KR0180853B1 - 혐기 및 호기의 양방의 유기물 처리를 행하는 전처리 장치를 갖춘 초순수 제조 장치 - Google Patents
혐기 및 호기의 양방의 유기물 처리를 행하는 전처리 장치를 갖춘 초순수 제조 장치 Download PDFInfo
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Abstract
미생물의 이상 번식에 의한 처리계의 폐색을 초래하지 않고, 회수 배출수에 미생물 처리를 실시하여 재이용할 수 있고, 또한, TOC가 1ppb 이하인 초순수를 얻을 수 있는 초순수 제조 장치가 제공된다. 상기 초순수 제조 장치는, 혐기 유기물 처리부(12)를 갖는 하부와, 개구(16)를 갖는 분리판(WB)을 통해 상기 하부 상에 배치되어 있고, 호기 유기물 처리부(1)를 포함하고 있는 생물 처리 장치를 갖는 상부를 구비하고 있다. 하부의 혐기성 미생물과 상부의 호기성 미생물이 미생물의 영양원을 소비하면서, 미생물이 번식하기 어려운 처리수를 얻을 수 있다. 또한, 상기 미생물로 TOC뿐만 아니라 유기 질소 화합물들도 처리하여, 도전율이 낮은 처리수를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 초순수 제조 장치(ultrapure water system)에 관한 것으로, 특히, 초순수 중의 TOC(전체 유기 탄소(Total Organic Carbon))의 감소와 초순수의 도전율의 감소를 실현하는 초순수 제조 장치에 관한 것이다. 또한, 저농도의 유기 배출수를 회수할 수 있고, 호기성 미생물과 혐기성 미생물의 양쪽이 번식하기 어려운 초순수를 제공할 수 있는 초순수 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 공장에서 초순수에 대해 요구하는 수질은 반도체 소자가 더 미세한 구조로 진전함에 따라 더 엄격해지고 있다. 특히, 64M-DRAM 이상의 집적도의 반도체 소자를 제조하는 공장에서는, 초순수에 있어서의 TOC를 1ppb이하로까지 감소시키고 있다.
일반적으로, 초순수 제조 장치는 전처리 장치, 1차 순수 제조 장치, 및 2차 순수 제조 장치로 구성된다. 전처리 장치는 응집 침전, 응집 여과 및 응집 가압 부상 등의 물리 화학 처리 방법을 채용하고 있다. 그러한 전처리 장치의 구체예를 제4a도와 제4b도에 도시한다. 1차 순수 제조 장치로서는 역삼투막, 이온 교환 수지, 자외선 살균기 등을 함께 조합시킨 장치가 이용되고 있다. 2차 순수 제조 장치는 자외선 산화 장치, 이온 교환 수지, 초여과막 등으로 구성된다.
상기 제4b도에 도시한 전처리 장치는 제4a도에 도시한 전처리 장치와 마찬가지로 화학 물리 처리인 응집 여과 방식을 채용하고 있고, 피처리수 중의 탁질 처리를 주목적으로 한 전처리 장치이다. 따라서, 제4a도 및 제4b도에 도시한 2개의 전처리 장치는, 피처리수 내에 함유된 TOC인 유기 질소 화합물에 대해 효과적인 처리 장치는 아니다.
최근의 연구에 의하면 초순수 중의 잔존 TOC는 원수(raw water)로부터 유래한 유기 질소 화합물로 인한 것으로 판명되고 있다. 여기서, 원수는 공업용수, 시수(city water), 지하수 등을 의미한다. 또한, 시수는 음료수나 수돗물을 의미한다.
일반적으로, 피처리수 중의 TOC를 처리하는 방법으로서는 역삼투막, 이온 교환 수지, 자외선 산화 장치 등을 사용하는 방법이 이용가능하다. 그러나, 초순수 중의 TOC가 1ppb 이하라는 수질이 요구되는 최근에는, 상기 일반적인 TOC 처리 방법으로 사용되고 있는 장치에 덧붙여, 호기성 미생물을 이용한 생물 처리 방법을 채용한 전처리 장치도 개발되어 있다(일본 특개평6-63592호 공보 참조).
최근에는, 수자원에 대한 의식이 높아져서, 원수로서의 시수(city water), 공업용수, 지하수를 무한하게 사용하는 것이 아니라, 배출수를 회수하여 재이용할 수 있는 초순수 제조 장치도 많이 계획되어 있다. 예를 들면, 원수에 유기 용매로서의 이소프로필 알코올(이하, IPA(isopropy alcohol)로 간략함)이나 아세톤을 수ppm 함유한 배출수를 혼합하여, 유기 질소 화합물을 처리하는 초순수 제조 장치의 전처리 장치도 개발되어 있다(일본 특개평6-233997호 공보 참조).
이 종래의 초순수 제조 장치에서는, 우선, 피처리수 중의 유기 질소 화합물이 전처리 장치인 생물 처리 장치에 의해 처리된다. 그 후, 상기 피처리수는 종래의 1차 순수 제조 장치와 2차 순수 제조 장치에 의해 처리된다. 그 결과, TOC가 1ppb 이하인 초순수가 최종적으로 확보된다.
바꿔 말하면, 생물 처리 공정을 포함하는 전처리 장치가 없는 경우에는, 전 유기물로서의 TOC의 함량을 1ppb 이하까지 처리하는 것이 불가능하였다. 즉, 응집침전, 역삼투막, 초여과막, TOC-UV(전체 유기 탄소-자외선(Total Organic Carbon-Ultra Violet) 등의 장치를 함께 조합시키는 것만으로는, 1ppb 이하의 초순수를 발생시키는 것은 불가능하다.
상기한 생물 처리 장치는, 호기성 미생물을 이용함과 동시에 충전재로서 활성탄(activated carbon)을 이용하여, 요소로써 대표되는 유기 질소 화합물을 처리하는 장치이다. 그러나, 상기 활성탄을 이용한 생물 처리 장치는 회수수(recycled water)를 이용한다는 사실 때문에, 회수수를 유입수(inflow water)에 합류시킬 때에, 피처리수 중의 TOC 농도(IPA, 아세톤 등의 유기 물질 농도)가 100ppm형 정도에 달한다. 그 결과, 호기성 미생물이 급격하게 번식하여, 충전재 부분이 미생물의 이상 번식에 의해 급격하게 폐색되는 단점이 있다. 저농도 유기 배출수는 처리수 중의 TOC 농도를 급격히 상승시키는 배출수 형태 중의 하나이다.
활성탄 등에 호기성 미생물이 번식하여 충전재가 폐색되는 문제는 잘 알려진 사실이다. 특히, IPA나 아세톤에 기인하는 미생물의 이상 번식은, 충전재로서의 활성탄을 빈번한 역세척에 의해 세정하여도, 억제될 수 없었다. 따라서, 역세척은 이상 번식에 의한 활성탄의 폐색에 대한 충분한 해결책이 될 수 없었다.
피처리수 중의 유기 질소 화합물을 처리하는 방법은 혐기 처리(anaerobic treatment)와 호기 처리(aerobic treatment)의 조합이 있을 수 있다. 그러나, 종래 기술에서는, 피처리수 중의 유기 질소 화합물의 농도가 비교적 낮다는 사실과 피처리수 중에 현탁 물질(SS(suspended solid))이 전혀 존재하지 않는다는 사실로 인해, 미생물을 조(tank) 내에 유지하는 것이 불가능하였다.
종래에는, 유기 질소 화합물이 고농도이고 또한 부유 물질이 적절하게 존재하고 있어 혐기 처리와 호기 처리의 조합이 가능한 경우일지라도, 혐기 처리와 호기 처리를 각각 별개의 조로 계획하고 있었다. 따라서, 혐기 처리조와 호기 처리조의 2개의 조가 필요하여, 필연적으로 설치 면적이 커지게 된다.
종래의 초순수 제조 장치에 있어서는, 1차 순수 제조 장치나 2차 순수 제조 장치에서 살균 처리를 실시하는 것이 일반적인 관행이었다. 한편, 전처리 장치에 있어서는, 미생물이 이상 번식하지 않기 때문에, 살균이 실시되지 않았다.
