JP2008290008A - 浄水器 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔質のろ材を用いたもので、ろ材の厚みを増したりろ材の細孔の孔径を縮小化したりすることなく、粒径の小さい懸濁粒子の捕捉性能を向上させることが可能な浄水器を提供する。
【解決手段】この浄水器１は、第１電極１１と、絶縁部材１２を介し第１電極１１と離れた位置にある導電性を有する多孔質のろ材１３と、ろ材１３に接触する第２電極１４と、第１電極１１と第２電極１４の間の印加電圧を発生する直流電源１６と、を備え、浄水モードではろ材１３が正電位となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、原水中の懸濁粒子をろ材で捕捉する浄水器に関する。

家庭用の浄水器は、水道水（原水）中の無機粒子、バクテリアなどの懸濁粒子をろ材で捕捉（吸着）するろ過方式が広く用いられている。ろ材は、比較的簡単な構成でありながら懸濁粒子を効率的に捕捉できるものであり、非常に多くの細孔（pore）を表面及び内部に有する多孔質のもの、特に活性炭を主材料とするものが多く用いられている。活性炭の細孔の孔径は大小様々であり原料や製法により分布は異なるが、小さいものは１０〜１００Å程度、大きいものは１００，０００Å（１０μｍ）程度である。懸濁粒子は種々のメカニズムによってろ材の細孔に捕捉される。例えば、ふるい分けによるものであり、細孔を通過しようとする懸濁粒子は、細孔の入口又は途中の粒径よりも狭い部分に挟まって捕捉される。また、細孔の孔径が懸濁粒子の粒径よりも大きい場合であっても、細孔の屈曲部分において水の流れに追従できず慣性力により衝突したり、ブラウン運動により揺れ動いた結果衝突したり、静電気力により引き寄せられたりして、細孔の壁に付着する。また、いずれのメカニズムによっても細孔の壁に近づくと、ファンデルワールス力により懸濁粒子と細孔の壁は互いに結合しようとする。

ろ過方式の浄水器は、懸濁粒子の捕捉性能の向上のため、従来より種々の提案がなされている。特許文献１、２は本願発明者の一人が発明者として提案したものであって、水道水を浄水筒内のろ材に逆流させる定期的な洗浄を容易にし、ろ材に溜まった懸濁粒子による目詰りを減ずることで、ろ材の経時的な捕捉性能の劣化を軽減するものである。特許文献３は、２個の電極間に直流４８Ｖ以下の電圧を印加しそこを通過する水道水に電流を流して水自体や懸濁粒子を電離させることで、懸濁粒子が活性炭のろ材に捕捉され易くなるとしている。

なお、特許文献４は、多孔質のろ材ではないが、繊維の固まりをろ材として２個の電極間に配置し、電極間に直流電圧を印加して繊維表面に分極電荷を発生させ、静電気力により懸濁粒子を捕捉しようとするものである。

特開平４−２５０８７８号公報 特開２００６−３１４９６４号公報 特開平１０−３４１３６号公報 特開平１１−２６２６１１号公報

しかしながら、家庭用の浄水器にあっては、安全意識の高まりもあり、更なる懸濁粒子の捕捉性能が向上したものが求められている。特に、水道水の水質は、世界的に見ると地域間格差が大きく、水質の良好でない地域において、とりわけ粒径の小さい懸濁粒子が十分に捕捉されるような高い性能であり、しかもその性能が維持できる浄水器が求められている。

粒径の小さい懸濁粒子の捕捉性能を向上させるには、ろ材の厚みを増したりろ材の細孔の孔径を縮小化したりするのが効果的であるが、必要な水圧が増し、妥当な時間で必要な浄水の量を得るのが難しくなる。

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、多孔質のろ材を用いたもので、ろ材の厚みを増したりろ材の細孔の孔径を縮小化したりすることなく、粒径の小さい懸濁粒子の捕捉性能を向上させることが可能な浄水器を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１電極と、第１電極とは離反した位置に配設され多孔質材を含み導電性を有するろ材と、ろ材に接触して配設された第２電極と、前記第１電極と第２電極の間に電圧を印加する直流電源と、を備え、少なくとも原水が前記第１電極、ろ材、第２電極を通過して浄水となる浄水モードを有し、浄水モードにおいて、前記直流電源により前記ろ材を正電位とすることを特徴とする。

請求項２に記載の浄水器は、請求項１に記載の浄水器において、原水が前記第２電極、ろ材、第１電極を通過してろ材の洗浄を行う洗浄モードを有し、浄水モードではろ材が正電位に、洗浄モードではろ材が負電位に、それぞれなるように、前記直流電源の極性を切り換える極性切換手段を更に備えることを特徴とする。

請求項３に記載の浄水器は、請求項２に記載の浄水器において、前記第１電極、前記ろ材、前記第２電極を収容する浄水筒と、原水が供給される流入ポートと浄水モード時に浄水が流出する流出ポートとが設けられたケーシングと、前記浄水筒に一体的に設けられて浄水筒とケーシングとの間に介在し、浄水モードでは前記第１電極から前記第２電極の向きに通水し、洗浄モードでは前記第２電極から前記第１電極の向きに通水するように流路を切り換える位置になる弁体と、を更に備えることを特徴とする。

