説明

有機物除去方法及び装置

【課題】電子デバイス製造工程から排出されるリンス排水等の有機物を含有する水の回収再利用に好適に用いることができる、水中の有機物除去方法及び装置を提供する。
【解決手段】有機物含有排水にペルオキシド基を含む硫黄化合物及び必要に応じてpH調整剤を添加した後紫外線酸化処理を行い、紫外線酸化処理水を必要に応じてpH調整した後、残存する酸化剤を除去し、その酸化剤除去処理水を脱イオン処理する。原水にペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加して紫外線酸化処理を行うことにより、酸化力が非常に高い硫酸ラジカルを発生させ、この硫酸ラジカルにより、原水中に存在する有機物をイオン性有機物に形態変化させ、これを脱イオン処理で除去する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子デバイス製造工場から排出される高濃度TOCないし低濃度TOC含有排水の回収再利用に好適に用いることができる水中有機物の除去方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電子デバイス製造工程においては、基板などの洗浄のために多量の超純水が使用されており、環境負荷の低減、水資源の有効活用などの観点から、リンス排水の回収再利用が広く行われている。しかしながら、リンス排水中にはアルコール、界面活性剤などの有機物が含まれているため、リンス排水を再利用するためにはこれらの有機物を除去する必要がある。
【0003】
水中の有機物を除去するための従来技術として、従来、(1)生物処理、(2)オゾン処理、(3)逆浸透膜分離処理が挙げられる。
【0004】
このうち、生物処理は最も安価な有機物除去方法ではあるが、有機物の分解において長時間の反応時間が必要なことから、設置スペース(反応槽)が大きくなるといった欠点がある。また、プロセスから排出されるリンス排水中には界面活性剤が含まれるケースが多くあるが、界面活性剤は生物難分解性物質であるため、生物処理においては十分満足いく処理効果が得られないという問題点がある。
【0005】
オゾン処理は、オゾンと過酸化水素、オゾンと紫外線、オゾンとアルカリ等を組み合わせて促進酸化を行う技術である(例えば、特開2000−279973号公報、特開平10−85770号公報、特開平9−253695号公報)。
これらの技術は、オゾンにより非常に強い酸化力を有するヒドロキシルラジカルを発生させて、その強力な酸化力により有機物を分解するものである。また、これらの方法において使用されるオゾンと過酸化水素は、処理後は分解されて酸素又は水素になるだけであるため、二次廃棄物を生成しないという利点がある。
【0006】
しかしながら、この方法は、有機物構成物質として窒素または硫黄を含有する有機物、例えば尿素、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ジメチルスルホキシド(DMSO)等の有機物に対しては極めて分解速度が遅く、上記のような特定の有機物に対しては満足のいく処理結果が得られない欠点があった。
【0007】
これに対して、逆浸透膜分離処理は、水中の不純物(イオン類、有機物、微粒子など)を効率的に除去することが可能であることから、近年、多くの分野で使用されるようになってきた。
しかしながら、逆浸透膜分離処理では、原水中のTOC濃度が高い場合には、逆浸透膜分離装置内において微生物が繁殖し、差圧が上昇するという問題がある。また、界面活性剤が原水中に混入する場合は、逆浸透膜の膜面にこれが付着して、逆浸透膜の透過流束を低下させる恐れがあるため、界面活性剤含有排水には、逆浸透膜分離処理を適用することはできない。
【特許文献1】特開2000−279973号公報
【特許文献2】特開平10−85770号公報
【特許文献3】特開平9−253695号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、電子デバイス製造工程から排出されるリンス排水等の有機物を含有する水の回収再利用に好適に用いることができる、水中の有機物除去方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、有機物含有排水にペルオキシド基を含む硫黄化合物及び必要に応じてpH調整剤を添加した後紫外線酸化処理を行い、紫外線酸化処理水を必要に応じてpH調整した後、残存する酸化剤を除去し、酸化剤除去処理水を脱イオン処理することにより、排水中の有機物を効率的に除去することができることを見出した。
本発明は、このような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【0010】
