JP2014000548A - Cleaning method when uplifting ultrapure water production system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイス、液晶ディスプレイ、シリコンウエハ、プリント基板等の電子部品製造工場、原子力発電所、医薬品製造工場等で広く利用される超純水を製造供給する超純水製造システムの洗浄方法に係り、特にその立ち上げ時の洗浄方法に係る。 The present invention relates to a method for cleaning an ultrapure water production system for producing and supplying ultrapure water widely used in electronic component manufacturing factories such as semiconductor devices, liquid crystal displays, silicon wafers, and printed circuit boards, nuclear power plants, and pharmaceutical manufacturing factories. In particular, the present invention relates to a cleaning method at the start-up.
従来、半導体デバイス、液晶ディスプレイ、シリコンウエハ、プリント基板等の電子部品製造工程、原子力発電所の発電工程、医薬品の製造工程等においては、イオン性物質、微粒子、有機物、溶存ガス、生菌等の不純物の含有量が極めて少ない超純水が使用されている。特に、半導体デバイスをはじめとする電子部品の製造工程において使用される超純水は、半導体デバイスの集積度の向上にともなって、純度に対する要求が厳しくなってきている。例えば、最先端の半導体製造用の超純水についての要求水質は、比抵抗18.2MΩ・cm以上、粒径0.05μm以上の微粒子数1個/mL(ミリリットル、以下同様)以下、全有機炭素(以下、TOCともいう。)1μg/L(リットル、以下同様)以下、メタル5ng/L以下であり、さらには、例えば、メタル1ng/L以下とより厳しくなる傾向にある。
Conventionally, in the manufacturing process of electronic parts such as semiconductor devices, liquid crystal displays, silicon wafers, printed circuit boards, power generation processes of nuclear power plants, manufacturing processes of pharmaceuticals, etc., ionic substances, fine particles, organic substances, dissolved gases, viable bacteria, etc. Ultrapure water with a very low impurity content is used. In particular, the demand for purity of ultrapure water used in the manufacturing process of electronic components such as semiconductor devices has become stricter as the degree of integration of semiconductor devices increases. For example, the required water quality for the ultrapure water for cutting-edge semiconductor manufacturing is 18.2 MΩ · cm or more in specific resistance, 1 μm / mL (milliliter, the same applies hereinafter) with a particle size of 0.05 μm or more, all organic Carbon (hereinafter also referred to as TOC) 1 μg / L (liter, the same applies hereinafter) or less, metal 5 ng / L or less, and further, for example,
このような超純水は、工業用水、市水、井水等の原水から、前処理システム、一次純水システム、二次純水システムを備える超純水製造システムで製造されて使用場所に供給される。前処理システムは、凝集沈澱装置や砂ろ過装置などを用いて原水を除濁し、前処理水とするものである。一次純水システムは、活性炭装置、逆浸透膜装置、2床3塔式イオン交換装置、真空脱気装置、混床式イオン交換装置、精密フィルター等から適宜選択して構成され、前処理水中の不純物を除去し、一次純水とするものである。二次純水システムはサブシステムとも称され、一次純水中の極微量の微粒子やイオン性物質のような不純物を除去し、さらに純度の高い超純水を製造する、狭義の超純水製造装置といえるものである。二次純水システムは、一次純水タンクの後段に設置され、各種の単位水処理装置を組み合わせて構成されている。二次純水システムを構成する水処理装置は、有機物を分解する紫外線酸化装置(TOC−UV)、イオン性物質を吸着除去する非再生式混床式イオン交換樹脂を用いたポリッシャー、限外ろ過膜装置や脱気膜装置などの膜処理装置等である。 Such ultrapure water is produced from raw water such as industrial water, city water, and well water in an ultrapure water production system equipped with a pretreatment system, a primary pure water system, and a secondary pure water system, and is supplied to the place of use. Is done. The pretreatment system is used to clarify raw water using a coagulating sedimentation device, a sand filtration device, or the like to obtain pretreatment water. The primary pure water system is appropriately selected from activated carbon devices, reverse osmosis membrane devices, 2-bed 3-tower ion exchange devices, vacuum degassing devices, mixed bed ion exchange devices, precision filters, etc. Impurities are removed to obtain primary pure water. Secondary pure water system, also called subsystem, removes impurities such as trace amounts of fine particles and ionic substances in primary pure water, and produces ultrapure water with high purity. It can be called a device. The secondary pure water system is installed after the primary pure water tank, and is configured by combining various unit water treatment devices. The water treatment equipment that constitutes the secondary pure water system is an ultraviolet oxidizer (TOC-UV) that decomposes organic matter, a polisher that uses a non-regenerative mixed-bed ion exchange resin that adsorbs and removes ionic substances, and ultrafiltration. A membrane processing device such as a membrane device or a degassing membrane device.
この超純水製造システムは、一次純水を一時的に貯留する純水タンクから二次純水システムを経て使用場所(ユースポイント)に到達する配管系と、使用場所から、通常は純水タンクに戻るリターン配管系とで循環系を成す配管系を備えている。 This ultrapure water production system consists of a piping system that reaches a place of use (use point) from a pure water tank that temporarily stores primary pure water through a secondary pure water system, and a pure water tank that is usually used from the place of use. It has a piping system that forms a circulation system with the return piping system.
超純水製造システム又は超純水製造装置の新規立ち上げ時や定期検査などによる休止後の再立ち上げ時には、系内に混入・発生する上記したような不純物を除去して使用場所近辺における超純水が所望の水質に至るまで洗浄試運転を行う。近年、工場の稼働効率の向上を目的として、いわゆる装置の「垂直立ち上げ」と称される短期間での装置の立ち上げが強く求められている。 When a new ultrapure water production system or ultrapure water production system is started up or when it is restarted after an outage due to periodic inspections, the impurities described above that are mixed and generated in the system are removed, and super A cleaning trial run is performed until the pure water reaches the desired water quality. In recent years, for the purpose of improving the operation efficiency of factories, there is a strong demand for the start-up of a device in a short period called “vertical start-up” of the device.
上記した不純物を除去するための洗浄方法としては、純水によるフラッシング・ブロー、純水の循環による洗浄、温水による洗浄、過酸化水素水を用いる洗浄、塩基性水溶液を用いる洗浄等の方法や、オゾンや水素などを溶解させたいわゆる機能水を用いる方法、界面活性剤を用いる方法等が知られており、これら各種の洗浄方法の中から洗浄対象である不純物の種類や目的などに応じて洗浄が行われる。また、十分な洗浄を行うために、各種洗浄方法の特徴的な効果を考慮して複数の方法を組み合わせて段階的に洗浄が行われる場合もある。 As a cleaning method for removing the impurities described above, flushing and blowing with pure water, cleaning by circulating pure water, cleaning with hot water, cleaning with hydrogen peroxide, cleaning using a basic aqueous solution, and the like, A method using so-called functional water in which ozone or hydrogen is dissolved, a method using a surfactant, and the like are known. Of these various cleaning methods, cleaning is performed according to the type and purpose of impurities to be cleaned. Is done. Further, in order to perform sufficient cleaning, there are cases where cleaning is performed in stages by combining a plurality of methods in consideration of the characteristic effects of various cleaning methods.
上記の種々の不純物の中でも、特に微粒子の除去率を高める方法として、塩基性水溶液を用いる洗浄を含む洗浄方法が知られている。(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照。)
Among the various impurities described above, a cleaning method including cleaning using a basic aqueous solution is known as a method for increasing the removal rate of fine particles. (See, for example,
しかしながら、従来の洗浄方法では微粒子の除去が必ずしも十分なものではなく、超純水製造システムの新規立ち上げ時や定期検査などによる休止後の再立ち上げ時に、製造供給される超純水が所望の水質に至るまでの洗浄試運転に時間がかかるという問題があった。 However, conventional cleaning methods do not always remove fine particles, and ultrapure water to be manufactured and supplied is desirable when a new ultrapure water production system is started up or when it is restarted after a periodical shutdown. There was a problem that it took a long time for the cleaning trial run to reach the water quality.
本発明の洗浄対象である超純水製造システムは、純水タンクから超純水製造装置を経て使用場所に到達する配管系と、使用場所から純水タンクに戻るリターン配管系とにより循環系を成した配管系を備えている。本明細書において、「システム循環」とは、超純水製造システムの循環系を構成する配管系内での循環をいう。また、超純水製造システムを構成する配管の途中には、必要に応じてポンプ、継手、弁等の設備や、各種の水処理装置が備えられている。本明細書において、「配管系(ライン)」とは、これらの設備等が配管で接続されて流路を構成している全体の系をいう。また、「洗浄水」とは、システム循環させている二酸化炭素溶解水や純水をいう。 The ultrapure water production system to be cleaned of the present invention has a circulation system by a piping system that reaches a use place from a pure water tank through an ultrapure water production apparatus, and a return piping system that returns from the use place to the pure water tank. It has an established piping system. In this specification, “system circulation” refers to circulation in a piping system constituting the circulation system of the ultrapure water production system. In addition, in the middle of the pipe constituting the ultrapure water production system, equipment such as a pump, a joint, and a valve, and various water treatment devices are provided as necessary. In this specification, the “piping system (line)” refers to the entire system in which these facilities and the like are connected by piping to form a flow path. “Washing water” refers to carbon dioxide-dissolved water or pure water that is circulated in the system.
