JP2008296103A - Water purifier and water purification method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、活性炭処理し、逆浸透膜もしくはナノろ過膜で処理し、得られた膜ろ過水をタンクに貯留する浄水器および浄水方法に関するものである。さらに詳しくは、貯水タンク内の膜ろ過水の雑菌汚染を長期間にわたり防止するために有効な浄水器および浄水方法に関するものである。 The present invention relates to a water purifier and a water purification method for treating activated carbon, treating with a reverse osmosis membrane or a nanofiltration membrane, and storing the obtained membrane filtrate in a tank. More specifically, the present invention relates to a water purifier and a water purifying method effective for preventing contamination of membrane filtration water in a water storage tank for a long period of time.
近年、環境汚染に伴う水源水質の悪化によって、上水場で処理された水道水にも様々な不純物が残留してきており、カルキ臭やカビ臭等の異臭味被害が発生している。特に、塩素に起因して生成する発ガン性物質のトリハロメタンは微量残留でも問題であり、より安全でおいしい飲料水・調理用水を得るために、使用前の水道水を浄化処理する方法や機器が改良されてきている。 In recent years, due to deterioration of water source water quality due to environmental pollution, various impurities have remained in tap water treated at a water supply station, causing off-flavor damage such as odor and mold odor. In particular, trihalomethane, which is a carcinogenic substance generated due to chlorine, is a problem even with a small amount of residue, and there are methods and equipment for purifying tap water before use in order to obtain safe and delicious drinking water and cooking water. It has been improved.
例えば、水道水を浄化する方法の一つとして、活性炭でろ過処理した後に逆浸透膜(以下、「RO膜」という)やナノろ過膜(以下、「NF膜」という)を用いてろ過処理する方法がある。 For example, as one of the methods for purifying tap water, after filtration with activated carbon, filtration is performed using a reverse osmosis membrane (hereinafter referred to as “RO membrane”) or a nanofiltration membrane (hereinafter referred to as “NF membrane”). There is a way.
RO膜やNF膜は、水中の有機物、無機イオン、細菌、ウイルス等、多くの不純物を除去することが可能であるので、不純物が殆ど残留しない清水を得ることができる。しかし、これらの膜は、精密ろ過膜や限外ろ過膜と比較すると単位膜面積あたり単位圧力あたりの膜ろ過処理水量が低いため、膜ろ過処理水量を高めるためには多くの膜面積や昇圧ポンプが必要である。そこで、膜面積を多くすることが困難な比較的小型の膜ろ過装置では、膜ろ過処理水の未使用時にも膜ろ過処理を継続し膜ろ過処理水を貯水タンク内に貯留しておき、この貯水タンク内の処理水を使用するという方法が用いられている。 Since RO membranes and NF membranes can remove many impurities such as organic substances, inorganic ions, bacteria, and viruses in water, it is possible to obtain fresh water with almost no impurities remaining. However, since these membranes have a lower amount of membrane filtration water per unit pressure per unit membrane area than microfiltration membranes and ultrafiltration membranes, many membrane areas and booster pumps are required to increase the amount of membrane filtration water. is required. Therefore, in a relatively small membrane filtration device in which it is difficult to increase the membrane area, the membrane filtration treatment is continued even when the membrane filtration treated water is not used, and the membrane filtration treated water is stored in a water storage tank. A method of using treated water in a water storage tank is used.
しかし、膜ろ過されて貯水タンク内に貯留されている膜ろ過水中には、水道水中の塩素が残留していないので、貯水タンク内の膜ろ過水は雑菌等により汚染され易い。 However, since the chlorine in the tap water does not remain in the membrane filtered water that has been membrane filtered and stored in the water storage tank, the membrane filtered water in the water tank is likely to be contaminated by germs and the like.
そこで、貯水タンクを定期的に洗浄したり、また、貯水タンク内に一定期間滞留した浄水を捨てたりするよう推奨されている。しかし、これらを現実として十分に実施するのは難しく、効果も未知数で根本的な解決には至っていない。 Therefore, it is recommended that the water storage tank be cleaned regularly and the purified water staying in the water storage tank for a certain period be discarded. However, it is difficult to fully implement these in reality, and the effect is unknown and has not yet led to a fundamental solution.