請求項４に記載の浄水器は、請求項３に記載の浄水器において、前記直流電源はケーシングに収納され、前記弁体は、浄水モードの位置と洗浄モードの位置により直流電源の極性を切り換える極性切換手段の機能を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の浄水器は、請求項１乃至４のいずれかに記載の浄水器において、前記ろ材は、活性炭を主材料としたものであることを特徴とする。

請求項６に記載の浄水器は、請求項５に記載の浄水器において、前記ろ材は、活性炭に珪藻土粒子を混合したものであることを特徴とする。

請求項７に記載の浄水器は、請求項１乃至６のいずれかに記載の浄水器において、浄水モードでの前記印加電圧は、０．２〜１．３Ｖであることを特徴とする。

請求項８に記載の浄水器は、請求項１乃至７のいずれかに記載の浄水器において、第１電極と第１電極とは離反した位置に配設され導電性を有する多孔質材を含む第２ろ材と、第２ろ材に接触して配設された第３電極と、前記第１電極と第３電極の間に電圧を印加する第２直流電源と、を更に備え、浄水モードにおいて、前記第２直流電源により前記第２ろ材を負電位とし、前記第２ろ材は、原水が前記ろ材を通過する前に第２ろ材を通過するよう配設されていることを特徴とする。

本発明の浄水器によれば、ろ材を導電性を有する多孔質のものとし、浄水モードではろ材が強制的に正電位になるようにしたので、懸濁粒子はろ材の細孔の壁に静電気力により引き寄せられて捕捉される。その結果、ろ材の厚みを増したりろ材の細孔の孔径を縮小化したりすることなく、懸濁粒子の捕捉性能を向上させ、特に、粒径の小さい懸濁粒子の捕捉性能を遥かに向上させることできる。また、洗浄モードでろ材が負電位になるようにすると、懸濁粒子は反発して排出され、特に、粒径の小さい懸濁粒子は容易に排出されることで、ろ材の捕捉性能が維持される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る浄水器１の要部の模式図である。図１において、１０は浄水筒であり、この浄水筒１０の内部には、第１電極１１、絶縁部材１２、ろ材１３、第２電極１４が順に収容され、第１電極１１は第１流路１０ａに、第２電極１４は第２流路１０ｂに、それぞれ面している。ろ材１３は、導電性を有する多孔質材よりなり、絶縁部材１２を介在させることにより、第１電極１１とは電気的に離反した位置に配設される。第２電極１４は、ろ材１３に電気的に接触して配設される。１６は直流電源であり、この直流電源１６は、後に詳述する極性切換手段１５を介して第１電極１１と第２電極１４に接続され、両電極１１、１４の間に電圧を印加する。この浄水器１は、少なくとも原水が第１電極１１、ろ材１３、第２電極１４を通過して浄水となる浄水モードを有するものであり、この浄水モードにおいて、直流電源１６によりろ材１３を正電位としている。そして、浄化すべき原水（例えば水道水）は、第１流路１０ａから流入し、第１電極１１、絶縁部材１２、ろ材１３、第２電極１４を通過して第２流路１０ｂに至る。その際、原水は、後に詳述するように、ろ材１３により懸濁粒子が捕捉（ろ過）され、浄水となって第２流路１０ｂから外部に流出する。

浄水筒１０、第１電極１１、絶縁部材１２、ろ材１３、第２電極１４の具体的な形状や配置及び通水の向きは、浄水器１の具体的仕様（例えば、蛇口直結型や据え置き型など）により適宜決められる。また、第１電極１１、絶縁部材１２、第２電極１４は、通水の妨げとなってはならない形状である。例えば、後述の実験設備のように、浄水筒１０を縦置きの円筒状とし、第１電極１１と第２電極１４をリング状、絶縁部材１２を網目の円盤状、ろ材１３を円柱状とし、順に積層して通水の向きを上から下にすることができる。また、後述の蛇口直結型の浄水器１Ａのように、例えば、第１電極１１、第２電極１４を大小の径の網目の円筒状として同軸に配置し、絶縁部材１２も網目の円筒状、ろ材１３を中抜きの円柱状とし、通水の向きを外から内にすることができる。また、第１電極１１は、縦置き又は横置きの棒状としたり、浄水筒１０の一部を導電性としてそれに用いたりすることも可能である。なお、絶縁部材１２は、第１電極１１とろ材１３とを確実に離れた位置にして絶縁するものであるが、それらの接触が防止できるのならば省略することができる。

浄水筒１０は、絶縁性のものであれば材質は特に限定されず、例えば、プラスチック、ガラスなどにより形成する。第１電極１１と第２電極１４は、導電性の高いものが望ましいが、少なくともろ材１３よりも高ければよく、通水による錆や腐食が発生し難いように、例えば、ステンレスにより形成する。絶縁部材１２は、絶縁性のものであれば材質は特に限定されず、例えば、テフロン(登録商標)やその他の素材（ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系素材、ＰＦＡ等のフッソ系素材、ポリスルホン系素材など）により形成する。また、絶縁部材１２は、例えばこれらの材質からなる中空糸膜で構成してもよい。