1차 순수 제조 장치나 2차 순수 제조 장치에서는, 단시간에 살균 작용이 발생하는 자외선 살균기가 사용된다. 2차 순수 제조 장치의 출구에서 생산 장치까지의 배관을 1년에 한번 3시간 정도 살균 세정할 때, 과산화수소가 사용된다. 그러나, 과산화수소에 의한 살균 세정 후에, 초순수로 과산화수소를 배관으로부터 완전히 씻어 배출하기 위해서는 수시간을 필요로 하는 문제가 있었다. 그래서, 초순수의 채취 사이클을 단시간에 개시하기 위해 과산화수소를 약품에 의해 중화하는 것도 생각할 수 있지만, 초순수 배관에 중화제가 잔존하는 것은 바람직하지 못하다.
과산화수소는, 차아염소산 나트륨과는 달리, 나트륨 이온이나 염소 이온 등의 이온을 포함하지 않고 있다. 그러므로, 과산화수소는 초순수 제조 장치에 적절한 살균제이다. 그러나, 1% 내지 수%의 과산화수소를 사용하여도, 살균 반응 시간이 3시간 정도인 것이 많아서, 살균 반응 시간이 긴 것이 결점이다. 따라서, 1차 순수 제조 장치나 2차 순수 제조 장치가 큰 반응 장치를 포함하게 되기 때문에, 과산화수소는 살균제로서 사용되지 않았다.
과산화수소는, 차아염소산 나트륨이나 자외선 살균기와 비교하여 반응 시간이 3시간 정도로 비교적 길기 때문에, 생산 장치까지의 배관의 살균 세정 이외의 초순수 제조 장치 본체 즉, 1차 순수 제조 장치나 2차 순수 제조 장치에서는 사용되지 않았다.
과산화수소에 의한 미생물에 대한 화학적인 살균 효과는, 다음 (1) 및 (2)와 같은 것으로 판명되었다.
(1) 과산화수소의 산화 효과에 의해 미생물의 단백질이 변질 또는 분해하여, 그 후의 공정에서 잔존 미생물의 미생물 활성이 저하한다.
(2) 미생물이 존재하고 있으면, 미생물의 효소에 의해 과산화수소가 분해된다. 이 분해에 의해 발생하는 산소 가스가 미생물의 밀납같은(waxy) 물질막을 파열시켜 미생물을 완전히 사멸시킨다.
제5도는 미생물을 이용하여 전처리를 행하는 종래의 초순수 제조 장치를 도시하고 있다. 이 장치에서는, 공업용수와, 공장에서 사용 후의 회수수가 원수로서 저류조(101)로 도입된다. 저류조(101)로 도입된 원수는 3시간 이상의 체류 시간을 지나서, 송수 펌프(123)에 의해 상향류식 식물 분해 장치(117)로 도입된다. 이 상향류식 식물 분해 장치(117)에는, 활성탄 등의 충전재가 충전되어, 그 안에서 호기성의 미생물이 번식하고 있다. 다음에, 처리수(처리를 받은 원수)는 폭기조(120)로 도입된다. 이 폭기조(120)에서, 상기 처리수는 살포 기관(126)으로부터 토출되는 폭기 공기에 의해 폭기된다. 살포 기관(126)으로의 공기는 송풍기(124)로부터 공급된다. 그리고, 이 폭기조(120) 내의 처리수의 일부는 폭기조 펌프(118)에 의해 상향류식 생물 분해 장치(117)로 반송(return)되어, 순환된다. 또한, 상기 폭기조(120) 내의 처리수의 다른 일부는 펌프 피트(pump pit)(121)로 도입되어, 송수 펌프(125)에 의해 순서대로 분리막 장치(122)와 1차 순수 제조 장치(110)로 송수된다.
최근의 반도체 공장에서는, 초순수의 수질에 대한 등급도 극한의 레벨에 달하고 있고, 수질의 각 항목에 관해서는 특히 그 저감화가 요구되고 있다. 또한, 그 저감화와 동시에 자원의 유용 이용의 관점으로부터 배출수의 재이용도 요구되고 있다.
제5도에 도시한 종래 예는, 전처리에 호기성 미생물만을 사용하고 있으므로, TOC의 저하는 기대할 수 있다. 그러나, 혐기성 미생물을 사용하지 않고 있으므로, 초산성 질소를 환원하여 질소 가스로 처리하는 기구를 포함하고 있지 않다. 따라서, 처리수의 도전율의 감소는 전혀 기대할 수 없다. 또한 종래 기술의 장치는 강력한 산화제인 과산화수소수에 의한 산화 공정이 존재하지 않기 때문에, 막분리 장치에 있어서의 정밀 여과막으로서는 미생물 중에서 크기가 가장 작은 바이러스에 관해서는 완전히 제거되지 않는다. 그리고, 이 분리막 장치의 막에 장애가 있으면, 1차 순수 제조 장치와 2차 순수 제조 장치의 전체에 있어서 미생물이 번식할 위험성이 있다. 특히, 종래 기술의 일부에서는 1차 순수 제조 장치의 RO 장치의 직전에서 차아염소산 나트륨을 첨가하여, 살균이 행해진다. 그러나, 이 경우, 그 후에 환원제로서 아황산수소 나트륨을 첨가하기 때문에, 염소 이온과 나트륨 이온 등의 유기물을 함유한 회수수가 실제로 이용될 수 있지만, 보다 많은 배출수가 이용될 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 전처리 장치에서, 유기 질소 화합물로부터 유래한 초산성 질소가 처리되어 있으면, 1차 순수 제조 장치로의 초산성 질소의 부하가 경감된다.
종래 기술에서의 호기성 미생물에 의한 처리에서는, 호기성 미생물의 영양원이 소비되므로, 이 이후의 공정에서 호기성 미생물의 번식이 억제된다. 그러나, 혐기성 미생물의 영양원이 소비되어 있지 않고, 게다가 1차, 2차 순수 제조 장치는 밀폐 상태이다. 따라서, 혐기성 미생물이 번식하기 쉬운 조건이 성립하고 있으므로, 혐기성 미생물이 번식할 가능성이 크다.
일본 특개평6-233997호 공보나 일본 특개평6-63592호 공보에 기재되어 있는 기술에서는, 1차 및 2차 순수 제조 장치들로의 미생물을 차단하는 방법으로서, 생물 처리 후의 UF(초여과(Ultra Filtration))막 분리 장치 또는 MF(막 여과(Membrane Filtration))막 분리 장치를 채용하고 있다.
그러나, 이 종래 기술에 있어서도, 가령 전처리 장치로의 피처리수로서 TOC 농도가 100ppm 정도의 저농도 유기 배출수가 도입되는 경우에는, 이상 번식한 미생물이 상기 UF막 분리 장치 또는 MF막 분리 장치를 폐색시키는 문제가 있다.
종래 예에 있어서의 살균은, 전처리 장치의 피처리수에 대한 것이 아니라, 1차 순수 제조 장치나 2차 순수 제조 장치의 피처리수에 대한 것이고, 짧은 반응 시간에, 직접적으로 살균제를 첨가하는 것이나, 혹은 직접적으로 자외선을 조사하는 것이다. 따라서, 상기 종래 예에 있어서의 살균은 저농도 유기 배출수에 의한 미생물의 이상 번식에 대한 교화가 비교적 작다는 문제점을 갖는다.
상기한 바와 같이, 특히 TOC 100ppm 정도의 유입수(원수와 회수수의 혼합물)를 전처리 장치의 피처리수로 하고 있을 경우에는, 전처리 장치가 미생물에 의해 이상 번식한 상태로 된다. 이것은 미생물의 가장 적은 초순수가 요구되고 있는 오늘의 관점에서 보면 문제이고, 전처리 장치가 강력한 살균 수단을 갖고 있지 않는 것이 문제가 된다.
100ppm 정도의 TOC를 함유하고 있는 물을 전처리 장치로 처리하는 경우, 1차 순수 제조 장치의 전 단계의 전처리 장치로 처리수를 확실하게 살균하여, 1차 순수 제조 장치 및 그 이후에서는 미생물 번식의 가능성을 가능한 한 적게 할 필요가 있다. 이러한 전처리 장치에서의 살균은 간편한 설비로 실행할 수 있고, 살균 후에 살균제에 의한 계 내의 오염이 없을 필요가 있다.
종래의 초순수 제조 장치의 전처리 장치에서 과산화수소가 사용되고 있지 않던 이유는, 전처리 장치로 유입하는 물의 TOC 농도가 100ppm 정도에 달하지 않아서, 미생물의 이상 번식이 발생하지 않고 있기 때문이다. 따라서, 1차 순수 제조 장치에서의 차아염소산 나트륨에 의한 단시간 살균에서도 문제가 없었던 것이다.