貯水タンク内の膜ろ過水の雑菌汚染問題を解決するための手段として、貯水タンク内に銀ゼオライトカートリッジを浸漬設置する方法がある(特許文献1参照)。しかし、この方法では、各家庭において貯水タンク内の膜ろ過水の水温、電気伝導度、使用量が異なることから銀イオンの濃度が10μg/l未満になる前に銀ゼオライトカートリッジを交換する時期を各自で判断するのが難しいという問題があり、貯水タンク内の膜ろ過水の細菌汚染を十分に防止することは難しい。銀イオンの濃度が10μg/l未満にならないうちに銀ゼオライトカートリッジを頻繁に交換した場合、高価となる。 As a means for solving the problem of contamination of membrane filtration water in the water storage tank, there is a method in which a silver zeolite cartridge is immersed in the water storage tank (see Patent Document 1). However, in this method, since the water temperature, electrical conductivity, and amount used of the membrane filtrate in the water storage tank are different in each household, it is necessary to replace the silver zeolite cartridge before the silver ion concentration becomes less than 10 μg / l. There is a problem that it is difficult for each to judge, and it is difficult to sufficiently prevent bacterial contamination of membrane filtration water in the water storage tank. If the silver zeolite cartridge is frequently replaced before the silver ion concentration is less than 10 μg / l, the cost becomes high.
また、貯水タンク内の膜ろ過水の雑菌汚染問題を解決するための手段として、二酸化チタンに紫外線を照射して触媒作用を生じさせる光触媒装置で殺菌後に貯留する方法(特許文献2参照)を適用することが考えられる。光触媒に一定以上のエネルギーを有する光を照射すると、電子のつまっている価電子帯から電子が伝導体に励起する。電子が抜けた後の価電帯には酸化力の高い正孔ができ、この正孔は水中の水酸基を酸化して、OHラジカル(水酸ラジカル)ができる。OHラジカルは酸素、塩素、オゾン、過酸化水素、過マンガン酸等よりも酸化力が強く、DNAや細胞壁など細菌そのものを破壊、分解することが可能である。 In addition, as a means for solving the problem of contamination of membrane filtration water in the water storage tank, a method of storing after sterilization with a photocatalyst device that irradiates titanium dioxide with ultraviolet rays to cause catalytic action is applied (see Patent Document 2). It is possible to do. When the photocatalyst is irradiated with light having a certain energy or more, electrons are excited to the conductor from the valence band where electrons are clogged. Holes with high oxidizing power are formed in the valence band after the electrons have escaped, and these holes oxidize hydroxyl groups in water to form OH radicals (hydroxyl radicals). OH radicals have higher oxidizing power than oxygen, chlorine, ozone, hydrogen peroxide, permanganic acid, etc., and can destroy and decompose bacteria such as DNA and cell walls.
この場合、膜ろ過水は一時的に殺菌されるが、貯水タンク内で殺菌効果が持続しない。貯水タンクが完全な密閉構造でない場合、貯水タンク内の浄水を長時間使用せずかつ貯水タンク内の浄水を入れ替えない状態が続けば、時間経過とともに細菌が増殖する、という問題を解消することは困難である。 In this case, the membrane filtrate is temporarily sterilized, but the sterilization effect is not sustained in the water storage tank. If the water storage tank is not completely sealed, the problem that bacteria will grow over time can be solved if the water in the water storage tank is not used for a long time and the water in the water storage tank is not replaced. Have difficulty.
かかる問題を解決するためには、貯水タンク内に光触媒の浄水フィルターと紫外線ランプを設けて、貯水タンクの水を殺菌する方法(特許文献3参照)を適用することが考えられる。 In order to solve such a problem, it is conceivable to apply a method (see Patent Document 3) in which a water purification tank and a UV lamp are provided in the water storage tank to sterilize the water in the water storage tank.
ところが、この場合、貯水タンクから流出した膜ろ過水の殺菌は可能であるものの、貯水タンク内の膜ろ過水全体を殺菌してはいないため、貯水タンク内の膜ろ過水を長時間使用せずかつ貯水タンク内の浄水を入れ替えない状態が続けば、時間経過とともにタンク内壁に水あかがたまったり、黒カビ等が繁殖して、濁りや異臭を放つといった問題がある。 However, in this case, membrane filtration water flowing out of the storage tank can be sterilized, but the entire membrane filtration water in the storage tank is not sterilized, so the membrane filtration water in the storage tank is not used for a long time. Moreover, if the state in which the water in the water storage tank is not replaced is continued, there is a problem that water accumulates on the inner wall of the tank over time, black mold and the like propagate, and turbidity and a strange odor are emitted.
かかる問題を解決するため、貯水タンク内に紫外線ランプを浸漬設置する方法が考えられる。波長260nm付近の紫外線を細菌に照射すれば、細菌細胞内のDNAに作用して、チミンダイマーを形成し、細菌の不活化を引き起こす。 In order to solve such a problem, a method of immersing and installing an ultraviolet lamp in the water storage tank can be considered. When the bacteria are irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of around 260 nm, they act on the DNA in the bacterial cells to form thymine dimers and cause inactivation of the bacteria.
