專(zhuān)利名稱(chēng)：紫外線(xiàn)氧化和超純水制造的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種使用紫外線(xiàn)而將被處理水中所含的有機(jī)物氧化分解處理的紫外線(xiàn)氧化裝置及使用其的超純水制造裝置、及紫外線(xiàn)氧化方法及超純水制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域中，使有機(jī)物、各種離子等雜質(zhì)降低至極低程度的超純水被用作為洗凈水等，其使用量也顯著增加。在超純水的制造步驟中，連PPb等級(jí)的總有機(jī)碳(TOC)中的有機(jī)物的混入都被視為是問(wèn)題，近年來(lái)，進(jìn)行了各種針對(duì)微量有機(jī)成分的除去方法的研究。例如，將液體中所含的總有機(jī)碳(TOC)成分除去的技術(shù)，已有許多組合紫外線(xiàn)燈與光催化劑的技術(shù)報(bào)告，將這些應(yīng)用于紫外線(xiàn)氧化裝置的方式也進(jìn)行若干研究。
例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)I已揭示有下述方法在超純水等液體中添加過(guò)氧化氫、臭氧，并且在銳鈦礦(anatase)型等的光催化劑存在下，通過(guò)紫外線(xiàn)燈等進(jìn)行紫外線(xiàn)照射，用于分解超純水等的液體中的TOC成分；專(zhuān)利文獻(xiàn)2已揭示有，以組合紫外線(xiàn)燈與使光催化劑保持于內(nèi)壁的紫外線(xiàn)處理槽的裝置，使在紫外線(xiàn)燈附近產(chǎn)生氣泡，借此促進(jìn)有機(jī)物的氧化；專(zhuān)利文獻(xiàn)3已揭示有，除了紫外線(xiàn)燈之外，組合迂流構(gòu)件與光催化劑過(guò)濾器而成者。專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平10-151450號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本專(zhuān)利第2888185號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)2009-18282號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而,使用紫外線(xiàn)燈的氧化處理中，一般有下列的問(wèn)題紫外線(xiàn)燈的消耗電力大；為獲得充分的氧化效果，必須縮短紫外線(xiàn)燈與紫外線(xiàn)氧化裝置內(nèi)壁的距離；不僅紫外線(xiàn)燈有壽命且必須定期更換，且單價(jià)高；為充分達(dá)到以紫外線(xiàn)照射的氧化效果，依照必須要有過(guò)氧化氫的混合、或空氣或臭氧等起泡等理由，而運(yùn)轉(zhuǎn)成本高。又，并用專(zhuān)利文獻(xiàn)I所揭示的過(guò)氧化氫、臭氧的方法，不僅運(yùn)轉(zhuǎn)成本上升，而且必須在紫外線(xiàn)照射裝置的下游側(cè)進(jìn)一步進(jìn)行過(guò)氧化氫、臭氧的除去，有裝置復(fù)雜化的問(wèn)題；專(zhuān)利文獻(xiàn)2所揭示的將光催化劑保持于紫外線(xiàn)處理槽內(nèi)壁的方法有下述問(wèn)題光催化劑未必與作為處理對(duì)象的TOC成分接觸，且處理水有可能往紫外線(xiàn)處理裝置外流出，因此通過(guò)光催化劑的TOC成分的分解效率有可能變得極低；又，專(zhuān)利文獻(xiàn)3所揭示的技術(shù)方案有下述問(wèn)題當(dāng)對(duì)紫外線(xiàn)燈的安裝角度設(shè)定為從45度到135度時(shí)，不一定能有效應(yīng)用對(duì)紫外線(xiàn)燈垂直放射的紫外光。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種紫外線(xiàn)氧化裝置及使用其的超純水制造裝置、及紫外線(xiàn)氧化方法及超純水制造方法，可以低消耗能及低成本，高效率且安全分解存在于水中的有機(jī)物。為達(dá)成以上目的，本發(fā)明人不斷專(zhuān)心致意研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)形成下述裝置，可以低消耗能及低成本高效率且安全分解水中所存在的有機(jī)物，該裝置為在與流動(dòng)槽內(nèi)的被處理水的流動(dòng)方向交叉的面整個(gè)區(qū)域設(shè)置收容紫外線(xiàn)照射部的紫外線(xiàn)照射部收容部，且朝收容于該紫外線(xiàn)照射部收容部的紫外線(xiàn)照射部而使被處理水從上游側(cè)流入收容部?jī)?nèi)，使其在收容部?jī)?nèi)流動(dòng)后，再往下游側(cè)流出。