JP5353562B2

JP5353562B2 - Ｕｆ膜モジュールの洗浄方法

Info

Publication number: JP5353562B2
Application number: JP2009198407A
Authority: JP
Inventors: 浩三志水
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: JP2011045856A

Description

本発明は限外濾過（ＵＦ）膜モジュールの洗浄方法に係り、特に、超純水製造装置の端末、即ち、超純水製造装置のユースポイント直前に設置された二次超純水系（サブシステム）の末端に設置するＵＦ膜モジュールを、超純水製造装置に組み込む前に洗浄する工程において、洗浄終了時の汚染を防止して、高清浄なＵＦ膜モジュールを供給するＵＦ膜モジュールの洗浄方法に関する。

電子産業分野で使用される超純水の製造装置は、工業用水や水道水など通常の水から濁質等を除去する前処理装置と、前処理装置の処理水を精製して大部分の不純物を除去した純水を製造する一次純水装置と、一次純水をさらに高度に精製して不純物をほぼ完全に除去した超純水を製造する二次純水装置（サブシステム）とで構成される。

このうち、二次純水装置は、基本的には有機物を分解する紫外線（ＵＶ）酸化装置、イオン性不純物を吸着除去するイオン交換樹脂を充填したカートリッジポリッシャー及び微粒子を完全に除去するためのＵＦ膜装置で構成されている。

従って、この超純水製造装置の二次純水系（サブシステム）の末端（最後段）に設けられるＵＦ膜装置のＵＦ膜モジュールにあっては、超純水のユースポイントの直前の最終段階の処理装置であることから、このＵＦ膜装置を通過することによる汚染が生じることがないよう、高度に清浄化されていることが望まれる。

従来、超純水製造装置のＵＦ膜装置に装填するＵＦ膜モジュールに対しては、出荷前の事前洗浄工程で酸等による薬液洗浄を行った後、超純水による仕上げ洗浄が行われている。

図１，２は、一般的な中空糸ＵＦ膜モジュールの構成を示す模式的な断面図であり、図１のＵＦ膜モジュール１０Ａは、モジュール容器１内に、複数の中空糸ＵＦ膜２が、その両端を接着樹脂３Ａ，３Ｂで固定されて設けられており、容器１の頂部と底部に処理水（膜透過水）の出口４Ａ，４Ｂが設けられ、容器１の側面の下部に給水（被処理水）の入口５が、上部に濃縮水出口６が設けられている。このＵＦ膜モジュール１０ＡによるＵＦ膜処理は、給水入口５から流入した水のうち、中空糸ＵＦ膜２を透過した透過水が処理水として、処理水出口４Ａ，４Ｂから取り出され、膜を透過しなかった濃縮水が濃縮水出口６から排出される。

図２に示すＵＦ膜モジュール１０Ｂは、中空糸ＵＦ膜２の一端が接着樹脂３Ｂ内に埋設されて封止されており、また、この接着樹脂３Ｂ側と容器１の内壁との間に間隙が設けられ、ＵＦ膜２の他端側のみから透過水が取り出されるよう構成され、給水入口５が容器１の底部に設けられている点が図１に示すＵＦ膜モジュール１０Ａと異なり、このＵＦ膜モジュール１０ＢによるＵＦ膜処理においても、給水入口５から流入した水のうち、中空糸ＵＦ膜２を透過した透過水が処理水として、処理水出口４から取り出され、膜を透過しなかった濃縮水が濃縮水出口６から排出される。

なお、図１，２において、Ｖ_４，Ｖ_４Ａ，Ｖ_４Ｂ，Ｖ_５，Ｖ_６は各出入口に設けられたバルブを示す。

このようなＵＦ膜モジュール１０Ａ，１０Ｂを洗浄するには、ＵＦ膜モジュールを洗浄設備に取り付け、処理水出口、濃縮水出口、或いは給水入口から洗浄薬液を注入して薬液洗浄を行い、最終的に超純水で仕上げ洗浄する。一連の洗浄工程を経た後は、洗浄設備からＵＦ膜モジュールを取り外してＵＦ膜モジュールを出荷する。

ＵＦ膜モジュールを洗浄設備から取り外す際、ＵＦ膜モジュールのモジュール容器内には、最終洗浄水としての超純水が満たされている。従来においては、このようなＵＦ膜モジュールを、そのまま洗浄設備から取り外しているために、洗浄設備からのＵＦ膜モジュールの取り外しの際に、図１，２の矢印Ａで示されるように、容器１内に満たされた超純水が流出し、それと同時に、雰囲気中の空気が矢印Ｂで示されるように容器１内に吸い込まれる結果、容器１内が流入した空気により汚染されるという問題がある。