ところが、この場合、紫外線ランプは毒性の高い水銀を使用しているものが多いので、ランプが破損した場合、水銀が膜ろ過水に混入し、非常に危険である。また、波長260nm付近の紫外線は、通常のガラスに吸収されることから、紫外線ランプを保護する保護管の材質は通常のガラスより高価な石英ガラスを使用しなければならない。また、貯水タンクの内側は紫外線で劣化しないようステンレス鋼等の耐久性素材を使用しなければならず、高価となる。 However, in this case, since many ultraviolet lamps use highly toxic mercury, when the lamp is damaged, mercury is mixed into the membrane filtrate and is very dangerous. Further, since ultraviolet rays having a wavelength of around 260 nm are absorbed by ordinary glass, quartz glass that is more expensive than ordinary glass must be used as the material of the protective tube for protecting the ultraviolet lamp. Further, the inside of the water storage tank must be made of a durable material such as stainless steel so as not to be deteriorated by ultraviolet rays, which is expensive.
本発明は、従来技術における上述した問題点を解決し、RO膜やNF膜での膜処理時におけるバイオファウリングを抑制し、水道水中の残留塩素に起因する膜機能層の劣化を防止して、膜カートリッジの寿命を延長することができ、しかも、高寿命、省電力、安全性が高く、膜ろ過水を貯留させる貯水タンク内の雑菌汚染を長期間にわたり防止することができる浄水器、浄水方法を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, suppresses biofouling during membrane treatment with RO membranes and NF membranes, and prevents deterioration of the membrane functional layer due to residual chlorine in tap water. Water purifier and water purifier that can extend the life of membrane cartridges, and can prevent contamination of germs in the water storage tank that stores membrane filtered water for a long period of time with high life, power saving and high safety It is intended to provide a method.
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.
すなわち、銀添着活性炭で水をろ過処理する活性炭処理部を有する前処理カートリッジと、該前処理カートリッジで処理された水を逆浸透膜またはナノろ過膜で膜ろ過する膜ろ過カートリッジと、該膜ろ過カートリッジで膜ろ過された水を貯留する貯水タンクを有してなる浄水器であって、紫外線発光ダイオードと光触媒フィルターを内蔵した殺菌ユニットを前記膜ろ過カートリッジと前記貯水タンクとの間に配し、前記貯水タンク内の膜ろ過水を前記殺菌ユニットに還流させるためのポンプと還流管路を設けた浄水器、である。 That is, a pretreatment cartridge having an activated carbon treatment section for filtering water with silver-impregnated activated carbon, a membrane filtration cartridge for membrane-filtering water treated with the pretreatment cartridge with a reverse osmosis membrane or a nanofiltration membrane, and the membrane filtration A water purifier having a water storage tank for storing water membrane-filtered by a cartridge, and disposing a sterilization unit containing an ultraviolet light emitting diode and a photocatalytic filter between the membrane filtration cartridge and the water storage tank, It is a water purifier provided with a pump and a reflux line for refluxing the membrane filtrate in the water storage tank to the sterilization unit.
このとき、貯水タンク内の膜ろ過水を常時細菌抑制するために、貯水タンク内の膜ろ過水を殺菌ユニットに還流させるための還流管路に分岐弁を設け、該分岐弁に系外吐出用管路を設けることが好ましい。また、光触媒が励起状態になって表面が強い酸化力を持てるよう、紫外線発光ダイオードの光源のピーク波長が390nm以下であることが好ましい。 At this time, in order to constantly control the membrane filtrate in the storage tank with bacteria, a branch valve is provided in the reflux line for returning the membrane filtrate in the storage tank to the sterilization unit. It is preferable to provide a pipeline. Moreover, it is preferable that the peak wavelength of the light source of the ultraviolet light-emitting diode is 390 nm or less so that the photocatalyst is in an excited state and has a strong oxidizing power on the surface.
また、本発明の浄水方法は、水道水圧で、またはポンプにより増圧された水圧で供給される水道水を、銀添着活性炭装填の前処理カートリッジを通過させて活性炭ろ過処理し、次いで逆浸透膜またはナノろ過膜を有する膜ろ過カートリッジを通過させて膜ろ過処理した後、紫外線発光ダイオードと光触媒フィルターを内蔵した殺菌ユニットを通過させて殺菌し、貯水タンクに貯留する浄水方法であって、貯水タンク内の膜ろ過水を、間歇的もしくは連続的に、前記殺菌ユニットを再度通過させて貯留タンクに還流することを特徴とするものである。 Further, the water purification method of the present invention is characterized in that tap water supplied at tap water pressure or at a pressure increased by a pump is passed through a pretreatment cartridge loaded with silver-impregnated activated carbon and subjected to activated carbon filtration, and then reverse osmosis membrane Alternatively, a water purification method in which a membrane filtration cartridge having a nanofiltration membrane is passed through a membrane filtration treatment and then sterilized by passing through a sterilization unit containing an ultraviolet light emitting diode and a photocatalyst filter, and stored in a water storage tank. The membrane filtration water inside is intermittently or continuously passed through the sterilization unit again and returned to the storage tank.