ろ材１３は、非常に多くの細孔を表面及び内部に有し、細孔を通過しようとする原水中の懸濁粒子を細孔の入口又は途中の部分で捕捉する多孔質材よりなる。また、ろ材１３は、導電性を有するとともに一端が第２電極１４に電気的に接触しているので、他端まで第２電極１４の電位とほぼ等しくなる。ろ材１３の多孔質材は、従来より浄水器に多く用いられているように、活性炭を主材料としたものが望ましい。また、上記特許文献２に記載されているように、懸濁粒子の捕捉性能を高めるために珪藻土を活性炭に混合してもよい。この場合、導電性がなくならないように混合の割合に注意することが必要である。珪藻土は活性炭より通常は孔径の大きな細孔を有する多孔質材であり、活性炭と珪藻土を混合することで、ろ材１３の有する孔径の分布が広がって多様な粒径の懸濁粒子に対応でき、これが捕捉性能を高める一因となる。また、多孔質材は、ポリアセチレンやポーラス状の金属を一部又は全部に用いることも可能である。また、ろ材１３は、浄水器１の仕様に応じ、ろ材粒子（例えば、活性炭粒子、活性炭粒子と珪藻土粒子の混合物）を集積しただけのものであったり、ろ材粒子をバインダ（例えば、アクリル系樹脂）でブロックに成形したものであったりする。なお、バインダを用いると細孔の孔径が多少小さくなることがある。

直流電源１６は、乾電池などの電池又は商用交流電源を直流化する装置から成る。後述のように、望ましい電圧は１．３Ｖ以下であるので、軽量化、小型化、低コスト化などの観点から乾電池が望ましい。極性切換手段１５は、浄水器１の基本機能である浄水モードに加え、原水が第２電極１４、ろ材１３、第１電極１１を通過してろ材１３の洗浄を行う洗浄モードを有する場合に必要となるものであり、浄水モードではろ材１３が正電位に、洗浄モードではろ材１３が負電位に、それぞれなるように、直流電源１６による印加電圧の極性を切り換える。すなわち、直流電源１６の正負の２個の端子１６０、１６１と第１電極１１及び第２電極１４の２個の端子１６２、１６３の間の接続の仕方を変えるものである。その具体的な構造は、浄水器１の仕様に応じ、外部スイッチ（図示せず）の操作に応じて印加電圧の極性を切り換えるような電子回路であってもよいし、直流電源１６の正負の２個の端子１６０、１６１か第１電極１１及び第２電極１４の２個の端子１６３、１６２が物理的に動くことで接触関係が変わり、印加電圧の極性を切り換えるような機構であってもよい。

次に、浄水器１の全体の作用について説明する。浄水を得る浄水モードでは、直流電源１６の正側が第２電極１４の電位に、負側が第１電極１１の電位になるように極性切換手段１５が操作される。従って、導電性を有するろ材１３は強制的に正電位となり、正に帯電することになる。懸濁粒子を含有する原水は浄水筒１０の第１流路１０ａ、第１電極１１、絶縁部材１２を通過してからろ材１３に流入する。懸濁粒子は、上記の通り、ふるい分け、慣性力、ブラウン運動などにより細孔に捕捉される。更には、懸濁粒子は正に帯電しているものが少し存在する場合もあるが、懸濁粒子の多くは負に帯電しており、それらは正電位のろ材１３の細孔の壁に静電気力により引き寄せられ付着し捕捉される。後の実験結果で詳述するが、粒径の小さい懸濁粒子はその質量が小さいことから、静電気力によって捕捉され易い。従って、捕捉される粒径の小さい懸濁粒子は、ろ材を強制的には正電位としない場合に比べ遥かに多い。こうして、ろ材の厚みを増したりろ材の細孔の孔径を縮小化したりすることなく、必要な水圧が増加することなく、水質の良好でない地域において粒径の小さい懸濁粒子が十分に捕捉されるようになる。

また、ろ材１３の電位は０．２〜１．３Ｖが望ましい。これは、後述の実験結果に示すように、０．２Ｖ以上になると効果が現れ易く、１．３Ｖを超えると水中に浸される電極やろ材により水が電気分解を起こす可能性があるからである。

ろ材１３に浄水モードと逆方向に通水して洗浄する洗浄モードでは、直流電源１６の正側が第１電極１１の電位に、負側が第２電極１４の電位になるように極性切換手段１５が操作される。従って、導電性を有するろ材１３は強制的に負電位となり、負に帯電することになる。ろ材１３に捕捉され負に帯電している懸濁粒子の多くは静電気力によってろ材１３に反発しながら排出される。こうして、粒径の小さい懸濁粒子は容易に排出され、また、たとえ静電気力以外のメカニズムにより付着したものであっても、負に帯電していれば反発して排出される。その結果、ろ材１３に溜まった懸濁粒子による目詰りは減ぜられ、ろ材１３の経時的な捕捉性能の劣化が軽減され、捕捉性能が維持される。