即ち、一般的なＵＦ膜モジュールの洗浄室の雰囲気空気には、埃（金属、その他の各種無機又は有機成分等の微小粒子）や生菌等が含まれており、このような空気がＵＦ膜モジュールの容器内に流入すると、容器内のＵＦ膜や容器内壁にこれらの微粒子が付着して微粒子汚染に到る。なお、一般的なＵＦ膜モジュールの洗浄室の雰囲気空気の微粒子の測定結果は以下に示す通りである。

＜ＵＦ膜モジュール洗浄室の雰囲気空気中の微粒子測定結果（単位：個／Cubic Feet)＞
径０．３μｍ以上０．５μｍ未満の微粒子（平均値）：６１１９
径０．３μｍ以上０．５μｍ未満の微粒子（最小値）：０
径０．３μｍ以上０．５μｍ未満の微粒子（最大値）：６７３６０
径０．５μｍ以上の微粒子（平均値）：８２２
径０．５μｍ以上の微粒子（最小値）：０
径０．５μｍ以上の微粒子（最大値）：９６０

図２に示すＵＦ膜モジュール１０Ｂでは、濃縮水出口６から流入した空気が、給水入口５に向ってＵＦ膜２の外表面側（濃縮水側）を流通するのみで、ＵＦ膜２の内部への空気の流入は殆ど起こらないが、図１に示すＵＦ膜モジュール１０Ａにあっては、濃縮水出口６から給水入口５へ向かう空気の外、処理水出口４Ａから流入した空気が処理水出口４Ｂに向けて中空糸ＵＦ膜２内を流通する結果、ＵＦ膜２の外表面側（濃縮水側）のみならず、内面側（被処理水側）も汚染させる可能性がある。

このように微粒子汚染のあるＵＦ膜モジュールを超純水製造装置の末端の最終処理装置としてのＵＦ膜装置に用いると、上流側からの水が、このＵＦ膜装置を流通することにより汚染され、その汚染の程度によっては、超純水としての要求水質を満たさなくなる可能性がある。また、通常、超純水製造装置により超純水の製造を開始する際には、超純水製造装置を構成する装置から溶出等により不純物（金属イオンなど）が放出され、処理水（超純水）中に混入することを防ぐために、超純水製造装置組立設置後、超純水製造の開始に先立って、洗浄水を各装置に循環させる循環洗浄が行われるが、超純水製造装置に組み込まれるＵＦ膜モジュールが汚染されていると、この循環洗浄に要する時間が長い、或いは、超純水の製造開始から、超純水の採水に到る立ち上がり時間が長くなるといった問題を生じる。

従来、超純水製造装置に組み込まれた後のＵＦ膜モジュールの洗浄方法については、いくつかの提案（例えば、特許文献１）がなされているが、超純水製造装置に組み込む前のＵＦ膜モジュールの洗浄工程における洗浄終了時の前述のような空気吸い込みによる汚染についての対策は検討されていない。

即ち、例えば特許文献２には、超純水製造装置の設置後の循環洗浄に要する時間を短縮するために、この超純水製造装置に使用されるＵＦ膜を酸洗浄した後、超純水で洗浄するＵＦ膜の予備洗浄方法が提案されているが、超純水洗浄後、洗浄設備からのＵＦ膜モジュールの取り外しに際しての空気の吸い込みによる汚染に対する検討はなされていない。

特開平１０−２９６０６０号公報特開２００２−３０１０５２号公報

本発明は上記従来の問題点を解決し、ＵＦ膜モジュールを超純水製造装置に組み込む前の洗浄工程における、洗浄終了時の空気吸い込みに起因する汚染を防止して、高清浄なＵＦ膜モジュールを供給することができるＵＦ膜モジュールの洗浄方法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、ＵＦ膜モジュールの洗浄終了時に、ＵＦ膜モジュール内の超純水を清浄なガスで押し出して排出しておくことにより、ＵＦ膜モジュール内の超純水の流出に伴う雰囲気中の空気のＵＦ膜モジュール内への流入が防止され、この空気による汚染の問題を解決することができることを見出した。

本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。

［１］超純水製造装置に設置するＵＦ膜モジュールを、超純水製造装置に組み込む前に洗浄設備で洗浄する方法において、該洗浄設備において、最終洗浄水として超純水を使用して洗浄した後に、モジュール内の超純水を、純度９９．９９％以上の窒素ガスによって押し出して排出させ、その後、該洗浄設備から取り外して超純水製造装置に組み込むことにより、該ＵＦ膜モジュールを該洗浄設備から取り外す際の、該ＵＦ膜モジュール内の超純水の流出に伴う雰囲気中の空気の該ＵＦ膜モジュール内への流入を防止することを特徴とするＵＦ膜モジュールの洗浄方法。

