TWI913260B - 純水製造方法及製造裝置 - Google Patents

Abstract

本發明能使再生式離子交換裝置以迅速且低溶出方式開始運作。本發明之純水製造方法，在裝填有可再生之離子交換體的離子交換裝置2A中，交互地反覆成為以下狀態：運轉狀態，將被處理水加以處理；及再生待機狀態，停止供應被處理水，將離子交換體21、22再生，並待機直到下次運轉狀態；且在再生待機狀態中，於離子交換體21、22的再生結束後起至下次運轉狀態為止之間，將清洗水通流至離子交換體。

Description

純水製造方法及製造裝置

本發明係關於純水製造方法及製造裝置。

自以往，在半導體元件、液晶顯示器、矽晶圓、印刷電路板等電子零件之製造工程及醫藥品之製造工程等中採用超純水，其離子狀物質、微粒子、有機物、溶存氣體、生菌等雜質含有量極少。尤其，在半導體元件為首的電子零件製造工程中使用大量的超純水，而伴隨著半導體元件的積體程度提昇，對於超純水的純度要求益發嚴格。例如，在半導體製造用超純水中，要求電阻率18.2MΩ･cm以上、0.05μm以上的微粒子數未滿1個/mL、全有機碳(TOC：Total Organic Carbon)未滿1μg/L、金屬成分未滿1ng/L等規格，要求的水質有更加嚴格的傾向。

其中，近年來就微量雜質而言，追求降低例如硼及TOC。一般而言，硼在不具備非再生式離子交換裝置的超純水製造裝置(子系統)中不易完全去除，因而探討在主級純水系統中去除。就在主級純水系統去除硼還有TOC的方法而言，廣泛利用以酸及鹼作為再生劑的再生式離子交換裝置。另一方面，再生式離子交換裝置在自主級純水系統隔離並進行再生操作之後起至開始運轉為止之間，會待機一定時間。在此待機時間中，有可能自離子交換體溶出有機物即母體的一部分，而影響到處理水的水質。

專利文獻1揭示有蒸氣發電廠的凝結水脫鹽裝置之中的脫鹽塔再生後之保管方法。陽離子層與陰離子層的再生結束之後，以逆洗將此等者分離，其後連續或間歇性通流清洗水至陽離子層與陰離子層。藉此，防止自陽離子樹脂溶出的有機物成分污染陰離子樹脂。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開平7-116526號公報

(發明所欲解決之問題)

專利文獻1記載的脫鹽塔之再生後的保管方法，目的在於早期穩定冷凝結水的水質，與純水製造方法並無相關。

本發明之目的提供一種純水製造方法，能使再生式離子交換裝置以迅速且低溶出方式開始運作。 (解決問題之方式)

本發明之純水製造方法，在裝填有可再生之離子交換體的離子交換裝置中，交互地反覆成為以下狀態：運轉狀態，將被處理水加以處理；及再生待機狀態，停止供應被處理水，再生離子交換體，並待機直到下次運轉狀態；且在再生待機狀態中，於離子交換體的再生結束後起至下次運轉狀態為止之間，將清洗水通流至離子交換體。 (發明之效果)

依據本發明，可提供一種純水製造方法，能使再生式離子交換裝置以迅速且低溶出方式開始運作。

(實施發明之較佳形態)

以下，參照圖式來說明本發明之純水製造方法與純水製造裝置的一實施形態。圖1A~1E顯示出純水製造裝置1的概略構成與再生式離子交換裝置2的再生方法。在各圖中，粗線顯示流通有被處理水、處理水或清洗水的管線。純水製造裝置(主級系統)與上游側的前處理系統及下游側的子系統(次級系統)共同構成超純水製造裝置。再生式離子交換裝置2必須定期性進行再生，然而半導體製造工程等利用的超純水卻必須連續製造。因此，在本實施形態中並聯設有三個樹脂塔(以下稱為A塔2A、B塔2B、C塔2C)，在三個塔之間交互地反覆成為運轉狀態與再生待機狀態，使得兩個塔運轉並將一個塔自純水製造裝置1隔離開來。在以下說明中，針對將A塔2A自運轉狀態切換成再生待機狀態，再生後待機既定時間之後，再切換成運轉狀態的方法來說明。