也就是，本發(fā)明為紫外線(xiàn)氧化裝置，其具備流動(dòng)槽，使被處理水單向流動(dòng)；光催化劑纖維，以被處理水可通過(guò)方式配置于該流動(dòng)槽內(nèi)；紫外線(xiàn)照射部，可照射紫外線(xiàn)；以及紫外線(xiàn)照射部收容部，設(shè)置于與該流動(dòng)槽內(nèi)的被處理水的流動(dòng)方向交叉的面整個(gè)區(qū)域，且收容該紫外線(xiàn)照射部；該紫外線(xiàn)照射部收容部形成為使被處理水從上游側(cè)朝所收容的紫外線(xiàn)照射部流入該收容部?jī)?nèi)，使其于該收容部?jī)?nèi)流動(dòng)后，往下游側(cè)流出，且該紫外線(xiàn)照射部收容部由可使來(lái)自紫外線(xiàn)照射部的紫外線(xiàn)照射于該光催化劑纖維的材料所構(gòu)成。本發(fā)明的紫外線(xiàn)氧化裝置中，優(yōu)選為該紫外線(xiàn)照射部收容部具備有收容紫外線(xiàn)照射部的內(nèi)管、及覆蓋該內(nèi)管的外管；優(yōu)選為該內(nèi)管與外管的直徑方向的間隔為I 10mm。又，本發(fā)明的紫外線(xiàn)氧化裝置中，優(yōu)選為該內(nèi)管與外管由可透射180 190nm與 250 260nm的波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)的材料構(gòu)成，優(yōu)選為該紫外線(xiàn)照射部構(gòu)成為可照射分別于180 190nm與250 260nm具有峰值波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)。進(jìn)而，本發(fā)明的紫外線(xiàn)氧化裝置中，優(yōu)選為該紫外線(xiàn)照射部形成長(zhǎng)條狀，該光催化劑纖維形成平板狀，該紫外線(xiàn)照射部的長(zhǎng)邊方向與該光催化劑纖維的平面方向被設(shè)定成為平行。又，本發(fā)明的超純水制造裝置，其具備有逆滲透膜裝置，用于除去被處理水中的雜質(zhì)；離子交換裝置，設(shè)置于該逆滲透膜裝置的下游，用于除去經(jīng)該逆滲透膜裝置除去雜質(zhì)的被處理水中的離子成分；紫外線(xiàn)氧化裝置，設(shè)置于該離子交換裝置的下游，用于分解經(jīng)該離子交換裝置除去離子成分的被處理水中的有機(jī)成分；混合床離子交換裝置，設(shè)置于該紫外線(xiàn)氧化裝置的下游，用于除去該紫外線(xiàn)氧化裝置分解有機(jī)物成分而產(chǎn)生于被處理水中的離子成分；以及超過(guò)濾裝置，設(shè)置于該混合床離子交換裝置的下游，用于除去經(jīng)逆滲透膜裝置以后的處理而產(chǎn)生于被處理水中所產(chǎn)生的粒狀物。本發(fā)明的超純水制造裝置優(yōu)選為，也可進(jìn)一步具備有除氣裝置，被設(shè)置于該超過(guò)濾裝置的上游側(cè)，用于除去被處理水中的氣體；除氣裝置至少設(shè)置于該逆滲透膜裝置與離子交換裝置之間及該離子交換裝置與該超過(guò)濾裝置之間。通過(guò)設(shè)置除氣裝置，可謀求減低半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等所使用的超純水中成為問(wèn)題的溶氧。又，將除氣裝置進(jìn)一步設(shè)置于該離子交換裝置的上游側(cè)，借此可將存在于水中的碳酸氣體等氣體予以除去，謀求離子交換裝置的長(zhǎng)壽命化，又，可謀求減低于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等所使用的超純水中成為問(wèn)題的溶氧。進(jìn)而，本發(fā)明的紫外線(xiàn)氧化方法，是對(duì)流動(dòng)于流動(dòng)槽內(nèi)的被處理水中所含的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解處理，該流動(dòng)槽具有可通過(guò)被處理水的光催化劑纖維、可照射紫外線(xiàn)的紫外線(xiàn)照射部、及收容該紫外線(xiàn)照射部并使被處理水可在內(nèi)部流動(dòng)的紫外線(xiàn)照射部收容部；該紫外線(xiàn)氧化方法具備下述步驟在使該紫外線(xiàn)照射部的紫外線(xiàn)照射于該光催化劑纖維的狀態(tài)下，使被處理水通過(guò)該光催化劑纖維的步驟；以及在使該紫外線(xiàn)照射部的紫外線(xiàn)照射于被處理水的狀態(tài)下，使被處理水流動(dòng)于紫外線(xiàn)照射部收容部?jī)?nèi)的步驟。此外，本發(fā)明的超純水制造方法，具備有雜質(zhì)除去步驟，用于除去被處理水中的雜質(zhì)；第一離子成分除去步驟，用于除去經(jīng)該雜質(zhì)除去步驟處理過(guò)的被處理水中的離子成分；有機(jī)物成分分解步驟，通過(guò)該紫外線(xiàn)氧化方法，將經(jīng)該第一離子成分除去步驟處理過(guò)的被處理水中的有機(jī)物成分加以分解；第二離子成分除去步驟，用于除去因該有機(jī)物成分分解步驟而產(chǎn)生于被處理水中的離子成分；以及粒狀物質(zhì)除去步驟，用于除去該雜質(zhì)除去步驟以后產(chǎn)生于被處理水中的粒狀物質(zhì)。依據(jù)以上所述的發(fā)明，可提供一種紫外線(xiàn)氧化裝置及使用其的超純水制造裝置、及紫外線(xiàn)氧化方法及超純水制造方法，可以低消耗能及低成本、有效率且安全地分解存在水中的有機(jī)物。


