JP5750236B2 - Pure water production method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、紫外線酸化処理により純水を製造する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for producing pure water by ultraviolet oxidation treatment.
従来より、半導体装置の製造工程や液晶表示装置の製造工程における洗浄水等の用途として、有機物、イオン成分、微粒子、細菌等が高度に除去された超純水等の純水が使用されている。特に、半導体装置を含む電子部品を製造する際には、その洗浄工程において多量の純水が使用されており、その水質に対する要求も年々高まっている。電子部品製造の洗浄工程等において使用される純水では、純水中に含まれる有機物がその後の熱処理工程において炭化して絶縁不良等を引き起こすことを防止するため、水質管理項目の一つである全有機炭素(TOC;Total Organic Carbon)濃度を極めて低いレベルとすることが求められるようになってきている。 Conventionally, pure water such as ultrapure water from which organic substances, ionic components, fine particles, bacteria, and the like have been highly removed has been used as an application for washing water and the like in the manufacturing process of a semiconductor device and the manufacturing process of a liquid crystal display device. . In particular, when manufacturing an electronic component including a semiconductor device, a large amount of pure water is used in the cleaning process, and the demand for the water quality is increasing year by year. Pure water used in the cleaning process of electronic component manufacturing is one of the water quality management items in order to prevent the organic matter contained in the pure water from carbonizing in the subsequent heat treatment process and causing poor insulation. There is a growing demand for extremely low levels of total organic carbon (TOC).
このような純水水質への高度な要求が顕在化するに伴って、近年、純水中に含まれる微量の有機物を分解し除去する様々な方法の検討がなされている。そのような方法の代表的なものとして、紫外線酸化処理による有機物の分解除去工程が導入されつつある。 As such high demands for pure water quality become apparent, various methods for decomposing and removing trace amounts of organic substances contained in pure water have been studied in recent years. As a representative example of such a method, a process for decomposing and removing organic substances by ultraviolet oxidation is being introduced.
一般的には、紫外線酸化処理によって有機物の分解除去を行う場合には、例えばステンレス製の反応槽とその反応槽内に設置された管状の紫外線ランプとを備える紫外線酸化装置を用い、反応槽内に被処理水を導入して被処理水に紫外線を照射する。紫外線ランプとしては、例えば、254nmと185nmの各波長を有する紫外線を発生する低圧紫外線ランプ、あるいは、254nmと194nmと185nmの各波長を有する紫外線を発生する低圧紫外線ランプが使用される。被処理水に185nmの波長を含む紫外線が照射されると、被処理水内にヒドロキシルラジカル(・OH)等の酸化種が生成し、この酸化種の酸化力により被処理水中の微量有機物が二酸化炭素や有機酸に分解する。被処理水に対してこのように紫外線酸化分解処理を施して得られた処理水は、次に、後段に配置されているイオン交換装置に送られ、二酸化炭素や有機酸が除去される。このとき、被処理水中に生成したが有機物の酸化反応では消費されなかったヒドロキシルラジカルから、例えば式(1)に示す反応によって、過酸化水素(H2O2)が生成する。 In general, when organic substances are decomposed and removed by ultraviolet oxidation treatment, for example, an ultraviolet oxidation apparatus including a stainless steel reaction tank and a tubular ultraviolet lamp installed in the reaction tank is used. The water to be treated is introduced into the water and irradiated with ultraviolet rays. As the ultraviolet lamp, for example, a low-pressure ultraviolet lamp that generates ultraviolet rays having wavelengths of 254 nm and 185 nm, or a low-pressure ultraviolet lamp that generates ultraviolet rays having wavelengths of 254 nm, 194 nm, and 185 nm is used. When the water to be treated is irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 185 nm, oxidizing species such as hydroxyl radicals (.OH) are generated in the water to be treated, and trace organic substances in the water to be treated are oxidized by the oxidizing power of the oxidizing species. Decomposes into carbon and organic acids. The treated water obtained by subjecting the water to be treated in this way to the ultraviolet oxidative decomposition treatment is then sent to an ion exchange device disposed in the subsequent stage to remove carbon dioxide and organic acid. At this time, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is generated from the hydroxyl radical generated in the water to be treated but not consumed in the oxidation reaction of the organic substance, for example, by the reaction shown in the formula (1).
純水中にH2O2が含まれる場合、その純水を例えば半導体装置の製造工程に用いたとすると純水中のH2O2が半導体装置製造工程に影響を与える可能性があり、TOCだけでなくH2O2の濃度を極めて低いレベルとすることが求められる。 When H 2 O 2 is contained in pure water, for example, if the pure water is used in a semiconductor device manufacturing process, H 2 O 2 in the pure water may affect the semiconductor device manufacturing process. In addition, the concentration of H 2 O 2 is required to be extremely low.
被処理水中のH2O2を除去する一般的な技術としては、例えば特許文献1に示すように、被処理水をパラジウム触媒と接触させることが知られており、そのパラジウム触媒は例えばアニオン交換樹脂上に担持されている。 As a general technique for removing H 2 O 2 from water to be treated, for example, as shown in Patent Document 1, it is known to bring water to be treated into contact with a palladium catalyst. It is supported on a resin.
特許文献2には、紫外線酸化装置の後段に、紫外線酸化装置から流出する水に含まれるH2O2などの酸化性物質を分解する触媒式酸化性物質分解装置を設けた超純水製造装置が示されている。この超純水製造装置では、触媒式酸化性物質分解装置の後段にさらに脱気装置、混床式イオン交換装置、微粒子分離膜装置がこの順で通水可能に設けられており、微粒子分離膜装置から流出する水が、不純物を高度に除去した純水としてユースポイントに供給されている。また特許文献2の超純水製造装置は、循環型のサブシステムとして構成されており、微粒子分離膜装置からの純水のうち、ユースポイントに供給されなかった余剰分は、サブタンクと呼ばれるタンクを経て紫外線酸化装置に戻されるようになっている。ユースポイントで使用された純水を補い、循環系内の水量を一定に保つために、サブタンクには、被処理水として、既にある程度まで有機物が除去されている水(一次純水とも呼ばれる)も供給されている。触媒式酸化性物質分解装置は、金属パラジウム(Pd)、パラジウム化合物あるいは白金(Pt)などの貴金属触媒を有するものである。 Patent Document 2 discloses an ultrapure water production apparatus provided with a catalytic oxidizing substance decomposing apparatus for decomposing an oxidizing substance such as H 2 O 2 contained in water flowing out from the ultraviolet oxidizing apparatus after the ultraviolet oxidizing apparatus. It is shown. In this ultrapure water production apparatus, a deaeration device, a mixed bed type ion exchange device, and a fine particle separation membrane device are further provided in this order after the catalytic oxidative substance decomposition device. The water flowing out from the apparatus is supplied to the point of use as pure water from which impurities are highly removed. In addition, the ultrapure water production apparatus of Patent Document 2 is configured as a circulation type subsystem, and of the pure water from the fine particle separation membrane apparatus, surplus that has not been supplied to the use point is stored in a tank called a sub tank. After that, it is returned to the ultraviolet oxidizer. In order to supplement the pure water used at the point of use and keep the amount of water in the circulatory system constant, the sub-tank also contains water from which organic substances have already been removed to some extent as treated water (also called primary pure water) Have been supplied. The catalytic oxidizing substance decomposition apparatus has a noble metal catalyst such as metal palladium (Pd), a palladium compound, or platinum (Pt).
同様に特許文献3には、循環型のサブシステムとして構成されている超純水製造装置であって、紫外線酸化装置の後段に非再生型イオン交換装置に設けられおり、非再生型イオン交換装置の内部にイオン交換樹脂とパラジウム触媒とが充填されているものが開示されている。この超純水製造装置では、パラジウム触媒は樹脂に担持されている。
Similarly,
特許文献4には、超純水製造装置において、被処理水からH2O2を除去するために、紫外線酸化装置の後段に、過酸化水素分解触媒を有する過酸化水素分解装置を設け、さらにH2O2の分解などによって生成した溶存酸素を除去するために、膜脱気装置を設けることが開示されている。ここで過酸化水素分解触媒としては、白金族の金属ナノコロイド粒子を担体に担持させたものが用いられている。 In Patent Document 4, in an ultrapure water production apparatus, a hydrogen peroxide decomposition apparatus having a hydrogen peroxide decomposition catalyst is provided downstream of an ultraviolet oxidation apparatus in order to remove H 2 O 2 from water to be treated. In order to remove dissolved oxygen generated by decomposition of H 2 O 2 or the like, it is disclosed to provide a membrane deaerator. As the hydrogen peroxide decomposition catalyst, a catalyst in which platinum group metal nanocolloid particles are supported on a carrier is used.