[1] 有機物含有排水にペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加する薬剤添加工程と、該薬剤添加工程の処理水に紫外線を照射する紫外線酸化工程と、該紫外線酸化工程の処理水中の酸化剤を除去する酸化剤除去工程と、該酸化剤除去工程の処理水を脱イオン処理する脱イオン工程とを備えてなることを特徴とする有機物除去方法。
【0011】
[2] [1]において、前記薬剤添加工程における前記硫黄化合物の添加量が、前記排水のTOC濃度に対して10〜200重量倍であることを特徴とする有機物除去方法。
【0012】
[3] [1]又は[2]において、前記紫外線酸化工程における紫外線照射量が、単位被処理水量あたり0.05kwh/m以上であることを特徴とする有機物除去方法。
【0013】
[4] [1]ないし[3]のいずれかにおいて、前記紫外線酸化工程に流入する水のpHが4〜10であることを特徴とする有機物除去方法。
【0014】
[5] [1]ないし[4]のいずれかにおいて、前記紫外線酸化工程に流入する水に、該水中の溶存酸素(DO)濃度が、該水の全有機炭素(TOC)濃度に対して、DO/TOC≧3(重量比)となるように酸素を溶解させる酸素溶解工程を有することを特徴とする有機物除去方法。
【0015】
[6] [1]ないし[5]のいずれかにおいて、前記酸化剤除去工程に流入する水のpHが5以上であることを特徴とする有機物除去方法。
【0016】
[7] [1]ないし[6]のいずれかにおいて、前記酸化剤除去工程の処理水を脱気処理する脱気工程を備え、該脱気工程の処理水が前記脱イオン工程に供給されることを特徴とする有機物除去方法。
【0017】
[8] 有機物含有排水にペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加する薬剤添加手段と、該薬剤添加手段の処理水に紫外線を照射する紫外線酸化手段と、該紫外線酸化手段の処理水中の酸化剤を除去する酸化剤除去手段と、該酸化剤除去手段の処理水を脱イオン処理する脱イオン手段とを備えてなることを特徴とする有機物除去装置。
【0018】
[9] [8]において、前記薬剤添加手段における前記硫黄化合物の添加量が、前記排水のTOC濃度に対して10〜200重量倍であることを特徴とする有機物除去装置。
【0019】
[10] [8]又は[9]において、前記紫外線酸化手段における紫外線照射量が、単位被処理水量あたり0.05kwh/m以上であることを特徴とする有機物除去装置。
【0020】
[11] [8]ないし[10]のいずれかにおいて、前記紫外線酸化手段に流入する水のpHが4〜10であることを特徴とする有機物除去装置。
【0021】
[12] [8]ないし[11]のいずれかにおいて、前記紫外線酸化手段に流入する水に、該水中の溶存酸素(DO)濃度が、該水の全有機炭素(TOC)濃度に対して、DO/TOC≧3(重量比)となるように酸素を溶解させる酸素溶解手段を有することを特徴とする有機物除去装置。
【0022】
[13] [8]ないし[12]のいずれかにおいて、前記酸化剤除去手段に流入する水のpHが5以上であることを特徴とする有機物除去装置。
【0023】
[14] [8]ないし[13]のいずれかにおいて、前記酸化剤除去手段の処理水を脱気処理する脱気手段を備え、該脱気手段の処理水が前記脱イオン手段に供給されることを特徴とする有機物除去装置。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、有機物含有排水、特に、電子デバイス製造工場等から排出される、アルコールや界面活性剤、更には、尿素、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ジメチルスルホキシド等の窒素や硫黄を含む化合物などの、各種の有機物を含む、高濃度TOCないし低濃度TOC含有排水中の有機物を、効率的に除去して極めて高純度な処理水を得ることができる。
従って、本発明は、電子デバイス製造工程から排出されるリンス排水等の有機物含有排水の回収再利用等に好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
以下に本発明の有機物除去方法及び装置の実施の形態を詳細に説明する。
【0026】
本発明においては、原水(有機物含有排水)に、まず、ペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加すると共に、必要に応じてpH調整剤を添加してpH4〜10にpH調整し、この水を紫外線酸化装置に通水する。
【0027】