本発明は、銀添着活性炭を有する前処理カートリッジで前処理を行うことにより、RO膜やNF膜のバイオファウリングおよび残留塩素に起因する機能層劣化を防止して、前記膜カートリッジの寿命を延長することができる。さらに、RO膜やNF膜でろ過した膜ろ過水を貯水タンクに移送する際に、紫外線発光ダイオードと光触媒フィルターを内蔵した殺菌ユニットを通過させ、貯水タンク内の膜ろ過水を、前記殺菌ユニットに還流通過させることによって、従来技術よりも高寿命、省電力、安全性が高く、貯水タンク内の雑菌汚染を長期間にわたり防止することができる。 The present invention prevents the functional layer from being deteriorated due to biofouling of RO membrane or NF membrane and residual chlorine by extending the life of the membrane cartridge by performing the pretreatment with the pretreatment cartridge having silver-impregnated activated carbon. can do. Furthermore, when the membrane filtrate filtered through the RO membrane or NF membrane is transferred to the storage tank, the membrane filtration water in the storage tank is passed to the sterilization unit by passing it through a sterilization unit containing an ultraviolet light emitting diode and a photocatalytic filter. By letting it pass through, it has a longer life, power saving and higher safety than the prior art, and can prevent contamination of germs in the water storage tank over a long period of time.
即ち、本発明によると、水道水を活性炭処理し、次いでRO膜またはNF膜を有する膜カートリッジで膜ろ過処理した後に、膜ろ過処理水を貯水タンクに貯留する浄水器や浄水方法において、RO膜やNF膜での膜処理時におけるバイオファウリングを抑制し、残留塩素に起因する機能層劣化を防止し、膜ろ過カートリッジの寿命を延長することができる。さらに、高寿命、省電力、安全性が高く、膜ろ過水を貯留させる貯水タンク内の雑菌汚染を長期間にわたり防止することができる。 That is, according to the present invention, in the water purifier or the water purification method for storing the membrane filtration treated water in the water storage tank after the tap water is treated with activated carbon and then membrane filtered with a membrane cartridge having an RO membrane or NF membrane, Biofouling at the time of membrane treatment with NF membrane or NF membrane can be suppressed, deterioration of the functional layer due to residual chlorine can be prevented, and the life of the membrane filtration cartridge can be extended. Furthermore, high life, power saving, and high safety can be prevented over a long period of contamination of germs in the water storage tank that stores membrane filtrate.
以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments shown in the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本発明に係る浄水器において行われる水処理工程の一実施態様を示す概略フロー図である。 Drawing 1 is an outline flow figure showing one embodiment of a water treatment process performed in a water purifier concerning the present invention.
本発明の浄水器は、例えば図1に示すように、水道管と直結させて用いられるものである。図1において、水道水の通過順路に沿って、水道水供給弁1、水道水中の鉄錆等の濁質を除去するためのフィルターろ過部2aと、水道水中の残留塩素を除去し水道水中に銀を溶出するための銀添着活性炭ろ過部2bとが直列に配置され一体化構成された前処理カートリッジ2、水道水圧が低すぎる時でも所定の膜ろ過水量を確保するために膜カートリッジ4の上流側に配される昇圧ポンプ3、前処理カートリッジ2で処理された水を膜ろ過するRO膜またはNF膜を有する膜ろ過カートリッジ4、膜ろ過水を貯留する貯水タンク5が設けられている。さらに、貯水タンク5内の膜ろ過水を殺菌するための紫外線発光ダイオードと光触媒フィルターを内蔵した殺菌ユニット6が設けられ、貯水タンク5内の膜ろ過水を殺菌ユニット6に還流通過させたり、系外に吐出するための送水ポンプ7が設けられ、貯水タンク5内の膜ろ過水を送水ポンプ7により殺菌ユニット6に送還流させる還流管路14が設けられ、還流回路に、系外吐出用と切り替え可能な分岐弁(三方弁)8が設けられている。さらに、水回収率を制御するために膜ろ過カートリッジ4からの濃縮水量を所定水準に制御するための濃縮水弁9が、濃縮水の排出路に設けられ、貯水タンク5には、タンク内の水位を制御する水位センサー10が設けられている。そして、この水位センサー10からの信号によって、水道水を浄水器に供給するための水道水供給弁1が開閉される。
The water purifier of the present invention is used by being directly connected to a water pipe, for example, as shown in FIG. In FIG. 1, along tap water passing route, tap water supply valve 1,
ここで、フィルターろ過部2aと銀添着活性炭ろ過部2bとが一体に構成されている前処理カートリッジ2としては、例えば図2のように、カートリッジ上部(上流側)に平均孔径が0.1〜10μmの円筒状のフィルターを配し、カートリッジ下部(下流側)に円筒容器内に銀添着活性炭を充填した活性炭ろ過部2bを配したものである。ここで、円筒状フィルターの外側から内側へと流れてろ過された水は、銀添着活性炭の層2bを通過する構造となっているが、フィルターと銀添着活性炭との通過順序は逆でも構わない。
Here, as the
使用するフィルターは平均孔径が0.1〜10μmであればろ層形状は特に制限されるものではなく、プリーツ型、ワインド型、デプス型等のいずれでも構わなく、材質も、特に制限されるものではなく、ポリプロピレン、ポリエステル等のいずれでも構わない。 The filter layer used is not particularly limited as long as the average pore size is 0.1 to 10 μm, and may be any of a pleated type, a wind type, a depth type, etc., and the material is not particularly limited. However, any of polypropylene, polyester and the like may be used.
