CN102910749A - 饮用水制造装置及饮用水制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供既能实现反渗透膜的长寿命化，又能以高生产率稳定地制造饮用水的饮用水制造装置和方法。本装置包含加压自来水的泵、将加压的自来水分离成含有杂质的废水和透过水的反渗透膜、用于存积透过水的水箱。废水通过并排布置的第一通道和第二通道排出。本装置还包含流量调节单元，流量调节单元具有设置在第一通道中以用于控制在该通道中流动的废水流量的流量调节用阀、设置在第二通道中以用于开闭该通道的通道开放阀、用于控制该通道开放阀的开闭的控制装置。

Description

饮用水制造装置及饮用水制造方法

技术领域

本发明涉及基于自来水制造出除去了杂质的饮用水的装置及方法。

背景技术

近些年，对于安全的饮用水的要求越来越高，开发出了用于制造饮用水的各种设备或方法。在这些设备或方法中，为了分离出被处理水中所包含的杂质，使用各种分离膜。在这些分离膜中，反渗透膜(RO膜)可以分离出被处理水中所包含的几乎所有的杂质，因此在一般家庭和医院、餐馆等的装置中，利用率逐步增加。

但是，利用反渗透膜从自来水分离杂质的饮用水制造装置及方法中，存在以下问题。

第一，如果自来水被供给到反渗透膜，则随着时间的经过，自来水中含有的离子或盐类等杂质会堆积到反渗透膜的膜表面，导致透水性下降，单位时间内的透过水量减少。自来水中所含有的杂质在不织布、活性炭等前处理中不能被完全除去，反渗透膜表面上不可避免地形成杂质的堆积层。因此，在使用反渗透膜的装置中，需要定期地短时间内更换反渗透膜。并且，为了通过抑制堆积而达到使反渗透膜长寿命化的目的，还可以考虑提高在反渗透膜表面上的流速，为此，需要加大供给到膜上的自来水流量，此时相对于自来水而言，透过水的比率将会变小。

第二，为了灭菌，反渗透膜还会除去自来水中含有的氯的一大半，因此所得到的透过水灭菌能力低，受到杂菌的污染时，无法抑制杂菌的繁殖。

第三，反渗透膜对自来水中含有的几乎所有的矿物质进行分离，因此通过反渗透膜的透过水，如果照原样，则不能成为能够被评价为所谓的“美味可口的水”的饮用水。

作为使用反渗透膜的造水技术，例如有专利文献1(特开2000-189962号公报)。该专利文献1公开了关于如下装置的技术，该装置不使用对被处理液进行升压的升压单元，而是将被处理液供给到造水筒中，同时具有通过冲洗造水筒的反渗透膜而进行清洗的单元。在专利文献1的装置中，从造水筒排出的废水被分流到通过压力调整阀的通道和通过冲洗阀的通道这两个通道，在进行冲洗时，打开冲洗阀。

在专利文献1的技术中，不对被处理水加压，而直接供给到反渗透膜。在本技术中，即使不加压也能以高生产率(50％以上)获得透过水的理由在于，使用了在低压也能有效地工作的反渗透膜。但是，在从自来水制造饮用水的家庭用小型饮用水制造装置以及方法中，若使用这种高性能反渗透膜，则成本会成为问题。因此，在这种饮用水制造装置以及方法中，不得不使用一般性能的反渗透膜(并非低压反渗透膜)，但因为各种情况导致供给到反渗透膜的被处理水的压力低时，得不到足够的压力以使多数水分子通过反渗透膜的极其微小的孔，结果存在不能以高生产率获得透过水的问题。尤其，在家庭用饮用水制造装置中，自来水和透过水不仅在通过造水筒时发生压力损失，在通过用于除去杂质的其他过滤器、用于赋予饮用水必要的特性的各种处理层、为了紧凑化而采用的曲折的细配管等时，会发生很大的压力损失。因此，为了稳定地获得饮用水，需要使自来水和透过水以一定的压力流动，且为了使饮用水的生产率不受所供给的自来水自身的压力变化的影响，需要给自来水施加一定的稳定压力。并且，由于除去膜表面的堆积层需要预定以上的流速和流量，因此在没有对被处理水加压的状态下清洗膜时，不能充分地除去堆积物。

专利文献2(特表2008-534278号公报)中公开了自动清洗净水器内的膜过滤器的装置。该装置包含：泵，在供给到膜过滤器的水的水压达到适当水压以上时，对水加压；控制部，从进行加压的时刻开始，以预定的时间间隔周期性地使膜过滤器的内部水的冲洗作业能够实现；冲洗调节阀，在进行冲洗作业的过程中，用于打开膜过滤器的冲洗管。专利文献2中记载的装置，由于废水通道为一个，因此存在容易发生膜的性能劣化，同时很难充分地除去膜上的堆积物的问题。即，在专利文献2的装置中使用如下方式，在不进行对膜的冲洗时冲洗调节阀被关闭，在对膜进行冲洗时冲洗调节阀被打开。因此，该装置在不进行对膜的清洗作业时，即，在通过膜进行过滤的期间，供给到膜的水的压力对膜垂直作用，因此膜中容易进入杂质或异物。结果，不能充分地清洗膜，容易发生膜的性能劣化，因此存在需要在短时间内更换反渗透膜的问题。

作为用于清洗反渗透膜的技术，有时采用反冲洗技术。反冲洗是从反渗透膜的透过水一侧供给加压的清洗水，由此清洗膜的技术。该技术虽然对除去膜的堆积物较为有效，但是因为从透过水一侧施加压力，因此装置变得复杂，难以用于家庭用饮用水的制造装置中。