圖1，為本發(fā)明的紫外線(xiàn)氧化裝置的實(shí)施形態(tài)之前視剖面概念圖。圖2，為沿圖I的A-A’線(xiàn)的剖面圖。
圖3，為本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置所使用的光催化劑匣的立體圖。圖4，為本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置的紫外線(xiàn)照射燈拆除后狀態(tài)的雙重管及其周邊的一部分切口剖面立體圖。圖5，為實(shí)施例所使用的紫外線(xiàn)氧化裝置的前視圖。圖6，為現(xiàn)有的紫外線(xiàn)氧化裝置的概念圖。圖7，為本發(fā)明的超純水制造裝置的概念圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明10 流動(dòng)槽；IOA 流入口 ；IOB 流出口；12 光催化劑匣(光催化劑纖維)；12A 平板狀不織布；12B 金屬網(wǎng)；14 紫外線(xiàn)照射燈(紫外線(xiàn)照射部);16 紫外線(xiàn)照射燈收容構(gòu)件(紫外線(xiàn)照射部收容部)；18 雙重管；18A 外管；18B 內(nèi)管；18C 流入口 ；18D 流出口；20 間隔板；40 逆滲透膜裝置；42 離子交換裝置；44 槽；46 紫外線(xiàn)氧化裝置；48 混合床離子交換裝置；50 超過(guò)濾裝置。
具體實(shí)施例方式以下，說(shuō)明本發(fā)明的紫外線(xiàn)氧化裝置的實(shí)施形態(tài)。本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置如圖I及圖2所示，具備使被處理水單向流動(dòng)的流動(dòng)槽10 ;光催化劑匣12，配置成在流動(dòng)槽10內(nèi)流動(dòng)的被處理水可通過(guò)，且由具有光催化劑功能的纖維構(gòu)成；紫外線(xiàn)照射燈14，紫外線(xiàn)可照射于流動(dòng)槽10內(nèi)流動(dòng)的被處理水；以及紫外線(xiàn)照射燈收容構(gòu)件16，設(shè)置于與流動(dòng)槽10內(nèi)的被處理水的流動(dòng)方向交叉的面整個(gè)區(qū)域，用于收容紫外線(xiàn)照射燈14。流動(dòng)槽10為以下述方式構(gòu)成使被處理水從形成于上游側(cè)側(cè)面(圖I及圖2的左側(cè)面)的流入口 10A，往形成于上面的下游側(cè)(圖I的右側(cè))的流出口 IOB流動(dòng)。光催化劑匣12在對(duì)被處理水的流動(dòng)方向垂直交叉的面的整個(gè)區(qū)域，沿流動(dòng)方向并列5個(gè)的狀態(tài)，設(shè)置于流動(dòng)槽10內(nèi)。各光催化劑匣12如圖3所示，由平板狀不織布12A與一對(duì)金屬網(wǎng)12B、12B構(gòu)成，平板狀不織布12A被挾持于一對(duì)不銹鋼制的金屬網(wǎng)12B、12B。以這種方式，使用金屬網(wǎng)12B、12B以作為支承材料，做成匣狀，借此可容易更換光催化劑功能劣化的平板狀不織布12A。使用框體等，將多段的光催化劑匣做成連接構(gòu)造，借此容易進(jìn) 行拆裝。本實(shí)施形態(tài)中，雖做成5個(gè)光催化劑匣，但可依據(jù)所要求的水質(zhì)等，任意決定其數(shù)量，可做成例如I 50個(gè)。又，本實(shí)施形態(tài)中，，雖將平板狀不織布12A固定于流動(dòng)槽10以作為光催化劑匣12，但也可以通過(guò)其他手段設(shè)置。又，本實(shí)施形態(tài)中，各光催化劑匣12，其面雖設(shè)置成為與水的流動(dòng)方向垂直交叉，但只要流動(dòng)的水高效率通過(guò)平板狀不織布12A即可，例如也可以對(duì)流動(dòng)方向傾斜10°左右設(shè)置，優(yōu)選為傾斜5°左右設(shè)置。紫外線(xiàn)照射燈14被形成圓柱狀，并于其表面設(shè)置有圓筒狀的蓋構(gòu)件(省略圖示)。該蓋構(gòu)件由不僅可透射過(guò)250nm 260nm的峰值波長(zhǎng),也可以透射過(guò)180nm 190nm的峰值波長(zhǎng)的材質(zhì)例如合成石英構(gòu)成。本來(lái)，一般的低壓水銀燈雖具有185nm與254nm的兩種波長(zhǎng)，但由于一般的蓋構(gòu)件的原材料即玻璃不透射過(guò)短波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)，因此僅照射254nm的波長(zhǎng)。本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置中，紫外線(xiàn)燈11如上所述，將蓋構(gòu)件的材料做成特殊的材料，借此構(gòu)成為可照射于180 190nm與250 260nm具有峰值波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)。被紫外線(xiàn)燈11照射的紫外線(xiàn)，在180 190nm，優(yōu)選為在185nm具有峰值波長(zhǎng)，且在250 260nm，優(yōu)選為在254nm具有峰值波長(zhǎng)。