ところで、本発明者らは、上記した問題を解消すべく研究を行い、配管系の新規立ち上げ時に、純水に代えて二酸化炭素溶解水をシステム循環させて循環水中の微粒子数を測定したところ、純水をシステム循環させた場合よりも微粒子数が増加していることを見出した。 By the way, the present inventors conducted research to solve the above-mentioned problems, and measured the number of fine particles in the circulating water by circulating a system of carbon dioxide-dissolved water instead of pure water when the piping system was newly started up. It was found that the number of fine particles increased compared with the case where pure water was circulated in the system.
さらに、微粒子数の増加した二酸化炭素溶解水を循環系から排出して、その後系内に純水を循環させたところ、微粒子数は、配管系の新規立ち上げ時に、直ちに純水をシステム循環させた場合よりも低い値を維持する、との知見を得た。 Furthermore, carbon dioxide-dissolved water with an increased number of fine particles was discharged from the circulation system, and then pure water was circulated in the system. As a result, the pure water was immediately circulated through the system when a new piping system was started up. It was found that the value was maintained lower than the case.
上記の二酸化炭素溶解水のシステム循環による微粒子数の増加がいかなる理由によるのか必ずしも明らかではないが、以下のように考えることができる。
超純水製造システムの配管系を構成する一般的な材料の表面電位は、pHによって変わることが報告されている(非特許文献1参照)。一方、二酸化炭素溶解水のシステム循環により増加した微粒子は配管系から脱離したものであると考えられる。そのため、少なくとも上記した微粒子数の増加の原因の一つは、二酸化炭素溶解水による配管系内のpHの低下が配管系又は微粒子の表面電位を変えたことにより、配管系と微粒子間に働く引力が小さくなり、あるいは両者間に斥力が働くようになったことによると考えられる。
Although the reason why the increase in the number of fine particles due to the system circulation of the carbon dioxide-dissolved water is not always clear, it can be considered as follows.
It has been reported that the surface potential of a general material constituting a piping system of an ultrapure water production system varies depending on pH (see Non-Patent Document 1). On the other hand, the fine particles increased by the system circulation of carbon dioxide-dissolved water are considered to have been detached from the piping system. Therefore, at least one of the causes of the increase in the number of fine particles described above is the attractive force that acts between the piping system and the fine particles because the decrease in pH in the piping system due to the carbon dioxide-dissolved water changes the surface potential of the fine piping system or fine particles. This is thought to be due to the fact that the reluctance became smaller, or the repulsive force worked between them.
一旦配管系から脱離した微粒子は、そのまま純水の循環に移行してpH値が元に戻れば配管系に再付着することが考えられる。しかし、本発明者らは、さらに、この再付着した微粒子は洗浄水の液性を中性に近づけることで容易に再脱離する、との知見をも得た。 It is conceivable that the fine particles once desorbed from the piping system are reattached to the piping system as soon as they are transferred to the pure water circulation and the pH value is restored. However, the present inventors have further obtained the knowledge that the reattached fine particles are easily re-detached by bringing the liquidity of the washing water close to neutral.
二酸化炭素溶解水中の二酸化炭素は脱気により容易に除去することが可能である。本発明の洗浄方法は、二酸化炭素溶解水を用いているため、塩基性水溶液を用いて洗浄する方法などのように洗浄水の成分が超純水製造システム内に残留し、かかる残留成分の洗浄にさらに時間を要するおそれもない。
さらに、二酸化炭素溶解水は、安全性等の取り扱い性も良い。
Carbon dioxide in the carbon dioxide-dissolved water can be easily removed by deaeration. Since the cleaning method of the present invention uses carbon dioxide-dissolved water, the components of the cleaning water remain in the ultrapure water production system as in the method of cleaning using a basic aqueous solution, and the cleaning of such residual components is performed. There is no risk of further time.
Furthermore, carbon dioxide-dissolved water has good handling properties such as safety.
本発明の実施形態の超純水製造システムの洗浄方法は、超純水製造装置、超純水のユースポイント及び前記超純水製造装置と前記ユースポイントとを接続する配管系からなる超純水製造システムの少なくとも一部を立ち上げ洗浄する方法であって、前記超純水製造システムの少なくとも一部に二酸化炭素溶解水を循環させ前記超純水製造システム内に付着した微粒子を前記二酸化炭素溶解水中に脱離させる二酸化炭素溶解水循環工程と、前記二酸化炭素溶解水中に脱離した前記微粒子を系外に排出する押し出し工程とを有することを特徴とする。 The method for cleaning an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention includes an ultrapure water production apparatus, a use point of ultrapure water, and an ultrapure water comprising a piping system connecting the ultrapure water production apparatus and the use point. A method of starting and cleaning at least a part of a production system, wherein carbon dioxide-dissolved water is circulated in at least a part of the ultrapure water production system, and fine particles adhering to the ultrapure water production system are dissolved in the carbon dioxide. A carbon dioxide-dissolved water circulation step for desorption in water, and an extrusion step for discharging the fine particles desorbed in the carbon dioxide-dissolved water out of the system.
本発明の実施形態の超純水製造システムの洗浄方法は、前記二酸化炭素溶解水の二酸化炭素濃度は100〜1,000ppmであることを特徴とする。 The cleaning method for an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention is characterized in that the carbon dioxide concentration of the carbon dioxide-dissolved water is 100 to 1,000 ppm.
本発明の実施形態の超純水製造システムの洗浄方法は、前記二酸化炭素溶解水のpHは3〜4であることを特徴とする。 The ultrapure water production system cleaning method according to the embodiment of the present invention is characterized in that the carbon dioxide-dissolved water has a pH of 3-4.
本発明の実施形態の超純水製造システムの洗浄方法は、前記超純水製造システムの少なくとも一部を、純水を通水することで洗浄するリンス工程を有することを特徴とする。 The cleaning method for an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention includes a rinsing process for cleaning at least a part of the ultrapure water production system by passing pure water.
本発明の実施形態の超純水製造システムの洗浄方法は、前記押し出し工程の少なくとも一部は、前記超純水製造装置に純水を通水することなく行うことを特徴とする。 The cleaning method for an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention is characterized in that at least a part of the extrusion step is performed without passing pure water through the ultrapure water production apparatus.
本発明の実施形態の超純水製造システムの洗浄方法は、前記超純水製造システムの少なくとも一部に純水を循環させた状態で、二酸化炭素を前記純水中に導入する二酸化炭素導入工程を有することを特徴とする。 The cleaning method for an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention includes a carbon dioxide introduction step of introducing carbon dioxide into the pure water in a state where pure water is circulated through at least a part of the ultrapure water production system. It is characterized by having.
本発明の実施形態の超純水製造システムの洗浄方法は、前記超純水製造装置は、ガス導入ラインを有する脱気膜装置を備え、前記二酸化炭素導入工程は、前記ガス導入ラインを介して二酸化炭素を前記純水中に導入することを特徴とする。 In the cleaning method for an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention, the ultrapure water production apparatus includes a degassing membrane device having a gas introduction line, and the carbon dioxide introduction step is performed via the gas introduction line. Carbon dioxide is introduced into the pure water.
本発明の実施形態の超純水製造システムの洗浄方法は、前記二酸化炭素濃度は、前記超純水製造システムの純水との接触面の少なくとも一部の表面電位が0〜5mVとなる濃度であることを特徴とする In the cleaning method for an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention, the carbon dioxide concentration is such that the surface potential of at least a part of the contact surface with pure water of the ultrapure water production system is 0 to 5 mV. It is characterized by being
本発明の実施形態の超純水製造システムの洗浄方法は、前記押し出し工程の後に、超純水製造装置の立ち上げを行う立ち上げ工程を有することを特徴とする。 The method for cleaning an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention is characterized by having a startup process for starting up the ultrapure water production apparatus after the extrusion process.