이에 대해, 원수에 저농도 유기 배출수를 혼합시킴으로써 TOC 100ppm 정도의 물을 처리하는 전처리 장치에서는, 3시간 이상의 반응 시간을 갖는 확실한 살균 공정이 필요하다. 또한, 이 살균 공정은 이온의 증가가 없는 살균 공정일 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 미생물의 이상 번식에 의한 처리계(treatment system)의 폐색을 초래하지 않고 회수 배출수에 미생물 처리를 실시하여 재이용할 수 있고, 또한, TOC가 1ppb 이하인 초순수를 얻을 수 있는 조밀한 초순수 제조 장치를 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명의 초순수 제조 장치(ultrapure water system)의 제1실시예를 모식적으로 도시한 도면.
제2도는 본 발명의 초순수 제조 장치의 제2실시예를 모식적으로 도시한 도면.
제3a도 및 제3b도는 방사상 링형 실 부재를 형성하는 염화비닐리덴의 구조도.
제4a도는 종래 기술에 따른 초순수 제조 장치를 모식적으로 도시한 도면.
제4b도는 종래 기술의 초순수 제조 장치의 다른 예를 모식적으로 도시한 도면.
제5도는 종래 기술의 초순수 제조 장치의 또 다른 예를 모식적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 51 : 호기 유기물 처리부 2, 52 : 제1반응 살수부
2, 53 : 제1접촉 순환부 4, 54 : 제2접촉 순환부
5A, 5B, 5C, 55D, 55E, 55F : 목탄
6A, 6B, 6C, 56D, 56E, 56F : 플라스틱제 충전물
9, 59B : 에어 리프트 펌프 10. 60 : 살수관
12, 62 : 혐기 유기물 처리부 D3 : 과산화수소 산화조
D4 : 과산화수소 분해조 D5 : 제2침전조
D6 : 막 분리조 25, 75 : 분리막
27, 77 : 분리막용 펌프 30, 80 : 1차 순수 제조 장치
31, 81 : 2차 순수 제조 장치 32, 82 : 반도체 공장
83 : 산 배출수 처리 장치 84 : 과산화수소 저류조
85 : 과산화수소 이송 펌프 86 : 활성탄
87 : 제3접촉 순환부 88 : 제4접촉 순환부
89 : 제2반응 살수부 90 : 라인 믹서
91 : 순환 펌프 92 : 그물형 시트
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 원수 전처리 장치, 1차 순수 제조 장치 및 초산성 질소를 구비하는 초순수 제조 장치에 있어서, 상기 전처리 장치는, 혐기 유기물 처리부를 갖는 하부와; 개구를 갖는 분리판을 통해 상기 하부 상에 배치되어 있고, 호기 유기물 처리부를 포함하고 있는 생물 처리 장치를 갖는 상부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 초순수 제조 장치의 전처리 장치는, 하부가 혐기 유기물 처리부를 갖는 반면에, 상부가 호기 유기물 처리부를 갖고 있다. 따라서, 우선, 호기 유기물 처리부에서는, 시간이 흐름에 따라 미생물이 번식한 진흙이 자연 침강에 의해 자동적으로 하부의 혐기 유기물 처리부에 도달한다. 하부에 강하한 이러한 미생물은 혐기성 미생물로서 고정화될 수 있다.
이러한 혐기 유리물 처리부에서는, 시간이 경과함에 따라서 더 적은 양의 산소가 공급되고, 시간이 경과함에 따라 혐기성의 미생물이 발생하여 번식하게 된다. 이에 따라, 점차로 혐기성의 미생물이 대부분을 차지하게 된다. 이렇게 해서, 하부에서는 혐기성 미생물을 번식시킨 혐기 처리 영역을 형성하고, 상부에서는 호기성 미생물을 번식시킨 호기성 영역을 형성하였기 때문에, 이 전처리 장치로 도입된 물은 호기성과 혐기성의 양쪽의 미생물에 의해 미생물의 영양원이 처리(소비)된다. 따라서, 그 후의 공정에서 양쪽의 미생물이 발생 번식하기 어려운 처리수를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 상부와 하부의 입체 구조를 구비하고 있으므로, 장치의 설비 면적을 절약할 수 있다. 또한, 본 발명은 혐기 유기물 처리부와 호기 유기물 처리부를 갖고 있기 때문에, 피처리수 중의 TOC뿐만 아니라 유기 질소 화합물들도 처리할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 유기 질소 화합물을 처리할 때에 발생한 초산성 질소를 상기 미생물에 의해 제거할 수 있어서, 결과적으로 처리수의 도전율(electrical conductivity)을 개선할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 미생물의 이상 발생을 방지하여, 처리계의 폐색을 초래하지 않고 회수 배출수에 미생물 처리를 실시하여 재이용할 수 있고, 또한, TOC가 1ppb 이하인 초순수를 얻을 수 있는 조밀한 초순수 제조 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 상기 하부의 혐기 유기물 처리부와 상기 상부의 호기 유기물 처리부를 통과한 처리수를 상기 하부의 혐기 유기물 처리부로 반송시켜, 상기 처리수를 상기 혐기 유기물 처리부와 상기 호기 유기물 처리부를 통해 순환시키는 처리수 반송 수단을 더 구비한다.
이 실시예에 따르면, 혐기 유기물 처리부와 호기 유기물 처리부를 통과한 처리수의 일부가 상기 혐기 유기물 처리부로 반송되어, 순환된다. 따라서, 처리수 중의 유기 질소 화합물이, 우선, 혐기 유기물 처리부에서 미생물에 의해 혐기적으로 처리되고, 그 다음에, 호기 유기물 처리부에서 미생물에 의해 초산성 질소로까지 산화 처리된다. 그리고, 상기 처리수는 다시 상기 혐기 유기물 처리부로 반송되어 순환되기 때문에, 상기 초산성 질소는 질소 가스로까지 환원되어 질소 가스가 된다. 이에 따라, 상기 처리수가 탈질 처리되기 때문에, 처리수 중의 도전율이 개선(감소)될 수 있다.
따라서, 이 실시예에 따르면, 처리수를 반송 순환시키지 않고 혐기조를 별개로 설치하는 종래 예에 비해, 설비 비용과 설치 공간을 절약할 수 있다. 즉, 이 실시예에 따르면, 보다 조밀하고 효율 좋은 초순수 제조 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원수가 도입되도록 되어 있고, 고정화 담체를 갖는 혐기 유기물 처리부를 갖는 하부 및 이 하부 상에 배치되어 있고 호기 유기물 처리부를 갖는 상부를 구비하는 제1수조(water tank)와, 상기 제1수조의 상부의 호기 유기물 처리부에 연통하도록 인접해 있는 제2수조를 구비하고; 상기 제1수조의 상부의 호기 유기물 처리부는, 미생물을 생육시킨 목탄, 미생물을 생육시킨 플라스틱제 충전물 및 폭기 수단을 포함하는 제1접촉 순환부와 제1접촉 순환부에 인접해 있고, 미생물을 생육시킨 목탄 및 미생물을 생육시킨 플라스틱제 충전물을 포함하는 제2접촉 순환부와, 상기 제1, 제2접촉 순환부보다도 상측에 배치되어 처리수에 수몰하지 않도록 되어 있고, 미생물을 생육시킨 목탄 및 플라스틱제 충전물을 포함하고, 상기 제2접촉 순환부에서 에어 리프트 펌프(air lift pump)에 의해 퍼 올려진 처리수가 살포되고, 이 처리수를 상기 목탄과 플라스틱제 충전물을 통과시키면 낙하시켜서, 상기 제1, 제2접촉 순환부로 반송하는 제1반응 살수부(sprinkling part)를 구비하는 초순수 제조 장치가 제공된다.