［２］［１］において、ＵＦ膜モジュールが超純水製造装置の端末に設置されるＵＦ膜モジュールであることを特徴とするＵＦ膜モジュールの洗浄方法。

本発明のＵＦ膜モジュールの洗浄方法では、最終洗浄水として超純水を使用して洗浄した後に、モジュール内の超純水を清浄なガスによって押し出して排出させるため、モジュール内の超純水の流出に伴う雰囲気中の空気の流入及びそれによるモジュール内の汚染の問題は解消される（請求項１）。

本発明において、この清浄なガスとしては純度９９．９９％以上の窒素ガスを用いる。

本発明のＵＦ膜モジュールの洗浄方法は、特に超純水製造装置の端末に設置されるＵＦ膜モジュールの洗浄方法として、製造される超純水の純度向上、超純水の製造に先立つ循環洗浄時間の短縮、或いは、超純水製造開始初期の採水に到る装置立ち上げ期間の短縮を図ることができる（請求項２）。

一般的な中空糸ＵＦ膜モジュールの構成の一例を示す模式的な断面図である。一般的な中空糸ＵＦ膜モジュールの構成の他の例を示す模式的な断面図である。

以下に本発明のＵＦ膜モジュールの洗浄方法の実施の形態を詳細に説明する。

本発明のＵＦ膜モジュールの洗浄方法は、ＵＦ膜モジュールを超純水製造装置に組み込む前に洗浄設備に取り付け、必要に応じて各種の薬液洗浄を行った後、超純水により仕上げ洗浄を行い、洗浄後のＵＦ膜モジュールを洗浄設備から取り外す前に、モジュール内に清浄なガスを導入してモジュール内の超純水を押し出して排出し、モジュール内の超純水をこの清浄なガス（以下、このガスを「押し出しガス」と称す場合がある。）で置換するものである。

本発明において、モジュール内の超純水の押し出しに用いる清浄なガスとしては純度９９．９％以上、好ましくは純度９９．９９％以上の窒素ガスを用いる。

モジュールへの押し出しガスの供給圧力は、押し出しガスを供給することによるＵＦ膜モジュールの破損を防止するために、０．３ＭＰａ以下とすることが好ましい。ただし、この供給圧力が過度に低いと超純水の押し出し効率が悪いことから、押し出しガスの供給圧力は０．１ＭＰａ以上、例えば０．２〜０．３ＭＰａとすることが好ましい。
従って、必要に応じて、押し出しガスの供給ラインに減圧弁等を設け、押し出しガスの供給圧力を調整することが好ましい。

本発明のＵＦ膜モジュールの洗浄方法は、洗浄終了時期において、押し出しガスを供給してモジュール内の超純水を押し出して排出すること以外は、従来のＵＦ膜モジュールの洗浄方法と同様に実施することができ、ＵＦ膜モジュールの洗浄に用いる洗浄設備についても、少なくともＵＦ膜モジュールへの押し出しガスの供給ラインと超純水の供給及び排出ラインとを備えるものであれば良く、特に制限はない。

本発明のＵＦ膜モジュールの洗浄方法は、通常、ＵＦ膜モジュールの給水入口及び／又は処理水出口に洗浄水としての超純水を圧送し、また、モジュール内の超純水の押し出しに際しては、モジュールの処理水出口と濃縮水出口から押し出しガスを圧送して超純水を給水入口及び／又は処理水出口より排出することにより実施される。

以下に、図１，２に示すＵＦ膜モジュール１０Ａ，１０Ｂについて、それぞれ本発明によるモジュール内の超純水の押し出し方法の手順を説明する。

｛手順Ｉ：図１に示すＵＦ膜モジュール１０Ａの場合｝
以下の手順でモジュール内に満たされた超純水を押し出し排出する。
(1) バルブＶ_４Ａ，Ｖ_４Ｂ，Ｖ_５，Ｖ_６を閉とした状態から、処理水出口４ＡのバルブＶ_４Ａと処理水出口４ＢのバルブＶ_４Ｂとを開とすると共に、処理水出口４Ａから押し出しガスをモジュール容器１内に入れ、処理水出口４Ｂより超純水を押し出し排出する。その後、押し出しガスの供給を停止し、処理水出口４Ａ，４ＢのバルブＶ_４Ａ，Ｖ_４Ｂを閉める。
(2) 濃縮水出口６のバルブＶ_６と給水入口５のバルブＶ_５を開けると共に、濃縮水出口６より押し出しガスをモジュール容器１内に入れ、給水入口５より超純水を押し出し排出する。その後、押し出しガスの供給を停止し、濃縮水出口６のバルブＶ_６と給水入口５のバルブＶ_５を閉める。
その後、ＵＦ膜モジュール１０Ａを洗浄設備から取り外す。
なお、上記(1)，(2)の手順は逆に行ってもよい。