紫外線(xiàn)照射燈收容構(gòu)件16在流動(dòng)槽10內(nèi)的各平板狀不織布12之間各設(shè)置I個(gè)，合計(jì)4個(gè)。紫外線(xiàn)照射燈收容構(gòu)件16設(shè)置成為從流動(dòng)槽10的底面到上面，且由收容圓柱狀的紫外線(xiàn)照射燈14的雙重管18、及設(shè)置在垂直交叉于雙重管18與流動(dòng)槽10間的被處理水的流動(dòng)方向的面整個(gè)區(qū)域的一對(duì)間隔板20、20所構(gòu)成。雙重管18如圖1、2及4所示，形成為由外管18A及內(nèi)管18B構(gòu)成的圓筒狀，由不僅可透射過(guò)250 260nm，而且可透射過(guò)180 190nm的峰值波長(zhǎng)的材質(zhì)例如合成石英所構(gòu)成。外管18A與內(nèi)管18B的直徑方向的間隔優(yōu)選為在IOmm以下，最好是在3 8mm。在較該雙重管18的外管18A的間隔板20更上游側(cè)的下方，形成有貫通于外管18A及內(nèi)管18B間區(qū)域的流入口 18C，于較間隔板20更下游側(cè)的上方，同樣形成有貫通于外管18A及內(nèi)管18B間區(qū)域的流出口 18D。以這種方式構(gòu)成紫外線(xiàn)照射燈收容構(gòu)件16，借此在流動(dòng)槽10內(nèi)流動(dòng)的被處理水，勢(shì)必從雙重管18的上游側(cè)的流入18C朝紫外線(xiàn)照射燈14流入，通過(guò)外管18A及內(nèi)管18B間的區(qū)域，而從流出18D往下游側(cè)流出。
在各雙重管18的內(nèi)管18B內(nèi)，紫外線(xiàn)照射燈14被設(shè)置為位于其中心，在本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置整體合計(jì)配置4個(gè)。因此，各紫外線(xiàn)照射燈14配置于各光催化劑匣12之間，借此紫外線(xiàn)可照射于具備光催化劑匣12的平板狀不織布12A的雙面。紫外線(xiàn)燈20分別平行，且其軸方向被配置成與光催化劑匣12平行。另外，本實(shí)施形態(tài)中，紫外線(xiàn)照射燈14的蓋構(gòu)件雖形成為圓柱狀，但并非限定于 此，只要往長(zhǎng)邊方向延伸的形狀即可。紫外線(xiàn)照射燈14的數(shù)量依據(jù)所要求的水質(zhì)或處理水中所含的不要的有機(jī)物的量等予以決定。本實(shí)施形態(tài)中，雙重管18雖形成圓筒狀，但只要是紫外線(xiàn)照射燈14可配置于中心的形狀即可。本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置所使用的平板狀不織布12A由以氧化硅作為主體的氧化物相(第I相)與含鈦的金屬氧化物相(第2相)的復(fù)合氧化物相所構(gòu)成的氧化硅基復(fù)合氧化物纖維，且由下述光催化劑纖維構(gòu)成，該光催化劑纖維構(gòu)成第2相的金屬氧化物的鈦的存在比例朝纖維的表層逐漸地增大。光催化劑纖維的表面，視需要，也可以載持有鉬(Pt)、鈀(Pd)、釕(Ru)、銠(Rh)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、銦(In)、及錫(Sn)中的I種以上。載持方法雖無(wú)特別限定，但一面使包含有該被載持的金屬離子的液體與光催化劑纖維接觸，一面照射下述光，借此可使其載持，該光是具有相當(dāng)于構(gòu)成第2相的金屬氧化物帶隙的能量以上的能量。第I相是以氧化硅成分為主體的氧化物相，無(wú)論非晶質(zhì)或結(jié)晶質(zhì)都可以，又，也可以含有形成氧化硅與固熔體或共熔點(diǎn)化合物所獲得的金屬元素或金屬氧化物。形成氧化硅與固熔體所獲得的金屬元素(A)，例如可列舉鈦等。形成氧化硅與固熔體所獲得的金屬氧化物的金屬元素⑶，例如可列舉招、錯(cuò)、乾、鋰、鈉、鋇、鉀、硼、鋅、鎳、猛、鎂、及鐵等。第I相形成氧化硅基復(fù)合氧化物纖維的內(nèi)部相，扮演負(fù)擔(dān)力學(xué)特性的重要角色。第I相對(duì)氧化硅基復(fù)合氧化物纖維整體的存在比例優(yōu)選為40 98重量％，為充分發(fā)現(xiàn)作為目的的第2相的功能，且也發(fā)現(xiàn)高力學(xué)特性，更好是將第I相的存在比例控制在50 95重量％的范圍內(nèi)。另一方面，第2相是含鈦的金屬氧化物相，在發(fā)揮光催化劑功能上扮演重要角色。構(gòu)成金屬氧化物的金屬，列舉有鈦。該金屬氧化物，單體也可以，通過(guò)其共熔點(diǎn)化合物或某特定元素而形成取代型的固熔體等也可以，但優(yōu)選為氧化鈦。第2相是形成氧化硅基復(fù)合氧化物纖維的表層相，氧化硅基復(fù)合氧化物纖維的第2相的存在比例雖因金屬氧化物種類(lèi)的不同而有差異，但優(yōu)選為2 60重量％，為充分發(fā)揮其功能，且也同時(shí)發(fā)揮高強(qiáng)度，更好是控制在5 50重量％的范圍內(nèi)。包含第2相的鈦的金屬氧化物的結(jié)晶粒直徑優(yōu)選為在15nm以下，最好是在IOnm以下。