浄水器１は更なる構成を加えて改良することも可能である。図２の模式図に示す浄水器１’は、浄水モードにおいて正電位のろ材１３の前段に負電位の第２ろ材１３’を有するようにしたものである。浄水筒１０の内部には、前記の第１電極１１と絶縁部材１２の間に、第２絶縁部材１２’、第２ろ材１３’、第３電極１４’が順に収容される。第２ろ材１３’は、導電性を有する多孔質材よりなり、第２絶縁部材１２’を介在させることにより、第１電極１１とは電気的に離反した位置に配設される。第３電極１４’は第２ろ材１３’に電気的に接触して配設される。ろ材１３は、絶縁部材１２を介在させることにより、第３電極１４’と電気的に離反した位置に配設されることになる。また、直流電源として、１６の他に１６’が設けられ、この直流電源１６’は、第１電極１１と第３電極１４’に接続され、両電極１１、１４’の間に負の電圧を印加する。浄化すべき原水は、第１流路１０ａから流入し、第１電極１１、第２絶縁部材１２’、第２ろ材１３’、第３電極１４’、絶縁部材１２、ろ材１３、第２電極１４を通過して第２流路１０ｂに至る。

浄水モード及び洗浄モードにおいて、浄水器１’の第１電極１１、ろ材１３、第２電極１４、極性切換手段１５、直流電源１６の動作は浄水器１と同様である。そして、直流電源１６’の正側が第１電極１１の電位に、負側が第３電極１４’の電位になっており、第２ろ材１３’は強制的に負電位となり、負に帯電している。浄水モードでは、負電位の第２ろ材１３’に流入した原水中の懸濁粒子は静電気力により反発し、後述のバインダで成形したろ材１３を用いた実験結果に示すように、大きい粒径の多くの懸濁粒子は細孔に入れず浮遊し表面全体に堆積する。小さい粒径の懸濁粒子は細孔を通過し、後段のろ材１３に流入して前記と同様に振舞う。洗浄モードでは、第２ろ材１３’の表面全体に堆積した懸濁粒子は、逆方向の流水の圧力により比較的容易に剥離し排除される。こうして、大きい粒径の懸濁粒子によるろ材１３の目詰まりを軽減することができる。なお、洗浄モードでろ材１３から排出された懸濁粒子は、第２ろ材１３’を通過して排除される。洗浄モードでは、直流電源１６’の電圧を遮断し、第２ろ材１３’の強制的な帯電を一時停止してもよい。また、バインダの量を調整するかろ材粒子そのものを調整するかなどして、第２ろ材１３’の細孔の入口の孔径の分布をろ材１３と異ならせることも可能である。また、正に帯電した懸濁粒子が存在した場合、浄水モードにおいて、それらは第２ろ材１３’の細孔の壁に静電気力により引き寄せられ付着し捕捉される。

本願発明者が具体的に実験を行った結果を以下に示す。先ず、前実験として、懸濁粒子たるカオリン粒子のゼータ電位とろ材１３の主材料たる活性炭粒子のゼータ電位を測定した。ゼータ電位は、粒子の表面電位の尺度として広く使用されるものである。測定方法は、実験粒子（カオリン粒子又は活性炭粒子）を水に添加し、水中の実験粒子同士を超音波洗浄器（株式会社島津製作所製Ｈｉ−ＰＯＷＥＲ ＳＵＳ−２００）により引き離した。そして、０．０２Ｎ ＮａＯＨ、Ｈ_２ＳＯ_４溶液でｐＨを変化させ、ゼータ電位計（株式会社マイクロテック・ニチオン製ＺＥＥＣＯＭ（ＴＭ）ＺＣ−２０００）により電圧をかけ、実験粒子の泳動速度を測定した。図３においてＡ線、Ｂ線はそれぞれカオリン粒子、活性炭粒子の実験結果を示している。横軸はｐＨ、縦軸はゼータ電位である。これらの粒子は、負電位に帯電していることが分かる。懸濁粒子たるカオリン粒子は−４０〜−１０ｍＶに帯電している。また、ろ材１３の主材料たる活性炭粒子は強制的に電圧を印加しなければ、通常、正には帯電しないことが分かる。なお、ｐＨを下げるとゼータ電位が上がり、特に活性炭粒子は急激に上がっている。これは、活性炭粒子はＨ^＋を非常に吸着し易いためと考えられる。

次に、図１の浄水器１を具体化した図４に示す実験設備により、カオリン粒子を水中に含有させた懸濁液のろ過実験を行った。懸濁液中のカオリン粒子の濁度Ｗ（濃度）は１００ｍｇ／Ｌとし、また、自然水に近い塩を含ませるために懸濁液５００ｍｌに対し０．５ｍｍｏｌの塩化カリウム（ＫＣｌ）を添加し、上記の超音波洗浄器によりカオリン粒子等を十分に分散させた。実験設備の構成は、直径約８ｃｍの円筒状の浄水筒１０を使用し、第１電極１１、絶縁部材１２、ろ材１３、第２電極１４を上下に積層した。第１電極１１と第２電極１４はリング状のステンレス製とし、絶縁部材１３は網目を有した円盤状のテフロン(登録商標)製とした。ろ材１３は約１５０μｍ程度の粒径の活性炭粒子をバインダで成形せずにそのまま充填し、上下を金網で挟んで厚さ約３ｍｍとした。懸濁液は、容器１０１からポンプ１０２を用いて浄水筒１０に供給した。ろ過性能の測定は、ポンプ１０３により送られたろ過後の浄水に光を当てその透過光から吸光度Ｙを分光光度計（オーシャンオプティクスＩｎｃ．製ＵＳＢ−２０００）１０４を用いて約２秒毎に測定することにより行った。なお、吸光度Ｙと透過率Ｘの関係は、
Ｙ＝２−ｌｏｇ_１０Ｘ ・・・（１）
である。また、純水５００ｍｌに対し０．５ｍｍｏｌのＫＣｌを添加したＫＣｌ添加純水を容器１０５に用意した。０点調整のために、分光光度計１０４がポンプ１０６により送られたＫＣｌ添加純水を測定できるように水路分岐１０７を設け、ＫＣｌ添加純水の吸光度Ｙを３分間測定した。