이 실시예에 따르면, 전처리 장치의 하부인 혐기 유기물 처리부에 고정화 담체가 충전되어 있다. 그러므로, 상부의 호기 유기물 처리부에서 발생하여 침강한 진흙을 상기 고정화 담체에 고정화할 수 있다. 따라서, 상기 침강 진흙을 단순히 퇴적시킨 경우에 비해, 상기 진흙과 처리수와의 반응 면적을 증대시킬 수 있고, 미생물 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 실시예에 따르면, 목탄과 플라스틱제 충전물이 호기 유기물 처리부를 구성하는 제1접촉 순환부, 제2접촉 순환부 및 제1반응 살수부에 충전되어 있고, 더구나, 상기 목탄과 플라스틱제 충전물에는 미생물이 충분히 번식하고 있다. 따라서, 상기 호기 유기물 처리부에 의해 유기 질소 화합물이 초산성 질소로까지 산화 처리될 수 있다.
상기 목탄은 우선, 상기 유기 질소 화합물을 흡착하고, 그 후, 상기 목탄에 번식한 미생물에 의해, 흡착한 유기 질소 화합물을 처리한다. 또한, 상기 플라스틱제 충전물은, 표면에 번식한 미생물에 의해, 유기 질소 화합물을 처리하고, 또한, 조내의 공간 부분을 많게 하여, 발생 진흙에 의한 폐색을 방지하고 있다.
또한, 제1 및 제2접촉 순환부에서, 처리수는 폭기 수단으로부터 도입된 공기에 의해 순환되고, 에어 리프트 펌프에 의해 상부의 제1반응 살수부에 퍼올려진 처리수는 보다 많은 공기와 접촉한다. 따라서, 유기 질소 화합물이 보다 확실하게 산화되어 초산성 질소로 만들어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 과산화수소와 상기 상부의 호기 유기물 처리부로부터의 처리수가 도입되는 과산화수소 산화조와, 이 과산화수소 산화조로부터의 과산화수소 함유 처리수가 도입되는 과산화수소 분해조를 더 구비한다.
이 실시예에 따르면, 전처리 장치는 생물 처리 장치 후에, 과산화수소 산화조와 과산화수소 분해조를 구비하고 있다. 따라서, 생물 처리 장치로부터 많은 미생물이 유출한 때에, 상기 과산화수소 산화조에서 과산화수소에 의한 살균을 행하여 미생물을 확실하게 사멸시킬 수 있다. 따라서, 이후의 공정에서, 미생물이 번식하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 미생물의 이상 번식에 의한 처리계의 폐색을 초래하지 않는다.
또한 상기 과산화수소의 분해조는 처리수와 혼합시킨 과산화수소를 물과 산소 가스로 확실하게 분해하기 때문에, 과산화수소를 1차 순수 제조 장치에 잔존시킬 염려가 없다. 따라서, 수질이 좋은 초순수를 얻을 수 있다.
이 실시예에 따르면, 상기 하부의 혐기 유기물 처리부가 갖는 고정화 담체는 염화비닐리덴으로 만들어진다.
이 실시예에 따르면, 혐기성 미생물이 염화비닐리덴의 내부의 작은 구멍에 항상 살아 있을 수 있다. 따라서, 용존 산소를 함유한 처리수가 상기 혐기 유기물 처리부로 도입되더라도, 상기 염화비닐리덴에는 안정적으로 혐기성 미생물이 번식할 수 있다. 따라서, 처리수의 혐기 처리를 확실하게 실행할 수 있다.
본 발명은 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 단지 예로서만 제공된 이하의 설명 및 첨부 도면으로부터 보다 잘 이해할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 초순수 제조 장치의 실시예들을 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명의 초순수 제조 장치의 제1실시예를 도시한다. 이 제1실시예에서는, 원수로서 공업용수와 회수수(recycled water)가 도입된다. 상기 공업용수는 질소 화합물을 포함하는 전 유기물을 함유하고 있다. 상기 회수수는 반도체 공장으로부터의 저농도 유기 배출수이다. 이 제1실시예는 상기 원수를 혐기 처리하는 공정과 상기 원수를 호기 처리하는 공정을 포함한다.
이 제1실시예는 제1수조(F1), 제2수조(F2), 막 분리조(24), 1차 순수 제조 장치(30) 및 2차 순수 제조 장치를 구비하고 있다.
상기 제1수조(F1)는 상부를 구성하고 있는 호기 유기물 처리부(1) 및 하부를 구성하고 있는 혐기 유기물 처리부(12)를 갖고 있다. 이 호기 유기물 처리부(1)는 상단의 제1반응 살수부(sprinkling part)(2), 하단의 제1접촉 순환부(3), 및 제2접촉 순환부(4)를 구비하고 있다. 상기 제1반응 살수부(2)는 상기 제1, 제2접촉 순환부(3, 4)보다도 상측에 배치되어 있고, 처리수에 수몰하지 않게 되어 있다. 이 살수부(2)는 목탄(5C)과 플라스틱제 충전물(6C)을 갖고 있다. 이 목탄(5c)과 플라스틱제 충전물(6C)은 격자판(7C) 상에 교대로 중첩되어 있다. 격자판(7C)은 측벽에 고정되어 있다. 플라스틱제 충전물(6A, 6B, 6C)은 라시히 링(Raschig ring), 베를새들(Berl saddle), 인터록 새들(Interlock saddle), 테라렛(Terralet), 폴 링(Paul ring) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선정될 수 있다.
상기 제1접촉 순환부(3)는 격자판(7A)상에 교대로 중첩되어 있는 목탄(5A)과 플라스틱제 충전물(6A)을 갖고 있다. 또한, 상기 제2접촉 순환부(4)도 격자판(7B) 상에 교대로 중첩되어 있는 목탄(5B)과 플라스틱제 충전물(6B)을 갖고 있다. 상기 제1접촉 순환부(3)와 제2접촉 순환부(4)는 격벽(W)을 통해 인접해 있고, 상단과 하단이 상호 연통하고 있다. 또한, 제1접촉 순환부(3)는 바닥부에 배치된 산기관(air diffuser)(8A)을 갖고 있다. 이 산기관(8A)은 송풍기(19)에 접속되어 있다. 또한, 상기 제2접촉 순환부(4)는 그 바닥부가 에어 리프트 펌프(9)의 하부 단부 개구에 연통하고 있다. 이 에어 리프트 펌프(9)의 하부 내에는 송풍기(19)에 접속되어 있는 산기관(8B)이 배치되어 있다. 에어 리프트 펌프(9)는 제2접촉 순환부(4)를 따라 상방으로 연장하여, 상단의 제1반응 살수부(2)의 최상부의 상측에서 수평방향으로 굴곡하고 있다. 이 수평으로 연장하고 있는 부분은 살수관(10)을 구성하고 있다. 에어 리프트 펌프(9)에 의해 제2접촉 순환부(4)의 바닥부에서 퍼 올려진 처리수는 상기 살수부(2)로 살포된다. 그리고, 이 살수부(2)로 살포된 처리수는 살수부(2)의 목탄(5C)과 플라스틱제 충전물(6C)을 통과하면서 낙하하여, 상기 제1 및 제2접촉 순환부(3, 4)로 반송된다. 상기 산기관(8A)으로부터의 폭기 공기에 의해, 제1접촉 순환부(3)로부터 제2접촉 순환부(4)로 피처리수가 순환한다.
한편, 상기 제1, 제2접촉 순환부(3, 4)의 하측에는, 하방으로 테이퍼진 하부벽(WB)을 사이에 두고, 혐기 유기물 처리부(12)가 배치되어 있다. 이 하부벽(WB)의 하부 단부는 개구하고 있고, 이 개구에는 짧은 통형의 출입관(16)이 고정되어 있다. 상기 혐기 유기물 처리부(12)는 고정 금구(15)에 고정된 염화비닐리덴(14)을 갖고 있다. 이 염화비닐리덴(14)은 제3a도와 제3b도에 도시한 바와 같이, 중심 축을 이루고 있는 끈형의 실 부재(14b)와, 이 실 부재(14b)로부터 방사상으로 연장하는 복수개의 링형의 부분(14a)을 갖고 있다. 상기 실 부재(14b)는 굵은 실로 짠 것이다. 이 굵은 실은 복수개의 작은 공동들을 갖고 있어서, 특히 혐기성의 미생물인 탈질균이 번식하기 쉬운 구조를 형성한다.
상기 혐기 유기물 처리부(12)의 바닥부에는 유입관(13)이 배치되어 있다. 이 유입관(13)은 라인 믹서(40)에 접속되어 있다. 이 라인 믹서(40)에는 밸브(49a)를 통해 공업용수가 도입되고, 밸브(49b)를 통해 반도체 공장(32)으로부터의 저농도 유기 배출수가 도입된다. 또한, 이 라인 믹서(40)에는 밸브(49b)를 통해 제2수조(F2)로부터의 처리수가 도입된다.