作为使通过反渗透膜除去了杂质的水具有抗菌性的技术，例如有专利文献3(特许4661583号公报)。该技术为在由膜过滤筒进行了处理的水中，使用通过施加电压的电极溶出银离子的抗菌单元而添加金属离子的技术。在该技术中，由于施加了电压的电极成为银离子的排出源，因此要添加银离子时需要电源。此外，还存在如下问题，即为了控制银离子的浓度，需要采用测量水的流量并对应于此接通电流的精密的管理技术。

[在先技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2000-189962号公报

[专利文献2]日本专利特表2008-534278号公报

[专利文献3]日本专利第4661583号公报

[专利文献4]日本专利第4601361号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能实现反渗透膜的长寿命化，又能以高生产率稳定地制造饮用水的饮用水制造装置和方法。再者，本发明的目的在于提供一种不需要使用特别的控制和电源，可以赋予饮用水适当的、连续的抗菌性，并可以在饮用水中添加接近自然水的含量的矿物质的饮用水制造装置和方法。

在本发明的第一实施方式中，本发明提供饮用水制造装置，该饮用水制造装置使用反渗透膜除去自来水中的杂质，并制造被赋予持续的抗菌性的含有矿物质的饮用水。本装置具有对自来水加压的泵、将加压的自来水分离成含有杂质的废水和透过水的反渗透膜、用于存积透过水的水箱。废水通过并排布置的第一通道和第二通道排出。本装置还包含流量调节单元，流量调节单元具有设置在第一通道中以用于控制在该通道中流动的废水流量的流量调节用阀、设置在第二通道中以用于开闭该通道的通道开放阀、用于控制该通道开放阀的开闭的控制装置。在本装置中，制造饮用水时关闭通道开放阀，通过调节流量调节用阀的流量，维持透过水的流量。在清洗反渗透膜时，通过一边维持对自来水加压，一边由控制装置开放通道开放阀，据此对堆积在反渗透膜表面的杂质进行剥离。

优选地，通道开放阀通过控制装置的控制，以预定的间隔和时间开放。优选地，通道开放阀被开放的间隔为每隔5分钟～60分钟一次，通道开放阀被开放的时间为10秒钟～40秒钟。

在本发明的一个实施方式中，本装置在反渗透膜和水箱之间还具有由含银多孔陶瓷构成的材料，通过使该材料接触透过水，在透过水中添加银离子。通过接触该材料，透过水中可以添加5～90ppb的浓度的银离子。

在本发明的一个实施方式中，本装置还包含脉冲电流施加单元，以用于向供给到反渗透膜的自来水中接通脉冲电流。

在本发明的一个实施方式中，本装置在反渗透膜和水箱之间还具有由一种或多种天然石构成的天然石填充层，通过使透过水流经该天然石填充层，在透过水中添加矿物质，以使透过水的硬度和蒸发残留物与自然水达到同等程度。

在反渗透膜与水箱之间具有离子交换树脂层和银浸渍活性炭层，离子交换树脂层用于从透过水除去没有被反渗透膜除去的离子，很浸渍活性炭层用于从透过水除去没有被反渗透膜除去的放射性元素。

在本发明的第二实施方式中，本发明提供饮用水制造方法，该饮用水制造方法使用反渗透膜除去自来水中的杂质，并制造被赋予持续的抗菌性的含有矿物质的饮用水。本方法包含对自来水加压的工序、通过反渗透膜将加压的自来水分离成含有杂质的废水和透过水的工序、通过并排布置的第一通道和第二通道废弃废水的工序、将透过水存枳在水箱中的工序。在本方法中，在制造饮用水时关闭第二通道，通过调节在第一通道中流动的废水的流量，维持透过水的流量。在清洗反渗透膜时，一边维持对自来水加压，一边开放第二通道，据此对堆积在反渗透膜表面的杂质进行剥离。

根据上述构成，通过对供给到反渗透膜的自来水进行加压，同时维持制造饮用水的过程中的废水流量，从而不会受到自来水自身的压力变化的影响，使相对于供给到反渗透膜的自来水量的透过水量之比率维持较大的状态，即维持高生产率的状态。此外，反渗透膜的清洗是以一定的间隔实施一定时间，以防止每次清洗的效果降低，因此能够长时间内无需更换反渗透膜而制造饮用水。此外，通过在供给到反渗透膜的自来水中接通脉冲电流，从而使反渗透膜表面上的堆积物的形成量变少，即使形成了堆积物，由于堆积物的组织会变得脆弱，因此通过清洗反渗透膜，可以容易地剥离堆枳物。这些效果所带来的结果是，根据本发明的装置和方法，可以使反渗透膜实现长寿命化，并且可以以高生产率稳定地制造饮用水。

并且，根据上述构成，无需对使用了电气电路的电流量的特别控制和管理，就可以在饮用水中添加银离子，同时还可以将饮用水的硬度和蒸发残留物设定在适当的范围。这些效果所带来的结果是，根据本发明的装置和方法，可以从自来水制造具有持续的抗菌性的、接近自然水的性质的饮用水。