ここで、「押し出し」とは、超純水製造システムの系内の二酸化炭素溶解水を排出すること等で微粒子を系外に排出することである。また、「リンス」とは、超純水製造システム内に純水を通水して不純物を洗い流す(リンスする)ことである。また、押し出し工程及びリンス工程で使用する「純水」は「超純水」の場合もあり、純水又は超純水を用いると考えればよい。 Here, “extrusion” means discharging fine particles out of the system by discharging carbon dioxide-dissolved water in the ultrapure water production system. In addition, “rinsing” refers to flushing (rinsing) impurities by passing pure water through the ultrapure water production system. The “pure water” used in the extrusion process and the rinsing process may be “ultra pure water”, and it may be considered that pure water or ultra pure water is used.
本発明によれば、二酸化炭素溶解水をシステム循環させることにより、配管系の内壁面に付着した微粒子を効率よく脱離させ、二酸化炭素溶解水中に分散させることができる。そして、押し出し工程で、二酸化炭素溶解水中に脱離した微粒子を系外に排出することで、微粒子を確実に除去し、超純水製造システムの新規立ち上げ時や定期検査などによる休止後の再立ち上げ時に、製造供給される超純水が所望の水質に至るまでの洗浄試運転時間を短縮することができる。 According to the present invention, by circulating the carbon dioxide-dissolved water in the system, the fine particles adhering to the inner wall surface of the piping system can be efficiently desorbed and dispersed in the carbon dioxide-dissolved water. In the extrusion process, the fine particles released in the carbon dioxide-dissolved water are discharged out of the system, so that the fine particles can be removed reliably. At the time of start-up, it is possible to shorten the cleaning trial operation time until the ultrapure water produced and supplied reaches the desired water quality.
次に、本発明を実施するための形態について説明する。本発明はこれらに限定されるものではない。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated. The present invention is not limited to these.
図1は、本実施形態の洗浄対象である超純水製造システム1の一例を示す概略構成図である。図1に示す超純水製造システム1は、一次純水を導入するラインL1、ラインL1に接続され一次純水を貯留する純水タンク11、純水タンク11の後段に超純水製造装置として二次純水システム10を備えている。二次純水システム10は脱気膜装置14を備えている。また、超純水製造システム1は、純水タンク11から二次純水システム10を経て使用場所であるユースポイントに到達する配管系であるラインL2と、ユースポイントから純水タンク11に戻るリターン配管系であるラインL3で循環系を成した配管系を備えている。また、図示しないが、純水タンク11の前段には、必要に応じて前処理システム、一次純水システムを備えている。
ラインL2のユースポイントの直前にはバルブB4を介してブローラインL4が接続されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an ultrapure
A blow line L4 is connected through a valve B4 immediately before the use point of the line L2.
図1に示される超純水製造システム1において、一次純水はラインL1から純水タンク11に導入され、貯留されている。超純水の製造を行う通常運転時には、純水タンク11に貯留された一次純水は、ポンプPによってラインL2に供給される。ラインL2上には、二次純水システム10が構成されており、供給された一次純水は、二次純水システム10で処理され、ラインL2に介在されたバルブB2を介してユースポイントに供給される。
ユースポイントで使用されない残余の超純水は、バルブB3を介してラインL2に接続されたラインL3により純水タンク11にリターン循環される。
In the ultrapure
The remaining ultrapure water that is not used at the use point is returned and circulated to the pure water tank 11 through the line L3 connected to the line L2 via the valve B3.
配管系には、製造される超純水中への成分の溶出が極めて少ない材料が用いられる。このような材料として、具体的には、PVC(ポリ塩化ビニル)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、FRP(繊維強化プラスチック)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)等の有機高分子材料やステンレス等が挙げられる。 For the piping system, a material with extremely little elution of components into the produced ultrapure water is used. Specific examples of such materials include PVC (polyvinyl chloride), PTFE (polytetrafluoroethylene), PVDF (polyvinylidene fluoride), FRP (fiber reinforced plastic), PPS (polyphenylene sulfide), and PFA (tetrafluoro). Organic polymer materials such as ethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) and stainless steel.
本実施形態の洗浄方法は、超純水製造システムにおいて、配管系の内壁面の表面電位を変化させることにより、この内壁面に付着した微粒子を脱離させることを特徴とする。表面電位を変化させる具体的手段としては、純水に二酸化炭素を溶解させた二酸化炭素溶解水を所定の時間システム循環させる手段を用いる。
純水としては、超純水製造システムが前段に一次純水システムを備える場合には、一次純水を用いることが一般的である。
The cleaning method of this embodiment is characterized in that, in the ultrapure water production system, fine particles attached to the inner wall surface are desorbed by changing the surface potential of the inner wall surface of the piping system. As specific means for changing the surface potential, means for circulating the carbon dioxide-dissolved water in which carbon dioxide is dissolved in pure water for a predetermined time is used.
As the pure water, primary ultrapure water is generally used when the ultrapure water production system includes the primary pure water system in the previous stage.
この微粒子の除去は以下のような原理によるものであると考えられる。すなわち、微粒子は、それぞれ固有の表面電位を有しており、この表面電位により配管系の内壁面と電気的つまり静電的に付着していると考えられている。
一方、超純水製造システムの構成材料のうち、上記した有機高分子材料の表面電位はpHが7でマイナスである。この表面電位は、pHを小さくすると表面電位がゼロとなる等電点を経てプラスの方向へ変化することが知られており、特に、PVC、PTFE、PVDF等の有機高分子材料は、pHがおおよそ2.0〜3.9で等電点となることが知られている。
The removal of the fine particles is considered to be based on the following principle. That is, the fine particles each have a unique surface potential, and it is considered that the fine particles are electrically or electrostatically attached to the inner wall surface of the piping system.
On the other hand, among the constituent materials of the ultrapure water production system, the surface potential of the organic polymer material described above has a pH of 7 and is negative. This surface potential is known to change in the positive direction through an isoelectric point where the surface potential becomes zero when the pH is reduced. In particular, organic polymer materials such as PVC, PTFE, and PVDF have a pH of It is known that the isoelectric point is about 2.0 to 3.9.
所定の濃度の二酸化炭素溶解水を超純水製造システム内に循環(システム循環)させると、配管系の内壁面の表面電位がマイナスからプラスへ変化することで、微粒子との間の電気的な引力は小さくなり、配管系の内壁面からの微粒子の脱離が促進される。
このように、二酸化炭素溶解水をシステム循環させることにより、配管系の内壁面に付着した微粒子を脱離させて二酸化炭素溶解水中に分散させる。その後、二酸化炭素溶解水中に脱離した微粒子を超純水製造システムの系外に排出する。
When carbon dioxide-dissolved water of a predetermined concentration is circulated in the ultrapure water production system (system circulation), the surface potential of the inner wall surface of the piping system changes from minus to plus, so that the electrical The attractive force is reduced, and the detachment of fine particles from the inner wall surface of the piping system is promoted.
Thus, by circulating the carbon dioxide-dissolved water in the system, the fine particles adhering to the inner wall surface of the piping system are desorbed and dispersed in the carbon dioxide-dissolved water. Thereafter, the fine particles detached in the carbon dioxide-dissolved water are discharged out of the ultrapure water production system.
次に各工程について説明する。
[二酸化炭素溶解水循環工程]
二酸化炭素溶解水循環工程は、二酸化炭素溶解水をシステム循環させる工程である。二酸化炭素溶解水循環工程の重要な目的は、微粒子を配管系の内壁面から脱離させることである。したがって、二酸化炭素溶解水循環工程では、二酸化炭素による化学的洗浄効果に加えて、流れによる物理的な除去、剥離、拡散効果も重要となる。
Next, each step will be described.
[CO2 dissolved water circulation process]
The carbon dioxide dissolved water circulation step is a step of circulating the carbon dioxide dissolved water in the system. An important purpose of the carbon dioxide dissolved water circulation process is to desorb fine particles from the inner wall surface of the piping system. Therefore, in the carbon dioxide-dissolved water circulation step, in addition to the chemical cleaning effect by carbon dioxide, physical removal, peeling, and diffusion effects by the flow are also important.
二酸化炭素溶解水循環工程において、二酸化炭素溶解水の二酸化炭素濃度は100〜1,000ppmであることが好ましい。微粒子の脱離を促進するためである。立ち上げ(洗浄試運転)期間の短縮の観点から、二酸化炭素濃度は100〜300ppmであることがより好ましい。
また、二酸化炭素溶解水のpHは3〜4であることが好ましい。PVC、PTFE、PVDF等の有機高分子材料の表面電位を0mV以上とし、微粒子の脱離を促進するためである。立ち上げ(洗浄試運転)期間の短縮の観点から、pHは3.5〜4であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、二酸化炭素濃度は、TOC計としてSievers900 on−line TOC Analyzer(GE社製)を用いて測定した値であり、pHはpHメーター D−52(堀場製作所社製)を用いて測定した値である。
In the carbon dioxide-dissolved water circulation step, the carbon dioxide concentration of the carbon dioxide-dissolved water is preferably 100 to 1,000 ppm. This is to promote the detachment of the fine particles. From the viewpoint of shortening the start-up (cleaning trial operation) period, the carbon dioxide concentration is more preferably 100 to 300 ppm.