図５は、ろ過の速度を２０ｍｌ／ｍｉｎとなるように懸濁液を浄水器１に供給し、ろ材１３の電位を順に変更した実験結果である。（ａ）は、ろ材１３の電位を０Ｖ、０．１Ｖ、０．２Ｖ、０．５Ｖ、１．０Ｖ（各々図中のデータＣ、Ｄ^＋、Ｅ^＋、Ｆ^＋、Ｇ^＋が対応）に設定したものであり、（ｂ）は、０Ｖ、−０．１Ｖ、−０．５Ｖ、−１．０Ｖ（各々図中のデータＣ、Ｄ⁻、Ｆ⁻、Ｇ⁻が対応）に設定したものである。なお、各々のろ材１３の電位の設定において、０点調整後に水路を切り換えて浄水の吸光度Ｙの測定を行った。

図５（ａ）より、ろ材１３を０．２Ｖ以上の正の電位とすると、吸光度Ｙが低くなっているのが認められる。従って、ろ材１３を正の電位とすることで、ろ過性能が向上できることが分かる。これは、カオリン粒子が負に帯電していて、静電気力によりろ材１３の細孔の壁に引き寄せられ付着するものが増大したものと考えられる。０．１Ｖの正の電位で効果が現れなかったのは、０．１Ｖを印加しても、ろ材１３たる活性炭の負のゼータ電位を打ち消してカオリン粒子を引き寄せるほどに完全な正の電位にはならなかったためと考えられる。なお、０．２Ｖ以上では、吸光度Ｙの電圧依存性はほとんど認められなかった。図５（ｂ）より、ろ材１３を負の電位としても、吸光度Ｙはほとんど変化がないのが分かる。従って、この実験結果では、ろ材１３を負の電位としても、ろ過性能はほとんど向上できなかった。

表１は、ろ過開始後の浄水の吸光度Ｙから、ろ過前の懸濁液からのカオリン粒子の除去量Ｖを計算したものである。濁度Ｗが２５ｍｇ／Ｌ、５０ｍｇ／Ｌ、７５ｍｇ／Ｌの懸濁液の吸光度Ｙをそれぞれ予め測定して導いておいた実験式
Ｙ＝０．００１８４Ｗ−０．０００３８ ・・・（２）
に当てはめ、浄水の濁度Ｗを各時間毎に計算し、ろ過前の懸濁液（濁度Ｗが１００ｍｇ／Ｌ）との差を求め、これに流量を乗じ、ろ過開始時からろ過終了時までの処理時間（４０分）で積分することにより、除去量Ｖを求めた。すなわち、除去量Ｖは、ろ過によってろ材に捕捉されたカオリン粒子の総量を表している。ろ材１３を０．２Ｖ以上の正の電位とすると、除去量Ｖは、印加電圧が０の場合に対し７５％程度向上することが認められる。

また、図６は、ろ過前の懸濁液とろ過開始１５分後の浄水について、カオリン粒子の相対的な粒度分布を示したものである。図示しているのは、ろ材１３の電位が０．５Ｖのものであり、ろ過前が曲線Ｌ、ろ過後が曲線Ｍである。粒径約１０μｍ以上のカオリン粒子は、上記のふるい分け等により多く細孔に捕捉されたものと考えられる。それよりも粒径が小さいものでは、ろ過後の粒径約１μｍ当りのカオリン粒子の割合が相対的に低くなっている。これは、粒径の小さい粒子は粒径が小さい程その質量が小さいことから、正電位のろ材１３の細孔に静電気力によって捕捉され易かったからと考えられる。

次に、以上のろ過実験の後に、洗浄実験を行った。図７は、その実験結果である。ろ過実験を行ったものについて、上記のＫＣｌ添加純水を懸濁液のかわりに浄水器１に供給し、ろ材１３の電位の絶対値を同じにしたまま極性を反対にして洗浄排水の吸光度Ｙを測定した。ろ材１３における通水の向きは、ろ過実験のときと同じである。同図のデータＮ、Ｐ、Ｑはそれぞれ、ろ過実験のろ材１３の電位が０．２Ｖ、０．５Ｖ、１．０Ｖだったものについて、−０．２Ｖ、−０．５Ｖ、−１．０Ｖとしたものである。

表２に示す除去量Ｖは、表１のものと同じであり、ろ過によってろ材１３に捕捉されていたカオリン粒子の総量を表している。洗浄量は、洗浄排水の吸光度Ｙからその濁度Ｗを上式（２）によって各時間毎に求め、これに流量を乗じ、洗浄開始５００秒間の処理時間で積分したものであり、洗浄によってろ材１３から排出されたカオリン粒子の総量を表している。ろ材残留量は、除去量Ｖから洗浄量を引いて求めたものである。洗浄効率は、洗浄量を除去量Ｖで割って求めたものである。