附图说明

图1为表示本发明的一个实施方式的饮用水制造装置的构成的图。

图2为表示本发明的一个实施方式的饮用水制造装置中使用的废水通道和流量调节单元的图。

主要符号说明：

1为饮用水制造装置，10为供水阀，20为不织布过滤器，30为泵，40为活性炭过滤器，42为脉冲电流外加单元，44为脉冲电源，46为线圈，50为杂质除去单元，52为反渗透膜，60为流量调节单元，61为第一通道，62为流量调节用阀，63为第二通道，64为通道开放阀，66为控制装置，70为银离子添加单元，72为含银多孔陶瓷，80为矿物质添加单元，82为天然石填充层，90为离子交换树脂层，92为银浸渍活性炭层，96为水箱。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的饮用水制造装置以及方法。

1.装置构成的概要

图1为本发明的一个实施方式的饮用水制造装置的概略构成图。图1中的饮用水制造装置1具有有效的反渗透膜清洗功能，在长达3000小时以上的时间内无需更换反渗透膜，可以以高生产率、稳定地制造饮用水。并且，装置1在除去自来水中含有的杂质的基础上添加银离子和矿物质，据此可以从自来水制造出被赋予持续的抗菌性的、含有与自然水大致相同程度的量的矿物质的饮用水。

在本发明中，被处理水为自来水。自来水一般以约0.3Mpa～约0.4Mpa的供给压力，经过根据需要而设置的供水阀10被供给。

装置1包含具有反渗透膜52的杂质除去单元50、用于调节从杂质除去单元50排出的废水流量的流量调节单元60。杂质除去单元50是将自来水分离成由反渗透膜52除去杂质的透过水和包含着杂质的废水的单元。装置1通过流量调节单元60来控制饮用水制造过程中和反渗透膜清洗过程中的废水流量，由此可以稳定地提高透过水的收率，同时可以实现反渗透膜52的长寿命化。

装置1还包含用于在流经杂质除去单元50的透过水中添加银离子的银离子添加单元70、用于在透过水中添加矿物质的矿物质添加单元80。由于自来水中含有的氯被反渗透膜52除去，因此当透过水被细菌污染时，不能防止细菌的繁殖。银离子添加单元70具有含银多孔陶瓷72，透过水通过接触含银多孔陶瓷72，从而可以在透过水中添加银离子，赋予透过水抗菌性。

并且，自来水中含有的大部分矿物质被反渗透膜52除去。但是，这种透过水由于杂质极其少，因此溶解速度快，对于人体而言，成为不能说是有利于健康的状态。并且，这种透过水作为饮用水时，不能称为所谓的“美味可口的水”。装置1的矿物质添加单元80具有天然石填充层82，透过水通过流经天然石填充层82，可以在透过水中添加适当的量的矿物质，使透过水成为所谓的“美味可口的水”。

装置1还包含对自来水加压的泵30。虽然自来水已处于被加压的状态，但如果将该自来水照原样供给到反渗透膜52，则用于透过反渗透膜52的压力低，还会产生压力变化，因此不能以高生产率稳定地获得透过水。因此，通过泵30对自来水加压，并通过流量调节单元60适当地调节废水流量，从而可以稳定地增加流经反渗透膜52的透过水的量。

在杂质除去单元50之前，装置1还可以包含例如不织布过滤器20和活性炭过滤器40这样的各种前处理过滤器。由于这些过滤器可以将自来水中含有的稍大的异物或残留氯除去至一定的程度，因此有助于反渗透膜52的长寿命化。

在杂质除去单元50之后，装置1还可以包含例如离子交换树脂层90、银浸渍活性炭层92这样的各种后处理装置。虽然反渗透膜52可以除去自来水中含有的几乎所有的杂质，但因为一些原因导致反渗透膜52中产生劣化时，可能有极其微量的杂质混入到透过水中。为了从透过水中除去这种杂质，优选地使透过水流经离子交换树脂层90、银浸渍活性炭层92这样的各种后处理装置。

由于作为放射性物质的碘与银生成稳定的化合物，因此在流经离子交换树脂层90之后流经银浸渍活性炭层92时可以被除去。此外，还可以设置对透过水进行杀菌处理的紫外线杀菌器94。

所制造的饮用水被存积在水箱96中。由于被存积在水箱96中的饮用水中含有银离子，因此被赋予了即使长时间维持被贮存的状态，也能够防止杂菌繁殖的持续的抗菌性。

2.装置的详细构成以及制造饮用水的方法

下面，在详细说明本发明的一个实施方式的饮用水制造装置的同时，说明饮用水的制造方法。

<前处理过滤器>

在本发明的一个实施方式中，优选地使被供给的自来水通过设在杂质除去单元50之前的、例如不织布过滤器20和活性炭过滤器40这样的各种前处理过滤器。通过这些过滤器，可以将自来水中含有的稍大的异物或残留氯除去至一定的程度。不织布过滤器20和活性炭过滤器40可以使用本领域技术人员周知的产品。

<泵>

在本发明中，自来水在被供给到杂质除去单元50之前，由泵30加压。通常，自来水大多以约0.3Mpa～约0.4Mpa的供给压力被供应，但根据情况，供给压力有时会发生变化。自来水的供给压力还可能根据建筑物或地区而不同。当自来水的供给压力低时，即使将自来水供给到反渗透膜52，有时也不能以高生产率稳定地获得透过水。因此，为了防止因自来水的供给压力导致透过水的生产率发生变化，并稳定地获得透过水，设置将供给到反渗透膜的自来水的压力维持在预定压力的泵30。通过泵30所施加的压力为约0.5Mpa～约1.2Mpa。对泵30的设置位置并不进行限定，但最好不要设置在杂质除去单元50的正上游，优选地设置在不织布过滤器20和活性炭过滤器40之间。如果泵30设置在杂质除去单元50的正上游，则泵30的加压引起的自来水的震动会直接传递到反渗透膜52，因此可能导致反渗透膜52的寿命变短。