The pH of the carbon dioxide-dissolved water is preferably 3-4. This is because the surface potential of organic polymer materials such as PVC, PTFE, and PVDF is set to 0 mV or more to promote the detachment of fine particles. From the viewpoint of shortening the start-up (cleaning trial operation) period, the pH is more preferably 3.5 to 4.
In the present embodiment, the carbon dioxide concentration is a value measured using a Sievers 900 on-line TOC Analyzer (manufactured by GE) as a TOC meter, and pH is a pH meter D-52 (manufactured by Horiba, Ltd.). Measured value.
二酸化炭素溶解水循環工程は、1〜10時間程度行うことが好ましい。二酸化炭素溶解水循環工程の第一の目的は微粒子を配管系の内壁面から脱離させることである。したがって、二酸化炭素溶解水による化学的洗浄効果を得るために、二酸化炭素溶解水循環工程は、2時間以上であることがより好ましく、立ち上げ(洗浄試運転)期間の短縮の観点から5時間未満であることがより好ましい。 The carbon dioxide-dissolved water circulation step is preferably performed for about 1 to 10 hours. The first purpose of the carbon dioxide-dissolved water circulation process is to desorb the fine particles from the inner wall surface of the piping system. Therefore, in order to obtain a chemical cleaning effect with carbon dioxide-dissolved water, the carbon dioxide-dissolved water circulation step is more preferably 2 hours or more, and less than 5 hours from the viewpoint of shortening the start-up (cleaning trial operation) period. It is more preferable.
二酸化炭素溶解水循環工程では、流れによる物理的な除去効果等も重要となる。したがって、二酸化炭素溶解水循環工程における流速(線速度)としては、高速の方が流れによる物理的な力が強く、高い洗浄効果が期待できる。しかし、高流速で流すためにはポンプ容量が大きくなってしまう。したがって、実際には、線速度は、一般的に水溶液等の液体を移送する線速度の範囲、例えば、0.1〜10m/秒が好ましく、0.5〜5m/秒がより好ましい。なお、本発明の洗浄方法においては、システム循環以外にも、例えば、超純水製造システムの洗浄対象箇所に二酸化炭素溶解水を満たした状態で、超音波などにより洗浄水に微小振動を与えて洗浄効果を高める方法を採ってもよい。 In the carbon dioxide-dissolved water circulation process, the physical removal effect by the flow is also important. Therefore, as the flow rate (linear velocity) in the carbon dioxide dissolved water circulation process, the higher the speed, the stronger the physical force due to the flow, and the higher the cleaning effect can be expected. However, in order to flow at a high flow rate, the pump capacity increases. Therefore, in practice, the linear velocity is generally preferably in the range of the linear velocity for transferring a liquid such as an aqueous solution, for example, 0.1 to 10 m / sec, and more preferably 0.5 to 5 m / sec. In the cleaning method of the present invention, in addition to the system circulation, for example, in a state where the cleaning target portion of the ultrapure water production system is filled with carbon dioxide-dissolved water, a minute vibration is applied to the cleaning water by ultrasonic waves or the like. A method for enhancing the cleaning effect may be employed.
二酸化炭素溶解水循環工程における二酸化炭素溶解水の温度は、特に限定されないが、洗浄力の観点から、超純水製造システムの配管系の構成材料の耐熱温度を越えない範囲で温度が高いことが好ましい。配管系の構成材料の耐熱性の観点からは、耐熱温度が約45℃であるポリ塩化ビニル(PVC)を構成材料とする場合は温度を約40℃程度まで、耐熱温度が約80℃であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)を構成材料とする場合は温度を約75〜80℃まで上昇させることが可能である。ただし、洗浄水の温度は水温の成り行きとすることも多い。 The temperature of the carbon dioxide-dissolved water in the carbon dioxide-dissolved water circulation step is not particularly limited, but from the viewpoint of detergency, the temperature is preferably high as long as it does not exceed the heat resistance temperature of the constituent material of the piping system of the ultrapure water production system. . From the viewpoint of heat resistance of the constituent materials of the piping system, when polyvinyl chloride (PVC) having a heat resistant temperature of about 45 ° C. is used as the constituent material, the temperature is about 40 ° C. and the heat resistant temperature is about 80 ° C. When polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as a constituent material, the temperature can be raised to about 75 to 80 ° C. However, the temperature of the washing water is often the result of the water temperature.
[二酸化炭素導入工程]
本実施形態では、システム循環させる二酸化炭素溶解水を超純水製造システムに供給するために、以下のような二酸化炭素導入工程を有していてもよい。
洗浄対象である超純水製造システムは、通常各所に図示しない排気や窒素ガス導入のためのバルブやラインを備えている。二酸化炭素導入工程として、純水をシステム循環させた状態で、二酸化炭素をこのようなラインを介して超純水製造システム内に導入し、当該純水に溶解させることができる。
例えば、二酸化炭素を脱気膜装置14に通常備えられているガス導入ラインL5から導入することができる。ガス導入ラインL5を用いれば、二酸化炭素を導入するための特別なバルブやポンプなどの装置を必要としないため好ましい。この場合には、導入される二酸化炭素の圧力はシステム循環の流速、脱気膜装置の性能等から適宜決定することができる。
[CO2 introduction process]
In this embodiment, in order to supply carbon dioxide-dissolved water to be circulated to the ultrapure water production system, the following carbon dioxide introduction step may be included.
The ultrapure water production system to be cleaned usually includes valves and lines for introducing exhaust gas and nitrogen gas (not shown) at various places. As the carbon dioxide introduction step, carbon dioxide can be introduced into the ultrapure water production system via such a line in a state where pure water is circulated in the system and dissolved in the pure water.
For example, carbon dioxide can be introduced from a gas introduction line L5 that is normally provided in the
[押し出し工程]
押し出し工程は、二酸化炭素溶解水循環工程の後に、二酸化炭素溶解水に分散した微粒子を超純水製造システムの系外に排出する工程である。押し出し工程は、純水タンクの上部に封入されている窒素ガスや純水タンクに貯留されている一次純水を、二次純水システムに供給することにより行うことができる。
押し出し工程における二酸化炭素溶解水や純水(洗浄水)の温度は、特に限定されないが、二酸化炭素溶解水循環工程と同様、洗浄力の観点から、超純水製造システムの配管系の構成材料の耐熱温度を超えない範囲で、温度が高いことが好ましい。耐熱性の観点からの好ましい温度範囲は二酸化炭素溶解水循環工程と同様である。
[Extrusion process]
The extrusion step is a step of discharging the fine particles dispersed in the carbon dioxide-dissolved water out of the ultrapure water production system after the carbon dioxide-dissolved water circulation step. The extrusion process can be performed by supplying nitrogen gas sealed in the upper part of the pure water tank or primary pure water stored in the pure water tank to the secondary pure water system.
The temperature of carbon dioxide-dissolved water and pure water (cleaning water) in the extrusion process is not particularly limited, but as with the carbon dioxide-dissolved water circulation process, the heat resistance of the constituent materials of the piping system of the ultrapure water production system is from the viewpoint of cleaning power. The temperature is preferably high as long as the temperature is not exceeded. A preferable temperature range from the viewpoint of heat resistance is the same as in the carbon dioxide-dissolved water circulation step.
一般的に、超純水製造システムは、通常、各所にサンプリングやブロー排出のための配管系が備えられている。したがって、押し出し工程では、いずれかの配管系を適宜用いて二酸化炭素溶解水を排出することが可能である。 In general, an ultrapure water production system is usually provided with piping systems for sampling and blow discharge at various places. Therefore, in the extrusion process, carbon dioxide-dissolved water can be discharged using any one of the piping systems as appropriate.
ところで、本発明者らは、pHがおおよそ4.2で二酸化炭素溶解水をシステム循環させていると、二酸化炭素溶解水に分散する微粒子が徐々に減少し一定の数で定常状態となることを知見した。これは、二酸化炭素溶解水に分散した微粒子が、時間の経過とともに配管系の内壁面に再付着するためであると考えられる。さらに、本発明者らは、この再付着した微粒子は、液性を中性に近づけると容易に再脱離することをも見出した。 By the way, the present inventors have found that when the carbon dioxide-dissolved water is circulated in the system at a pH of approximately 4.2, the fine particles dispersed in the carbon dioxide-dissolved water gradually decrease and reach a steady state with a certain number. I found out. This is presumably because the fine particles dispersed in the carbon dioxide-dissolved water reattach to the inner wall surface of the piping system over time. Furthermore, the present inventors have also found that the reattached fine particles are easily re-detached when the liquidity is close to neutrality.
