JP3849766B2

JP3849766B2 - Apparatus and method for treating water containing organic matter

Info

Publication number: JP3849766B2
Application number: JP2001329464A
Authority: JP
Inventors: 裕米田; 望育野
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2003126850A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物含有水の処理装置及び処理方法に関し、特に、超純水製造システム一次純水系のＴＯＣ成分を除去するのに適したものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超純水製造システムは原水である市水又は工業用水等から、微粒子、有機物、イオン成分、シリカ成分、バクテリア等の不純物を除去するために逆浸透膜（ＲＯ膜）、イオン交換樹脂、紫外線照射装置、限外ろ過膜（ＵＦ膜）等のユニットによって構成されている。
【０００３】
かかる超純水製造システムは、これらのユニットを組み合わせて原水から純水を製造する一次純水系と、純水をさらに精製して超純水としてユースポイントに供給する二次純水系、いわゆるサブシステムとから成り立っている。
【０００４】
一次純水系では、比較的高濃度（数ｍｇ／Ｌ以上）のＴＯＣ成分を分解除去し、数百μｇ／Ｌ程度に低減化させ、サブシステムでは、一次純水系で予め５ｍｇ／Ｌ〜５００μｇ／Ｌ程度に低減化されたＴＯＣ成分をゼロに近づける必要がある。そのため一般に、一次純水系では、凝集沈殿、イオン交換、逆浸透膜ろ過、脱気、イオン交換等の処理が行われており、サブシステムでは、紫外線照射、混床イオン交換等の処理が行われている。
【０００５】
近年、超ＬＳＩの急速な高集積度化によって、その洗浄用水である超純水には高純度の水質が要求されている。上述の要求水質を満たすため、一次純水中のＴＯＣ成分の低減化は重要な課題の一つとなっている。なかでも、特に一次純水系において、イオン交換装置及び逆浸透膜装置では除去しきれない非イオン性ＴＯＣ成分を除去することは重要な課題となっている。
【０００６】
また、最近は半導体製造工程において、洗浄のために多量の超純水が使用されており、環境への負荷低減、水資源の有効活用などの観点から、ユースポイントで使用された洗浄排水の回収再利用が広く行なわれている。それに伴い、市水、工業用水のみを原水とした一次純水系と比較すると、処理するＴＯＣ濃度も高くなってきているのが現状である。
【０００７】
そこで、このような課題を解決するために、一次純水系において、紫外線酸化処理によって、水中の非イオン性ＴＯＣ成分を炭酸ガス、有機酸、その他の揮発性低分子化合物に転換して、後段に脱気処理、イオン交換処理を組み合わせることで、水中の非イオン性ＴＯＣ成分を除去する方法及び装置が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被処理水中のＴＯＣ成分が高くなると紫外線量が増大し、ランニングコストが増大するという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、超純水製造システム一次純水系において、非イオン性ＴＯＣ成分を簡単な装置で低コストで効率的に除去することができる有機物含有水の処理装置及び処理方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意努力を重ねた結果、超純水製造システム一次純水系において、キャビテーション装置とイオン交換手段とを組み合わせ、イオン交換手段の後段で有機物濃度を測定し、その測定値に応じてキャビテーション処理の繰り返しを行うことで、被処理水中の非イオン性ＴＯＣ成分を簡便且つ低コストで確実に除去できることを知見し本発明を完成するに至った。
【００１１】
かかる本発明の第１の態様は、被処理液である有機物含有水を加圧して送液する送液手段と、この送液手段により加圧されて送られた加圧処理液を噴射して当該噴射された加圧処理液中にキャビテーションを発生させるキャビテーション発生手段と、このキャビテーションにより処理されたキャビテーション処理液を前記キャビテーション発生手段の前段へ戻す循環手段と、この循環手段の循環経路に設けられて循環するキャビテーション処理液に紫外線を照射する紫外線照射装置と、前記キャビテーション発生手段の後段に設けられてキャビテーション処理液中のイオン性物質を除去するイオン交換装置と、このイオン交換装置の後段に設けられて処理液中の有機物濃度を測定する測定装置と、この測定装置の測定値に基づいて前記循環手段による循環を制御する制御手段とを具備することを特徴とする有機物含有水の処理装置にある。
【００１２】
ここで、循環手段による循環の制御は循環量の制御であってもよいし、循環回数の制御であってもよい。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記キャビテーション発生手段の前段に逆浸透膜装置を具備することを特徴とする有機物含有水の処理装置にある。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記送液手段による加圧が、１ＭＰａ以下であることを特徴とする有機物含有水の処理装置にある。