例えば白金族金属を有する触媒によってH2O2を分解させた場合、反応生成物として酸素(O2)が生成し、処理後の純水における溶存酸素成分となる。純水においては溶存酸素も極めて低濃度であることが望まれるが、特許文献5には、紫外線照射装置によって被処理水に対して紫外線を照射したのち、パラジウム担持触媒樹脂塔に通水することによって、紫外線照射装置で発生した水素等の還元剤により溶存酸素を化学的に除去できることが開示されている。 For example, when H 2 O 2 is decomposed by a catalyst having a platinum group metal, oxygen (O 2 ) is generated as a reaction product and becomes a dissolved oxygen component in the pure water after the treatment. In pure water, it is desirable that dissolved oxygen also has a very low concentration. However, Patent Document 5 discloses that water to be treated is irradiated with ultraviolet light by an ultraviolet irradiation device and then passed through a palladium-supported catalyst resin tower. Thus, it is disclosed that dissolved oxygen can be chemically removed by a reducing agent such as hydrogen generated in an ultraviolet irradiation device.
例えば半導体装置の製造工程に用いられ、TOCやH2O2が高度に除去された純水は、サブシステムとも呼ばれる循環型の純水製造装置によって製造される。循環型の純水製造装置は、被処理水中のTOC成分を酸化分解する紫外線酸化装置と、紫外線酸化装置からの流出水中に含まれるH2O2を除去する過酸化水素除去装置とを少なくとも備え、TOC及びH2O2が除去された純水の一部がユースポイントに供給されて消費され、残りがサブタンクに戻る構成となっている。 For example, pure water used in the manufacturing process of a semiconductor device and from which TOC and H 2 O 2 are highly removed is manufactured by a circulating type pure water manufacturing apparatus also called a subsystem. The circulating pure water production apparatus includes at least an ultraviolet oxidation apparatus that oxidatively decomposes TOC components in the water to be treated and a hydrogen peroxide removal apparatus that removes H 2 O 2 contained in the effluent water from the ultraviolet oxidation apparatus. A part of the pure water from which the TOC and H 2 O 2 have been removed is supplied to the use point and consumed, and the rest returns to the sub tank.
ところで、紫外線酸化装置における有機物の分解効率は、被処理水中の有機物濃度が低いほど低下する。したがって、循環型の純水製造装置では、得ようとする純水におけるTOC濃度のレベルを低くするにつれ、紫外線酸化装置に供給される被処理水におけるTOC濃度も低下することとなり、紫外線酸化処理によるTOCの分解除去の効率が低下し、紫外線酸化処理に要する必要電力量が大きくなって装置のランニングコストが大きくなる。また、TOCの分解除去における効率の低下は、必要とされる紫外線照射量の増大にもつながり、紫外線ランプが高価であって、かつ例えば1年ごとに紫外線ランプを交換することが必要であることを考慮すると、さらなるランニングコストの上昇につながる。 By the way, the decomposition efficiency of the organic matter in the ultraviolet oxidation apparatus decreases as the concentration of the organic matter in the water to be treated decreases. Therefore, in the circulating type pure water production apparatus, as the level of the TOC concentration in the pure water to be obtained is lowered, the TOC concentration in the water to be treated supplied to the ultraviolet oxidation apparatus is also decreased, and the ultraviolet oxidation treatment is performed. The efficiency of decomposition and removal of the TOC is reduced, the amount of power required for the ultraviolet oxidation process is increased, and the running cost of the apparatus is increased. In addition, the reduction in efficiency in TOC decomposition and removal also leads to an increase in the required amount of ultraviolet irradiation, the ultraviolet lamp is expensive, and it is necessary to replace the ultraviolet lamp, for example, every year. Considering this, it will lead to further increase in running cost.
そこで本発明の目的は、得られた純水を循環させながら純水を製造する純水製造方法及び装置であって、TOC濃度が極めて低い純水を得る場合であっても有機物分解効率を向上でき、装置の小型化と高速処理が可能であり、ランニングコストを抑えることができる純水製造方法及び装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is a pure water production method and apparatus for producing pure water while circulating the obtained pure water, and improves the organic matter decomposition efficiency even when pure water having an extremely low TOC concentration is obtained. An object of the present invention is to provide a pure water production method and apparatus that can reduce the size and speed of the apparatus, and can reduce running costs.
循環系内に過酸化水素除去装置を有する循環型の純水製造装置では、過酸化水素(H2O2)濃度が極めて低い純水が循環するように運転されるため、紫外線酸化装置にも、H2O2濃度が低い被処理水が通水されることとなる。本発明者らの実験によれば、被処理水におけるTOCの濃度レベルが同じであっても、循環系内に過酸化水素除去装置を設けない場合に比べ、循環系内に過酸化水素除去装置を設けた場合に、紫外線酸化装置におけるTOCの分解効率が低下した。 In a circulation type pure water production apparatus having a hydrogen peroxide removal device in the circulation system, pure water having a very low hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) concentration is operated so that it can be circulated. , so that the concentration of H 2 O 2 is low the water to be treated is passed through. According to the experiments by the present inventors, even when the TOC concentration level in the water to be treated is the same, the hydrogen peroxide removing device in the circulation system is compared with the case where the hydrogen peroxide removing device is not provided in the circulation system. , The decomposition efficiency of TOC in the ultraviolet oxidation apparatus was lowered.
そこで本発明では、得られる純水における残留H2O2濃度の上昇をもたらさない程度の、また、過酸化水素除去装置の動作に悪影響を与えない程度の、適量のH2O2を紫外線酸化処理の前段で被処理水に添加し、これによりTOC分解効率を向上させる。 Therefore, in the present invention, an appropriate amount of H 2 O 2 that does not cause an increase in the residual H 2 O 2 concentration in the obtained pure water and does not adversely affect the operation of the hydrogen peroxide removing device is oxidized by ultraviolet rays. It is added to the water to be treated before the treatment, thereby improving the TOC decomposition efficiency.
したがって本発明の純水製造方法は、TOCが10ppb以下である被処理水に対して紫外線を照射する照射工程と、照射工程ののち被処理水中に含まれる過酸化水素を除去する除去工程と、を少なくとも備えて純水を生成し、ユースポイントにおける使用量を超過した分の純水が被処理水の少なくとも一部として照射工程に循環される純水製造方法において、照射工程の前段に、被処理水に対して過酸化水素を添加する添加工程を有することを特徴とする。 Therefore, the pure water production method of the present invention includes an irradiation step of irradiating the water to be treated with a TOC of 10 ppb or less, a removing step of removing hydrogen peroxide contained in the water to be treated after the irradiation step, In a pure water production method in which pure water is produced at least by using the water at the point of use and is circulated to the irradiation process as at least part of the water to be treated. It has the addition process which adds hydrogen peroxide with respect to treated water.
本発明の純水製造装置は、TOCが10ppb以下である被処理水に対して紫外線を照射して紫外線酸化処理を実行する紫外線酸化装置と、紫外線酸化装置から流出した被処理水に含まれる過酸化水素を除去する過酸化水素除去装置と、を少なくとも備えて純水を生成し、ユースポイントにおける使用量を超過した分の純水を被処理水の少なくとも一部として紫外線酸化装置に循環する循環管路をさらに備える純水製造装置において、紫外線酸化装置の前段に、被処理水に対して過酸化水素を添加する添加手段を有することを特徴とする。 The pure water production apparatus of the present invention includes an ultraviolet oxidation apparatus that performs ultraviolet oxidation treatment by irradiating water to be treated with a TOC of 10 ppb or less, and an excessive amount contained in the water to be treated that has flowed out of the ultraviolet oxidation apparatus. A hydrogen peroxide removal device that removes hydrogen oxide, and at least a pure water that is used at a point of use to generate pure water and circulate the pure water as at least part of the treated water to the UV oxidation device The pure water production apparatus further comprising a pipe line is characterized by having an adding means for adding hydrogen peroxide to the water to be treated in front of the ultraviolet oxidation apparatus.
本発明では、紫外線酸化装置の前段で被処理水にH2O2を添加しているが、この添加されたH2O2及び紫外線酸化装置内で生成したH2O2は、紫外線酸化装置の後段に設けられた過酸化水素除去装置によって除去されるので、最終的に得られる純水中のH2O2濃度は極めて低いものとなる。 In the present invention, although the addition of H 2 O 2 to the water to be treated in front of an ultraviolet oxidation device, H 2 O 2 produced by this the added H 2 O 2 and the ultraviolet oxidation device, ultraviolet oxidation device Since it is removed by the hydrogen peroxide removing device provided at the subsequent stage, the H 2 O 2 concentration in the finally obtained pure water is extremely low.
なお、紫外線酸化処理の前段においてH2O2を添加することは、有機物濃度が比較的高い被処理水(例えば、ユースポイントで使用した後のTOC成分を含む排水)におけるTOCを処理する技術においては既に知られている。これらの場合、被処理水におけるTOC濃度は、ppmオーダーであることが想定されており、また、もともと各種の不純物を多く含んでいる被処理水を対象としていることから、一般的に開放系の反応容器を使用して紫外線照射を行っている。そして、紫外線源としては、254nmの波長を発生する高圧紫外線ランプが一般に使用されている。 It should be noted that the addition of H 2 O 2 before the ultraviolet oxidation treatment is a technique for treating TOC in water to be treated having a relatively high organic concentration (for example, wastewater containing TOC components after use at a use point). Is already known. In these cases, the TOC concentration in the water to be treated is assumed to be on the order of ppm, and since the water to be treated originally contains a large amount of various impurities, it is generally an open system. UV irradiation is performed using a reaction vessel. As a UV source, a high-pressure UV lamp that generates a wavelength of 254 nm is generally used.