이 제2수조(F2)는 상기 에어 리프트 펌프(9)를 사이에 두고 상기 호기 유기물 처리부(1)의 하단의 제2접촉 순환부(4)에 인접해 있다. 이 제2수조(F2)는 상기 제2접촉 순환부(4)의 바닥부와 연통하고 있다.
그리고, 이 제2수조(F2)의 옆에는, 이 제2수조(F2)로부터의 처리수가 도입되는 막 분리조(24)가 배치되어 있다. 제2수조(F2)와 막 분리조(24)는 소정의 간격을 사이를 두고 있다. 이 막 분리조(24)는 분리막(25)을 갖고 있다. 또한, 이 분리막(25)의 하측에 산기관(8C)이 배치되어 있다. 이 산기관(8C)은 상기 송풍기(19)에 접속되어 있다. 또한 상기 분리막(25)은 가로 방향에 배열된 복수개의 여과막을 갖고 있고, 이 복수개의 여과막은 소정의 간격을 사이를 두고 상하로 대향하도록 배치된 2개의 관에 고정되어 있다. 그리고, 이 복수개의 여과막에 의해 여과된 처리수는 분리막용 펌프(27)에 의해 빨아 올려져서, 1차 순수 제조 장치(30)로 도입된다.
이 1차 순수 제조 장치(30)의 다음 단계에는 2차 순수 제조 장치(31)가 배치되어 있다. 그리고, 이 2차 순수 제조 장치(31)를 거친 처리수는 반도체 공장(32)으로 도입된다.
상기 구성의 초순수 제조 장치에서는, 상기 라인 믹서(40)에 공업용수, 저농도 유기 배출수, 및 제2수조로부터의 처리수가 도입된다. 상기 공업용수, 저농도 배출수 및 처리수는 밸브(49a, 49b, 49c)에 의해 유량이 조정된다. 상기 저농도 유기 배출수는 IPA 등의 공여체를 포함하고 있다.
이 라인 믹서(40)는 상기 공업용수 저농도 유기 배출수 및 처리수를 혼합하여, 유입관(13)으로 송출한다. 그렇게 하면, 이 유입관(13)은 이 피처리수로의 혼합물을 유기물 처리부(12)의 바닥부로부터 상방을 향해 균등하게 분출한다.
한편, 이 혐기 유기물 처리부(12)에는 염화비닐리덴(14)이 충전되어 있고, 염화비닐리덴(14)의 실 부재(14b)의 내부에는 작은 공동이 존재하고, 이 작은 공동에는 혐기성의 미생물이 안정적으로 번식하고 있다. 이 혐기성 미생물의 번식에는, 혼합된 원수(피처리수)내에 포함된 저농도 유기 배출수 내에 단지 소량의 용존 산소가 포함되어 있다는 사실에 부분적으로 기여하고 있다. 이러한 호기성에 기초하여, 상기 염화비닐리덴(14)에는 탈질균을 주로 포함하는 혐기성의 미생물이 번식한다. 탈질균을 주로 포함하는 혐기성의 미생물은 작은 균체(bacteria)가 부유하고 있지만, 고정화 담체로서의 염화비닐리덴(14)의 존재에 의해, 혐기 유기물 처리부(12)내에 혐기성 미생물이 고농도로 유지 번식되는 것을 가능하게 한다. 또한, 상기 염화비닐리덴(14)은 가는 섬유로 구성되어 있기 때문에, 표면적이 크고, 또한 마이너스의 표면 전위를 갖고 있다. 따라서, 이 염화비닐리덴(14)은 섬유에 정전기가 발생하고 있을 때 미생물이나 부유물이 부착하기 쉬운 상태로 되어 있다. 또한 이 염화비닐리덴(14)은 고정 금구(15)에 고정되어 있어서, 유입수의 양이 갑자기 증가하여도, 출입관(16)으로부터 제1접촉 순환부(3)로 유실해버리지는 않는다.
특히 초순수 제조 장치의 전처리 장치와 같이 상대적으로 미생물 농도가 낮은 조건 하에서, 이 염화비닐리덴(14)은 혐기성의 미생물이나, 원수에 유래하는 호기성의 미생물을 포함한 미생물의 대부분을 효과적으로 포착하여, 부착시켜, 고정화할 수 있다. 이와 같이, 이 예에서는, 금속 이온을 포함하는 응집제나 약품을 사용하지 않고 피처리수를 미생물 처리한다. 이는 처리수의 도전율을 상승시키지 않은 이점을 유발한다.
고정화 담체로서, 각종의 활성탄, 무연탄, 제올라이트, 이온 교환 수지, 플라스틱제 성형품 등이 통상 이용가능하다. 그러나, 초순수 제조 장치의 전처리 장치에 있어서의 혐기 유기물 처리부(12)의 충전재로서는, 혐기성 미생물이 고농도로 부착하고 번식할 수 있다는 점에서 염화비닐리덴이 가장 좋다. 그러나, 미생물 처리 효과를 어느 정도 희생하게 되면, 상기 활성탄, 제올라이트, 이온 교환 수지, 플라스틱제 성형품 등을 사용하는 것도 가능하다.
다음에, 상기 처리수는 탈질균을 중심으로 한 혐기성의 미생물이 고정화된 염화비닐리덴(14)을 통과하여, 혐기 유기물 처리부(12)로 혐기 처리된 후, 출입관(16)을 통과하여, 제1접촉 순환부(3)로 유입한다. 그리고, 제1접촉 순환부(3)로 도입된 처리수는 제1, 제2접촉 순환부(3, 4)에 속해 있는 목탄(5A, 5B)에 의해 흡착처리된 전 유기물 즉, 미분해의 TOC를 갖고 있다. 또한, 상기 미분해의 TOC인 전 유기물은 목탄(5A, 5B)과 플라스틱제 충전물(6A, 6B)에 번식하고 있는 미생물에 의해 호기적으로 미생물 산화 처리되어, 최종적으로 초산성 질소가 된다.
또한, 상기 제1접촉 순환부(3) 내의 하부에 설치된 산기관(8A)은 제1송풍기(19)로부터 공급된 공기를 토출한다. 그 결과, 상승 수류가 생겨서, 처리수는 목탄(5A, 5B) 및 플라스틱제 충전물(6A, 6B)에 번식한 호기성의 미생물에 반복 접촉한다. 이에 따라, 처리수가 포함하고 있는 전 유기물을 효과적으로 초산성 질소로까지 처리할 수 있다.
또한, 제1도에 도시한 바와 같이, 제1접촉 순환부(3)와 제2접촉 순환부(4)의 하부 및 제1반응 살수부(2)의 최하부에 설치되는 격자판(7A, 7B, 7C)은 수직 방향으로 연장하는 격자를 갖고 있고, 좌우 방향으로의 투영 면적보다도 작은 상하 방향으로의 투영 면적을 갖고 있다. 따라서, 상기 처리수는 상기 격자판(7A, 7B, 7C)을 용이하게 통과하여, 제1접촉 순환부(3), 제2접촉 순환부(4) 및 제1반응 살수부(2)를 용이하게 통과할 수 있다.
그리고, 상기 에어 리프트 펌프(9)를 운전하면, 상기 제2접촉 순환부(4)의 바닥에 있는 처리수는 상기 이에 리프트 펌프(9) 내에서 상승하여, 상기 살수관(10)으로부터 상기 제1반응 살수부(2) 내로 살수된다. 상기 에어 리프트 펌프(9) 대신에, 통상 사용되고 있는 펌프가 선정될 수 있음을 주목해야 한다. 상기 에어 리프트 펌프(9)를 선정한 경우에는, 비교적 적은 동력비로 다량의 처리수를 이동시킬 수 있다고 하는 이점뿐만 아니라 처리수 중의 용존 산소를 높이는 효과가 있다.
그리고, 상기 제1반응 살수부(2)가 갖고 있는 목탄(5C)과 플라스틱제 충전물(6C)에는, 호기성의 미생물이 부착하고 번식하여, 생물막을 형성한다.