<杂质除去单元>

通过泵30被加压且通过不织布过滤器20和活性炭过滤器40的自来水被供给到杂质除去单元50，被分离成不含有杂质的透过水和含有杂质的废水。在本发明中，使用反渗透膜52作为除去杂质的膜。反渗透膜52具有约0.0001μm大小的微细孔，是具有如下性质过滤膜，即，可以使水分子透过，但水分子以外的离子、盐类、有机物、重金属、细菌等杂质不能透过。透过反渗透膜52的透过水成为几乎没有杂质的纯水。本发明的一个实施方式中使用的反渗透膜52，可以使用例如陶氏化学公司的薄膜过滤器75GPD。作为杂质除去单元50，优选地使用在压力容器中组装反渗透膜52的螺旋模型元件，但并不限定于此，可以根据需要使用中空纤维模型、管状模型等各种元件。杂质除去单元50具有加压的自来水的流入口、透过反渗透膜52的透过水的流出口、含有没能透过反渗透膜52的杂质的废水流出口。

<流量调节单元>

没有透过反渗透膜52的水作为废水而从杂质除去单元50排出。废水中含有通过反渗透膜52分离的一部分杂质。在本发明中，废水流量由流量调节单元60进行调节。图2为本发明的一个实施方式的装置的废水的第一通道61和第二通道63以及流量调节单元60的概略构成图。在杂质除去单元50的废水流出口的下游，作为废水通道而并列设置第一通道61和第二通道63。流量调节单元60具有设在第一通道61途中的流量调节用阀62和设在第二通道63途中的通道开放阀64。在制造饮用水时，第一通道61和流量调节用阀62中流动含有没有透过反渗透膜52的杂质的废水。在制造饮用水时，通道开放阀64被关闭，废水不会通过第二通道63。

在开始制造饮用水时，为了以预定以上的生产率获得透过水，装置1调节流量调节用阀62的打开程度，即调节废水流量。在本发明的一个实施方式中，透过水和废水之间的比例优选为1∶1～2∶1。流量调节用阀62优选地使用可以对废水流量进行微细调节的针阀。通过使用可以进行微细流量调节的针阀，可以使供给到反渗透膜52的自来水压力最为合适，由此维持透过水的流量，可以更加稳定地提高透过水的生产率。

在本发明的饮用水制造装置中，具有用于使反渗透膜52的长寿命化的功能。自来水中含有的杂质，即使使用不织布过滤器20和活性炭过滤器40等进行前处理，也不能完全除去。因此，在持续使用时，反渗透膜52的膜表面上逐步形成杂质的堆积层。如果膜表面上堆积杂质，则透水速度降低，在单位时间内获得的透过水的量逐步减少。因此，为了以高生产率稳定地制造饮用水，需要适当地除去堆积物。

因此，在本发明的饮用水制造装置中，如图2所示，将废水通过的通道分为第一通道61和第二通道63，在第二通道63上设置通道开放阀64。通道开放阀64是用于开闭第二通道63的阀。由通道开放阀64开放和关闭第二通道63之后至下一次开放第二通道63为止的时间和从一次开放至关闭为止的时间，由控制装置66控制。通过以预定的间隔在预定的时间内开放通道开放阀64，可以有效地剥离堆积在反渗透膜52的膜表面的杂质，被剥离的杂质同废水一起被排出。在通道开放阀64被开放的期间，维持通过泵30对自来水加压的状态。通过在维持由泵30对自来水加压的状态下开放通道开放阀64，可以使反渗透膜52的膜表面上的流速提高，使膜表面的杂质受列的剪切力变大，提高清洗能力。为了使控制装置66容易控制，通道开放阀63优选为电磁阀。

为了使反渗透膜52长寿命化，废水的通道开放阀64需要以适当的间隔开放适当的时间。在本发明中，废水的通道开放阀64优选为每隔约5分钟～约60分钟开放一次，更优选为每隔约15分钟～约45分钟开放一次。并且，废水的通道开放阀64在开放一次时，优选地开放约10秒钟～约40秒钟，更优选地开放约20秒钟～约30秒钟。当通道开放阀64的开放间隔短时，由于可以频繁地除去杂质，因此反渗透膜52的寿命会变长，但如果开放间隔过短，不仅其效果不佳，所供给的水的一大半在开放期间被废弃，因此透过反渗透膜的水相对变少，不经济。另外，如果开放的间隔过长，则在一次清洗至下一次清洗为止的间隔内，膜表面上的堆积物增加，在一次清洗中不能充分地除去杂质，从而导致透过水量提前降低，结果不得不在短周期内更换反渗透膜52。并且，如果通道开放阀64的开放时间过短，则堆积在膜表面上的杂质不能被充分剥离，但如果开放时间过长，则废水量增加，从而在经济方面考虑并不是优选的。

<本发明的装置相对于专利文献1的技术的有利效果>

如在本说明书中的现有技术部分进行了说明的那样，专利文献1的技术在制造饮用水和在清洗反渗透膜时，均没有对供给水进行加压。这是由于专利文献1的技术中使用了低压反渗透膜，该低压反渗透膜在被处理水处于低压状态时，也能有效地工作。相对于此，使用了更加通用的反渗透膜的本发明中，在制造饮用水和清洗反渗透膜时，均由泵30不断地对自来水加压。因此，本发明的装置，即使使用通用的反渗透膜，在制造饮用水时透过水的收率高，而且在清洗反渗透膜时，使膜表面的杂质受到的剪切力大，从而可以提高清洗能力。