したがって、押し出し工程は、上記したような微粒子の再付着を抑制するために、一次純水を二次純水システム10に通水することなく一気に行うことが好ましい。押し出し工程をこのように行うことで、微粒子を一気に効率よく排出することができ、次いで行われるリンス工程に必要な一次純水の量(すなわち、発生する排水量)と作業時間を少なくすることができる。
具体的には、二次純水システム10内の二酸化炭素溶解水をブロー排出するとともに純水タンク11の窒素ガスによって置換することで、一次純水を二次純水システム10に通水することなく一気に行うことができる。
Therefore, the extrusion process is preferably performed at once without passing the primary pure water through the secondary
Specifically, the carbon dioxide-dissolved water in the secondary
押し出し工程を、二酸化炭素溶解水を一次純水で押し出すことにより行うこともできる。例えば、一次純水を二次純水システム10に通水することにより押し出しを行う。この場合には、使用した二酸化炭素溶解水の濃度に依存せず、同一系であれば押し出し工程時間はほぼ同じとなり、理想的には系の容量の1倍量分の純水を用いる。
押し出し工程を、一次純水で押し出すことにより行う場合には、二酸化炭素溶解水と一次純水が部分的に混合される場合があり、洗浄水のpHが変化し、分散した微粒子が配管系の内壁面に再付着するおそれがある。しかし、再付着した微粒子は、上述したように容易に再脱離するため、リンス工程又は立ち上げ工程で直ちに配管系の内壁面から脱離させて、除去することが可能である。
The extrusion process can also be performed by extruding carbon dioxide-dissolved water with primary pure water. For example, extrusion is performed by passing primary pure water through the secondary
When the extrusion process is performed by extruding with primary pure water, the carbon dioxide-dissolved water and the primary pure water may be partially mixed, the pH of the wash water changes, and the dispersed fine particles are in the piping system. There is a risk of reattachment to the inner wall. However, since the reattached fine particles are easily re-detached as described above, they can be immediately detached from the inner wall surface of the piping system and removed in the rinsing process or the startup process.
[リンス工程]
リンス工程は、純水タンク11から一次純水を通水して二次純水システム10内を洗浄しつつ排水する工程である。リンス工程は、同一系であっても残留する二酸化炭素溶解水の量に依存して洗浄時間は異なり、残留量が多いほど長時間が必要になる。
押し出し工程を、一次純水を二次純水システム10に通水せず一気に行った後に、リンス工程を行ってもよい。この場合、洗浄水を短時間で排出することができるため、リンス工程における排水量、すなわち一次純水の使用量を少なくすることができる。
押し出し工程を、一次純水で押し出すことにより行った後に、リンス工程を行ってもよい。この場合には、押し出し工程及びリンス工程は明確に区別されるものではなく、連続した工程であってよい。
[Rinse process]
The rinsing step is a step of draining the primary pure water from the pure water tank 11 while washing the secondary
The rinsing step may be performed after the extrusion step is performed at once without passing the primary pure water through the secondary
After performing the extrusion process by extruding with primary pure water, the rinsing process may be performed. In this case, the extrusion process and the rinsing process are not clearly distinguished, and may be a continuous process.
押し出し工程及びリンス工程において、洗浄水は分散された二酸化炭素に起因して酸性となっている。そのため、脱気等の手段により二酸化炭素を除去することで洗浄水のpHを実質的に7とすることができる。脱気する方法として、例えば、脱気膜装置14を運転することにより二酸化炭素を脱気する方法がある。
In the extrusion process and the rinsing process, the washing water is acidic due to the dispersed carbon dioxide. Therefore, the pH of the washing water can be substantially 7 by removing carbon dioxide by means such as deaeration. As a degassing method, for example, there is a method of degassing carbon dioxide by operating the
脱気により洗浄水のpHを実質的に7の中性とすることで配管系の内壁面に再付着した微粒子を脱離させて除去することも可能である。したがって、例えば、リンス工程において脱気膜装14を運転し、洗浄水のpHを実質的に7とした後に押し出し工程を行ってもよい。この場合も、押し出し工程及びリンス工程は明確に区別されるものではなく、連続した工程であってよい。
By making the pH of the washing water substantially neutral by degassing, it is possible to desorb and remove the fine particles adhering to the inner wall surface of the piping system. Therefore, for example, the extrusion step may be performed after the
本実施形態の洗浄方法では、二酸化炭素を用いるため、排水処理を行わずに排水を放流できる。そのため、排水処理のための特別な工程や設備を必要としないというメリットもある。 In the cleaning method of this embodiment, since carbon dioxide is used, waste water can be discharged without performing waste water treatment. Therefore, there is a merit that a special process and equipment for wastewater treatment are not required.
押し出し工程時の排水(以下、押し出し排水ともいう)及びリンス工程時の排水(以下、リンス排水ともいう)のうち少なくともリンス排水の水質を確認し、超純水製造システムの循環系内において二酸化炭素の影響がなくなるまでリンス工程を行うことが好ましい。この水質の確認は、超純水製造システム1の循環系の末端、すなわち、リターン配管L3の末端近辺(ユースポイントに近い箇所)又はブローラインL4で行うことが、超純水製造システムから微粒子を十分に除去できるために好ましい。
水質の確認は、pH、導電率、比抵抗又は二酸化炭素濃度の測定で行うのが簡易であるため好ましい。押し出し排水及びリンス排水の両者の水質(pH等)を確認することで、二酸化炭素溶解水に分散した微粒子を確実に排出し、微粒子を確実に除去することができる。特に、リンス排水のpHが実質的に7の中性になるまで一次純水を通水しつつリンス排水を系外に排出するのが良い。
Check the quality of at least the rinse drainage from the wastewater from the extrusion process (hereinafter also referred to as extrusion wastewater) and the wastewater from the rinse process (hereinafter also referred to as rinse wastewater), and carbon dioxide in the circulation system of the ultrapure water production system. It is preferable to carry out a rinsing process until the influence of is eliminated. This water quality check is performed at the end of the circulation system of the ultrapure
Confirmation of water quality is preferable because it is easy to measure pH, conductivity, specific resistance, or carbon dioxide concentration. By confirming the water quality (pH, etc.) of both the extruded waste water and the rinse waste water, the fine particles dispersed in the carbon dioxide-dissolved water can be surely discharged and the fine particles can be reliably removed. In particular, it is preferable to discharge the rinse wastewater out of the system while passing the primary pure water until the pH of the rinse wastewater becomes substantially 7 neutral.
上述のように超純水製造システム全体を洗浄する方法のほか、ろ過膜装置や紫外線酸化装置といった個別の装置、配管の一部、配管の継手部分等、超純水製造システムの一部を個別に洗浄してもよい。被洗浄部の直前から二酸化炭素溶解水を供給すると共にその直後から排出させたり、二酸化炭素溶解水を満たした状態で超音波等による振動を与えるようにして洗浄してもよい。また、新規施工組み立ての直前にろ過膜装置やプレハブ配管などの洗浄にも利用でき、効果的に新規立上洗浄時間の短縮を図ることもできる。 In addition to the method of cleaning the entire ultrapure water production system as described above, individual parts of the ultrapure water production system, such as individual devices such as filtration membrane devices and UV oxidation devices, parts of piping, joints of piping, etc. May be washed. The carbon dioxide-dissolved water may be supplied immediately before the portion to be cleaned and discharged immediately thereafter, or may be cleaned by applying vibrations such as ultrasonic waves in a state where the carbon dioxide-dissolved water is filled. In addition, it can be used for cleaning filtration membrane devices and prefabricated pipes just before new construction and assembly, and can effectively shorten the new startup cleaning time.
[立ち上げ工程]
立ち上げ工程は、超純水製造装置を、通常運転を開始するために立ち上げる工程である。
立ち上げ工程としては、特に限定されず、一般的に超純水製造システムを立ち上げる方法が適用可能である。
立ち上げ工程は、押し出し工程又はリンス工程において、超純水製造システムの洗浄が十分に行われたことを水質の測定により確認した後に行うことが好ましい。立ち上げ工程における各水処理装置の操作について、以下に図面を参照して説明する。
[Start-up process]
The startup process is a process of starting up the ultrapure water production apparatus in order to start normal operation.
The start-up process is not particularly limited, and generally a method for starting up an ultrapure water production system is applicable.
The start-up process is preferably performed after confirming that the ultrapure water production system has been sufficiently cleaned in the extrusion process or the rinsing process by measuring the water quality. The operation of each water treatment device in the startup process will be described below with reference to the drawings.