호기 유기물 처리부(1)에서 번식한 미생물은, 시간이 경과함에 따라, 목탄(5A, 5B, 5C)이나 플라스틱제 충전물(6A, 6B, 6C)의 표면에서 박리하여, 진흙이 된다. 매우 호기적으로 산화되어 있는 이 박리 진흙은 자연 침강하여, 제1접촉 순환부(3)의 바닥부 즉, 산기관(8A)의 하부에 집적한다. 그리고, 상기 박리 진흙은 라인 믹서(40)로부터 제1수조(F1)로의 도입 유량을 정지 또는 감소시켰을 때(즉 유량 조정했을 때), 출입관(16)을 향해 경사져 있는 하부 면을 따라 자동적으로 하강하여, 출입관(16)으로부터 혐기 유기물 처리부(12)로 자동적으로 유입한다. 그리고, 상기 박리 진흙은 혐기 유기물 처리부(12) 내의 염화비닐리덴(14)에 도달하여, 고정화된다. 이 염화비닐리덴(14)에 고정화된 박리 진흑이 용존 산소를 급격하게 소비하기 때문에, 혐기 유기물 처리부(12) 내의 혐기 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
또한, 전술한 바와 마찬가지로 미생물 처리를 행하는 제1수조(F1)는 공간 부분이 많은 염화비닐리덴(14)과 플라스틱제 충전물(6A 내지 6C)을 갖고 있기 때문에, 그 공간 용량의 이점을 갖고서, 원수와 저농도 유기 배출수에 대한 저류조로서의 역할도 다한다. 또한, 제2수조(F2)로부터의 초산성 질소를 포함하는 순환수가 혐기 유기물 처리부(12)로 반송되어, 혐기 유기물 처리부(12)에서 처리수가 처리될 수 있다. 이와 같이, 제1수조(F1)는 저류조로서의 기능과 미생물에 의한 처리 기능의 양쪽을 갖는다.
다음에, 이 제1수조(F1)의 제2접촉 순환부(4)의 하부로부터의 처리수는 인접하는 제2수조(F2) 즉, 제1침전조(F2)로 도입된다. 이 제1침전조(F2)에서는, 순환된 처리수가 생물막 진흙과 부상액으로 분리된다. 이 생물막 진흙으로부터 분리된 부상액은 제1침전조(F2)로부터 유출하여 관로를 따라 2분할된다. 2분할된 처리수의 한편은 순환 펌프(41)에 의해 이송되고, 라인 믹서(40)에 의해 원수(공업용수) 및 저농도 유기 배출수와 혼합되어, 혐기 유기물 처리부(12)로 도입된다. 그 결과, 제1침전조(F2)의 출구에서 2분할된 처리수(순환수)에 포함되고 있는 초산성 질소는 상기 혐기 유기물 처리부(12)에서 처리되어, 질소 가스가 된다. 순환 펌프(41)에 의해 순환된 처리수는 처리수 중의 초산성 질소 농도에 따라 다르지만, 제1침전조(F2)로부터의 처리수의 전체 양의 60% 이상을 목표로 한다.
한편, 2분할된 또 한편의 처리수는 막 분리조(24)로 도입된다. 이 막 분리조(24)에서는 상기 처리수가 포함하고 있는 모든 미생물이나 부유물이 확실하게 분리된다. 분리막(25)은 초여과막이나 정밀 여과막으로부터 선택될 수 있다. 제1도의 막 분리조(24)에 있어서의 분리막(25)으로서 액중막이 선정되어 있지만, 달리, 육상형의 프리블럭 초여과막이 선정될 수도 있다. 이 제1실시예에서는, 미쓰비시 레이온 가부시끼가이샤에서 만들어진 액중막으로서의 정밀 여과막과 가부시끼가이샤 구보타에서 만들어진 액중막으로서의 초여과막이 사용되었다. 그러나, 이들로 한정되지 않는다. 액중막을 사용한 경우는 막의 세정이 중요하지만, 분리막(25)은 분리막(25)의 하부에 설치된 산기관(8C)에서 토출하는 공기에 의해 세정될 수 있다. 분리막(25)은 배관에 의해 분리막용 펌프(27)에 접속되고, 처리수는 분리막용 펌프(27)에 의해 1차 순수 제조 장치로 송수된다.
이 1차 순수 제조 장치(30)와 2차 순수 제조 장치(31)는 종래의 순수 제조 장치로 이용되고 있는 것과 마찬가지이고, 이 1차 및 2차 순수 제조 장치(30, 31)에 의해 TOC와 도전율이 개선된 초순수가 제조된다. 그리고, 제조된 초순수는 반도체 공장(32)으로 송수되어 생산 장치에서 사용된다.
이와 같이, 이 제1실시예에 따르면, 유기 질소 화합물을 포함하는 원수, 수소 공여체를 포함하는 저농도 유기 배출수, 및 순환수는 라인 믹서(40)에 의해 혼합되어, 혐기 유기물 처리부(12)로 도입된다. 혐기 유기물 처리부(12)에서, 초산성 질소가 ipa 등의 수소 공여체의 존재 하에 효율적으로 제거된다. 계속해서, 협기적 조건에 의해 분해 불가능한 미분해 유기물은 호기성 미생물과 목탄(5A, 5B, 5C)을 이용하여 미생물 처리 및 흡착 처리된다. 그래서, 원수 유래의 유기 질소 화합물은 최종적으로는 초산성 질소로까지 산화된다. 그리고, 초산성 질소는 제1수조(F1)와 제2수조(F2)의 사이를 여러번 순환함으로써 탈질 처리된다.
상기 혐기 유기물 처리부(12), 호기 유기물 처리부(1) 및 제1침전층(F2)을 통한 처리수의 순환은 혐기성 미생물과 호기성 미생물이 번식하기 위한 영양원을 전부 이들 미생물이 먹어버리는 즉, 처리해 버리는 것을 의미한다.
이들의 결과로서, 이 제1실시예에 따르면, 처리수 중의 유기 질소 화합물을 포함하는 전 유기물에 관해서는, 처리 말단에서, TOC 1bbp 이하까지 처리할 수 있음과 동시에, 이온을 제거하여 처리수의 도전율도 감소할 수 있고, 더구나, 1차, 2차 순수 제조 장치에 있어서 미생물의 발생과 번식을 극력 억제할 수 있다.
[제2실시예]
다음에, 제2도는 본 발명의 초순수 제조 장치의 제2실시예를 도시한다. 이 제2실시예의 제1수조(D1) 및 제2수조(D2)는 상기 제1실시예의 제1수조(F1) 및 제2수조(F2)와 각각 구조가 동일하다. 이 제2실시예의 제6수조(D6)는 상기 제1실시예의 막 분리조(24)와 구조가 동일하다. 이 제2실시예는 상기 제2수조(D2)와 상기 제6수조(D6) 사이에, 제3수조(D3), 제4수조(D4) 및 제5수조(D5)를 갖고 있고, 또한, 과산화수소 저류조(84)를 갖고 있는 점이 상기 제1실시예와 다르다. 따라서, 이 제2실시예는 상기 제1실시예와 다른 점을 중점적으로 설명한다.
상기 과산화수소 저류조(84)는 반도체 공장(82)으로부터의 과산화수소 배출수를 저류한다. 과산화수소 저류조(84)로부터의 과산화수소 배출수는 펌프(85)에 의해 상기 제3수조(D3)(과산화수소 산화조)로 송출된다.
이 과산화수소 산화조(D3)는 교반기(68)를 갖고 있다. 이 과산화수소 산화조(D3)로부터의 처리수는 상기 제4수조(D4)로 도입된다. 이 제4수조(D4)는 과산화수소 분해조(D4)이다. 이 과산화수소 분해조(D4)는 하단의 제3접촉 순환부(87), 제4접촉 순환부(88) 및 상단의 제2반응 살수부(89)를 구비하고 있다. 이 제2반응 살수부(89)는 처리수 중에 수몰하지 않도록 상기 접촉 순환부(87, 88)보다도 상측에 배치되어 있다. 접촉 순환부(87, 88)는 상호 인접해 있고, 그 상부 및 하부가 서로 연통하도록 격벽(Wc)에 의해 구획되어 있다. 상기 접촉 순환부(87)는 격자판(57E) 상에 플라스틱제 충전물(56E)과 목탄(55E)이 교대로 중첩되고 있다. 또한, 상기 접촉 순환부(88는 격자판(57) 상에 교대로 중첩된 플라스틱제 충전물(56F)과 목탄(55F)을 갖고 있다. 또한, 접촉 순환부(87)의 아래에는 산기관(58C)이 배치되어 있다. 이 산기관(58C)은 제2 송풍기(70)에 접속되어 있다.