并且，在本发明中，通过使用泵30，从而与自来水自身的供给压力的变化无关，可以始终以预定的压力向反渗透膜52供给自来水，从而可以稳定地获得透过水。

<本发明的装置相对于专利文献2的技术的有利效果>

在专利文献2中只设置了用于冲洗膜的阀，相对于此，在本发明中除了用于清洗反渗透膜的第二通道63和通道开放阀64之外，还具有在平时制造饮用水时排出废水的第一通道61和流量调节用阀62。根据该构成，难以发生膜的性能劣化，在制造饮用水时，使供应到反渗透膜52的自来水的压力最佳化而维持透过水的流量，可以使透过水的生产率稳定地提高，而且在清洗反渗透膜52之后，仅通过关闭通道开放阀64，就可以使装置再次迅速地恢复到被供给到反渗透膜52的自来水压力最佳化的状态。

此外，在专利文献2中检测压力，并基于该压力开闭冲洗阀，相对于此，本发明始终以预定的周期进行冲洗。因此，在本发明的装置中，由于在膜表面上堆积一定量(不能通过开放一次通道开放阀52能除去的量)的杂质之前，以一定的间隔清洗反渗透膜52，因此在长时间内无需更换反渗透膜64，可以以高生产率稳定地制造饮用水。

<脉冲电流施加单元>

在本发明的装置中，可以在杂质除去单元50的上游的任意一个位置上设置用于向自来水接通脉冲电流的脉冲电流施加单元42。在本发明的一个实施方式中，优选地在不织布过滤器20和活性炭过滤器40这样的各种前处理过滤器中设置脉冲电流施加单元42，向通过这些过滤器的自来水施加脉冲电流。接通脉冲电流的效果还没有被充分地解释清楚，但是推测具有如下效果，即通过配管内产生的电磁场的变化，使将会在反渗透膜的表面上形成堆积物的离子或分子相互排斥，由此抑制凝聚。即，通过向自来水接通脉冲电流，由配管内产生的电磁场的变化来抑制配管内的自来水中含有的杂质凝聚，从而与不接通脉冲电流的情况相比，可以使反渗透膜的表面上形成的堆积物的量变少。并且，即使形成了堆积物，其组织也较脆弱，因此通过反渗透膜的清洗作业容易剥离。这些效果带来的结果是，反渗透膜的性能下降缓慢，有利于长寿命化。脉冲电流可以通过脉冲电源44和被缠绕在自来水所通过的配管或过滤器外框等的任意一个外周上的线圈46来产生。在本发明的一个实施例中，通过脉冲电源44优选地产生频率为50～60Hz、电流值为1mA～20mA、占空比为45～55％的脉冲。所产生的脉冲电流优选地流通到线圈46上，该线圈46缠绕而布置在用于收纳不织布过滤器20或活性炭过滤器40的外框的外周上，而且线圈46优选为80～130卷。通过流通到线圈的脉冲电流产生的磁场，自来水中通入脉冲电流。脉冲电源44优选地在泵30运行期间工作。

<银离子添加单元>

优选地，透过杂质除去单元50而除去了杂质的透过水，接着通过银离子添加单元70，以用于在透过水中添加银离子。透过反渗透膜52而除去了杂质的透过水中的氯被除去。因此，当透过水被细菌等污染时，不能防止细菌等的繁殖。尤其，如本发明的装置那样从自来水制造饮用水的家庭用装置中，所制造的饮用水有时被长时间存积在水箱中，当饮用水在该水箱中被细菌等污染时，可能会对人体有显著的不良影响。

银离子对细菌等具有极其强的杀菌力，而对人体几乎不存在不良影响，因此近些年被利用于净水器的杀菌材料。在本发明的装置中，优选地在通过杂质除去单元50的透过水中添加银离子，从而使透过水具有持续的抗菌性。本发明的一个实施方式的装置，可以具有用于添加银离子的银离子添加单元70。银离子添加单元70具有由含银多孔陶瓷72构成的材料，透过水通过接触含有银的多孔陶瓷72，在透过水中添加银离子，结果可赋予透过水持续的抗菌性。

为了通过银离子获得抗菌性，需要将数ppb以上的浓度的银离子添加到透过水中。在本发明中，作为含银多孔陶瓷72，使用专利文献4(日本专利第4601361号公报)的实施例1中公开的由多孔陶瓷构成的颗粒状银离子水生成用材料。在银离子添加单元70中，构成为通过银离子添加单元70的透过水接触该颗粒的结构。通过透过水接触颗粒，银离子才从颗粒洗提到透过水中，无需采用使用了特殊技术的电气控制或复杂的银离子浓度管理，也能在透过水中稳定地添加预定浓度的银离子。使用该颗粒所添加的银离子浓度为约5ppb～约90ppb以下。所添加的银离子浓度可以通过改变颗粒中的银含有量或者改变银离子添加单元70中的颗粒数量而进行适当的调整。虽然在日本没有规定影响到健康的银离子浓度的基准，但是美国环境保护厅(EPA)规定的上限为100ppb，通过使用含银多孔陶瓷72，可以稳定地满足该条件。

在此，通过杂质除去单元50的透过水最终会存积在水箱96中。在杂质除去单元50与水箱96之间优选地组合而设置银离子添加单元70、矿物质添加单元80、离子交换树脂层90以及银浸渍活性炭层92这样的各种单元等，但是对透过水流经各单元等的顺序并不进行特别限定。