圖1A顯示出A塔2A、B塔2B處於運轉狀態，C塔2C處於再生待機狀態的純水製造裝置1。本實施形態之純水製造裝置1具有：原水貯槽3、原水泵浦4、過濾器5、活性碳塔6、陽離子樹脂塔7、脫碳酸裝置8、陰離子樹脂塔9、逆滲透膜裝置10、逆滲透膜裝置處理水貯槽(以下稱為RO處理水貯槽)11、逆滲透膜裝置處理水移送泵浦(以下稱為RO處理水泵浦)12、及紫外線氧化裝置13；且此等者依被處理水的流通方向D而言自上游朝向下游沿著管線L1上串聯配置。在前處理系統製造並貯藏在原水貯槽3的原水(以下稱為被處理水)以原水泵浦4來昇壓之後，利用過濾器5來去除粒徑比較大的塵埃等，並利用活性碳塔6去除過氧化氫、氯、還有有機物等雜質。被處理水利用陽離子樹脂塔7去除陽離子成分，利用脫碳酸裝置8去除碳酸，利用陰離子樹脂塔9去除陰離子成分，並利用逆滲透膜裝置10進一步去除離子成分。再者，逆滲透膜裝置10的處理水送至RO處理水貯槽11，藉由RO處理水泵浦12昇壓之後，藉由紫外線氧化裝置13分解有機物成分，其後送至再生式離子交換裝置2。

再生式離子交換裝置2的A塔2A、B塔2B、C塔2C裝填有可再生之離子交換體，在本實施形態中為離子交換樹脂。離子交換樹脂去除被處理水中的有機物成分還有離子成分。尤其，因為硼對於樹脂的吸附力弱，所以容易脫離樹脂。設於子系統的離子交換裝置，亦因為被處理水的離子負載小，通常係濾管型的非再生式。非再生式離子交換裝置因為離子交換性能較差且會長時間使用至更換時期，捕捉的硼容易流出至被處理水中。相對於此，再生式離子交換裝置2由於因為可將樹脂所捕捉的硼在自樹脂破過之前藉由再生來去除，所以作為硼的去除手段而言為有效。

因為3個樹脂塔(A塔2A、B塔2B、C塔2C)全部具有相同構成，所以以下主要針對A塔2A來說明。說明中雖省略，但在B塔2B及C塔2C同樣亦設有管線L6~L9、閥門V3~V8。A塔2A、B塔2B、C塔2C在入口側分別連接於自管線L1分歧的管線L2A、管線L2B、管線L2C，在出口側分別連接於合流至管線L4的管線L3A、管線L3B、管線L3C。管線L4連接於連接至子系統的管線L5。管線L2A、管線L2B、管線L2C分別設有閥門V1A、V1B、V1C，管線L3A、管線L3B、管線L3C分別設有閥門V2A、V2B、V2C。閥門V1A、V1B與V2A、V2B為開啟，閥門V1C、V2C為關閉。所以，A塔2A、B塔2B處於進行被處理水之處理的運轉狀態，C塔2C處於自純水製造裝置1隔離的再生待機狀態。

A塔2A係複層式的離子交換樹脂塔，下部裝填有由陰離子交換樹脂所構成的陰離子層21，上部裝填有由陽離子交換樹脂所構成的陽離子層22。陰離子層21與陽離子層22亦可係以離子交換纖維、塊體狀離子交換體等來形成。陰離子層21與陽離子層22之間設有：頭部23，用於供給陰離子層21之再生劑。管線L2A連接於A塔2A的底部，管線L3A連接於A塔2A的頂部。所以，被處理水作為向上水流而導入至A塔2A，利用陰離子層21去除陰離子成分，其次利用陽離子層22去除陽離子成分，其後自管線L3A排出。再生式離子交換裝置2亦可係陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂混合裝填在一個樹脂塔內的混層式，或是將陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂裝填在不同的樹脂塔並將此等樹脂塔串聯連接而成的雙層雙塔型。又，亦可將陽離子層22裝填至下部，陰離子層21裝填至上部，還可將被處理水供給成向下水流。

閥門V1A與A塔2A之間的位置設有自管線L2A分歧的管線L6。管線L6經由RO處理水貯槽11而合流至管線L1。管線L6合流至管線L1的位置可係逆滲透膜裝置10的入口側(陰離子樹脂塔9與逆滲透膜裝置10之間)，亦可係陽離子樹脂塔7的入口側(活性碳塔6與陽離子樹脂塔7之間)，還可係紫外線氧化裝置13的入口側(RO處理水泵浦12與紫外線氧化裝置13之間)。宜係回到具有至少一個以上的去除自A塔2A(再生式離子交換裝置2)溶出成分之功能的裝置之前段。在A塔2A的運轉中，管線L6上的閥門V6、V8為關閉。