また、使用する銀添着活性炭は、銀添着活性炭の層2bを通過した後の水中の銀イオン濃度を5μg/L以上とし、かつ、塩素濃度を0.1mg/L以下とすることができれば特に制限されるものではなく、例えば、硝酸銀と硝酸マグネシウムを蒸留水に溶解し、これを活性炭に均一に散布した後、乾燥することにより得られる銀添着活性炭が挙げられる。また、かかる銀添着活性炭の形状は、粉末、粒状、繊維状等のいずれでも構わないが、銀添着活性炭が前処理カートリッジ2の外へ漏出しないよう、水流入部分と水流出部分はメッシュ構造、不織布フィルター等で覆うことが好ましい。また、銀添着活性炭を形成する活性炭の原材料は椰子殻、木、石炭、石油コークス等のいずれでも構わない。
The silver-impregnated activated carbon to be used is not particularly limited as long as the silver ion concentration in the water after passing through the
本発明で用いるRO膜またはNF膜を有する膜カートリッジ4に使用される分離膜としては、脱塩率が93%以上(評価条件 NaCl濃度:500mg/L、操作圧力:0.1MPa)のRO膜や、脱塩率が5%以上93%未満(評価条件 NaCl濃度:500mg/L、操作圧力:0.1MPa)のNF膜を選択して用いることができる。
The separation membrane used in the
かかる性能を有する分離膜の素材としては、RO膜の場合、酢酸セルロース、セルロース系のポリマー、ポリアミド、およびビニルポリマー等の高分子材料を用いることができ、NF膜の場合、ポリアミド系、ポリピペラジンアミド系、ポリエステルアミド系、あるいは水溶性のビニルポリマーを架橋したものなどを用いることができる。また、代表的なRO膜としては、酢酸セルロース系またはポリアミド系の非対称膜、および、ポリアミド系の活性層を有する複合膜を挙げることができ、中でも、ポリアミド系の活性層の表層にポリビニルアルコールを被覆させた複合膜は、高排除性能かつ高透水性かつ高耐汚染性を有するので好ましい。 As the material of the separation membrane having such performance, in the case of RO membrane, polymer materials such as cellulose acetate, cellulose-based polymer, polyamide, and vinyl polymer can be used. In the case of NF membrane, polyamide-based, polypiperazine An amide type, a polyester amide type, or a crosslinked water-soluble vinyl polymer can be used. Typical RO membranes include cellulose acetate-based or polyamide-based asymmetric membranes and composite membranes having a polyamide-based active layer. Among them, polyvinyl alcohol is used as the surface layer of the polyamide-based active layer. The coated composite membrane is preferable because it has high exclusion performance, high water permeability, and high stain resistance.
分離膜の形状としてはRO膜、NF膜ともに平膜または中空糸膜であることが好ましく、例えば分離膜の膜厚を10μm〜1mmの範囲、中空糸膜の場合は外径を50μm〜4mmの範囲とすることが好ましい。 As the shape of the separation membrane, both the RO membrane and the NF membrane are preferably flat membranes or hollow fiber membranes. For example, the separation membrane has a thickness of 10 μm to 1 mm, and in the case of a hollow fiber membrane, the outer diameter is 50 μm to 4 mm. It is preferable to be in the range.