【００１７】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、さらに、前記被処理液に酸化剤を添加する酸化剤添加手段を具備することを特徴とする有機物含有水の処理装置にある。
【００１８】
本発明の第５の態様は、被処理液である有機物含有水にキャビテーションを発生させて含有されるＴＯＣ成分をイオン性物質に変換した後、これをイオン交換装置により除去する有機物含有水の処理方法であって、前記キャビテーションによる処理を繰り返す循環手段を設けると共に循環される処理液に紫外線を照射するようにし、前記イオン交換装置の後段で処理液中の有機物濃度を測定し、この測定値に基づいて前記循環手段による循環を制御することを特徴とする有機物含有水の処理方法にある。
【００１９】
ここで、循環手段による循環の制御は循環量の制御であってもよいし、循環回数を制御するものであってもよい。
【００２０】
なお、本発明では逆浸透膜処理、キャビテーションを発生させるための加圧、噴射処理、ラジカル発生のための酸化剤添加、紫外線照射処理、イオン交換装置のいずれかの処理がなされる液体を被処理液と呼ぶが、上記何れかの処理のうち、特定の処理を行う、あるいは行われた処理液については、特に他の処理が行われる被処理液と区別して以下のように称する。すなわち、加圧前の被処理液は「加圧処理前液」、キャビテーション発生手段に送られる加圧された液を「加圧処理液」、加圧処理液が噴射されることによりキャビテーション処理が行われてキャビテーション発生手段から流出する液を「キャビテーション処理液」と称する。
【００２１】
かかる本発明では、被処理液に含まれる非イオン性の有機物（ＴＯＣ成分）は、キャビテーション処理により効率的にイオン化され、イオン性ＴＯＣ成分がイオン交換装置により除去されるが、キャビテーション処理の繰り返しをイオン交換手段の後段に設けた測定装置でＴＯＣ濃度測定値に基づいて決定するようにしたので、低コストで効率的にＴＯＣ成分を完全に除去することができる。
【００２２】
ここで、キャビテーション発生手段は、好適にはノズル式キャビテーション装置であり、特に、送液手段により１ＭＰａ以下の加圧で送られた加圧処理液中に有効にキャビテーションを発生できるものが好ましく、キャビテーション処理液を前段に戻す循環手段を具備する。
【００２３】
なお、紫外線照射装置を残留した非イオン性ＴＯＣ成分のイオン化あるいは分解のために付加的に設けてもよく、その設置位置は特に限定されないが、キャビテーション発生手段の後段でイオン交換装置の前段が好ましく、また、キャビテーション処理水をキャビテーション発生手段の前段に戻す循環経路の途中に設けるのが好ましい。
【００２４】
また、脱塩のために逆浸透膜装置を設けてもよく、その設置位置は特に限定されないが、キャビテーション発生手段の前段に設けるのが好ましい。
【００２５】
また、酸化剤添加装置を設けてもよく、その設置位置は特に限定されないが、キャビテーション発生手段の前段に設けるのが好ましい。この場合、酸化剤は未処理の被処理液や加圧処理水、あるいは循環経路のキャビテーション処理液に添加される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した超純水製造システム一次純水系処理装置の一参考形態の概略を図１に示す。図１に示すように、この処理装置は、逆浸透膜（ＲＯ膜）１と、逆浸透膜（ＲＯ膜）１からの処理液を加圧して送る加圧ポンプ２と、加圧ポンプ２で加圧された加圧処理液を噴射して処理液中にキャビテーションを発生させるキャビテーションノズル３と、キャビテーション処理液を処理するイオン交換装置としてのイオン交換樹脂塔（ＭＢ）４と、有機物測定装置としてのＴＯＣ測定装置５と、キャビテーションノズル３から噴射された処理液を加圧ポンプ２の前段に戻す循環ライン６と、循環ライン６への循環をＴＯＣ測定装置５の測定値に基づいて制御する制御装置７とを具備する。なお、逆浸透膜（ＲＯ膜）１は必ずしも設ける必要はない。
【００２７】
超純水製造システム一次純水系の排水である被処理液は、逆浸透膜（ＲＯ膜）１で脱塩された後、加圧ポンプ２で加圧され、キャビテーションノズル３に送られる。加圧された加圧処理液は、キャビテーションノズル３のくびれ部から噴射され、その中に微小キャビティーが生成し、微小キャビテーションが被処理液中の非イオン性ＴＯＣ成分に作用する。すなわち、生成した微小キャビティーが崩壊すると局部的に、例えば、５０００Ｋ、５００ａｔｍという高温高圧環境（ホットスポット）が生じるといわれている。このような特殊空間では、「高温燃焼」あるいは「直接熱分解」が起こるため、有機物は直接熱分解される。また、水分子でさえも、熱的解離によってＯＨラジカルとＨ原子に分解され、生じたＯＨラジカルによって被処理液中に含まれている非イオン性ＴＯＣ成分はイオン性物質に変化される。
【００２８】
ここで、加圧ポンプ２の能力は、１ＭＰａ以下、本参考形態では、０．４ＭＰａのものを用いた。
【００２９】
また、加圧ポンプ２で加圧された加圧処理液を噴射するキャビテーションノズル３は、例えば、１ＭＰａ以下という圧力で送液された加圧処理液に効率的にキャビテーションを生成するものであれば特に形状及び構造は限定されない。すなわち、キャビテーションノズル３のくびれ部から噴射された加圧処理液中に微小キャビティーを有効に生成でき、微小キャビティーの崩壊により局部的に水分子はＯＨラジカルとＨ原子に分解するような高温高圧環境を生じさせるものであればよい。
【００３０】
