JP3516172B2 - 溶存酸素低減装置 - Google Patents

溶存酸素低減装置

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JP3516172B2 JP13036094A JP13036094A JP3516172B2 JP 3516172 B2 JP3516172 B2 JP 3516172B2 JP 13036094 A JP13036094 A JP 13036094A JP 13036094 A JP13036094 A JP 13036094A JP 3516172 B2 JP3516172 B2 JP 3516172B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶存酸素低減装置に関
し、詳しくは、筒内に原水(被処理水)を流下させると
ともに、該筒体の下部から不活性ガスをバブリング導入
し、水と不活性ガスとを接触させて水中の溶存酸素を不
活性ガスに置換させることにより水中の溶存酸素を低減
させる不活性ガスバブリング法による溶存酸素低減装
に関する。
【0002】
【従来の技術】水は、多くの産業分野で使用されるが、
通常、水中には、大気から容易に溶け込む酸素が溶解し
ている。水中の溶存酸素は、各種機器の冷却水やボイラ
ー用水等では、配管等の錆の発生の原因となり、また、
半導体分野で用いられる超純水においては、その酸化作
用のため、有害な不純物とされている。このため、溶存
酸素の除去低減を目的とした種々の水処理が行われてい
る。
【0003】水中の溶存酸素を除去する方法の一つとし
て、溶存酸素を含む水を不活性ガスに接触させて水中の
溶存酸素を除去する不活性ガスバブリング法が知られて
いる。この不活性ガスバブリング法を実施する溶存酸素
低減装置は、例えば図5に示すように、上部に原水導入
管1とバブリングガス導出管2を、下部にバブリングガ
ス導入管3と処理水導出管4を、それぞれ有する筒体5
からなるもので、筒体5の上部から原水を流下させると
ともに、筒体5の下部から窒素ガス等の不活性ガスを微
細な気泡状態で導入し、該不活性ガスの気泡と原水とを
向流接触させて原水中の溶存酸素を不活性ガスに置換さ
せることにより、原水中の溶存酸素を除去するように構
成されている。なお、図中、符号6は流量制御弁、7は
排ガス導出部から大気中の酸素ガスが拡散により装置内
に侵入するのを防止するためのポットである。
【0004】このように水と不活性ガスとを接触させる
方法では、気液接触の進行に伴い水中の溶存酸素濃度は
低減し、不活性ガス中の酸素濃度は増加する。そして、
溶存酸素濃度がある程度低下した水中に残存する微量の
溶存酸素を除去するためには、この水を酸素濃度の低い
不活性ガスと接触させる必要がある。したがって、不活
性ガスバブリング法において、筒内を流下する水流が上
下に混合されるような状態では、筒上部から導入された
原水が十分に不活性ガスと接触せずに筒下部から導出さ
れてしまうことがあるだけでなく、不活性ガスも水によ
り上下に撹拌された状態になるため、水中の溶存酸素を
取り込んで酸素濃度が増加した不活性ガスと、溶存酸素
が低下した水とが接触することがあり、この場合は、水
中の溶存酸素を効率よく除去できないだけでなく、不活
性ガス中の酸素が再び水中に溶け込んでしまうおそれも
ある。
【0005】このようなことから、不活性ガスバブリン
グ法では、水中の溶存酸素濃度は筒上部から筒下部に向
けて連続的に低下し、不活性ガス中の酸素濃度は筒下部
から筒上部に向けて連続的に増加するような濃度勾配を
形成する必要があり、このため、筒内を流下する水が整
流状態になるようにして運転していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の不活性
ガスバブリング法では、水中の溶存酸素濃度を容易に1
00ppb以下に低減することができ、さらに、水や不
活性ガスの流量及び気液接触の状態を工夫することによ
って溶存酸素濃度を10ppb程度に低減することがで
きるが、溶存酸素濃度を10ppb以下に低減すること
は困難であった。
【0007】一方、近年の半導体産業の分野では、半導
体素子の集積度の急速な向上に伴い、シリコンウェハ
(基板)の表面に酸化皮膜を形成する原因となる水中の
溶存酸素も有害な不純物とされ、基板洗浄工程等の特定
の工程では、使用する純水の溶存酸素濃度を10ppb
以下にまで低減することが要求されている。
【0008】そこで本発明は、不活性ガスバブリング法
により水中の溶存酸素濃度を容易に10ppb以下にま
で低減することができる溶存酸素低減装置を提供するこ
とを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の溶存酸素低減装置は、筒内を整流状態で
流下する水中に不活性ガスをバブリングして該水中の溶
存酸素を低減する装置において、前記筒内に原水を導入
する原水導入管を、前記筒内の水層の表層部水中に原水
を噴出する位置で、前記筒の接線方向に設けられている
ことを特徴としている。
【0010】また、上記発明において、原水導入管の原
水導入部に原水の流速を高める絞りを設けたことを特徴
としている。
【0011】
