槽３内の透過水をポンプを介して脱イオン装置２に導入するようにしても良い。更に、図１（ｃ）に示す如く、超低圧ＲＯ膜分離装置１の透過水をブースターポンプ４で昇圧した後脱イオン装置２に導入しても良い。
【００１５】
即ち、前述の如く、ＲＯ膜分離装置周辺の配管等に要求される耐圧力は、ＲＯ膜操作圧力とＲＯ膜ベッセルでの圧力損失と背圧との合計であるため、図１（ａ）に示す如く、超低圧ＲＯ膜分離装置１の透過水を直接脱イオン装置２に導入する場合には、この脱イオン装置２への給水圧が背圧としてＲＯ膜分離装置周辺の配管等の要求耐圧力に加算されるが、図１（ｂ）に示す如く、超低圧ＲＯ膜分離装置１の透過水を透過水貯槽３に受けた後脱イオン装置２に導入することにより、ＲＯ膜分離装置１に背圧がかからなくなる。この透過水貯槽３は通常大気圧が若干大気圧よりも高い（シーリングガスにより大気の侵入を防止する場合）が、このような透過水貯槽３を設けることにより背圧をゼロにすることができ、ＲＯ膜分離装置周辺の配管等の要求耐圧力をより一層低くすることができる。また、図１（ｃ）に示す如く、ブースターポンプ４を設け、超低圧ＲＯ膜分離装置１の透過水をブースターポンプ４で昇圧した後、後段の脱イオン装置１に導入するようにすることによっても、後段の脱イオン装置２への給水圧を不要とし、背圧がかからないようにしてＲＯ膜分離装置周辺の配管等の要求耐圧力を低下させることができる。即ち、このブースターポンプ４のサクション側は大気圧でよく、超低圧ＲＯ膜分離装置１への背圧はゼロとなる。
【００１６】
なお、図１（ａ）に示す如く、超低圧ＲＯ膜分離装置１の透過水を、ポンプを用いずに直接後段の脱イオン装置２に導入する場合には、装置構成が簡易となり、設備コスト、動力コストが低減される。
【００１７】
本発明において、ＲＯ膜分離装置は、複数のＲＯ膜分離装置を多段に直列に接続する。超低圧ＲＯ膜分離装置よりも、操作圧力１ＭＰａ以上の通常の操作圧力のＲＯ膜分離装置の方がＴＯＣ除去率において優れているため、複数のＲＯ膜分離装置を多段に設け、最終段のＲＯ膜分離装置以外の任意の段階のＲＯ膜分離装置に通常のＲＯ膜分離装置を設置することが、処理水水質向上のために、また、後続の水処理装置の負荷を低減するために好ましい。
【００１８】
通常、ＲＯ膜分離装置を多段に設ける場合には、第１段目のＲＯ膜分離装置の入口側に給水ポンプを設置し、全てのＲＯ膜分離装置に通水するため、超低圧ＲＯ膜分離装置を一つ設ける場合には、最終段に設ける方が、後段の背圧が少なく、配管等の耐圧性を低くすることができ、有利である。
【００１９】
以下に、図２，３を参照して本発明の一次純水製造装置の実施の形態をより具体的に説明する。
【００２０】
図２（ａ）〜（ｄ）及び図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一次純水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２１】
図２（ａ）は、ＲＯ膜分離装置１４の後段に、電気再生式脱イオン装置１５及び非再生式イオン交換装置１６からなる非再生のイオン交換設備を設けて連続運転を可能にしたものである。まず、工水等の原水は、凝集沈殿、膜分離、凝集濾過等の一つ又は複数を組み合わせた前処理システム１１で適宜前処理され、除濁した水が得られる。除濁された水は、脱炭酸装置等の脱ガス手段１２でスケール析出防止のために炭酸が除去され、次いで活性炭塔１３で処理される。なお、脱ガス手段１２としては、脱炭酸装置ではなく、膜脱気装置を設けて炭酸と共に溶存酸素を同時に除去しても良い。次いで、ＲＯ膜分離装置（操作圧力０．５ＭＰａ以下の超低圧ＲＯ膜分離装置）１４で塩類、ＴＯＣ等が除去され、その透過水が更に電気再生式脱イオン装置１５及び非再生式イオン交換装置１６で塩類が除去されて一次純水となる。得られた一次純水は、図示しない次工程のサブシステムにて更に処理されて超純水となりユースポイントに送られ使用される。
【００２２】
図２（ｂ）は図１（ａ）よりもシステムの低コスト化を図ったものであり、ＲＯ膜分離装置１４の透過水を混床式イオン交換装置１７で処理するものである。
【００２３】