RO膜ろ過カートリッジまたはNF膜ろ過カートリッジ4の形状は、分離膜が平膜状の場合はスパイラル型、プリーツ型、プレート・アンド・フレーム型、円盤状のディスクを積み重ねたディスクタイプがあり、中空糸膜の場合は、中空糸膜をU字状やI字状に束ねて容器に収納した円筒型があるが、本発明ではいずれのカートリッジ形状を用いてもよい。これら膜ろ過カートリッジ4は、ランニングコストを抑えるという観点から低圧で運転できるものであるのが好ましい。
The RO membrane filtration cartridge or NF
本発明で用いる殺菌ユニット6では、例えば図3のように、紫外線発光ダイオード13から発光したピーク波長390nm以下の紫外線が光透過性プラスチック板12に通過した後、光触媒フィルター11表面に照射できるよう、流入口側に紫外線発光ダイオード13が、光触媒フィルター11と対向するように配置されている。紫外線発光ダイオード13は膜ろ過処理水との接触で電触しないよう、光透過性プラスチック板12等で覆い防水加工を施すことが好ましい。光透過性プラスチック板12はガラス板に替えても良い。
In the
光触媒フィルター11の光触媒の材質としては、二酸化チタン、二酸化スズ、酸化亜鉛、三酸化タングステン等からなる金属酸化物粒子や、硫化カドミウム、硫化亜鉛等からなる金属硫化物粒子があるが、比較的安価で人体に害のない二酸化チタン粒子の使用が好ましい。光触媒の代表である酸化チタンは結晶構造によって、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型の3種類に分類される。アナターゼ型のバンドキャップエネルギーは3.2eVであり、388nmより短い波長、すなわち紫外線を吸収して反応する。ルチル型のバンドキャップエネルギーは3.06eVであり、410nmより短い波長、すなわち青色可視光から吸収して反応する。ブルッカイト型は準安定相である。 The photocatalyst material of the photocatalyst filter 11 includes metal oxide particles made of titanium dioxide, tin dioxide, zinc oxide, tungsten trioxide and the like, and metal sulfide particles made of cadmium sulfide, zinc sulfide, etc., but are relatively inexpensive. Therefore, it is preferable to use titanium dioxide particles which are not harmful to human bodies. Titanium oxide, which is a typical photocatalyst, is classified into three types, anatase type, rutile type, and brookite type, depending on the crystal structure. The anatase type band cap energy is 3.2 eV, and it reacts by absorbing a wavelength shorter than 388 nm, that is, ultraviolet rays. The rutile type band cap energy is 3.06 eV, and it reacts by absorbing from a wavelength shorter than 410 nm, that is, blue visible light. The Brookite type is a metastable phase.
光触媒フィルター11のフィルターの材質としては、水に不溶で、樹脂のような紫外線による経年劣化がなく、表面積が大きく、水との接触効率が高く、低圧損である3次元網目構造の多孔質セラミックスが好ましい。この材質のフィルターに、例えばアパタイト被覆させた二酸化チタンをコーティングさせることにより光触媒フィルターとする。膜ろ過水中の細菌は膜ろ過水が光触媒フィルター11を通過する際、アパタイトに吸着捕捉され、アパタイト近傍の紫外線照射で励起状態となっている二酸化チタン表面から生成したOHラジカルによって破壊、分解される。 The material of the photocatalytic filter 11 is a porous ceramic with a three-dimensional network structure that is insoluble in water, does not deteriorate over time due to ultraviolet rays such as resin, has a large surface area, high contact efficiency with water, and low pressure loss. Is preferred. A filter made of this material is coated with, for example, titanium dioxide coated with apatite to obtain a photocatalytic filter. Bacteria in the membrane filtered water are adsorbed and captured by the apatite when the membrane filtered water passes through the photocatalytic filter 11, and are destroyed and decomposed by OH radicals generated from the titanium dioxide surface that is excited by ultraviolet irradiation in the vicinity of the apatite. .