即ち、本発明では、原水にペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加して紫外線酸化処理を行うことにより、酸化力が非常に高い硫酸ラジカルを発生させ、この硫酸ラジカルにより、原水中に存在する有機物をイオン性有機物に形態変化させる。この処理により発生する硫酸ラジカルは、紫外線酸化処理のみあるいはオゾン処理において発生するヒドロキシルラジカルに比べて有機物の分解速度が非常に速いため、少ない紫外線照射量で極めて効率的に有機物の分解を行うことが可能である。
【0028】
原水に添加するペルオキシド基を含む硫黄化合物としては特に制限はなく、ペルオキシ二硫酸ナトリウム塩、ペルオキシ二硫酸アンモニウム塩、ペルオキシ二硫酸カリウム塩等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
【0029】
ペルオキシド基を含む硫黄化合物の添加は、原水のTOC濃度に対して、10〜200重量倍、特に10〜50重量倍とすることが好ましい。この範囲よりもペルオキシド基を含む硫黄化合物の添加量が少ないと、硫酸ラジカルの生成が十分ではなく、TOC除去率は極端に低下する。一方、上記範囲よりも多くても、ペルオキシド基を含む硫黄化合物の添加量の増加に伴うTOC除去率の向上は期待できず、後段装置へのイオン負荷の増大を招くため、好ましくはない。
【0030】
紫外線酸化装置に流入する水のpHは4〜10に調整する必要がある。即ち、pH4未満においては紫外線酸化装置内において腐食の問題が生じるため好ましくなく、pHが10を超えると、ペルオキシド基を含む硫黄化合物の自己分解により有機物分解における反応効率が低下するため、好ましくない。従って、原水には、必要に応じて、水酸化ナトリウム等のアルカリや、硫酸、塩酸等の酸を添加して、pH4〜10、好ましくは4〜8にpH調整する。
【0031】
なお、pH調整剤は、原水にペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加する前に添加しても良く、ペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加した後に添加しても良く、また、ペルオキシド基を含む硫黄化合物と共に添加しても良い。
【0032】
紫外線酸化装置における紫外線照射量は、紫外線酸化装置に流入する水量に対して0.05kwh/m以上であることが好ましい。紫外線照射量が0.05kwh/mより少ないと、硫酸ラジカル生成の基となるヒドロキシラジカルの発生が十分でないため、TOC除去率は極端に低下する。ただし、紫外線照射量が過度に多くても、TOC除去率は頭打ちとなるため、紫外線照射量は、通常0.05〜2kwh/mの範囲とされる。
【0033】
なお、紫外線酸化装置に流入する水の溶存酸素(DO)濃度が、原水のTOC濃度に対して、DO/TOC<3(重量比)であると、紫外線酸化装置における有機物の分解効率が低いものとなる。このため、原水の水質に応じて、必要により、酸素溶解手段を設けて、紫外線酸化装置に流入する水のDO/TOC(重量比)が3以上となるように、原水に酸素を溶解させてから、紫外線酸化装置に通水することが好ましい。
この場合、酸素溶解手段としては特に限定はしないが、膜溶解法、曝気法等が挙げられる。なお、紫外線酸化装置の給水のDO/TOCは過度に高くてもそれ以上のTOC除去率の向上は望めず、曝気コスト等が高くついて工業的に不利であることから、紫外線酸化装置の給水のDO/TOC(重量比)は、特に3〜5程度とすることが好ましい。
【0034】
紫外線酸化装置の処理水は、次いで、残留酸化剤、即ち、有機物の分解に使用されなかったペルオキシド基を含む硫黄化合物を除去した後、脱イオン処理する。即ち、有機物分解に使用されなかったペルオキシド硫黄系酸化剤が残留している水をそのまま脱イオン装置に通水した場合、脱イオン装置のイオン交換樹脂やイオン交換膜等の酸化劣化を招く恐れがある。従って、紫外線酸化処理水は脱イオン処理に先立ち、酸化剤の除去を行う。この酸化剤除去方法としては、重亜硫酸ナトリウム等の還元剤の添加、活性炭塔の設置、パラジウム、白金等を担持させた触媒塔の設置等が利用可能である。ここで、残存する酸化剤は酸性条件下においては安定であるため、還元処理を行う前にpHを5以上に調整することが還元効率上好ましい。従って、紫外線酸化処理水には、必要に応じて、pH調整剤を添加してpH5以上、好ましくはpH5〜8にpH調整した後、酸化剤の除去処理に供する。
【0035】
酸化剤除去処理水は次いで脱イオン処理することにより、酸化処理により発生したイオン性有機物を除去する。このイオン性有機物を除去する脱イオン手段としては特に限定はしないが、逆浸透膜分離装置、イオン交換装置、電気再生式脱イオン装置等が挙げられ、これらの2以上の組み合わせであっても良い。
【0036】
なお、酸化剤除去処理水中には有機物分解により生じた二酸化炭素(CO)が含まれているが、CO濃度が高い水を電気再生式脱イオン装置やイオン交換装置に流入させた場合、処理水水質の低下、再生頻度の増加等の問題を引き起こす可能性がある。従って、酸化剤除去処理水は、脱イオン処理に先立ち、予め、膜脱気、真空脱気、窒素脱気塔等に通水して、脱気処理してCOを除去し、その後脱イオン装置に通水するようにしても良い。