有機物濃度が比較的高い被処理水においてTOCを分解除去する技術の例として、特許文献6には、有機物を含有する酸性排水を処理する技術として、TOC濃度が2ppmである原水を逆浸透膜分離装置(RO)に通して得られた透過水に対し、H2O2を30ppm添加してから高圧紫外線ランプ(高圧水銀ランプ)により紫外線照射処理を行い、TOC成分を分解除去する例が記載されている。特許文献7には、排水回収などにおいて被処理水中の有機物を分解除去するものとして、TOC濃度が1ppmである原水に対してH2O2を30ppm添加し、高圧紫外線ランプにより紫外線照射処理を行う例が記載されている。特許文献8には、ペルオキシド基を含むイオウ化合物(例えばペルオキシ二硫酸ナトリウム)を用いて被処理水中の有機物を分解除去する際に、あらかじめ有機物量を低減させる前処理工程として、TOC濃度が6ppmである被処理水に対し、H2O2を60ppm添加し、紫外線を照射する例が記載されている。特許文献9には、TOC濃度が20ppmである被処理水に対し、H2O2を71ppm添加し、紫外線を照射することが記載されている。特許文献10には、水道水(市水)から純水を製造するために純水製造装置の前段に配置される前処理装置として生物反応槽と紫外線酸化処理槽とを組み合わせ、両方の槽の被処理水を循環させながら、紫外線酸化処理槽では被処理水に5ppmのH2O2を添加し、中圧紫外線ランプから紫外線を照射し、これによってTOC濃度が55〜60ppb程度の処理水を得たことが記載されている。さらに特許文献11には、純水の製造のために、TOC濃度が18ppbである被処理水に対してO3を添加し、紫外線酸化処理を行う例が示されており、O3の代わりにH2O2も使用できると記載されている。特許文献11に記載のものでは、余剰のO3を除去するために、紫外線酸化処理後に水素(H2)を添加して紫外線を照射することにより、O3を還元して水としている。
As an example of a technique for decomposing and removing TOC in water to be treated having a relatively high organic matter concentration, Patent Document 6 discloses reverse osmosis membrane separation of raw water having a TOC concentration of 2 ppm as a technique for treating acidic wastewater containing organic matter. An example is described in which 30 ppm of H 2 O 2 is added to the permeated water obtained through the apparatus (RO), followed by ultraviolet irradiation with a high-pressure ultraviolet lamp (high-pressure mercury lamp) to decompose and remove the TOC component. ing. In
このように、H2O2の添加と紫外線照射とを併用するこれまでの技術は、被処理水におけるTOC濃度が比較的高い場合を対象とするものであり、TOC濃度が10ppb以下であるような被処理水を対象とするものではないし、H2O2の添加条件や紫外線酸化の処理条件に対する指針を与えるものでもない。 Thus, the conventional technology using both the addition of H 2 O 2 and ultraviolet irradiation is intended for a case where the TOC concentration in the water to be treated is relatively high, and the TOC concentration is 10 ppb or less. It is not intended for water to be treated, nor does it provide a guideline for H 2 O 2 addition conditions or UV oxidation treatment conditions.
半導体装置の製造工程などに用いられる純水では、H2O2の濃度も極めて低いものとする必要があるため、H2O2を添加することによって被処理水中の有機物の紫外線酸化処理が促進されるという知見が得られていても、これらの用途に用いられる純水を製造する際にH2O2を添加するいうことは、これまでは考えられてはこなかった。 In pure water used in the manufacturing process of semiconductor devices, it is necessary to make the concentration of H 2 O 2 extremely low. Therefore, the addition of H 2 O 2 accelerates the ultraviolet oxidation treatment of organic substances in the water to be treated. Even if the knowledge that it can be obtained has been obtained, it has not been considered so far to add H 2 O 2 in the production of pure water used in these applications.
本発明は、紫外線酸化装置の後段に過酸化水素除去装置が設けられている循環型の純水製造装置において、過酸化水素除去装置で除去されることを前提として紫外線酸化装置の前段において被処理水に対して適量の過酸化水素を添加しようとするものであり、適量の過酸化水素を添加することによって紫外線酸化処理におけるTOC除去効率を向上させ、かつ、最終的には、TOC濃度だけではなくH2O2濃度も極めて低いレベルに抑えられた純水を得ようとするものである。 The present invention is a recycle type pure water production apparatus in which a hydrogen peroxide removal device is provided at a subsequent stage of an ultraviolet oxidation apparatus, and is treated at a front stage of the ultraviolet oxidation apparatus on the premise that the hydrogen peroxide removal apparatus is removed. It is intended to add an appropriate amount of hydrogen peroxide to water, and by adding an appropriate amount of hydrogen peroxide, the TOC removal efficiency in the ultraviolet oxidation treatment is improved. In addition, an attempt is made to obtain pure water in which the H 2 O 2 concentration is suppressed to an extremely low level.
以下、被処理水にH2O2を添加した場合の紫外線酸化処理について説明する。 Hereinafter, the ultraviolet oxidation treatment when H 2 O 2 is added to the water to be treated will be described.
低圧紫外線ランプを用いた紫外線酸化処理による有機物の分解除去の反応機構は、一般に、波長185nmの光が水を分解して生成したヒドロキシラジカル(OHラジカル)が、被処理水中のTOC成分と反応してこのTOC成分を酸化分解するものであると考えられている。波長185nmの光は、水に非常によく吸収されるので、ほとんど透過しない。低圧紫外線ランプからは、波長185nmの光の他に、波長254nmの光が放出されるが、波長254nmの光は、水に吸収されずに透過することができる。 In general, the reaction mechanism of decomposition and removal of organic substances by ultraviolet oxidation using a low-pressure ultraviolet lamp is such that the hydroxyl radical (OH radical) generated by the decomposition of water with light having a wavelength of 185 nm reacts with the TOC component in the treated water. It is considered that the TOC component is oxidatively decomposed. Light having a wavelength of 185 nm is very well absorbed by water and therefore hardly transmits. The low-pressure ultraviolet lamp emits light having a wavelength of 254 nm in addition to light having a wavelength of 185 nm. However, light having a wavelength of 254 nm can be transmitted without being absorbed by water.
この波長254nmの光は、被処理水にH2O2が添加されている場合には、式(2)に示すように、H2O2と反応してOHラジカルを生成する。波長185nmの光も、波長254nmの光よりも高エネルギーであるので、H2O2と反応してOHラジカルを生成することができる。 When H 2 O 2 is added to the water to be treated, the light having a wavelength of 254 nm reacts with H 2 O 2 to generate OH radicals as shown in the formula (2). Since light having a wavelength of 185 nm also has higher energy than light having a wavelength of 254 nm, it can react with H 2 O 2 to generate OH radicals.
生成したOHラジカルは、TOC成分を酸化分解することができるが、寿命が短い。TOC成分分子すなわち有機物分子と遭遇することができず、TOC成分と反応できなかったOHラジカルは、式(2)の逆反応である上述した式(1)に示すように、H2O2に戻る。 The generated OH radical can oxidatively decompose the TOC component, but has a short lifetime. OH radicals that could not encounter TOC component molecules, that is, organic molecules, and could not react with TOC components were converted to H 2 O 2 as shown in the above formula (1), which is the reverse reaction of formula (2). Return.
有機物の分解効率を向上するためには、OHラジカルの生成量を増加させればよい。H2O2の添加と紫外線照射とを併用する場合、OHラジカルの生成量を増加させるには、式(2)の反応を右辺側に進めればよく、そのためには、H2O2濃度を高くするか、紫外線照射量を大きくするか、あるいは、その両方を実行する必要がある。しかしながら、OHラジカルの生成量を増加させても、TOC成分と遭遇せずにこれと反応できなかったOHラジカルが式(1)に示した反応でH2O2に戻るだけであるので、エネルギーが無駄に使用されることなり、紫外線酸化装置から流出する水から除去すべきH2O2の量が増えることにもなるので、結果として、純水製造のための処理コストが高くなる可能性もある。これらのことから、紫外線酸化処理の前段において過度に多量のH2O2を被処理水に添加することは好ましくない。本発明者らの検討によれば、H2O2の添加量は、添加後の被処理水におけるH2O2濃度が10ppb以上400ppb以下であるようなものが好ましい。 In order to improve the decomposition efficiency of organic matter, the amount of OH radicals generated should be increased. When the addition of H 2 O 2 and ultraviolet irradiation are used in combination, the reaction of formula (2) may be advanced to the right side in order to increase the amount of OH radicals produced. For that purpose, the H 2 O 2 concentration Must be increased, the amount of UV irradiation should be increased, or both. However, even if the amount of OH radicals generated is increased, the OH radicals that did not react with the TOC component without reacting with them are only returned to H 2 O 2 in the reaction shown in the formula (1). Will be used wastefully and will also increase the amount of H 2 O 2 to be removed from the water flowing out of the UV oxidizer, which may result in higher processing costs for pure water production. There is also. For these reasons, it is not preferable to add an excessive amount of H 2 O 2 to the water to be treated before the ultraviolet oxidation treatment. According to the study by the present inventors, the amount of H 2 O 2 added is preferably such that the H 2 O 2 concentration in the treated water after the addition is 10 ppb or more and 400 ppb or less.