<矿物质添加单元>

通过杂质除去单元50的透过水优选地通过矿物质添加单元80，以在透过水中添加矿物质。由于通过杂质除去单元50的透过水中杂质极少，因此溶解速度快，对于人体而言，变成不能称为有利于健康的状态。并且，这种透过水被反渗透膜52除去有机物或微生物之外，还被除去自来水中含有的大部分矿物质，因此虽然作为饮用水是安全的，但是不能称为所谓的“美味可口的水”。因此，为了将通过杂质除去单元50的透过水处理为饮用水，优选地添加适当的量的矿物质。本发明的装置包含用于添加矿物质的矿物质添加单元80。在本发明的一个实施方式中，矿物质添加单元80具有天然石填充层82，透过水通过流经天然石填充层82，可以在透过水中添加矿物质，结果可以使透过水变为所谓的“美味可口的水”。

日本旧厚生省的美味可口水研究会，基于对全国自来水的调查结果，对美味可口的水的水质提出了如下的标准。

这些指标均为影响水的美味可口度的因素，尤其钙、镁、钠、钾等矿物质对水的美味可口度起到重要作用，因此需要将蒸发残留物和硬度设为适当的值。

为了在透过反渗透膜52的透过水中添加矿物质而使蒸发残留物和硬度设为适当的值，在本发明的一个实施方式中，可以使用天然石填充层82，该天然石填充层是从天然的岩石等中选择不会洗提出对人体产生不良影响的重金属等的岩石而进行组合的层。矿物质添加单元80在单元内设有天然石填充层82，进入到矿物质添加单元80的透过水，通过天然石填充层82后从矿物质添加单元80流出。作为用于天然石填充层82的天然石，可以将石灰石、化石珊瑚、石英、麦饭石等适当地组合而使用。天然石填充层82可以将每种天然石作为一个层，整体上由多个层构成，也可以将多种天然石混合而构成为一个层。

蒸发残留物和硬度根据天然石填充层82的天然石的构成和在天然石填充层82中透过水的停留时间而决定。在本发明的一个实施方式中，优选地，通过矿物质添加单元80的透过水的硬度为2～50mg/L、蒸发残留物为5～100mg/L，更优选地硬度为2～30mg/L、蒸发残留物为5～50mg/L。硬度2～50mg/L、蒸发残留物5～100mg/L是与深山中的积雪或冰河在地下经过长时间的过滤而得到的“自然水”同等的硬度和蒸发残留物的量。当硬度大于50mg/L、蒸发残留物大于100mg/L时，由于自然水所具有的清爽特性消失，因此不优选采用。并且，当硬度小于2mg/L、蒸发残留物小于5mg/L时，会留下无味的印象，感觉不到美味可口。在此，虽然通过本发明的装置和方法制造的透过水的硬度和蒸发残留物的值，不一定与上述的美味可口水研究会的标准一致，但美味可口水研究会的标准是基于自来水的调查结果而制定的，自来水中感觉到的美味可口和自然水中感觉到的美味可口不一定相同。本发明的发明人根据本发明的装置和方法，以制造出具有与自然水相同程度的“美味可口度”的饮用水作为发明目的。

<其他装置>

反渗透膜52可以除去自来水中含有的几乎所有的杂质，但因为某些原因而导致反渗透膜52发生劣化时，极微量的杂质可能会混入到透过水中。为了从透过水除去这些杂质，在本发明的一个实施方式中，优选地使透过水通过离子交换树脂层90和银浸渍活性炭层92这样的各种装置。这些装置可以使用本领域技术人员周知的装置。

作为离子交换树脂层90，可以使用阴离子交换树脂层、阳离子交换树脂层或将阴离子交换树脂层和阳离子交换树脂层进行组合的树脂层。尤其，作为对人体引起不良影响的物质、需要从透过水除去的物质，可以列举硝酸盐氮和放射性物质。当透过水中含有极微量的硝酸盐氮时，优选地在反渗透膜52之后设置阴离子交换树脂层。并且，当透过水中含有极微量的放射性物质的铯时，优选地在反渗透膜52之后设置阳离子交换树脂层。在其他情况下，即使有某种离子化的有害物质透过了反渗透膜52，但通过适当地组合阴离子交换树脂层和阳离子交换树脂层，可以从透过水中除去这些有害物质。

当透过水中含有透过反渗透膜52的极微量的放射性碘时，优选地设置银浸渍活性炭层92。放射性碘与银之间形成稳定的化合物，因此通过使透过水流经浸渍了银的活性炭层，可以除去放射性碘。

在此，对于透过水通过银离子添加单元70、矿物质添加单元80、离子交换树脂层90、银浸渍活性炭层92的顺序并不进行限定。例如，透过水可以按照银浸渍活性炭层92、离子交换树脂层90、矿物质添加单元80、银离子添加单元70这样的顺序通过。并且，在本说明书中，虽然将银离子添加单元70、矿物质添加单元80、离子交换树脂层90、银浸渍活性炭层92等装置分别作为单独的装置进行了说明，但可以将这些集中而构成为一个单元。例如，该单元可以构成为如下结构，即进入到该单元的透过水与含银多孔陶瓷72接触，然后通过天然石填充层82、离子交换树脂层90、银浸渍活性炭层92之后，从该单元流出。