【作 用】上記のように、筒内を流下する水の表層部を
混合状態とすることにより、該表層部での溶存酸素低減
効果が向上し、バブリング処理後の水中の溶存酸素濃度
を10ppb以下にまで低減できる。特に、絞りにより
原水導入速度を高めたり、原水を筒内に接線方向から導
入したりすることにより、表層部での溶存酸素低減効果
を一層向上させることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
てさらに詳細に説明する。図1は、本発明の溶存酸素低
減装置の一実施例を示すもので、前記図5に示した従来
装置と略同様に、軸線を略垂直とした筒体11の上部に
原水を導入する原水導入管12及びバブリングガスを排
ガスとして導出するバブリングガス導出管13を、筒体
下部にバブリング用の不活性ガスを導入するバブリング
ガス導入管14及びバブリング処理した処理水を導出す
る処理水導出管15を、それぞれ設けたものであって、
バブリングガス導出管13に導出された排ガスは、流量
制御弁16,ポット17を経て排出される。
【0013】そして、本発明方法では、筒体11内を流
下する水の状態を、表層部Sは混合状態、該表層部S以
下の筒体11下部までの区間Tは整流状態とする。前記
混合状態とする表層部Sの範囲は、筒体11の高さ(水
面高さ)、筒体11の内径、処理水量、不活性ガス量等
の条件により異なるが、混合状態の部分が少ないと後述
の溶存酸素除去効果が十分に得られず、混合状態の部分
が多すぎると、前述のように、溶存酸素の多い水が下方
に流下してしまうおそれがある。
【0014】上記表層部Sの水流れを混合状態とするに
は、例えば、図1に示すように、原水導入管12の筒体
11への取り付け位置と、筒体11内の水面の高さとの
関係を、原水が表層部Sの水中に直接導入されるように
設定することにより行うことができる。また、図2に示
すように、原水導入管12の筒体11内への原水導入部
に、原水の流速を高めるための絞り12aを設けて原水
を高速で筒体11内に導入したり、図3に示すように、
原水導入管12を筒体11の接線方向に設けて原水を筒
体11の内周面に沿うように導入したりすることによ
り、表層部Sを混合状態とする効果を増大させることが
できる。
【0015】このように、表層部Sのみを混合状態と
し、原水導入管12から導入された原水が上下に撹拌さ
れるような状態とすることにより、該表層部Sにおける
溶存酸素の除去効率を大幅に向上させることができ、処
理水導出管15から導出する処理水中の溶存酸素濃度を
10ppb以下にすることができる。
【0016】なお、従来の装置においても、原水導入管
から導入された原水が筒体内の水面に流下する際に、該
水面部分が僅かに混合状態となるが、従来は、筒体内の
水流をできるだけ整流状態にしようとしているため、混
合状態となる部分は水面部分の一部であり、整流状態で
流れる筒内の水の表層部のみを混合状態とする本発明と
は全く異なるもので、該表層部を混合状態とすることに
よる溶存酸素除去効果は知られていなかった。
【0017】以下、本発明の実験例及び比較例を説明す
る。 実験例1及び比較例1 図1及び図5に示すように、溶存酸素低減装置の筒体に
サンプリング管A,B,C,D,Eを設けて処理中の水
を抜出し、それぞれの水中の溶存酸素濃度を測定すると
ともに、水面位置と原水導入管との位置関係による筒内
の水の表層部の流動状態を観察した。なお、実験は、水
面高さのみを変えて行い、他の条件は全て同一とした。
すなわち、筒体は内径が131.2mm、高さが340
0mmであり、原水導入管は内径が57mmで、筒体の
法線方向に取り付けてある。そして、流量制御弁とポッ
トの高さとにより水面の高さを調節し、図1の実施例の
ときは管の中心を水面下100mmとし、図5の従来装
置(比較例)のときは管の中心を水面上120mmとし
た。このとき、それぞれの筒内の水の表層部の流動状態
は、比較例の場合には、原水導入管から流下した水の落
下点の周辺部が混合状態になっていたが、実施例の場合
には、水中に導入された原水の流れにより、表層部に渦
が発生して明らかに水が上下方向に混合される混合状態
となっていた。
【0018】図4は、上記実験により得た溶存酸素濃度
の変化状態を示すもので、横軸は筒底部からの高さを表
し、縦軸は溶存酸素濃度を対数目盛で表している。図か
ら明らかなように、実施例及び比較例ともに、最上部の
サンプリング管A部分から下方では、高さと溶存酸素濃
度の対数値とが直線関係となり、整流状態で水を流下さ
せることにより、水の流量やバブリングガスの流量等の
主要な条件が同じ場合には、溶存酸素濃度が異なってい
ても、前記直線の勾配は略一定となることが判る。
【0019】ここで、上記直線を原水導入位置の高さま
で延長すると、両直線共、原水中の溶存酸素濃度の点G
よりも低い溶存酸素濃度の点G1,G2となる。すなわ
ち、原水位導入管の位置から最上部のサンプリング管A
の位置までの間の溶存酸素濃度除去率がサンプリング管
Aより下方の除去率よりも高くなっている。
【0020】そして、比較例と実施例とのそれぞれの表
層部における溶存酸素の除去量、すなわち、図4におけ
るH1,H2を比較すると、原水導入管を水面下として