供給鹽酸的管線L7合流至管線L3A。A塔2A的運轉中，管線L7上的閥門V3為關閉。A塔2A的側壁設有：管線L8，連接於頭部23並供給氫氧化鈉。A塔2A的運轉中，管線L8上的閥門V4為關閉。自管線L8分歧有排水管線即管線L9，管線L9上的閥門V5為關閉。自管線L6分歧有排水管線即管線L10，管線L10上的閥門V7為關閉。

其次說明A塔2A的再生方法。如圖1B所示，關閉閥門V1A、V2A而將A塔2A加以隔離，並且開啟閥門V1C、V2C而使C塔2C成為運轉狀態。開啟閥門V3、V5，自管線L7將鹽酸供給至A塔2A，進行利用鹽酸的陽離子交換樹脂之再生。自管線L7供給的鹽酸，供給至A塔2A的頂部並成為向下水流而在陽離子層22的內部流通，經由頭部23、管線L8、管線L9，回收至排水貯槽(未圖示)。藉由使鹽酸往與被處理水相反方向流動，能更加有效地去除陽離子交換樹脂所捕捉的陽離子成分。亦即，因為陽離子層22的下側部分作為被處理水的入口側，所以比起作為出口側的上側部分捕捉到更加大量的陽離子成分。藉由使鹽酸自上往下流動，防止陽離子成分往上側逆流而污染陽離子層22的上側部分。另，利用鹽酸來再生陽離子層22之際，為了防止鹽酸接觸至陰離子層21，將RO處理水貯槽11的水自陰離子層21下部供給成向上水流。接著，使用與鹽酸同樣的管線以RO處理水貯槽11的水來清洗殘留的鹽酸(未圖示)。

其次，如圖1C所示，關閉閥門V3、V5，開啟閥門V4、V7、V8，自管線L8將氫氧化鈉供給至A塔2A，進行利用氫氧化鈉的陰離子交換樹脂之再生。自管線L8供給的氫氧化鈉經由頭部23而供給至A塔2A的陰離子層21之頂部，成為向下水流而在陰離子層21流通，經由管線L10回收至排水貯槽(未圖示)。使氫氧化鈉往與被處理水相反方向流動的理由係與上述鹽酸之情形相同。另，利用氫氧化鈉來再生陰離子層21之際，為了防止氫氧化鈉接觸至陽離子層22，將RO處理水貯槽11的水自陽離子層22上部供給成向下水流。接著，使用同樣的管線以RO處理水貯槽11的水來清洗殘留的氫氧化鈉(未圖示)。

其次，如圖1D所示，關閉閥門V4、V7，開啟閥門V2A、V6，自管線L4、L3A將清洗水供給至A塔2A。此際，管線L3B、L3C、L4、L3A係作為將清洗水供給至A塔2A的清洗水供給管線而發揮功能。清洗水係B塔2B與C塔2C的出口水，亦即係純水，故純度高。清洗水的流量宜定為自B塔2B與C塔2C排出的純水之合計流量的0.5~5%之間。利用作為清洗水的純水依序流通陽離子層22、陰離子層21，並經由回歸管線即管線L6而回到RO處理水貯槽11。此際，管線L2A、L6作為回收清洗水的清洗水回收管線而發揮功能。因為如此再利用清洗水，所以水回收率幾乎不會降低。清洗水只要回到再生式離子交換裝置2的上游側即可，亦可回到RO處理水貯槽11以外的位置。然而，因為清洗水有可能含有自A塔2A的樹脂溶出的有機物，故宜如前所述，回到具有至少一個以上的去除自A塔2A溶出成分之功能的裝置之前段。