所制造的饮用水最终存积在水箱96中。对水箱96的材质或结构不进行特别限定。在本发明中，即使存积在水箱96中的饮用水中混入了细菌等，由于饮用水中添加有银离子，因此可以防止细菌等的繁殖。

[实施例]

<废水通道开放阀的开放间隔和透过水量>

将供给压力为0.3MPa的东京都自来水连续流通到具有平均孔径0.0001μm的反渗透膜(陶氏化学公司、薄膜过滤器75G PD)上，求出废水通道开放阀的开放间隔与透过水量的变化之间的关系。将一次开放过程中的开放时间均设为30秒。将自来水以流量20L/h、用泵升压到0.8MPa后供给到反渗透膜。废水通道被分成两个平行的通道，一个通道上设置流量调节用阀，另一个通道上设置通道开放阀。流量调节用阀使用针阀(ESCO公司制造)，通道开放阀使用电磁阀(日本ASKO公司制造)。开始测定时，关闭通道开放阀，针阀的打开程度被调节为使透过反渗透膜的透过水和废水之间的比例成为3∶2。在此，为了防止反渗透膜的劣化，在反渗透膜的上游设置了不织布过滤器(KENT公司制造、5μm沉淀物过滤器)和活性炭过滤器(KENT公司制造)。开始通水时的透过水量为12L/h。

表1为在改变通道开放阀的开放间隔的过程中，表示开始通水后透过水量伴随时间的变化的表。在表1中，将开放间隔为每隔5分钟、每隔10分钟、每隔30分钟以及每隔60分钟时的情况分别作为实施例1～4，开放间隔为除此之外的其他情况作为比较例。通水时间为开始通水后的经过时间，各通水时间的时间点上的数值表示将通水开始时的透过水量设为100时，各通水时间的时间点上的相对透过水量。在此，假设饮用水制造装置的运行时间为每天4个小时，则1000小时相当于250天，2000小时相当于500天，3000小时相当于750天。每天4个小时的运行时间是根据如下情况设定的，假设用于烹调的水为10L/次×3次/日，用于喝的水为10L/日，则一天的水利用量为40L/日，当透过水量的制造能力为10L/h时，需要4个小时。透过水的制造能力10L/h是开始通水时的制造能力12L/h(自来水供给量20L/h的60％)和如后述那样透过水量变为开始通水时的60％时(反渗透膜的更换时期)的制造能力7.2L/h的平均值。

[表1]

从表1的结果可知，在实施例1～实施例4中，通水时间经过了3000小时后的时刻，还能获得开始通水时的60％以上的透过水量。在此，本发明的发明人将透过水量设为开始通水时的60％以上的理由在于，考虑到反渗透膜中堆积杂质引起的杂质除去能力的降低和透过水的生产率下降引起的浪费，认为生产率下降到小于开始通水时的60％时更换反渗透膜是理想的。例如，随着透过水的生产率的下降，要确保所需的饮用水需要时间。如果生产率下降到开始通水时的50％，则要得到相同量的饮用水，饮用水制造装置的运行时间变成两倍，这将超过作为高性能饮用水制造装置的能力(单位时间的透过水量)的设计容许值。并且，装置的电力消耗也升到两倍，不够经济。此时，饮用水的使用者因为可使用的饮用水不足，可能不得不使用没有净化的水，因此需要防止这种情况发生。此外，从装置的供给能力下降的情况可想而知，反渗透膜的内部浸透着杂质，这将涉及到杂质除去能力的降低。因此，本发明的发明人在供给安全饮用水的基础上，以生产率达到开始通水时的60％左右时作为更换反渗透膜的标准。

另外，如比较例2和比较例3所示，当开放间隔长时，可以得知过滤性能在短期内下降，需要短期内更换反渗透膜。在此，开放间隔短至每隔1分钟的比较例1中，虽然经过3000小时时还能得到开始通水时的90％的透过水量，但即使以如此短的间隔进行膜的清洗，不仅其清洗效果小，在开放期间所供给的大部分水被废弃，因此透过反渗透膜的水相对变少，并不经济。

<废水的通道开放阀的开放时间和透过水量>

使用与求出废水的通道开放阀的开放间隔与透过水量之间的关系的装置相同的装置，求出通道开放阀的开放时间和开始通水后经过3000小时时的透过水量的变化之间的关系。表2中表示其结果。将开放间隔设为30分钟。表2中的实施例3与表1中的实施例3为相同的实验结果。

[表2]

从表2的结果可知，在实施例3和实施例5的情况下，在通水时间经过了3000小时后的时刻，还可以得到开始通水时的60％以上的透过水量。另外，如比较例5所示，当开放时间短时，在短期内过滤性能下降，需要更换反渗透膜。在此，开放时间长至60秒的比较例6中，虽然在经过3000小时之后还能得到开始通水时的60％以上的透过水量，但开放时间如此过长时，废水量增加，从经济方面考虑认为并不是优选的方案。

<含有放射性物质的水的处理>

将含有放射性物质的原水连续地流通到具有平均孔径0.0001μm的反渗透膜(陶氏化学公司、薄膜过滤器75GPD)上，确认放射性物质的除去状态。原水以10L/h的流量、用泵升压到0.5MPa后被供给到反渗透膜。废水通道被分支为两个平行的通道，在一侧通道上设置流量调节用阀，另一侧通道上设置通道开放阀。流量调节用阀使用针阀(ESCO公司制造)，通道开放阀使用电磁阀(日本ASKO公司制造)。开始测定时，关闭通道开放阀，针阀的流量被调节为使透过反渗透膜的透过水和废水之间的比例成为3∶2～2∶1。在此，为了防止反渗透膜的劣化，在反渗透膜的上游设置了不织布过滤器(KENT公司制造、5μm沉淀物过滤器)和活性炭过滤器(KENT公司制造)。开始通水时的透过水量为6L/h。