本発明によれば、紫外線酸化装置と過酸化水素除去装置とを少なくとも備える循環型の純水製造装置を用いて純水を生成する際に、紫外線酸化装置の前段で被処理水に対して過酸化水素を添加することにより、被処理水のTOC濃度が低い場合であっても、TOCの分解効率を大幅に向上させることができ、TOC濃度とH2O2濃度とが極めて低いレベルに維持された純水を得ることができるようになる。これにより、紫外線酸化装置の装置規模を小さくし、消費電力コストやランプのコストを含むランニングコストを大幅に削減できるようになる。 According to the present invention, when pure water is generated using a circulating pure water production apparatus that includes at least an ultraviolet oxidation device and a hydrogen peroxide removal device, the water to be treated is treated before the ultraviolet oxidation device. By adding hydrogen oxide, the TOC decomposition efficiency can be greatly improved even when the TOC concentration of the water to be treated is low, and the TOC concentration and the H 2 O 2 concentration are maintained at extremely low levels. Purified water can be obtained. Thereby, the apparatus scale of the ultraviolet oxidation apparatus can be reduced, and the running cost including the power consumption cost and the lamp cost can be greatly reduced.
また、添加したH2O2及び紫外線酸化装置で発生したH2O2は、紫外線酸化装置の後段に配置された過酸化水素除去装置内で、例えば白金族金属触媒と接触させることにより、極低濃度にまで除去される。これにより、純水製造装置内において後段のイオン交換装置などが設けられる場合に、酸化性物質によるイオン交換樹脂の酸化劣化などの悪影響を無視することができるようになる。 Also, H 2 O 2 generated by H 2 O 2 and UV oxidation apparatus added, in a hydrogen peroxide removal apparatus arranged downstream of the ultraviolet oxidation device, for example, by contacting with a platinum group metal catalyst, electrode Removed to low concentrations. As a result, when a subsequent ion exchange apparatus or the like is provided in the pure water production apparatus, adverse effects such as oxidative deterioration of the ion exchange resin due to the oxidizing substance can be ignored.
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明に基づく純水製造方法は、循環系として構成されてユースポイントに供給される純水を生成するものであって、ユースポイントでの使用量を超過した分の純水が循環系内を循環するものであり、例えば、一次純水から二次純水を生成するシステム、いわゆるサブシステムでの純水製造に好ましく適用できるものである。循環系内の水量を一定に保つために、ユースポイントでの使用量に応じて外部から水が供給される。外部から供給される水としては、少なくとも脱塩処理がなされた、一次純水レベルの水を想定している。外部から供給される水と循環系内を循環してくる純水とを合わせて、紫外線酸化処理における被処理水とするが、この被処理水におけるTOC濃度は10ppb以下であるとしている。被処理水におけるTOC濃度の下限は、例えば1ppbである。したがって本発明に基づく純水製造方法は、TOCが10ppb以下である被処理水に対して紫外線を照射する照射工程と、照射工程ののち被処理水中に含まれる過酸化水素を除去する除去工程と、を少なくとも備えて純水を生成し、ユースポイントにおける使用量を超過した分の純水が被処理水の少なくとも一部として照射工程に循環される純水製造方法において、照射工程の前段に被処理水に対して過酸化水素を添加する添加工程を有することを特徴とする。 The pure water production method according to the present invention generates pure water that is configured as a circulation system and is supplied to a use point, and the amount of pure water that exceeds the use amount at the use point passes through the circulation system. It circulates and is preferably applicable to, for example, pure water production in a system that generates secondary pure water from primary pure water, a so-called subsystem. In order to keep the amount of water in the circulation system constant, water is supplied from the outside according to the amount of use at the point of use. As water supplied from the outside, primary pure water level water that has been subjected to at least desalting treatment is assumed. The water supplied from the outside and the pure water circulating in the circulation system are combined to be treated water in the ultraviolet oxidation treatment, and the TOC concentration in the treated water is assumed to be 10 ppb or less. The lower limit of the TOC concentration in the water to be treated is, for example, 1 ppb. Accordingly, the pure water production method according to the present invention includes an irradiation step of irradiating the water to be treated having a TOC of 10 ppb or less with an ultraviolet ray, and a removing step of removing hydrogen peroxide contained in the water to be treated after the irradiation step. In a pure water production method in which pure water is produced at least by using the water at the point of use and is circulated to the irradiation process as at least a part of the water to be treated. It has the addition process which adds hydrogen peroxide with respect to treated water.
また本発明に基づく純水製造装置は、本発明に基づく純水製造方法によって純水を製造するのに適した構造を有するものであり、例えば、二次純水製造用のシステム、いわゆるサブシステムに用いるのに適したものである。したがって本発明に基づく純水製造装置は、TOCが10ppb以下である被処理水に対して紫外線を照射して紫外線酸化処理を実行する紫外線酸化装置と、紫外線酸化装置から流出した被処理水に含まれる過酸化水素を除去する過酸化水素除去装置と、を少なくとも備えて純水を生成し、ユースポイントにおける使用量を超過した分の純水を被処理水の少なくとも一部として紫外線酸化装置に循環する循環管路をさらに備える純水製造装置において、紫外線酸化装置の前段に、被処理水に対して過酸化水素を添加する添加手段を有することを特徴とする。 The pure water production apparatus according to the present invention has a structure suitable for producing pure water by the pure water production method according to the present invention. For example, a system for producing secondary pure water, a so-called subsystem. It is suitable for use in. Therefore, the pure water manufacturing apparatus based on this invention is contained in the to-be-processed water which irradiates the to-be-processed water whose TOC is 10 ppb or less, and performs an ultraviolet-oxidation process, and the to-be-processed water which flowed out of the ultraviolet-oxidation apparatus And at least a hydrogen peroxide removal device that removes the generated hydrogen peroxide, generates pure water, and circulates the pure water in excess of the amount used at the point of use to the UV oxidation device as at least part of the treated water In the pure water production apparatus further comprising a circulation pipe, an addition means for adding hydrogen peroxide to the water to be treated is provided upstream of the ultraviolet oxidation apparatus.
本発明に基づく純水製造方法及び装置において、被処理水の抵抗率は、1MΩcm以上であることが好ましい。 In the pure water production method and apparatus according to the present invention, the resistivity of the water to be treated is preferably 1 MΩcm or more.
以下、本発明をサブシステムに適用した場合を例に挙げて、本発明の実施形態を説明することとする。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described by taking the case where the present invention is applied to a subsystem as an example.
ここで被処理水へのH2O2の添加量について説明する。被処理水のTOC濃度が10ppb以下の場合、無駄にOHラジカルを発生させないでTOCの除去効率を向上させるという観点で、H2O2を10ppb以上400ppb以下となるように添加している。後述の参考例及び比較例から明らかなように、被処理水のTOC濃度が10ppb以下の場合には、少量の、すなわち400ppbまでの範囲内となるようH2O2を添加した場合には、H2O2を添加しない場合に比べ、TOCの除去効率が向上するが、H2O2の濃度が400ppbを超えた場合には、H2O2を添加しない場合よりもかえってTOC除去効率が低下する。したがって本発明では、10ppb以上400ppb以下の範囲内となるようにH2O2を添加することが好ましい。 Here, the amount of H 2 O 2 added to the water to be treated will be described. When the TOC concentration of the water to be treated is 10 ppb or less, H 2 O 2 is added so as to be 10 ppb or more and 400 ppb or less from the viewpoint of improving TOC removal efficiency without generating OH radicals unnecessarily. As will be apparent from the reference examples and comparative examples described later, when the TOC concentration of the water to be treated is 10 ppb or less, when a small amount of H 2 O 2 is added, that is, within a range of up to 400 ppb, The TOC removal efficiency is improved as compared with the case where H 2 O 2 is not added. However, when the H 2 O 2 concentration exceeds 400 ppb, the TOC removal efficiency is higher than the case where H 2 O 2 is not added. descend. In the present invention, therefore, it is preferable to adding H 2 O 2 to be within 400ppb following range of 10 ppb.
図1は、本発明の実施の一形態における純水製造装置を示している。 FIG. 1 shows a pure water producing apparatus according to an embodiment of the present invention.
この装置は、純水を貯留するタンク11と、タンク11から純水を送出するポンプ(P)12を備えており、ポンプ12に対し、熱交換器15、紫外線酸化装置(UV)16、H2O2除去装置17、膜脱気装置(MD)18、非再生型混床式イオン交換装置(CP)19及び限外濾過装置(UF)20がこの順で接続し、限外濾過装置20からの水はユースポイントに送られ、ユースポイントで使用されなかった分の水は循環配管によりタンク11に戻されるようになっている。この装置では、タンク11からポンプ12、熱交換器15、紫外線酸化装置16、H2O2除去装置17、膜脱気装置18、非再生型混床式イオン交換装置19及び限外濾過装置20を経てタンク11に戻る循環系が形成されている。ユースポイントでの純水の使用に応じて循環系内の水量が減るので、循環系内の水量を一定に保つために、タンク11には、外部からの水(供給水)も供給されている。
供給水は、例えば一次純水である。
This apparatus includes a
The supply water is, for example, primary pure water.