通常，A塔2A、B塔2B、C塔2C的切換係以週或月為單位來進行，但再生進行數小時即完畢。習知，在再生結束之後起至切換的時序為止，會在樹脂塔內充滿純水的狀態(亦即浸泡樹脂的狀態)下待機直到下次運轉開始，但待機時間較長之情形，樹脂的母體會剝離，剝離的有機物還有微粒子容易流出至樹脂塔內的浸泡水。流出的有機物還有微粒子會滯留在樹脂塔中，除此之外，還有可能附著於樹脂塔的內壁或樹脂。因此，將樹脂塔連接至純水製造裝置並開始供給被處理水之後起的一段時間，處理水的水質(TOC、比電阻、微粒子數等)有可能不穩定。其結果，有可能產生後段的子系統之中的負載增加，還有使用點的水質變動。在本實施形態中，因為於再生結束之後起至下次運轉狀態為止之間的待機狀態下流通清洗水，所以自樹脂剝離的有機物還有微粒子受到清洗水沖洗而不易蓄積在樹脂塔內。因此，將樹脂塔連接至純水製造裝置1時，存在於樹脂塔內的有機物還有微粒子的量減少，開始供給被處理水之後，處理水的水質早期穩定。

其次，如圖1E所示，關閉閥門V6、V8，開啟閥門V1A，重啟A塔2A的運轉。與此同時，關閉閥門V1B、V2B，將B塔2B自純水製造裝置1隔離。A塔2A與C塔2C進行運轉，並且依照上述的程序進行B塔2B的再生與待機。

本實施形態因為僅改變既存設備的運轉方法即能夠實施，因此無須追加新的管線還有閥門。清洗水因為係由上游的原水泵浦4及RO處理水泵浦12來昇壓，所以無需設置新的泵浦。就清洗水而言，使用運轉中的樹脂塔(在本實施形態中為B塔2B及C塔2C)的出口水最為簡便，但只要是不會汙染待機中的再生式離子交換裝置2之樹脂、具有一定純度的清洗水，即無特別限定。清洗水只要係具有與利用再生式離子交換裝置2產生的處理水相同程度或更高比電阻的水即可。

(實施例) 使用圖2所示的裝置來確認本發明的效果。將300mL的強酸性陽離子樹脂裝填至φ25mm的壓克力柱，製作出陽離子塔。同樣將300mL的強鹼性陰離子樹脂裝填至φ25mm的壓克力柱，製作出陰離子塔。將陰離子塔與陽離子塔串聯連接，製作出兩個系統之此種雙層雙塔型的離子交換裝置。預先將鹽酸作為向下水流供給至各陽離子塔，將強酸性陽離子樹脂再生。同樣，預先將氫氧化鈉作為向下水流供給至各陰離子塔，將強鹼性陰離子樹脂再生。其次，將日本神奈川縣相模原市的市水依序逐次以濾水器、活性碳裝置、離子交換裝置(與實施形態同樣為將陽離子交換樹脂塔、脫碳酸裝置、及陰離子交換樹脂塔串聯連接的雙層三塔型)、逆滲透膜裝置的被處理水，依序通流至陰離子塔、陽離子塔。為了連續獲得處理水，將系統1與系統2交互且以定收量來運轉(運轉→再生→通流清洗水並且待機→運轉)。

在實施例中，以空間速度SV90將被處理水通流至系統1之離子交換裝置。亦即，將被處理水自陰離子塔下部朝向上部通流成向上水流，再自陽離子塔下部朝向上部通流成向上水流。在系統1的運轉中，以空間速度SV1將清洗水通流至待機狀態的系統2之離子交換裝置。亦即，將系統1的處理水的一部分，經由清洗管線而自陽離子塔上部通流成向下水流，再自陰離子塔上部通流成向下水流(清洗水的流動以虛線來表示)。將被處理水通流至系統1，65小時後將系統2切換成運轉狀態以進行交互運轉，並量測系統2的處理水之TOC。TOC係使用蘇伊士公司製TOC計SIEVERS M9e來量測。比較例處於待機狀態時不通流至系統2進行清洗，除此之外係實施例相同。圖3顯示結果。橫軸顯示樹脂的每單位體積之通流量，縱軸顯示處理水的TOC。在實施例中，因為於待機時通流並清洗系統2，所以處理水的TOC在進行約樹脂體積500倍的通流之時間點穩定。在比較例中，處理水的TOC穩定之前必須進行樹脂體積約1000倍的通流，確認實施例能在短時間穩定TOC。

