JP6863429B2 - Ｔｏｃ処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Description
本発明はＴＯＣ処理装置及び処理方法に係り、特に、紫外線（ＵＶ）照射により有機物（ＴＯＣ成分）を酸化分解するＵＶ酸化装置を用いるＴＯＣ処理装置及び処理方法に関する。
河川水、工業用水、水道水などの原水から、半導体製造工程、医薬品製造工程等で使用される超純水を製造する場合の一般的な製造システムは、前処理システム、一次純水システム及び二次純水製造工程（サブシステム）からなる。
サブシステムでは、一般に一次純水システムからサブタンクに導入された一次純水をポンプで取り出し、熱交換器で超純水の水温が所望の温度になるよう調整した後、ＵＶ酸化装置に導入し、ＵＶ照射により水中のＴＯＣを酸化分解する。ＵＶ酸化装置の流出水を後段のイオン交換装置に導入して、酸化分解により発生した炭酸や有機酸などのイオン性物質を除去する。このようにして得られた超純水は、ユースポイントに送給されて使用され、余剰の戻り水はサブタンクに循環される。
このように、ＵＶ酸化装置と後段のイオン交換装置とを組み合わせて水中の有機物を酸化分解して除去する手段は、一次純水システムにも適用されている。
従来、ＵＶ酸化装置とイオン交換装置とを組み合わせたＴＯＣ除去技術に関しては、処理水ＴＯＣの低減や安定化を目的に様々な検討がなされている。
例えば、特許文献１には、ＵＶ酸化装置とイオン交換装置を組み込んだ超純水製造システムにおいて、超純水のＴＯＣを測定し、この結果に基づいて原水流入量を制御する技術が提案されている。
この特許文献１は、処理水ＴＯＣを一定に制御するために流量を変動させる技術であり、流量が変動した場合に目的のＴＯＣ濃度の超純水を製造することは記載されていない。
特許文献２には、ＵＶ酸化装置の入口水と出口水の過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）濃度を測定し、この測定結果に基づいてＵＶ酸化装置のＵＶ照射量を制御する技術が提案されている。しかし、Ｈ２Ｏ２濃度は必ずしもＴＯＣ濃度に比例するものではないため、特許文献２はＴＯＣ濃度の制御技術としては不十分である。
特許文献３には、ＵＶ酸化装置の後段のイオン交換装置の出口水の溶存酸素（ＤＯ）濃度とＴＯＣ濃度とを測定し、これらの測定値に基づいてＵＶ酸化装置のＵＶ照射量をフィードバック制御する技術が提案されているが、流量変動への対応については言及されていない。
特許文献４には、ＵＶ酸化装置の照度調整手段を組み込んだ装置として、点灯もしくは調光点灯するＵＶランプと消灯するＵＶランプとを自動で切り換えるようにした装置が提案されている。
本発明は、目標ＴＯＣ濃度の処理水を安定して製造することができるＴＯＣ処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。
本発明のＴＯＣ処理装置は、被処理水に紫外線を照射してＴＯＣ成分を分解する紫外線酸化装置と、その後段の脱イオン装置とを備えてなるＴＯＣ処理装置において、該紫外線酸化装置の被処理水流量を計測する流量計と、該脱イオン装置の流出水のＴＯＣ濃度を計測するＴＯＣ計と、該流量計の計測値と該ＴＯＣ計の計測値が入力され、これらの計測値に基づいて、前記紫外線酸化装置の紫外線照射量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
本発明の一態様では、前記制御手段は、前記流量計の計測値と前記ＴＯＣ計の計測値との積と、前記流量計の計測値と目標ＴＯＣ値との積との差に基づいて、又は前記ＴＯＣ計の計測値と目標ＴＯＣ値との差に対し前記流量計の計測値を乗じた値に基づいて、前記紫外線照射量を制御する。
本発明のＴＯＣ処理方法は、被処理水に紫外線を照射してＴＯＣ成分を分解する紫外線酸化装置と、その後段の脱イオン装置と、該紫外線酸化装置の被処理水流量を計測する流量計と、該脱イオン装置の流出水のＴＯＣ濃度を計測するＴＯＣ計と、該流量計の計測値と該ＴＯＣ計の計測値が入力され、これらの計測値に基づいて、前記紫外線酸化装置の紫外線照射量を制御する制御手段とを用いたＴＯＣ処理方法であって、前記流量計の計測値と前記ＴＯＣ計の計測値との積と、前記流量計の計測値と目標ＴＯＣ値との積との差に基づいて、又は前記ＴＯＣ計の計測値と目標ＴＯＣ値との差に対し前記流量計の計測値を乗じた値に基づいて、前記紫外線照射量を制御することを特徴とする。