この構成において、紫外線酸化装置16に供給される水のTOC濃度は、10ppb以下であるものとする。さらにこのシステムは、H2O2を貯えるH2O2貯槽(H2O2)13を、熱交換器15と紫外線酸化装置16とを接続する配管に接続し、この配管中の被処理水に対してH2O2を添加するようにH2O2貯槽13からH2O2を供給するポンプ(P)14と、を備えている。ポンプ14は、添加後の被処理水におけるH2O2濃度が例えば10ppb以上400ppb以下となるように、被処理水にH2O2を添加する。
In this configuration, the TOC concentration of water supplied to the
このようなシステムでは、タンク11に貯えられた純水が、被処理水として、ポンプ12により、まず熱交換器15に送られて温度が調整される。その後、H2O2を添加され、紫外線酸化装置16において紫外線を照射される。その結果、被処理水中のTOC成分が分解される。
In such a system, pure water stored in the
紫外線酸化装置16は、例えば、被処理水と気相との界面が形成されない密閉流通式の反応容器と、反応容器内の被処理水に対して紫外線を照射する紫外線ランプと、を備えるものであることが好ましい。紫外線ランプとしては、例えば、波長185nmの光を少なくとも発生する低圧紫外線ランプを用いることができる。
The
低圧紫外線ランプからの光には、波長185nmの成分のほかに、波長254nmや波長194nmの成分も含まれる。H2O2を添加しない場合には、主として波長185nmの光がTOC成分の分解に寄与するが、本実施形態では、H2O2を添加することにより、波長254nmの光もTOC成分の分解に寄与することができるようになる。 The light from the low-pressure ultraviolet lamp includes a component having a wavelength of 254 nm and a wavelength of 194 nm in addition to a component having a wavelength of 185 nm. When H 2 O 2 is not added, light with a wavelength of 185 nm mainly contributes to the decomposition of the TOC component. However, in this embodiment, by adding H 2 O 2 , light with a wavelength of 254 nm also decomposes the TOC component. Will be able to contribute.
H2O2の添加と主に波長254nmの光を放射する高圧紫外線ランプとの併用によるTOC成分の分解処理も可能であるが、分解効率を高めて反応装置内での被処理水の滞留時間を短くし、装置を小型化するためには、紫外線照射に、(波長185nmの成分を放射する)低圧紫外線ランプを用いることが好ましい。 Although it is possible to decompose the TOC component by using H 2 O 2 in combination with a high-pressure ultraviolet lamp that mainly emits light with a wavelength of 254 nm, the residence time of the water to be treated in the reactor is improved by improving the decomposition efficiency. In order to shorten the size and reduce the size of the apparatus, it is preferable to use a low-pressure ultraviolet lamp (radiating a component having a wavelength of 185 nm) for ultraviolet irradiation.
本実施形態では、紫外線照射における照射量を0.3kWh/m3以下とすることが好ましい。被処理水中のTOC濃度が低いために、高い照射量で大量にOHラジカルを生成したとしても、式(1)に示す反応でOHラジカルが消費されることとなるから、効率的な処理を行うことができない。照射量を0.3kWh/m3以下とすることにより、無駄にOHラジカルを生成させることなく、効率的な処理を行うことができるようになる。 In this embodiment, it is preferable that the irradiation amount in ultraviolet irradiation is 0.3 kWh / m 3 or less. Since the TOC concentration in the water to be treated is low, even if a large amount of OH radicals are generated with a high irradiation dose, the OH radicals are consumed in the reaction shown in the formula (1). I can't. By setting the irradiation amount to 0.3 kWh / m 3 or less, efficient treatment can be performed without generating OH radicals in vain.
紫外線酸化装置16の反応容器として、被処理水と気相との界面が形成されない密閉流通式の反応容器を用いることで、水中を透過した波長254nmの光が気相へ抜けることがなくなって水中に留まり、式(2)に示すOHラジカルの生成反応に有効に用いられるようになる。波長254nmの光の有効利用の観点からは、反応容器の内面は、ステンレス鋼(SUS)などの金属製で鏡面仕上げされていることが好ましい。
By using a closed flow type reaction vessel in which the interface between the water to be treated and the gas phase is not formed as the reaction vessel of the
紫外線酸化装置16によって紫外線酸化処理を受けた被処理水は、次に、H2O2除去装置17に送られ、H2O2が除去される。ここで除去されるH2O2は、紫外線酸化装置16の前段においてポンプ14によって添加され紫外線酸化装置16では使用されなかったH2O2と、紫外線酸化装置16内での紫外線照射により被処理水中に生じたH2O2の両方である。
The water to be treated receives the ultraviolet oxidation treatment by
H2O2除去装置17内には、白金族金属触媒が設けられており、処理水が白金族金属触媒と接触することにより、H2O2の残留分が触媒分解によって除去される。H2O2の分解触媒としては活性炭も知られているが、純水系での適用を考えると、溶出物の少ない白金族金属触媒を用いることが好ましい。ここでいう白金族金属とは、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)のことであり、これらの一種類を単独で用いてもよいし、二種類以上を組み合わせて使用してもよい。これら白金族金属のうち、PtやPdなどを好ましく使用することができ、コスト等の観点からはPdが好ましい。 A platinum group metal catalyst is provided in the H 2 O 2 removal device 17, and when the treated water comes into contact with the platinum group metal catalyst, the residue of H 2 O 2 is removed by catalytic decomposition. Activated carbon is also known as a decomposition catalyst for H 2 O 2 , but it is preferable to use a platinum group metal catalyst with little eluate in view of application in a pure water system. The platinum group metal here is ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), and one of these is used alone. You may use, and may use it in combination of 2 or more types. Among these platinum group metals, Pt and Pd can be preferably used, and Pd is preferable from the viewpoint of cost and the like.
このような白金族金属触媒は、H2O2除去装置17内において、例えば、アニオン交換体に担持させられている。アニオン交換体は、粒状のアニオン交換樹脂であってもよいし、アニオン交換樹脂が一体のものとして成形されたモノリス状有機多孔質アニオン交換体であってもよい。ここで用いることができるモノリス状有機多孔質アニオン交換体は、例えば、特許文献12及び特許文献13に記載されている。アニオン交換体に白金族金属触媒を担持することにより、高い触媒能力の発揮と、触媒からの溶出物の低減に効果がある。
Such a platinum group metal catalyst is supported on, for example, an anion exchanger in the H 2 O 2 removing device 17. The anion exchanger may be a granular anion exchange resin, or may be a monolithic organic porous anion exchanger formed by integrating the anion exchange resin. Monolithic organic porous anion exchangers that can be used here are described in, for example,
白金族金属触媒を有するH2O2除去装置17を設け、被処理水に添加したH2O2及び紫外線酸化装置16で発生したH2O2を白金族金属触媒に接触させることにより、H2O2を極低濃度にまで除去することができる。これにより、酸化性物質であるH2O2によって後段の非再生型混床式イオン交換装置19内のイオン交換樹脂が酸化劣化するなどの悪影響を防ぐことができる。
The H 2 O 2 removing device 17 having a platinum group metal catalyst is provided, by contacting with the platinum group metal catalyst with H 2 O 2 generated by H 2 O 2 and
H2O2除去装置17から流出した被処理水は、次に膜脱気装置18に送られて溶存酸素(DO)などが除去され、続いて非再生型混床式イオン交換装置19に送られる。紫外線酸化処理によって生成して被処理水中に含まれることとなった有機酸及び二酸化炭素(CO2)は、非再生型混床式イオン交換装置19において除去される。さらに、被処理水は、限外濾過装置20に送られ、高度に不純物が除去された水となって、ユースポイントに送られることになる。使用されなかった水は、循環されて、タンク11に戻される。場合によっては膜脱気装置18を省略することができる。この構成では、ユースポイントから、TOC濃度とH2O2濃度とが極めて低いレベルに抑えられた純水が得られ、このような純水は循環管路を介してタンク11にも戻される。
The treated water flowing out from the H 2 O 2 removal device 17 is then sent to the
図2は、別の実施形態における純水製造装置を示している。図2に示す純水製造装置は、図1に示す装置において、膜脱気装置(MD)18と非再生型混床式イオン交換装置(CP)19の接続順を逆にしたものである。このように接続順を変更しても、ユースポイントから、TOC濃度とH2O2濃度とが極めて低いレベルに抑えられた純水が得られる。 FIG. 2 shows a pure water production apparatus according to another embodiment. The pure water production apparatus shown in FIG. 2 is obtained by reversing the connection order of the membrane deaerator (MD) 18 and the non-regenerative mixed bed ion exchanger (CP) 19 in the apparatus shown in FIG. Even if the connection order is changed in this way, pure water in which the TOC concentration and the H 2 O 2 concentration are suppressed to a very low level can be obtained from the use point.
図3は、さらに別の実施形態における純水製造装置を示している。 FIG. 3 shows a pure water producing apparatus according to still another embodiment.