本参考形態では、キャビテーションノズル３から噴射されたキャビテーション処理液の少なくとも一部を加圧ポンプ２の上流側に戻して再度キャビテーションノズル３から噴射するための循環ライン６を具備し、キャビテーション処理液循環ライン６を経た被処理液は、加圧ポンプ２で再度加圧されてキャビテーションノズル３から噴射されるようになっている。
【００３１】
この循環ライン６を用いて行う循環処理は、噴射されたキャビテーション処理液の全てを循環させて、所定回数、例えば、２〜５０回繰り返すようにしてもよいし、一部のキャビテーション処理液のみを循環させるようにしてもよい。
【００３２】
このようにキャビテーションノズル３を通過した処理水の一部をキャビテーションノズル３へ数回循環させることで、被処理液中の非イオン性ＴＯＣ成分がイオン性物質に転換される場が複数回与えられ、より完全なイオン化が可能となる。なお、キャビテーションノズル３の下流側の循環ライン６との分岐点にはバルブ（図示せず）等の切替手段が設けられており、所定の割合で且つ所定の回数だけ循環ライン６に液を流入させ、又は、流入を停止できるようになっている。
【００３３】
このような循環処理により、被処理液中のＴＯＣ成分がより効率的に分解できる。なお、本実施形態では、循環は加圧ポンプ２の作用により行うようにしたが、循環のためのポンプを別途設けるようにしてもよい。
【００３４】
キャビテーション処理された処理液は、イオン交換樹脂塔４に送られ、キャビテーション処理によりイオン化されたイオン性物質が除去される。
【００３５】
ここで、イオン交換樹脂塔４は、イオン交換樹脂によりイオン性物質を除去するものであれば特に限定されないが、本参考形態では、混床式のイオン交換樹脂塔を用いた。なお、イオン交換手段としては、イオン交換樹脂塔に限定されず、電気エネルギーにより水を連続的に脱塩する電気再生式脱塩装置等を用いてもよい。
【００３６】
イオン交換樹脂塔４から流出した処理水は、ＴＯＣ測定装置５へ導かれる。ＴＯＣ測定装置５では、処理液中のＴＯＣ濃度が測定される。キャビテーション処理でイオン化しなかった非イオン性ＴＯＣ成分は、後段のイオン交換樹脂塔４では除去されないため、処理液中のＴＯＣ濃度がキャビテーション処理の効果の指針となる。
【００３７】
ＴＯＣ測定装置５では、イオン交換樹脂塔４からの処理液中のＴＯＣ濃度を測定し、その測定値が制御装置７に入力され、制御装置７は、測定値に応じて循環ライン６の循環回数を決定し、制御する。すなわち、キャビテーション処理液を循環ライン６にどの程度循環させればよいかは、ＴＯＣ測定装置５でのＴＯＣ成分の測定値により決定される。このようにＴＯＣ測定装置５を設けることで処理液中のＴＯＣ成分を完全にイオン化してイオン交換樹脂塔４により除去することができ、より確実なＴＯＣ成分の除去が可能となる。
【００３８】
なお、目標レベルまでＴＯＣ成分を除去した被処理液は、サブシステムへ導入される。
【００３９】
図２に示すように、紫外線照射装置８をキャビテーションノズル３の後段に設けてもよい。かかる紫外線照射装置８は、キャビテーション処理液に紫外線を照射して残留している非イオン性ＴＯＣ成分をイオン性物質に変化させるものである。また、ＯＨラジカル発生を促進し、ＴＯＣ成分を更に完全に分解する作用も有する。このような紫外線照射装置８の設置位置は特に限定されないが、キャビテーションノズル３とイオン交換樹脂塔４との間に設けるのが好ましい。
【００４０】
また、この場合、循環ライン６で循環される処理液には紫外線が照射されないが、図３に示すように、紫外線照射装置８を循環ライン６による循環経路に組み込むようにしてもよい。
【００４１】
ここで、紫外線照射装置８は特に限定されず、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、水素放電管などを備えた装置を用いることができる。照射する紫外線の量も特に限定されず、ＴＯＣ成分の種類や濃度に応じて適宜選択すればよいが、０．００５〜０．０６ｍｇ／ＬのＴＯＣ成分を含有する被処理液を処理する場合には、１〜２０ｗ・ｈとするのが好ましい。これによりラジカル発生を促進して、残存する非イオン性ＴＯＣ成分をイオン性物質に変化させる効果を得ることができる。
【００４２】
また、図２に示すように、加圧ポンプ２で加圧される前の加圧処理前液にラジカル発生促進剤である酸化剤を添加する薬注タンク９を設けるようにしてもよい。かかる薬注タンク９はラジカル発生手段の一つであり、この薬注タンク９から酸化剤が注入されると、キャビテーションによるＯＨラジカルの生成が促進され、被処理液中のＴＯＣ成分がさらに効率的にイオン化される。
【００４３】
ここで、薬注タンク９から添加されるラジカル発生促進剤としての酸化剤としては、過酸化水素を好適な例として挙げることができ、この他、薬注タンク９に代えてオゾン発生器や酸素含有ガスの供給手段（例えば散気管）を設け、オゾンや酸素を供給してもよい。
【００４４】
酸化剤の添加量は被処理液中のＴＯＣ成分の種類、濃度等に応じて適宜選択されるが、通常１〜５０ｍｇ／Ｌの範囲が好ましい。
【００４５】
なお、前述したとおり薬注タンク９の設置箇所も適宜選択可能であり、加圧ポンプ２の上流側、加圧ポンプ２とキャビテーションノズル３との間、キャビテーションノズル３の下流側、循環ライン６の何れに設置してもよい。
【００４６】
このような処理装置で処理する被処理液はＴＯＣ成分を含有するものであれば特に限定されないが、例えば、市水、工業用水等が一例として挙げられる。なお、ＴＯＣ成分の濃度は特に限定されないが、５００μｇ／Ｌ〜５ｍｇ／Ｌという極微量含有する被処理液に特に好適に使用できる。