｛手順II：図２に示すＵＦ膜モジュール１０Ｂの場合｝
以下の手順でモジュール内に満たされた超純水を押し出し排出する。
(1) バルブＶ_４，Ｖ_５，Ｖ_６を閉とした状態から、濃縮水出口６のバルブＶ_６と給水入口５のバルブＶ_５を開けると共に、濃縮水出口６より押し出しガスをモジュール容器１内に入れ、給水入口５より超純水を押し出し排出する。その後、押し出しガスの供給を停止し、濃縮水出口６のバルブＶ_６と給水入口５のバルブＶ_５を閉める。
その後、ＵＦ膜モジュール１０Ｂを洗浄設備から取り外す。

上記Ｉ，IIの手順により、ＵＦ膜モジュールを洗浄設備から取り外す際に、モジュール容器１内に、雰囲気空気が流入することはなく、洗浄直後のＵＦ膜モジュールを、モジュール容器１内を押し出しガスで満たした高洗浄の状態のまま出荷して、使用現場で超純水製造装置の組み立てに用いることができる。

このため、このＵＦ膜モジュールを用いた超純水製造装置により製造された超純水は、ＵＦ膜モジュールに由来する汚染の問題がなく、高純度なものとなり、また、超純水の製造に先立ち循環洗浄を行う場合であってもその洗浄時間を短縮することができ、また、超純水の製造開始時の超純水の採水に到る装置立ち上げ期間を短縮することができる。

なお、本発明においては、上述の如く、押し出しガスによる超純水の押し出し排出で、雰囲気空気の吸い込みによるモジュール汚染が防止されるため、ＵＦ膜モジュールの洗浄作業空間の雰囲気空気が高清浄である必要はなく、通常の大気中の作業環境において本発明を適用することができる。ただし、配管の漏れ箇所等からの汚染が生じるなどの不慮の事故に備えて、本発明の実施に際しては、グリーンルーム内で一連の洗浄作業を行うことが望ましい。

以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。

＜実施例１＞
図１に示す構成の中空糸ＵＦ膜モジュール（口径１ｍｍφ、ポリスルホン製、分画分子量６，０００）１０Ａを０．５重量％塩酸水溶液で洗浄した後、超純水で仕上げ洗浄した。その後、モジュール内に超純水が満たされた状態で、前述のＩの手順で純度９９．９９％の窒素ガスを用いてモジュール内の超純水を押し出した。なお、窒素ガスの供給圧力は０．２ＭＰａとした。

超純水を押し出したＵＦ膜モジュールを洗浄設備から取り外し、このＵＦ膜モジュールに超純水を１５ｍ^３／ｈの流量で通水し、ＵＦ膜モジュールの汚染状況を、ＵＦ膜透過水の各種金属イオン濃度とＵＦ膜給水（超純水）の各種金属イオン濃度との差（Δ金属濃度＝ＵＦ膜透過水−ＵＦ膜給水）を求めることにより評価した。なお、水中の各種金属濃度はＩＣＰ−ＭＳにより測定した。
結果を表１に示す。

＜比較例１＞
実施例１と同様にしてＵＦ膜モジュールの洗浄を行った後、窒素ガスによる超純水の押し出しを行わずにＵＦ膜モジュールを洗浄設備から取り外した。このＵＦ膜モジュールの取り外しの際には、モジュール内の超純水の流出に伴って、雰囲気中の空気がモジュール内に流出した。
このＵＦ膜モジュールについて、実施例１と同様に汚染状況の評価を行い、結果を表１に示した。

表１より、本発明によれば、洗浄終了時の汚染が著しく低減された、高清浄なＵＦ膜モジュールを供給できることが分かる。

１モジュール容器
２中空糸ＵＦ膜
３Ａ，３Ｂ接着樹脂
４，４Ａ，４Ｂ処理水出口
５給水入口
６濃縮水出口
１０Ａ，１０ＢＵＦ膜モジュール

Claims

超純水製造装置に設置するＵＦ膜モジュールを、超純水製造装置に組み込む前に洗浄設備で洗浄する方法において、該洗浄設備において、最終洗浄水として超純水を使用して洗浄した後に、モジュール内の超純水を、純度９９．９９％以上の窒素ガスによって押し出して排出させ、その後、該洗浄設備から取り外して超純水製造装置に組み込むことにより、該ＵＦ膜モジュールを該洗浄設備から取り外す際の、該ＵＦ膜モジュール内の超純水の流出に伴う雰囲気中の空気の該ＵＦ膜モジュール内への流入を防止することを特徴とするＵＦ膜モジュールの洗浄方法。
請求項１において、ＵＦ膜モジュールが超純水製造装置の端末に設置されるＵＦ膜モジュールであることを特徴とするＵＦ膜モジュールの洗浄方法。