図3に示す装置は、図1に示す装置において、溶存酸素(DO)を除去し、H2O2の分解除去を促進するために水素(H2)を添加するようにしたものである。H2添加のために、紫外線酸化装置16とH2O2除去装置17との間にガス溶解膜装置22が設けられ、ガス溶解膜装置22には、H2貯槽(H2)21からH2が供給されている。この場合、H2O2除去装置17において溶存酸素を除去できるので、膜脱気装置18は設けられていない。
The apparatus shown in FIG. 3 is the same as the apparatus shown in FIG. 1 except that hydrogen (H 2 ) is added to remove dissolved oxygen (DO) and promote decomposition and removal of H 2 O 2 . In order to add H 2 , a gas dissolution film device 22 is provided between the
この構成では、紫外線酸化装置16からの水は、H2を溶解させられた後に、白金族金属触媒と接触させられる。PdあるいはPt等の白金族金属触媒は、溶存水素の存在下で溶存酸素を除去できる。H2溶解後に白金族金属触媒で処理することによって、残留H2O2の除去とDOの除去とを同時に行うことができる。
In this configuration, water from the
上述した各実施形態においては、被処理水中のTOC濃度が低い場合であっても、紫外線酸化装置16の前段で被処理水に対して適量のH2O2を添加することにより、紫外線酸化装置16におけるTOCの分解効率を向上させることができる。そのような分解効率の向上は、後述の実施例などから明らかになるように、被処理水中のTOC濃度が10ppb以下である場合に著しかった。
In each of the above-described embodiments, even when the TOC concentration in the water to be treated is low, an ultraviolet oxidizer is added by adding an appropriate amount of H 2 O 2 to the water to be treated before the
本発明の効果を確認するために本発明者らが行った実施例に基づいて、本発明をさらに詳しく説明する。なお、循環型の純水製造装置では、生成された純水の少なくとも一部が被処理水として装置内を循環するために、生成された純水におけるTOC濃度やH2O2濃度は装置の運転開始から極めて長い時間が経過しないと一定値に収束せず、また、ユースポイントでの純水の使用量等に応じてもTOC濃度やH2O2濃度が変化する。したがって、本発明の効果を確認しH2O2の添加量の最適値を求めるなどの目的では、循環型の純水製造装置において実際に取得されたデータを用いるよりも非循環型の構成で取得したデータを用いる方が理解がしやすいので、以下では、非循環型の装置構成によって取得したデータに基づいて本発明を説明する。当業者であれば、以下に示した実施例、比較例及び参考例から、循環型の純水製造装置として構成した場合の本発明の効果やH2O2の添加量の最適値などを容易に認識することができる。 The present invention will be described in more detail based on examples performed by the present inventors in order to confirm the effects of the present invention. In the circulation type pure water production apparatus, since at least a part of the produced pure water circulates in the apparatus as treated water, the TOC concentration and H 2 O 2 concentration in the produced pure water are If a very long time has not elapsed since the start of operation, the value does not converge to a constant value, and the TOC concentration and H 2 O 2 concentration also change depending on the amount of pure water used at the use point. Therefore, for the purpose of confirming the effect of the present invention and obtaining the optimum value of the addition amount of H 2 O 2 , the non-circulation type configuration is used rather than using the data actually obtained in the circulation type pure water production apparatus. Since it is easier to understand using the acquired data, the present invention will be described below based on data acquired by a non-circular apparatus configuration. A person skilled in the art can easily obtain the effects of the present invention and the optimum value of the amount of H 2 O 2 when configured as a circulating pure water production apparatus from the following examples, comparative examples and reference examples. Can be recognized.
[実施例1]
図4に示す構成の水処理装置を組み立てた。この装置は、超純水に対して有機物としてメタノール(CH3OH)を添加することにより、TOC濃度が制御された被処理水を生成し、紫外線酸化処理を行うようにしたものである。この装置に供給される超純水にはその超純水の製造過程で生成するH2O2が含まれている。そこでこの装置には、過酸化水素除去触媒を有するH2O2除去装置32が設けられており、このH2O2除去装置32に供給水である超純水を通水させる場合とバイパスさせる場合とを切り替えることにより、紫外線酸化装置に供給される被処理水におけるH2O2の濃度を変化させることができるようになっている。ここで用いる超純水の水質は、抵抗率が18MΩ・cm以上、TOCが0.5ppb以下、H2O2濃度が14ppbであった。
[Example 1]
A water treatment apparatus having the configuration shown in FIG. 4 was assembled. In this apparatus, by adding methanol (CH 3 OH) as an organic substance to ultrapure water, water to be treated having a controlled TOC concentration is generated, and ultraviolet oxidation treatment is performed. The ultrapure water supplied to this apparatus contains H 2 O 2 produced in the process of producing the ultrapure water. Therefore, this apparatus is provided with an H 2 O 2 removal device 32 having a hydrogen peroxide removal catalyst, and this H 2 O 2 removal device 32 is bypassed when passing ultrapure water as supply water. By switching between cases, the concentration of H 2 O 2 in the water to be treated supplied to the ultraviolet oxidation apparatus can be changed. The quality of the ultrapure water used here was 18 MΩ · cm or more in resistivity, 0.5 ppb or less in TOC, and 14 ppb in H 2 O 2 concentration.
超純水が供給される配管に対して三方弁31が設けられており、三方弁31の一方の出口には、H2O2除去装置32の入口が接続し、三方弁31の他方の出口はH2O2除去装置32をバイパスするようにH2O2除去装置32の出口に接続している。H2O2除去装置32としては、内径57mmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製カラムの内部に層高10mm(体積で約25mL)のPdモノリスを充填したものを用いた。
A three-
H2O2除去装置32の出口からの配管には、メタノール貯槽(メタノール)33からポンプ(P)を介してメタノールが供給され、メタノールが加えられた超純水は膜脱気装置34に送られる。膜脱気装置34から流出する水を被処理水とし、その被処理水におけるTOC濃度をTOC計35(ANATEL社製のA−1000XP型TOC計)によってオンライン測定した。被処理水のH2O2濃度は、図示(S)で示すようにサンプリングした後、フェノールフタリン法を用いて吸光光度計で測定した。
Methanol is supplied from a methanol storage tank (methanol) 33 through a pump (P) to the piping from the outlet of the H 2 O 2 removal device 32, and the ultrapure water to which methanol is added is sent to the
膜脱気装置34から流出する被処理水の一部を分岐して、流量計36を介して紫外線酸化装置37に供給した。紫外線酸化装置37としては、千代田工販社製のTFL−1を使用した。紫外線酸化装置37内には、紫外線ランプとして、波長254nmの光と波長185nmの光の両方を発光する低圧紫外線ランプ(千代田工販社製の200Wの紫外線ランプSV−1500)を1本設置した。
A part of the water to be treated flowing out from the
紫外線酸化装置37から流出する処理水の一部を分岐し、非再生型混床式イオン交換装置(CP)38及び流量計39の順で通水し、流量計39から流出する処理水のTOC濃度をTOC計40(ANATEL社製のA−1000XP型TOC計)によって測定した。非再生型混床式イオン交換装置38としては、アクリル樹脂製の円筒容器(内径25mm、高さ1000mm)を有し、この容器内に混床のイオン交換樹脂を300ml(層高約600mm)充填したものを用いた。
A part of the treated water flowing out from the
TOC除去率は、以下の計算式により求めた:
TOC除去率(%)=((TOC0−TOC1)/TOC0)×100
ここでTOC0は、被処理水のTOC濃度、すなわちTOC計35で測定されたTOC濃度であり、TOC1は、非再生型混床式イオン交換装置38からの処理水のTOC濃度、すなわちTOC計40で測定されたTOC濃度である。
The TOC removal rate was determined by the following formula:
TOC removal rate (%) = ((TOC0−TOC1) / TOC0) × 100
Here, TOC0 is the TOC concentration of the water to be treated, that is, the TOC concentration measured by the
被処理水として、通水流量330L/hに対して、TOC濃度が2.3ppbとなるようにメタノールを超純水に対して添加し、膜脱気装置34によって溶存酸素(DO)を10ppb未満としたものを用いた。このとき、三方弁31をバイパス側として、被処理水のH2O2濃度が14ppbとなるようにした。そして紫外線酸化装置37において、紫外線照射量が0.2kWh/m3であるように、紫外線酸化処理を行った。非再生型混床式イオン交換装置38からの処理水のTOC濃度を測定しTOC除去率を算出した。結果を図5に示す。
As treated water, methanol is added to ultrapure water so that the TOC concentration becomes 2.3 ppb for a water flow rate of 330 L / h, and dissolved oxygen (DO) is less than 10 ppb by the
図5に示されるように、非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は0.66ppbであり、TOC除去率は71%であった。後述の比較例1と比較することにより、少量のH2O2が存在することで、TOC濃度が非常に低い純水系のものが被処理水である場合であっても、TOC除去効率が向上することが分かった。