第2相所含的金屬氧化物的鈦的存在比例是朝氧化硅基復(fù)合氧化物纖維的表面逐漸地增大，可明顯辨識(shí)其組成的遞增的區(qū)域的厚度優(yōu)選為控制在由表層起5 500nm的范圍，達(dá)到纖維直徑的三分之一也可以。另外，所謂第I相及第2相的「存在比例」是表示第I相的金屬氧化物及第2相的金屬氧化物相對(duì)于構(gòu)成第I相的金屬氧化物與構(gòu)成第2相的金屬氧化物整體，也就是氧化硅基復(fù)合氧化物纖維整體的重量％。在紫外線(xiàn)氧化裝置中，平板狀不織布上的平均紫外線(xiàn)強(qiáng)度優(yōu)選為I lOmW/cm2，更好是2 8mW/cm2的范圍。在平板狀不織布表面的紫外線(xiàn)強(qiáng)度是I 10mW/cm2時(shí)，可高效率進(jìn)行通過(guò)兩種紫外線(xiàn)成分的水處理。為了設(shè)定于上述的范圍，只要將紫外線(xiàn)照射手段與平板狀不織布的距離設(shè)定成為適當(dāng)范圍即可。此處，平均紫外線(xiàn)強(qiáng)度是可測(cè)定從不織布表面的中央部至端部為止的多個(gè)部位的紫外線(xiàn)強(qiáng)度，將這些值平均，作為平均紫外線(xiàn)強(qiáng)度。具有如上述的遞增構(gòu)造的光催化劑纖維可通過(guò)已知的方法制造，可依據(jù)例如W02009/63737號(hào)公報(bào)所揭示的方法進(jìn)行制造。接著，說(shuō)明使用本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置進(jìn)行紫外線(xiàn)氧化的方法。為了凈化含有不要的有機(jī)物的被處理水，首先，從流動(dòng)槽10的流入口 IOA流入被處理水。流入的被處理水通過(guò)流動(dòng)槽10內(nèi)，從流出口 IOB排出。平板狀不織布12A因?yàn)樾纬擅織l纖維具有某程度的空隙而分散的構(gòu)造，故當(dāng)水通過(guò)時(shí)，與光催化劑的接觸面積非常大。因此，通過(guò)具有光催化劑功能的平板狀不織布12A，能有效率地形成自由基，而將不要的有機(jī)物分解。通過(guò)將紫外線(xiàn)照射于由光催化劑纖維構(gòu)成的平板狀不織布12A的表面及背面的雙面，可進(jìn)一步有效率地使產(chǎn)生自由基。又，從雙重管18的流入口 18A到流出口 18B，強(qiáng)制地使被處理水全部流通于紫外線(xiàn)燈14的附近，借此185nm的紫外線(xiàn)可有效照射于被處理水全部，而使不要的有機(jī)物有效率地分解。 通常，在利用氧化鈦光催化劑的紫外線(xiàn)氧化裝置中，紫外線(xiàn)燈可使用波長(zhǎng)為351nm的黑光熒光燈或波長(zhǎng)為254nm的殺菌燈。若氧化鈦光催化劑為387nm以下的波長(zhǎng)，就可進(jìn)行激發(fā)，又，此種燈是容易取得的產(chǎn)品。本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置中，為利用于往未使用過(guò)的紫外線(xiàn)，且將光催化劑做成特定的配置構(gòu)造，借此可獲得高分解效率。也就是，本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置中，由于具有由光催化劑纖維構(gòu)成的平板狀不織布；以及紫外線(xiàn)照射手段，其設(shè)置成與該平板狀不織布平行，且照射于180 190nm與250 260nm具有峰值波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)；因此可一面維持對(duì)該光催化劑的光照射效率及與處理流體的接觸效率，一面使180 190nm的紫外線(xiàn)不被光催化劑遮斷。又，由于使用石英制雙重管，且強(qiáng)制地使被處理水全部流通于紫外線(xiàn)燈附近，因此180 190nm的紫外線(xiàn)可有效地照射于被處理水全部。因此，將250 260nm的紫外線(xiàn)照射于平板狀不織布，借此激發(fā)光催化劑，而通過(guò)所產(chǎn)生的OH自由基分解有機(jī)物，且通過(guò)180 190nm的紫外線(xiàn)可直接分解水中的有機(jī)物，結(jié)果，分解效率較現(xiàn)有的紫外線(xiàn)氧化裝置為高。將本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置安裝于超純水的制造線(xiàn)等，借此可一面大幅削減消耗電力成本一面獲得聞質(zhì)量的超純水。接著，說(shuō)明使用本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置的超純水制造裝置的實(shí)施形態(tài)。本實(shí)施形態(tài)的超純水制造裝置可將本實(shí)施形態(tài)的紫外線(xiàn)氧化裝置安裝于超純水的制造線(xiàn)等來(lái)構(gòu)成。