原水中所含有的放射性物质的种类和放射能浓度如下所示。放射能浓度由检测界限值为10Bq/kg的锗半导体检测器(CANBERRA公司制造)进行检测。在此，没有检测到碘131。

原水：铯134：400Bq/kg

铯137：460Bq/kg

处理后透过水和废水的放射能浓度为如下所示。

透过水：没有检测到任何物质

废水：铯134：980Bq/kg

铯137：1100Bq/kg

从该结果可知，原水中所含有的放射性物质全部被反渗透膜分离，被转移到废水中。

Claims (16)

1.一种饮用水制造装置，使用反渗透膜除去自来水中的杂质，并制造具有持续的抗菌性的、含有矿物质的饮用水，其特征在于，包含：

泵，用于对自来水加压；

反渗透膜，将加压的所述自来水分离成含有杂质的废水和透过水；

并排布置的第一通道和第二通道，用于使所述废水流动；

流量调节单元，具有设置在所述第一通道中以用于控制在该通道中流动的废水流量的流量调节用阀、设置在所述第二通道中以用于开闭该通道的通道开放阀、用于控制该通道开放阀的开闭的控制装置；

水箱，用于存积所述透过水，

在制造饮用水时，关闭所述通道开放阀，通过调节所述流量调节用阀的流量，维持所述透过水的流量，在清洗所述反渗透膜时，一边维持对所述自来水的加压，一边由所述控制装置开放所述通道开放阀，对堆积在所述反渗透膜表面的杂质进行剥离。

2.根据权利要求1所述的饮用水制造装置，其特征在于，通过所述控制装置以预定的间隔和时间开放所述通道开放阀。

3.根据权利要求2所述的饮用水制造装置，其特征在于，所述通道开放阀被开放的间隔为每隔5分钟～60分钟，所述通道开放阀被开放的时间为10秒钟～40秒钟。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的饮用水制造装置，其特征在于，在所述反渗透膜和所述水箱之间还具有由含银多孔陶瓷构成的材料，通过使该材料接触所述透过水，在所述透过水中添加银离子。

5.根据权利要求4所述的饮用水制造装置，其特征在于，与所述材料接触之后的所述透过水中含有的银离子浓度为5～90ppb。

6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的饮用水制造装置，其特征在于，还包含脉冲电流施加单元，以用于向供给到所述反渗透膜的自来水中接通脉冲电流。

7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的饮用水制造装置，其特征在于，在所述反渗透膜和所述水箱之间还具有由一种或多种天然石构成的天然石填充层，通过使所述透过水流经该天然石填充层，在所述透过水中添加矿物质，以使所述透过水的硬度和蒸发残留物与自然水达到同等程度。

8.根据权利要求1至3中的任意一项所述的饮用水制造装置，其特征在于，在所述反渗透膜与所述水箱之间还具有离子交换树脂层和银浸渍活性炭层，所述离子交换树脂层用于从所述透过水除去没能被所述反渗透膜除去的离子，所述银浸渍活性炭层用于从所述透过水除去没能被所述反渗透膜除去的放射性元素。

9.一种饮用水制造方法，使用反渗透膜除去自来水中的杂质，并制造具有持续的抗菌性的、含有矿物质的饮用水，其特征在于，包含：

对自来水加压的工序；

通过反渗透膜，将加压的自来水分离成含有杂质的废水和透过水的工序；

通过并排布置的第一通道和第二通道废弃所述废水的工序；

将所述透过水存积在水箱中的工序，

在制造饮用水时，关闭所述第二通道，通过调节在所述第一通道中流动的废水的流量，维持所述透过水的流量，在清洗所述反渗透膜时，一边维持对所述自来水的加压，一边开放所述第二通道，对堆积在所述反渗透膜表面的杂质进行剥离。

10.根据权利要求9所述的饮用水制造方法，其特征在于，所述第二通道的开放动作以预定的间隔和时间进行。

11.根据权利要求10所述的饮用水制造方法，其特征在于，所述第二通道被开放的间隔为每隔5分钟～60分钟，所述第二通道被开放的时间为10秒钟～40秒钟。

12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的饮用水制造方法，其特征在于，还包含通过使所述透过水接触由含银多孔陶瓷构成的材料，在所述透过水中添加银离子的工序。

13.根据权利要求12所述的饮用水制造方法，其特征在于，与所述材料接触之后的所述透过水中含有的银离子浓度为5～90ppb。

14.根据权利要求9至11中的任意一项所述的饮用水制造方法，其特征在于，还包含向被供给到所述反渗透膜的自来水中接通脉冲电流的工序。

15.根据权利要求9至11中的任意一项所述的饮用水制造方法，其特征在于，还包含在所述透过水中添加矿物质的工序，通过使所述透过水通过由一种或多种天然石构成的天然石填充层，使所述透过水的硬度和蒸发残留物达到与自然水同等的程度。

16.根据权利要求9至11中的任意一项所述的饮用水制造方法，其特征在于，还包含如下工序：

通过使所述透过水流经离子交换树脂层，从所述透过水除去没能被所述反渗透膜除去的离子的工序；以及

通过使所述透过水流经银浸渍活性炭层，从所述透过水除去没能被所述反渗透膜除去的放射性元素的工序。

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