As shown in FIG. 5, the TOC concentration at the outlet of the non-regenerative mixed
[比較例1]
実施例1で説明した装置を用い、三方弁31をH2O2除去装置32側としてH2O2濃度を低減させた超純水を被処理水とし、また被処理水のTOC濃度を1.9ppbとしたことを除いて、実施例1と同様の条件で試験を行った。このときの被処理水におけるH2O2濃度は3.1ppbであった。結果を図5に示す。比較例1での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は0.70ppbであり、TOC除去率は63%であった。
[Comparative Example 1]
Using the apparatus described in Example 1, using the three-
[実施例2]
被処理水のTOC濃度を6.1ppbとしたことを除いて、実施例1と同様の条件で試験を行った。結果を図5に示す。実施例2での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は0.70ppbであり、TOC除去率は89%であった。
[Example 2]
The test was performed under the same conditions as in Example 1 except that the TOC concentration of the water to be treated was 6.1 ppb. The results are shown in FIG. The TOC concentration at the outlet of the non-regenerative mixed bed
[比較例2]
三方弁31をH2O2除去装置32側としてH2O2濃度を低減させた超純水を被処理水とし、また被処理水のTOC濃度を6.8ppbとしたことを除いて、実施例2と同様の条件で試験を行った。このときの被処理水におけるH2O2濃度は4.8ppbであった。結果を図5に示す。比較例2での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は1.50ppbであり、TOC除去率は78%であった。
[Comparative Example 2]
Except that the three-
[実施例3]
被処理水のTOC濃度を10.3ppbとしたことを除いて、実施例1と同様の条件で試験を行った。結果を図5に示す。実施例3での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は1.50ppbであり、TOC除去率は85%であった。
[Example 3]
The test was performed under the same conditions as in Example 1 except that the TOC concentration of the water to be treated was 10.3 ppb. The results are shown in FIG. The TOC concentration at the outlet of the non-regenerative mixed bed
[比較例3]
三方弁31をH2O2除去装置32側としてH2O2濃度を低減させた超純水を被処理水とし、また被処理水のTOC濃度を9.2ppbとしたことを除いて、実施例3と同様の条件で試験を行った。このときの被処理水におけるH2O2濃度は3.1ppbであった。結果を図5に示す。比較例3での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は1.40ppbであり、TOC除去率は84%であった。
[Comparative Example 3]
Except that the three-
[比較例4−1]
被処理水のTOC濃度を28ppbとしたことを除いて、実施例1と同様の条件で試験を行った。結果を図5に示す。比較例4−1での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は10.3ppbであり、TOC除去率は63%であった。
[ Comparative Example 4-1 ]
The test was performed under the same conditions as in Example 1 except that the TOC concentration of the water to be treated was 28 ppb. The results are shown in FIG. The TOC concentration at the outlet of the non-regenerative mixed bed
[比較例4−2]
三方弁31をH2O2除去装置32側としてH2O2濃度を低減させた超純水を被処理水とし、また被処理水のTOC濃度を29ppbとしたことを除いて、比較例4−1と同様の条件で試験を行った。このときの被処理水におけるH2O2濃度は3.5ppbであった。結果を図5に示す。比較例4−2での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は12ppbであり、TOC除去率は59%であった。
[Comparative Example 4-2 ]
Comparative Example 4 except that the three-
[実施例5]
図6に示す構成の水処理装置を組み立てた。この装置は図4に示すものと同様のものであるが、三方弁31を取り除くことにより、供給水である超純水が必ずH2O2除去装置32を通過するようにし、さらに、被処理水におけるH2O2濃度を任意に設定できるように、H2O2除去装置32と膜脱気装置34との間の配管に対し、メタノール貯槽33からポンプ(P)を介してメタノールが供給されるようにするとともに、H2O2貯槽(H2O2)41からポンプ(P)を介してH2O2が供給されるようにしている。メタノールとH2O2が加えられた超純水は、膜脱気装置34においてこれらがよく混合される。ここで用いる超純水の水質は、抵抗率が18MΩ・cm以上、TOCが0.5ppb以下であった。その他の点では、図6に示す装置は図4に示す装置と同一の構成である。
[Example 5]
A water treatment apparatus having the configuration shown in FIG. 6 was assembled. This apparatus is the same as that shown in FIG. 4, but by removing the three-
被処理水として、通水流量400L/hに対して、TOC濃度が6.1ppbとなりH2O2濃度が17ppbとなるようにメタノール及びH2O2を超純水に対して添加し、膜脱気装置34によって溶存酸素(DO)を10ppb未満としたものを用いた。通水流量を400L/hとしたときの紫外線酸化装置37における紫外線照射量は、0.17kWh/m3であった。非再生型混床式イオン交換装置38からの処理水のTOC濃度を測定しTOC除去率を算出した。結果を図7に示す。
As water to be treated, methanol and H 2 O 2 were added to ultrapure water so that the TOC concentration was 6.1 ppb and the H 2 O 2 concentration was 17 ppb with respect to a water flow rate of 400 L / h. What used dissolved oxygen (DO) less than 10 ppb by the
図7に示されるように、非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は0.68ppbであり、TOC除去率は89%であった。後述の比較例5と比較することにより、少量のH2O2を存在することで、TOC濃度が非常に低い純水系のものが被処理水である場合であっても、TOC除去効率が向上することが分かった。
As shown in FIG. 7, the TOC concentration at the outlet of the non-regenerative mixed
[実施例6]
被処理水のH2O2濃度を33ppbとしたことを除いて、実施例5と同様の条件で試験を行った。結果を図7に示す。実施例6での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は0.57ppbであり、TOC除去率は91%であった。
[Example 6]
The test was performed under the same conditions as in Example 5 except that the H 2 O 2 concentration of the water to be treated was 33 ppb. The results are shown in FIG. The TOC concentration at the outlet of the non-regenerative mixed bed
[比較例5]
H2O2貯槽41から超純水へのH2O2の添加を行わなかったことと被処理水のTOC濃度を7.25ppbとしたことを除いて、実施例5と同様の条件で試験を行った。このときの被処理水のH2O2濃度は3.4ppbであった。結果を図7に示す。比較例5での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は0.97ppbであり、TOC除去率は87%であった。
[Comparative Example 5]
Tested under the same conditions as in Example 5 except that H 2 O 2 was not added from the H 2 O 2 storage tank 41 to the ultrapure water and that the TOC concentration of the water to be treated was 7.25 ppb. Went. The H 2 O 2 concentration of the treated water at this time was 3.4 ppb. The results are shown in FIG. The TOC concentration at the outlet of the non-regenerative mixed
[実施例7]
被処理水のTOC濃度を6.3ppbとし、H2O2濃度を79ppbとしたことを除いて、実施例5と同様の条件で試験を行った。結果を図7に示す。実施例7での非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は0.60ppbであり、TOC除去率は90%であった。
[Example 7]
The test was performed under the same conditions as in Example 5 except that the TOC concentration of the water to be treated was 6.3 ppb and the H 2 O 2 concentration was 79 ppb. The results are shown in FIG. The TOC concentration at the outlet of the non-regenerative mixed
[実施例8−1〜8−5]
図8に示す構成の水処理装置を組み立てた。この装置は、図6に示すものと同様のものであるが、供給水である超純水からH2O2を取り除くためのH2O2除去装置32が設けられていない点、膜脱気装置34の代わりにラインミキサー42が設けられている点、紫外線酸化装置37の出口に対する非再生型混床式イオン交換装置38と流量計39との接続順が逆になっていて流量計39と非再生型混床式イオン交換装置38との間にH2O2除去装置43が設けられている点で、図6に示すものと異なっている。また非再生型混床式イオン交換装置38の出口において、図示(S)に示すようにサンプリングを行い、非再生型混床式イオン交換装置38から流出する水における残留H2O2濃度をフェノールフタリン法を用いて吸光光度計により測定した。
[Examples 8-1 to 8-5]
A water treatment apparatus having the configuration shown in FIG. 8 was assembled. This apparatus is the same as that shown in FIG. 6 except that no H 2 O 2 removal device 32 for removing H 2 O 2 from ultrapure water as supply water is provided. The
H2O2除去装置43としては、アクリル樹脂製の円筒容器(内径25mm、高さ300mm)を有し、この容器内に触媒樹脂を100ml(層高約200mm)充填したものを用いた。触媒樹脂としては、アニオン交換樹脂にPdを担持したものであって、Pdの担持量が100mg−Pd/L−R(ゲル形、OH形:95%以上)のものを用いた。 As the H 2 O 2 removing device 43, an acrylic resin cylindrical container (inner diameter 25 mm, height 300 mm) having 100 ml of catalyst resin (layer height of about 200 mm) filled in this container was used. As the catalyst resin, an anion exchange resin carrying Pd and having a Pd loading of 100 mg-Pd / LR (gel form, OH form: 95% or more) was used.