1:純水製造裝置 2:再生式離子交換裝置 2A:A塔(離子交換樹脂塔) 2B:B塔(離子交換樹脂塔) 2C:C塔(離子交換樹脂塔) 3:原水貯槽 4:原水泵浦 5:過濾器 6:活性碳塔 7:陽離子樹脂塔 8:脫碳酸裝置 9:陰離子樹脂塔 10:逆滲透膜裝置 11:逆滲透膜裝置處理水貯槽(RO處理水貯槽) 12:逆滲透膜裝置處理水移送泵浦(RO處理水泵浦) 13:紫外線氧化裝置 21:陰離子層(離子交換體) 22:陽離子層(離子交換體) 23:頭部 D:流通方向 L1,L2A,L2B,L2C,L3A,L3B,L3C,L4,L5,L6,L7,L8:管線 L9,L10:排水管線 V1A,V1B,V1C,V2A,V2B,V2C,V3,V4,V5,V6,V7,V8:閥門

圖1A係本發明一實施形態之純水製造裝置的概要圖(A塔運轉時)。 圖1B係本發明一實施形態之純水製造裝置的概要圖(A塔陽離子樹脂再生時)。 圖1C係本發明一實施形態之純水製造裝置的概要圖(A塔陰離子樹脂再生時)。 圖1D係本發明一實施形態之純水製造裝置的概要圖(A塔待機時)。 圖1E係本發明一實施形態之純水製造裝置的概要圖(A塔運轉重啟時)。 圖2係實施例與比較例之中的試驗裝置的概略構成圖。 圖3係顯示實施例與比較例之中的通流量與處理水的TOC之關係的圖表。

1:純水製造裝置

2:再生式離子交換裝置

2A:A塔(離子交換樹脂塔)

2B:B塔(離子交換樹脂塔)

2C:C塔(離子交換樹脂塔)

3:原水貯槽

4:原水泵浦

5:過濾器

6:活性碳塔

7:陽離子樹脂塔

8:脫碳酸裝置

9:陰離子樹脂塔

10:逆滲透膜裝置

11:逆滲透膜裝置處理水貯槽(RO處理水貯槽)

12:逆滲透膜裝置處理水移送泵浦(RO處理水泵浦)

13:紫外線氧化裝置

21:陰離子層(離子交換體)

22:陽離子層(離子交換體)

23:頭部

D:流通方向

L1,L2A,L2B,L2C,L3A,L3B,L3C,L4,L5,L6,L7,L8:管線

L9,L10:排水管線

V1A,V1B,V1C,V2A,V2B,V2C,V3,V4,V5,V6,V7,V8:閥門

Claims (6)

1. 一種純水製造方法，在裝填有可再生之離子交換體且係將兩個以上的樹脂塔並聯地配置而成的離子交換裝置中，於該兩個以上的樹脂塔之間交互地反覆成為以下狀態：運轉狀態，將被處理水加以處理；及再生待機狀態，停止供應被處理水，將該離子交換體再生，並待機至下次運轉狀態為止； 且在該再生待機狀態中，該離子交換體的再生結束後直到下次運轉狀態開始之時刻為止，連續地將清洗水通流至該離子交換體； 作為該清洗水來使用的水，回到具備一個以上的能夠去除來自該離子交換裝置的溶出成分之功能的裝置之前段。
2. 如請求項1之純水製造方法，其中， 將該清洗水與供給用來再生該離子交換體的再生劑，往與該被處理水之通流方向的相反方向通流。
3. 如請求項1或2之純水製造方法，其中， 該清洗水具有與以該離子交換裝置產生的處理水相同程度或更高之比電阻。
4. 如請求項1之純水製造方法，其中， 該清洗水係以處於該運轉狀態的該離子交換裝置所產生的處理水。
5. 一種純水製造裝置，包含： 離子交換裝置，裝填有可再生之離子交換體且係將兩個以上的樹脂塔並聯地配置而成，可於該兩個以上的樹脂塔之間交互地反覆成為運轉狀態及再生待機狀態，於該運轉狀態將被處理水加以處理，而於該再生待機狀態停止供應被處理水，將該離子交換體再生，並待機至下次運轉狀態為止；及 清洗水供給管線，在該再生待機狀態中，該離子交換體的再生結束後直到下次運轉狀態開始之時刻為止，連續地將清洗水通流至該離子交換體； 作為該清洗水來使用的水，回到具備一個以上的能夠去除來自該離子交換裝置的溶出成分之功能的裝置之前段。
6. 一種超純水製造裝置，包含： 如請求項5記載之純水製造裝置； 前處理系統，設於該純水製造裝置的上游側；及 子系統，設於該純水製造裝置的下游側。