【0037】
本発明は、各種の有機物含有排水の処理に有効であるが、特に、電子デバイス製造工場から排出される界面活性剤や尿素、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ジメチルスルホキシド等の窒素ないし硫黄を含有する化合物を含む有機物含有排水の処理に有効である。
【0038】
なお、本発明で処理する原水中に懸濁物質が存在する場合は、予めこの懸濁物質を除去した後、本発明の処理に供することが好ましい。この場合、原水中の懸濁物質の除去手段としては、圧力濾過、重力濾過、精密濾過、限外濾過、加圧浮上、沈殿などの、原水を凝集、固液分離処理して原水に含まれる懸濁物質を除去できるものであれば良く、特に限定されない。
【0039】
このような本発明による処理プロセスの設置場所は特に限定されることなく、例えば
(1)原水の凝集濾過及び活性炭処理後
(2)原水の凝集濾過、活性炭処理、及び逆浸透膜処理後
(3)原水の凝集濾過、活性炭処理、及び二段逆浸透膜処理後
(4)原水の凝集濾過、活性炭処理、及びイオン交換処理後
等に、本発明による処理プロセスを設置することができる。
【実施例】
【0040】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
なお、以下の実施例においては、下記水質のキレート剤及びDMSOを含有した半導体工場プロセス排水を原水として処理を行った。
【0041】
<半導体工場プロセス排水水質>
TOC濃度:2mg/L
TOC成分:キレート剤=0.1mg/L
DMSO=1.5mg/L
その他=0.4mg/L
DO:3mg/L
pH:5.4
【0042】
また、処理水のTOC濃度はSIEVERS社製TOC計「SIEVERS900」を用いて測定し、原水のTOC濃度に対する除去率を求めた。
【0043】
[実施例1]
半導体工場プロセス排水を空気曝気して、DO6mg/L(DO/TOC=3)にした後、ペルオキシ二硫酸ナトリウムをTOC濃度に対し20重量倍量添加し、その後、紫外線酸化装置に通水して、0.1kwh/mの条件で紫外線を照射した。この紫外線酸化処理水にpH調整剤として水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH6に調整した後、活性炭(栗田工業(株)製「クリコールWG10−32」)塔にSV=20hr−1の条件で通水して残存酸化剤の分解処理を行った。続いて、膜脱気により有機物分解により生じた二酸化炭素を除去した後、電気再生式脱イオン装置に通水して有機酸及び残留イオンの除去を行った。
【0044】
このような処理において、原水のpH調整を行わず、pH5.4の原水をそのまま紫外線酸化装置に通水した場合と、原水にペルオキシ二硫酸ナトリウムと共に酸(塩酸)を添加してpH4として紫外線酸化装置に通水した場合と、原水にペルオキシ二硫酸ナトリウムと共にアルカリ(NaOH)を添加してpH10として紫外線酸化装置に通水した場合と、原水にペルオキシ二硫酸ナトリウムと共にアルカリ(NaOH)を添加してpH10.5として紫外線酸化装置に通水した場合とで、TOC除去率を調べて、結果を図1に示した。
図1より、紫外線酸化装置の給水のpHが4〜10の範囲で良好な結果が得られ、pHが10を超えるとTOC除去率が急激に減少することが分かる。これはアルカリ領域におけるペルオキシ二硫酸ナトリウムの自己分解に起因するものである。
【0045】
[実施例2]
実施例1において、ペルオキシ二硫酸ナトリウムの添加量を原水TOC値に対し1〜300重量倍の範囲で変えた(Na/TOC=1〜300(重量比))こと以外は同様にして処理を行い、Na/TOCとTOC除去率との関係を図2に示した。
図2より、ペルオキシ二硫酸ナトリウム添加量の増加に従って、TOC除去率が向上するが、Na/TOC=200倍量を超えるとTOC除去率がほぼ横ばいとなること、即ち、Na/TOC=10〜200の範囲が好ましいことが分かる。
【0046】
[実施例3]
実施例1において、原水の空気曝気量をコントロールし、紫外線酸化装置の給水のDO/TOCを1.5〜4の範囲で変えたこと以外は同様にして処理を行い、DO/TOCとTOC除去率との関係を図3に示した。
図3より、DO/TOCの増加によりTOC除去率が向上し、DO/TOC=3倍量を超えると、TOC除去率がほぼ横ばいとなること、即ち、DO/TOC≧3とすることが好ましいことが分かる。
【0047】
[実施例4]
実施例1において、紫外線酸化装置における紫外線照射量を0.01kwh/m〜0.7kwh/mの範囲で変えたこと以外は同様にして処理を行い、紫外線照射量とTOC除去率との関係を図4に示した。