【００４７】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するがあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４８】
（参考例１）
原水中のＴＯＣ濃度が１００μｇ／Ｌの被処理液を図１に示す装置を用いて処理した。まず、循環ライン６を用いないで処理したところ、ＴＯＣ測定装置５で測定されたＴＯＣ濃度が５０μｇ／Ｌだったので、制御装置７によりキャビテーション処理液の全部を１０回循環させて処理した。この結果、イオン交換樹脂塔４から流出した処理液中のＴＯＣ濃度は、１０μｇ／Ｌであった。結果を表１に示す。
【００４９】
（参考例２）
参考例１で使用した原水と同様のＴＯＣ濃度の、加圧前の原水に酸化剤として３５％の過酸化水素を５ｍｇ／Ｌとなるように添加し、参考例１と同様の装置を使用しキャビテーション分解処理を行った。循環ライン６を使用しない場合の処理液中のＴＯＣ濃度が２０μｇ／Ｌだったので、５回循環処理を行ったところ、イオン交換樹脂塔４から流出した処理液中のＴＯＣ濃度は１０μｇ／Ｌであった。結果を表１に示す。
【００５０】
（実施例１）
参考例１で使用した原水と同じ原水を図２の装置で、循環ライン６は使用せずにキャビテーション分解処理した後、波長２５４ｎｍの紫外線を照射した。イオン交換樹脂塔４から流出した処理液中の非イオン性ＴＯＣ濃度は３０μｇ／Ｌであったので、５回循環させて処理したところ、イオン交換樹脂塔４から流出した処理液中のＴＯＣ濃度は５μｇ／Ｌであった。結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】

【００５２】
１回のキャビテーション処理のみでは、処理液中のＴＯＣ濃度は５０μｇ／Ｌまでしか減少しないが、表１から明らかなように、装置に循環ラインを設け処理液を循環させることにより、装置からの流出水すなわち処理液中のＴＯＣ濃度を１０μｇ／Ｌまで減少させることが可能であることが明らかとなった。
【００５３】
また、原水に予め過酸化水素を添加し参考例２では、循環回数を低減しても十分な効果が得られることがわかった。
【００５４】
更に、実施例１においては、紫外線照射を併用したので、循環回数を低減しても最終的に処理液中のＴＯＣ濃度は５μｇ／Ｌまで減少していることがわかった。
【００５５】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によると、超純水製造システム一次純水系の段階において、キャビテーション装置とイオン交換手段とを組み合わせ、イオン交換手段の後段のＴＯＣ濃度に応じてキャビテーション処理を繰り返し行うことで、非イオン性ＴＯＣ成分を効率よくイオン化して除去することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一参考形態にかかる処理装置の概略図である。
【図２】本発明の他の参考形態にかかる処理装置の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる処理装置の概略図である。
【符号の説明】
１逆浸透膜（ＲＯ膜）
２加圧ポンプ
３キャビテーションノズル
４イオン交換樹脂塔（ＭＢ）
５ＴＯＣ測定装置
６循環ライン
７制御装置
８紫外線照射装置（ＵＶ）
９薬注タンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a treatment apparatus and treatment method for organic substance-containing water, and is particularly suitable for removing a TOC component of an ultrapure water production system primary pure water system.
[0002]
[Prior art]
Conventional ultrapure water production systems use reverse osmosis membranes (RO membranes), ion-exchange resins to remove impurities such as fine particles, organic matter, ionic components, silica components, and bacteria from city water or industrial water that is raw water. It is comprised by units, such as an ultraviolet irradiation device and an ultrafiltration membrane (UF membrane).
[0003]
Such an ultrapure water production system includes a primary pure water system that produces pure water from raw water by combining these units, and a secondary pure water system that further purifies the pure water and supplies it to the use point as ultrapure water, a so-called subsystem. It consists of.