図２（ｃ）は、連続運転が可能で、かつ高純度の一次純水を得ることができるものであり、ＲＯ膜分離装置はＲＯ膜分離装置１４Ａ，１４Ｂの２段ＲＯ膜分離装置からなり、その透過水を電気再生式脱イオン装置１５により処理するものである。なお、電気再生式脱イオン装置１５の代りに非再生式イオン交換装置１６を設けても良い。この２段ＲＯ処理の場合は、前段のＲＯ膜分離装置１４Ａを操作圧力が０．５ＭＰａを超える通常のＲＯ膜分離装置とし、後段のＲＯ膜分離装置１４Ｂを操作圧力０．５ＭＰａ以下の超低圧ＲＯ膜分離装置とする。
【００２４】
図２（ｄ）は、連続運転を可能とすると共に低コスト化を図ったものであり、ＲＯ膜分離装置はＲＯ膜分離装置１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの３段ＲＯ膜分離装置からなり、その透過水を非再生式イオン交換装置１６により処理するものである。３段ＲＯ処理の場合も、２段ＲＯ処理の場合と同様に、１段目、２段目のＲＯ膜分離装置１４Ａ，１４Ｂを操作圧力が０．５ＭＰａを超える通常のＲＯ膜分離装置とし、最後段のＲＯ膜分離装置１４Ｃを操作圧力０．５ＭＰａ以下の超低圧ＲＯ膜分離装置としても良く、また、１段目のＲＯ膜分離装置１４Ａを操作圧力が０．５ＭＰａを超える通常のＲＯ膜分離装置とし、２段目、３段目のＲＯ膜分離装置１４Ａ，１４Ｂを操作圧力０．５ＭＰａ以下の超低圧ＲＯ膜分離装置としても良い。
【００２５】
このように、ＲＯ膜分離装置として超低圧ＲＯ膜分離装置を用いた一次純水製造装置であれば、ＲＯ膜分離装置周辺の配管類等に要求される耐圧性を軽減して、設備コストを低減すると共に、動力費を削減することができる。
【００２６】
図３（ａ）〜（ｄ）は、図２（ａ）〜（ｄ）において、それぞれＲＯ膜分離装置１４又は最後段のＲＯ膜分離装置１４Ｂ又は１４Ｃと、後段の脱イオン装置との間に透過水貯槽１８を設けた点が異なり、その他は同様の構成とされている。
【００２７】
このように、最後段のＲＯ膜分離装置とその後段の脱イオン装置との間に透過水貯槽を設けることにより、ＲＯ膜分離装置の背圧をなくして、より一層のコスト低減を図ることができる。
【００２８】
なお、前述の如く、この透過水貯槽の代りにブースターポンプを設けても同様の効果が奏される。
【００２９】
図２，３は本発明の一次純水製造装置の実施の形態の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。例えば、ＲＯ膜分離装置の後段に更に膜脱気装置を配置しても良く、また、多段ＲＯ処理において、前段のＲＯ膜分離装置と後段のＲＯ膜分離装置との間に膜脱気装置を設けても良い。また、図２（ａ）、図３（ａ）において、電気再生式脱イオン装置１５と非再生式イオン交換装置１６との間に紫外線照射装置を設けても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の一次純水製造装置によれば、ＲＯ膜分離装置の操作圧力を０．５ＭＰａ以下としたことにより、ＲＯ膜分離装置周辺を取り巻く配管、ベッセル、弁、ポンプ等の耐圧性能等のランクを下げることができ、また、ポンプ等の動力コストを低減して大幅なコスト低減を達成することができ、ひいては超純水システム全体のコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一次純水製造装置の基本構成を示す系統図である。
【図２】本発明の一次純水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明の一次純水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１  超低圧ＲＯ膜分離装置
２  脱イオン装置
３  透過水貯槽
４  ブースターポンプ
１１  前処理システム
１２  脱ガス手段
１３  活性炭塔
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ  ＲＯ膜分離装置
１５  電気再生式脱イオン装置
１６  非再生式イオン交換装置
１７  混床式イオン交換装置
１８  透過水貯槽
【図１】
0003912067.tif 000002
【図２】
0003912067.tif 000003
【図３】
0003912067.tif 000004