表層部を混合状態にした実施例の除去量H2が、従来例
の除去量H1より多いことが判る。
【0021】このように表層部を積極的に混合状態にす
ることにより、該表層部での酸素除去効率を増大でき、
最終的な処理水中の溶存酸素を大幅に低減することが可
能となる。
【0022】実験例2及び比較例2 図1に示す構成の溶存酸素低減装置を用い、原水の導入
量及び溶存酸素量とバブリングガスとしての窒素ガスの
導入量を種々変えて溶存酸素の低減効果、特に、表層部
での低減効果(表層部効果)を測定した。装置はポリビ
ニリデンフルオライド製であり、筒体11は内径が13
1.2mm、高さが3400mmであり、原水導入管1
2は内径が57mmで、筒体11の法線方向に取り付け
てある。また、最上部のサンプリング管Aは、原水導入
管から440mm下方に取り付けてある。そして、流量
制御弁16とポット17の高さとにより水面の高さを調
節し、原水導入管12の中心が水面から100mm下方
に位置させた。さらに、比較として、図5に示すように
原水導入管を水面より上方とした従来装置における溶存
酸素量も測定した。実験の結果を表1に示す。なお、以
下の表における単位は、それぞれ、原水導入量が[m3
/h]、窒素ガス導入量が[Nm3 /h] (0℃,1気
圧の状態)、溶存酸素濃度及び表層部効果が[ppb]
である。
【0023】
【表1】
【0024】実験例3 実験例2において、原水導入管の先端部に図2に示すよ
うな内径35mmの絞りを取り付けた以外は、実験例2
と同様にして溶存酸素の除去効果を測定した。実験の結
果を表2に示す。
【0025】
【表2】
【0026】実験例4 実験例2において、筒体への原水導入管の取り付け状態
を図3に示すように筒体の接線方向とした以外は、実験
例2と同様にして溶存酸素の除去効果を測定した。実験
の結果を表3に示す。
【0027】
【表3】
【0028】表2及び表3に示す実験結果から、原水中
の溶存酸素濃度や流量等に応じて絞りにより原水の流入
速度を増加させたり、筒体の接線方向から原水を導入し
たりすることが効果的であることが判る。
【0029】なお、本発明方法における表層部の混合状
態は、原水導入管を水面下に取り付けることにより容易
に形成することができるが、他の機械的な混合(撹拌)
手段を用いてもよい。また、原水導入管は、通常は原水
を水平方向に噴出して筒体内に導入するように設けられ
ているが、上下方向に適宜な角度で噴出させるようにし
てもよく、複数の原水導入管を適宜な配列で設けるよう
にしてもよい。さらに、表層部位下の水の流れを整列状
態にするため、適宜な整流板等を筒内に設けてもよい。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶存酸素
低減装置は、筒内を流下する水と筒内を上昇する不活性
ガスとを向流接触させて水中の溶存酸素を除去する不活
性ガスバブリング法を実施するに際し、筒内の水層の表
層部のみを混合状態にしたので、表層部の水中に原水を
直接導入することにより、上記混合状態を容易に形成す
ることができ、該表層部で大量の溶存酸素を除去するこ
とができ、得られる処理水中の溶存酸素濃度を大幅に低
減でき、例えば溶存酸素濃度10ppb以下の水を容易
に得ることができる。
【0031】また、原水を筒の接線方向に導入したりす
ることにより、表層部での溶存酸素除去効果を、向上さ
せることができ、さらに、原水導入部に絞りを設けて原
水の導入流速を高めることにより、表層部での溶存酸素
除去効果を、更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の溶存酸素低減装置の一実施例を示す
説明図である。
【図2】 同じく他の実施例を示す要部の横断面図であ
る。
【図3】 さらに他の実施例を示す要部の横断面図であ
る。
【図4】 筒底部からの高さと溶存酸素濃度との関係を
示す図である。
【図5】 従来の溶存酸素低減装置の一例を示す説明図
である。
【符号の説明】
11…筒体、12…原水導入管、13…バブリングガス
導出管、14…バブリングガス導入管、15…処理水導
出管
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−249906(JP,A) 実開 昭62−90791(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/20 B01D 19/00 C02F 1/58

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒内を整流状態で流下する水中に不活性
    ガスをバブリングして該水中の溶存酸素を低減する溶存
    酸素低減装置において、前記筒内に原水を導入する原水
    導入管を、前記筒内の水層の表層部水中に原水を噴出す
    る位置で、前記筒の接線方向に設けられていることを特
    徴とする溶存酸素低減装置。
  2. 【請求項2】 前記原水導入管は、前記筒内への原水導
    入部に、原水の流速を高める絞りを備えていることを特
    徴とする請求項記載の溶存酸素低減装置。
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