也就是，本實(shí)施形態(tài)的超純水制造裝置如圖7所示，具備逆滲透膜裝置40，用于除去被處理水中的雜質(zhì)；離子交換裝置42，設(shè)置于逆滲透膜裝置40的下游，除去通過(guò)逆滲透膜裝置40而除去雜質(zhì)的被處理水中的離子成分；槽44，設(shè)置于離子交換裝置42的下游，使循環(huán)的被處理水事先存積；紫外線(xiàn)氧化裝置46，設(shè)置于槽44的下游，分解通過(guò)離子交換裝置42而除去離子成分的被處理水中的有機(jī)成分；混合床離子交換裝置(mixed bed ionexchange) 48,設(shè)置于紫外線(xiàn)氧化裝置46的下游，除去通過(guò)紫外線(xiàn)氧化裝置46所致的離子成分，該離子成分因有機(jī)物成分的分解而產(chǎn)生于被處理水中；以及超過(guò)濾裝置50，設(shè)置于混合床離子交換裝置48的下游，除去通過(guò)逆滲透膜裝置40以后的處理而于被處理水中所產(chǎn)生的粒狀物。本實(shí)施形態(tài)的超純水制造裝置中，被處理水雖由逆滲透膜裝置40 —離子交換裝置42 —槽44 —紫外線(xiàn)氧化裝置46 —混合床離子交換裝置48 —超過(guò)濾裝置50的方式流動(dòng)，但為充分減低TOC (總有機(jī)碳量)，在經(jīng)由超過(guò)濾裝置50的處理后，將被處理水的一部分返回槽44，也進(jìn)行槽44 —紫外線(xiàn)氧化裝置46 —混合床離子交換裝置48 —超過(guò)濾裝置50 —槽44的循環(huán)處理。依據(jù)本實(shí)施形態(tài)的超純水制造裝置，被處理水若通過(guò)逆滲透膜裝置40處理，則被處理水所含的離子成分或鹽類(lèi)等雜質(zhì)會(huì)被除去，若通過(guò)離子交換裝置42處理，則被處理水中的離子成分會(huì)被除去，若通過(guò)紫外線(xiàn)氧化裝置46處理，則被處理水中的有機(jī)物成分被分解，若通過(guò)混合床離子交換裝置48處理，則生成于被處理水中的離子成分會(huì)被除去，若通過(guò)超過(guò)濾裝置50處理，則流動(dòng)中于被處理水中所產(chǎn)生的粒狀物會(huì)被除去，可獲得TOC(總有機(jī)碳量)被充分減低的超純水。在現(xiàn)有的超純水制造系統(tǒng)中，要是不設(shè)置用于除去尿素的特別裝置，則所獲得的超純水中就會(huì)殘留尿素，但本發(fā)明的超純水制造裝置設(shè)置有本發(fā)明的紫外線(xiàn)氧化裝置，借此在被處理水中即使例如含有尿素lOOppb，也可以減低到Ippb以下。本實(shí)施形態(tài)的超純水制造裝置中，可視需要，設(shè)置用于除去殘留于被處理水的有機(jī)物、硬度成分(Ca成分、Mg成分)、粒狀物等的周知的前處理裝置，而將通過(guò)該前處理裝置處理后之被處理水導(dǎo)入逆滲透膜裝置40。周知之前處理裝置，例如，當(dāng)使用自來(lái)水作為被處 理水時(shí)，有進(jìn)行活性碳一軟水器一過(guò)濾器等的處理者。又，本實(shí)施形態(tài)的超純水制造裝置，也可以視需要在離子交換裝置42與超過(guò)濾裝置50之間設(shè)置至少I(mǎi)個(gè)以上的除氣裝置。借此，可謀求減低在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等使用的超純水中造成問(wèn)題的溶氧。又，本實(shí)施形態(tài)的超純水制造裝置也可以視需要進(jìn)一步在逆滲透膜裝置40與離子交換裝置42之間設(shè)置至少I(mǎi)個(gè)以上的除氣裝置。借此，可將存在于水中的碳酸氣體等氣體除去，謀求離子交換裝置的長(zhǎng)壽命化，又，可謀求減低在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等使用的超純水中造成問(wèn)題的溶氧。以下，說(shuō)明本發(fā)明的紫外線(xiàn)氧化裝置及使用其的超純水制造裝置的實(shí)施例。(制造例I)在5公升的三口燒瓶中加入2. 5公升的無(wú)水甲苯(anhydrous toluene)與400g的金屬鈉，在氮?dú)鈿饬飨?，加熱到甲苯的沸點(diǎn)，花費(fèi)I小時(shí)滴加I公升的二甲基二氯硅烷。滴加結(jié)束后，加熱回流10小時(shí)，使沉淀物生成。過(guò)濾該沉淀物，首先，用甲醇洗凈后，再用水洗凈，獲得420g的白色粉末的聚二甲基硅烷。將250g的聚二甲基硅烷裝入具備有冷水回流器的三口燒瓶中，在氮?dú)饬飨?，?20°C加熱30小時(shí)，使其反應(yīng)，而獲得數(shù)量平均分子量為1200 的聚碳娃燒(polycarbosilane)。在通過(guò)上述方法所合成的16g聚碳硅烷中加入IOOg的甲苯與64g的四丁氧基鈦，在100°C使其預(yù)備加熱I小時(shí)后，緩慢升溫至150°c且反應(yīng)5小時(shí)，而合成改質(zhì)聚碳硅烷。為了使低分子量的有機(jī)金屬化合物共存，而將5g的四丁氧基鈦加入于該改質(zhì)聚碳硅烷，而獲得改質(zhì)聚碳硅烷與低分子量有機(jī)金屬化合物的混合物。使該改質(zhì)聚碳硅烷與低分子量有機(jī)金屬化合物的混合物溶解于甲苯后，裝入熔吹(melt blowing)紡絲裝置，將內(nèi)部充分進(jìn)行氮取代后，進(jìn)行升溫，而使甲苯蒸發(fā)，在180°C進(jìn)行紡絲。在空氣中，將紡絲后的不織布階段性地加熱到150°C而使不熔化后，在1200°C的空氣中，進(jìn)行I小時(shí)燒成，獲得氧化鈦/氧化硅纖維而作為光催化劑纖維。