水道水圧は、通常各家庭で異なっており、変動もすることから、膜ろ過カートリッジから出る濃縮水の量を所定水準に制御するための濃縮水弁9が、濃縮水の排出路に配される。水道水圧が異なったり変動したりしても水回収率を一定水準に制御するためには、膜カートリッジ4の膜ろ過処理水量は水道水圧と比例関係であるので、濃縮水弁9から吐出される濃縮水量が水道水圧と比例関係で変動するものを用いるのが好ましい。例えば、所定の水回収率を40%に設定したい場合、どの水道水圧においても、(膜ろ過処理水量):(濃縮水量)=40:60となるように、水道水圧に応じて濃縮水量を変動させることができる濃縮水弁9を選択することが好ましい。もし、濃縮水弁9で制御されて吐出される濃縮水量が水道水圧の変動に関わらず一定である場合には、水道水圧が低い時には、水回収率が低下してしまい、水道水を無駄に排出することとなるし、逆に水道水圧が高い時には、水回収率が上昇してしまい、シリカやカルシウムのスケールが析出しやすくなる、という問題が生じる。
Since the tap water pressure is usually different in each household and fluctuates, a concentrated water valve 9 for controlling the amount of concentrated water discharged from the membrane filtration cartridge to a predetermined level is arranged in the concentrated water discharge path. . In order to control the water recovery rate to a constant level even if the tap water pressure varies or fluctuates, the amount of membrane filtration water in the
水回収率はシリカやカルシウムのスケール等が析出しないよう、各地域の水道水質に応じて適宜設定すればよい。濃縮水弁9は通過水量を制御することができる構造のものであれば特に限定されず、通常の絞り弁を用いればよい。 What is necessary is just to set a water recovery rate suitably according to the tap water quality of each area so that a scale of silica, calcium, etc. may not precipitate. The concentrated water valve 9 is not particularly limited as long as it has a structure capable of controlling the amount of water passing therethrough, and an ordinary throttle valve may be used.
上述した本発明の浄水器において、浄水処理は次のように行われる。 In the water purifier of the present invention described above, the water purification treatment is performed as follows.
まず、貯水タンク5内の水位センサー10が所定下限水位L以下になったことを検知した場合、信号が送られ、自動的に水道水供給弁1が開となって、水道水が、フィルターろ過部2aと銀添着活性炭ろ過部2bとが一体的に配された前処理カートリッジ2へと供給される。水道水がフィルターろ過部2aを通過することで、水道水中の鉄錆等の濁質が除去され、銀添着活性炭ろ過部2bを通過することで、水道水中の残留塩素が除去され、水道水中に銀が溶出する。
First, when it is detected that the
次に、前処理カートリッジ2で処理された水は、RO膜ろ過カートリッジまたはNF膜ろ過カートリッジ4に供給される。水道水の残留塩素は除去されているので、RO膜またはNF膜の機能層の経時的劣化が防止され、膜ろ過処理水水質の経時的悪化が防止される。また、銀が5μg/L以上溶出しているので、一般細菌等の雑菌の増殖が抑制され、バイオファウリングの発生が抑制される。ただし、水中の銀イオンはRO膜またはNF膜でろ過されることによりほとんど除去されるので、RO膜またはNF膜で膜ろ過された水にはほとんど銀イオンは残留していないこととなる。
Next, the water treated by the
そこで、RO膜またはNF膜でろ過された膜ろ過水が殺菌ユニット6に流入する。殺菌ユニット6は紫外線発光ダイオード13と光触媒フィルター11を内蔵しており、膜ろ過水が光触媒フィルター11を通過する際、膜ろ過水中の細菌は光触媒フィルター11表面に捕捉され、紫外線照射で励起状態となっている二酸化チタン表面から生成したOHラジカルによって破壊、分解される。
Therefore, the membrane filtrate filtered through the RO membrane or NF membrane flows into the
殺菌ユニット6から流出した膜ろ過水は一旦貯水タンク5に貯留されるが、定期的に送水ポンプ7を介して再度殺菌ユニット6を通過し、貯水タンクに還流することで、細菌の増殖を抑制する。還流時間や還流頻度は特に限定されないが、貯水タンクの容量、ポンプ7の吐出量、膜ろ過水の水温、水質等に応じて適宜設定する。
Membrane filtrate that has flowed out of the
定期的に殺菌ユニット6を還流通過して殺菌された膜ろ過水は、ポンプ7を介して、三方弁8を殺菌ユニット6側から吐出側に切り替えることで取水が可能となる。
Membrane filtrate that has been sterilized by periodically passing through the
一方、RO膜またはNF膜で膜ろ過されなかった水は濃縮水弁9を介して濃縮水として系外に排出される。 On the other hand, water that has not been membrane-filtered by the RO membrane or NF membrane is discharged out of the system as concentrated water through the concentrated water valve 9.