本発明のＴＯＣ処理装置及び処理方法によると、原水の流量及びＴＯＣ濃度が変動しても、目標ＴＯＣ濃度を有した処理水を安定して製造することができる。なお、紫外線酸化装置の流量と、紫外線酸化装置への流入水のＴＯＣ値とに基づいて紫外線酸化装置を制御することも可能であるが、処理水の水質を保証するために、本発明では処理水のＴＯＣ値を監視する。
以下、本発明について図１を参照してさらに詳細に説明する。
図１において、被処理水は、ライン１を介して低圧紫外線酸化装置（以下、ＵＶ装置ということがある。）２に供給され、紫外線が照射されることによりＴＯＣ成分が分解される。この実施の形態では、ＵＶ装置２は、調光型低圧ＵＶ装置である。
ＵＶ装置２の流出水は、ライン３を介して脱イオン装置４に供給され、脱イオン処理水がライン５へ流出する。脱イオン装置としては、混床式イオン交換装置、２段型イオン交換装置、電気脱イオン装置などのいずれでもよい。
ライン５にＴＯＣ計６が設けられており、その計測値がＵＶ装置２の制御装置７に入力される。また、ＵＶ装置２の流水量を測定するためにライン１，３，５のいずれかに流量計（図示略）が設けられ、その計測値（流量データ）が制御装置７に入力される。
制御装置７は、ＴＯＣ計６で計測された処理水ＴＯＣ値と目標ＴＯＣ値との差（ΔＴＯＣ）と流量値（Ｆ）との積Ｆ・ΔＴＯＣを演算し、これに基づいて（即ち、Ｆ・ΔＴＯＣがゼロとなることを目標として）低圧ＵＶ装置への投入電力を制御する。又は、制御装置７は、ＴＯＣ計６で計測されたＴＯＣ値と流量値Ｆとの積と、目標ＴＯＣ値と流量値Ｆとの積との差（この差の値はＦ・ΔＴＯＣに等しい。）を演算し、これに基づいてＵＶ装置２への投入電力を制御する。投入電力の制御方式としては、ＰＩＤ制御方式などを採用することができるが、これに限定されない。
このように、処理水のＴＯＣ計測値、処理水の目標ＴＯＣ値、及び被処理水流量との３者に基づいて、ＵＶ装置２への投入電力を制御することにより、被処理水のＴＯＣ値及び被処理水の流量の一方又は双方が変動しても、ほぼ目標通りのＴＯＣ濃度の処理水を安定して製造することができる。
なお、この実施の形態では、ＵＶ装置２として調光型ＵＶ装置を用いている。超純水製造工程のＵＶ装置には、点灯するＵＶランプの本数を切り替えるタイプのＵＶ装置も用いられているが、このタイプの場合、点灯するランプの数を少なくしたときに紫外線の照射ムラが生じ、処理水のＴＯＣ値が変動し易くなる。そのため、この実施の形態では、ＵＶ装置２として、調光型ＵＶ装置を採用している。
この調光型ＵＶ装置の場合、投入電力を１倍〜６．６倍の範囲で変動させることにより、ＴＯＣ分解量を１倍〜７．７倍の範囲で変化させることができる。
なお、被処理水は、超純水製造装置のサブシステムに流入する水や、サブシステムを流れる途中の水が好適であるが、その他の水であってもよい。
［実施例１］
図２に示すように、超純水にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）をスパイクによって添加することにより、規定ＩＰＡ濃度（すなわち規定ＴＯＣ濃度）の水とした。これを調光型低圧ＵＶ装置（出力制御可能範囲３０〜１００％）２に通水して紫外線酸化処理し、次いで混床型イオン交換塔に通水して処理水とした。ＵＶ装置給水と処理水のＴＯＣ濃度をＴＯＣ計で測定した。
図２に示すように、超純水にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）をスパイクによって添加することにより、規定ＩＰＡ濃度（すなわち規定ＴＯＣ濃度）の水とした。これを調光型低圧ＵＶ装置（出力制御可能範囲３０〜１００％）２に通水して紫外線酸化処理し、次いで混床型イオン交換塔に通水して処理水とした。ＵＶ装置給水と処理水のＴＯＣ濃度をＴＯＣ計で測定した。