[0004]
In the primary pure water system, the TOC component having a relatively high concentration (several mg / L or more) is decomposed and reduced to about several hundred μg / L. In the subsystem, 5 mg / L to 500 μg / L in advance in the primary pure water system. It is necessary to bring the TOC component reduced to about L close to zero. Therefore, in general, the primary pure water system performs processes such as coagulation sedimentation, ion exchange, reverse osmosis membrane filtration, deaeration, and ion exchange, and the subsystem performs processes such as ultraviolet irradiation and mixed bed ion exchange. ing.
[0005]
In recent years, due to the rapid increase in the degree of integration of VLSI, high purity water quality is required for the ultrapure water that is the cleaning water. In order to satisfy the above-mentioned required water quality, reduction of the TOC component in the primary pure water is one of important issues. In particular, in a primary pure water system, it is an important issue to remove a nonionic TOC component that cannot be removed by an ion exchange device and a reverse osmosis membrane device.
[0006]
Recently, a large amount of ultrapure water is used for cleaning in the semiconductor manufacturing process. From the viewpoint of reducing environmental impact and effective use of water resources, recovery of cleaning wastewater used at point of use Reuse is widespread. Along with this, the TOC concentration to be treated is increasing as compared with a primary pure water system using only city water and industrial water as raw water.
[0007]
Therefore, in order to solve such a problem, in the primary pure water system, the nonionic TOC component in the water is converted into carbon dioxide, organic acid, and other volatile low-molecular compounds by ultraviolet oxidation treatment. A method and apparatus for removing a nonionic TOC component in water by combining a deaeration process and an ion exchange process have been proposed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the TOC component in the water to be treated increases, there is a problem that the amount of ultraviolet rays increases and the running cost increases.
[0009]
The present invention has been made in view of such a situation, and in an ultrapure water production system primary pure water system, it contains an organic substance that can efficiently remove a nonionic TOC component at a low cost with a simple device. It is an object to provide a water treatment apparatus and a treatment method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive efforts to solve the above problems, the inventors of the present invention combined a cavitation device and an ion exchange means in the primary pure water system of an ultrapure water production system, and measured the organic substance concentration at the subsequent stage of the ion exchange means. Then, it was found that the nonionic TOC component in the water to be treated can be removed easily and reliably at low cost by repeating the cavitation treatment according to the measured value, and the present invention has been completed.
[0011]
In the first aspect of the present invention, a liquid feeding means that pressurizes and feeds organic substance-containing water that is a liquid to be treated, and a pressurized processing liquid that is pressurized and sent by the liquid feeding means are injected. Cavitation generating means for generating cavitation in the sprayed pressurized processing liquid, circulation means for returning the cavitation processing liquid processed by the cavitation to the previous stage of the cavitation generating means, and a circulation path of the circulation means An ultraviolet irradiation device for irradiating ultraviolet rays to the circulating cavitation treatment liquid, an ion exchange device for removing ionic substances in the cavitation treatment liquid provided after the cavitation generating means, and a latter stage for the ion exchange device And a measuring device for measuring the concentration of organic substances in the treatment liquid, and the circulation hand based on the measured value of the measuring device. The processing unit of the organic substance-containing water, characterized by a control means for controlling the circulation by some.
[0012]
Here, the circulation control by the circulation means may be a circulation amount control or a circulation number control.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for treating organic substance-containing water according to the first aspect, further comprising a reverse osmosis membrane device upstream of the cavitation generating means.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the organic substance-containing water treatment apparatus is characterized in that pressurization by the liquid feeding means is 1 MPa or less.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the apparatus further includes an oxidizing agent adding means for adding an oxidizing agent to the liquid to be treated. It is in.
[0018]
The fifth aspect of the present invention is a treatment of organic substance-containing water in which the TOC component contained by generating cavitation in the organic substance-containing water, which is the liquid to be treated, is converted into an ionic substance and then removed by an ion exchange device. In this method, a circulation means for repeating the treatment by the cavitation is provided and the treatment liquid to be circulated is irradiated with ultraviolet rays, and an organic substance concentration in the treatment liquid is measured at a subsequent stage of the ion exchange apparatus, and the measured value is obtained. The organic substance-containing water treatment method is characterized in that the circulation by the circulation means is controlled based on the above.
[0019]
Here, the control of the circulation by the circulation means may be the control of the circulation amount or the number of circulations.
[0020]
In the present invention, the liquid to be treated is any of reverse osmosis membrane treatment, pressurization for generating cavitation, injection treatment, addition of an oxidant for generating radicals, ultraviolet irradiation treatment, and ion exchange equipment. Although it is referred to as a liquid, a processing liquid that performs or has been subjected to a specific process among any of the above processes is specifically referred to as follows in order to distinguish it from a liquid to be processed in which other processes are performed. That is, the liquid to be treated before pressurization is “prepressurized liquid”, the pressurized liquid sent to the cavitation generating means is “pressurized liquid”, and the cavitation treatment is performed by spraying the pressurized liquid. The liquid that is discharged from the cavitation generating means is referred to as “cavitation treatment liquid”.