通過(guò)制造例I所獲得的光催化劑纖維，第I相的存在比例為80重量％，第2相的存在比例為20重量％。存在比例通過(guò)熒光X射線(xiàn)分析所求得。第2相所含的氧化鈦的結(jié)晶粒子為8nm。粒子直徑通過(guò)TEM(透射型電子顯微鏡觀察)所求得。從光催化劑纖維表面，于300nm的深度，金屬氧化物的硅的存在比例逐漸增加。遞增的深度通過(guò)奧杰電子能譜分析(Auger electron spectroscopy)所求得。(實(shí)施例I)將通過(guò)制造例I所獲得的氧化鈦/氧化硅纖維作為平板狀不織布，作為具備平板狀不織布的光催化劑匣，制作圖5所示的紫外線(xiàn)氧化裝置。紫外線(xiàn)燈的輸出為60W，使用24個(gè)。紫外線(xiàn)燈的波長(zhǎng)是放射254nm與185nm兩者。紫外線(xiàn)燈與平板狀不織布的距離為90mm，平板狀不織布表面的平均紫外線(xiàn)強(qiáng)度為2mW/cm2。以周知的凝集過(guò)濾裝置、2床3塔型離子交換裝置、逆滲透膜裝置將自來(lái)水處理后，以該紫外線(xiàn)氧化裝置進(jìn)行處理，接著，以周知的除氣裝置、離子吸附裝置、及超過(guò)濾裝置進(jìn)行處理，借此獲得超純水。所獲得的超純水的TOC為20ppb左右。處理速度調(diào)整成使最終所獲得的超純水的TOC為O. 5ppb左右。此時(shí)的處
理速度為16. lm3/h，紫外線(xiàn)氧化裝置的消耗能為O. 13kWh/m3。(實(shí)施例2)接著，使用通過(guò)實(shí)施例I所獲得的紫外線(xiàn)氧化裝置，制作圖7所示的超純水制造裝置。使用GE公司制造的AG型作為逆滲透膜裝置，使用SnowPure公司制造的連續(xù)電氣再生式離子交換裝置(XL型)作為離子交換裝置，使用伸榮化學(xué)產(chǎn)業(yè)(股份有限公司)制造的Cartridge Polisher (RT型)以作為混合床離子交換裝置,使用日東電工(股份有限公司)制造的NTU型以作為超過(guò)濾裝置。又，使用伸榮化學(xué)產(chǎn)業(yè)(股份有限公司)制造的活性碳過(guò)濾器(RT型)、軟水器(RT型)、及新菱AQUAIR(股份有限公司)制造的過(guò)濾器(BL型)作為周知的前處理裝置。將自然水作為自來(lái)水，將該自來(lái)水通過(guò)周知的前處理裝置處理，在其中添加IOOppb尿素,通過(guò)實(shí)施例2的超純水制造裝置進(jìn)行處理后,可獲得尿素殘留量為Ippb以下，TOC為Ippb以下的超純水。(比較例I)參照日本特開(kāi)平10-151450的實(shí)施例所揭示的方法，制作紫外線(xiàn)氧化裝置，該紫外線(xiàn)氧化裝置于直徑為250mm、長(zhǎng)度為1500mm的不銹鋼制筒內(nèi)裝24個(gè)放射254nm與194nm與184nm的各波長(zhǎng)的65W的低壓紫外線(xiàn)燈。光催化劑將銳鈦礦型氧化鈦載持于鋁板材而成者插入紫外線(xiàn)氧化裝置的內(nèi)部。光催化劑對(duì)紫外線(xiàn)氧化裝置的內(nèi)容積的重量為80ppm。除紫外線(xiàn)氧化裝置以外，其他是與實(shí)施例I同樣，以周知的凝集過(guò)濾裝置、2床3塔型離子交換裝置、逆滲透膜裝置、除氣裝置處理自來(lái)水后，以該紫外線(xiàn)氧化裝置進(jìn)行處理，接著，以周知的離子吸附裝置及超過(guò)濾裝置進(jìn)行處理，借此獲得超純水。處理速度調(diào)整為使最后所獲得的超純水的TOC為0. 5ppb左右。此時(shí)的處理速度為4. 7m3/h，紫外線(xiàn)氧化裝置的消耗能為
0.47KWh/m3。
權(quán)利要求
1.一種紫外線(xiàn)氧化裝置，其具備有 流動(dòng)槽，使被處理水單向流動(dòng)； 光催化劑纖維，以被處理水可通過(guò)方式配置于該流動(dòng)槽內(nèi)； 紫外線(xiàn)照射部，可照射紫外線(xiàn)；以及 紫外線(xiàn)照射部收容部，設(shè)置于與該流動(dòng)槽內(nèi)的被處理水的流動(dòng)方向交叉的面的整個(gè)區(qū)域，且收容該紫外線(xiàn)照射部； 該紫外線(xiàn)照射部收容部形成為使被處理水從上游側(cè)朝所收容的紫外線(xiàn)照射部流入該收容部?jī)?nèi)，使其于該收容部?jī)?nèi)流動(dòng)后，往下游側(cè)流出，且該紫外線(xiàn)照射部收容部由可使來(lái)自紫外線(xiàn)照射部的紫外線(xiàn)照射于該光催化劑纖維的材料所構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紫外線(xiàn)氧化裝置，其中，該紫外線(xiàn)照射部收容部具備有收容紫外線(xiàn)照射部的內(nèi)管、及覆蓋該內(nèi)管的外管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外線(xiàn)氧化裝置，其中，該內(nèi)管與外管的直徑方向的間隔為I IOmm0