図2は、実施形態の洗浄対象である超純水製造システム2の概略構成図である。図2に示される超純水製造システム2は、図1に示される超純水製造システム1において、超純水製造装置である二次純水システム10が以下のように構成されたものである。
図2において、図1に示されるものと同様の機能を持つものには同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ultrapure
2, components having the same functions as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
二次純水システム20には、水処理装置の単位装置として、水温を調整するための熱交換器12、有機物を分解するための紫外線酸化装置13、溶存ガスを除去するための脱気膜装置14、イオン成分を除去するための非再生型混床式イオン交換樹脂塔であるポリッシャー15、微粒子を除去するための限外ろ過膜装置16が備えられている。限外ろ過膜装置16の代わりに精密ろ過膜装置等をろ過膜装置として用いることもできる。図2に示す限外ろ過膜装置16の前段に、イオン吸着膜装置等の水処理装置や、必要に応じてブースターポンプ等を更に配置して構成してもよい。
The secondary
紫外線酸化装置13のランプは、一般には、二酸化炭素溶解水循環工程においてOFFとし、立ち上げ工程においてOFFからONにする。押し出し工程又はリンス工程で紫外線酸化装置13のランプをONにしてもよい。
脱気膜装置14は、二酸化炭素溶解水循環工程では運転を停止しておく。リンス工程又は立ち上げ工程で運転を開始することが好ましい。
The lamp of the ultraviolet oxidizer 13 is generally turned off in the carbon dioxide dissolved water circulation process and turned on from off in the startup process. The lamp of the ultraviolet oxidizer 13 may be turned on in the extrusion process or the rinsing process.
The
ポリッシャー15は、押し出し工程で超純水製造システムの洗浄が十分に行われたことを確認した後、立ち上げ工程で混床式イオン交換樹脂を充填することが好ましい。二酸化炭素由来の重炭酸イオン(HCO3 −)等のイオン成分は、混床式イオン交換樹脂の負荷となるためである。したがって、二酸化炭素溶解水循環工程、押し出し工程ではポリッシャー15は混床式イオン交換樹脂を充填せずに行うか、ポリッシャー15の前後をつなぐ配管系によりバイパスすることが好ましい。
The
限外ろ過膜装置16に用いられる限外ろ過膜等のろ過膜は膜面積(被処理水との接触面積)が大きく、二酸化炭素溶解水が膜面に接触すると二酸化炭素がろ過膜表面又は内部に吸着して、立ち上げ工程におけるろ過膜装置16の出口での比抵抗の上昇が遅くなるおそれがある。また、限外ろ過膜に微粒子が付着するおそれもある。このような懸念がある場合には、限外ろ過膜装置16は、二酸化炭素溶解水循環工程、押し出し工程においては、ろ過膜モジュールを、モジュール内に膜の入っていないダミーモジュールとしておくことが可能である。また、ダミーモジュールを用いる代わりに限外ろ過膜装置16の前後をつなぐ配管系によりバイパスしてもよい。これらの措置を講じた場合には、限外ろ過膜装置16は立ち上げ工程で限界ろ過膜モジュール等に通水できるようにする。
A filtration membrane such as an ultrafiltration membrane used for the
測定計器17は、TOC、微粒子、pH、導電率、比抵抗、二酸化炭素濃度等の水質を測定する測定計器である。微粒子数は、例えば、測定計器17として微粒子計を用いて確認することができる。
実施形態において、微粒子計として、オンライン微粒子計 M50e(PMS社製)を用いている。
他の水質は、例えば、pH計、pH試験紙、TOC計、比抵抗計等で確認することができる。測定計器17は1種を単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
The measuring
In the embodiment, an on-line particle meter M50e (manufactured by PMS) is used as the particle meter.
Other water qualities can be confirmed with, for example, a pH meter, a pH test paper, a TOC meter, a specific resistance meter, or the like. The measuring
図2では、測定計器17は分岐したブローラインL4上にあるが、例えばラインL2等のメインライン上にあってもよい。分岐の場合、各水質はオンライン測定でも、オフライン測定でもよい。また、測定計器は、常時設置ではなく、装置立ち上げ試運転用に仮設置してもよい。微粒子数の計数は、ブローラインL4に分析用のフィルターを介在させて、当該フィルターで微粒子を捕捉して行うこともできる。
In FIG. 2, the measuring
測定計器17により水質(比抵抗、TOC、微粒子等)を測定し、通常運転を行える水質であることが確認できたら、紫外線酸化装置のランプをONにし、バルブB3を開けて、循環系に切り替えて通常運転とする。
After measuring the water quality (specific resistance, TOC, fine particles, etc.) with the measuring
次に、本発明の実施例、参考例及び比較例について説明する。
実施例1
[微粒子の測定]
図1に示されるような模擬装置を新設して微粒子数の測定を行った。
実施例1において用いた模擬装置は、図2に示される超純水製造システム2を模擬した装置であり、二次純水システム10を構成する配管上に水処理装置として脱気膜装置14のみを設置した装置である。
Next, examples, reference examples and comparative examples of the present invention will be described.
Example 1
[Measurement of fine particles]
A simulation apparatus as shown in FIG. 1 was newly installed to measure the number of fine particles.
The simulation apparatus used in Example 1 is an apparatus that simulates the ultrapure
実施例1において用いた設備、装置の仕様及び実験条件を以下に示す。
一次純水:比抵抗 18.2MΩ・cm、粒径0.05μm以上の微粒子数1個/mL以下、
純水タンク11:大きさ 内径1,600mm×高さ1,500mm、材質:SUS304、
ポンプP:サークルポンプ(CRN−15、グルンドフォス社製、材質:SUS316)、
脱気膜装置14:リキセルX40(ポリポア社製、材質:ポリエチレン、ポリプロピレン)、
測定計器17:微粒子計(オンライン微粒子計 M50e(PMS社製))、TOC計(Sievers900 on−line TOC Analyzer(GE社製))及びpH測定計(pHメーター D−52(堀場製作所社製))、
PVDF配管:配管内径75mm、配管全長95,000mm、
テフロン(登録商標)コーティングSUS配管:配管内径400mm、配管全長2,500mm、
走査型電子顕微鏡(SEM):S−4100型(日立ハイテクノロジーズ社製)、
エネルギー分散型X線分析機(EDX):Genesis(エダックスジャパン社製)。
The specifications of the equipment and apparatus used in Example 1 and the experimental conditions are shown below.
Primary pure water: specific resistance 18.2 MΩ · cm, number of fine particles having a particle diameter of 0.05 μm or more / mL or less,
Pure water tank 11: size 1,600 mm inner diameter × 1,500 mm height, material: SUS304,
Pump P: Circle pump (CRN-15, manufactured by Grundfos, material: SUS316),
Deaeration membrane device 14: Liquicel X40 (manufactured by Polypore, material: polyethylene, polypropylene),
Measuring instrument 17: Particle meter (online particle meter M50e (manufactured by PMS)), TOC meter (Sievers 900 on-line TOC Analyzer (manufactured by GE)) and pH meter (pH meter D-52 (manufactured by Horiba Seisakusho)) ,
PVDF piping: piping inner diameter 75mm, piping total length 95,000mm,
Teflon (registered trademark) coated SUS pipe: pipe inner diameter 400 mm, pipe total length 2,500 mm,
Scanning electron microscope (SEM): S-4100 type (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation),
Energy dispersive X-ray analyzer (EDX): Genesis (manufactured by Edax Japan).
模擬装置に、次の手順により一次純水及び二酸化炭素溶解水を順にシステム循環させ、粒径0.05μm以上の微粒子数を測定した。
[1]純水タンク11に一次純水の水張りを行い、ポンプPを用いて一次純水をシステム循環させた。このとき、バルブB2は閉鎖され、バルブB3及びバルブB4は開放されている。一次純水のシステム循環時の模擬装置内の一次純水の総量(保水量)は3,000L、システム循環時の線速度は0.9m/秒であった。
[2]一次純水を8時間システム循環させた後、pH及び微粒子数を測定した。
この時、後述するように、一次純水をサンプリングしてSEMにより観察し、EDXにより微粒子の組成を分析した。
図3に[2]でのSEMによる写真を示す。
[3]次いで、脱気膜装置14のガス導入ラインL5から二酸化炭素を導入し、二酸化炭素濃度が1.6ppmとなった時の微粒子数及びpHを測定した。
[4][3]に続けて、二酸化炭素ガスを導入し、二酸化炭素濃度が106ppmとなった時、二酸化炭素の導入を停止した。
この時、微粒子数及びpHを測定し、後述するように、二酸化炭素溶解水をサンプリングしてSEMにより二酸化炭素溶解水中の微粒子を観察し、EDXにより微粒子の組成を分析した。
[1]〜[4]における結果を下記表1に示す。また、図4に[4]でのSEMによる写真を示す。
In the simulator, primary pure water and carbon dioxide-dissolved water were sequentially circulated in the system according to the following procedure, and the number of fine particles having a particle size of 0.05 μm or more was measured.