[0021]
In the present invention, the nonionic organic substance (TOC component) contained in the liquid to be treated is efficiently ionized by the cavitation treatment, and the ionic TOC component is removed by the ion exchange device, but the cavitation treatment is repeated. Since the measurement device provided at the subsequent stage of the ion exchange means is determined based on the measured TOC concentration value, the TOC component can be completely removed efficiently at low cost.
[0022]
Here, the cavitation generating means is preferably a nozzle type cavitation apparatus, and in particular, one that can effectively generate cavitation in the pressurized treatment liquid sent at a pressure of 1 MPa or less by the liquid feeding means is preferable. Circulating means for returning the treatment liquid to the previous stage is provided.
[0023]
The ultraviolet irradiation device may be additionally provided for ionization or decomposition of the remaining nonionic TOC component, and the installation position thereof is not particularly limited, but is preferably in the subsequent stage of the cavitation generating means and in front of the ion exchange apparatus. Moreover, it is preferable to provide in the middle of a circulation path for returning the cavitation treated water to the previous stage of the cavitation generating means.
[0024]
Further, a reverse osmosis membrane device may be provided for desalting, and the installation position is not particularly limited, but it is preferably provided in front of the cavitation generating means.
[0025]
In addition, an oxidizer addition device may be provided, and the installation position is not particularly limited, but it is preferably provided in front of the cavitation generating means. In this case, the oxidizing agent is added to the untreated liquid to be treated, the pressure-treated water, or the cavitation treatment liquid in the circulation path.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an outline of a reference form of an ultrapure water production system primary pure water treatment apparatus to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, this processing apparatus includes a reverse osmosis membrane (RO membrane) 1, a pressurizing pump 2 that pressurizes and feeds a processing liquid from the reverse osmosis membrane (RO membrane) 1, and a pressurizing pump 2. As a cavitation nozzle 3 for injecting pressurized pressurized treatment liquid to generate cavitation in the treatment liquid, an ion exchange resin tower (MB) 4 as an ion exchange apparatus for treating the cavitation treatment liquid, and an organic matter measuring apparatus TOC measuring device 5, a circulation line 6 for returning the processing liquid ejected from the cavitation nozzle 3 to the previous stage of the pressurizing pump 2, and a control for controlling circulation to the circulation line 6 based on the measurement value of the TOC measuring device 5. Device 7. The reverse osmosis membrane (RO membrane) 1 is not necessarily provided.
[0027]
The liquid to be treated, which is the waste water of the primary pure water system of the ultrapure water production system, is desalted by the reverse osmosis membrane (RO membrane) 1, then pressurized by the pressure pump 2, and sent to the cavitation nozzle 3. The pressurized pressurized processing liquid is ejected from the constricted portion of the cavitation nozzle 3 to generate a microcavity therein, and the microcavitation acts on the nonionic TOC component in the processing liquid. That is, when the generated microcavity collapses, it is said that a high temperature and high pressure environment (hot spot) of 5000 K, 500 atm, for example, is locally generated. In such a special space, “high temperature combustion” or “direct pyrolysis” occurs, so that organic matter is directly pyrolyzed. Further, even water molecules are decomposed into OH radicals and H atoms by thermal dissociation, and the nonionic TOC component contained in the liquid to be treated is converted into an ionic substance by the generated OH radicals.
[0028]
Wherein the ability of the

pressure pump

2, 1 MPa or less, in the present reference embodiment, used was the 0.4 MPa.
[0029]
In addition, the cavitation nozzle 3 that injects the pressure treatment liquid pressurized by the pressure pump 2 is capable of efficiently generating cavitation in the pressure treatment liquid fed at a pressure of 1 MPa or less, for example. The shape and structure are not particularly limited. That is, a microcavity can be effectively generated in the pressurized treatment liquid sprayed from the constricted portion of the cavitation nozzle 3, and water molecules are locally decomposed into OH radicals and H atoms due to the collapse of the microcavity. What is necessary is just to produce a high-pressure environment.
[0030]
In this preferred embodiment, it comprises a circulating line 6 for jetting a cavitation nozzle 3 again back at least a portion of the cavitation treatment liquid ejected from the cavitation nozzle 3 on the upstream side of the pressure pump 2, cavitation treatment liquid circulation The liquid to be treated that has passed through the line 6 is pressurized again by the pressurizing pump 2 and sprayed from the cavitation nozzle 3.
[0031]
In the circulation process performed using the circulation line 6, all of the injected cavitation treatment liquid may be circulated and repeated a predetermined number of times, for example, 2 to 50 times, or only a part of the cavitation treatment liquid may be used. You may make it circulate.