한편, 상기 제2반응 살수부(89)는 바닥부에 고정된 격자판(57D) 상에 교대로 중첩된 플라스틱 충전물(56D)과 목탄(55D)을 갖고 있다. 최상단의 플라스틱 충전물(56D)의 상측에는 그물형 시트(92)가 배치되어 있다. 그리고, 이 그물형 시트(92) 상에는 활성탄(86)이 중첩되어 있다. 그리고, 활성탄(86)의 상측에는 살수관(60)이 배치되어 있다. 이 살수관(60)은 상, 하부 방향으로 연장되어 있는 에어 리프트 펌프(59B)에 연결된다. 이 에어 리프트 펌프(59B)는 하단의 제4접촉 순환부(88)의 바닥부에 이르고 있다. 또한 에어 리프트 펌프(59B)의 하단보다 조금 상측에는 산기관(58D)이 배치되어 있다. 이 산기관(58D)은 제2송풍기(70)에 접속되어 있다.
또한, 상기 에어 리프트 펌프(59B)에 인접하여, 바닥부가 상기 제4접촉 순환부(88)에 연통하고 있는 제5수조(D5)(제2침전조)가 배치되어 있다. 그리고, 이 제2침전조(D5)에 인접하고 제6수조(D6)가 배치되어 있다. 이 제6수조(D6)는 막 분리조(D6)이다. 이 막 분리조(D6)로부터의 처리수는 분리막용 펌프(77)를 경유하여 1차 순수 제조 장치(80)와 2차 순수 제조 장치(81)를 통과하여, 초순수로서 반도체 공장(82)으로 송출된다. 그리고, 이 반도체 공장(82)으로부터 배출되는 불산을 포함한 산 배출수는 산 배출수 처리 장치(83)로 공급된다. 한편, 상기 반도체 공장(82)으로부터 배출되는 과산화수소 배출수는 상기 과산화수소 저류조(84)로 공급된다. 또한, 상기 반도체 공장(82)으로부터 배출되는 저농도 유기 배출수는 밸브(99b)를 경유하여 라인 믹서(90)로 도입된다.
상기 구성의 초순수 제조 장치에서는, 제1수조(D1)에 의해 미생물 처리가 이루어진 처리수는 제2수조(D2)(제1침전조)로 도입되고, 이 제1침전조(D2)로부터 유출된 처리수는 2분할된다. 일부의 처리수는 도1의 제1실시예에서와 같이 순환 펌프(91)에 의해 혐기 유기물 처리부(62)로 순환되고, 특히 처리수 중의 초산성 질소가 질소 가스로까지 처리된다. 한편, 2분할된 또 한편의 처리수는 제3수조(D3) 즉, 과산화수소 산화조(D3)로 유입된다.
상기 제2수조(D2)의 부상액인 처리수 중에는, 부유하고 있는 미생물이 존재하고 있다. 따라서, 과산화수소 산화조(D3)에는, 반도체 공장(82)의 생산 장치에서 사용되어 초순수에 의해 희석된 과산화수소 배출수가 도입된다. 물론, 이 과산화수소 산화조(D3)로 도입되는 것은 과산화수소 외에, 신품의 약품으로서의 과산화수소일 수 있다. 반도체 공장(82)에서 사용 종료된 과산화수소수는 과산화수소 저류조(84)에 임시로 저류된 다음에, 과산화수소 이송 펌프(85)에 의해 과산화수소 산화조(D3)로 도입된다. 이 과산화수소 산화조(D3)로 도입된 과산화수소수는 교반기(68)에 의해 처리수와 교반되어 혼합된다. 그렇게 하면, 처리수 중의 미량의 TOC로서의 전체 유기물과 부유하고 있는 살아있는 미생물(생균)이 상기 과산화수소수에 의해 화학적으로 강력히 산화 처리된다. 그렇게 하면, 활동하고 있는 미생물은 그 세포 레벨까지 화학적으로까지 산화 처리된다. 또한, 과산화수소수의 첨가량을 제어하기 위해, 과산화수소 산화조(D3)에 산화 환원 전위계(도시하지 않음)가 설치될 수 있다. 반도체 공장(82)으로부터의 과산화수소수는, 공장에서 사용 종료되었을 지라도, 전자공업용의 과산화수소수를 생산 장치에서 초순수로 희석한 것이므로, 초순수 제조 장치의 전처리 장치에서 사용하기에는 품질적으로 아무런 문제가 없다. 또한, 신품의 과산화수소수를 사용할 필요가 없기 때문에, 운전비용의 감소에 도움이 되는 효과도 있다. 또한, 과산화수소 저류조(84)로 도입되는 과산화수소 배출수는 종래에는 많은 비용을 들여 처리해 왔기 때문에, 초기 비용과 운전 비용이 감소될 수 있음을 의미한다.
이 과산화수소 산화조(D3)에서 과산화수소수로 화학적으로 산화 처리된 처리수는, 다음에 과산화수소 분해조(D4)로 유입한다.
일반적으로, 과산화수소는 아황산수소 나트륨(NaHSO3)이나 활성탄에 의해 분해처리된다. 그러나, 처리수에 약품을 첨가하는 것은, 이온의 증가를 야기시키므로, 순수 제조에는 부적당하다. 따라서, 이 실시예에서, 과산화수소 분해조(D4)는 활성탄(86)과 목탄(55D, 55E, 55F)을 사용하여 과산화수소를 처리하고 있다. 이 과산화수소 분해조(D4)의 제2반응 살수부(89)의 최상부에는 활성탄(86)이 충전되어 있다. 이 활성탄(86)은 과산화수소 분해 능력 즉, 촉매로서의 능력이 목탄에 비해 수배 뛰어나다. 따라서, 이 활성탄(86)의 존재에 의해. 과산화수소의 농도 변동이 있는 때에도 과산화수소를 보다 확실하게 분해할 수 있다.
그런데, 종래 기술의 과산화수소의 분해 장치는 촉매로서의 활성탄 등이 처리수에 잠겨 있었지만, 이 경우 발생하는 산소 가스의 기포에 의해 촉매가 유출하고 있었다. 반면에, 이 제2실시예에서는, 수몰하고 있는 제3, 제4접촉 순환부(87, 88)에서, 활성탄보다 길이가 긴 빈초 목탄(Bincho charcoal)을 목탄(55E, 55F)으로서 사용하였다. 따라서, 촉매 유출의 가능성을 없앨 수 있었다. 게다가, 비교적 미세한 구조를 갖고 과산화수소 분해 능력이 우수한 활성탄(86)이 처리수에 수몰되지 않는 제2반응 살수부(89)의 최상부에 설치되어 있다. 따라서, 활성탄(86)이 유실할 염려가 없다.
그리고, 제3 접촉 순환부(87)의 최하부에 배치된 산기관(58C)은 제2송풍기(70)로부터 공급되는 공기를 토출한다. 이 토출 공기는 상승 수류를 발생시켜, 처리수의 처리 효율이 향상될 수 있다.
상기 제3 접촉 순환부(87)와 제4접촉 순환부(88)는 제1 접촉 순환부(53)와 제2 접촉 순환부(54)는 유기 질소 화합물도 포함하는 전 유기물에 대한 목탄의 흡착 작용과 목탄에 번식하는 미생물에 의한 생물학적 처리를 목적으로 하고 있다. 한편, 제3 접촉 순환부(87)와 제4접촉 순환부(88)는 단순히 대부분의 목탄을 촉매로 한 과산화수소의 확실한 분해 처리를 목적으로 하고 있다. 그러나, 이 제3, 제4접촉 순환부(87, 88)도 많은 목탄(55E, 55F)을 갖고 있기 때문에, 목탄의 흡착 작용은 결과적으로는 극미량의 유기 질소 화합물 즉, TOC를 포함하는 전 유기물의 고도 처리 효과를 기대할 수 있게 한다.
다음에, 상기 과산화수소 분해조(D4)에 의해 과산화수소가 확실하게 처리된 처리수는 제2침전조(D5)로 유입한다. 그리고, 이 제2침전조(D5)에 의해 처리수는 부상액과 침전물로 분리된다.