[1] The pure water tank 11 was filled with primary pure water, and the primary pure water was circulated through the system using the pump P. At this time, the valve B2 is closed and the valves B3 and B4 are opened. The total amount (water retention amount) of primary pure water in the simulator during system circulation of primary pure water was 3,000 L, and the linear velocity during system circulation was 0.9 m / sec.
[2] Primary pure water was circulated in the system for 8 hours, and then the pH and the number of fine particles were measured.
At this time, as described later, the primary pure water was sampled and observed by SEM, and the composition of the fine particles was analyzed by EDX.
FIG. 3 shows a SEM photograph of [2].
[3] Next, carbon dioxide was introduced from the gas introduction line L5 of the
Following [4] and [3], carbon dioxide gas was introduced, and when the carbon dioxide concentration reached 106 ppm, the introduction of carbon dioxide was stopped.
At this time, the number of fine particles and pH were measured, and as described later, carbon dioxide-dissolved water was sampled, the fine particles in the carbon dioxide-dissolved water were observed by SEM, and the composition of the fine particles was analyzed by EDX.
The results in [1] to [4] are shown in Table 1 below. FIG. 4 shows a photograph taken by SEM in [4].
[5][4]の状態から、ポンプPを稼働して純水タンク11から一次純水を導入するとともにバルブB2を開放して二酸化炭素溶解水を排出し、模擬装置内に循環させている二酸化炭素溶解水を一次純水で徐々に置換した。pHを測定しながら、pH4.8となるまで一次純水による置換を行い、同時に微粒子数の変化を測定した。
[6][5]で模擬装置内の二酸化炭素溶解水のpHが4.8となった時に、脱気膜装置14の運転を開始し、微粒子数の変化を測定した。
[5][6]におけるpHと微粒子数の変化を図5に示す。図5において、一次純水のシステム循環開始時を0時間(h)とし、微粒子数を実線、pHを破線で示している。
なお、微粒子のSEM観察は以下のように行った。
[5] From the state of [4], the pump P is operated to introduce primary pure water from the pure water tank 11, and the valve B2 is opened to discharge the carbon dioxide-dissolved water, which is circulated in the simulator. The carbon dioxide-dissolved water was gradually replaced with primary pure water. While measuring the pH, substitution with primary pure water was performed until the pH reached 4.8, and simultaneously the change in the number of fine particles was measured.
[6] When the pH of the carbon dioxide-dissolved water in the simulation apparatus reached 4.8 in [5], the operation of the
Changes in pH and the number of fine particles in [5] [6] are shown in FIG. In FIG. 5, the system circulation start time of primary pure water is defined as 0 hour (h), the number of fine particles is indicated by a solid line, and pH is indicated by a broken line.
The SEM observation of the fine particles was performed as follows.
[微粒子のSEM観察]
試料水をラインL2の分岐部とバルブB3の間に設置されたサンプリングラインからニュクリポアーメンブレン(NPMF、孔径0.2μm、野村マイクロ・サイエンス社製)に2時間で3L通水し、膜上の補足物をSEMにより20,000倍の倍率で観察した。同時に試料水1mL中の粒径0.2μm〜0.5μmの微粒子数と粒径が0.5μmを超える微粒子数を計数した。
[微粒子の分析]
上記した補足物について、EDXにより組成を分析した。
[SEM observation of fine particles]
3 L of sample water is passed through the Nuclepore membrane (NPMF, pore size 0.2 μm, manufactured by Nomura Micro Science Co., Ltd.) in 2 hours from the sampling line installed between the branch of line L2 and valve B3. The supplements were observed by SEM at a magnification of 20,000 times. At the same time, the number of fine particles having a particle diameter of 0.2 to 0.5 μm and the number of fine particles having a particle diameter exceeding 0.5 μm in 1 mL of sample water were counted.
[Analysis of fine particles]
About the supplement mentioned above, the composition was analyzed by EDX.
図3において観察される微粒子は、楕円形や不定形の粒子状物質であり、EDX分析により、鉄、マンガン等の金属元素からなることが確認された。
図4では、図3で観察されなかった膜状物質が観察され、EDX分析により、膜状物質を構成する元素は主に炭素及び酸素であることが確認された。すなわち、この膜状物質は、配管系を構成する有機物や配管系の内壁面に付着していた有機物に由来するものであると考えられる。
The fine particles observed in FIG. 3 are elliptical or indeterminate particulate materials, and it was confirmed by EDX analysis that they consist of metal elements such as iron and manganese.
In FIG. 4, a film-like substance not observed in FIG. 3 was observed, and it was confirmed by EDX analysis that the elements constituting the film-like substance were mainly carbon and oxygen. That is, it is considered that this film-like substance is derived from organic substances constituting the piping system or organic substances attached to the inner wall surface of the piping system.
また、表1より、粒径0.2〜0.5μmの微粒子数は、二酸化炭素濃度を0ppmから1.6ppmまで上昇させたときには増加していないが、106ppmまで上昇させることで増加していることが分かる。二酸化炭素濃度を0ppmから106ppmまで上昇させても、上記した楕円形や不定形の粒子状物質のうち、粒径が0.5μmを超える微粒子数は増加していない。
このことから、二酸化炭素溶解水をシステム循環させることにより、配管系の内壁面等から0.2〜0.5μmの微粒子が脱離したことが推測される。また、図4のSEM観察結果をあわせると、脱離した微粒子が凝集するなどして膜状物質として観察されたと考えられる。
From Table 1, the number of fine particles having a particle size of 0.2 to 0.5 μm is not increased when the carbon dioxide concentration is increased from 0 ppm to 1.6 ppm, but is increased by increasing the concentration to 106 ppm. I understand that. Even when the carbon dioxide concentration is increased from 0 ppm to 106 ppm, the number of fine particles having a particle size exceeding 0.5 μm is not increased among the above-mentioned elliptical and irregular particulate materials.
From this, it is presumed that fine particles of 0.2 to 0.5 μm were detached from the inner wall surface of the piping system and the like by circulating the carbon dioxide-dissolved water in the system. In addition, when the SEM observation results of FIG. 4 are combined, it is considered that the detached fine particles were observed as a film-like substance due to aggregation.
図5から、二酸化炭素溶解水循環工程で脱離した微粒子は、pHをおおよそ4.2で保つことで、減少し、一定量減少した状態で定常状態となっていることが分かる。これは、脱離した微粒子が配管系の内壁面等に再付着と再脱離を繰り返し、付着する微粒子と脱離する微粒子の数が平衡した状態であると考えられる。そして、脱気膜装置14の運転を開始し、脱気により洗浄水のpHが実質的に7の中性に近づくにしたがって脱離する微粒子の数が増加していることが分かる。このことより、一度配管系の内壁面から脱離した微粒子は再付着した場合であっても容易に脱離することがわかる。
From FIG. 5, it can be seen that the fine particles detached in the carbon dioxide-dissolved water circulation step are reduced by maintaining the pH at approximately 4.2, and are in a steady state after being reduced by a certain amount. This is considered to be a state in which the desorbed fine particles are repeatedly reattached and redetached to the inner wall surface of the piping system, and the number of adhering fine particles and desorbed fine particles is in equilibrium. Then, the operation of the
参考例2
実施例1の[2]において、一次純水を8時間システム循環させているときの、微粒子数を測定した結果を図6に示す。
実施例2
Reference example 2
FIG. 6 shows the result of measuring the number of fine particles when primary pure water was circulated in the system for 8 hours in [2] of Example 1.
Example 2
図2に示される超純水製造システム2を新設し、立ち上げ洗浄を行った。
実施例2において用いた超純水システム2は、実施例1の模擬装置における二次純水システムの配管上にさらに以下の各水処理装置を設置したものである。実施例2において用いた設備、装置の仕様及び実験条件を以下に示す。
一次純水:比抵抗 18.2MΩ・cm、粒径0.05μm以上の微粒子数1個/mL以下、
熱交換器12:プレート式熱交換機(日阪製作所社製、材質:SUS316)、
紫外線酸化装置13:JPW−2X2(日本フォトサイエンス社製、材質:SUS316L)、
ポリッシャー15:テフロン(登録商標)コーティングSUS製の容器(内径400mm、高さ2,500mm)に、混床式イオン交換樹脂として、MBGP(野村マイクロ・サイエンス社製)を充填したもの。
限外ろ過膜装置16:OLT−6036H(旭化成社製)、
PVDF配管:配管内径75mm、配管全長95,000mm、
測定計器17は実施例1と同じ測定計器に加えて、以下の比抵抗計及びTOC計を用いた。
比抵抗計:200CR、(Thornton社製)、
TOC計:Sievers900 on−line TOC Analyzer(GE社製)。
The ultrapure
The
Primary pure water: specific resistance 18.2 MΩ · cm, number of fine particles having a particle diameter of 0.05 μm or more / mL or less,
Heat exchanger 12: Plate type heat exchanger (manufactured by Nisaka Manufacturing Co., Ltd., material: SUS316),
UV oxidation device 13: JPW-2X2 (manufactured by Nippon Photo Science Co., Ltd., material: SUS316L),
Polisher 15: A Teflon (registered trademark) coated SUS container (inner diameter 400 mm, height 2,500 mm) filled with MBGP (manufactured by Nomura Micro Science Co., Ltd.) as a mixed bed ion exchange resin.