[0032]
In this way, a part of the treated water that has passed through the cavitation nozzle 3 is circulated to the cavitation nozzle 3 several times, thereby giving a plurality of times that the nonionic TOC component in the liquid to be treated is converted into an ionic substance. More complete ionization becomes possible. A switching means such as a valve (not shown) is provided at a branch point with the circulation line 6 on the downstream side of the cavitation nozzle 3 so that the liquid flows into the circulation line 6 at a predetermined rate and a predetermined number of times. Or the inflow can be stopped.
[0033]
By such circulation treatment, the TOC component in the liquid to be treated can be decomposed more efficiently. In this embodiment, the circulation is performed by the action of the pressurizing pump 2, but a pump for circulation may be separately provided.
[0034]
The treatment liquid that has been subjected to the cavitation treatment is sent to the ion exchange resin tower 4 and the ionic substances ionized by the cavitation treatment are removed.
[0035]
Here, the ion exchange resin column 4 is not particularly limited as long as it removes ionic substances by the ion-exchange resin, in this reference embodiment, using an ion exchange resin column of mixed bed. The ion exchange means is not limited to the ion exchange resin tower, and an electric regenerative desalting apparatus that continuously desalinates water with electric energy may be used.
[0036]
The treated water flowing out from the ion exchange resin tower 4 is guided to the TOC measuring device 5. In the TOC measuring device 5, the TOC concentration in the processing liquid is measured. Since the nonionic TOC component that has not been ionized by the cavitation treatment is not removed by the ion exchange resin tower 4 at the subsequent stage, the TOC concentration in the treatment liquid serves as a guideline for the effect of the cavitation treatment.
[0037]
In the TOC measuring device 5, the TOC concentration in the processing liquid from the ion exchange resin tower 4 is measured, and the measured value is input to the control device 7. The control device 7 determines the number of circulations of the circulation line 6 according to the measured value. Determine and control. That is, how much the cavitation processing liquid should be circulated in the circulation line 6 is determined by the measured value of the TOC component in the TOC measuring device 5. By providing the TOC measuring device 5 in this manner, the TOC component in the treatment liquid can be completely ionized and removed by the ion exchange resin tower 4, and the TOC component can be more reliably removed.
[0038]
The liquid to be processed from which the TOC component has been removed to the target level is introduced into the subsystem.
[0039]
As shown in FIG. 2, the ultraviolet irradiation device 8 may be provided at the rear stage of the cavitation nozzle 3. The ultraviolet irradiation device 8 is for irradiating the cavitation treatment liquid with ultraviolet rays to change the remaining nonionic TOC component into an ionic substance. Moreover, it has the effect | action which accelerates | stimulates generation of OH radical and decomposes | disassembles a TOC component more completely. Although the installation position of such an ultraviolet irradiation device 8 is not particularly limited, it is preferably provided between the cavitation nozzle 3 and the ion exchange resin tower 4.
[0040]
In this case, the treatment liquid circulated in the circulation line 6 is not irradiated with ultraviolet rays. However, as shown in FIG. 3, the ultraviolet irradiation device 8 may be incorporated in a circulation path by the circulation line 6.
[0041]
Here, the ultraviolet irradiation device 8 is not particularly limited, and a device including a low pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a xenon lamp, a hydrogen discharge tube, or the like can be used. The amount of ultraviolet rays to be irradiated is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the type and concentration of the TOC component. However, when processing a liquid to be processed containing 0.005 to 0.06 mg / L of the TOC component. Is preferably 1 to 20 w · h. Thereby, radical generation can be promoted, and the effect of changing the remaining nonionic TOC component into an ionic substance can be obtained.
[0042]
Moreover, as shown in FIG. 2, you may make it provide the chemical injection tank 9 which adds the oxidizing agent which is a radical generation promoter to the pre-pressurization liquid before pressurizing with the pressurization pump 2. As shown in FIG. The chemical injection tank 9 is one of radical generating means. When an oxidant is injected from the chemical injection tank 9, the generation of OH radicals by cavitation is promoted, and the TOC component in the liquid to be treated is more efficient. Is ionized.
[0043]
Here, as an oxidizing agent as a radical generation accelerator added from the chemical injection tank 9, hydrogen peroxide can be cited as a suitable example. In addition, an ozone generator or oxygen can be used instead of the chemical injection tank 9. A supply means (for example, an air diffuser) of the contained gas may be provided to supply ozone or oxygen.
[0044]
Although the addition amount of an oxidizing agent is suitably selected according to the kind, density | concentration, etc. of the TOC component in a to-be-processed liquid, the range of 1-50 mg / L is preferable normally.
[0045]
As described above, the location of the chemical injection tank 9 can be selected as appropriate. The upstream side of the pressurizing pump 2, between the pressurizing pump 2 and the cavitation nozzle 3, downstream of the cavitation nozzle 3, and the circulation line 6. You may install in either.
[0046]
Although the to-be-processed liquid processed with such a processing apparatus will not be specifically limited if a TOC component is contained, For example, city water, industrial water, etc. are mentioned as an example. In addition, although the density | concentration of a TOC component is not specifically limited, It can use especially suitably for the to-be-processed liquid containing 500 microgram / L-5 mg / L trace amount.