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的紫外線(xiàn)氧化裝置，其中，該內(nèi)管與外管由可透射180 190nm與250 260nm的波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)的材料所構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的紫外線(xiàn)氧化裝置，其中，該紫外線(xiàn)照射部構(gòu)成為可照射分別于180 190nm與250 260nm具有峰值波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的紫外線(xiàn)氧化裝置，其中，該紫外線(xiàn)照射部形成長(zhǎng)條狀，該光催化劑纖維形成平板狀，該紫外線(xiàn)照射部的長(zhǎng)邊方向與該光催化劑纖維的平面方向被設(shè)定成為平行。
7.—種超純水制造裝置，其具備有 逆滲透膜裝置，用于除去被處理水中的雜質(zhì)； 離子交換裝置，設(shè)置于該逆滲透膜裝置的下游，用于除去經(jīng)該逆滲透膜裝置除去雜質(zhì)的被處理水中的離子成分； 權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)的紫外線(xiàn)氧化裝置，設(shè)置于該離子交換裝置的下游，用于分解經(jīng)該離子交換裝置除去離子成分的被處理水中的有機(jī)物成分； 混合床離子交換裝置，設(shè)置于該紫外線(xiàn)氧化裝置的下游，用于除去該紫外線(xiàn)氧化裝置分解有機(jī)物成分而產(chǎn)生于被處理水中的離子成分；以及 超過(guò)濾裝置，設(shè)置于該混合床離子交換裝置的下游，用于除去因該逆滲透膜裝置以后的處理而產(chǎn)生于被處理水中的粒狀物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超純水制造裝置，其進(jìn)一步具備有除氣裝置，被設(shè)置于該超過(guò)濾裝置的上游側(cè)，用于除去被處理水中的氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超純水制造裝置，其中，該除氣裝置至少設(shè)置于該逆滲透膜裝置與離子交換裝置之間及該離子交換裝置與該超過(guò)濾裝置之間。
10.一種紫外線(xiàn)氧化方法，對(duì)流動(dòng)于流動(dòng)槽內(nèi)的被處理水中所含的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解處理，該流動(dòng)槽具有可通過(guò)被處理水的光催化劑纖維、可照射紫外線(xiàn)的紫外線(xiàn)照射部、及收容該紫外線(xiàn)照射部且被處理水可在內(nèi)部流動(dòng)的紫外線(xiàn)照射部收容部；該紫外線(xiàn)氧化方法具備下述步驟 在使該紫外線(xiàn)照射部的紫外線(xiàn)照射于該光催化劑纖維的狀態(tài)下，使被處理水通過(guò)該光催化劑纖維的步驟 '及 在使該紫外線(xiàn)照射部的紫外線(xiàn)照射于被處理水的狀態(tài)下，使被處理水流動(dòng)于該紫外線(xiàn)照射部收容部?jī)?nèi)的步驟。
11.一種超純水制造方法，其具備有 雜質(zhì)除去步驟，用于除去被處理水中的雜質(zhì)； 第一離子成分除去步驟，用于除去經(jīng)該雜質(zhì)除去步驟處理過(guò)的被處理水中的離子成分； 有機(jī)物成分分解步驟，是通過(guò)權(quán)利要求10所述的紫外線(xiàn)氧化方法，將經(jīng)該第一離子除去步驟處理過(guò)的被處理水中的有機(jī)物成分加以分解； 第二離子成分除去步驟，用于除去因該有機(jī)物成分分解步驟而產(chǎn)生于被處理水中的離子成分 '及 粒狀物質(zhì)除去步驟，用于除去該雜質(zhì)除去步驟以后產(chǎn)生于被處理水中的粒狀物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種紫外線(xiàn)氧化裝置及使用其的超純水制造裝置、及紫外線(xiàn)氧化方法及超純水制造方法。該紫外線(xiàn)氧化裝置具有流動(dòng)槽10，使被處理水單向流動(dòng)；光催化劑纖維12，以被處理水可通過(guò)方式配置于流動(dòng)槽10內(nèi)；紫外線(xiàn)照射部14，可照射紫外線(xiàn)；以及紫外線(xiàn)照射部收容部16，設(shè)置于與流動(dòng)槽10內(nèi)的被處理水的流動(dòng)方向交叉的面的整個(gè)區(qū)域，收容紫外線(xiàn)照射部14；該紫外線(xiàn)照射部收容部16形成為使被處理水從上游側(cè)朝所收容的紫外線(xiàn)照射部14流入該收容部?jī)?nèi)，使其于該收容部16內(nèi)流動(dòng)后，往下游側(cè)流出，且該紫外線(xiàn)照射部收容部由可使來(lái)自紫外線(xiàn)照射部14的紫外線(xiàn)照射于該光催化劑纖維的材料所構(gòu)成。
文檔編號(hào)B01D61/14GK102791636SQ201180010590
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者原田義勝, 大谷慎一郎, 山岡裕幸, 藤井輝昭, 陶山宏一郎, 須原貞義 申請(qǐng)人:宇部興產(chǎn)株式會(huì)社