Ultrafiltration membrane device 16: OLT-6036H (manufactured by Asahi Kasei Corporation),
PVDF piping: piping inner diameter 75mm, piping total length 95,000mm,
The
Specific resistance meter: 200CR (made by Thornton),
TOC meter: Sievers 900 on-line TOC Analyzer (manufactured by GE).
立ち上げ洗浄は以下の手順で行った。
[1]ポンプ、各水処理装置等の機器の据え付け、配管工事が終了したら、純水タンク11に一次純水の受け入れを準備し、完了した。熱交換器12による温度制御は行わず、水温は成り行きとした。
[2]超純水製造システム2全体に対して、純水タンク11から一次純水の水張りを行い、次いで、各水処理装置、配管のエアー抜きを行い、その後フラッシングにより大きなゴミや不純物の排出を行った。
[3]純水タンク11から一次純水を導入し一次純水を線速度0.9m/秒で1時間システム循環させた。
この際、脱気膜装置14の運転を停止し、ポリッシャー15は混床式イオン交換樹脂を未充填とし、限外ろ過膜装置16にはダミーモジュールを用いた。
[4]脱気膜装置14のガス導入ラインL5から、システム循環させている一次純水中に二酸化炭素を導入し、二酸化炭素濃度が115ppmとなった時から2時間、二酸化炭素溶解水をシステム循環させた(二酸化炭素溶解水循環工程)。
[5]純水タンク11の一次純水を完全に排出した状態で、ポンプP及びバルブB2を開放して、二酸化炭素溶解水を系外に15分間排出した(押し出し工程)。
このときの二酸化炭素溶解水の排水の線速度は0.9m/秒であった。
[6]次いで、純水タンク11に一次純水を張り、脱気膜装置14の運転を開始するとともに、貯留した一次純水によるフラッシングを線速度0.9m/秒で15分間行った(リンス工程)。
測定計器17として設置されたTOC計による二酸化炭素濃度の測定値が20mg/L未満の規定値に達し洗浄が十分であることを確認した。
[7]ポリッシャー15は、混床式イオン交換樹脂を充填した。限外ろ過膜装置16はダミーモジュールを限外ろ過膜モジュールに交換した。
[8]ポリッシャー15に一次純水を通水した。ポリッシャー15の出口で排水(ブロー)し、ブロー水の水質が、[6]と同じ規定値に達したらブロー配管を閉じ、後段へ送った。
[9]限外ろ過膜装置16の出口でブローした。ブロー水の水質を適当な測定計器で確認し、水質が[6]と同じ規定値に達したらブロー配管を閉じ、後段へ送った。
[10]紫外線酸化装置13のランプをONにし、一次純水を二次純水システムに通水した。限外ろ過膜装置16の出口での水質(比抵抗、TOC、微粒子等)を測定し、循環系(通常運転)に戻せる水質であることが確認できたら、紫外線酸化装置13のランプをONにし、バルブB3を開けて、循環ラインに切り替えて通常運転とした。([7]〜[10]:立ち上げ工程。)
Start-up washing was performed according to the following procedure.
[1] When installation of equipment such as a pump and each water treatment device and piping work were completed, the pure water tank 11 was prepared and received primary pure water. The temperature control by the
[2] Primary pure water is filled from the pure water tank 11 to the entire ultrapure
[3] Primary pure water was introduced from the pure water tank 11 and the system was circulated for 1 hour at a linear velocity of 0.9 m / sec.
At this time, the operation of the
[4] Carbon dioxide is introduced from the gas introduction line L5 of the
[5] With the primary pure water of the pure water tank 11 completely discharged, the pump P and the valve B2 were opened, and the carbon dioxide-dissolved water was discharged out of the system for 15 minutes (extrusion process).
The linear velocity of the carbon dioxide-dissolved water drainage at this time was 0.9 m / sec.
[6] Next, the pure water tank 11 was filled with primary pure water, and the operation of the
It was confirmed that the measured value of the carbon dioxide concentration by the TOC meter installed as the measuring
[7] The
[8] Primary pure water was passed through the
[9] Blowed at the outlet of the
[10] The lamp of the ultraviolet oxidizer 13 was turned on, and the primary pure water was passed through the secondary pure water system. After measuring the water quality (specific resistance, TOC, fine particles, etc.) at the outlet of the
立ち上げ工程が終了した後、通常運転開始から1日以内に、比抵抗:18.2MΩ・cm以上、TOC:1ppb未満、粒径0.05μm以上の微粒子数:1個/mL未満の基準値を達成した。なお、サンプリングポイントは限外ろ過膜装置16の出口であった。
実施例2において、立ち上げ工程が終了した後の限外ろ過膜装置16の出口での粒径0.05μm以上の微粒子数を図7に実線で示す。
Within one day from the start of normal operation after the start-up process is completed, the specific resistance: 18.2 MΩ · cm or more, TOC: less than 1 ppb, the number of fine particles having a particle diameter of 0.05 μm or more: reference value of less than 1 / mL Achieved. The sampling point was the outlet of the
In Example 2, the number of fine particles having a particle size of 0.05 μm or more at the outlet of the
比較例1
実施例2の[4]において、二酸化炭素を導入しないこと以外は、実施例2と同様の一連の操作手順に従って、超純水製造システムの立ち上げ洗浄を行った。
Comparative Example 1
In [2] of Example 2, the ultrapure water production system was set up and washed according to the same series of operating procedures as in Example 2 except that carbon dioxide was not introduced.
立ち上げ工程が終了した後、通常運転開始から3日後に、比抵抗:18.2MΩ・cm以上、TOC:1ppb未満、粒径0.05μm以上の微粒子数:1個/mL未満の基準値を達成した。なお、サンプリングポイントは限外ろ過膜装置16の出口であった。
比較例1において、立ち上げ工程が終了した後の限外ろ過膜装置16の出口での粒径0.05μm以上の微粒子数を図7に破線で示す。
このように、実施例2では、本発明の洗浄方法を用いることで、短時間に良好な水質にすることができた。一方、比較例1では、本発明の洗浄方法を用いていないため、立ち上げ洗浄に時間がかかっていることが分かる。
After the start-up process is completed, after 3 days from the start of normal operation, a specific value of specific resistance: 18.2 MΩ · cm or more, TOC: less than 1 ppb, number of fine particles with particle diameter of 0.05 μm or more: less than 1 standard / mL Achieved. The sampling point was the outlet of the
In Comparative Example 1, the number of fine particles having a particle size of 0.05 μm or more at the outlet of the
As described above, in Example 2, the water quality could be improved in a short time by using the cleaning method of the present invention. On the other hand, in Comparative Example 1, since the cleaning method of the present invention is not used, it can be seen that the startup cleaning takes time.
1,2…超純水製造システム、10…二次純水システム、11…純水タンク、14…脱気膜装置、17…測定計器、L5…ガス導入ライン。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記超純水製造システムの少なくとも一部に二酸化炭素溶解水を循環させ前記超純水製造システム内に付着した微粒子を前記二酸化炭素溶解水中に脱離させる二酸化炭素溶解水循環工程と、
前記二酸化炭素溶解水中に脱離した前記微粒子を系外に排出する押し出し工程とを有することを特徴とする超純水製造システムの洗浄方法。 A method of starting and cleaning at least a part of an ultrapure water production system, an ultrapure water use point, and a pipe system connecting the ultrapure water production system and the use point,
A carbon dioxide-dissolved water circulation step in which carbon dioxide-dissolved water is circulated in at least a part of the ultrapure water production system, and fine particles adhering in the ultrapure water production system are desorbed into the carbon dioxide-dissolved water;
A method for cleaning an ultrapure water production system, comprising: an extruding step for discharging the fine particles desorbed in the carbon dioxide-dissolved water out of the system.
前記二酸化炭素導入工程は、前記ガス導入ラインを介して二酸化炭素を前記純水中に導入することを特徴とする請求項6記載の超純水製造システムの洗浄方法。 The ultrapure water production apparatus includes a degassing membrane apparatus having a gas introduction line,
The cleaning method for an ultrapure water production system according to claim 6, wherein the carbon dioxide introduction step introduces carbon dioxide into the pure water through the gas introduction line.
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