[0047]
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, it is an illustration to the last, and this invention is not limited to this.
[0048]
( Reference Example 1)
The to-be-processed liquid whose TOC density | concentration in raw | natural water is 100 microgram / L was processed using the apparatus shown in FIG. First, when processing was performed without using the circulation line 6, the TOC concentration measured by the TOC measuring device 5 was 50 μg / L. Therefore, the control device 7 circulated all of the cavitation processing solutions 10 times. As a result, the TOC concentration in the treatment liquid flowing out from the ion exchange resin tower 4 was 10 μg / L. The results are shown in Table 1.
[0049]
( Reference Example 2)
Add 35% hydrogen peroxide as an oxidant to the raw water before pressurization with the same TOC concentration as the raw water used in Reference Example 1 to 5 mg / L, and use the same equipment as in Reference Example 1. Cavitation decomposition treatment was performed. When the circulation line 6 was not used, the TOC concentration in the treatment liquid was 20 μg / L. Therefore, when the circulation treatment was performed 5 times, the TOC concentration in the treatment liquid flowing out from the ion exchange resin tower 4 was 10 μg / L. there were. The results are shown in Table 1.
[0050]
( Example 1 )
The raw water same as the raw water used in Reference Example 1 was subjected to cavitation decomposition treatment without using the circulation line 6 with the apparatus of FIG. 2, and then irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 254 nm. Since the nonionic TOC concentration in the treatment liquid flowing out from the ion exchange resin tower 4 was 30 μg / L, the TOC concentration in the treatment liquid flowing out from the ion exchange resin tower 4 was as follows. It was 5 μg / L. The results are shown in Table 1.
[0051]
[Table 1]

[0052]
The TOC concentration in the treatment liquid is reduced only to 50 μg / L by only one cavitation treatment. However, as is clear from Table 1 , the effluent from the equipment is circulated by providing a circulation line in the equipment and circulating the treatment liquid. It was revealed that the TOC concentration in water, that is, the processing solution, can be reduced to 10 μg / L.
[0053]
In Reference Example 2 where hydrogen peroxide was added to the raw water in advance, it was found that sufficient effects could be obtained even if the number of circulations was reduced.
[0054]
Furthermore, in Example 1 , since ultraviolet irradiation was used together, it was found that the TOC concentration in the treatment liquid was finally reduced to 5 μg / L even if the number of circulations was reduced.
[0055]
【The invention's effect】
As is clear from the above, according to the present invention, in the primary pure water system stage of the ultrapure water production system, the cavitation device and the ion exchange means are combined, and the cavitation treatment is performed according to the TOC concentration at the subsequent stage of the ion exchange means. By repeating the process, the nonionic TOC component can be efficiently ionized and removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a processing apparatus according to a reference embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a processing apparatus according to another reference embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic view of a processing apparatus in an embodiment of this invention.
[Explanation of symbols]
1 Reverse osmosis membrane (RO membrane)
2 Pressurizing pump 3 Cavitation nozzle 4 Ion exchange resin tower (MB)
5 TOC measurement device 6 Circulation line 7 Control device 8 Ultraviolet irradiation device (UV)
9 medicine tank

Claims

A liquid feeding means that pressurizes and feeds the organic substance-containing water that is the liquid to be treated, and a pressurized treatment liquid that is pressurized and fed by the liquid feeding means, and is injected into the jetted pressure treatment liquid Cavitation generating means for generating cavitation, circulating means for returning the cavitation processing liquid processed by this cavitation to the previous stage of the cavitation generating means, and irradiating ultraviolet rays to the circulating cavitation processing liquid provided in the circulation path of the circulating means An ultraviolet irradiation device that performs the cavitation generating means and an ion exchange device that removes ionic substances in the cavitation treatment liquid, and an organic substance concentration in the treatment liquid that is provided after the ion exchange apparatus. And a control means for controlling the circulation by the circulation means based on the measurement value of the measurement apparatus Organic matter-containing water treatment apparatus characterized by comprising and.

The apparatus for treating organic substance-containing water according to claim 1 , further comprising a reverse osmosis membrane device upstream of the cavitation generating unit.

The apparatus for treating organic substance-containing water according to claim 1 or 2 , wherein the pressure applied by the liquid feeding means is 1 MPa or less.

In any one of claims 1 to 3, further wherein the organic substance-containing water, characterized by comprising an oxidizing agent adding means for adding an oxidizing agent into the processing solution processing unit.

A method for treating organic substance-containing water in which the TOC component generated by generating cavitation in the organic substance-containing water, which is the liquid to be treated, is converted into an ionic substance, and then removed by an ion exchange device. In addition, a circulating means is provided to irradiate the circulated processing liquid with ultraviolet light, and the organic substance concentration in the processing liquid is measured at the subsequent stage of the ion exchange device, and the circulation by the circulating means is controlled based on this measured value. A method for treating organic substance-containing water.