なお、図8に示す装置において、非再生型混床式イオン交換装置38から流出する水を供給水である超純水として循環するようにすれば、本発明に基づく純水製造装置の基本的な構成となる。
In the apparatus shown in FIG. 8, if the water flowing out from the non-regenerative mixed bed
被処理水として、通水流量1.1m3/hに対して、TOC濃度が10ppbであり、実施例8−1〜8−5に対してH2O2濃度がそれぞれ50、100、200、300、400ppbであるように、メタノール及びH2O2を超純水に対して添加し、ラインミキサー42で混合したものを用いた。そして紫外線酸化装置37において、紫外線照射量が0.06kWh/m3となるように、紫外線酸化処理を行った。非再生型混床式イオン交換装置38からの処理水のTOC濃度を測定しTOC除去率を算出した。結果を表1に示す。
As the water to be treated, the TOC concentration is 10 ppb with respect to the water flow rate of 1.1 m 3 / h, and the H 2 O 2 concentration is 50, 100, 200, respectively for Examples 8-1 to 8-5. Methanol and H 2 O 2 were added to ultrapure water so as to be 300 and 400 ppb and mixed with the
表1に示されるように、実施例8−1における非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は2.40ppbであり、TOC除去率は76%であった。同様に、実施例8−2では、TOC濃度は2.08ppb、TOC除去率は79%、実施例8−3では、TOC濃度は2.12ppb、TOC除去率は79%、実施例8−4では、TOC濃度は2.35ppb、TOC除去率は77%、実施例8−5では、TOC濃度は2.53ppb、TOC除去率は75%であった。いずれの場合においても、非再生型混床式イオン交換装置38の出口における処理水での残留H2O2濃度は1ppb未満であった。
As shown in Table 1, the TOC concentration at the outlet of the non-regenerative mixed bed
後述の比較例6−1〜6−2と比較し、少量の、すなわち400ppbまでの範囲内となるようH2O2を添加した場合に、TOC除去効率が向上することが分かった。 It was found that the TOC removal efficiency was improved when H 2 O 2 was added in a small amount, that is, in the range up to 400 ppb, as compared with Comparative Examples 6-1 to 6-2 described later.
[参考例]
被処理水にH2O2を意図的には添加しなかったことを除いては実施例8−1と同様の条件で試験を行った。このとき、供給される超純水にH2O2が含まれていることにより、紫外線酸化装置37に供給される被処理水中のH2O2濃度は12ppbであった。結果を表1に示す。非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度は2.72ppbであり、TOC除去率は73%であった。
[Reference example]
The test was conducted under the same conditions as in Example 8-1 except that H 2 O 2 was not intentionally added to the water to be treated. At this time, by that contains H 2 O 2 in ultrapure water supplied, H 2 O 2 concentration in the water to be treated supplied to the
[比較例6−1,6−2]
被処理水のH2O2濃度がそれぞれ600ppb及び1000ppbであったことを除いて、実施例8−1と同様の条件で試験を行った。結果を表1に示す。非再生型混床式イオン交換装置38の出口におけるTOC濃度はそれぞれ2.89ppb及び3.72ppbであり、TOC除去率はそれぞれ71%及び63%であった。H2O2を過剰に添加することで、H2O2を添加しない場合に比べ、TOC除去率が逆に低下してしまう結果となった。
[Comparative Examples 6-1 and 6-2]
The test was performed under the same conditions as in Example 8-1 except that the H 2 O 2 concentration of the water to be treated was 600 ppb and 1000 ppb, respectively. The results are shown in Table 1. The TOC concentrations at the outlet of the non-regenerative mixed
11 タンク
12,14 ポンプ(P)
13,41 H2O2貯槽
15 熱交換器
16,37 紫外線酸化装置(UV)
17,32,43 H2O2除去装置
18,34 膜脱気装置(MD)
19,38 非再生型混床式イオン交換装置(CP)
20 限外濾過装置(UF)
21 H2貯槽
22 ガス溶解膜装置
31 三方弁
33 メタノール貯槽
36,39 流量計
35,40 TOC計
42 ラインミキサー
11
13,41 H 2 O 2 storage tank 15
17, 32, 43 H 2 O 2 removal device 18, 34 Membrane deaeration device (MD)
19,38 Non-regenerative mixed bed ion exchanger (CP)
20 Ultrafiltration equipment (UF)
21 H 2 storage tank 22 Gas
Claims (11)
前記照射工程は、低圧紫外線ランプによって前記紫外線を照射する工程であって、波長185nmを含む紫外線を紫外線照射量が0.3kWh/m 3 以下となるように照射する工程であり、
前記照射工程の前段に、前記被処理水に対して、前記被処理水中の過酸化水素濃度が10ppb以上400ppb以下となるように過酸化水素を添加する添加工程を有することを特徴とする純水製造方法。 Produced pure water comprising at least an irradiation step of irradiating the water to be treated with a TOC of 10 ppb or less with an ultraviolet ray and a removing step of removing hydrogen peroxide contained in the water to be treated after the irradiation step In the pure water production method, the pure water that exceeds the usage amount at the use point is circulated to the irradiation step as at least a part of the treated water.
The irradiation step is a step of irradiating the ultraviolet ray with a low-pressure ultraviolet lamp, and irradiating an ultraviolet ray having a wavelength of 185 nm so that an ultraviolet ray irradiation amount is 0.3 kWh / m 3 or less,
Pure water characterized by having an addition step of adding hydrogen peroxide to the treated water so that the hydrogen peroxide concentration in the treated water is 10 ppb or more and 400 ppb or less before the irradiation step. Production method.
前記照射工程の前段に、前記被処理水に対して、前記被処理水中の過酸化水素濃度が10ppb以上400ppb以下となるように、H 2 O 2 貯槽から過酸化水素を添加する添加工程を有し、
前記照射工程は、低圧紫外線ランプによって前記紫外線を照射する工程であって、波長185nmを含む紫外線を紫外線照射量が0.3kWh/m 3 以下となるように照射する工程であることを特徴とする純水製造方法。 Produced pure water comprising at least an irradiation step of irradiating the water to be treated with a TOC of 10 ppb or less with an ultraviolet ray and a removing step of removing hydrogen peroxide contained in the water to be treated after the irradiation step In the pure water production method, the pure water that exceeds the usage amount at the use point is circulated to the irradiation step as at least a part of the treated water.
Before the irradiation step, there is an addition step of adding hydrogen peroxide from the H 2 O 2 storage tank so that the hydrogen peroxide concentration in the water to be treated is 10 ppb or more and 400 ppb or less with respect to the water to be treated. And
The irradiation step is a step of irradiating the ultraviolet by the low-pressure ultraviolet lamp, ultraviolet irradiation amount ultraviolet rays including a wavelength 185nm is characterized in that it is a step of irradiating such that 0.3 kWh / m 3 or less Pure water production method.
前記紫外線酸化装置は、前記被処理水に前記紫外線を照射する低圧紫外線ランプを備え、波長185nmを含む紫外線を紫外線照射量が0.3kWh/m 3 以下となるように前記被処理水に照射し、
前記紫外線酸化装置の前段に、前記被処理水に対して、前記被処理水中の過酸化水素濃度が10ppb以上400ppb以下となるように過酸化水素を添加する添加手段を有することを特徴とする純水製造装置。 An ultraviolet oxidation apparatus that performs ultraviolet oxidation treatment by irradiating ultraviolet rays to water to be treated having a TOC of 10 ppb or less, and peroxidation that removes hydrogen peroxide contained in the water to be treated that has flowed out of the ultraviolet oxidation apparatus A dehydrating device, and at least a circulation line that circulates the pure water in excess of the amount used at a use point to the ultraviolet oxidation device as at least part of the treated water. In the pure water production equipment provided,
The ultraviolet oxidation apparatus includes a low-pressure ultraviolet lamp that irradiates the water to be treated with ultraviolet light, and irradiates the water to be treated with ultraviolet light having a wavelength of 185 nm so that the amount of ultraviolet radiation is 0.3 kWh / m 3 or less. ,
An addition means for adding hydrogen peroxide to the treated water so that a concentration of hydrogen peroxide in the treated water is 10 ppb or more and 400 ppb or less with respect to the treated water. Water production equipment.
前記紫外線酸化装置の前段に、前記被処理水に対して、前記被処理水中の過酸化水素濃度が10ppb以上400ppb以下となるようにH 2 O 2 貯槽から過酸化水素を添加する添加手段を有し、
前記紫外線酸化装置は、前記被処理水に前記紫外線を照射する低圧紫外線ランプを備え、波長185nmを含む紫外線を紫外線照射量が0.3kWh/m 3 以下となるように前記被処理水に照射することを特徴とする純水製造装置。 An ultraviolet oxidation apparatus that performs ultraviolet oxidation treatment by irradiating ultraviolet rays to water to be treated having a TOC of 10 ppb or less, and peroxidation that removes hydrogen peroxide contained in the water to be treated that has flowed out of the ultraviolet oxidation apparatus A dehydrating device, and at least a circulation line that circulates the pure water in excess of the amount used at a use point to the ultraviolet oxidation device as at least part of the treated water. In the pure water production equipment provided,
There is an addition means for adding hydrogen peroxide from the H 2 O 2 storage tank to the front stage of the ultraviolet oxidizer so that the hydrogen peroxide concentration in the water to be treated is 10 ppb or more and 400 ppb or less. And
The ultraviolet oxidation device includes a low-pressure ultraviolet lamp that irradiates the water to be treated with ultraviolet light, and irradiates the water to be treated with ultraviolet rays having a wavelength of 185 nm so that the amount of ultraviolet irradiation is 0.3 kWh / m 3 or less. The pure water manufacturing apparatus characterized by the above-mentioned .
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