水道水供給弁1を開として浄水処理を続けていくと、徐々に貯水タンク5の水位が上昇し、貯水タンク5内の水位センサー10が所定上限水位H以上になったことを検知した場合、信号が送られ、自動的に水道水供給弁1が閉となり、水道水のカートリッジ2への供給が自動停止する。膜ろ過水を取水していき、水位が所定下限水位L以下となった場合、信号が送られ、自動的に水道水供給弁1が開となり、水道水の前処理カートリッジ2への供給が自動復帰する。
When the tap water supply valve 1 is opened and the water purification process is continued, the water level of the
なお、水道水圧が低すぎて所定の膜ろ過水量が確保できないときには膜ろ過カートリッジ4の前段に昇圧ポンプ3を備え、膜ろ過カートリッジ前の水を昇圧することが好ましい。このとき昇圧ポンプ3は、水道水供給弁1と連動するようにし、水道水供給弁1が開のときは昇圧ポンプ3が作動し、水道水供給弁1が閉のときは昇圧ポンプ3が停止するようにすることが好ましい。
In addition, when the tap water pressure is too low to secure a predetermined amount of membrane filtration water, it is preferable to provide the booster pump 3 in the previous stage of the
(実施例1)
図1に示す水処理工程を備えた浄水器を用いて、水道水圧が250kPa、色度3度、電気伝導率230μS/cm、残留塩素0.8mg/Lの水道水を、月曜日から金曜日の平日に3L浄水処理した。
Example 1
Using a water purifier equipped with the water treatment process shown in FIG. 1, tap water having a tap water pressure of 250 kPa, chromaticity of 3 degrees, electrical conductivity of 230 μS / cm, and residual chlorine of 0.8 mg / L is obtained from Monday to Friday. 3 L of water was treated.
ここで用いた浄水器における前処理カートリッジ2には図2に示す構造のカートリッジを用い、そのフィルター2aには平均孔径が1μmのワインド型フィルターを用い、銀添着活性炭2bには、クラレケミカル製の銀添着粒状活性炭を100g使用した。膜カートリッジ4における膜としてはNF膜(東レ、UTC−60)を1m2使用した。加圧ポンプ3は使用しなかった。
The
殺菌ユニット6としては図3に示す構造のものを用い、光触媒フィルター11として3次元骨格構造の光触媒セラミックフィルター(直径30mm、厚み10mm)を用い、光透過性プラスチック板12として透明アクリル板を用い、紫外線発光ダイオード13として、ピーク波長365nm、光出力2mWのダイオードを16個用いた。貯水タンク5は容積3L、ABS樹脂製タンクを用いた。送水ポンプ7はDC12Vの電動ポンプ、濃縮水弁9には、絞り弁を用いた。
As the
殺菌ユニット6は、水道水供給弁1が開の状態で、紫外線発光ダイオード13を通電し、閉の状態で通電を停止するように制御した。また、6時間毎に、貯水タンク5内の膜ろ過水を送水ポンプ7で殺菌ユニットに30min還流通過させ、この還流通過するときにも、紫外線発光ダイオード13を通電した。
The
週5日間の浄水処理を継続して行った結果、採水した膜ろ過水の一般細菌は運転開始から6ヶ月間の長期にわたり10cfu/mL以下を維持した。 As a result of continuing the water purification treatment for 5 days a week, the general bacteria of the collected membrane filtration water maintained 10 cfu / mL or less for a long period of 6 months from the start of operation.
(比較例1)
殺菌ユニット6の制御において貯水タンク5内の膜ろ過水をポンプ7で殺菌ユニットに還流通過することをしなかった以外は実施例1と全く同じ条件で浄水処理を行った。その結果、火曜日から金曜日に採水した水の一般細菌は200〜1,000cfu/mLと高く、特に、週明けの月曜日に採水した水の一般細菌は10,000cfu/mL以上と著しく高かった。
(Comparative Example 1)
In the control of the
(比較例2)
殺菌ユニット6を設置しなかった以外は実施例1と全く同じ浄水器を用い、実施例1と同じ条件で浄水処理を行った。その結果、火曜日から金曜日に採水した水の一般細菌は1,000〜5,000cfu/mLと高く、特に、週明けの月曜日に採水した水の一般細菌は50,000cfu/mL以上と著しく高かった。
(Comparative Example 2)
Except that the
本発明に係る浄水器や浄水方法は、水道水を飲料や調理用として用いる場合等において、水質を向上させ、安全で上質な水を得るための小型浄水器として有用である。 The water purifier and the water purifying method according to the present invention are useful as a small water purifier for improving the water quality and obtaining safe and high-quality water when tap water is used for beverages and cooking.
1:水道水供給弁
2:前処理カートリッジ
2a:フィルターろ過部
2b:銀添着活性炭ろ過部
3:昇圧ポンプ
4:膜ろ過カートリッジ
5:貯水タンク
6:殺菌ユニット
7:送水ポンプ
8:分岐弁(三方弁)
9:濃縮水弁
10:水位センサー
11:光触媒フィルター
12:光透過性プラスチック板
13:紫外線発光ダイオード
14:還流管路
15:吐出管路
1: Tap water supply valve 2:
9: Concentrated water valve 10: Water level sensor 11: Photocatalytic filter 12: Light transmissive plastic plate 13: Ultraviolet light emitting diode 14: Reflux line 15: Discharge line
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