図７及び表２より、ろ材１３が負電位になることにより、静電気力によってカオリン粒子が排出されていることが認められる。また、ろ材１３の電位が−０．５Ｖの場合が優れて良く、洗浄効率は電位によって異なることが認められる。この理由は定かではないが、−０．５Ｖの場合は、カオリン粒子が静電気力による反発力の効果を受け易かったと考えられる。また、−０．２Ｖの場合は、静電気力による反発力よりもファンデルワールス力による吸引力が大きかったために、カオリン粒子が脱着し難かったとも考えられる。また、−１．０Ｖの場合は、カオリン粒子の電荷が正の高い電位により中和されたとも考えられる。

次に、バインダで成形したろ材１３により、バインダで成形せずに活性炭粒子をそのまま充填した上記の実験と同様にしてろ過実験と洗浄実験を行った。ろ材１３は活性炭粒子からなり、バインダとしてアクリル系樹脂を全体の５重量％程度添加している。図８はろ材１３の電位を−０．５Ｖ、−０．２Ｖ、０Ｖ、０．２Ｖ、０．５Ｖ（各々図中のデータＦ⁻、Ｅ⁻、Ｃ、Ｅ^＋、Ｆ^＋が対応）に設定したろ過実験の結果である。表３は、表１と同様にして、カオリン粒子の除去量Ｖを計算したものである。表４は、表２と同様にして、洗浄量、ろ材残留量、洗浄効率を求めたものである。

これらの実験結果からは、バインダで成形せずに活性炭粒子をそのまま充填した上記実験結果と傾向が異なり、ろ材１３を正電位とした場合だけでなく負電位とした場合においても、吸光度Ｙの低下、除去量Ｖの向上が認められる。これは、バインダで成形することによりろ材１３の細孔の入口の孔径が小さくなって静電気力が大きくなり、負に帯電しているカオリン粒子で粒径が大きいものが静電気力の反発によって細孔に入り込まなかったためと考えられる。なお、ろ材１３の電位が０Ｖのものの表３に示す除去量Ｖが表１に示す除去量Ｖよりも多くなっているのは、バインダで成形することによりろ材１３の細孔の孔径が小さくなっていたことを示すもの考えられる。ろ過実験直後のろ材１３の表面を観察すると、図９に示すように、ろ材１３の電位が−０．２Ｖのものでは、ろ材１３の全体的にカオリン粒子が多く堆積していた。これに対し、ろ材１３の電位が０Ｖのものでは、図１０（ａ）に示すように、カオリン粒子はほとんど観察されず、ろ材１３の電位が＋０．２Ｖのものでは、図１０（ｂ）に示すように、カオリン粒子が少し堆積していた。

次に、浄水器１をより具体化した実施形態に係る浄水器を説明する。ここでは、蛇口直結型の浄水器１Ａを図１１に基づいて説明する。浄水器１Ａは、直径約５ｃｍの略円筒状の浄水筒１０Ａの内部に、第１電極１１Ａ、絶縁部材１２Ａ、ろ材１３Ａ、第２電極１４Ａを外から内に順に収容配設している。そして、浄水筒１０Ａの内壁面上側部と第１電極１１Ａとの間は第１流路Ｐ１１が、第２電極１４Ａの内方と浄水筒１０Ａの内壁面底部の内方は第２流路Ｐ１２が、それぞれ形成されており、後述する弁体２０の軸線を延長する付近に第１流路Ｐ１１と第２流路Ｐ１２を区分する仕切り壁１０ＡＡがリング状に形成されている。浄水筒１０Ａにはその側面下部に、後に詳述する略円柱状の弁体２０を一体的に取り付けている。この弁体２０には、それの大半を覆うようにして弁体２０が相対的に回動可能なケーシング３０が装着される。弁体２０とケーシング３０は、例えば、プラスチック製である。

ケーシング３０は、上方側に原水が供給される流入ポート３１及びそれに連通する第１流路Ｐ３１と、下方側に浄水モード時に浄水が流出する第２流路Ｐ３２及びそれに連通する流出ポート３２とが設けられている。この流入ポート３１には、水道水栓の蛇口が連結される。このケーシング３０は、乾電池のような直流電源１６Ａを収容するとともに、弁体２０が回動する摺動内壁面に、直流電源１６Ａの正負の２個の端子１６０、１６１を弁体２０の軸線方向に露出させて並べ、それらを弁体２０が回動する方向に角度間隔を有して２対設けている。この角度間隔は、この実施形態では１８０°である。一方の対と他方の対は、正負の端子１６０、１６１が弁体２０の軸線方向に入れ替わるようにしている。