다음에, 이 제5수조인 제2침전조(D5)로부터의 처리수는 막 분리조(D6)로 유입한다. 막 분리조(D6)는 분리막(75)과 산기관(58E)을 갖고 있다. 산기관(58E)에서 토출된 공기는 분리막(75)을 공기 세정한다. 이 공기 세정은 분리막(75)이 폐색되는 것을 방지한다. 제1도의 제1실시예와 마찬가지로, 이 제2실시예에서도, 막 분리조(D6)로 유입한 처리수는 분리막(75)에 의해 미생물의 시체, 부유물 등이 물리적으로 여과되어, 제거 처리된다. 분리막(75)은, 제1도의 제1실시예와 마찬가지로, 미생물의 시체, 부유물 등의 약 0.1㎛ 이상의 물질을 여과할 수 있는 초여과막 또는 정밀 여과막을 선정하는 것이 바람직함을 주목해야 한다. 이 분리막(75)의 성능은 처리 목적에 따라 결정될 수 있다.
다음에, 분리막(75)에 의해 여과된 처리수는 분리막용 펌프(77)에 의해 1차 순수 제조 장치(80)로 송수되어, 그 곳에서 처리되어 1차 순수가 된다. 그리고, 이 1차 순수는 1차 순수 제조 장치(80)의 다음 단계의 2차 순수 제조 장치(81)에서 보다 고도로 처리되어, TOC와 도전율이 감소된 초순수가 된다.
또한, 본 발명의 초순수 제조 장치의 전처리 장치는 원수와 저농도 유기 배출수를 함께 혼합한 어느 것으로 실시되어, 그 혼합 비율의 특별한 제한없이 처리한다. 이 혼합 비율은 반도체 공장에 따라 다르지만, 저농도 유기 배출수는 많은 경우에 원수에 대해 10중량% 내지 30중량%이다. 다만, 저농도 유기 배출수 중의 TOC 농도가 너무 높으면, 초순수 제조 장치 말단의 초순수에서 1ppb 이하의 비율을 보장할 수 없다.
다음에, 구체적인 실험예를 설명한다.
[실험예 1]
제1도에 도시한 제1실시예의 전처리 장치와 동일 구조의 실험용 전처리 장치를 제작하였다. 제1수조(F1)를 구성하는 호기 유기물 처리부(1)와 혐기 유기물 처리부(12)의 합계 용량은 약 1.5입방 미터로 설정되고, 제2수조(F2)인 제1침전조(F2)의 용량은 0.4입방 미터로 설정되고 막 분리조(24)의 용량은 0.5입방 미터로 설정되었다. 이 장치에서, 전처리 실험을 행하였다.
이 경우, 전처리 전에 도전율이 182㎲/㎝이고 TOC 농도 0.7ppm인 처리수로 만들 수 있었다.
[실험예 2]
또한, 제3도에 도시한 제2실시예의 전처리 장치와 동일 구조의 실험용 전처리 장치를 제작하였다. 제1수조(D1)를 구성하는 호기 유기물 처리부(51)와 혐기 유기물 처리부(62)의 합계 용량은 약 1.5입방 미터로 설정되고, 제2수조(D2)(제1침전조)의 용량은 0.4입방 미터로 설정되고, 제3수조(D3)(과산화수소 산화조)의 용량은 0.6입방 미터로 설정되었다. 또한, 제4수조(D4)를 구성하는 제2반응 살수부(89), 제3접촉 순환부(87) 및 제4접촉제2침전조88)의 합계 용량은 1.0입방 미터로 설정되고, 제5수조(D5)(제2침전조)의 용량은 0.4입방 미터로 설정되고, 제6수조(D6)(막 분리조)의 용량은 0.5입방 미터로 설정되었다. 이 장치에서, 전처리 실험을 수행하였다.
이 경우, 전처리 전에 도전율이 180㎲/㎝이고 TOC가 2.5ppm인 공업용수(피처리수)를 도전율 92㎲/㎝이고 TOC 농도 0.5ppm인 처리수로 만들 수 있었다.
[실험예 3]
제2도에 도시한 제2실시예의 전처리 장치를 사용하여, 저농도 유기 배출수에 IPA를 첨가함으로써 피처리수의 TOC 농도를 높여서, 전처리 전의 피처리수의 TOC 농도를 103ppm까지 상승시켰다. 그 다음에, 제6수조인 막 분리조(D6)의 출구에서 수질을 측정하였다. 이 경우, TOC를 1.2ppm까지 저하시킬 수 있었다. 그리고, 이들 실험예1 내지 3에서의 전처리수를 전처리 장치의 후속 단계인 1차 순수 제조 장치의 실험 장치와 2차 순수 제조 장치의 실험 장치로 도입하여, 처리하였다. 그 결과, 1ppb이하의 초순수를 얻을 수 있었다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유기 질소 화합물을 포함하는 전 유기물의 처리를 행하면서, 동시에 도전율을 개선할 수 있고, 또한, 혐기성의 미생물뿐만 아니라 호기성의 미생물도 거의 번식하기 어려운 초순수를 제공할 수 있다. 따라서, 이 초순수 제조 장치에 따르면, IC(직접 회로) 생산에 있어서의 수율 향상에 공헌할 수 있고, 저농도 유기 배출수와 과산화수소 배출수의 재이용에 의한 자원 절약적 효과를 실현할 수 있다.
지금까지 본 발명을 기술했지만, 본 발명은 다양한 방식으로 변경될 수 있음은 자명하다. 그러한 변경은 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나는 것으로 간주되어서는 아니되고, 본원 기술 분야에서 숙련된 자들에게 자명한 모든 변형을 첨부한 청구 범위에 포함시키고자 한다.
Claims (6)
- 원수 전처리 장치, 1차 순수 제조 장치 및 2차 순수 제조 장치를 구비하는 초순수 제조 장치에 있어서, 상기 전처리 장치는, 혐기 유기물 처리부를 갖는 하부와; 개구를 갖는 분리판을 통해 상기 하부 상에 배치되어 있고, 호기 유기물 처리부를 포함하고 있는 생물 처리 장치를 갖는 상부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 하부의 혐기 유기물 처리부와 상기 상부의 호기 유기물 처리부를 통과한 처리수를 상기 하부의 혐기 유기물 처리부로 반송시켜, 상기 처리수를 상기 혐기 유기물 처리부와 상기 호기 유기물 처리부를 순환시키는 처리수 반송 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.
- 제1항에 있어서, 과산화수소수와 상기 상부의 호기 유기물 처리부로부터의 처리수가 도입되는 과산화수소 산화조와, 이 과산화수소 산화조로부터의 과산화수소 함유 처리수가 도입되는 과산화수소 분해조를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.
- 원수가 도입되도록 되어 있고, 고정화 담체를 갖는 혐기 유기물 처리부를 갖는 하부 및 이 하부 상에 배치되어 있고 호기 유기물 처리부를 갖는 상부를 구비하는 제1수조와, 상기 제1수조의 상부의 호기 유기물 처리부에 연통하도록 인접해 있는 제2수조를 구비하고; 상기 제1수조의 상부의 호기 유기물 처리부는, 미생물을 생육시킨 목탄, 미생물을 생육시킨 플라스틱제 충전물 및 폭기 수단을 갖는 제1접촉 순환부와, 제1접촉 순환부에 인접해 있고, 미생물을 생육시킨 목탄 및 미생물을 생육시킨 플라스틱제 충전물을 갖는 제2접촉 순환부와, 상기 제1, 제2접촉 순환부보다도 상측에 배치되어 처리수에 수몰되지 않도록 되어 있고, 미생물을 생육시킨 목탄과 플라스틱제 충전물을 포함하고, 상기 제2접촉 순환부에서 에어 리프트 펌프에 의해 퍼 올려진 처리수가 살포되고, 이 처리수를 상기 목탄과 플라스틱제 충전물을 통과시키면서 낙하시켜서, 상기 제1, 제2접촉 순환부로 반송하는 제1반응 살수부를 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.
- 제4항에 있어서, 과산화수소와 상기 상부의 호기 유기물 처리부로부터의 처리수가 도입되는 과산화수소 산화조와, 이 과산화수소 산화조로부터의 과산화수소 함유 처리수가 도입되는 과산화수소 분해조를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 하부의 혐기 유기물 처리부가 갖는 고정화 담체는 염화비닐리덴으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.
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