図4により、紫外線照射量の増加と共にTOC除去率が向上し、照射量0.05kwh/m以上においてTOC除去率がほぼ横ばいとなること、即ち、紫外線照射量は0.05kwh/m以上とすることが好ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】実施例1における紫外線酸化装置の給水のpHとTOC除去率との関係を示すグラフである。
【図2】実施例2における紫外線酸化装置の給水のNa/TOC(重量比)とTOC除去率との関係を示すグラフである。
【図3】実施例3における紫外線酸化装置の給水のDO/TOC(重量比)とTOC除去率との関係を示すグラフである。
【図4】実施例4における紫外線酸化装置における紫外線照射量とTOC除去率との関係を示すグラフである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機物含有排水にペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加する薬剤添加工程と、該薬剤添加工程の処理水に紫外線を照射する紫外線酸化工程と、該紫外線酸化工程の処理水中の酸化剤を除去する酸化剤除去工程と、該酸化剤除去工程の処理水を脱イオン処理する脱イオン工程とを備えてなることを特徴とする有機物除去方法。
【請求項2】
請求項1において、前記薬剤添加工程における前記硫黄化合物の添加量が、前記排水のTOC濃度に対して10〜200重量倍であることを特徴とする有機物除去方法。
【請求項3】
請求項1又は2において、前記紫外線酸化工程における紫外線照射量が、単位被処理水量あたり0.05kwh/m以上であることを特徴とする有機物除去方法。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれか1項において、前記紫外線酸化工程に流入する水のpHが4〜10であることを特徴とする有機物除去方法。
【請求項5】
請求項1ないし4のいずれか1項において、前記紫外線酸化工程に流入する水に、該水中の溶存酸素(DO)濃度が、該水の全有機炭素(TOC)濃度に対して、DO/TOC≧3(重量比)となるように酸素を溶解させる酸素溶解工程を有することを特徴とする有機物除去方法。
【請求項6】
請求項1ないし5のいずれか1項において、前記酸化剤除去工程に流入する水のpHが5以上であることを特徴とする有機物除去方法。
【請求項7】
請求項1ないし6のいずれか1項において、前記酸化剤除去工程の処理水を脱気処理する脱気工程を備え、該脱気工程の処理水が前記脱イオン工程に供給されることを特徴とする有機物除去方法。
【請求項8】
有機物含有排水にペルオキシド基を含む硫黄化合物を添加する薬剤添加手段と、該薬剤添加手段の処理水に紫外線を照射する紫外線酸化手段と、該紫外線酸化手段の処理水中の酸化剤を除去する酸化剤除去手段と、該酸化剤除去手段の処理水を脱イオン処理する脱イオン手段とを備えてなることを特徴とする有機物除去装置。
【請求項9】
請求項8において、前記薬剤添加手段における前記硫黄化合物の添加量が、前記排水のTOC濃度に対して10〜200重量倍であることを特徴とする有機物除去装置。
【請求項10】
請求項8又は9において、前記紫外線酸化手段における紫外線照射量が、単位被処理水量あたり0.05kwh/m以上であることを特徴とする有機物除去装置。
【請求項11】
請求項8ないし10のいずれか1項において、前記紫外線酸化手段に流入する水のpHが4〜10であることを特徴とする有機物除去装置。
【請求項12】
請求項8ないし11のいずれか1項において、前記紫外線酸化手段に流入する水に、該水中の溶存酸素(DO)濃度が、該水の全有機炭素(TOC)濃度に対して、DO/TOC≧3(重量比)となるように酸素を溶解させる酸素溶解手段を有することを特徴とする有機物除去装置。
【請求項13】
請求項8ないし12のいずれか1項において、前記酸化剤除去手段に流入する水のpHが5以上であることを特徴とする有機物除去装置。
【請求項14】
請求項8ないし13のいずれか1項において、前記酸化剤除去手段の処理水を脱気処理する脱気手段を備え、該脱気手段の処理水が前記脱イオン手段に供給されることを特徴とする有機物除去装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2008−229417(P2008−229417A)
【公開日】平成20年10月2日(2008.10.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−68881(P2007−68881)
【出願日】平成19年3月16日(2007.3.16)
【出願人】(000001063)栗田工業株式会社 (1,536)
【Fターム(参考)】