弁体２０は、浄水筒１０Ａに一体的に設けられて浄水筒１０Ａとケーシング３０との間に介在し、浄水モードでは第１電極１１Ａから第２電極１４Ａの向きに原水を通水し、洗浄モードでは第２電極１４Ａから第１電極１１Ａの向きに原水を通水するように流路を切り換えるものである。具体的には、略円柱状をなす弁体２０は、その基端（浄水筒１０Ａ側）が仕切り壁１０ＡＡに当接するように位置している。また、弁体２０は、外周面に開口して径方向に伸び、そこから屈曲して軸線方向に伸びて基端端面に開口する第１流路Ｐ２１と第２流路Ｐ２２を有する。この実施形態では、弁体２０が回動する方向に１８０°の角度間隔の位置関係でもって第１流路Ｐ２１と第２流路Ｐ２２が位置しており、浄水モードでは、第１流路Ｐ２１の外周面開口がケーシング３０の第１流路Ｐ３１に、第１流路Ｐ２１の基端開口が浄水筒１０Ａの第１流路Ｐ１１に、第２流路Ｐ２２の外周面開口がケーシング３０の第２流路Ｐ３２に、第２流路Ｐ２２の基端開口が浄水筒１０Ａの第２流路Ｐ１２に、それぞれ連通するようになっている。

更に、弁体２０は、直流電源１６Ａと浄水筒１０Ａの第１電極１１Ａ及び第２電極１４Ａを電気的に接続する電路を有して、浄水モードの位置と洗浄モードの位置により直流電源の極性を切り換えることができるように、つまり極性切換手段１５Ａの機能を備えるように形成されている。すなわち弁体２０の外周面には、ケーシング３０に設けた２対の正負の端子１６０、１６１、１６０、１６１に接触し得る２個の端子１６２、１６３を設けている。この実施形態では、浄水モードでは、端子１６２がケーシング３０の正の端子１６０に、端子１６３が負の端子１６１に、洗浄モードでは、端子１６２が負の端子１６１に、端子１６３が正の端子１６０に、それぞれ接触するようにしている。端子１６２は第２電極１４Ａに、端子１６３は第１電極１１Ａに、それぞれ図示しない電路により接続される。この電路は、両端子１６２、１６３から基端端面に延設し、一方、両電極１１Ａ、１４Ａからは仕切り壁１０ＡＡの端面まで電路を延設し、そこで電気的に接続されるようにすればよい。

第１電極１１Ａと第２電極１４Ａは、網目を有した円筒状のステンレス製とし、大小の径の大きさで同軸に配置されている。絶縁部材１２は、網目を有した円筒状のテフロン(登録商標)製としている。ろ材１３Ａは、活性炭粒子、又は活性炭粒子と珪藻土粒子の混合物にバインダとしてアクリル系樹脂を添加し、中抜きの円柱状のブロックに成型したものである。なお、活性炭粒子や珪藻土粒子の混合物の場合は、例えば、重量比６：１〜１０：１とする。また、アクリル系樹脂の割合は、例えば、全体の５重量％程度とする。

浄水モードでは、図１１に示すように、弁体２０の第１流路Ｐ２１がケーシング３０の第１流路Ｐ３１に、第２流路Ｐ２２がケーシング３０の第２流路Ｐ３２にそれぞれ連通するとともに、ケーシング３０の正の端子１６０は弁体２０の端子１６２及び電路を介して第２電極１４Ａに、負の端子１６１は弁体２０の端子１６３及び電路を介して第１電極１１Ａに、それぞれ電気的に接続する。従って、ろ材１３Ａは正電位となり、正に帯電する。ケーシング３０の流入ポート３１に供給された原水は第１流路Ｐ３１、弁体２０の第１流路Ｐ２１、浄水筒１０Ａの第１流路Ｐ１１を通って第１電極１１Ａ、ろ材１３Ａ、第２電極１４Ａを通過する。その際、通常のろ材１３Ａの作用に加え、負に帯電している懸濁粒子の多くは正電位のろ材１３Ａに捕捉されることにより、原水は浄水となる。そして、第２電極１４Ａから流出した浄水は、第２流路Ｐ１２、弁体２０の第２流路Ｐ２２、ケーシング３０の第２流路Ｐ３２を通って、流出ポート３２から流出する。

洗浄モードでは、浄水筒１０Ａは図１１の浄水モードの状態から１８０°回動され、従って弁体２０も１８０°回動し、弁体２０の第２流路Ｐ２２がケーシング３０の第１流路Ｐ３１に、第１流路Ｐ２１がケーシング３０の第２流路Ｐ３２にそれぞれ連通するとともに、ケーシング３０の正の端子１６０は第１電極１１Ａにつながる端子１６３に、負の端子１６１は第２電極１４Ａにつながる端子１６２に、それぞれ電気的に接続する。従って、ろ材１３Ａは負電位となり、負に帯電する。ケーシング３０の流入ポート３１に供給された原水は第１流路Ｐ３１、弁体２０の第２流路Ｐ２２、浄水筒１０Ａの第２流路Ｐ１２を通って第２電極１４Ａ、ろ材１３Ａ、第１電極１１Ａを通過する。その際、ろ材１３Ａが負電位になることにより、ろ材１３Ａに捕捉されていた負に帯電している懸濁粒子の多くは静電気力によって反発しながら外方向に排出される。そして、第１電極１１Ａから流出した洗浄排水は、第１流路Ｐ１１、弁体２０の第１流路Ｐ２１、ケーシング３０の第２流路Ｐ３２を通って、流出ポート３２から流出する。