通水流量を１２ｍ３／ｈｒと一定とし、ＩＰＡスパイク量を変化させることにより、給水ＴＯＣを表１の通り１４〜２３μｇ／Ｌの範囲で変化させた。なお、表1の各工程１〜１０の通水時間はそれぞれ６０ｍｉｎとした。処理水のＴＯＣ目標値を１．５μｇ／Ｌとし、該目標値と、処理水ＴＯＣ計測値及び被処理水流量とに基づいて、ＵＶ装置への投入電力をＰＩＤ制御した。処理水のＴＯＣ濃度の計測値と、ＵＶ装置のＴＯＣ負荷量（［流量］×［給水ＴＯＣ］）を表１に示す。
表１の通り、給水ＴＯＣが変動しても、ＴＯＣ負荷量２５２ｍｇ／ｈｒ以下であれば、処理水ＴＯＣ値は０．５〜１．５μｇ／Ｌの範囲で安定することが認められた。また、ＴＯＣ負荷量が２５２ｍｇ／ｈｒを超えると、処理水ＴＯＣ値は目標値（１．５μｇ／Ｌ）を超えるようになることが認められた。これは、ＵＶ装置のＴＯＣ負荷がＵＶ装置の処理能力を超えるためであると考えられる。
［実施例２］
実施例１において、給水流量を７〜１６ｍ３／ｈｒで変化させ、ＩＰＡのスパイク量を、給水ＴＯＣ濃度が２１μｇ／Ｌとなるように、給水流量に比例する量とした。その他は実施例１と同様にして試験を行った。処理水のＴＯＣ濃度の計測値と、ＵＶ装置のＴＯＣ負荷量（［流量］×［給水ＴＯＣ］）を表２に示す。
実施例１において、給水流量を７〜１６ｍ３／ｈｒで変化させ、ＩＰＡのスパイク量を、給水ＴＯＣ濃度が２１μｇ／Ｌとなるように、給水流量に比例する量とした。その他は実施例１と同様にして試験を行った。処理水のＴＯＣ濃度の計測値と、ＵＶ装置のＴＯＣ負荷量（［流量］×［給水ＴＯＣ］）を表２に示す。
表２の通り、給水ＴＯＣ値を一定とし、給水流量を変動させた場合でも、ＴＯＣ負荷量２５２ｍｇ／ｈｒ以下であれば、処理水ＴＯＣ値は０．５〜１．５μｇ／Ｌの範囲で安定することが認められた。また、ＴＯＣ負荷量が２５２ｍｇ／ｈｒを超えると、処理水ＴＯＣ値は目標値（１．５μｇ／Ｌ）を超えるようになることが認められた。
以上の実施例１，２から明らかな通り、本発明によると、低圧ＵＶ装置及び脱イオン装置を用いるＴＯＣ除去技術において、ＴＯＣ濃度が安定した処理水を供給することができる。
ＵＶ装置の出力制御を自動制御することで、制御可能なＴＯＣの幅が増加し、伴って電力使用量の変化幅も増大する。そのため、本発明は、電力削減や、急なＴＯＣ上昇トラブルに対しても有効である。
２ 低圧ＵＶ装置
４ 脱イオン装置
６ ＴＯＣ計
７ 制御装置
４ 脱イオン装置
６ ＴＯＣ計
７ 制御装置
Claims (3)
- 超純水製造用一次純水システム又はサブシステムにおけるＴＯＣ処理装置であって、
被処理水に紫外線を照射してＴＯＣ成分を分解する紫外線酸化装置と、その後段の脱イオン装置とを備えてなるＴＯＣ処理装置において、
該紫外線酸化装置の被処理水流量を計測する流量計と、
該脱イオン装置の流出水のＴＯＣ濃度を計測するＴＯＣ計と、
該流量計の計測値と該ＴＯＣ計の計測値が入力され、これらの計測値に基づいて、前記紫外線酸化装置の紫外線照射量を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記流量計の計測値と前記ＴＯＣ計の計測値との積と、前記流量計の計測値と目標ＴＯＣ値との積との差に基づいて、又は前記ＴＯＣ計の計測値と目標ＴＯＣ値との差に対し前記流量計の計測値を乗じた値に基づいて、前記紫外線照射量を制御することを特徴とするＴＯＣ処理装置。 - 超純水製造用一次純水システム又はサブシステムにおけるＴＯＣ処理方法において、
被処理水に紫外線を照射してＴＯＣ成分を分解する紫外線酸化装置と、その後段の脱イオン装置と、
該紫外線酸化装置の被処理水流量を計測する流量計と、
該脱イオン装置の流出水のＴＯＣ濃度を計測するＴＯＣ計と、
該流量計の計測値と該ＴＯＣ計の計測値が入力され、これらの計測値に基づいて、前記紫外線酸化装置の紫外線照射量を制御する制御手段と
を用いたＴＯＣ処理方法であって、
前記流量計の計測値と前記ＴＯＣ計の計測値との積と、前記流量計の計測値と目標ＴＯＣ値との積との差に基づいて、又は前記ＴＯＣ計の計測値と目標ＴＯＣ値との差に対し前記流量計の計測値を乗じた値に基づいて、前記紫外線照射量を制御することを特徴とするＴＯＣ処理方法。 - 前記紫外線酸化装置は、調光型紫外線酸化装置であり、該紫外線酸化装置への投入電力をＰＩＤ制御することにより、前記紫外線照射量を制御する、請求項２のＴＯＣ処理方法。
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