また、原水を流出ポート３２から流出する原水モードでは、浄水筒１０Ａは浄水モードの状態と洗浄モードの状態の中間の９０度回動された状態にされ、図示はしないが、弁体２０に設けられたバイパス流路によりケーシング３０の第１流路Ｐ３１と第２流路Ｐ３２が直接連通する。ケーシング３０の正負の端子１６０、１６１と第１電極１１Ａ及び第２電極１４Ａにつながる２個の端子１６３、１６２の接触状態は、ろ材１３に捕捉した懸濁粒子が放出されないように、浄水モードと同様にする。ケーシング３０の流入ポート３１に供給された原水は第１流路Ｐ３１、弁体２０のバイパス流路、ケーシング３０の第２流路Ｐ３２を通って、流出ポート３２から流出する。

このように、蛇口直結型の浄水器１Ａは、浄水筒１０Ａと一体化された弁体２０が極性切換手段１５Ａを兼ね、回動することにより流路を切り換えるとともに、第１電極１１Ａと第２電極１４Ａの間の印加電圧の極性を切り換える。

以上、本発明の実施形態に係る浄水器について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、浄水器１をより具体化した浄水器は、説明した蛇口直結型のみならず浄水・洗浄・原水切換レバー付きのものや据え置き型などの浄水器もあり、浄水器１で説明した事項が適用可能である。また、蛇口直結型や据え置き型などに浄水器１’を適用することも可能である。更には、排水を原水とする排水処理装置に適用し、排水中の懸濁粒子を捕捉することも可能である。

本発明の実施形態に係る浄水器の要部の模式図である。 本発明の他の実施形態に係る浄水器の要部の模式図である。 実験粒子についてゼータ電位のｐＨに対する測定結果を示す特性図である。 実験設備の構成を示す概略図である。 浄水の吸光度の時間変化の測定結果を示す特性図である。 ろ過前後のカオリン粒子の相対的な粒度分布の測定結果を示す特性図である。 洗浄排水の吸光度の時間変化の測定結果を示す特性図である。 別の浄水の吸光度の時間変化の測定結果を示す特性図である。 ろ過実験後のろ材表面の写真である。 別のろ過実験後のろ材表面の写真である。 本発明の実施形態に係る蛇口直結型の浄水器の概略断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１’ 浄水器
１０、１０Ａ 浄水筒
１１、１１Ａ 第１電極
１２、１２Ａ 絶縁部材
１２’ 第２絶縁部材
１３、１３Ａ ろ材
１３’ 第２ろ材
１４、１４Ａ 第２電極
１４’ 第３電極
１５、１５Ａ 極性切換手段
１６、１６Ａ 直流電源
１６’ 第２直流電源
１６０〜１６３ 端子
２０ 弁体
３０ ケーシング
Ｐ１１〜Ｐ３２ 流路
３１ 流入ポート
３２ 流出ポート

Claims (8)

1. 第１電極と、
   第１電極とは離反した位置に配設され多孔質材を含み導電性を有するろ材と、
   ろ材に接触して配設された第２電極と、
   前記第１電極と第２電極の間に電圧を印加する直流電源と、を備え、
   少なくとも原水が前記第１電極、ろ材、第２電極を通過して浄水となる浄水モードを有し、浄水モードにおいて、前記直流電源により前記ろ材を正電位とすることを特徴とする浄水器。
2. 請求項１に記載の浄水器において、
   原水が前記第２電極、ろ材、第１電極を通過してろ材の洗浄を行う洗浄モードを有し、
   浄水モードではろ材が正電位に、洗浄モードではろ材が負電位に、それぞれなるように、前記直流電源の極性を切り換える極性切換手段を更に備えることを特徴とする浄水器。
3. 請求項２に記載の浄水器において、
   前記第１電極、前記ろ材、前記第２電極を収容する浄水筒と、
   原水が供給される流入ポートと浄水モード時に浄水が流出する流出ポートとが設けられたケーシングと、
   前記浄水筒に一体的に設けられて浄水筒とケーシングとの間に介在し、浄水モードでは前記第１電極から前記第２電極の向きに通水し、洗浄モードでは前記第２電極から前記第１電極の向きに通水するように流路を切り換える位置になる弁体と、
   を更に備えることを特徴とする浄水器。
4. 請求項３に記載の浄水器において、
   前記直流電源はケーシングに収納され、
   前記弁体は、浄水モードの位置と洗浄モードの位置により直流電源の極性を切り換える極性切換手段の機能を備えることを特徴とする浄水器。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の浄水器において、
   前記ろ材は、活性炭を主材料としたものであることを特徴とする浄水器。
6. 請求項５に記載の浄水器において、
   前記ろ材は、活性炭に珪藻土粒子を混合したものであることを特徴とする浄水器。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の浄水器において、
   浄水モードでの前記印加電圧は、０．２〜１．３Ｖであることを特徴とする浄水器。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の浄水器において、
   第１電極と第１電極とは離反した位置に配設され導電性を有する多孔質材を含む第２ろ材と、
   第２ろ材に接触して配設された第３電極と、
   前記第１電極と第３電極の間に電圧を印加する第２直流電源と、を更に備え、
   浄水モードにおいて、前記第２直流電源により前記第２ろ材を負電位とし、前記第２ろ材は、原水が前記ろ材を通過する前に第２ろ材を通過するよう配設されていることを特徴とする浄水器。